DE1912989U

DE1912989U - Dauermagnetisches lager, insbesondere fuer die axiallagerung der laeuferwelle eines elektrizitaetszaehlers.

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Publication number: DE1912989U
Application number: DEB45491U
Authority: DE
Inventors: Max Baermann
Original assignee: Max Baermann GmbH
Current assignee: Max Baermann GmbH
Priority date: 1961-05-30
Filing date: 1961-05-30
Publication date: 1965-04-01

Description

: Dauermagnetisches Lager, insbesondere für die Axiallagerung der Läuferwelle eines Elektrizitätszählers.

Die Neuerung bezieht sich auf ein dauermagnetiscnes Lager, insbesondere für die Axiallagerung der Läuferwelle eines Sle^trizitätszählers, bei welchem sicn zwei rin^scheiberifor^ige Dauermagnete, von denen der eine an der Läuierwelle und der anaere am Zählergestell befestigt ist, mit gleichnamigen Polen einander gegenüberstehen.

Magnetische Lagerungen sind an und für s^e:. bexcannt. Dabei wird sowohl von den anziehenden Kräften zwiscnen ungleicnnamigen, vorwiegend aber von den abstoßenden Kräften zwischen gleicnnanii^en Magnetpolen Gebrauch gemacht. So ist scnon vorgescnlagen worden, an der umlaufenden Welle und am Gesteil je einen kreiaringfon.iigen Scneibenmagneten anzubringen. Diese sind - in Achsrichtung gesehen übereinander angeordnet una radial, d.h. also in einer Ebene senkrecht zur Welle, magnetisiert. Die magnetiscnen Pole entstellen dabei an der äußeren und inneren Umiangsfläciie jedes kreisringförmi-

Bensberg-Wulfshof (Bez. Köln). | Dauer-

' magnetisches Lager, insbesondere für die

Axiallagerung der Läuferwelle eines

ρ _ Elektrizitätszählers. 30.5.61. B 45 491.

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gen Magneten. Die abstoßenden Kräfte zv/ischen den gleichnamigen Polen werden als Lagerkräfte ausgenutzt. Aber auch Anordnungen mit hohlzylindrischen Dauermagneten sind bekannt geworden. Dabei sind die Magnete axial magnetisiert - und in Achsrichtung gesehen übereinander angeordnet. Da sich hierbei nur je ein Pol jedes Magneten gegenüberstehen, sind die abstoßenden Kräfte relativ gering. Man hat deshalb derartige Anordnungen dadurch zu verbessern versucht, daß jeder hohlzylindriacne Magnet in einen Weicheisentopf eingesetzt wurde, um die Kraftlinien des nicht wirkenden Poles zum Arbeitsluftspalt zu leiten. Wegen der hohen Perme- ; abilität der sich mit ihren äußeren Rändern gegenüberstehenden '; Weicneisentöpfe wurden aber auch die radialen Kräfte vergrößert, I so daß das zusätzlich erforderlicne mechanische Sparlager stär- ^ ker beansprucht wurde.

: Alle bekannten Lager haben außerdem den Nachteil, daß ihre Ein- \ Stellsicherheit gering ist. Unter Einstellsicherheit wird bei { echten magnetischen Axiallagern, d.h. bei solchen, die im Gegen-

I satz zu sogenannten magnetischen Lagerentlastungen kein in Achc-I richtung wirkendes mechanisches Stützlager aufweisen, die durch I das Zusammenwirken zweier entgegengesetzt gerichteter Kräfte beüing- X te sichere Innehaltung einer bestimmten räumlichen Lage des Läu-

■| fers verstanden. Eine dieser beiden Kräfte ist die konstante, d.h.

also von der in Achsrichtung gesehen räumlicnen Lage des Läufers und damit vom gegenseitigen Abstand der beiden sich abstoßenden

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Diagramm. Je größer dieser Winleel ist, umso größer ist die Ein-Stellsicherheit. Dies bedeutet also, daß die Abstoüungskraft mit zunehmendem Abstand stark abfallen muß. Eine große Einstellsicherheit ist aber für Axiallager, insbesondere für die Läufer von Elektrizit^tszählern, von besonderer Bedeutung. Bei Elektrizit--,tszählern bewegt sich bekanntlich die Läuferscheibe im Luftspalt des Triebsystems und des Bremsmagneten. Um große Antriebs- und Bremsmomente zu erzielen, werde;, diese Spalte allgemein nur wenig größer als die Dicke der Zählerscheibe aasgeführt. Da nun beim Betrieb des Zählers zusätzliche, in Achsrichtung wirkende Kräfte,

