DE2103737C3

DE2103737C3 - Magnetische Axiallagerung für Elektrizitätszähler

Info

Publication number: DE2103737C3
Application number: DE2103737A
Authority: DE
Inventors: Max 5060 Bergisch Gladbach Baermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-27
Filing date: 1971-01-27
Publication date: 1978-08-24
Also published as: ES399207A1; FR2123315B1; FR2123315A1; CH547495A; AT320070B; DE2103737B2; IT948339B; DE2103737A1; US3899223A; GB1312425A; CA939425A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Axiallagerung für Elektrizitätszähler mit zwei sich'mii gleichnamigen Polen gegenüberstehenden zyligderförmigen Dauermagneten, von denen der eine an der Welle und der andere am Gestell eines Elektrizitätszählers befestigt ist. Derartige Lagerungen dienen zur Aufnahme axialer Kräfte von drehbaren Systemen und bezwecken, die Gesamtlagerreibung zu verringern.

Die meisten der bekannten magnetischen Lagerungen bestehen aus scheiben-, ring- oder zylinderfr 'rmigen Magneten, die so magnetisiert sind, daß gleichnamige oder ungleichnamige Pole gegenüberstehen, so daß sie einmal die abstoßende Wirkung gleichnamiger und zum andern die anziehende Wirkung ungleichtiämiger Pole, die sich gegenüberstehen, oder beide kombiniert' ausnutzen.

Es ist z. B. ein dauermagnetisches Lager bekannt,·bei welchem zwei sich abstoßend axial gegenübeVs\ehendej ringscheibenförmige Dauermagnete, γοη denen jeder mindestens ein Paar ringscheibenförmige konzentrische Pole besi tzt, vorhanden sind.

Mit diesen Lagern lassen sich gute Tragkräfte bei relativ kleinen RadUilkräften erzielen. Sie weisen jedoch

einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf, so daß sie einen ziemlich großen Raum einnehmen.'Sie können deshalb nicht in alle Zählerkonstruktionen eingebaut werden.
' Der Raum, der in derartigen Geräten für eine selche'

ίο Lage πα ng zur Verfügung steht, ist begrenzt Müssen große axiale Lagerkräfte, wie sie z. B. bei Dr^hs'rornzählem vorhanden sind, aufgenommen werden, so wird der Lagerdurchmesser bei Verwendung vort scheiben- oder zylinderförmigen Magneten, bei denen die Pole konzentrisch auf den Flächen der Magnete, die sich mit dazwischen liegendem Luftspalt gegenüberstehen, aufmagnetisiert sind, verhältnismäßig groß.

Der Platzbedarf macht es vielfach unmöglich, Elektrizitätszähler einer vorhandenen Type nachträglieh mit einem magnetischen Lager zu versehen, ohne die vorhandenen Typenabmessungen des Zählers, insbesondere des Zählertragrahmens, zu ändern.

Es ist auch bereits ein magnetisches Lager bekannt geworden, das geringe Abmessungen, insbesondere einer, kleinen Durchmesser der Magnete aufweist Bei diesem Lager befindet sich jeder der beiden einander gegenüberstehenden axial magnetisierten Magnete in einem Eisentopf, so daß der eine Pol dieses Systems vom Magneten selbst, der andere vom Rand des Eisentopfes gebildet wird. Zwischen dem Eisentopf und' dem Magneten befindet sieb ein kleiner Luftspalt, der meistens durch einen unmagnetischen Werkstoff ausge-* füllt ist Der untere Magnet der Lageranordnung ist z. B. von einem Lagergehäuse umgeben, welchfes höhenver-, stellbar von unten in den waagerechten Tragrahmenteil eingesetzt werden kann.

Bei diesen magnetischen Lagerungen treten jedoch verhältnismäßig starke Radialkräfte ,au/, die sich ungünstig in Bezug auf Reibung und Verschleiß .auf die

Zentrierlagei der Welle'auswirken können. "¹Um die Radialkräfte klein zu halten i'nd die vorstehenden Mangel zu vermeiden, ist eine sehr hohe Präzisionsarbeit erforderlich, die die Herstellung verteuert. · . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diese Nachteile zu vermeiden und eine magnetische Lagerung zu schaffen, die bei hohen Tragkräften kleine Abmessungen¹, insbesondere einen kleinen Durchmesser der Lagermagnete aufweist, und bei der nur kleine Radialkräfte bei einer seitlichen Verschiebung der Magnete auftreten.

