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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Preßvorrichtung zur Herstellung
eines aus pulverförmigem Material gepreßten und gegebenenfalls gesinterten hohlzylinderförmigen
Dauermagneten mit im wesentlichen radial verlaufenden Vorzugsrichtungen.
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Hohlzylinderförmige Dauermagnete bzw. Ringmagnete haben eine weite
Verbreitung für die Verwendung etwa als Ständermagnete in Gleichstrommotoren, als
Läufer in Synchronmotoren und Wechselstromgeneratoren sowie in anderen umlaufenden
elektrischen Maschinen. gefunden. Bei solchen Ringmagneten handelt es sich häufig
um Ferritmagnete, die beispielsweise aus Bariumferrit bestehen. Dabei ist zwischen
sogenannten nichtausgerichteten (isotropen) und ausgerichteten (anisotropen) Magnetkörpern
zu unterscheiden. Anisotrope Ferritmagnete sind in der Lage, wesentlich stärkere
magnetische Felder als entsprechende isotrope Magnetkörper zu erzeugen, so daß ein
erhebliches Interesse daran besteht, auch über Ringmagnete mit anisotropem Aufbau
verfügen zu können.
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Anisotrope, d. h. bestimmte magnetische Vorzugsrichtungen aufweisende,
hohlzylinderförmige Dauermagnete gehören bereits zum Stand der Technik. Die Vorzugsrichtungen
verlaufen dabei in der Regel entweder in axialer oder aber in radialer Richtung.
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Hohlzylinderförmige Dauermagnete mit axialer Vorzugsrichtung werden
z. B. in Lautsprechern eingesetzt, eignen sich jedoch im allgemeinen nicht für die
erwähnten Anwendungszwecke in umlaufenden elektrischen Maschinen od. dgl.
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Während die Herstellung axial ausgerichteter Dauermagnete der in Rede
stehenden Art in der Regel keine besonderen Schwierigkeiten verursacht, treten bei
der Fertigung von hohlzylinderförmigen-Dauermagneten mit radialer Ausrichtung zunächst
grundsätzlich wesentlich größere Probleme auf. Bei axial auszurichtenden Magnetkörpern
kann das Magnetpulver bzw. die Magnetmasse einfach in das sich zwischen zwei gegenüberliegenden
Polflächen erstreckende Magnetfeld gebracht werden und dann durch die parallel zu
der Achse des zylinderförmigen Körpers verlaufenden Feldlinien die gewünschte Ausrichtung
erfahren; zur Erzielung einer radialen Ausrichtung ist eine solche- vergleichsweise
einfache Maßnahme dagegen nicht möglich. Die Feldlinien, die sich zwischen auf gegenüberliegenden
Seiten des auszurichtenden Magnetpulvers angeordneten und dabei der Form der Außenfläche
des herzustellenden Preßlings angepaßten Polflächen erstrecken, verlaufen parallel
zueinander, durchsetzen den Magnetkörper also in diametraler bzw. tangentialer,
nicht aber in der gewünschten radialen Richtung.
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In diesem Zusammenhang ist schon eine Vorrichtung zum Verpresseri
von Ferritpulver zu einem Magnetkörper und zur- gleichzeitigen Herstellung von Vorzugsrichtungen
in diesem bekanntgeworden, bei der das in der Preßform befindliche Pulver von einem
diametralen, ausrichtenden magnetischen Feld durchsetzt wird, das sich senkrecht
zur Preßrichtung erstreckt und von eisernen, auf gegenüberliegenden Seiten des Preßkörpers
angeordneten Polstücken erzeugt wird. Diese bekannte Preßform dient jedoch nur zur
Herstellung von Magnetkörpern mit vollem Querschnitt, in denen sich mit der bekannten
Preßform auch nur eine diametrale Ausrichtung in Richtung der Feldlinien erzielen
ließ. Für die bei der Erfindung angestrebte Herstellung von hohlzylinderförmigen
Kernen mit radial verlaufenden Vorzugsrichtungen kommt diese bekannte Preßform dagegen
nicht infrage. Würde ein solcher hohlzylinderförmiger Körper in die bekannte Preßform
mit dem senkrecht zur Preßrichtung verlaufenden Feld gebracht, so würde es nicht
zu der gewünschten radialen Ausrichtung kommen, sondern die Vorzugsrichtungen würden
überwiegend tangentiale Komponenten aufweisen.