Magnete unabhängige, senkrecht nacn unten wirkende, durcn das Gravitationsfeld der Erde hervorgerufene Schwerkraft des Läufers. I

In einem Kraft-Weg-Diagramm, in dem als Ordinate die Kraft und f

i als Abszisse der gegenseitige Abstand der beiden sich abstoßen- \ den Magnete aufgetragen ist, stellt die Funktion Schwerkraft des | Läufers in Abhängigkeit von diesem Abstand eine Gerade parallel ] zur Abszissen-Achse dar. Die zweite der eben erwähnten Kräfte ist die senkrecht nacn oben wirkende Abstoßungs^raft der beider. Magnete. Diese muß zum Erzielen einer stabilen Lage des Läufers mit zunehmendem Abstand kleiner werden. In dem bereits erwähnten Krait-Weg-Diagramm ist also die Punktion AbstoßungSKraft in Abhängigkeit vom Abstand eine von ihrem Größtwert beim Abstand Null nacn größeren Abständen hin fallende Linie. Die Einotell^icnerheit ist nun j

gegeben durch den Scnnittwinkel aer beiden Linien im Kraft-Weg- i

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z.B. durch Erschütterungen, auftreten können, ist eine große Einstellsicherheit erforderlich, weil sonst die Läuferscheibe bei Erschütterungen das Triebsystem bzw. den Bremsmagneten berühren könnte, was natürlich zu völlig unzulässigen hohen Reibungsmomenten führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, ein magnetisches Axiallager mit großer Sinstellsicnerneit, insbesondere für die Axiallagerung der Läufer eines Elektrizitatszählers, zu schaffen. Diese wird neuerungsgemäß bei einem dauermagnetischen Lager, insbesondere für die Axiallagerung der Läuferwelle eines EleKtrizit^;;tszählers, bei welchem sich, zwei ringscneibenför:ni_&e Dauermagnete mit gleichnamigen Polen einander gegenüberstehen, von denen der eine an^der Läuferwelle und der andere am Zählergestell befestigt ist, dadurch gelöst, daß zurr. Erreichen einer großen Einsteilsicherheit der gegenseitige Abstand der beiden Scheibenmagnete höchstens 1 mm beträgt und die Magnete so magnetisiert sina, dab nur auf den einander zugekehrten Oberflächen jeaes Magneten windestens ein konzentrisches Ringpolpaar vorhanden ist, wobei der mittlere Polabstand eines Ringpolpaares, in radialer Richtung gesehen, kleiner als 5 mm ist.

Zum Erreichen einer mit zunehmendem Abstand steil abfallenden Abatoßungskrtft müssen nämlich die Kraftlinien in unmittelbarer Nähe des Magneten konzentriert sein. Aus diesem Grunde darf der gegen-

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seitige Abstand der beiden Magnete höchstens 1 mm betragen. mit die abstoßende Kraft bei geringen: Abstand der beiden Magnete genügend groß ist, werden die Magnete so magnetisiert, daß die Pole nur auf den einander zugekehrten Oberflächen entstehen. Innerhalb des Magneten ist so ein U-föriniger Kraftlinienweg vorhanden. Damit die aus den Polen austretenden Kraftlinien in der Nähe der Polflächen stark konzentriert sind, a.uß der mittlere FoI-abstand eines Polpaares - in radialer Richtung gesehen - kleiner als 5 mm sein. Je nach der gewuriecnxen Größe der abbüßenden Kraft kann der Außendurchmesser der Ringscheiben entsprecne^-d gewählt werden. Bei kleinen DuiCinnesser wird man die i-Iagnetisierun_o zweckmäßig so wählen, daß nur ein Ringpolpaar vumanden ist, während bei größeren Scheiben aucn mehrere Rin₆polpaare aufmagnetisiert werden können.

Da die magnetischen Kraftlinien immer geschlossene Kreise sind, so daß also alle aus einem Nordpol austretenden Kraftlinien wieder zum Südpol verlaufen, werden neuerurusgemäß die konzentriscnen Polflächen jedes der aufmagnetisierten Ringpolpaare gleich groß ausgeführt.