Gelingt es, Lagermagnete mit kleinem Durchmesser bei möglichst hohen Tragkräften und kleinen* Radialkräften zu schaffen, so entstehen insbesondere bei gegossenen oder . gesinterten Dauermagneten bei

eventuell auftretenden Inhomogenitäten der Magnetisierung sehr kleine Haltemomente, die nicht nachteilig •wirken. . ·' _Λ ,

• Die gestellte Aufgabe wird bei einer magnetischen Lagerung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden sich mit gleichnamigen Polen gegenüberstehenden, zylinderförmig ausgebildeten Magnete derart magnetisiert sind, daß sich der eine Pol auf der· Stirnfläche und der andere Pol auf der Umfangsfläche des Magneten befindet. B.ei dieser

h"> besonderen Magnetisierung verlaufen die Kraftlinien, die aus dem Nordpol austreten, der z. B. auf der Zylinderstirnfläche liegt, im Bogen um den Magneten herum und trcien in den z. B. auf der Umfangsfläche

liegenden Südpol wieder ein.

Durch diese Magnetisierung wird em Magneti geschaffen, der bei kleinem Durchmesser in seiner, Wirkungsweise jedoch etwa einem Magneten entspricht, der einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist und bei dem die beiden Pole konzentrisch auf der Stirnfläche des Magneten aufmagnetisiert sind.

Erfindungsgemäß wird gerade der entgegengesetzte Weg gegenüber den bekannten magnetischen Lagerungen beschriften und auf die Anordnung der Lagermagnete in die Kraftlinien zum Luftspalt leitenden Eisentöpfen verzichtet Es wurde nämlich gefunden, daß bei derartigen Magnetanordnungen mit kleinern Polabstand sich ein steiler Feldverlauf ergibt. Da die magnetischen Lagerungen unter Ausnutzung von abstoßenden Kräften sich radial im labilen Zustand befinden, treten bei einem steilen Feldve^Jaijf starke Kräfte in radialer Richtung auf, die eine unerwünscht hohe Belastung der Führungslager hervorrufen.

Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetisierung eine verhältnismäßrg-flache magnetische Feldverteilung erzielt, wobei die sich gegenüberstehenden Scheitelpunkte der Kraftlinienkreise jedes Polpaars außerhalb der Umfang<-flächeri der Magnete liegen, was in der Wirkungsweise einem großen Polabstand gleichkommt Dadurch werden bei kleinem Magrfetdurchmesser hohe Tragkräfte erzielt und die in radialer Richtung wirkenden Kräfte auf ein Minimum herabgesetzt

Es wurde in überraschender Weise festgestellt, daß bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lagerung bei etwa gleichen Tragkräften wesentlich geringere Radialkräfte auftreten als bei den bekannten Lagerungen mit Dauermagnetsystemen gleichen Durchmessers und Eisefirückschluß. -

Je nach der gewünschten Charakteristik der Lagerung kann der auf der Umfangsfläche des Magneten liegende Pol mehr oder weniger nach oben oder unten verschoben aufmagnetisiert werden. Der .auf der Umfangsfläche des Magneten aufmagnetisierte Poi sollte wenigstens 1 mm von dessen Stirnfläche, auf der sich der Gegenpol befindet entfernt sein. Es kommt nur darauf an, daß die Flächeninhalte der auf der Stirn- und der Umfangsfläche liegenden Pole etwa gleich groß sind.

Mit der Erfindung gelingt es, eine magnetische Lagerung zu schaffen, die sich aufgrund ihrer geringen Abmessungen und bestimmten Magnetisierung samt ihrem Lagergehäuse in die vorhandenen verschiedensten Typen von Elektrizitätszählern nachträglich einsetzen läßt ohne die Typenabmessungen des Zählers zu ändern.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lagerung wird man in vorteilhafter Weise den feststehenden Dauermagneten z. B. am Zählergestell in einer Büchse_t aus unmagnetischem Werkstoff befestigen.

I rf der nachfolgenden Beschreibung sind anhand der Zeichnungen und Diagramme zwei bekannte magnetische Lagerungen öinem Ausführungsbeispiel der Lagerung gemäß-der vorliegenden Erfindung ge'genübergestellt.

