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Vorrichtung zur Ausnutzung magnetischer Energie.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nutzbarmachen magnetischer
Energie, die auf verschiedenen Gebieten der Technik, z.B. für die Herstellung von
Bremsen aller Art, etwa an Aufzügen oder Türen oder in der Bahrzeugindustrie bei
Herstellung von Eupplungen,Radbremsen und dergleichen Verwendung finden kann.
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Die neue Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines
aus zwei übereinander angeordneten Perma -nentmagnetringen gebildeten Käfigs, die
beide durch eine quer zur Magnetfläche vorhandene magnetische Isolation hälftig
geteilt sind, wobei die übereinander und nebeneinander
liegenden
Teilmagnete jedesmal entgegengesetzt polarisiert sind, ein auf einer Hittelachse
gleitend und drehbar befestigter permanenter Kernmagnet vorgesehen ist, der ebenfalls
durch eine quer zur Magnet -fläche angeordnete Isolation in zwei entgegengesetzt
polarisierte, starr miteinander verbundene Hälften geteilt ist.
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Der Kernmagnet sitzt vorteilhaft auf einer nicht magnetisierbaren
Drehachse, mit welcher er durch Zapfen verbunden sein kann.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der Erfindung,
und zwar zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung in einer ersten Stellung
in Vorderansicht; Fig. 2 die gleiche Vorrichtung nach einer Drehung des Magnetkerns
um 180° ebenfalls in Vorderansicht; Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung
nach Fig.1 längs der Linie III...III; Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch Fig.2 längs
der Linie IV ... IV; Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Arbeitsstellung
der Vorrichtung; Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung in Vorderansicht;
Fig. 7 zeigt die Vorrichtung nach Fig.6 nach einer Drehung des Kernmagneten um 1800
ebenfalls in Vorderansicht, und
Fig. 8 zeigt die Vorrichtung nach
den Fig. 6 + T in einer anderen Arbeitsstellung, ebenfalls in Vorderansicht; Fig.
9 zeigt die Anwendung der Vorrichtung auf eine Kupplung oder Scheibenbremse; Fig.10
zeigt die Anwendung der Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung.
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Über den beiden feststehenden, auf gleicher Ebene be -findlichen Halbringpermanentmagneten
1 und 2, die wieder einen Halbring von 1800 bilden und durch eine magnetische Isolation
5, beispielsweise einen Luftspalt oder unmagnetischen Kunststoff von einander getrennt
sind, befinden sich zwei ebensolche Halbringmagnete 3 und 4, die in gleicher Weise
magnetisch von einander isoliert sind.
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Entscheidend ist, daß alle übereinander und nebeneinander angeordneten
Permanentmagnete entgegengesetzt polarisiert sind. So besitzt beispielsweise der
Nagnethalbring 1 auf seiner Aussenseite einen Nordpol, auf seiner Innenseite einen
entsprechenden Südpol. Der Halbringmagnet 2 trägt dagegen aussen den Südpol und
innen den Nordpol. Der hagnethalbring 3 trägt ebenso wie der Halbring 2 aussen einen
Südpol und innen einen Nordpol, und der Halbringmagnet 4 schliesslich trägt aussen
den Nordpol und innen den Südpol.
