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Magnetische Feder Wenn man dem Pol eines Permanentmagneten ein Eisenstück
nähert, so wird dasselbe angezogen und von dem Pol so kräftig gehalten, dass man
zum CD Abreissen eine grössere Kraft benötigt. Wenn das Eisenstück eine solche Grösse
und Ausdehnung hat, dass es am Permanentmagneten den Nordpol zum ,Südpol überbrückt,
so wird diese Wirkung entsprechend vergrössert. Das kommt dadurch zustande, dass
ein grösserer Fluss nunmehr in dem magnetisch geschlossenen Kreis zurückgeführt
wird. Wenn man zwei Permanentmagnete einander nähert, so bekommt man zwei verschiedene
l,lirkungen, je nachdem ob zwei gleichnamige Pole oder entgegengesetzte Pole
sich gegenüber stehen. Bei entgegengesetzten Polen wird der Anziehungseffekt, der
bei dem ferritischen Anker schon zu beöbachten war, entsprechend vergrössert. Bei
gleichnamigen Polen tritt statt der Anziehung eine Abstossung auf. Den-Anziehungseffekt
kann man schwer für Federwirkungen.ausnutzen, weil die Anziehungscharakteristik
eine progressive ist und weil infolgedessen kaum stabile Zwischenlagen zwischen
der polfernen und der polnahen Lage zustande kommen. Beim Abstosseffekt kann man,
wenn die Magnete entsprechend gelagert oder geführt sind, Wirkungen zustande bringen,
die sehr ähnlich der Wirkung von Federn sind, aber die Grössenordnung ist nicht
so, dass man dabei zu praktisch verwendbaren Bauelementen gelangen könnte.
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Bei magnetischen Kupplungen, insbesondere solchen, die mit ihrem Kupplungseffekt
eine Wand durchdringen, arbeitet man mit Doppelmagneteng deren Pole auf Schub zueinander
wirksam werden. Eine solche Anordnung wirkt unter anderem auch wie eine Drehfeder,
und es können an solchen Kupplungen entsprechend auch Drehschwingungen zustande
kommen. Bei der vorliegenden Erfindung ist der magnetische Schubeingriffseffekt
auf eine Anordnung übertragenl die insbesondere mit linearem Eingriff arbeitet und
die es also gestattet, in geradliniger Bewegung Federwirkungen zustande zu bringen.
Die Wirkung ist besonders gross, wenn man zwei konzentrisch angeordnete Permanentmagnete,
von denen einer den Kern bildet
und der andere einen ringförmigen,
mit entsprechenden Polteilen armierten Stator bildet, einander in Schubeingriff
bringt, indem man sie insbesondere gegenpolig magnetisiert. Dabei muss der Kernmagnet
mit oder ohne Polarmierung gleitend gelagert werden und gut zentrisch zu.den Statorpolen
geführt sein. Der Kernmagnet wird magnetisch auf Mittellagef gezogen, und wird durch
die magnetischen Kräfte in gleicher Weise in diese Lage zurückgebracht, wenn man
ihn nach rechts oder links auslenkt. Durch Polform und Luftspalt lässt sich die
Kraftwegcharakteristik einer solchen magnetischen Feder beeinflussen. Bei grossen
Luftspalten erhält man eine weichere Federung bei entsprechend grösseren Hüben,
während es bei kleineren Luftspalten umgekehrt ist. Je grösser die-Luftspalte sind,
um so geringer sind die durch (#uerkräfte hervorgerufenen Reibungen. Bei kleineren
Luftspalten muss man demgemäss auf gut zentrische Führung des Kernmagneten und auf
eine reibungsarme Gleitlagerung besonderen Wert legen* Ausser der konzentrischen
Anordnung gibt es auch eine solche mit zwei balkenförmigen, nebeneinander liegenden
Permanentmagnetsystemen, die ebenfalls in Schubeingriff stehen und so gegeneinander
geführt und gelagert sind, dass sie eine reibungsarme Bewegung ausführen können.
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Die Lagerung kann eine Gleit- oder Wälzlagerung sein. Es gibt aber
auch Konstruktionen, bei denen man eine Federaufhängung bevorzugt anwenden würde,
da dann eine verhältnismässige Reibungslosigkeit auch bei stärksten %üerkräften
zu erzielen ist. Der Hauptvorteil permanentmagnetischer Federn gegenüber allen anderen
bekannten Federungen wUrde insbesondere der sein, daas keinerlei Abnutzung
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im Laufe der Zeit stattfindet, und dass ein Bruch selbstverständlich überhaupt
nicht eintreten kann. Nichtsdestoweniger würde man immer fragen mÜssen, wann !ohnt
sich dieser Mehraufwand, der zweifellos dabei getrieben man werden muss, wenn7bestimmte
Federcharakteris'tiken-im Vergleich zu denen bei der Verwendung von Stahlfedern
erzielen will. Hier setzt die Erfindung mit einem weiteren wichtigen Merkmal ein.
Man kann nämlich bei den erfindungsgemässen Anordnungen in weiten Grenzen die Charakteristik
der Federung verändern, und zwar sowohl durch feste Einstellung,
also
beispielsweise Veränderung der Luftspalte oder Auswechseln der polbildenden Elemente,
als auch betriebsmässig durch magnetische Nebenschlüsse, die es gestatten,. den
magnetischen Fluss zu schwächen oder zu verstärken und damit die Federcharakteristik
zu verändern.
