DE2544465A1

DE2544465A1 - Magnetische haltevorrichtung

Info

Publication number: DE2544465A1
Application number: DE19752544465
Authority: DE
Inventors: Michele Cardone; Angelo Grandini; Bruno Zaramella
Original assignee: CARDONE MAGNETO TECNICA
Current assignee: CARDONE MAGNETO TECNICA
Priority date: 1974-10-16
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1976-04-29
Also published as: DE2559649A1; US4090162A; GB1520758A; DE7531527U; NL7512125A; NL8203969A; IT1022923B; DE2559649C2; FR2288380A1; DE2544465B2; FR2288380B1

Description

VON KREISLER SCHONWALD ME=YER tlSHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

25U465

PATENTANWÄLTE

Anmelderin : Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

MAGNETO TECNICA Dr.-Ing. K. Schönwald Köln

di Cardone Michele & C. S.n.c. ^g.ThM_eyer, Köln

Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

20016 - PERO (Milan) Italien Dr. J. F. Fues, Köln

Via MarzabOtto, 9 Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

3. Okt. 1975

5 KÖLN 1 Sg-Is

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Magnetische Haltevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine magnetische Haltevorrichtung für ferromagnetische Körper, mit mindestens einem Dauermagnetkern, in dessen Magnetkreis Polstücke liegen, die eine Haltefläche begrenzen.

Magnetische Haltevorrichtungen werden seit geraumer Zeit in der Pörder- und Hebetechnik eingesetzt und auch bei der Bearbeitung von Werkstücken verwandt. Bei spanabhebenden Maschinen (Schleifmaschinen, Läppmaschinen) werden magnetische Spannvorrichtungen im allgemeinen dort eingesetzt, wo die Werkstücke zunächst vorbearbeitet worden sind und nun einer Feinbearbeitung unterzogen werden müssen, bei der keine allzu großen Kräfte angreifen. Auf dem Gebiet der Hebezeuge und Fördereinrichtungen werden magnetische Haltevorrichtungen sowohl für leichte als auch schwere Lasten eingesetzt. Schwerere Lasten dürfen mit magnetischen Förderzeugen jedoch nicht über begehbare Flächen gefördert werden. Das Anwendungsgebiet für magnetische Haltevorrichtungen mit regelbarer Kraft-

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Telefon: (0221) 234541-4 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

flußdichte ist wegen der verhältnismäßig geringen Leistungen und aufgrund anderer Nachteile verhältnismäßig eng begrenzt geblieben. Beispielsweise konnten sich magnetische Haltevorrichtungen auf dem Gebiet der spanabhebenden Maschinen, insbesondere der Präs-, Hobel-, Ausbohr- und Schnellhobelmaschinen oder bei Hebeeinrichtungen für schwere Lasten über begangenen Flächen nicht durchsetzen. Gerade auf diesen Gebieten würden jedoch die Vorteile der magnetischen Halterung sehr wirksam ausgenutzt werden können.

Die im Handel erhältlichen magnetischen Haltevorrichtungen können in elektromagnetische Geräte und permanentmagnetische Geräte unterteilt werden.

Bei elektromagnetischen Geräten erfolgt die Erregung und das Abschalten durch elektrische Energie, die· Magnetspulen zugeführt wird. Die magnetische Leistung derartiger Geräte ist der den Spulen zugeführten elektrischen Energie direkt proportional. Hierin liegen die praktischen Grenzen derartiger Geräte, denn die Dauerstromstärke, die die Spulen auszuhalten vermögen, ist normalerweise relativ gering, so daß die erzielbaren magnetischen Leistungen ebenfalls nur gering sind. Die Geräte haben darüber hinaus andere wesentliche Nachteile, wie z.B. in den Spulen hervorgerufene und an die übrigen Maschinenteile weitergeleitete Erwärmung, durch die Verformungen und eine Verringerung der magnetischen Leistung hervorgerufen werden. Hinzu kommt die geringe Betriebssicherheit elektromagnetischer Geräte, die dadurch bedingt ist, daß bei unvorhergesehenen Stromunterbrechnungen oder einem Kurzschluß in der Stromzulei-

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tung eine plötzliche Entmagnetisierung eintritt und der festgehaltene Gegenstand fallengelassen wird. Dies stellt eine große Gefahr für die Sicherheit des Personals und der vorhandenen Maschinen dar.

Elektromagnetische Haltevorrichtungen benötigen eine ständige Wartung und sind dem Verschleiß ausgesetzt. Da sie unter gleichgerichtetem Dauerstrom arbeiten, sind stark dimensionierte Apparaturen notwendig, die einem schnellen Verschleiß unterliegen und störanfällig sind. Schließlich haben derartige Geräte einen hohen Energieverbrauch und sind relativ unwirtschaftlich.