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Innerhalb dieses einen Stator bildenden Magnetkäfigs befindet sich
ein Permanentkernmagnet, der aus zwei Halbzylindern 6 + 7 besteht, die ebenfalls
durch eine Isolation 8 magnetisch von einander getrennt, aber starr miteinander
verbunden sind. Es kann sich dabei um Voll- oder Hohlzy -linder handeln. In dem
dargestellten Beispiel trägt der
Halbzylinder 6 aussen den Südpol
und innen den Nordpol; der Halbzylinder 7 ist umgekehrt gepolt. Der aus den Hälften
6 + 7 bestehende Kernmagnet ist auf einer feststehenden Mit -telachse 9 mit Hilfe
der Halterungen 14 gleitend und drehbar befestigt, derart, daß zwischen den Kernmagneten
6 + 7 und dem Stator 1, 2, 3, 4 ein Luftspalt L1 vorhanden ist. Die Größe dieses
iiuftspaltes zwischen den beiden Ringmagneten des Stators und der Aussenfläche des
Kernmagneten ist überall gleich.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Es sei angenommen,
daß sich der Kernmagnet 6 + 7 in der in Fig.1 gestrichelt gezeichneten unteren Stellung
innerhalb des Stators 1, 2, 3, 4 befindet. Es stehen sich dann der Südpol des Magnetkerns
6 und des Magnetrings 1 und ebenso die Nordpole des Hagnetrings 2 und des Magnetkerns
7 gegenüber. Infolgedessen findet eine starke Abstoßung statt; Der Magnetkern 6,
7 wird längs der Achse 9 in die in Fig.1 mit vollen Strichen gezeichnete obere Stellung
verschoben,wobei er gleichzeitig durch die Hagnetringe 3, 4 angezogen wird, wie
Fig.3 erkennen läßt.
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Wird nun der Magnetkern 6, 7 mechanisch um 1800 gedreht, so ergibt
sich die in den Fig.2 und 4 gezeichnete Stellung,d.h.
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es stehen sich jetzt die gleichsinnigen magnetischen Pole des Halbringmagneten
3 und des Hagnetkerns 7 sowie des Magnet -kerns 6 und des Halbringmagneten 4 gegenüber.
Es erfolgt also eine starke Abstoßung, so daß der Magnetkern 6, 7 wieder in die
untere Ausgangsstellung zurückkehrt. Bei jeder Drehung um 1800 kann sich dieses
Spiel von neuem wiederholen.
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Die bei å jedesmaliger Drehung und dem hierdurch verursachten Auf-
und Abgleiten des Magnetkerns erzeugten Schubkräfte sind sehr erheblich, und es
gelingt also mit der neuen Vorrichtung, eine einfache Drehung in eine starke Schubkraft
umzuwandeln.
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Wird der iSagnetkern 6, 7 nur um 900 gedreht, wie dies die Fig.5 veranschaulicht,
so halten sich å jetzt die anziehenden und abstoßenden Kräfte der Pole der äusseren
Halbringe 3, 4 und der Pole des Liagnetkerns 6, 7 die Waage, und zwar gleichgültig,
in welcher Höhenstellung sich der Magnetkern befindet.
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Aber in dieser Stellung der Vorrichtung lassen sich nun durch ganz
geringe Drehungen des riagnetkerns sehr erhebliche Druckkräfte erzeugen, äe nach
in welcher Richtung die Anstoßdrehung erfolgt. Hindert man den Magnetkern durch
ein Widerlager am Ausweichen nach einer Richtung, so entsteht also durch einfache
Drehung des Hagnetkerns aus der 900 -Stellung eine kräftige Verschiebung des Kerns
in der gewollten Richtung.
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Dabei zeigt der auf- und abgleitende magnetkern das Bestreben, die
ihm erteilte Anfangdrehung aus der 900-Lage beim Hinauf- oder Herabgleiten zu einer
vollständigen Drehung um 180° zu vollenden. Dadurch daß man den Kernmagneten mehr
oder weniger an dieser Drehung hindert, lassen sich die auftretenden Schubkräfte
nach Belieben stufenlos steigern und mindern, da, wie gezeigt, in der 90°-Stellung
sowohl in der o-beren wie in der unteren Lage des Kernmagneten die vom Stator und
dem Kernmagneten ausgeübten Anziehungs- und Abstoßungskräfte sich ausgleichen.
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Um die Drehung des Kernmagneten von aussen leicht beeinflussen zu
können, kann der Kernmagnet 6, 7 mit der Achse 9 durch einen Zapfen 10 verbunden
und die Achse mit einer entsprechenden Kurbel ausgerüstet sein. Dann muß natürlich
die Achse 9 in ihren Lagern auf- und abwärtsgleiten können.
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Die Achse kann mit Führungsnuten versehen sein, in welche entsprechende
Bührungsstifte der Gleitlager eingreifen, um die Achsdrehung zu begrenzen.
