DE1274256B - Ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung - Google Patents

Ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung

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DE1274256B
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magnetic
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Michel Cotton De Bennetot
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Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
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Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/02Permanent magnets [PM]
    • H01F7/04Means for releasing the attractive force

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Description

  • Ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung Die Erfindung betrifft eine ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung mit wenigstens einem im eingeschalteten Zustand mit gleichnamigen und im ausgeschalteten Zustand mit ungleichnamigen Magnetpolen an Polstücken anliegenden Paar von je zwei gleich starken Dauermagneten, die mit den Polstücken zumindest einen magnetischen Kreis bilden, der einen zu den Dauermagneten parallelen, von einem Luftspalt unterbrochenen Nebenschlußkreis aufweist, und mit einer Einrichtung zum Umkehren der magnetischen Feldrichtung bei einem Dauermagneten jedes Magnetpaares.
  • Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen das in einem Nutzluftspalt auftretende magnetische Feld geändert wird. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der Magnetisierungszustand eines in dem den Nutzluftspalt begrenzenden magnetischen Kreis liegenden Dauermagneten dadurch geändert wird, daß man ihn durch Stromimpulse, die durch eine den Dauermagneten umgebende Erregerspule geleitet werden, mehr oder weniger er- oder entregt. Auf diese Weise regelt man die Feldstärke im Nutzluftspalt und kann insbesondere schwache Feldstärkewerte einstellen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, das Magnetfeld schnell und vollständig zum Verschwinden zu bringen. In der Fachwelt ist es bekannt, daß es sehr schwierig ist, einen Magneten vollständig zu entregen. Dies rührt insbesondere von der Wirkung der Remanenz her und auch daher, daß dann, wenn gewisse Volumenbereiche des Magneten vollständig entmagnetisiert sind, die Gleichmäßigkeit der Entmagnetisierung nicht vollständig ist, da gewisse andere Bereiche eine von Null verschiedene Erregung verursachen. Mit einer solchen Vorrichtung kann man daher die Kraftlinien in einem Luftspalt nicht vollständig zum Verschwinden bringen. Um im übrigen das Feld und damit die Anziehungskraft annähernd zum Verschwinden zu bringen, ist es bei der bekannten Methode nötig, eine sehr langwierige und umständliche Regelung des Erregerstroms vorzunehmen, und diese Regelung muß jedesmal wieder neu ausgeführt werden, wenn das magnetische Teil, das in den Luftspalt gebracht und auf das eine Anziehungskraft ausgeübt wird, von anderer Beschaffenheit, Gestalt oder von anderen Abmessungen ist. In praktischer Hinsicht ist eine derartige Vorrichtung daher vollkommen ungeeignet für die Anwendung bei z. B. einer Hebevorrichtung oder einer Spannplatte.
  • Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das in dem Nutzluftspalt auftretende Feld eines Dauermagneten durch einen zweiten drehbaren Dauermagneten kompensiert oder verstärkt werden kann. Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, das Feld in einem Nutzluftspalt zum Verschwinden zu bringen, während es, wenn der Kompensationsdauermagnet um 180° gedreht wird, etwa doppelt so stark ist. Diese Vorrichtung bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß weitere Luftspalte eingeführt werden, die ein genaues Kompensieren des Magnetfeldes nur schwer ermöglichen. Weiterhin erfordert das zum Ein- oder Ausschalten des Magnetfeldes in dem Nutzluftspalt erforderliche Drehen des Kompensationsmagneten entweder einen zusätzlichen elektromechanischen Aufwand oder einen Bedienungsmann, der diese Drehung betätigt. Ein solches Drehen erfordert ein Mindestmaß an Zeit, so daß der Abschaltvorgang nicht beliebig schnell erfolgen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dauermagnetvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet und das magnetische Feld in einem Nutzluftspalt schnell und vollständig ein- und ausschalten läßt. Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Dauermagnetvorrichtung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Dauermagneten luftspaltlos und unverrückbar an den Polstücken anliegen und daß zur Umschaltung der Vorrichtung in jedem Magnetpaar die Magnetisierungsrichtung des einen Dauermagneten mittels eines Stromstoßes durch eine diesen umgebende Spule umkehrbar ist, während der Magnetisierungszustand des anderen Dauermagneten unverändert bleibt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Dauermagnetpaare abwechselnd mit Polstücken in Serie angeordnet und bilden so den magnetischen Kreis.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Magneten und Polstücke mehrerer magnetischer Kreise nebeneinander angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung ihrer Dauermagneten ist einzeln umkehrbar.