In F i g. 1 ist eine bekannte Lageranordnung I dargestellt, die aus ejnem unteren und einem oberen Magnetsystem besteht. Das untere Magnetsystem ist an dein hier nicht, dargestellten unteren waagerechten b> Tragrahmenteil eines Elektrizitätszählers und das obere Magnetsystem an der hier ebenfalls nicht dargestellten Zählcrwelle befestigt. Eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Lageranordnung in eingebautem Zustand wird später anhand der F i g, 10 erläutert, '

Jedes Magnetsystem der Lageranordnung» I besteht aus einem zylinderförmigen Dauermagneten 1, welcher in axialer Richtung magnetisiert ist, derart, daß an der einen Stirnfläche der Nordpol N und 'an der gegenüberliegenden Stirnfläche der Südpol S vorhanden ist Der zylindrische Dauermagnet ist in einem topfförmigen Körper 2 aus einem weichmagnetischen Werkstoff so angeordnet, daß er mit der einen Stirnfläche an dem Topfboden anliegt und seine Umfangsfläche einen geringen Abstand zu den inneren Seitenwänden des topfförmigen Körpers hat Der so* gebildete Hohlraum 3 ist mit einem unmagnetischen Werkstoff z. B. durch Eingießen einer Zinnlegierung ausgefüllt Die Kraftlinien des am Topfboden anliegenden Poles des Magneten werden zum Luftspalt 4 geleitet so daß auf der den Luftspalt begrenzenden Fläche jedes Magnetsystems ein konzentrisches Rtngpolpaar vorhanden ist In dem dargestellten Beispiel stehen sich am Luftspalt 4 innen Nordpole und außen Südpole gegenüber, so daß sich die beiden Magnetsysteme gegenseitig abstoßen.

In F i g. 2 ist ein Diagramm dargestellt aus dem die Abstoßungskraft Fin Newton in Abhängigkeit vpn dem gegenseitigen axialen Abstand 1 in mm der Magnetsysteme der Lageranordnung I hervorgeht Bekanntlichnimmt die Abstoßungskraft mit wachsendem' axialen Abstand der Magnete ab. In welchem Maße diese Abnahme vor sich geht kann man aus dem Kurvenzug entnehmen.

Aus dem Diagramm in Fig.3 ist die für die Lageranordnung I ermittelte radiale Kraft F_rin Newton in Abhängigkeit von der gegenseitigen Seitenverschiebung 5 in ;mm ersichtlich. Der Kurvenverlauf ist verhältnismäßig steil, d. h., daß schon bei einer geringen Seitenverschiebung eine hohe radiale Kraft auf die Führungslager wirksam wird.

in Fig.4 ist die Lageranordnung II gemäß der Erfindung dargestellt Diese Lageranordnung besteht aus den beiden zylinderförmigen Lagermagneten a und 6, die sich mit einem dazwischen liegenden Luftspalt 4 gegenüberstehen. Die beiden Lagermagnete sind so magnetisiert, daß sich der Nordpol /y auf den gegenüberliegenden Stirnflächen 7 und der Südpol 5auf der Umfangsfläche 8 dar Magnete befindet. Selbstverständlich können die Magnete auch so magnetisiert sein, daß sich auf der Stirnfläche der Südpol und auf der Umfangsfläche der Nordpol befindet. Es kommt nur darauf an, daß sich die beiden Magnete mit gleichnamigen Polen gegenüberstehen. Die Lage der Pole ist durch eine verstärkte Linie gekennzeichnet. Je nach der gewünschten Charakteristik der Lagerung kann der auf der Umfangsfläche des Magneten liegeqde Pol mehr oder weniger' nach oben oder unten verschoben aufmagnetisiert werden. Es kommt jedoch darauf an, daß die Flächeninhalte der auf der Stirn- und der Umfangsfläche liegenden Pole etwa gleich groß ist. Der Abstand a zwischen dem auf der Umfangsfläche des Magneten aufmagnetisierten Pol und dem auf der Stirnfläche liegenden Gegenpol soll wenigstens 1 mm betragen.