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Um die Heftigkeit des Aufpralls des Magnetkerns beim åedesmaligen
Umsteuern zu mildern, sind bei der Ausführungsform nach den Fig. 6, 7 und 8 unterhalb
des Stators 1, 2, 3, 4, aber gleichachsig mit diesem,zwei weitere Permanentscheiben-
oder Flachringmagnete 11, 12 vorgesehen, deren Magnetfelder jedoch so angeordnet
sind, daß entgegengesetzte Pole auf der Ober- und Unterseite des Magneten liegen.
Die Hagnetscheiben 11 und 12 sind wieder durch eine magnetische Isolation, am einfachsten
durch den Luftspalt L2, von einander getrennt; ebenso befindet sich zwischen der
oberen Magnetscheibe 11 und dem Magnetkäfig 1, 2 ein Luftspalt oder eine sonstige
magnetische Isolierung.
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Auch die Scheiben- oder Ringmagnete 11, 12 sind hälftig durch eine
magnetisch isolierende Zwischenschicht geteilt.
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Dabei sind die beiden Halbscheiben oder Halbringe gegensinnig polarisiert.
Beispielsweise kann die linke Hälfte des Magneten 11 oben den Südpol und unten den
Nordpol tragen, die rechte Hälfte umgekehrt oben den Nordpol und unten den Südpol,
wobei die Hälften des darunter liegenden Magnetringes oder der Hagnetscheibe 12
umgekehrt polari -siert sind.
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Die Scheibe 12 ist mit einem Zapfen 13 fest mit der unmagnetischen
drehbaren Welle 9 gekuppelt, die ihrerseits durch den Zapfen 10 mit dem Magnetkern
6, 7 in fester Verbindung steht, während die Magnetscheibe 11 ihrerseits feststeht
und als Dreh- und Gleitlager für die Welle 9 dient.
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In der in Fig. 6 gezeichneten Stellung stoßen sich die Magnetscheiben
oder Ringe 11 und 12 gegenseitig ab. Die
Scheibe 12 ist also bestrebt,
den Kernmagneten 6, 7 nach unten zu ziehen. Dem wirkt jedoch die Anziehungskraft
zwischen den Nagnetringen 3, 4 und dem Magnetkern 6, 7 entgegen, so daß bei geeigneter
Dimensionierung der Feldstärken der Magnete bzw. der Dicke der Isolierschichten
ein Schwebezustand erreicht werden kann. Dieser Schwebe -zustand entspricht der
90°-Stellung des Magnetkerns, wie er in Fig. 5 gezeichnet ist, läßt sich jedoch
technisch leichter sichern.
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Wird der Magnetkern 6, 7 nunmehr gedreht, so nimmt in dem gleichen
Maße, in dem die Anziehung zwischen den Käfig -magneten 3 bzw. 4 und den Xernmagneten
6 bzw. 7 abnimmt, die Anziehung zwischen den Magnetscheiben oder Ringen 11 und 12
zu, so daß eine Verdrehung des Kernmagneten 6, 7 ohne Kraftaufwand möglich ist.
Fig. 7 zeigt die nach einer Drehung des Kernmagneten um 180° erreichte Endstellung,
bei der die Änziehungskräfte der Magnetscheiben oder Ringe 11, 12 die Abstoßungskräfte
zwischen den oberen Eäfigmagneten 3 bzw. 4 und dem Magnetkern 7 bzw. 6 kompensieren.
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Wird jedoch der Kernmagnet 6, 7 ein wenig nach unten verschoben, so
gewinnen nunmehr die Magnetfelder des unteren Magnetrings 1, 2 die Oberhand, und
der Kernmagnet 6, 7 wird aus der in Fig. 7 gezeichneten Stellung mit zunehmender
Beschleunigung ohne Drehung nach unten gezogen, wobei die Anziehungskräfte zwischen
den Magnetscheiben oder Ringen 11, 12 zunehmend geringer werden. Die hierbei er
-reichte Endstellung ist in Fig. 8 dargestellt.