  • Die Magnetisierung der Magneten im einen oder im anderen Sinn für die In- oder Außerbetriebsetzung dieser Vorrichtung wird erfindungsgemäß vorzugsweise mit Hilfe von die Magneten umschließenden Spulen erreicht, die durch einen Strom geeigneter Richtung erregt werden, der während einer sehr kurzen Zeit in dem Augenblick der Inbetriebsetzung der Vorrichtung und im Zeitpunkt der Außerbetriebsetzung der Vorrichtung zugeführt und für die Außerbetriebsetzung in bestimmten Wicklungen umgekehrt wird. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Dauermagnetvorrichtung besteht darin, daß sie keine elektrische Energie während ihres Betriebes mit Ausnahme der kurzen Perioden der In- und Außerbetriebsetzung benötigt. Diese Vorrichtung verbindet gewissermaßen die Vorteile eines Dauermagneten, d. h. den Nichtverbrauch von elektrischer Energie und die Vermeidung der Abhängigkeit von Versagern einer Stromquelle während des Betriebes mit den Vorzügen eines Elektromagneten, d. h. mit der Leichtigkeit der Steuerung, insbesondere der Fernsteuerung.
  • In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Dauermagnetvorrichtung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Dauermagnetvorrichtung, F i g. 2 schematisch im Schnitt eine Wirbelstrombremse, die mit der erfindungsgemäßen Dauermagnetvorrichtung versehen ist, F i g. 3 und 4 schematisch den magnetischen Kreis dieser Bremse und den darin bei In- und Außerbetriebsetzung auftretenden Kraftlinienverlauf, F i g. 5 schematisch in teilweisem Schnitt eine praktische Ausführungsform einer Wirbelstrombremse nach dem Schema von F i g. 2, F i g. 6 und 7 Schnittansichten nach den Geraden a=a und b-b in F i g. 5, F i g. 8 eine abgeänderte Ausführungsform des magnetischen Kreises für die Vorrichtung nach F i g. 5 bis 7, F i g. 9 schematisch in Seitenansicht und im Schnitt eine Bremse mit stufenweise regelbarem Bremsdrehmoment, F i g. 10 schematisch die Spulenschaltanbrdnung der Bremse nach F i g. 9, F i g. 11 und 12 eine weitere Bauart einer mit der Dauermagnetvorrichtung nach der Erfindung versehenen Wirbelstrombremse in zwei durch den eingezeichneten Kraftlinienverlauf voneinander unterschiedenen Schnitten, F i g. 13 die Bremse nach F i g. 12 in Stirnansicht mit Teilschnitt nach der Geraden A-A, F i g. 14 einen mit der erfindungsgemäßen Dauermagnetvorrichtung versehenen Hubmagneten.
  • In F i g. 1 bilden die beiden Dauermagneten 1 und 2 und die zwei Anker 3 und 4 aus weichem magnetischen Werkstoff einen magnetischen Kreis mit einem zwischen den Teilen 3 und 4 vorgesehenen Luftspalt 5. Der magnetische Kraftfluß verläuft im Dauermagneten 1 ständig in der Richtung des in ihm eingezeichneten Pfeiles, während der Richtungssinn der Magnetisierung des Dauermagneten 2 mittels einer ihn umschließenden Spule 7 umgekehrt werden kann, die man mit einem in der einen oder in der anderen Richtung fließenden Strom von der Batterie 8 aus mittels des doppelpoligen Schalters 9 speisen kann. In der oberen Hälfte a von F i g. 1 ist der Schalter 9 so eingestellt, daß der die Spule erregende Strom den Dauermagneten 2 in der bei diesem angedeuteten Pfeilrichtung gegensinnig zum Dauermagneten 1 magnetisiert, so daß sich der magnetische Kraftfluß, wie durch die gestrichelten Linien veranschaulicht, über die Dauermagneten 1 und 2 schließt, die mit den ihre Enden überbrückenden Teilen der Anker 3 und 4 eine zusammenhängende Kreisbahn für die Kraftlinien bilden. Bekanntlich erzeugt ein geschlossener Magnetkreis dieser Art kein äußeres nutzbares Magnetfeld, d. h., der Kraftfluß in dem Luftspalt 5 ist gleich Null.
