DE200114C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

200114-KLASSE 21g·. GRUPPE

ALBERT LOTZ in CHARLOTTENBURG.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Dezember 1906 ab.

Von jeher bestand das Bestreben, möglichst starke Dauermagnete herzustellen, und ist dies bereits in hohem Maße gelungen. In zweiter Linie richtete sich die Aufmerksamkeit naturgemäß darauf, die Stärke des einmal erzielten remanenten Magnetismus auch dauernd zu erhalten, also konstante Dauermagnete herzustellen.

Die vorgenannten Eigenschaften sind auch

ίο bei den bis auf einen engen Luftspalt dauernd bzw. festgefügt geschlossenen Stahlmagneten, wie z. B. Bremsmagnete von Elektrizitätszählern, - bereits in so hohem Maße erzielt worden, daß wesentliche Verbesserungen wohl höchstens noch von der Anwendung besser geeigneter Stahlsorten zur - Herstellung solcher Magnete erwartet werden dürfen.

Anders verhält es sich jedoch mit solchen Dauermagnetfeldern, wie z. B. solchen für Meßgeräte nach Deprez - d'Arsonvalschem Prinzip, bei welchen mehrere Materialstücke derart zusammengefügt sind, daß sie einen zur Aufnahme der Drehspulen bzw. Anker usw. dienenden zylinderförmigen Luftspalt bilden, wie beispielsweise in Fig. 1 bis 3 beiliegender Zeichnung dargestellt. Derartige Dauermagnetfelder werden bekanntlich in der Weise hergestellt, daß die eigentlichen Stahlmagnete, wie m,N,S (Fig. 1 bis 3), für sich so stark wie möglich mittels bekannter Verfahren und Einrichtungen magnetisiert und durch Kochen, Erschüttern, Entmagnetisieren um einen gewissen Betrag u. dgl. Mittel mehr geschwächt bzw. auf ein erfahrungsgemäß konstant bleibendes Maß an remanentem Magnetismus zurückgeführt werden. Nachdem werden den Magneten meistens Polschuhe, wie z. B. p, p¹ (Fig. ι und 2) angefügt, oder die Pole der Magnete sind an sich schon zylinderförmig gestaltet, wie z. B. N₁ S (Fig. 2 und 3)'. Der solchermaßen noch vorhandene große Polabstand bzw. Luftspalt solcher. Magnete wird nun nach dem durch Einsetzen eines oder mehrerer paramagnetischer Leiter, meistens eines zylinderförmigen Eisenkernes, wie z.B. e (Fig. ι bis 3), oder eines weiteren Stahlmagneten geeigneter Form verkleinert, und zwar meistens so, daß zylinderförmige Arbeitsluftspalte, wie z. B. I, I₁ entstehen zur Aufnahme von Drehspulen, Ankern usw., wie z. B. a . (Fig. 1) oder w³ (Fig. 2), welche zur Ausübung einer Wechselwirkung mit dem nun zusammengefügten geschlossenen Magnetfeld bestimmt sind.

Dasselbe tritt ein, wenn bei einer Magnetmaschine die Pole des z. B. mit den Schenkeln zu beiden Seiten der Achse längs derselben angeordneten Hufeisenmagneten innerhalb eines mit Induktionswicklungen versehenen ringförmigen Ankers (wie z. B. m, Fig. 3) eingeführt werden, wobei dieser oder der Magnet drehbar sein kann, oder wenn der gewickelte glatte oder Nutenanker üblicher Art zwischen die Polschuhe des Dauermagnetsystems eingeführt wird.

Zufolge der durch Einsetzen von e entstehenden Verringerung des magnetischen Widerstandes bzw. der Luftstrecke wird die

vorher bestandene große Streuung bedeutend vermindert und der größte Teil der von dem Magneten erzeugten Kraftlinien auf die nunmehr engen Luftspalte I, I in erwünschter Weise konzentriert.

Zieht man beispielsweise den Hufeisenmagneten m (Fig. i) in Betracht, so bleibt die in der neutralen Stelle desselben, also unten in dem kreisförmigen Bogen verlaufende Kraft-

to linienzahl bekanntlich praktisch dieselbe, gleichviel ob der Eisenkern e eingesetzt ist oder nicht. Erst nach den Polen N, S hin nimmt die Änderung der Kraftlinienzahl beim Entfernen oder Einsetzen des Eisenkernes e bedeutende Werte an, bzw. der Magnet gibt unter allen Umständen nur eine bestimmte, seiner Stärke entsprechende Kraftlinienzahl her.