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Um eine radiale Ausrichtung zu erhalten, wurde es daher bisher als
notwendig angesehen, das pulverförmige Material für die hohlzylinderförmigen Dauermagnete
nicht in ein den Hohlraum der Preßform diametral durchsetzendes Feld zu bringen,
sondern das Pulver in Preßformen auszurichten und zu verpressen, bei denen der eine,
dann dornartig ausgebildete magnetische Pol im Innern des Hohlkörpers angeordnet
ist, während der Gegenpol den Hohlkörper ringförmig umgibt. Auf diese Weise war
zwar mit Sicherheit ein radialer Verlauf des magnetischen Richtfeldes gewährleistet,
so daß sich die Vorzugsrichtungen in dem Hohlkörper in der gewünschten Weise radial
und mit im wesentlichen gleicher Dichte einstellten. Eine solche Preßform mit einem
in den Hohlraum des Magnetkörpers eingreifenden Innenpol und einem den Hohlkörper
ringförmig umgebenden Außenpol bringt jedoch gewisse Nachteile mit sich. Denn einmal
stehen für den Außenpol einerseits und den Innenpol andererseits sowohl unterschiedlich
große Polflächen zur Verfügung, so daß eine wirtschaftliche Ausnutzung nicht möglich
ist, weil der die-kleinere Polfläche aufweisende Innenpol sich bereits in der Sättigung
befinden kann, wenn der größere Querschnitt des Außenpols noch gar nicht voll beansprucht
ist. Insbesondere ist zum anderen bei einer derartigen Preßform aber ein magnetischer
Rückschluß zwischen dem Innen- und dem Außenpol nur in axialer Richtung des Magnetkörpers
und damit - bedingt vor allem auch durch den freien Raum, der Ober- und unterhalb
der Preßform verbleiben muß, um eine einwandfreie Betätigung der Form zu gewährleisten
- nur über einen großen Umweg möglich. Das führt zu einem verhältnismäßig großen
Bedarf an magnetisch gut leitendem Material, einem relativ großen Platzbedarf in
axialer Richtung und damit auch zur Sperrigkeit, außerdem zu verhältnismäßig großen
magnetischen Verlusten. Ein magnetischer Rückschluß der beiden entgegengesetzten
Pole unmittelbar in der Ebene des auszurichtenden Magnetkörpers ist deswegen nicht
möglich, weil sich der eine der beiden Magnetpole innerhalb des Magnetkörpers befindet
und eine magnetische Verbindung des Innen- und Außenpols miteinander unmittelbar
in der Ebene des Magnetkörpers wegen des dazwischenliegenden Querschnitts des Magnetkörpers
sich naturgemäß nicht herstellen läßt.
