DE1922205A1

DE1922205A1 - Verfahren und Einrichtung zum Magnetisieren von Lochscheiben in radialen Richtungen

Info

Publication number: DE1922205A1
Application number: DE19691922205
Authority: DE
Inventors: Mueller Dr Kaethe
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1922205B2; US3585549A

Description

^ax-Planck-Gesellschaft

zur Förderung der Wissenschaften e.V. -A

Göttingen, Bunsenstraße 10 S/

ΡΛ 68/9002 SViZ

Vorfahren und Einrichtung zum Magnetisieren yon Lochscheiben in radialen Richtungen

Dio Erfindung betrifft ein Verfahren aum Magnetisieren von eine innere und eine äußere Uwfangsfläche sowie zwei Stirnflächen aufweisenden Lochscheiben in radialen Richtungen, •/citerhin bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Magnetisierungsverfahrens.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der Hu/Schi -'*■-

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erf indungsgemäiien Einrichtung magnetisieren Lochscheiben sollen im Falle rotationssymmetrisch magnetisierter Lochacheiben in erster Linie als fei der zeugende bauteile einer Permanentmagnet is chen Linse Verwendung finden. .Beispielsweise aus der britischen Patentschrift 52<^ 577 ist üü bekannt, als elektronenoptische Linsen derartige rotationssymmetrisch in radialen Richtungen magnetisierten i,ochscheiben zu verwenden, deren inneres Loch zum Durchtritt de- zu beeinflussenden Elektronenstrahles dient. In uiesur V/ei ο e ausgebildete Linsen lassen sich vei^ständlicherweise auch bei anderen Korpuskularstrahlgeräten, beispielsweise Beugungsgeräten oder Ionen^ikroskopen, verwenden.

Wie die bei der Schaffung der Erfindung angestellten Untersuchungen und Überlegungen gezeigt habe»., ist die Magnetisierung von Lochscheiben in radialen Richtungen zumindest dann schwierig, wenn man eine vollständige Aufmagnetisierung des Materials vornehmen will, weil der dem magnetischen Fluß zur Vex^fügung stehende Materialquerschnitt im Bereich dos Innendurchmessers der jeweiligen Scheibe erheblich kleiner als im Bereich des äußeren Handes der Scheibe ist. Es hat sich gezeigt, daß, sofern man die Lochscheiben ohne weitere Maßnahmen einem magnetisierenuen Feld aussetzt, infolge vorzeitiger magnetischer Sättigung des Materials , i::. inneren Bereich der Scheibe der die Scheibe durchsetzende magnetische Fluß nicht groß genug ist, um eine volle i-iagnetisiorung der Außenzonen der Lochscheibe zu garantieren.

Dioso Schwierigkeiten lassen sich bei einem Magnetisierungsverfahren ausschließen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Magnetisierung der Lochscheiben von ihrer äußeren Umiangsfla'che ausgehend vorgenommen wird, indem die Lochscheiben einem in der Ebene der Lochscheiben in den radialen Richtungen zwischen den beiden Umfangsflächen verlaufenden Magnetfeld zunächst unter Abdeckung

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von Bereichen zumindest einer ihrer Stirnflächen durch weichmagnetische Ringe ausgesetzt werden, deren Innendurchmesser nicht größer als die Innendurchmesser der Lochscheiben und deren Außendurchmesser kleiner als die äußeren Abmessungen der Lochscheiben sind, und daß anschließend die Lochscheiben ohne abdeckende Ringe dem Magnetfeld ausgesetzt werden. Vorzugsweise nimmt die (in axialer Richtung gemessene) Hohe der Ringe von außen nach innen zu.

iiei deiii crfindungsgemäßen Magnetisierungsverfahren wird also eine Sättigung der inneren Bereicherter Lochscheiben während der Magnetisierung der äußeren Bereiche dadurch vermieden, daß parallel zu diasen inneren Bereichen magnetische Nebenschlüsse geschaffen werden, so dai;· der die äußeren Bereiche der Lochscheiben durchsetzende magnetische Fluß nicht durch Sättigungserscheinurigen in den inneren Bereichen begrenzt ist. Um eine vollständige Magnetisierung auch des Materials der inneren Bereiche der Lochscheiben sicherzustellen, wird in eine«, anschließenden Verfahrensschritt die jeweilige Lochscheibe ohne Verwendung weickmagnotischer Ringe dem magnetioiex'enden Feld ausgesetzt.