Nun wird, wie bereits erwähnt, die Stärke der Magnetisierung solcher zusammengefügter Dauermagnetfelder bis dahin hergestellt, wenn dieselben noch nicht gebrauchsfertig in der beschriebenen Weise zusammengesetzt, bzw. die den großen Luftweg bzw. Polabstand der eigentlichen Magnete verkleinernden Schlußstücke, wie e, noch nicht eingesetzt sind, die Kraftlinienbahn also noch nicht so weit geschlossen ist, wie dies nachher beim Gebrauch des Dauermagnetfeldes der Fall ist.

Während der Vornahme der Magnetisierung der Magnete selbst in irgendeiner bekannten Weise werden nun allerdings deren große Polabstände meistens auch durch passende Hilfsschlußstücke bzw. Eisenkerne ausgefüllt bzw.

überbrückt, um während dieser Operation den magnetischen Widerstand durch Ausschaltung des großen Luftspaltes zu verringern und solcherweise mittels geringen Stromaufwandes in etwa angewendeten Magnetisierungswindungen eine möglichst hohe Magnetisierung und nachbleibende remanente Stärke solcher Stahlmagnete zu erzielen. Oder diese Magnete werderi in ebenfalls bekannter Weise mit ihren Polen auf die Pole von Magnetisierelektromagneten gelegt, so daß deren Eisen die Polabstände . der Magnete überbrückt.

Sind diese Magnetisierungsverfahren jedoch beendet, so .entsteht durch Abnehmen der Magnete von den Magnetisierelektromagneten oder durch Entfernung der Hilfsschlußstücke, bzw. überhaupt behufs Einsetzung der Gebrauchsschlußstücke wie e und eventuell der Drehspulen, Anker usw., wie a (Fig. 1), wiederum ein weit höherer magnetischer Widerstand zwischen den Polen der Magnete in Form eines von den Kraftlinien derselben nunmehr plötzlich zu durchsetzenden großen Luftweges. Die Folge hiervon ist, daß eine dementsprechend große entmagnetisierende Streuung auftritt und ein großer Teil des in den Magneten aufgespeichsrten remanenten Magnetismus verloren geht, soweit letzterer ein gewisses Maß übersteigt.

Nun sind aber natürlich diese Luftwege, welche einegroße entmagnetisierende Streuung verursachen, weit größer wie die nach Einsetzen der Gebrauchsschlußstücke wie e (Fig. ι bis 3) verbleibenden meist engen Arbeitsluftspalte, wie I₁1.

Die Vorteile einer möglichst hohen Kraftlinienzahl in den Arbeitsluftspalten der insbesondere in Meßgeräten nach Deprez-d'Arso η ν al, in sogenannten Amperestundenzählern oder bei Magnetmaschinen angewendeten Dauermagnetfelder sind bekannt, und hat man daher bereits alle Mittel angewendet, um wenigstens den Rest der nach den bisherigen bekannten Magnetisierungsyerfahren höchsterzielbaren, in Magneten aufgespeicherten Stärke bzw. Kraftlinienzahl nicht in Form von Streuung unnütz verlaufen zu lassen, sondern auf die aktiven Stellen, also auf die die Drehspulen, Anker usw. aufnehmenden Arbeitsluftspalte durch möglichste Verengerung der letzteren zu konzentrieren.

Dies letztere hat jedoch naturgemäß wiederum auch Nachteile im Gefolge. So z. B. ist eine viel genauere Bearbeitung, Zentrierung usw. der Einsatzstücke wie e bzw. p, p¹ erforderlich, soll noch eine meist geforderte homogene Stärke des Magnetfeldes über den ganzen Luftspalt auftreten, was insbesondere bei sogenannten Präzisionsinstrumenten mit Drehspulen und proportionaler Skala im höchsten Maße erwünscht ist. Andererseits verhindert ein enger Luftspalt die Unterbringung der vielleicht erwünschten; Wicklungsabmessungen oder bedingt eine besonders kompendiöse und dadurch schwierige und kostspielige Ausführungsform der Wicklungen, Anker usw.

