DE2261282A1

DE2261282A1 - Elektromechanisch geschaltete haltevorrichtung mit einem dauermagneten

Info

Publication number: DE2261282A1
Application number: DE2261282A
Authority: DE
Inventors: Nigel Anderson; Charles Peter Southworth
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-11-02
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1974-06-20
Also published as: GB1372244A; GB50797A; FR2209707B1; US3798581A; FR2209707A1

Description

Dipl.-ίηπ. H ^ R ST Λ Π Ε R

Ar'nu\..r:f;.:.r. . .·„__;. „,,;^,,ί A^iEKEN

.μ.. . οττρ_·2θ r>r\(-,

f · ft ( ΐϊ , -J _ f · ^ V V "

Anmeldung vom» 1⁹. Γρζ. IC·'?'¹

.V. Philips¹ Gloeilampenfabrieken, EindhoTen /Holland

Elektromechanisch geschaltete Haltevorrichtung mit einem Dauermagneten

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanisch geschaltete Haltevorrichtung mit einem Dauermagneten, die zum Heben oder Halten von magnetischen Lasten geeignet ist und bei der die magnetische Anziehung zur Last ein- oder ausgeschaltet werden kann.

Bisherige magnetische Lasten wurden unter Verwendung von Elektromagneten gehoben. Nachteile τοη Elektromagneten sind aber der hohe Verbrauch an elektrischer Energie, die vorsorglichen Vorkehrungen, die getroffen werden müssen, um zu vermeiden, daß die Last wegen eines Fehlers

PHB 32 206 - 2 -

^Jü 409825/0 VAS

in der normalen Elektrizitätsversorgung des Elektromagneten herunterfällt, und die Steuerleitungen, die für die Stromversorgung verwendet werden. Bei der Verwendung von bekannten Elektromagneten ist man beim Loslassen von leichten Lasten auf Schwierigkeiten gestoßen.

Es wurde eine Lastenhebevorrichtung mit einem Dauermagneten vorgeschlagen, bei der die anziehende Magnetkraft eines Dauermagneten auf bistabile Weise zwischen verschiedenen Magnetkreisen der Vorrichtung geschaltet wird. Diese Kreise sind typisch eine Schaltungsstrecke, die am Lastende und eine ähnliche Strecke am gegenüberliegenden oder am Halteende wirksam ist. Es erfolgt eine Hebung, wenn ein größerer Teil des Flusses zum Lastende gebracht wird, und zwar durch Abnahme der Reluktanz und auf entsprechende Weise durch eine Zunahme der Reluktanz am Halteende. Auf entgegengesetzte Weise erfolgt ein Entlasten, wenn ein größerer Teil des Flusses zum Halteende befördert wird mit der Folge, daß sich die Reluktanz in den entsprechenden Kreisen ändert. Das Schalten des dauermagnetischen Flusses zwischen dem Magnetkreis mit der Halteplatte und dem Magnetkreis mit der Last erfolgt durch Anlegen eines Steuersignals mit geringer Energie an eine elektromagnetische Spule, die in einen oder mehreren der Magnetkreise integriert ist. Wenn ein Heben der Last erwünscht ist, wird die Steuerwicklung erregt, um einen größeren Teil des Flusses zum Lastende zu befördern, und zwar durch Verringerung der Reluktanz an diesem Ende. Wenn die Last mit der Anordnung gehoben wird, wird die Halteendplatte ein wenig gehoben, um einen Luftspalt zu bilden zur weiteren Zunahme der Reluktanz des Halteendkreises und um noch mehr Fluß durch die Last zu schicken. Ein zufälliges Schalten zum Loslassen der Last, wenn die Vorrichtung die Last gerade hebt und die Halteplatte sich

409825/ÖUS

in einer Position befindet mit einem maximalen Luftspalt bleibt ergebnislos, da die erregte Steuerwicklung keinen ausreichenden Energiepegel hat, um die Reluktanz im Haltekreis abnehmen zu lassen, so daß der größere Teil des Flusses zur Halteplatte befördert werden kann, lur wenn die die Last tragende Vorrichtung derart heruntergelassen wird, daß die Halteplatte die Polteile berührt und die Steuerwicklung auf geeignete Weise erregt wird, wird die Reluktanz am Halteende gering genug, um eine Beförderung eines größeren Teils des magnetischen Flusses durch die Halteplatte zu ermöglichen.