  • Damit dies tatsächlich der Fall ist, müssen natürlich die Magneten 1 und 2 mit den ihre Enden verbindenden Teilen der Anker 3 und 4 einen vollkommen geschlossenen Magnetkreis bilden, in welchem der umlaufende Kraftfluß keinerlei merklichen Verlust durch Streuung nach außen erleidet. Das setzt voraus, daß das Produkt aus der remanenten Induktion BR und dem Querschnitt S praktisch für die beiden Magneten 1 und 2 gleich ist, weshalb für die magnetische Vorrichtung zur Erfüllung dieser für sie wesentlichen Bedingung angenommen sei, daß die Dauermagneten 1 und 2 beispielsweise praktisch miteinander im Querschnitt übereinstimmen und aus dem gleichen Werkstoff bestehen.
  • In der unteren Hälfte b von F i g. 1 ist die Richtung des Kraftflusses in dem Magneten 2 (siehe derl hier in diesen eingezeichneten Pfeil) gegenüber dem in der oberen Hälfte a von F i g. 1 vorgesehenen Strömungssinn der Kraftlinien infolge des Umschaltens des Umschalters 9 umgekehrt und somit parallel zum Richtungssinn des Kraftflusses im Magneten 1, so daß die Kraftlinien der beiden Magneten 1, 2 nicht mehr in einem diese umfassenden Kreis verlaufen, sondern den Kraftfluß sich für jeden der beiden Magneten 1 und 2, wie durch die gestrichelten Linien in der unteren Hälfte b von F i g. 1 angedeutet, über den Luftspalt 5 schließt und infolgedessen ein Gesamtkraftfluß im Luftspalt 5 auftritt. Damit -dieser den Luftspalt 5 durchquerende, Kraftfluß 0 einen genügend großen Wert annimmt, muß das Produkt aus der Feldstärke Hd im Werkstoff der Magneten 1 und 2 und der Länge L dieser Magneten, d. h. das Produkt Hd - L eine beträchtliche Größe haben. Es gilt die Gleichung Hd - L = h - 1, wobei h das im Luftspalt und für die magnetisch anzuziehende Last verfügbare Feld, d. h. die nützliche, möglichst groß gewünschte Induktion und 1 die Länge des den Nebenluftspalten und der gegebenen Größe der jeweils zu hebenden Last entsprechenden Luftspalts bezeichnet. Andererseits muß auch das Produkt B - S beträchtliche Größe haben, da auch die weitere Gleichung: B # S = a - hs gilt, in welcher h die gleiche Bedeutung wie in der Gleichung Hd - L = h - 1 hat, S der Gesamtquerschnitt der Dauermagneten S der Querschnitt des Luftspaltes, d. h. eine ebenfalls durch die Abmessungen der Last gegebene Größe, und a der Streufaktor ist.
  • Das Bestreben, bei gegebenen Magnetabmessungen diesen beiden Bedingungen zu genügen, d. h. hohe Werte für die beiden Produkte Hd - L und B - S zu erzielen, führt praktisch dazu, dem Feld Hd einen verhältnismäßig großen Wert zu geben, d. h. die Magneten 1 und 2 aus einem Werkstoff mit hoher Koerzitivfeldstärke herzustellen, der außerdem eine magnetische Verzugsrichtung aufweist, so daß sowohl Hd als auch B hohe Werte haben.
  • Die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch nicht an die vollständige Verwirklichung der an Hand der angeführten Gleichungen entwickelten Überlegungen geknüpft.
  • Die Form und die Anordnung der Bestandteile des in F i g. 1. schematisch dargestellten magnetischen Kreises kann man auch anders wählen, wenn nur das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip der Verwendung von mindestens zwei durch Anker verbundenen, bei gleichsinniger Magnetisierung einen geschlossenen magnetischen Kreis und bei gegensinniger Magnetisierung je einen Magnetkreis über einen Luftspalt zwischen den Ankern bildenden sowie von der einen auf die andere Magnetisierungsrichtung umschaltbaren Dauermagneten verwirklicht ist. Diese beiden Magneten können dabei auch so nebeneinander angeordnet sein, daß sie einen einzigen Körper bilden, wenn bei diesem die beiden Hälften nach entgegengesetzten Richtungen magnetisiert werden können.