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Andere besonders geeignete Anwendungsfälle dieses physikalischen Funktionsprinzips
sind insbesondere solche, wo man einen kräftigen magnetischen Fluss sowieso braucht,
und wo man ihn in zweiter Linie dann auch noch zur Erzeugung von gesteuerten Ablenkungen
oder beispielsweise zur Erzeugung von Schwingungen ausnutzen kann, In diesem Fall
fällt die magnetische Feder mit ab und der dafür notwendige Aufwand ist ausserordentlich
gering. Eine weitere interessante Anwendung, die die Erfindung bietet$ ist folgende:
Man kann einen der beiden in magnetischem Eingriff stehenden Permanentmaghete durch
einen Elektromagneten ersetzen und kann damit die Federung des Systems durch Veränderung
des Erregerst-otms beeinflussen. Damit kann man die Federung fein steuern und sogar
- wenn man will - elektronisch steuern. Hierdurch ergeben sich sehr
interessante Anwendungen in der Automation von Maschinen. Dass man schliesslich
beim rein permanentmagnetischen System auch einen von beiden Permanentmagneten durch
eine ferritische Brücke ersetzen kann, ist selbstverständlich. Die Wirkung geht
dann zurück, aber es ergibt sich dann unter Umständen eine vereinfachte und verbilligte
Anordnung. Im allgemeinen wird man zur Verwirklichung derartiger Anordnungen dem
Erfindungsgedanken entsprechend Permanentmagnete verwenden, die in axialer Richtung,
dh.-in Bewegun-srichtung magnetisiert sind und die Polschuhe tragen, die dem gedachten
Zweck besonders entsprechen. Es besteht aber durchaus die Möglichkeit, Permanentmagnete
zu verwenden, die senkrecht zur Bewegungsrichtung magnetisiert sind, und die mit
entsprechenden ferritischen Aufbauelementen verbunden sind. Bei konzentrischen Anordnungen
würde dies allerdings voraussetzen, dass man radial magnetisierte Ringmagnete anwendet,
und diese sind im allgemeinen kostspielig in der Herstellung. Magnetische Federungen
können fast lineare Charakteristiken haben. Sie kÖnnen aber insbesondere auch so
gestaltet sein, dass sie eine progressive Charakteristik aufweisen. Gerade letzteres
ist in der Anwendung sehr häufig
erwünscht; denn die progressive
Federcharakteristik dient bei Schwingern zum Beispiel dazu, die Einhaltung einer
annähernd konstanten Amplitude zu erzielen.
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Da Permanentmagnete einen unter Umständen störenden Temperatur-Koeffizienten
haben, so können an sich bekannte Massnahmen zur Temperatur-Kompensation angewandt
werden. Um besonders leistungsfähige und relativ klein bauen#de Magnetfedern zu
verwirklichen, ist es auch zweckmässig, soweit man elektromagnetisch oder halb elektromagnetisch
arbeitet, insbesondere einen nicht perrilanentmagnetischen Kern aus einem kobalthaltigen
Sondermaterial zu verwenden, dessen Sättigung etwa bis 24ooo Gauß herauf gqtrieben
werden kann, 1,iiit einer solchen Anordnung sind die denkbar höchsten Spitzenkräfte
am Federungsumkehrpunkt zu erreichen. Fig. 1 zeigt ein magnetisches Schubfedersystem
bei dem (2) der permanentmagnetische Kern mit den beiden Polschuhen (1) ist
und (5) der statorseitige Permanentmagnet mit den Polschuhen (4).
(3) ist eine unmagnetische, rohrförmige Zwischenwand, in der der Kern in
Pfeilrichtung hin und hergleiten kann* (6) stellt einen rohrförmigen ferritischen
Mantel dar, der verschoben werden kann, um die Federcharakteristik durch teilweises
Kurz--schliessen des statorseitigen Permanentmagneten zu verändern., In Fig. 2 ist
ein gleiches System Wie in Fig. 1 dargestellt unter HinzufÜgen einer Spule
(7), durch die die Federcharakteristik auf elektrischem Wege verändert bzwo
beeinflusst werden kann. Fig- 3 stellt ein System dar, bei dem statorseitig
ebenfalls ein Permanentmagnet (5) und eine Spule (7) angeordnet sind,
mit den Polschuhen (4), und pe*:lankerseitig lediglich ein ferritischer Kern
(1) angeordnet ist, der in dem unmagnetischen Rohr (3) hin- und her
bewegt wird. Dieser Kern (1)
sollte aus einem fer.ritischen Material mit allerhöchsten
Sättigungswerten bestehen. Schliesslich zeigt Fig. 4 ein nicht zirkulares System
mit einem balkenförmigen, statorseitigen Magneten (5) mit Polschu#hen (4)
und einem ähn-C-1 lichen-balken- oder blockförmigen Ankerseitigen beweglichen Magnetsystem,(2)
mit den Polschuhen (1),.-wobei dieses bewegliche Teil an Federn (8) parallelogrammartig-aufgehängt
ist (hierfür können natürlich auch angelenkte starre Ausleger benutzt werden) so,daas
die starken magnetischen ;Zuerkr,:1*fte so #-ut z# wie reibungslos aufgenommen werden*