Bei magnetischen Haltevorrichtungen mit Permanentmagneten erfolgt die Aktivierung bzw. das Abschalten durch physische Verschiebung einer oder mehrerer in das Gerät eingebrachter Gruppen von Permanentmagneten oder eines Magnetpaketes. Die Verstellung wird mit Hebelvorrichtungen, Exzentern oder Gewindeteilen durchgeführt. Permanentmagnetgeräte haben im Vergleich zu elektromagnetischen Geräten eine größere Betriebssicherheit, geben jedoch nur eine relativ geringe magnetische Leistung ab. Dieser Nachteil beruht im wesentlichen darauf, daß das Magnetmaterial nur zur Hälfte ausgenutzt wird, und daß das Magnetpaket ohne allzu großen Kraftaufwand verschiebbar sein muß. Das Verstellen oder Verschieben von Magnetteilen setzt stets Luftspalte mit bestimmten Mindestabmessungen voraus. Die bekannten Permanentmagnetgeräte sind ferner nur wenig starr und kompakt, da sie bewegbare Teile aufweisen. Dies ist auch der Grund dafür, daß die Geräte nicht in größeren Abmessungen und mit hohen Nennleistungen ausführbar sind.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetische Haltevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die elektrisch steuerbar ist, jedoch einen wesentlich geringeren Energiebedarf hat als die bekannten elektromagnetischen Haltevorrichtungen, keine bewegbaren Teile aufweist und kompakt und weitgehend wartungsfrei ausgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Polstücke gleichzeitig im Magnetkreis eines zweiten Dauermagneten liegen, der aus einem mit einer Wicklung versehenen, durch Stromstöße ummagnetisierbaren Kern besteht und derart angeordnet ist, daß sein Magnetkreis in dem einen Magnetisierungszustand durch den ersten Dauermagnetkern hindurchgeht und in dem zweiten Magnetisierungszustand unter Umgehung des ersten Dauermagnetkernes über die Haltefläche geschlossen wird.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung arbeitet mit einem ersten Dauermagnetkern, der nicht ummagnetisiert wird, und einem zweiten Dauermagnetkern, der durch Stromstöße ummagnetisiert wird. Beide Magnetkerne wirken auf dieselben Polstücke ein und bilden in dem einen Zustand einen gemeinsamen Magnetkreis, während sie in dem anderen Zustand zwei getrennte Magnetkreise bilden, die einen gemeinsamen Abschnitt im Bereich der Haltefläche aufweisen und sich dort addieren. Die Umpolung oder Ummagnetisierung des zweiten Magnetkernes erfolgt mit Gleichstrom in der jeweils benötigten Stromrichtung.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung bietet den Vorteil, daß keine bewegten Teile vorhanden sind, so daß sie mechanisch stabil ausgeführt werden kann. Dieser Vor-

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teil hat insbesondere in den Fällen Bedeutung, in denen die magnetische Haltevorrichtung nicht nur zum Pesthalten, sondern auch als Richtplatte für ein zu bearbeitendes Werkstück dient. Der zuletzt genannte Fall bildet die überwiegende Mehrzahl tatsächlicher und potentieller Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Auf die Nachteile, die sich in diesem Zusammenhang bei der Verwendung herkömmlicher magnetischer Vorrichtungen ergeben, wurde bereits hingewiesen. Infolge der dauernden Zuführung von elektrischem Strom zu den Spulen wird Wärme erzeugt, die an den mechanischen Teilen und auch an der Haltefläche zu Materialausdehnungen führen kann. Da das innere Magnetpaket verschiebbar sein muß, haben die herkömmlichen Permanentmagnetgeräte stets eine bearbeitete Oberflächenplatte, die auch als Haltefläche dient und mit der Grundplatte lediglich durch ein auf dem Umfang angebrachtes schmales Band verbunden wird, welches dem Querschnitt des das Magnetpaket enthaltenden Rahmens entspricht. An allen anderen Stellen (d.h. an mindestens etwa 90 % der Gesamtoberfläche) ergibt sich ein Spielraum - von wenigen zehntel Millimetern zwischen der Unterseite der Platte und der Oberseite des Magnetpaketes, der für die Bewegung des Magnetpaketes unerläßlich ist. Bei Geräten mit Permanentmagneten biegt sich die Haltefläche je nach Größe der Oberfläche des Gerätes mehr oder weniger durch.