  • F i g. 2 zeigt als erstes Beispiel für die praktische Anwendung des Erfindungsprinzips nach F i g. 1 eine Wirbelstrornbremse, die aus einem als Scheibe ausgebildeten Läufer 12 auf der zu bremsenden Welle 11 und aus einem festen Joch 15 als Träger eines im Läufer 12 Wirbelströme erregenden Magnetsystems 14, 15 besteht. Das Joch 13, das gegebenenfalls einen Teil des magnetischen Kreises der Vorrichtung bilden kann, nimmt die magnetische Anziehungswirkung auf die Scheibe 12 auf und trägt die in Umdrehung befindliche Welle 11, z. B. mit Hilfe eines Kugellagers 16 und einer Muffe 17. Die Wirkungsweise des Magnetsystems 14, 15 ist näher im einzelnen aus F i g. 3 und 4 ersichtlich.
  • Nach F i g. 3 und 4 bilden zwei Paare von gleich starken Dauermagneten 18, 19, 20, 21 abwechselnd mit Polstücken 22, 23, 24, 25 aus weichmagnetischem Werkstoff einen geschlossenen magnetischen Kreis, wobei die Dauermagneten im eingeschalteten Zustand (F i g. 4) mit gleichnamigen und im ausgeschalteten Zustand (F i g. 3) mit ungleichnamigen Magnetpolen an den sie verbindenden Polstücken anliegen, die ihrerseits dem Magnetsystem 14, 15 der F i g. 2 entsprechen und über Luftspalte mit dem Läufer 12 den Nebenschlußkreis bilden.
  • Um den in F i g. 3 dargestellten ausgeschalteten Zustand herzustellen, läßt man den Strom in den die Magneten 18 bis 21 umschließenden Spulen 26 bis 29 derart fließen, daß alle vier Dauermagneten in dem gleichen Richtungssinn magnetisiert werden und so gemeinsam mit den sie verbindenden Teilen der Polstücke einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden. Auf Grund der Gleichheit der an symmetrischen Punkten des Kreises auftretenden Felder wird, wie sich leicht auch rechnerisch zeigen läßt, die magnetische Feldstärke im Innern des Magnetkreises überall im wesentlichen verschwinden. Dadurch wird auch im Nebenschlußkreis praktisch kein magnetisches Feld auftreten, so daß keine nennenswerte Bremswirkung mehr auf die zu bremsende Welle ausgeübt wird.
  • Wenn man nun nach F i g. 4 einen Stromimpuls im gleichen Richtungssinn wie gemäß F i g. 3 in die Spulen 26 und 28 und gegensinnig in die Spulen 27 und 28 schickt, so wird ein Dauermagnet jedes Magnetpaares, nämlich die Dauermagneten 19 und 21, ummagnetisiert. Der magnetische Fluß muß sodann über den mit den Polstücken 22 bis 25 verbundenen Nebenschlußkreis fließen und erregt in dem rotierenden Läufer 12 (F i g. 2) Wirbelströme zur Bremsung der Welle 11.
  • Dabei ergibt sich der praktisch wichtige Vorteil, daß elektrische Energie in der Bremse nur während der sehr kurzen Zeit verbraucht wird, während der man einen Strom in den Wicklungen 26 bis 29 zwecks Magnetisierung der Magneten 18 bis 21 fließen lassen muß, was den kurzen Augenblicken der In-und Außerbetriebsetzung der Bremse entspricht. Die schließlich verbrauchte Gesamtenergiemenge ist weit geringer als der unter den gleichen Bedingungen einem Elektromagneten zuzuführende Energiebetrag. Auch ist ein günstiges Arbeiten der Magneten mit einem hohen Wirkungsgrad dadurch gewährleistet, daß diese immer nach einer Sättigungsmagnetisierung in einem stabilen Punkt ihrer Hystereseschleife arbeiten, da die geometrischen Abmessungen des Magnetkreises des Luftspaltes durch die bauliche Ausführung der Magneten und Anker konstant gehalten werden können und die Dauermagneten, einmal bis zur Sättigung magnetisiert, eine stabile Magnetisierung während der ganzen Dauer der Bremsung bewahren sowie außerdem eine stabile Magnetisierung von gleicher Richtung für einzelne der Magneten und von entgegengesetzter Richtung für die übrigen während der ganzen Dauer der Nichtbenutzung der Bremse aufrechterhalten wird.