Durch das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren und dessen Einrichtungen nun ist die Erzielung eines noch weit größeren Maßes an remanentem Magnetismus bei engen Arbeitsluftspalten bzw. das bisher erreichbare Maß bei weiteren Luftspalten solcher zusammengefügt geschlossener Dauermagnetfelder dadurch ermöglicht, daß dieselben nach der Zusammenfügung ihrer Teile bzw. also bei eingesetzten Schlußstücken, wie z. B. e (Fig. 1 bis 3) o. dgl., mittels in geeigneter Weise um die Magnete, die Schlußstücke oder zwischen beiden, bzw. in mehreren •Arten zugleich angeordneter elektrischer Magnetisierungswicklungen nochmals oder aber schon erstmalig magnetisiert werden, so daß das nachdem verbleibende Magnetfeld stärker ist wie dasjenige, welches durch Einsetzen der Arbeitsschlußstücke nach bereits vordem in bisher üblicher Weise vorgenommener Magnetisierung der Magnete sich in den Arbeitsluftspalten wie I, I bilden würde, und nach dem

Magnetisieren nach vorliegendem Verfahren zwecks Einsetzung der Gebrauchsschlußstücke bzw. Drehspulen, Anker usw. keine großen Luftspalte zwischen den Polen der Magnete mehr hergestellt werden müssen, die sonst hierdurch bedingte große Streuung und Entmagnetisierung des bereits erzielten Magnetfeldes somit verhütet wird.

Bei vorliegendem Verfahren können natürlieh auch zudem an Stelle der Arbeitsluftspalte, wie 1,1 (Fig. ι bis 3), noch paramagnetische Leiter, wie z. B. passende Eisenzylinderstücke oder ganze Zylinder oder Eisenbleche u. dgl., angeordnet und durch diese vorübergehende Beseitigung auch dieser kurzen Luftwege eine möglichst hohe Magnetisierung und nachbleibende Remanenz der Dauermagnetfelder erzielt werden, wie dies bekanntlich schon längst bei der Magnetisierung der eingangs erwähnten, an sich bereits einen engen Luftspalt, aufweisenden Bremsmagnete geschieht, indem in deren Luftspalt ein Eisenkeil o. dgl. eingesteckt wird. Der Betrag an erzielbarem remanenten Magnetismus richtet sich allerdings nicht allein nach dem bei dem Magnetisierungsverfahren erzielten Höchstbetrag an Magnetismus, sondern, wie hier bereits erläutert, im wesentlichen auch nach dem dauernden Verbleiben nicht zu großer Luftwege nach der Magnetisierung, bzw. nach dem Herausnehmen der vorgenannten zusätzlichen Eisenbleche o. dgl.

Angestellte Versuche haben ergeben, daß nach vorliegendem Verfahren durch Magnetisierung in geschlossen zusammengefügtem Zustande erzielte Dauermagnetfelder eine um 30 bis 100 Prozent größere remanente Kraftlinienzahl im Arbeitsluftspalt aufweisen wie genau ebensolche Dauermagnetfelder bei bisher üblichem Verfahren der Magnetisierung der Magnete vor dem Einsetzen derGebrauchsschlußstücke. Die günstigsten Resultate wurden meistens erzielt, wenn schon die erstmalige Magnetisierung nach vorliegendem Verfahren vorgenommen wurde, jedoch ist auch eine bedeutende Verstärkung schon magnetisierter und nachdem zusammengesetzter Dauermagnetfelder der hier beschriebenen Art bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens erzielbar.

In den Fig. 1 bis 3 nun sind verschiedene Einrichtungen zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens zur Anschauung gebracht. Dabei bedeuten w, w¹ usw. die Erregerwicklungen zum Magnetisieren, die -|- und — Zeichen sowie die Pfeile die erforderlichen Stromrichtungen, N, S die Polarität der Magnete, m, m die den letzteren angehörigen Teile, p, p¹ die etwa vorhandenen besonderen Polschuhe, I, I die Arbeitsluftspalte.

Die einfächste Einrichtung besteht wohl darin, daß um den Magneten irgendein biegsames elektrisches Leitungskabel, wie z. B. w, w¹ um m (Fig. 1) oder w, w¹ um m (Fig. 2) gewickelt wird.

Schickt man nun bei eingesetztem Schlußstück e durch diese Windungen Gleichstrom in genügender Stärke und passender Richtung, so erzeugt derselbe in der Kraftlinienbahn des Dauermagnetfeldes ein starkes . Magnetfeld bzw. eine Verstärkung des etwa schon vorhandenen.