Bei der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung mit Dauermagnet findet weder Erwärmung noch Durchbiegung statt. Der Strom wird der Spule während einer Zeitdauer zugeführt, die kleiner als 0,01" ist und verursacht daher

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daher keine nennenswerte Erwärmung. Eine Durchbiegung kann nicht erfolgen, weil im Inneren des Gerätes keine Hohlräume vorhanden sind. Sämtliche den Magnetkreis bildenden Bauteile sind stationär und starr miteinander verbunden.. Eine Wartung ist wegen der ausschließlichen Verwendung starrer Teile nicht erforderlich. Der Magnetkreis der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung besitzt eine monolitische Stabilität.

Eine weitere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die absolute Betriebssicherheit. Der Magnetkreis wird von Dauermagneten erzeugt und die benötigte elektrische Energie dient ausschließlich zur Aktivierung und zum Abschalten einer bestimmten Haltefläche durch Umpolarisierung des zweiten Permanentmagneten. Die Wirksamkeit der Haltefläche hängt somit ausschließlich von den Polarisationsrichtungen der beiden Dauermagnetkreise ab und ist von äußeren Einflüssen unabhängig. Bei Stromunterbrechung oder Beschädigung der Steuerapparatur des elektromagnetischen Kreises besteht der einzige Nachteil darin, daß die Haltevorrichtung nicht mehr ein- oder abgeschaltet werden kann. Der jeweils eingeschaltete Zustand bleibt erhalten. Eine Gefahr für das Personal ist mit der Stromunterbrechung nicht verbunden. Eine Werkzeugmaschine, an der die Haltevorrichtung angebracht ist, kann im Falle der Stromunterbrechung ohnehin nicht benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung wiegt, verglichen mit den herkömmlichen magnetischen Geräten, weniger als die Hälfte, wenn man gleiche magnetische Leistungen an gleich großen Halteflächen bei gleichem Anwendungs-

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gebiet (hier Schleif- oder Läppmaschinen) zugrunde legt. Sie mißt in der Höhe ein Drittel weniger als die herkömmliche Vorrichtung mit gleichen Oberflächenabmessungen.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindungsgemäßen Haltevorrichtung sowie eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Haltegerätes unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung des oberen linken Quadranten der Hysteresekennlinien der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Dauermagneten,

Fig. 2 zeigt ein einfaches Schema der Vorrichtung im abgeschalteten Zustand,

Fig. j5 zeigt das Schema der Fig. 2 im aktivierten Zustand,

Fig. 4 zeigt eine praktische Realisierung des Schemas nach Fig. 1,

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Schemas nach Fig. 1, und

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt eine konstruktive Realisferung eines magnetischen Haltegerätes nach der Erfindung.

Im folgenden sollen zunächst einige Ausführungen über die für die Dauermagnete zu verwendenden Materialien

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gemacht werden. Im Rahmen dieser Beschreibung werden gegossene anisotrope Magnete (Eisen-, Nickel-, Aluminium- und Kobaltlegierungen, die in Curiepunktnähe einem Magnetfeld ausgesetzt wurden) als "ALNICO V" bezeichnet. Diese Bezeichnung schließt Jede beliebige Legierung ein, bei der das maximale Energieprodukt (BH-Wert) in der Größenordnung von 4,5 bis 5,2 Mega-Gauss Oersted (im cgs-System) liegt, wie z.B. ""Alcomax III" der britischen Fa. James Neill Ltd., "Maxalco" oder "Coalnimax" der italienischen Fa. Sampas SpA und Centro Magnet! Permanenti SpA und "Ticonal" der französischen Fa. Allevard Ugines. Die erwähnten Magnete haben sämtlich eine äußerst hohe Sättungsremanenz (B ), die größer ist als 12 K Gauss

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und eine relativ geringe Koerzitivkraft H von wenig über 600 Oersted. Die Kennlinie dieses Materials ist in Fig. 1 mit 1 bezeichnet.

Wenn das Magnetmaterial Alico V bei geschlossenem Magnetkreis in die Sättigung gebracht wird, entwickelt es eine außergewöhnliche dauermagnetische Leistung, die umgekehrt proportional zu der Weite des Arbeitsluftspaltes (Reluktanz) ist. Ein Luftspalt wird stets dann benötigt, wenn das Magnetfeld außerhalb des von den Polstücken gebildeten Kreises benötigt wird. Die Reichweite oder Feldtiefe eines magnetischen Kreises ist stets der Weite des Luftspaites (Abstand zwischen Nordpol und Südpol) proportional. Zur Erzielung einer akteptablen magnetomotorischen Kraft (Wirksamkeit) muß der zweite Magnetkreis, der einen Kern aus Alnico V aufweist, einen Luftspalt aufweisen, dessen Weite um 1/5 kleiner ist als die Länge der Vorzugsachse des verwendeten Kernes, um eine zu große Verringerung des Wertes B zu vermeiden.

