DE1589085A1 - Schaltbares Dauermagnet-Haftsystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein schaltbares Dauermagnet-Haftsystem, Schaltbare Dauermagnet - Haftsysteme sind seit langem bekannt, Die Haftkraft von Haftdauermagnetsystemen wird im allgemeinen mechanisch durch Verschieben oder verdrehen von Dauermagnet - oder Eisenteilen geregelt, weil die Haftkraft senkrecht zur Flußrichtung sehr viel kleiner als in Richtung des magnetischen Flusses ist. Darüber hinaus ist auch schon versucht worden, die Haftkraft Dauermagnetsysteme, wie bei Elektromagneten, mit stromdurchflossenen Spulen zu schalten! die zusätzlich ange- bracht werden, Ein mit einem zylindrischen Alnico-Dauermagneten bestücktes schaltbares Haftsystem arbeitet wie folgt, Der zylindrische Dauermagnet ist quer zur Zylinderachse magnetisiert und von zwei Eisenleitstücken umgeben, die durch einen unmagnetischen Werkstoff, z,B. Messing, voneinander getrennt sind, Der durch Messing aufgefüllte Trennspalt zwischen den Bisenleitstücken ist dabei normal zur Haftfläche gerichtet, Der Querschnitt der Eisenleitstücke ist ferner in bekannter Weine zur Haftfläche hin verjüngt# um an der Haftfläche einen optimalen Wert der magnetischen Induktion zu erreichen, da die Haftkraft bekanntlich den Produkt aus magnetischer Induktion und magnetischem Pluß propor-tional ist, Im eingeschalteten Zustand verläuft die Nord-SÜd-Achee des zylindrinchen Alnico - Magneten parallel zur Haftfläche und die Linien-der magnetischen Induktion schließen sich über die Eieenleitstücke und den ferromagnetischen Heftkörper. Im abgeschalteten' Zustand dagegen verläuft die Nord=Süd-Achse des Alnico - Zylinders nbrmal zur Haftfläche.. :so daß die magnetischen Induktionslinien sich zu beiden Seiten der-unmagnetischen Zwischenlagen über die Eisenleitstücke schließen und demzufolge ein magnetischer Fluß durch die Haftfläche praktisch nicht mehr vorhanden ist, Die Haftkraft kann auch abgeschaltet werd®ng indem die im allgemeinen quaderförmigen Dauermagnete zwischen den ` Bisenleitstückeä translatoriech verschoben werden. Im eingeschalteten Zustand geht der Fluß von den Dauer :-magneten über je zwei Bisenpolstücke an die Haftfläche. Durch Verschieben der Dauermagnete kann erreicht werden deß die Eisenpolplatten je zur Hälfte über-zwei benachbarten, in-verschiedener Richtung magnetisierten Dauermagneten liegenä Die Flüsse der Dauermagnete werden somit kurzgeschlossen. und die Haftkraft.at ausgeschaltet, Dauermagnet.- Haftsysteme sind auch so herzustellen, daß sie eine Bödenplatte aus Eisen besitzen: auf der dann Quader aus permanentmag- netischem Werkstoff mit-wechselnder Polarität tranölatoriach beweglich aufgesetzt sind, Die Haftfläche besteht aus Eisen und jeweils dazwischenliegendem unmagnetischen Werk.-stoff,.Iiegen die Permanentmagnetquader unter den Eisen# stücken, dann ist die Spannplatte eingeschaltet. Hie wird auageezhaltet durch trenslatorische® Verschieben der Permanentmagnetquader unter die urunagnetischen Stückes indem worden, die Haftkraft mit Bis,enschiebern abzuschalten! die die Magnete zwischen den Eisenleitstücken dicht unterhalb der Polfläche kurzschließen Das Schalten von Haftdauermagneteystemen durch Anbringen zusätzlicher.stromdurchflossener Spulen ist grundsätzlich auch-möglch. Zum Schalten wird ein Spulenfeld benötigt# das dem Dauermagnetfluß entgegengerichtet ist, Die zum Stand der. Technik genannten Ausführungsformen von abschaltbaren Haftdauermagnetsystemen haben verschie-. denetechnische Mängel. Das zuerst genannte Beispiel unter Einsatz eines diametral magnetisierten zylindrischen Dauermagneten ist nicht geeignet, den Dauermagnetwerkstoff optimal auszunutzen: Nach mehrmaliger Betätigung des En-und: Ausschaltvorganges@dieses Systeme ist mit einer merklichen Abnahme der magnetischen Induktion und damit auch des magnetischen Flusses: durch die Haftfläche zu rechnen:.. Dies ist Eine Folgeerscheinung der Tatsache, daß im Dauermagneten die magnetische Weglänge in Flußrichtung für die verschiedenen Bereiche des kreisförmigen Querschnittes des zylindrischen Magneten variabel ist:. Daher werden bei einem Abschaltvorgang die Bereiche zu beiden Seiten der mit dem Durchmesser des Zylinderquerschnittes übereinstimmenden magnetischen Achse bei jedem Schaltvorgang um so stärker entmagnetisiert, je geringer für den jeweiligen Bereich die magnetische Weglänge ist, Es müßten sich daher bei Einsatz gleichen Magnetvolumens höhere Haftkräfte erreichen lassen wenn in allen Bereichen des Dauermagneten diese optimal dimensioniert sind.