Da eine nur nach Bruchteilen einer Minute bzw. nur eine Sekunde zählende Zeitdauer des Stromes zur Erzielung eines solch starken Dauerfeldes genügt, welches nach Aufhören des Erregerstromes allerdings wieder etwas schwächer wird, so können die zur Anwendung gelangenden Erregerwicklungen ganz enorm hoch in bezug auf ihren Querschnitt mit Strom belastet werden.

Würde man nun aber nach dieser Verstärkung das Schlußstück, wie z. B. e (Fig. 1 und 2), herausnehmen und wieder einsetzen ohne nachfolgende Wiedermagnetisierung der beschriebenen Art, so würde nur noch ein bedeutend schwächeres Magnetfeld nachweisbar sein, bzw. etwa in derselben Stärke wie bei dem üblichen Verfahren des Magnetisierens vor dem Zusammensetzen der Teile eines solchen Dauermagnetfeldes.

Bei Anwendung solcher Dauermagnetfelder z. B. zu sogenannten Drehspulinstrumenten, wie in Fig. 1 dargestellt, bei welchen der Einsatzkern e nur mit der Drehspule eingesetzt oder entfernt werden kann, wo also beispielsweise behufs Reparatur der Einsatzkern e herausgenommen werden muß, dürfte es sich empfehlen, die Verstärkungserregerwicklungen bzw. Magnetisierungswicklungen , wie z. B. w, w¹ (Fig. ι und 2), überhaupt dauernd zu belassen, umsomehr als deren Querschnitt und damit ihre ,Kosten aus den bereits erwähnten Gründen minimale sein können. Ein damit ausgerüstetes Dauermagnetfeld kann solchermaßen ohne weitere Umstände nach Einsetzen des Schlußstückes sofort wieder hochmagnetisiert werden und nimmt erfahrungsgemäß praktisch den bereits früher erzielten Wert wieder an.

Nicht unerwähnt soll bleiben, daß es angebracht ist, ein nach vorliegendem Verfahren hochmagnetisiertes Dauermagnetfeld nachher durch geeignete Mittel wieder etwas künstlich zu schwächen, z. B. mittels durch die angewendeten Erregerwicklungen, wie w, w¹ usw. (Fig. ι bis 3), geleiteten Wechselstromes geeigneter Stärke und Periodenzahl oder mittels eines in verkehrter Richtung hindurchgeleiteten Gleichstromes, je nach Erfahrungen. Dabei können diese Ströme auch hur durch die aktiven Wicklungen der Magnetsysteme, wie

Dreh- oder Induktionsspulen, Anker usw. geleitet werden.

Es dürften nun nicht selten Fälle vorkommen, in welchen das Umwickeln der Magnete, Polschuhe usw. der zu verstärkenden oder überhaupt erst zu magnetisierenden Dauermagnetfelder mit biegsamen Kabeln usw. äußerst umständlich und kostspielig, oder wo die dauernde Belassung von solchen Wicklungen aus Gründen irgendwelcher Art nicht erwünscht ist. In solchen Fällen wird man darauf bedacht sein, die zur Verstärkung erforderliche Amperewindungszahl mittels anderer Vorrichtungen zu erzeugen. Bei Apparaten mit glockenförmigen oder flachen Spulen, wie z. B. bei Amperestundenzählern mit Glockenanker usw., können diese Spulen, Anker usw. bekanntlich entfernt und eingesetzt werden, ohne daß die Lage des Schlußstückes wie e usw. verändert bzw. dieses herausgenommen zu werden braucht. Nach Entfernung dieser Spulen, Anker usw. ist daher der Luftspalt frei.

Dieser Umstand kann in der Weise ausgenutzt werden, daß die Erregerwicklungen in geeigneter Form, z. B. entsprechend den entfernten Ankern usw., oder wie w, w¹, w^s, w⁴ (Fig. 2) und w,w'^z,iif (Fig. 3) in die Luftspalte I, I eingeführt und nach vorgenommener Hochmagnetisierung von m, m erforderlichenfalls wieder entfernt, oder aber daß geeignetenfalls diese Spulen, Anker usw. selbst als Magnetisierungs- bzw. Erregerwicklungen angewendet werden. Es können dabei nur kleine verhältnismäßig dünne Magnetisierungsspulen bzw. einzelne Windungen durch die Luftspalte eingeführt, auf den Polen oder dem Magneten selbst aber aneinandergereiht und verbunden werden, wie beispielsweise in Fig. 1 bis 3 mehrfach dargestellt.