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Aufgabe der. Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die es
ermöglicht, hohlzylinderförmige Dauermagnete mit radial verlaufenden Vorzugsrichtungen
aus pulverförmigem Material auf einfachere, wirksamere und insbesondere auch wirtschaftlichere
Weise als bisher herzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Preßvorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß durch zwei diametralsymmetrisch angeordnete Polschuheinsätze
entgegengesetzter Polarität gekennzeichnet, die im wesentlichen mit der gesamten
äußeren
Mantelfläche des Preßlings in unmittelbarer Berührung stehen, sowie durch einen
ferromagnetischen Kern aus hochpermeablem Material, der den gesamten Hohlraum des
Preßlings während des Verpressens ausfüllt. Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Maßnahme
läßt es sich überraschenderweise erreichen, einen hohlzylinderförmigen Kern mit
einfachen Mitteln unter Zuhilfenahme eines an sich diametral von einem ersten Polschuh
zu einem gleichartigen gegenüberliegenden zweiten Polschuh verlaufenden Magnetfeldes
jedenfalls nahezu vollständig radial auszurichten. Durch die Anpassung der Polflächen
der Polschuheinsätze an die äußere Mantelfläche des Preßlings wird einmal dafür
gesorgt, daß die Kraftlinien mindestens im wesentlichen normal zur Mantelfläche
des Preßlings, d. h. also radial ein- bzw. austreten, zum anderen kommt es infolge
der Anwesenheit des ferromagnetischen Kerns aus hochpermeablem Material im Hohlraum
des ringförmigen Magnetkörpers auch zu einer Ablenkung der Kraftlinien zum Mittelpunkt
des Kerns hin und somit in radialer Richtung.
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Besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich des ausrichtenden Feldes
ergeben sich, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Durchmesser des
Kerns größer als ein Viertel des durch die Polschuheinsätze bestimmten Außendurchmessers
des Preßlings ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung werden nachstehend
an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert.
Es zeigt F i g. 1 den Querschnitt durch eine Preßvorrichtung nach der Erfindung
längs der Linie I-1 der F i g. 2 und F i g. 2 einen Längsschnitt durch F i g.1 längs
der Linie II-II.
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Im einzelnen weist die in den F i g.1 und 2 dargestellte allgemein
mit 10 bezeichnete Preßform einen nichtmagnetisierbaren Hauptteil
12 sowie zwei in diesen eingepaßte ferromagnetische Polschuheinsätze
14, 16 auf, an denen eine magnetische Spannung anliegt, die von einer elektromagnetischen
oder permanentmagnetischen Quelle (nicht dargestellt) erzeugt werden kann. Diese
magnetische Spannung ist symbolisch mit den Buchstaben N und S
angedeutet.
Die Polflächen der Polschuheinsätze 14,
16 sind der Außenfläche des
herzustellenden Preßlings 17 angepaßt und erstrecken sich jeweils im wesentlichen
über den halben Umfang der Außenfläche des Preßlings 17.
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In der Mitte der Preßform 10 befindet sich ein zylinderförmiger
Kern 18 aus einem hochpermeablen Werkstoff wie etwa Eisen, der den Hohlraum
des Preßlings 17 bestimmt. Die Feldlinien des zwischen den Polschuheinsätzen
14, 16 erzeugten Magnetfeldes würden ohne Anwesenheit des Preßlings 17 und
des Kerns 18 an sich etwa geradlinig diametral von einer Polfläche zur anderen verlaufen.
Befände sich als magnetisch wirksames Element nur der Preßling 17 bzw. die zu verpressende
Pulverfüllung zwischen den Polschuheinsätzen 14, 16, so würde zwar eine gewisse
Ablenkung der Feldlinien in radialer Richtung eintreten. Im wesentlichen würden
die Feldlinien die Preßform jedoch weiterhin diametral bzw. tangential durchsetzen,
da die Permeabilität der Pulverfüllung meistens sehr niedrig ist. Durch den symmetrisch
zu den Polflächen der Polschuheinsätze 14, 16 angeordneten Kern
18 aus hochpermeablem Werkstoff werden die Feldlinien dagegen so abgelenkt,
daß sie hinsichtlich des auszurichtenden Preßlings einen im wesentlichen radialen
Verlauf annehmen, wie er mit den Feldlinien 20
angedeutet ist. Lediglich in
den Randbereichen, in denen die Polflächen der Polschuheinsätze 14, 16
einander
unmittelbar benachbart sind, können je nach den herrschenden relativen Größenverhältnissen
im Bereich von Störstellen 21 Abweichungen von einem solchen radialen Verlauf
auftreten und die Feldlinien nahezu lateral verlaufen. Abgesehen von diesen unerheblichen
Abweichungen verlaufen die Feldlinien und damit dann auch die Vorzugsrichtungen
jedoch durchweg radial. Um im übrigen die Handhabung zu vereinfachen, kann die Preßform
10
Einsätze zur Markierung der erzeugten Vorzugsrichtungen bzw. der dabei
entstandenen magnetischen Pole enthalten (nicht gezeigt).