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Es läßt sich also auf diese Weise mit einer sehr geringen, praktisch
kraftlosen Anfangsverschiebung des Kernmagneten ein sehr erheblicher Druck erzeugen.
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Durch eine Drehung um 1800 läßt sich die Anziehungswir -kung der Käfigmagneten
1, 2 auf den Kernmagneten 6, 7 wieder in eine Abstoßung umwandeln; der Kern gleitet
nun wieder nach oben, bis diese Bewegung durch die zunehmende Abstoßung zwischen
den Magnetscheiben oder Ringen 11, 12 gebremst wird. Die Rückdrehung läßt sich gewünschtenfalls
durch eine eingebaute Spiralfeder erleichtern, die bei der Hindrehung des Kernmagneten
in den in Fig. 7 darge -stellten Zustand entsprechend vorgespannt wird.
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An der Wirkung der Vorrichtung ändert sich grundsätzlich nichts, wenn
diese nicht, wie auf der Zeichnung dargestellt, in senlirechter sondern in anderer,
beispielsweise waage -rechter Lage angeordnet wird.
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Wie sich aus den obigen Darlegungen ergibt, ermöglicht die neue Vorrichtung
eine erhebliche Druckerzeugung bei praktisch kraftloser Steuerung, ein Prinzip,
daß auf vielen technischen Gebieten Anwendung finden kann. Die neue Einrichtung
ist besonders für Kraftfaurzeugkupplungen, aber auch sonstige Kupplungen, bei denen
es auf eine leichte Lösbarkeit trotz vollständig sicherer Verbindung ankommt, ferner
für Bremsen in Kraftfahrzeugen und sonstige Bremsen, z.B. an Fahrstühlen oder Aufzügen
und ähnlichen Maschinen geeignet.
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i--ie Fig. 9 und 10 zeigen zwei Anwendungsbeispiele.
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Fig. 9 zeigt schematisch die Verwendung der neuen Vorrichtung bei
einer Reibradkupplung.
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Die Kupplung 16 weist die beiden Eupplungsscheiben 17 und 18 auf,
die auf den
miteinander zu kuppelnden Wellenstüpfen 19 und 20 festsitzen.
Innerhalb des Wellenstumpfes 19 ist ein Druckbolzen 21 gleitend gelagert, der etwas
aus dem Wellenstumpf 19 hervorragt, und mit der Kupplungsscheibe 18 und dem Wellenstumpf
20 durch den Bolzen 22 in fester Verbindung steht. Die Kupplungsscheibe 18 ist durch
Federn 23, 23 - abgestützt.
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Die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 5 ist in einem Gehäuse 15 mit
ihrer Achse 9 coaxial zu den Wellenstümpfen 19, 20 angeordnet. In der gezeichneten
Stellung drückt die mit dem riagnetkern 6, 7 fest verbundene Achse 9 auf den im
Wellenstumpf 19 gleitend angeordneten Druckbolzen 21 und drückt damit die Kupplungsscheibe
18 gegen die Wirkung der Federn 23, 23- in der Zeichnung nach rechts, wodurch die
Kupplung gelöst wird. Wird nunmehr beispielsweise mit Hilfe des Hebels 24 die Achse
9 und damit der Magnetkern 6, 7 um 1800 gedreht, so wird der Druck aufgehoben. Die
Achse 9 gleitet in ihren Lagern 25, 25- nach links, und die xupplungsscheiben 17,
18 schliessen sicn wieder zusammen.
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Es handelt sich bei dieser Darstellung nur um ein Beispiel. Selbstverständlich
kann die Konstruktion der Kupplung auch in anderer, an sich bekannter Weise ausgeführt
sein.
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Wesentlich ist lediglich, daß durch den
Druck der
Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 5 die Kupplung gelöst und bei nachlassendem Druck
wieder geschlossen werden kann.
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Statt der Kupplungsscheiben können ebensogut auch Bremsscheiben vorgesehen
sein, so daß die ganze Einrichtung als Scheiben -bremse wirkt.
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Fig. 10 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Rotation.