Der Polabstand der konzentrischen Ringpoie ist nacü unter, durch die mechanische Fertigung bzw. Möglichkeit der Aufmagnetisierung begrenzt. Um einen möglichst geringen Polabstand zu erhalten, wird in einer Weiterbildung der Neuerung vorgeschlagen, jeden Scheiben-

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magneten aus zwei konzentrisch ineinandergesteckten, ringförmigen Dauermagneten zusammenzusetzen. Dabei ist jeder der beiden ineinandergesteckten Ringmagnete so magnetisiert, daß sich nsch dein Zusammensetzen ein U-förmiger Magnetisierungsverlauf ergibt. Hierbei kann der Abstand der Magnetpole verkleinert werden.

Die scheibenförmigen Dauermagnete können neuerungsgemäß aber auch 30 aufgebaut werden, daß jeweils mindestens zwei axial aber in entgegengesetzter Richtung, magnetisxerte Ringmagnete mit einer Weicheisenrückschlußplatte verbunden werden, sj daß ebenfalls ein U-förmiger Kraftlinienweg entsteht. Auen hierbei läßt sich ein seiir geringer Polabstand, u.U. sogar der Abstand Null, erreichen. Pur derartig geringe Polabstänae eignet sich besonders vorteilhaft ein anisotroper, dauerm-agnetischer werkstoff, weil dessen magnetische Leitfähigkeit quer zur Vorzugsrichtung sehr Klein ist, so daß die durch den geringen Abstand entstehende magnetische Kurzschlußwirkung innerhalb jedes Magnetsystems ohne Bedeutung ist.

Wegen des aus Punktionsgründen erforderlichen geringen Polabstandes ist ein Werkstoff mit einer hohen Koerzitivfeidstärke zweckmäßig. Neuerungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, einen Dauermagnetwerkstoff mit einer Koerzitivf'eldstärke von menr als 1000 Oersted, wie z.B. Barium-Ferrit, zu verwenden.

Für ein magnetisches Lager, insbesondere für die Läuferwelle von Elektrizitätszählern, ist es von besonderer Bedeutung, daß die

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magnetischen Kräfte - in Umfangsrichtung gesehen - völlig gleich sind, damit nicht etwa bei einer Drehung der Läuferwelle zusätzliche Haltemomente sich bilden können. Neuerungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die Scheibenmagnete aus einer Mischung von isotropem oder anisotropem Dauermagnetpulver una einem Bindemittel nach dem Preß- oder Preßspritzverfahren - gegebenenfalls unter Anwendung eines magnetischen Richtfeides - herzustellen. Bei kunstharzgebundenen Dauermagneten läßt sicn eine völlig gleichmäßige Verteilung des dauermagnetischen Pulvers im gepreßten Körper erzielen, so daß die eben erwähnten, d^rch eine ungleichmäßige Feldverteilung hervorgerufenen zusätzlichen Haltetnoniente nicht auftreten.

Obwohl wegen der seür hohen Koerzitivfeidstärke ein Entmagnetisieren aer ringscheibenförmigen Dauermagnete kaum zu befürchten ist, kann in besonderen Fällen ein abschirmendei- Weicheüeisenring, der mit einem gewissen Abstand entweder die gesamte Lageranordnung oder jede der beiden Magnete getrennt umfaßt, vorgesehen werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Neuerung im Querschnitt veranschaulicht, und zwar zeigen in schematischer Darstellung:

Pig. 1 eine Lageranordnung mit zwei ringscheibenföriaigen Magneten,

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Pig. 2 eine Lageranordnung, bei der jeder Scheibenmagnet aus zwei kreisringförmigen Dauermagneten zusammengesetzt ist,

Pig« 3 eine Lageranordnung, bei der jeder Scheibenmagnet aus zwei mit einer Weicheisen-Rückschlußplatte verbundenen Ringmagneten zusammengesetzt ist,

Pig. 4 eine ähnliche Anordnung wie Pig. 3> jedoch mit jeweils drei ringförmigen Magneten,

Pig. 5 eine praktische Ausführung einer neuerungsgemäßen Lagerung«

Die Lageranordnung gemäß Pig. 1 besteht aus dem an einem nicht dargestellten Gehäuse oder Gestell befestigten scheibenförmigen Magneten 1 und dem in geringem Abstand darüber angeordneten, mit der ebenfalls nicht dargestellten Läuferwelle verbundenen Scheibenmagneten 2« Die Magnete sind so magnetisiert, daß die Pole nur auf den einander zugekehrten Flächen 3 bzw. 4 entstehen, wie durch die Buchstaben ¹¹N" und "S" angedeutet.