Diese vorgeschlagene lasthebende Vorrichtung mit einem Dauermagneten funktioniert nach dem Flußtransportprinzip zum Schalten des magnetischen Flusses vom Haltekreis zum Lastkreis und umgekehrt. Dieses Schalten hängt von den Hystereseeigenschaften des Materials, aus dem die Polteile, der Halter und die Last hergestellt sind und auch von den äußeren Luftspalten in jedem Magnetkreis ab. Es wurde gefunden, daß, wenn die Oberfläche der Last flach 1st und wenn es keinen durch Fräsen, durch Rost oder Farbstoffe auf der Oberfläche der Last verursachten nichtmagnetischen Spalt gibt, diese nach dem Prinzip des Flußtransports arbeitenden Lasthebevorrichtungen gut funktionieren. Im allgemeinen ist es in der Praxis notwendig, Lasten zu verarbeiten, die nicht "perfekt" sind. Bei einer nach dem Prinzip des Flußtransportes arbeitenden Lasthebevorrichtung mit flußeisernen Polteilen,'war schon ein Luftspalt von nur 0,1 mm ausreichend, um die Handlung zu beeinträchtigen, wobei der Fluß unmittelbar zum Halter zurückschaltet am Ende des Stromimpulses zum Schalten des Flusses vom Halterkreis zum Lastkreis. Die Fähigkeit dieser Vorrichtung zum Gebrauch bei größeren Luftspalten könnte erweitert werden durch den Gebrauch von Polteilen, die eine Koerzitivkraft haben, die größer ist als die von

- 4 A09825/0U5

Flußstahl aber geringer als die Koerzitivkraft dee Hauptmagneten, aber dies würde auf Kosten der Hebekraft der Vorrichtung und der Anforderungen des Schaltstromes gehen. Das äußere Feld der geänderten Vorrichtung würde größer sein als das der anfangs vorgeschlagenen Vorrichtung mit Polteilen aus Flußstahl.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Magnetvorrichtung mit einem Dauermagneten, der innerhalb eines Paares von Polteilen liegt, die einen ersten und einen zweiten Hagnetkreis durch ein Last- und ein Halteende der Vorrichtung bilden, wobei eine Steuerwicklung um eine der Polteile angeordnet ist und wobei die Halteplatte auf den Polflächen angeordnet ist und über einen Abstand davon beweglich ist, der durch einen Sperrteil eines nicht magnetischen Sicherheitsgliedes begrenzt ist, während Abstandsmittel vorgesehen sind, die sich von der Halteplatte zum Lastende der Vorrichtung erstrecken um einen Abstand, der der Länge der Polteile sowie des maximalen Luftspalts, wie dieser nachstehend definiert wird, entspricht und wobei Mittel vorgesehen sind, um einen Stromimpuls durch die Steuerwicklung in beiden Richtungen zu schicken.

Mit maximaler Luftspalt wird ein Luftspalt bezeichnet, der gerade etwas größer ist als der größte nicht-magnetische Spalt am Lastende, dem die magnetische Vorrichtung beim Gebrauch begegnen wird. Die Distanzmittel vereinfachen Insbesondere das Entfernen von Lasten, die im Vergleich zu der Masse eines Hebemagneten leicht sind.

Die Distanzmittel bestehen vorzugsweise aus Distanzstäben, die sich schiebbar durch Löcher in den Polelementen erstrecken. TJm zu vermeiden, daß der minimale nicht-magnetische Spalt zwischen der Halteplatte und den oberen Flächen der Polelemente bis zu einem unannehmbaren Wert durch

_ 5 _ 409825/0U5

die Einwirkung von Schmutz in den Spalt zwischen der Halteplatte und den oberen Flächen der Polelemente vergrößert wird, kann die Halteplatte mit .einer Bedeckung versehen sein, die den oberen Umfang des Magneten und der Polelemente umgibt und in der Befestigungsmittel angeordnet sein können, und zwar zwischen der Bedeckung und dem genannten oberen Umfang. Bas Schalten von Stromimpulsen durch die Steuerwicklung kann von Hand aus erfolgen, wird aber vorzugsweise automatisch gemacht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 im Schnitt eine Vorderansicht eines Hebemagneten,

Fig. 2 einen vereinfachten Schaltplan eines automatischen Magnetsteuerkreises zum Betreiben des Hebemagneten,

Fig. 3-7 eine Vorderansicht des Hebemagneten in einer Folge der Handlungen beim Heben und Abwerfen einer last, .-

Fig. 8 eine graphische Darstellung, in der die Anziehungskraft zwischen einem Magneten zusammen mit seinen Polelementen und einer Halteplatte gegenüber der Länge des Luftspaltes aufgetragen sind.

