DE19710186A1 - Dauermagnetische Koppelvorrichtung - Google Patents

Description

Für den Zusammenhalt von Gebilden aus mehreren Bausteinen werden manchmal kraftschlüssige Koppelvorrichtungen benötigt, die in der Lage sind, die Bausteine aus einer gewissen Distanz anzuziehen, sie kraftschlüssig zusammen­ zuhalten und sie bei Bedarf wieder abzustoßen.

In der Patentschrift Deutschland 23 49 810 werden bereits solche Koppelvorrichtungen beschrieben, bei denen der eine Teil aus einem Dauermagnet und der andere aus einem umpolbaren Elektromagneten besteht.

Bei einer kraftschlüssigen Koppelvorrichtung ist die Größe der Kraft im Verhältnis zu den betriebsbedingten Gegenkräfte von ausschlaggebender Bedeutung. Daher ist es leider erforderlich, einen relativ starken Dauerstrom durch die Wicklung des Elektromagneten zu schicken, was bei beweglichen batteriebetriebenen Bausteinen leicht zu einem Problem für die Stromversorgung werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gleiche Funktion der dauermagnetischen Koppelvorrichtung ohne dauernde Stromzuführung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Dauermagneten in dem einen Teil des Koppelvorrichtung ein zweiter Dauermagnet in dem anderen Teil der Koppel­ vorrichtung gegenübersteht, der mit einer Wicklung zum Umpolen dieses Dauermagneten und einem magnetischen Neben­ schluß- mit mindestens einem Spalt aus nicht magnetischen Material ausgestattet ist.

Dieser magnetische Nebenschluß begrenzt die zum Umpolen erforderliche magnetische Durchflutung. Durch den Spalt stellt der Nebenschluß aber andererseits keinen magnetischen Kurzschluß dar, so daß die Anzugs- und Abstoßkraft des Dauermagneten fast vollständig erhalten bleibt. Durch den magnetischen Nebenschluß wird außerdem beim Umpolen der Dauermagnet eines eventuell angekoppelten zweiten Bausteins vor einer unerwünschte Entmagneti­ sierung geschützt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß es nunmehr keines Dauerstroms mehr bedarf, um andere Bau­ steine anzuziehen, zusammenzuhalten und abzustoßen, sondern nur kurzer aber kräftiger Stromimpulse, um den Dauermagneten umzupolen. Dadurch sinkt der Strombedarf in den Zeiten zwischen dem Umpolungen auf Null.

Für den umpolbaren Dauermagnet ist besonders ein Material mit hoher Remanenz aber niedriger Koerzitivkraft wie z. B. Alnico geeignet. Die zum Umpolen erforderliche starke aber nur Bruchteile von Millisekunden dauernde Stromstärke kann selbst in kleinen autonomen Bausteinen beispielweise dadurch erzeugt werden, daß ein Elektrolytkondensator erst einmal über einen Gleichspannungswandler auf eine relativ hohe Spannung aufgeladen, und sodann über die Wicklung wieder entladen wird.