• Die dann weiter geschilderten Beispiele von: schaltbaren liaftdauermagnetsystemen betreffen im wesentlichen Spannplatten, die vor den Einsatz in Werkzeugmaschinen bestimmt sind, Sie eind'_eus vielen kleinen Dauermagnetteileng vielen klein®ri-Weicheisenpolstücken und unmagne- tischen Werkatückteilen zusammengesetzt, so daß ihre Herstellung und ihr Zusammenbau einen erheblichen ökonomischen Aufwand erfordern; Darüber hinaus äind die für die tranalatorsche Verschiebung der Dauermagnete gegenüber den Weicheisenpolatü.cken erforderlichen Kräfte relativ groß.@Außerdem ist'ein derart kompliziert zusammenges-etztea Haftsystem für den Einsatz im Großmaschinenbau, wie z.B. Schiffbau oder auch im Gießereiwesen nicht geeignet, weil der Aufbau nicht robust genug ist, um den hierbei auftretenden Beanspruchungen, die zum Teil auch in einem starken mechanischen Rütteln -bestehen, standhalten zu können, Das gleiche gilt auch für den Einsatz von Eisenschiebern, die in Form von Shunts zwischen den Weicheisenpolschuhen den Dauermagnetfluß kurzschließen. Zum Schalten von iiaftdauermagnetsystemenmitt.els stromdurchflossener Spulen sind sehr hohe Stromstärken erforderlich. Das führt zur Erwärmung und ist außerdem energetisch ungünstig. Außerdem müssen die Dauermagnethaftsysteme nach jedem Abschaltprozeß neu aufmagnetisiert werden. -Die Erfindung hat den Zweck, ein schaltbares Haftsystem zu schaffen, das die vorstehend beschriebenenAlängel beseitigt.
• Die Erfindung hat die Aufgabe, ein schaltbares Dauermagnet-Haftsystem zu schaffen, welches den eingesetzten Dauermagnetwerkstoff optimal ausnützt und bei dem bei jedem Schaltvorgang so wenig wie möglich von der gespeicherten magnetischen Energie verloren geht, Weiterhin soll das Magnetsystem technologisch leicht herstellbar ®ein, und die verwendeten Dauermagnet® möglichst wenig und leicht besrbeitbare Schleifflächen besitzen, Das System muß im Gebrauch leicht zu handhaben seins große Verschleißfestigkeit besitzen und gegen Staubverschmutzungen in zeinen Haft-und IslktIonseigenschaften unempfindlich sein® Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß um ein auf einer- zylindrischen Weicheisenplatte befestigtes , urmagnetisches zylindrisches Mittelstück zwei. permanentmagnetische Hoh3.zylindersegmente, deren Magnetisierungsvektoren entgegengesetzt zueinander in Richtung der Hohlzylinder-- Achse liegen, drehbar angeordnet und durch zwischen diesen befindlichen Zwischenstücke aus urmagnetischem Material--.-gegeneinander isoliert sind und daß entgegengesetzt zur Weicheisenplatte eine sowohl das Mittelstück als auch die Dauermagnet-Segmente abdeckende, diametral mit einer normal zur Haftfläche.gerichteten urmagnetischen Zwischenschicht versehene Polschuhplatte auf dem. Mittelstück befestigt ist, deren Querschritt sich zur Haftfläche hin verjüngt und deren über die Dauermagnetsegmente reichender umfang mit einer Nut versehen ist, in. die ein das: Magnetsysteminnere abdichtender Außenring eingreift -Wenn sich die urmagnetische Zwischenschicht der Polschuhplatte in der Ebene der uagnetischen Zwischenstücke befindet, ist das System eingeschaltet®. Bei. Drehung der Dauermagnetsegmente um 900 relativ zur Polschuhplatte wird der magnetische Fluß über die Polschuhplatte kurzgeschlossen.