rem ,

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Anisotrope keramische Magnete (Material auf der Basis von Ferriten, beispielsweise feingemahlenes und bei erhöhter Temperatur gepreßtes und gebranntes Bariumoxyd, das anschließend in der Nähe seines Curiepunktes einem Magnetfeld ausgesetzt wird) werden im folgenden als anisotropes Bariumferrit bezeichnet. Diese Bezeichnung soll alle keramischen Materialien einschließen, welche einen maximalen BH-Wert von 2,8 bis 3*2 Mega-Gauss Oersted (im cgs-System) erzeugt, wie beispielsweise "Ferroxdure II und III", "Sinterox II und III" der italienischen Firmen Sampas SpA und Centro Magneti Permanenti SpA sowie "Feroba II und III" der französischen Fa. Allevard Ugines u.a.

Das erwähnte Material wird für die Herstellung von Ankergeräten mit Dauermagneten mit gesteuertem Magnetfluß im allgemeinen wenig angewandt. Es hat einen relativ geringen B -Wert, der etwa 1/4 desjenigen von Alnico V beträgt und einen außergewöhnlich hohen H -Wert, der, wie Linie 2 in Fig. 1 zeigt, etwa dreimal größer ist als der oben erwähnte Wert oder noch größer, so daß die remanente Flußdichte B in einem weiten Bereich

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von Luftspalten oder magnetischen Widerständen im wesentlichen konstant bleibt und sich nur geringfügig ändert.

Andererseits entwickeln diejenigen magnetischen Haltevorrichtungen, die mit Magneten aus anisotropem Bariumferrit arbeiten, infolge der geringen Remanenz lediglich beschränkte Arbeitsleistungen. Geräte, die mit Magneten aus Alnico V arbeiten, ergeben infolge des erforderlichen Ausgleichs bezüglich der Konstanthaltung

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der magnetischen Remanenz und der Weite des Arbeitsluftspaltes nur bescheidene Leistungen. Von der Weite des Luftspaltes hängt andererseits die wirksame Größe des Magnetkreises (Feldtiefe) sowie das Ausmaß des Streuflusses ab.

Die erfindungsgemäßen Haltevorrichtungen vermeiden die Nachteile der bekannten Geräte. Sie haben eine wesentlich höhere magnetische Leistung und eine hohe mechanische Stabilität und Betriebssicherheit.

Da kein Material existiert, das über eine so hohe Remanenz verfügt wie das Alnico V und dabei eine Koerzitiv-

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kraft H hat, die der des anisotropen Bariumferrits

entspricht, wurde eine dauermagnetische Vorrichtung geschaffen, in der beide Materialien gleichzeitig in zweckmäßiger gegenseitiger Abstimmung vorhanden sind. Dabei lassen sich die Verhältnisse von Abmessungen und Leistung und Abmessungen und Peldtiefe wesentlich verbessern.

Die Fig. 2 und 5 zeigen ein einfaches Schema der erfindungsgemäß zu verwendenden Magnetkreise. Der Dauermagnetkern 3 besteht aus isotropem Bariumferrit, das wegen seiner magnetischen Eigenschaften nachfolgend als "nicht ummagnetisierbar¹¹ bezeichnet wird, wodurch angedeutet werden soll, daß bei Verwendung des Gerätes der Magnetisierungszustand dieses Magnetkernes nicht geändert wird. Der zweite Dauermagnetkern 4 ist vom Typ Alnico V. Er wird im folgenden als "ummagnetisierbar" bezeichnet, um hervorzuheben, daß der Kern 4 - im Unterschied zu dem Magnetkern 3 - seinen Magnet lsi er ungs zustand bzw. seine Polung beim Betrieb des Gerätes ändern kann. Dabei durch-

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läuft der Magnetkern 4 die halbe obere bzw. die halbe untere Hystereseschleife, um die magnetische Haltevorrichtung zu aktivieren oder abzuschalten.

Der ummagnetisierbare Kern ist mit einer Wicklung 5 aus Kupfer oder einem anderen guten elektrischen Leiter umgeben, die von einem Gleichstrom durchflossen wird. Die Stromrichtung des Gleichstromes ist umpolbar. Der Gleichstrom wird jeweils für eine Zeitdauer eingeschaltet, die ausreicht, um den Kern 4 einen Halbzyklus seiner Hystereseschleife durchlaufen zu lassen.