, In Fig.5 ist das gleiche Diagramm wie in Fig.2, iedoch bei der Lageranordnung II nach Fig.4 dargestellt. Fig.6 zeigt das gleiche Diagramm wie Fig. 3,jedochbeider Lageranordnung Il gemäß Fig.4.

Der Außendurchr-esser der Magnete gemäß der Lageranordnung II 1st gleich dem Außendurchmesser

des Magnetsystems gemäß der Lageranordnung I.

Die L,ageranordmingen I und II. mit denen die vorliegenden Werte ermittelt wurden, besaßen einen Außendurchmejier von etwa 9 mm und einen Innendurchmesser von etwa 3 mm. Vergleicht man den Kurvenzug der Fig. 2 mit demjenigen der F i g. 5. so erkennt man. daß diese Kurven nahezu den gleichen Verlauf aufweisen, was besagt, daß diese Lageranordjungen etwa die gleichen Abstoßungs- bzw. Tragkräfte in Abhängigkeit vom Luftspalt besitzen. Demgegenüber erkennt man bei einem Vergleich der F i g. 3 und 6, daß bei der Lageranordnung Il gemäß der Erfindung die auftretende radiale Kraft bei einer Seitenverschiebung der beiden Magnete gegeneinander wesentlich geringer ist als bei der Lageranordnung I. Hierzu sei bemerkt, daß die radialen Kräfte bei einer Luftspaltlänge von etwa 1 mm ermittelt wurden.

In Fig 7 ist eine bekannte Lageranordnung IM dargestellt, bei der sich zwei ringscheibenförmige Dauermagnete 9 und 10 mit einem dazwischen liegenden Luftspalt 4 gegenüberstehen. Jeder der beiden Magnete besitzt auf seiner dem Luftspalt zugekehrten Fläche 11 ein konzentrisches Ringpolpaar. Die Pole sind durch die Buchstaben /Vund S gekennzeichnet. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß sich gleichnamige Ringpole jedes Magneten gegenüberstehen. Die^ce Lageranordnung weist einen größeren Außendurchmesser auf. Die Messungen wurden mit einer Lageranordnung durchgeführt, bei welcher jeder Magriet einen Außendurchmesser von i 5 mm aufwies.

Die mit der Lageranordnung IM ermittele Abstoßungskraft in Abhängigkeit von dem fegenseitigen axialen Abstand ist in dem Diagramm gemäß F i g. 8. und die Radialkraft in Abhängigkeit von der Seitenverschiebung in F i g. 9. dargestellt.

Wie aus F g. 9 ersichtlich ist, liegen bei der Lageranordnung III die auftretenden radialen Kräfte in tragbaren Grenzen. Sie entsprechen etwa denen, wie sie bei der Lageranordnung Il auftreten. Man muß allerdings berücksichtigen, daß bei der Lageranordnung IM die Magnete einen größeren Durchmesser gegenüber den Lageranordnungen I und Il aufweisen und wegen ihres Platzbedarfs nicht in jede vorhandene Zäiilertype eingebaut werden können.

Aus dieser Gegenüberstellung ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lageranordnung (F i g. 4 bis 6) die gleichen Tragkräfte erzielt werden wie bei der bekannten Lageranordnung I (Fig. 1 bis 3). bei der die Lagermagnete in einem topfförmigen Körper angeordnet sind, was einen zusätzlichen Aufwand und damit höhere Herstellungskosten erfordert. Demgegenüber treten bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lageranordnung bei gleichem Durchmesser wesentlich kleinere radiale Kräfte auf als bei der Lageranordnung I gemäß Fig. 1.

Durch die Erfindung gelingt es, die Vorteile der bekannten Lagerungen auszunutzen, jedoch ihre Nachteile wie starke Radialkräfte und große Abmessungen zu vermeiden.