  • Bei der praktischen Ausführung einer Bremse nach F i g. 2 bis 4 können die magnetisierenden Stromimpulse ohne Schwierigkeit beispielsweise durch die Batterie eines Fahrzeuges geliefert werden. Für bestimmte besondere Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Dauermagnetvorrichtung, z. B. für die Bremsung von auf Grund ihres Gewichts einen Abhang hinabrollenden Eisenbahnwagen, kann die elektrische Energie für die Ingangsetzung und Abschaltung der Dauermagnetvorrichtung auch durch äußere, am unteren und am oberen Ende des Abhanges angeordnete Stromquellen geliefert werden.
  • Die erfindungsgemäße Dauermagnetvorrichtung kann auch bei Hubmagneten in entsprechender Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen vorteilhaft verwendet werden. Auch kann dabei die Zahl und die Form der Dauermagneten, ebenso auch die Form und Zahl der aus weichem magnetischem Werkstoff bestehenden Zwischenkörper (Polstücke, Joche) oder Anker nach Bedarf und Belieben gewählt werden.
  • In F i g. 2 ist der äußere Teil des magnetischen Kreises, der in F i g. 3 und 4 durch die aus weichmagnetischem Werkstoff bestehenden Polstücke 22 bis 23 gegeben ist, durch die stabförmigen Polstücke 14 und 15 gebildet, welche einen den Läufer 12 einschließenden magnetischen Kreis bilden, bei welchem die Form der Polstücke im übrigen beliebig sein kann. Wie F i g. 5 bis 7 zeigen, kann die Gestaltung und der Zusammenbau der Dauermagneten und der überbrückenden Zwischenkörper aber auch so erfolgen, daß die Magneten 18 bis 21 in sektorförmiger Ausbildung mit den Polstücken 22 bis 25 aus weichmagnetischem Werkstoff einen Hohlzylinder bilden, welcher in der oberen Hälfte von F i g. 5 in Ansicht und in der unteren Hälfte im Achsschnitt dargestellt ist. An jedem Ende dieses Zylinders liegt dicht ein Joch aus weichmagnetischem Material an, das beispielsweise gemäß F i g. 7 aus vier Teilen von Kreissektorformen 30 bis 33 besteht, von denen jeder von den zwei benachbarten Sektoren durch je einen Luftzwischenraum 24 getrennt ist, welcher genügend breit ist, um zu verhindern, daß der von einem Nordpolsektor ausgehende Kraftfluß unmittelbar in den benachbarten Südpolsektor unter Überbrückung der durch die Sektoren gebildeten Scheibe übergeht. Auch befindet sich jeder dieser Sektoren 30 bis 33 in Berührung mit einem der Polstücke 22 bis 25, für den er gewissermaßen den Polschub darstellt.
  • Im eingeschalteten Zustand - Feldverteilung nach F i g. 4 und 6 - wird sich der durch die Polstücke 22 bis 25 konzentrierte magnetische Fluß an den entsprechenden Sektoren 30 bis 33 ausbreiten und über die benachbarten ungleichpoligen Sektoren, sowie über die gerade davor befindlichen Teile einer der zwei fest mit einer drehbaren Welle verbundenen Scheiben 35 und 36 wieder schließen. Ein Luftspalt von geeigneter Dicke trennt das aus den Sektoren 30 bis 33 bestehende Joch von der entsprechenden Scheibe 35 bzw. 36. Wie F i g. 8 zeigt, kann man zur Erleichterung der Herstellung der ganzen magnetischen Vorrichtung auch Dauermagneten 37 bis 40 mit gerader statt gekrümmter Form verwenden, die zu einem Quadrat unter Zwischenfügung von an dessen Ecken vorgesehenen Polstücken 41 bis 44 aus weichmagnetischem Werkstoff und mit Hilfe von Keilen 45 bis 48 vereinigt sind.