• Vorteilhaft ist das Haftsystem rotationssymmetrisch aufgebaut: Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werdeno In den Zeichnungen: zeigen-9 PigQ 7 a Quersclulit t das Systems s-p,rällel zur Mittelachse f@go @v r@@°a1.71@ä@ch'@@o , Dgr permaner:magnetischn# Körp -r bes-@eht aus zieei Hohl z#- yl Zuslochenstüchb--2 aus .y "air '3 -apüoä#ischa r., e-t#-..,#..,. eine zylindrische Weicheisenplatte 3. Der Hohlraum . _ zwischen den permänentmagnetischen Hohlzylindersegmenten ist durch ein urmagnetisches zylindrisches Mittelstück 4 ausgefüllt. Oberhalb der beiden Permanentmagnetwerkstücke befindet sich die zur Haftfläche hinverjüngte Eisenpolschuhplatte 5,-Diese Eisenpolschuhplatte ist diametral halbiert und beide Teile sind durch eine Zwischenlage aus urmagnetischem Material zusammengehalten..Zur Durchführung des Schaltvorganges dienen zwei seitlich angebrachte Staenv die durch den unmagnetischen Außenring 7 mit den uumagnetischen Zwischenstücken 2 verschraubt sind. Der Außenring 7 ist in die obere Polschuhplatte 5 durch eine hohlzylinderförmige Nut eingepaßt Die Pigur 2 zeigt den abgeschalteten Zustand des Systems. Das gemäß der Erfindung konstruierte abschaltbare Haft. System ist im Gegensatz-zu dem als Stand der Technik besprochenen, mit einem zylindrischen Permanentmagneten ausgestatteten abschaltbaren Haftsystem durch den bemerkenovaerten. Vorteil ge%ennzeicetg daß die magnetische Weglänge für jede Flußrichtung im Permanentmagnetmaterial konstant@iste Als magnetische Weglänge im Pe,rmanentrgne'tmaterial muß dabei die Höhe der beiden hohlzylinderf®rmigen @erm@ne@@@ü man.et-s®@mento zweifach gezählt werden. Sie ist so bemosseng daß der Arbeitspunkt dran Systems, o,Z#ino *n9: 3-t einem f e@@omx@ tiEhen Enftkörpe2 i n Verbindung u ooiP-,q Lu eingeschaMo`en Zusteue auf dert@anet5@@ tt dGo .@I@'h@ @ E . @ c a hohlzylinderförmigen permanentmagnetsegmenta und wird durch die durchgeführte Querschnittverminderung der an der Haftfläche noch um den Faktor von rund .195 erhöhte Lias Konetruktionsprinzip hat .darüber hinaus den Vorteil, daß die auf diese Art hergestellten Haft-Systeme in verhältnismäßig flacher Bauweise ausgeführt werden können;denn die Höhe des Haftsystems entspricht nur der Hälfte der erforderlichen magnetischen Weglänge im Permanentmagnetmaterial, weil die beiden hohlzylinderp förmigen Permanentmagnetgegmente vom magnetischen FluB in entgegengesetzter Richtung durchgesetzt werden. Im Vergleich zu zum Stande der Technik beschriebenen abschaltbaren Haftsystemen öder Spannplatten ist darüber hinaus bemerkenswert, daß die Konstruktion gemäß der Erfindung aus technologisch leicht herstellbaren und gegenüber rauhen`Betriebsbedingungen weitgehend unempfindliehen Einzelteilen aufgebaut ist, Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt ist einmal durch einen Vergleich der wirksamen Haftkräfte besonders deutlich. Inder Literatur wird z,B: angegeben! daß mit einem-Topfoystem, das aus einem Alnico 32 Zylindermagneten und einem Weicheisentopf, die durch eine unmagnetische Zwischenlage in form eines Hohlzylinders voneinander getrennt sind, eine Haftkraft von 25 kp erreicht wird,, wenn der Durchmesser des Systems 60 mm und seine hänge 65 mm beträgt, fUr das Gewicht dieses: nicht schaltbaren Systeme wird ',4 kp angegeben. Ein System ähnlicher Bauart mit einer