Es kann besonders zweckmäßig sein, die Magnetisierung der jeweiligen Lochscheibe in laohr als zwei Schritten vorzunehmen, indem die Lochscheibe zunächst unter nacheinander erfolgender,Abdeckung von Bereichen zumindest einer ihrer ütirnflachen durch mehrere weichmagnetische Hinge, von uenen jedoi (.bzw. jeues Ringpaar) einen kleineren Außendurchraesser als die jeweils vorher verwendeten Ringe •;bzw. Ringpaare) besitzt, dem Magnetfeld ausgesetzt wlz'd. liier weruen also mehrere weichmagnetische Rin^e rat von Verfiihrensschritt au Verfahrensschritt kleiner werdendem Außendurchiüesser verwendet, während der* Innendurchmesser uenuelbei- wert besitzt. Dadurch wird eine schrittweise

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von außen nach innen fortschreitende Magnetisierung der jeweiligen Lochscheibe erzielt, ohne daß Sättigungserscheinungen im inneren. Bereich der Lochscheibe sich nachteilig auf die Magnetisierung der äußeren Bereiche auswirken können. Verständlicherweise schließt sich an diese Verfahrensschritte wieder als letzter Verfahrensschritt die Magnetisierung der inneren Bereiche der Lochscheibe an, indem diese ohne Verwendung von magnetische Nebenschlüsse darstellenden weichmagnetischen Ringen dem magnetisierenden Feld ausgesetzt wird.

Das erfindungsgeniäße Verfahren.gestattet sowohl die Magnetisierung von Lochscheiben längs bestimmter Radien als auch die rotatiöhssymmetrische Magnetisierung. Der letztere Fall hat besondere Bedeutung beispielsweise im Rahmen der Verwendung derartiger Lochscheiben als erregende Elemente perinanentmugnetischer Linsen. Damit sich unvermeidbare Toleranzen nicht als störende Abweichungen von der Rotations· symmetrie der Magnetisierung auswirken können, ist es zweckinä..ig, daß zur rotationssymmetrischen Magnetisierung der Lochscheiben diese sowohl mit den abdeckenden Ringen als auch ohne diese in mehrere Stellungen gedreht und in diesen dem Magnetfeld ausgesetzt werden. ·

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß so ausgebildet sein, daß sie den magnetisierenden Fluß beispielsweise dein inneren Umfang sowohl der zu magnetisierenden Lochscheibe als auch der weichmagnetischen Ringe zuführt und den Fluß am äußeren Umfang der zu magnetisierenden Lochscheibe abnimmt, oder umgekehrt. Eine diese Bedingung erfüllende Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu magnetisierende Lochscheibe und die jeweils verwendeten Ringe auf einen Dorn aus einem Material geringen magnetischen Widerstandes aufgeschoben

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sind, der in der Verlängerung von Magnetkernen von das Magnetfeld erzeugenden Spulen verläuft, mit deren dem Dorn abgekehrten Kernenden ein magnetischer Rückschluß in Verbindung steht, der sich bis in den Bereich der äußeren Umfangsflache der Lochscheibe erstreckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient also das zur Halterung der zu magnetisierenden Lochscheibe und der weichmagnetischen Ringe verwendete Organ zugleich zur Heranführung des magnetisierenden magnetischen Flusses an die inneren Flächen, der genannten Teile.