  • Wie die beschriebenen Beispiele zeigen, ist bei einer ausschaltbaren Dauermagnetvorrichtung dieser Art keine unerwünschte Änderung des z. B. zur Bremsung verwendeten Drehmomentes in Abhängigkeit von der Erhitzung des magnetischen Kreises vorhanden. Andererseits kann man aber bequem dieses Drehmoment beispielsweise durch Verringerung der Intensität des Magnetisierungsstromes oder durch Veränderung der Magnetisierungsrichtung der Magneten eines Teiles des Magnetkreises ändern. Zu diesem Zweck wird man etwa den magnetischen Kreis in mehrere ringförmige Teile zerlegen, welche unabhängig voneinander magnetisiert werden, so daß jeder Teil in dem magnetischen Kreis eine für die Erzielung der gewünschten Kraftwirkung geeignete Induktion erzeugt.
  • F i g. 9 und 10 veranschaulichen eine in dieser Form gebildete Bremse, bei der sich über die rotierende Scheibe 52 der magnetische Kreis 53 schließt, der drei ringförmige Teile 49, 50, 51 aufweist, welche durch drei Gruppen von Wicklungen 49A, 49B bzw. 50A, 50B bzw. 51A, 51B gemäß F i g. 10 magnetisiert werden.
  • Die Inbetriebsetzung der Bremse nach F i g. 9 und 10 wird vorzugsweise durch die gleichzeitige Einwirkung der Wicklungen auf die Magnetisierung der Ringe erreicht, welche ein Feld erzeugen sollen. Indessen wird man, wenn man absatzweise die Magnetisierung der Ringe beeinflußt, bei der Ingangsetzung der Bremse nacheinander auf die Magnetisierung des Ringes 49, dann des Ringes 50 und hierauf des Ringes 51 und bei der Außerbetriebsetzung der Bremse umgekehrt auf die Magnetisierung zuerst des Ringes 51, dann des Ringes 50 und zuletzt des Ringes 49 einwirken. Gemäß den in F i g. 10 ersicht lichen Schaltungen bleiben die oberen Halbringe durch die Wicklungen 49A, 50A sowie 51A dauernd in der gleichen Richtung magnetisiert, während die unteren Halbringe durch die Wicklungen 49B sowie 50B und 51B getrennt im einen und im anderen Sinn mit Hilfe der Umschalter 54 und 55 sowie 56 für die In- oder Außerbetriebsetzung der Bremse magnetisiert werden.
  • Bei der in F i g. 11 bis 13 dargestellten Wirbelstrombremse sitzen auf der umlaufenden Welle 61 eine oder mehrere, z. B. zwei Scheiben 62. Eine erste Gruppe von zwei Dauermagneten 63 a und 64 a ist an zwei feststehenden Polstücken 65 a und 66 a aus weichmagnetischem Werkstoff und eine zweite Gruppe von Dauermagneten 63e und 64e an zwei feststehenden Polstücken 65 e und 66 e befestigt. Wie aus F i g. 13 näher ersichtlich, sind vor den beiden in F i g. 11 und 12 wiedergegebenen Scheiben 62 mehrere, z. B. acht Polstücke vorgesehen, von denen in F i g. 13 nur die in F i g. 11 und 12 der rechten Scheibe 62 benachbarten Polstücke 66a bis 66h veranschaulicht sind. An jedem dieser Polstücke sind je zwei gerade und zur Welle 61 parallele Dauermagneten angebracht, von denen in F i g. 13 nur die Magneten 63 a und 64a am Polstück 66a im Schnitt dargestellt sind.