Bei der Anordnung gemäß Pig. 2 ist jeder Scheibenmagnet aus zwei kreisringförmigen Dauermagneten 5 und 6 bzw. 7 und 8 zusammengesetzt» Die zusammengesetzten Magnete 5 und 6 sind wiederum mit einem nicht dargestellten Gehäuse oder Gestell verbunden und die Magnete 7 und 8 mit einer ebenfalls nicht dargestellten Welle. Jeder einzelne Ringmagnet wird getrennt für sich so magnetisiert, wie durch die eingezeichneten Buchstaben ¹¹JJ" und "3" angedeutet.

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Um eine starke Konzentration der Kraftlinien an den Oberflächen der Magnete zu erhalten, beträgt der mit "a" bezeichnete mittlere Polabstand weniger als 5 mm» Der mit "b" bezeichnete gegenseitige Abstand der beiden Scheibenmagnete soll höchstens 1 mm betragen.

Bei der Lageranordnung gemäß Fig. 3 ist jeder der beiden Scheibenmagnete aus zwei Ringmagneten 9 und 10 bzw. 11 und 12 zusammengesetzt. Die Ringmagnete sind jeweils mit einer aus Weicheisen bestehenden Rückschlußplatte 13 bzw. 14 verbunden. Die Ringmagnete sind axial, aber jeweils in entgegengesetzter Richtung magnetisiert, wie durch die Buchstaben "N^M und "S" und die eingezeichneten Pfeile angedeutet. Bei der Bemessung der Ringmagnete ist beachtet worden, daß die kreisringförmige Oberfläche des Magneten 9 b^w. 11 die gleiche Größe hat, wie die kreisringförmige Oberfläche der Magnete 10 bzw. 12· Auch bei dieser Anordnung sind die Magnete 9 und 10 mit der Rückschlußplatte 13 mit einem nicht dargestellten Gehäuse oder Gestell verbunden und die Magnete 11 und 12 mit der Rückschlußplatte 14 mit einer nicht dargestellten Welle.

Pig. 4 zeigt eine Abwandlung einer Lageranordnung gemäß Fig. 3, bei der jeder Scheibenmagnet aus drei kreisringförmigen Dauermagneten 15, 16 und 17 bzw. 18, 19 und 20 zusammengesetzt ist. Um einen guten Kraftlinienrückschluß zu ermöglichen, sind die Ringmagnete 15, 16 und 17 mit einer Weicheisenplatte 21 und die Ringmagnete 18, 19 und 20 mit einer Weicheisenplatte 22 verbunden.

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Bei dieser Anordnung muß die Dimensionierung so erfolgen, daß" die kreisringförmige Oberfläche des Magneten 15 halb so groß ist, wie die des Magneten 16· Auch die Oberfläche des Ringmagneten 17 weist die halbe Größe der des Magneten 16 auf. Hinsichtlich Magnetisierungsrichtung und Befestigung an einem nicht dargestellten Gehäuse bzw· einer nicht dargestellten Welle gilt das bereits zu Fig. 3 Gesagte.

Fig. 5 zeigt eine praktische Lagerausführung, beispielsweise für die Läuferwelle eines Elektrizitätszählers. Die Läuferwelle ist mit 23 bezeichnet· Sie ist in einem Unterlager 24 derart gelagert, daß eine am Unterlager 24 fest angebrachte Lagernadel 25 in einen am Ende der Läuferwelle 23 angebrachten Lagerkörper 26 eingreift. Der Lagerkörper 26 ist somit samt der Läuferwelle 23 gegenüber dem Unterlager 24 in Achsrichtung verschiebbar. Die Lagernadel 25 kann z.B. aus Stahl bestehen, und der Lagerkörper 26 z.B. aus Graphit oder aus einem Kunststoff. Insbesondere sind für das Herstellen des Lagerkörpers 26 Kunststoffe vorteilhaft, die keiner Schmierung bedürfen und als selbstschmierende Kunststoffe bekannt sind. Ein solcher Kunststoff ist beispielsweise unter dem Warenzeichen "Durethan" mit üer Typenbezeichnung "U 20" bekannt. Ein kreisringscheibenförmiger Dauermagnet 27 ist mit dem Lagerkörper 26 mittels einer Halterungssehelle 28 an der Läuferwelle befestigt* Ein ebenfalls kreisringscheibenförmiger Dauermagnet 29