Es hat sich gezeigt, daß der magnetische Rückschluß nicht unbedingt auf der Außenfläche der zu rnagnetisierenden lochscheibe aufzuliegen braucht, sondern daß sich eine gute Kagnetisierungswirkung schon dann einstellt, wenn zwischen dem magnetischen Rückschluß und der Lochscheibe ein Luftspalt vorhanden ist. Als besonders wirkungsvoll hat sich jedoch eine dadurch gekennzeichnete Einrichtung erwiesen, daß der Rückschluß die äußere Umfangsflache der Lochscheibe mit der Jochplatte umgreift, deren Hohe zumindest -außen größer als diejenige der Lochscheibe ist und sich in Richtung auf die Lochscheibe zu verringert.

Während sich also die Höhe der als magnetische Nebenschlüsse auf den inneren Bereichen der zu magnetisierenden Lochscheibe aufliegenden v/eichmagnetischen Ringe zweckiiiäuigerweise in radialer Richtung verringert, nimmt die Höhe der Jochplatte in entgegengesetzter Richtung ab, so daß ihr■ Wert an der Berührungsstelle mit der Außenfläche der Lochscheibe ungefähr dem Wert aer Höhe der Lochscheibe entspricht. Diese Dimensionierung der weichrnagnetischen Ringe und der Jochplatte hat sich im Hinblick auf die Verringerung des Streuflusses im Bereich der Lochscheibe als günstig erwiesen.

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An sich ist. es möglich, die Einrichtung zur Magnetisierung unsymmetrisch aufzubauen, indem man den die Magnetisierung vornehmenden Magnetfluß mit einer oder mehreren Wicklungen erzeugt, die nur auf der einen oeite der zu magnetisierenden Lochscheibe angeordnet sind. Um auch hier eine möglichst tjUte Gleichmäßigkeit der Magnetisierung der Lochscheibe, und zwar sowohl hinsichtlich dex* Rotationssymmetrie der Magnetisierung als auch bezüglich der parallel zu cten Stirnflächen verlaufenden Mittenebene der Lochscheibe, zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Lochscheibe ein- oder mehrmals um 180° geklappt in die Einrichtung einzulegen . und zu magnetisieren.

Dieses Vorgehen erübrigt sich, wenn sich zu beiüen Seiten des Dornes je ein Magnetkern von Spulen befindet, die über einen gemeinsamen Rückschluß gleichgerichtete magnetische Flüsse durch die Lochscheibe und die jeweils verwendeten Hinge treiben. Im Dorn erzeugen die Spulen dann einander entgegengesetzte magnetische Plüsse, die in der zu magnetisiorenden Lochscheibe in gleichen Richtungen vex\Laufen.

V/io bereits erwähnt, ist es zur Erzielung einer rotationssymmetrisehen Magnetisierung zweckmäßig, die Lochscheiben in mehrere Stellungen zu drehen und dem magnetischen Feld auszusetzen. Eine Weiterbildung der erfihdungsgemäßen Magnetisierungseinrichtung zeichnet sich demgemäß dadurch aus, daß der Dorn während des Magnetisierungsverfahrens um seine Längsachse drehbar gelagert ist. Diese Drehung kann außer von Hand auch durch einen relativ langsam rotierenden Elektromotor hervorgerufen werden.

Man wird in der Magnetisierungseinrichtung 'i'rennfugen in zur Einführung und Entnahme der Lochscheiben und der Ringe geeigneter Lage vorsehen. So wird man bei Verwendung einer Jochplatte diese mittels einer die Achse aes Dornes ent-

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haltenden Trennfuge in zwei miteinander lösbar verbundene Teile unterteilen. Auch wird man den Dorn mit den Lochscheiben und den jeweils verwendeten Ringen in Richtung seiner Längsachse verschiebbar lagern, um das Entfernen der Lochscheiben aus dem Bereich der Jochplatte 2u erleichtern. Auch anders liegende Trennfugen, beispielsweise senkrecht zum Dorn verlaufende, sind-möglich.