  • Jeder dieser Dauermagneten ist von einer Wicklung umgeben, welche nur während einer sehr kurzen Zeit beim In- oder Außerbetriebsetzen der Bremse mit Strom in der einen bzw. in der anderen Richtung von einer Batterie oder sonstigen Spannungsquelle aus beschickt wird. Von diesen Wicklungen sind in Fig. 11 und 12 die bei den Magneten 63 a, 64 a, 63 e, 64 e vorgesehenen Wicklungen 68 a, 69 a, 68 e, 69 e und in F i g.13 die Wicklungen 68 a und 69 a an den Magneten 63 a und 64 a veranschaulicht. Wenn die Bremse ganz außer Betrieb gesetzt ist, weisen die Magneten die aus F i g. 11 ersichtliche und bei Inbetriebsetzung die in F i g. 12 wiedergegebene Verteilung der Nordpole N und der Südpole S an ihren Enden auf. Bei der Polverteilung nach F i g. 11 bilden sie paarweise mit den zugehörigen beiden Polstücken einen geschlossenen, kein Feld in den Luftspalten 67 zwischen den Scheiben 62 und den Polstücken erzeugenden Magnetkreis. Bei der gegensinnigen Polverteilung nach F i g. 12 erzeugen sie einen über die Luftspalte 67 und die drehbaren Scheiben 62 verlaufenden, ein Magnetfeld in den Luftspalten hervorrufenden Magnetkreis.
  • Man kann bei der Bremse nach F i g. 11 bis 13 den Magnetisierungswechsel von dem geschlossenen Magnetkreis gemäß F i g. 11 nach dem über Luftspalte gehenden Magnetkreis gemäß F i g. 12 zunächst nur bei zwei einander diametral gegenüberliegenden Paaren von Magneten, z. B. den in F i g. 11 und 12 wiedergegebenen beiden Magnetpaaren 63a, 64a und 63e, 64e, durch Stromumkehr in den zugehörigen Wicklungen, z. B. den in F i g. 11 und 12 ersichtlichen Wicklungen 68 a und 68 e, durchführen und dann bei zwei anderen, ebenfalls diametral einander gegenüberliegenden Paaren von Magneten sowie hierauf bei einem dritten und einem vierten diese Lagenbeziehung aufweisenden Doppelpaar von Magneten vornehmen, wodurch sich eine vierstufige Regelung des die Luftspalte durchquerenden magnetischen Kraftflusses von der in F i g. 11 wiedergegebene Ruhestellung aus ergibt.
  • Die kreisförmige Anordnung der Dauermagneten und der überbrückenden Polstücke nach F i g. 11 bis 13 ermöglicht eine weitgehende Verminderung der Raumbeanspruchung der Bremse für eine gegebene, im Luftspalt erforderliche Induktion und außerdem ein schrittweise durchführbares In- und Außerbetriebsetzen der Bremse bei gleichzeitiger Erzielung eines dem optimalen Wirkungsgrad nahekommenden Arbeitens der Magneten. Auch kann man, da der Wert der Speisespannung für die Wicklungen festgelegt ist und sie nacheinander den verschiedenen Magnetgruppen statt der Gesamtheit der Vorrichtung zugeführt werden, für die Wicklungen einen Draht von viel geringerem Durchmesser verwenden, was gleichfalls die Raumbeanspruchung der Bremse und dazu deren Herstellungskosten vermindert.
  • Das Verhältnis der Querschnitte der Magneten und der zugehörigen Polstücke ist derart zu bestimmen, daß sich eine Magnetisierung ergibt, bei der im Ruhezustand der Bremse der dabei in sich geschlossene Magnetkreis der Magnetpaare in dem äußeren Luftspalt keinerlei nennenswerte Induktion erzeugt. Die vorteilhafte Steuerung mehrerer Magnetkreise von einer einzigen Batterie aus kann nicht nur bei einer Bremse, sondern auch bei einer irgendeinem anderen Arbeitszweck dienenden magnetischen Vorrichtung, z. B. einem Hebezeug mit magnetischer Platte, verwendet werden.
  • Der in F i g. 14 veranschaulichte Hubmagnet besteht in der Hauptsache aus zwei stabförmigen, rechteckig prismatischen Dauermagneten 70 und 71 und aus zwei diese verbindenden Polstücken 72 und 73 aus weichmagnetischem Werkstoff sowie aus den die Magneten 70 und 71 umschließenden Wicklungen 74 und 75. Dieser Hubmagnet wirkt in der gleichen Weise wie die Bremse nach F i g. 11 bis 13. Wenn man während eines Bruchteils einer Sekunde in die Wicklungen 74 und 75 einen Strom schickt, durch den sich an den Magneten 70 und 71 beispielsweise die in F i g. 14 angegebenen Pole N und S ausbilden, so schließt sich der Magnetkreis über den anzuhebenden, z. B. rohrförmigen Körper 76, und der ganze Hubmagnet ist im Betriebszustand. Man braucht nur einen Stromimpuls im gleichen Richtungssinn wie vorher in die eine und im entgegengesetzten Richtungssinn in die andere der beiden Wicklungen 74 und 75 zu senden, damit der magnetische Kraftfluß sich über die in der Höhe der Magneten 70 und 71 liegenden Teile der Polstücke 72 und 73 schließt und dadurch die Vorrichtung außer Tätigkeit und das Rohr 76 zum Abfallen kommt.