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Während F i g. 1 einen Querschnitt durch F i g. 2 längs der Linie
I-I zeigt, ist mit F i g. 2 ein Längsschnitt durch F i g. 1 längs der Linie II-II
wiedergegeben. Man erkennt den rechteckigen Querschnitt des magnetisch auszurichtenden
Preßlings 17, dessen axial verlaufende Mantelflächen durch die Polschuheinsätze
14, 16 einerseits bzw. durch den Kern 18 andererseits begrenzt sind. An den Stirnflächen
greifen von oben her ein nichtmagnetisierbarer, rohrförmiger Oberstempel
23 bzw. von unten her ein nichtmagnetisierbarer, rohrförmiger Unterstempel
26
an. Ober- bzw. unterhalb des ferromagnetischen Kerns 18 sind außerdem
ein nichtmagnetisierbares oberes Innenstück 27 bzw. unteres Innenstück
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angeordnet, die den Kern 18 jeweils in seiner richtigen Lage halten.
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In den meisten Fällen findet die radiale Ausrichtung des Preßlings
17 vor und während des Pressens des pulverförmigen magnetischen Materials
statt, doch kann sie z. B. auch während des Erstarrens des magnetischen Materials
oder der Magnetmasse in einem Kunststoff- oder Gummiträger ohne Pressen oder während
des Erstarrens der Magnetmasse in einer Gipsform im Schlickergießverfahren oder
nach einem geeigneten anderen Verfahren zur Verdichtung und Verfestigung von pulverartigen
Substanzen erfolgen. In den F i g. 1 und 2 sind die beim Pressen einer Pulversuspension
erforderlichen Löcher in den Stempeln 23 bzw. 24 für den Wasserablauf, die diesen
Löchern zugeordneten Filter sowie die Dichtungen der Stempel 23 bzw.
24, die jeweils keinen unmittelbaren Gegenstand der Erfindung bilden, aus
Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
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Der so mit Vorzugsrichtungen versehene Preßling wird dann gesintert
und nötigenfalls geschliffen. Im Anschluß daran wird der Preßling in seinen Vorzugsrichtungen
magnetisiert, so daß er die gewünschte Anzahl Pole erhält.
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Der zusammenhängende zweipolige Ringmagnet, wie er vorstehend beschrieben
wurde, läßt sich einfacher herstellen als einzelne Ringsegmente, die dann zu einem
geschlossenen Ring zusammengefügt werden. Derartige zusammenhängende Ringmagnete
lassen sich in bestimmten Fällen dann auch leichter in einen Motor oder eine andere
entsprechende Anordnung einbauen. Darüber hinaus weist der zusammenhängende Ringmagnetkörper
eine wesentlich bessere mechanische Festigkeit auf als Ringmagnete,
die
aus einer Mehrzahl einzelner Segmente zusammengesetzt sind.
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Wenngleich die Ringmagnete vorzugsweise kreisförmig ausgebildet sind
und einen rechteckigen radialen Querschnitt besitzen, so sind im Rahmen der Erfindung
dennoch Abweichungen von dieser Kreisform möglich. Beispielsweise kann der innere
Hohlraum auch den Querschnitt einer Ellipse oder eines Vielecks haben. Ebenso kann
der radiale Querschnitt quadratisch, kreisrund oder oval sein. So ist etwa eine
Ausführungsform möglich, bei der der äußere Umfang kreisförmig ist, die innere öffnung
eine quadratische Form mit abgerundeten Ecken hat und bei der der radiale Querschnitt
rechteckig ist, so daß der Magnet auf eine rechteckige Welle aufgepaßt werden kann.