Die Figur%ei£.en ein Ausführungs bei spiel der erf indungsgemäßen Magnetisierungseinrichtung in zwei zueinander senkrechten Schnitten. Die zu inagnetisierende Lochscheibe wird von dem Dorn 2 aus einem magnetisch widerstandsarmen Material gehalten. Der Dorn 2 stößt mit seinem in Figur rechten Ende an den Magnetkern ^ an, der innerhalb der Spule 4· verläuft. In diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die Spule 4- an dem dem Dorn 2 zugekehrten Ende des" Magnetkernes ^ einen liordpol.

An seinem in Fi^ur 1 linken Ende ragt der Dorn ? in das Polstück 5 auf asm weiteren Magnetkern 6 hinein, der innerhalb der weiteren Spule 7 verläuft. Dadurch ist eine durch Bewegen des Magnetkernes 5 in Richtung nach rechts lösbare Verbindung zwischen dem Dorn 2 und dem Magnetkern 6 geschaffen .

Die magnetischen Kreise schließen sich über den den beiden Spulen 4 und 7 gemeinsamen magnetischen Rückschluß 8 sowie die Jochplartte 9, die in diesem Ausführungsbeispiel auf der äußeren Unifangsfläche der zu magnetisierenden Lochscheibe 1 aufliegt.

Wie Figur 2 erkennen läßt, besteht aer magnetische Rückschluß 8 im wesentlichen aus zwei strebenartigen Teilen und 11; auch die Jochplatte 9 besteht aus zwei durch die Trennfuge 12, die die Achse des Domes 2 enthält, unterteilten Hälften 13 und 14, die in diesem Ausführungsbeispiel

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nach Einlegen der zu iaagnetisierenden Lochscheibe 1 verschraubt sind.

In den Figuren ist einer der Verfahrensachritte veranschaulicht, bei denen innere Bereiche der zu magnetisierenden Lochacheibe 1 durch weichmagnetische Ringe 15 und 16 abgedeckt sind, um eine Begrenzung des die Lochscheibe durchsetzenden magnetischen Flusses infolge von Sättigungserscheinungen im Bereich der Innenfläche derselben auszuschließen.

Das Einbringen der Lochscheiben 1 und der Ringe 15 und 16 bzw. das Entfernen dieser Teile aus der Einrichtung wird besonders einfach, wenn man keine feste Verbindung zwischen dem Dorn 2 und dem Magnetkern 3₅ sondern nur eine Auflagefläche vorsieht. Dann kann man die Lochscheibe 1 und gegebenenfalls die Ringe 15 und 16 zunächst auf den Dorir außerhalb der Einrichtung auffädeln, die so geschaffene Anordnung bei durch Entfernen beispielsweise der Hälfte geöffneter Jochplatte 9 einlegen, durch Verschieben des Magnetkernes J einen guten Kontakt zwischen den !'eilen 2 und 3 herstellen und schließlich die Hälfte 14 der Jochplatte 9 auf die ander-e Hälfte 1j$ wieuer aufschrauben.

Grundsätzlich kann der Dorn mit den Magnetkernen auch aus einem Stück bestehen.

Wenn auch der magnetische Rückschluß nicht rotationssymmetrisch ist, da er lediglich die beiden strebenartigen Teile 10 und 11 enthält, erfolgt doch längs der Jochplatte wiederum eine Vergleichrnäßigung des magnetisierenden Flusses, so daß eine rotationssyinmetrische Magnetisierung der Lochscheibe 1 erzielt wird. Um den Streufluß im Bereich der Lochscheibe 1 möglichst klein zu halten, verringert sich, wie bei 17 und 18 angedeutet, die Höhe der Jochplatte

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konisch bis etwa auf den Wert, den die Höhe der Lochscheibe 1 besitzt. Aus demselben Grunde sind die weichrnagnetischen Ringe 15 und 16 so ausgebildet, daß sich ihre Höhe, in radialer Richtung verringert.