Schließlich kommt es auch bei dem vorliegenden Verfahren darauf an, die Zeitdauer desselben möglichst zu verkürzen und fabrikationsmäßige Einrichtungen hierfür zu treffen.

Da die erforderliche Amperewindungszahl sich natürlich auch aus nur einer oder einigen Windungen mal der entsprechend hohen Stromstärke zusammensetzen kann, so empfiehlt sich in solchen Fällen die Anwendung von Einrichtungen, wie z. B. w², isß (Fig. 1 und 2) und wⁱ (Fig. 3)', bei welchen ein oder mehrere Leiterstücke (z. B. ein Schenkel des Ausschalters w² (Fig. 2, links), oder das Schlußstück w² des Ausschalters w² (Fig. 1), oder die Metallbügel w⁴, w⁴, w* (Fig. 3) durch den magnetischen Kreis des Dauermagnetsystems hindurchgeführt und mittels Kontaktvorrichtungen [wie z. B.. Schalter w² (Fig. 1 und 2), Steckkontakte h (Fig. 3)] mit anderen Leitern [w², w² (Fig. 1 und 2), w⁴ (Fig. 3)] zu Erregerwindungen ergänzt werden, durch welche, wie ersichtlich, der Magnetisierungsstrom geleitet werden kann. Dabei kann natürlich auch eine Mehrzahl soleher leicht beliebig oft trenn- und schließbarer Erregerwindungen zur Anwendung gelangen, bzw. eine Mehrzahl von Windungen mittels einer Vorrichtung gebildet werden, wie z. B. die drei Windungen w*, to*, w⁴ (Fig- 3)·

Selbstverständlich können zu noch weiterer Vereinfachung der erforderlichen Handhabungen bei Anlegen und Entfernen der Erregervorrichtungen diese sozusagen in einen Griff vereinigt werden, wie ro², w² (Fig. 1) oder h,h_Jwⁱ,wⁱ in k (Fig. 3).

Die wesentlichsten Vorteile von nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hochmagnetisierten Dauermagnetfeldern bestehen nun darin, daß in Wechselwirkung mit denselben angewendete Drehspulen, Anker usw. bei gleichbleibenden Wicklungs- und Betriebsstromverhältnissen usw. der höheren Feldstärke des Magnetsystems entsprechend höhere Drehmomente bzw. Spannungen erzeugen, bzw. daß zur Erzielung der sonst ohne Hochmagnetisierung nach vorliegendem Verfahren' erhältlichen Feldstärke bei Anwendung des letzteren ein geringerer Aufwand an Wicklungsmaterial bzw. Windungen der Dreh- go spulen, Anker usw. oder an Betriebsstrom oder Umdrehungen pro Zeiteinheit erforderlich, oder aber weitere Luftspalte wie sonst angängig sind, um dennoch die sonst erreichten Leistungen soleher Geräte zu erzielen.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Erzielung eines starken Dauermagnetfeldes für Drehspulenapparate und Magnetmaschinen mittels Erregerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Dauermagneten bestimmten Materialstücke erst nach endgültiger Einfügung des Ankers oder eines zeitweiligen Ersatzstückes in das zusammengeschlossene Magnetsystem entweder erstmalig magnetisiert. oder in . ihrer etwa schon vorhandenen Feldstärke hochmagnetisiert werden, zum Zwecke, ein kräftigeres Magnetfeld zu erhalten wie das verbleibehde schwächere, wenn der Anker entfernt und ohne nachfolgende Wiederholung des Verfahrens wieder eingefügt wird.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh- oder Induktionsspulen als Magnetisierungswicklung benutzt werden.

3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Magnetisierungswindungen derart geformt sind, daß

sie durch die Luftspalte des bereits zusammengesetzten Kraftlinienweges eingeführt werden können.

4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere durch den magnetischen Kreis des Dauermagnetsystems hindurchgeführte, mittels Kontaktvorrichtungen (Schalter, Steckkontakte usw.) mit anderen Leitern zu Windungen ergänzte Leiterstücke als Erregerwicklung benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.