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ist mittels einer Halterungsschelle 30 an dem Unterlager 24 befestigt· Die beiden Dauermagnete 27 und 29 bestehen aus einem pulverförmigen Dauermagnetwerkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke von mehr als 1000 Oersted, wie z.B. Barium-Ferrit, und einem Kunststoffbindemittel. Sie sind nach eiern Preß- bzw. Preßspritzverfahren hergestellt. Die Magnetisierung ist durch die Buchstaben "N^M und "S" angedeutet. Die beiden Schellen 28 und 30 bestehen aus einem nichtmagnetischen 'werkstoff, wie z.B. Aluminium oder Messing· Zwischen den beiden Magneten 27 und 29 bzw. den beiden Schellen 28 und 30 befindet sich der aktive Luftspalt der magnetischen Axiallagerung. Dieser beträgt höchstens 1 mm. Durch die mit gleichnamigen Polen sich gegenüberstehenden Scheibenmagnete 27 und 29 entstehen abstoßende Kräfte, die auf die in Achsrichtung verschiebbare Läuferwelle senkrecht nach oben wirken. Da eine magnetische Lageranordnung der beschriebenen Art keine radial gerichteten Kräfte aufnehmen kann, ist der als mechanisches Spurlager dienende Lagerkörper 26 mit der Lagernadel 25 vorgesehen.

In der baulichen Ausführung ihrer Einzelteile ist aie Lagerung nach der Erfindung nicht auf das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt· Beispielsweise können die beiden Halterungsschellen 28 und 30 durch andere Befestigungsmittel ersetzt oder auch ganz fortgelassen werden.

Die Lagerung nach der Neuerung ist außer bei Elektrizitätszählern, insbesondere bei feinmechanischen Geräten und Getrieben aller Art

mit !Umlaufenden Wellen von Vorteil. fc

Claims

Γ 21g, 31/01. 1912989. Max Baermann, Bensberg-Wulfshof (Bez. Köln). | Dauermagnetisches Lager, insbesondere für die Axiallagerung der Läuferwelle eines - 12 - Elektrizitätszählers. 30.5.61. B 45 491. (T. 15; Z. 1) r 1.4.6 Schutzansprüche

1. Dauermagnetisches Lager, insbesondere für die Axiallagerung der Läuferwelle eines Elektrizitätszählers, bei welchem sich zwei ringscheibenförinige Dauermagnete mit gleichnamigen Polen einander gegenüberstehen, von denen der eine an der Läuferwelle und der andere am Zählergestell befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer großen Einstellsicherheit der gegenseitige Abstand der beiden Scheibenmagnete höchstens 1 mm beträgt und die Magnete so magnetisiert sind, daß nur auf den einander zugekehrten Oberflächen jedes Magneten mindestens ein konzentrisches Ringpolpaar vorhanden ist, wobei der mittlere Polabstand eines Ringpolpaares - in radialer Richtung gesehen - kleiner als 5 mm ist.

2. Dauermagnetisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Polflächen des bzw. der dauermagnetischen Ringpolpaare unter sich gleich groß sind.

3. Dauermagnetisches Lager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Scheibenmagnet aus mindestens zwei konzentrischen, ineinandergesteckten ringförmigen Dauermagneten besteht.

4. Dauermagnetisches Lager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn-

Bensberg-Wulfshof (Ber. Köln). | Dauer-

magnetisches Lager, insbesondere für die

; Axiallagerung der Läuferwelle eines

¹ Elektrizitätszähler*. 30.5.61. B 45 491.

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zeichnet, daß jeder Scheibenmagnet aus mindestens zwei axial, aber in entgegengesetzter Richtung magnetisierten Ringmagneten besteht, die mit einer Weichexsenrückschlußplatte verbunden sind.

5. Dauermagnetisches Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Scheibenmagnete ein Werkstoff mit einer Koerzitivfeidstärke von mehr als 1000 Oersted, wie z.B. Barium-Ferrit, verwendet wird.

6. Dauermagnetisches Lager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenmagnete aus einer Mischung von isotropem oder anisotropem Dauermagnetpulver und einem Bindemittel nach dem Preß- oder Preßspritzverfahren, gegebenenfalls unter Anwendung eines magnetischen Richtfeldes, hergestellt sind.