Ein Hebemagnet 1 enthält Dauermagnete 2 aus Strontiumhexaferrit, die schichtweise zwischen Polelementen 3, 4, 5 und 6 angeordnet sind, welche Elemente aus Flußstahlplatten bestehen. Eine Steuerwicklung 7 umgibt einen oberen Teil der Polelemente 4 und 5. L-förmige Sicherheitselemente 8, die aus rostfreiem Stahl bestehen, und Sperrteile 9 aufweisen, sind mit den Polelementen 3 und 6 verbunden, wobei die Sperrelemente 9 die Bewegung 'einer aus Flußstahl bestehenden Halteplatte 10 von den Polflächen beschränken. Ein

409825 /OU 5 ■ -6-

Hebering 11 ist auf einer Hauptfläche der Halteplatte 10 angeordnet und nicht-magnetische Distanzstäbe 12 erstrekken sich von der gegenüberliegenden Hauptfläche der Halteplatte 10 über einen Abstand, der der Länge der Polelemente 3» 4» 5 und 6 sowie einer maximalen Luftspaltlänge von 0,9 mm entspricht. Diese Distanzstäbe 12 sind schiebbar in Löchern 13 in den Polelementen 3 und 6 angeordnet. Ein nicht magnetischer Steuerstab 14 mit einem Anschlag 15 ist in einem Loch 16 im Polelement 4 verschiebbar. Das obere Ende des Steuerstabes 14 betätigt einen monostabilen Mikroschalter mit einem einzigen Pol S1 und einen bistabilen Umschaltschalter S2_f welche Schalter oben auf der Halteplatte 10 angeordnet und derart einander gegenüber montiert sind, daß S2 eher schaltet als S1. Diese Schalter werden durch den Steuerstab 14 betätigt, und zwar jeweils, wenn eine Last 17 und die Halteplatte 10 sich in einer bestimmten Entfernung, die größer ist als die Länge der Distanzstäbe 12, voneinander befinden.

Pig. 2 zeigt den magnetischen Steuerkreis mit zwei aufladbaren 13 V-Nickel-Kadium-Batterien 18 und 19. Der Mikroschalter S1 schaltet einen Kondensator C aus einer Ladeposition an die Basis eines Transistors 20. Der Schalter S2 kehrt die Verbindungen der Steuerwicklung 7 um.

Beim Herunterlassen der magnetischen Vorrichtung 10 zum Boden, um eine Last aufzunehmen bzw. sie abzuwerfen, entlädt sich der Kondensator C zur Basis des Tranaistors 20. Der Transistor 20 ist während dieser Entladung leitend, was etwa 100 ms dauert, wodurch die Steuerwicklung 7 erregt wird und der Magnet aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand schaltet. Wenn die magnetische Vorrichtung gehoben wird, verbindet der Schalter S1 den Kondensator C mit der Batterie 19, so daß dieser Kondensator für die nachfolgende Handlung aufgeladen wird, während S2 in der-

- 7 409825/OUS

selben Position bleibt. Wenn die magnetische Vorrichtung 1 für die nächste Handlung heruntergelassen wird, kehrt S2 . zunächst die Verbindungen mit der Steuerwicklung 7 um, danach sorgt S1 dafür, daß sich der Kondensator C entlädt und der Magnet schaltet aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand.

Die Aufgabe der Distanzstäbe wird nachstehend anhand der Pig. 3 bis 7 beschrieben.

Fig. 3 zeigt die magnetische Vorrichtung 1 in einem Zustand, um eine Last 17 aufzunehmen, unmittelbar bevor der Kondensator sich entlädt, um einen Stromimpuls durch die Steuerwicklung in einer Richtung zu ermöglichen, so daß eine magnetische Anziehung zwischen den Polelementen und der Last 17 auftritt und eine verringerte magnetische Anziehung zwischen den Polelementen und der Halteplatte beim Zuführen des Stromimpulses. Wenn der Stromimpuls eine ausreichende Amplitude hat, führt der Stromimpuls durch die Steuerwicklung zu einer Anziehungskraft zwischen den Polflächen und der Last, welche Anziehungskraft sich zwischen den Polflächen und der Halteplatte 10 auswirkt, so daß die Halteplatte 10 von den oberen Polflächen der Vorrichtung abgehoben wird, da die Enden der Distanzstäbe 12 an der Last 17 anliegen und folglich die Halteplatte 10 auf mechanische Weise von den oberen Polflächen abheben. Wenn der Stromimpuls beendet ist, geht der größere Teil des Flusses vom Magneten durch die Ladung 7» und zwar wegen des nicht-magnetischen Spaltes, der zwischen den oberen Polflächen und der Halteplatte 10 hervorgerufen worden ist.

Fig. 4 zeigt die magnetische Vorrichtung 1 und die Last 17» unmittelbar nachdem eine (nicht dargestellte) Hebemaschine damit angefangen hat, die Halteplatte 10 zu heben, in dem

- 8 A0982S/0U6

Augenblick, wo der Schalter S1 den Kondensator C mit der Batterie 19 verbindet, so daß der Kondensator für die nächste Handlung geladen ist. Fig. 5 zeigt das System, nachdem die Last vom Boden aufgehoben ist, wobei die Halteplatte 10 an der Unterseite der Teile 9 anliegt.