Soll die Magnetisierung der Lochscheibe 1 nicht rotationssymmetrisch, sondern nur längs bestimmter Radien erfolgen, so v/ird man den Dorn 2 und die Jochplatte 9 so ausbilden, daß sie nicht längs des gesamten Innen- bzw, Außenumfanges der Lochscheibe 1 auf dieser aufliegen, sondern nur in durch die gewünschten Radien gegebenen Bereichen. Die Lochscheibe braucht auch nicht notwendigerweise eine Ringscheibe zu sein, sondern sie kann auch ebene äußere Begrenzungsflächen aufweisen, also ein Vieleck sein.

Die Erfindung umfaßt auch Kombinationen von in verschiedenen Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

12 Ansprüche
2 Figuren

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Claims

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1. Verfahren zum Magnetisieren von eine innere und eine äußere Unifungsfläche sov;ie zwei Stirnflächen aufweisenden Lochscheiben in radialen Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung der Lochscheiben von ihrer äußeren Unifangsfläche ausgehend Ajorgenommen wird, indem die !lochscheiben einem in der Eb.-me der Lochscheiben in den radialen Richtungen zwischen den beiden Umfangsflächen verlaufenden Magnetfeld zunächst unter Abdeckung von Bereichen zumindest einer ihrer Stirnflächen durch weichmagnetische Ringe ausgesetzt werden, deren Innendurchmesser nicht größer als die Innendurchmesser der Lochscheiben und deren Außendurchmesser kleiner als die äußeren Abmessungen der Lochscheiben sind, und daß anschließend die Lochscheiben ohne abdeckende Ringe dem Magnetfeld ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben zunächst unter nacheinander erfolgender Abdeckung von Bereichen zumindest einer ihrer Stirnflächen durch mehrere weichmagnetische Ringe, Von denen jeder einen kleineren Außendurchmesser als die jeweils vorher verwendeten Ringe besitzt, äem Magnetfeld ausgesetzt v/erden.

y. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur rotationssymmetrischen Magnetisierung der Loch- / scheiben diese sowohl mit den abdeckenden Ringen als auch ohne diese in mehrere Stellungen gedreht und in diesen dem Magnetfeld ausgesetzt werden.

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4·. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis .?, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Ringe von außen nach innen zunimmt.

5>. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die zu magnetisierende Lochscheibe und die jeweils verwendeten Ringe auf einen Dorn aus einem Material geringen magnetischen Widerstandes aufgeschoben sind, der in der Verlängerung von Magnetkernen von das Magnetfeld erzeugenden Spulen verläuft, mit deren dem Born abgekehrten Kernenden ein magnetischer Rückschluß in Verbindung steht, der sich bis in den Bereich der äußeren Uinfangsfläche der Lochscheibe erstreckt.

fa« Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschiuli die äußere Umfangsflache der Lochscheibe mit einer Jochplatte umgreift* derenHöhe zumindest außen größer als diejenige 4er Lochscheibe istund sich in Richtung auf die !lochscheibe zu verringert.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich zu beiden Seiten des Domes je ein Magnetkern von Spulen befindet, die über einen gemeinsamen Rückschluß gleichgerichtete magnetische Flüsae durch die Lochscheibe und die jeweils verwendeten Ringe treiben.

8« Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung 'i'rennfugen in zur Einführung und Entnahme der Lochscheiben und der* Ringe geeigneter Lage aufweist.

^. Einrichtung nach den Ansprüchen b und ö, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochplatte raittelö einer die Achse des

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Domes enthaltenden Trennfuge in zwei miteinander lösbar verbundene ^rfeile unterteilt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn während des Hagnetisierungsverfahrens um seine Längsachse drehbar gelagert ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 °is 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn mit den Lochscheiben und den jeweils verwendeten Ringen in Richtung seiner Längsachse verschiebbar gelagert ist.

12. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-rotationssymmetrisch laagnetisierte Lochscheiben, gekennzeichnet durch die Verwendung als felderzeugende Bauteile einer permanentmagnetischen Linse.

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