Haftkraft von 10 kp besitzt demgegenüber-ein Gewicht von 0,335 kpa Zur Erhöhung der Haftkraft: um den Faktor 2,:5 war demzufolge eine Erhöhung dea Gewichtes des Magnet yetams um den ktor von rund 4,2 erforderlich" Domg-genüber wird mit einem Magnetoystem gemäß der Erfindung äußeren Durchmesser von 130- mm, 'einer bKngc-) roh 75 mn. und eine Gesamtgewicht von 595 kp2 das außerdem abschaltbar ist, eine Mindestkraft von 450 kp erreicht unter Einsatz der gleichen Alnico 32 - Dauermagnetlegierung. Diese Haftkraft ist nicht nur beim ersten "Ansetzen des Systems vorhanden, sondern nach jedem neuerlichen Abschaltvorgang wieder. reproduzierbare Der erzielte technische Fortschritt wird weiterhin dadurch besonders deutlich, daß in dem als Beispiel genannten abschaltbaren Hgftdauermagnetsystem gemäß der Erfindung insgesamt lediglich 198 kp Dauermagnetwerkstoff vom Typ Alnico enthalten sind.Der Schaltvorgang ist darüber hinaus ohne merklichen Kraftaufwand durchführbar. Daher ist es leicht möglich, die Permanentmagnet-Halbrngsegmente relativ zur an den ferromagnetischen Körper haftenden Eisenpolschuhplatte um 900 zu verdrehen und somit das Haftsystem abzuschalten. Für den Einsatz der Haftsysteme im Gießereiwesen-war es besonders wichtig, hohe Haftkräfte auf kleinstem Raum zu konzentrieren.
• Ein Magnetsystem gemäß der Erfindung ist völlig unempfindlich gegenüber starkem Rütteln, der Staubentwicklung und den Auswirkungen des Formsandes. Die Entwicklung des Magnetsystems hat es ermöglicht, die Magnetspanntechnik in das Gießereiwesen einzuführen. Auf diese Weise werden die Vorbereitungs-, Abschluß- und Fertigungszeiten wesentlich verkürzt, und es ist möglich, durch höhere Arbeitsproduktivität erheblich wirtschaftlicher zu fertigen. Es ist auch mögliche das abschaltbare Haftsystem gemäß der Erfindung auch in anderen Zweigen des Großmaschinenbaus mit erheblichem Nutzen einzusetzen. Das gilt z.B. .für den Schiffbau, für den gleichartige Haftsysteme mit einer minimalen Haftkraft von 600 kp konstruiert wurden.

Claims (1)

1. Patentanspruch t 1. Schaltbares Dauermagnet-Haftsystem, bestehend aus Weicheisengrundplatte, Dauermagnet und Weicheisen-Polschuh, dadurch gekennzeichnet, daß um ein auf einer zylindrischen Weicheisenplatte (3) befestigtes unmagnetisches zylindrisches Mittelstück (4) zwei permanentmagnetische. Hohlzylindersegmente (l),deren Mägnetisierungsvektoren entgegengesetzt zueinander in Richtun_ der' Hohlzylinderachse liegen., drehbar angeordnet und durch zwischen diesen, befindlichen, radiale Zwischenstücke (2) aus urmagnetischem: Material gegeneinander isoliert sind und daß entgegengesetzt zur Weicheisenplatte (3) eine sowohl das Mittelstück (4) als auch die permanentmagnetischon Hohlzylinderse-gmente (1) abdeckende,-, diametral mit einer normal zur Haftfläche gerichteten urmagnetischen Zwischenschicht (5) versehene Polschuhplatte (5) auf dem Mittelstück (4) befestigt ist, deren querschnitt sich zur Haftfläche hin verjüngt und deren über die Hohlzylinder- -segmente (1) reichender Umfang mit einer Nut versehen ist,. in die ein das-Innere des Magnetsystemes-abdichtender Außenring (7) eingreift e Bezügezei chen 1 Hohlzylinderförmiger Permanentmagnet (Segment) 2 Unmagnetisches Zwischenstück 3 Weicheisengrundplatte 4 Mittelstück 5 Polachuhplatte@ 6 Unmagnetische Zwischenschicht 7 Außenring