In Fig. 10ist ein Unterlager 12eines Elektrizitätszählers dargestellt. Die eigentliche magnetische Lagerung besteht aus dem oberen Lagermagneten 13, der direkt

ίο am unteren Ende der Läuferwelle 14 befestigt ist, und dem unteren Lagermagneten 15, der in der Lagerhülse 16 aus unmagnetischem Material fest angeordnet ist. Die Läuferwelle 14 trägt die Läuferscheibe 17 und ist gegen radiale Verschiebung in einem hier nicht dargestellten Oberlager gelagert. Die l^gerhülse 16 ist höhenverstellbar in dem nur teilweise gezeigten waagerechten Tragrahmenteil 18 angeordnet und mittels einer Stellschraube 19 festklemmbar. Innerhalb der Lagerhülse 16 befindet sich die Lagernadel 20, die mit ihrem unteren Ende in der Lagerhülse befestigt ist. Im Inneren des Magneten 13 ist ein Führungsring i\ eingesetzt, der in bekannter Weise aus Kunststoff, Graphit od. dgl. bestehen kann und in welchen die Führungsnadel 20 eingreift. Ferner ist die Läuferwclle mit einer Bohrung 22 versehen, in die die Lagernadel mit ihrpm oberen Ende hineinragt, wobei die Bohrung in ihrer Lange so gewählt ist, daß sie als Anschlag dient, um eine axiale Verschiebung der Läuferwelle in bestimmten Grenzen zu hallen. Die Lagerhülse 16 weist

JO ,einer, rohrförmigen Fortsaitz 23 auf, der den oberen Magneten 13 teilweise umgibt Er dient als Anschlag gegen seitliche Verschiebung, die durch von außen einwirkende Stöße hervorgeruren werden kann. Die beiden Lagermagnete sind erfindungsgemäß so magnetisiert, daß sich auf ihren Stirnflächen, die de$ Luftspalt begrenzen, der eine Pol und auf ihren Umfangsflächen der" andere Pol befindet. Bei dem vorliegender Ausführungsbeispiel befinden sich auf den gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden Magnete 13 und 15 dei Nordpol, der mit N gekennzeichnet ist, und auf der Umfangsflächen der Südpol, der mit S gekennzeichnei ist.

Die Dauermagnete bestehen aus einer Mischung eines anisotropen Alnico-Pulvers, dessen Koerzitivfeld stärke 1 900 Oersted beträgt, und einem thermoplasti sehen Bindemittel und sind unter Einwirkung eine; magnetischen Richtfeldes durch Pressen oder Spritzer hergestellt. Bei einer nach der Erfindung gebauter magnetischen Lagerung, die sirh bewährt hat, weiser

Μ die beiden sich gegenüberstehenden Magnete einer Außendurchmesser von 9 mm, einen Innendurchmessei von etwa 3 mm und eine axiale Länge von etwa 5 rnrr auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Magnetische Axiallagerung für Elektrizitätszähler mit zwei sich im wesentlichen koaxial mit gleichnamigen Polen gegenüberstehenden, zyljnderförmigen Dauermagneten, von denen der eine an der Zählerwelle und der andere am Gestell des Elektrizitätszählers befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich mit gleichnamigen Polen gegenüberstehenden, zylinderförmig ausgebildeten Dauermagnete (5, 6; 13» 15) derart magnetisiert sind, daß sich der eine Pol auf der Stirnfläche (7) und der andere Pol auf der Umfangsfläche (8) des Magneten befindet

2. Magnetische Axiallagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächeninhalte der s,uf der Stirn- (7) und der Umfangsfläche (8) liegenden Pole etwa gleich groß sind und der auf der Umfangsfläche liegende Pol je nach der gewünschten Lagerungscharakteristik mehr oder wenige <■ zu oder weg von der Stirnfläche (7) verschoben, aufmagrietisiert ist

3. Magnetische Axiallagerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, däöder Abstand ^zwischen dem auf der Umfangsfläche (8) der Magnete (5,6; 13,15) aufmagnetisierten Pol unddem auf der Stirnfläche liegenden Gegenpol, wenigstens 1 mm beträgt

4. Magnetische Axiallagerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (5, 6; 13, 15) aus anisotropem, pulverförmigem Dauermagnetwerkstoff mit einer Koerzitivfeldstarke von wenigstens 1 5OQ Oersted und einem thermo- oder duroplütischen Bindemittel bestehen und unter Einwirkung eines magnetischen Richtfeldes durch Presse oder Spritzen hergestellt sind.

5. Magnetische Axiallcgerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, .dadurch gekennzeichnet, daß als Dauermagnetwerkstoff eine anisotrope Alnicolegierung vorgesehen ist.

6. Magnetische Axiallagerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der-Dauermagnetwerkstoff aus einer Legierung der seltenen Erden besteht.