Die Drahtstärke der Wicklung, die Windungszahl, die Kondensatorspannung und die Kondensatorkapazität müssen so aufeinander abgestimmt werden, daß die zum Umpolen des Dauermagneten erforderliche magnetische Feldstärke von mehreren tausend Amperewindungen erreicht wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die zweite Wicklung ermög­ licht es, auf eine Brückenschaltung für die entgegen­ gerichteten Stromimpulse zum An- und Abkoppeln zu verzichten. Zusammen mit der Zwischenspeicherung der elektrischen Energie in einem Kondensator eignen sich besonders Thyristoren zum Auslösen der Stromimpulse wegen ihrer hohen Stoßstromgrenzwerte. Durch das Zusammenbrechen der Kondensatorspannung und der induzierten Gegen-EMK werden die Thyristoren wieder gesperrt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Patent­ anspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Patent­ anspruch 3 ermöglicht die einfache Montage der beiden Teile der Koppelvorrichtung im Innern der Bausteine, wobei die Befestigungsmittel gleichzeitig die eigentlichen Polflächen an den Außenwänden der Bausteine bilden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Patent­ anspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Patent­ anspruch 4 ermöglicht es, daß die aus den Außenwänden der Bausteine herausragenden Polflächen in die Ver­ tiefungen der versenkten Befestigungsmittel einrasten und dadurch die Bausteine gegeneinander positionieren. Dadurch wird gleichzeitig eine seitliche Verschiebung der Bau­ steine durch die betriebsbedingten Kräfte wirksam verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Der umpolbare Teil der Koppelvorrichtung besteht aus dem Dauermagneten aus Alnico (4), dem Spulenkörper (18), der Abkoppelwicklung (14), der Ankoppelwicklung (15), zwei mit Innengewinde versehenen Weicheisenteilen (3) und (12) und dem magnetischen Nebenschluß. Der magnetische Nebenschluß besteht aus dem Weicheisenteil (1) und den beiden Messingteilen (2) und (11). Der Dauermagnet (4), die Weicheisenteite (1), (3) und (12) und die beiden Messingteile (2) und (11) sind in der dargestellten Reihenfolge miteinander verklebt. Die Wicklungen und der Spulenkörper sind im Schnitt dargestellt.

Der nicht umpolbare Teil der Koppelvorrichtung besteht aus dem Dauermagneten aus Alnico (10) und den beiden mit einem Innengewinde versehenen Weicheisenteilen (9) und (17). Diese Teile sind ebenfalls miteinander verklebt.

Der umpolbare Teil der Koppelvorrichtung wird von außen durch zwei Bohrungen in der Außenwand (5) des einen Bausteins mit den Weicheisenschrauben (6) und (13) an der Innenseite dieser Außenwand angeschraubt. In ähnlicher Form erfolgt die Befestigung des nicht umpolbaren Teils der Koppelvorrichtung an der Außenwand (8) des anderen Bausteins mit den Weicheisenschrauben (7) und (16). Die Außenwände (5) und (8) sind nur teilweise dargestellt und zwar im Schnitt.

Die vier Schrauben bilden gleichzeitig die eigentlichen Polflächen der beiden Teile der Koppelvorrichtung. Zwei der vier Schraubenköpfe sind sehr stark abgeflacht und versenkt, während die anderen beiden aus den Außenwänden (5) und (8) der Bausteine herausragen. Diese spiegel­ bildlich angebrachten Zylinderkopfschrauben halten nicht angekoppelte Bausteine auf Distanz, positionieren die Bausteine beim Ankoppeln und schützen angekoppelte Bausteine gegen seitliche Verschiebung.

Claims (4)

1. Dauermagnetische Koppelvorrichtung für mittelbare kraftschlüssige elektromagnetisch herstellbare und auch wieder elektromagnetisch lösbare Verbindungen von Bausteinen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dauermagneten in dem einen Teil der Koppel­ vorrichtung ein zweiter Dauermagnet in dem anderen Teil der Koppelvorrichtung gegenübersteht, der mit mit einer Wicklung zum Umpolen dieses Dauermagneten und einem magnetischen Nebenschluß mit mindestens einem Spalt aus nicht magnetischen Material aus­ gestattet ist.

2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Wicklungen zum Umpolen des Dauermagneten für das Ab- und Ankoppeln der Bausteine vorgesehen sind.

3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentlichen Polflächen durch vier Ver­ bindungselemente aus ferromagnetischen Material gebildet werden, die die beiden Teile der Koppel­ vorrichtung im Innern der Bausteine durch Bohrungen in den Außenwänden dieser Bausteine befestigen.

4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dieser Verbindungselemente, die die Pol­ flächen bilden, in den Außenwänden der Bausteine vertieft angebracht werden, während die gegen­ überliegenden Verbindungselemente aus den Außen­ wänden herausragen.