  • Ein Hubmagnet dieser Art zeichnet sich durch sehr große Betriebssicherheit aus, da der von den Polstücken erfaßte Körper fest angezogen bleibt, bis man einen geeigneten, den Magnetisierungssinn bestimmter Magneten umkehrenden Strom in die eine bzw. die andere der zwei Wicklungen schickt. Ein weiterer Vorteil dieses Hubmagneten besteht darin, daß er mit einem hohen Belastungsfaktor arbeiten kann, ohne daß man eine Erhitzung der Wicklungen oder eine Erschöpfung der elektrischen Energiequelle zu befürchten hat. Man kann auch mehrere nach F i g. 14 ausgebildete Hubmagneten zu einem Hebezug größerer Leistung ohne bauliche Schwierigkeit vereinigen.
  • Auf Grund insbesondere ihres sehr geringen Energieverbrauches kann die magnetische Vorrichtung nach der Erfindung auch überall da verwendet werden, wo mit den bisher gebräuchlichen Elektromagneten und anderen bekannten magnetischen Vorrichtungen eine Ausnutzung der magnetischen Kraftwirkung für Arbeitszwecke praktisch unmöglich ist. Beispielsweise kann die Erfindung auch dazu dienen, eine auf einem Karren oder einem anderen leichten Fahrzeug aufgebaute selbständige Werkstückhandhabungsvorrichtung für magnetische Körper, z. B. für in Packmaterial enthaltene Eisenteile, mit günstigem Wirkungsgrad zu schaffen. Der äußerst geringe elektrische Energieverbrauch einer Vorrichtung nach der Erfindung kann im Gegensatz zu den einen beträchtlichen Bedarf an elektrischer Energie erfordernden Elektromagneten für Hub- und andere Arbeitszwecke ohne weiteres durch eine auf einem Fahrzeug vorgesehene und von einer Dynamomaschine mit Antrieb durch den Fahrzeugmotor aufgeladene Batterie geliefert werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung mit wenigstens einem im eingeschalteten Zustand mit gleichnamigen und im ausgeschalteten Zustand mit ungleichnamigen Magnetpolen an Polstücken anliegenden Paar von je zwei gleich starken Dauermagneten, die mit den Polstücken zumindest einen magnetischen Kreis bilden, der einen zu den Dauermagneten parallelen, von einem Luftspalt unterbrochenen Nebenschlußkreis aufweist, und mit einer Einrichtung zum Umkehren der magnetischen Feldrichtung bei einem Dauermagneten jedes Magnetpaares, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Dauermagneten (l., 2) luftspaltlos und unverrückbar an den Polstücken (3, 4) anliegen und daß zur Umschaltung der Vorrichtung in jedem Magnetpaar die Magnetisierungseinrichtung des einen Dauermagneten (2) mittels eines Stromstoßes durch eine diesen umgebende Spule (7) umkehrbar ist, während der Magnetisierungszustand des anderen Dauermagneten (1) unverändert bleibt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dauermagnetpaare (18, 19, 20, 21) abwechselnd mit Polstücken (22, 23, 24, 25) in Serie angeordnet sind und so den magnetischen Kreis bilden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten und Polstücke mehrerer magnetischer Kreise (49; 50, 51) räumlich nebeneinander angeordnet sind und die Magnetisierungsrichtung ihrer Dauermagneten einzeln umkehrbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1022 712; deutsche Patentanmeldung D 2287 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 20. 12. 1951); schweizerische Patentschrift Nr. 236 118; britische Patentschriften Nr. 621011, 768 518; USA.-Patentschrift Nr. 2 348 967.
DES61683A 1958-02-08 1959-02-07 Ausschaltbare Dauermagnetvorrichtung Pending DE1274256B (de)

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