Pig. 6 zeigt das System, nachdem die Last auf den Boden heruntergelassen ist, während die Halteplatte 10 in Richtung der oberen Polflächen gesenkt wurde, und unmittelbar bevor der Schalter S1 geschlossen wird, um den Kondensator C über den Transistor 20 zu entladen. Fig. 7 zeigt das System, unmittelbar nachdem der Kondensator C durch den Transistor 20 entladen ist. Die Anziehungskraft zwischen den oberen Polflächen und der Halteplatte 10 ist nun größer als die zwischen den unteren Polflächen und der Last 17« und zwar infolge der elektromagnetischen Kraft in der Steuerwicklung 7; die Last 17 wird durch die Distanzstäbe 12 von den unteren Polflächen gedrückt. Die magnetische Vorrichtung 1 kann nun von der Last 17 gehoben werden.

Der in bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebene Hebemagnet wog ca. 4 kg und ohne Spalt zwischen den Polflächen und der Last konnten etwa 181 kg gehoben werden. Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung, in der sich die maximale hebbare Last L mit der Länge G des nicht-magnetischen Spaltes zwischen den Polflächen und der Last ändert.

Die Remanenz des Magneten 2 betrug 3600 Gauss und die Koerzitivkraft 3000 Oersted. Die Steuerwicklung hatte 350 Windungen aus Kupferdraht mit einer Drahtstärke 24 und einen Widerstand von 7,5 Ohm. Die Batterien 18 und 19 hatten je eine Länge von 3,5 Zoll und einen Durchmesser von 1 Zoll mit einer Leistung von 200 mA/h. Die Spannung betrug 26,5 V, die bei Belastung bis 23 V abfiel; diese Anordnung

409825/OUS -9-

gab ca. 1100 Amperewicklungen von der Steuerwicklung. Eine Impulsdauer τοη 100 ms wurde angewandt; dies ist länger als die minimal erforderliche Dauer, führt aber zu einem ausreichend niedrigen Stromverbrauch, so daß es in bezug auf die Lebensdauer der Batterie keine
Probleme gibt. Es wurde ein Versuch gemacht, in bezug auf die Anzahl Hebungen, die gemacht werden konnten
zwischen zwei Batteriefüllungen, wobei 1400 Schaltungshandlungen bei Intervallen von 4 Sekunfen durchgeführt wurden, was etwa 700 Hebungen von Lasten entsprachj
die Batterien waren am Ende des Versuches nicht leer.

Patentansprüche ζ

- 10 -

409825/0U5

Claims

Patentansprücheι

1. J Elektromechanisch geschaltete Haltevorrich-Htmg mit einem Dauermagneten, der zwischen einem Paar Polelemente liegt, die einen ersten und einen zweiten Magnetkreis über das Last- bzw. Haiteende der Vorrichtung bilden, wobei eine Steuerwicklung um eines der PoI-elemente angeordnet ist, während eine Halteplatte auf den Polflächen vorgesehen und über einen Abstand davon beweglich ist, der durch einen Halteteil eines nichtmagnetischen Sicherheitselementes begrenzt ist, während weiter Bistanzmittel vorgesehen sind, die sich von der Halteplatte bis zum Lastende der Torrichtung erstrecken über einen Abstand, der der Länge der Polelemente sowie des maximalen Luftspaltee, wie obenstehend definiert, entspricht und wobei Mittel angeordnet sind, um einen Stromimpuls durch die Steuerwicklung in der anderen Richtung zu schicken.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzmittel aus Distanzstäben bestehen, die sich schiebbar durch Löcher in den Polgliedern erstrecken.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte mit einer Bedeckung versehen ist, die den oberen Umfang des Magneten und der Polelemente umgibt, und daß Befestigungsmittel vorgesehen sind zwischen der Bedeckung und dem genannten oberen Umfang, um zu vermeiden, daß Schmutz in den Raum zwischen der Halteplatte und den oberen Flächen der Polelemente geraten kann.

4. Haltevorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torrichtung ein oder mehrere Paare Dauermagneten enthält, wobei jeder Dauer-

- 11 409825/0U5

226Ί282

magnet zwischen einem Paar Polelemente angeordnet ist, während eine Steuerwicklung um zentrale Polelemente angeordnet ist, die zwischen zwei Magneten eines der Paare liegen.

5. Haltevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen eines Stromimpulses durch die Steuerwicklung einen nicht magnetischen Steuerstab enthalten, der sich rückziehbar von dem Lastende der Vorrichtung erstreckt und an der Last anliegt, wobei der Steuerstab angepaßt wird, wenn der Abstand von der last größer ist als der Abstand, über den sich die Distanzmittel von der Halteplatte erstrecken, um Schalter zu betätigen, die die Stromimpulszufuhr oder die -abfuhr steuern.

409825/0U5

Leer seife