Dabei sind auf der Achse 9 des Druckerzeugers rechts und links je zwei weitere Magnetscheiben
26, 27 bzw. 28, 29 angebracht, die im Gegensatz zur Ausführungsform nach den Fig.
6 bis 8 aus halbrunden, entgegengesetzt gepolten Magneten bestehen, und zum Ausgleich
der magnetischen Schubkraft dienen. Von diesen ist jedesmal die äussere Scheibe
26 bzw. 29 durch Zapfen 13, 13- mit der Gleitachse 9 fest verbunden, während die
inneren Scheiben 27 bzw. 28 mit dem Gehäuse 15 fest verbunden sind und zusammen
mit den Lagern 25, 25- ein Hin- und Hergleiten der Achse 9 durch die Mittelöffnung
der Scheiben ermöglichen.
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Die Achse 9 ist durch ein Gelenk 30 mit der Pleuelstange 31 verbunden,
die in einem Gleitlager 34 verschiebbar ist. Die Pleuelstange 31 ist wie üblich
mit dem Drehzapfen 32 verbunden, der am Schwungrad 33 exzen -trisch gelagert ist.
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In der bezeichneten Stellung stoßen sich die Magnetscheiben 26, 27
gegenseitig ab, wodurch die Achse 9 mit der daran sitzenden Pleuelstange 31 nach
links verschoben wird. Die Bewegung wird durch den Hagnetkern 6, 7 unterstützt,
da auch hier die gleichnamigen Pole der Magnetringe 1 und 7 sowie 2 und 6 sich gegenüberstehen,
während die Statorringe 3 und 4, die Teilringe 7 und 6 des Kernmagneten anziehen.
Während der Verschiebung der Achse und des Kernmagneten nach links nimmt die Anziehungskraft
zwischen den Nagnetscheiben 28, 29 zu, so daß die Bewegung sich beschleunigt.
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Sobald die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Position erreicht
ist, wird nun die Achse 9 um 1800 gedreht. Dann stoßen sich die Magnetscheiben 28,
29 gegenseitig ab, da nunmehr gleichnamige Pole sich gegenüberstehen. Ebenso erfolgt
eine Abstoßung zwischen dem Magnetkern 6, 7 und den Statorringen 3, 4. Die Achse
9 wird nunmehr wieder nach rechts verschoben, wobei allmählich die Anziehung zwischen
den Magnetscheiben 26, 27 wieder zunimmt. Wenn nunmehr die Achse 9 bei Erreichen
der gezeichneten Stellung wieder um 1800 gedreht wird, wiederholt sich das Spiel.
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Auf diese Weise läßt sich bei entsprechender Regelung der Drehung
der Achse 9 in tbereinstimmung mit der Drehbewegung des Schwungrades 31 eine kontinuierliche
Rotation erzeugen.
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Zum Umsteuern genügt hier wie bei den anderen Ausführungsformen der
Erfindung ein batteriebetriebener Kleinstmagnet.
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In gewissen Fällen kann die Umsteuerung der Bewegung allein mit Hilfe
der in den Achsenden vorhandenen Magnetscheiben 26, 27 und 28, 29 erfolgen. Die
Anordnung eines Stators und eines hagnetkerns kann dann entfallen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung laßt sich auch für Hebebühnen,
besonders bei der Fahrzeugwartung, für Pressen, Stanzen, Schnellspannvorrichtungen,
Lenkradhilfen und mannigfache Zwecke erfolgreich verwenden.
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Der besondere Wert der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß
aus der Gleichgewichtslage der neuen Vorrichtung praktisch ohne Kraftaufwand sehr
erhebliche Drucke erzeugt werden können. So kann beispielsweise mit einem Magnetzylinder
von 30 cm und 30 cm Länge ein Druck von 5.000 Kp erreicht werden, der ausreichen
wurde, eine Wand einzu -drücken.
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Ein besonderer technischer Vorteil der Erfindung besteht schliesslich
darin, daß die neue Einrichtung ohne Federn und ohne elektrischen Strom arbeitet,
somit also die denkbar größten Anforderungen an Betriebssicherheit erfüllt.