Beide Magnetkerne 3 und 4 wirken auf ein gemeinsames Polstück 6,mit dem sie an jeweils einem Pol in Berührung stehen. An dem Polstück 6 liegt der Pol N des nicht ummagnetisierbaren Kernes 3 und der Pol S des ummagnetisierbaren Kernes 4 an, wenn die Haltefläche 9 gemäß Fig. 2 entmagnetisiert ist. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Polarisierungs· richtungen der Magnetkerne 3 und 4 unter einem Winkel von 90° zueinander und berühren sich gegenseitig mit aneinanderliegenden Flächen des rechtwinkligen Blockes aus dem das Polstück 6 besteht.

Die geometrische Anordnung der einzelnen Teile der magnetischen Vorrichtung kann den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Das Polstück 6 des magnetischen Kreises der in Fig. 2 dargestellten Haltevorrichtung ist oberhalb des ummagnetisierbaren Kernes 4 über den nicht ummagnetisierbaren Kern 3 hinaus verlängert und bildet einen ersten Polschuh mit direkter

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Induktion. Außerdem ist ein zweiter Polschuh 7 mit indirekter Induktion vorgesehen, der zusammen mit dem ummagnetisierbaren Kern 4 auf einem ferromagnetischen Joch 8 abgestützt ist. Wie am Beispiel der Fig. 4 noch erläutert wird, bildet das Joch 8 im Falle mehrerer parallelgeschalteter Magnetkreise den Blechkranz für die Polschuhe 7 indirekter Induktion. Das Joch 8 besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise aus Eisen oder unlegiertem Stahl mit möglichst geringem Kohlenstoffgehalt. Der Kohlenstoffgehalt soll z.B. geringer sein als 0,05 %· Die Polschuhe 6 und 7 des Magnetkreises bilden insgesamt, wie schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, die Arbeite- oder Haltefläche für den ferromagnetisehen Körper 10.

Fig. 2 zeigt den Magnetisierungszustand bei abgeschalteter Haltefläche 9* bei dem beide Dauermagnetkerne 3 und 4 gleichsinnig polarisiert sind, während Fig. 3 den Aktivierungszustand der Haltefläche 9 zum Festhalten des ferromagnetischen Körpers 10 darstellt. Die beiden Kerne 3 und 4 sind dabei entgegengesetzt polarisiert, so daß ihre Felder zum Festhalten des Gegenstandes 10 zusammenwirken bzw. sich addieren.

Im folgenden wird eine detailliertere Beschreibung der Magnetkreise gegeben, wobei stets auf die in Fig. 2 und 3 dargestellten Verhältnisse Bezug genommen wird, da die beschriebenen Ausführungen hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise einander gleich sind.

Wenn der Polschuh 7 oder, im Falle mehrerer gleichartiger magnetischer Kreise, mehrere Polschuhe 7 gemäß Fig.

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auf dem Joch angeordnet sind, wird der ummagnetisierbare Kern montiert, indem eine bestimmte Anzahl von Magneten der erwähnten Art Alnico V mit bestimmtem Querschnitt, bestimmten Profillängen und rechteckigen Umrissen in die Spule 5 eingebracht werden. Diese ist zuvor mit einer der Pollänge des ummagnetisierbaren Kernes 4 entsprechenden Höhe bereitgestellt worden. Der ummagnetisierbare Kern wird während der Montage ständig im entmagnetisierten Zustand gehalten.

Anschließend erfolgt die Montage des Polschuhs 6, indem dieser auf den oberen Pol des ummagnetisierbaren fö-ns 4 aufgesetzt wird. Dadurch entsteht zwischen den inneren Wänden der Polschuhe 6 und 7 eine Nut, in die der Dauermagnetkern j5 eingelegt wird. Der Absolutwert der magnetischen Remanenz (gesamter B -Wert) muß dem Gesamtwert cfer magnetischen Remanenz (gesamter B -Wert) des ummag-

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netisierbaren Kernes genau entsprechen. Der nicht ummagnetisierbare Kern 3 wird bis zum Sättigungszustand vormagnetisiert und eingebaut, was in Anbetracht des hohen H -Wertes dieses Materials möglich ist.

In diesem Zustand herrscht in dem magnetischen Kreis ein erstes Magnetfeld, das in Fig. J5 mit 11 bezeichnet ist und die Haltefläche 9 aktiviert.

Nun wird die Spule kurzzeitig erregt, um den ummagnetisierbaren Kern 4 in den Sättigungszustand zu bringen, damit dieser von nun an sein eigenes Dauermagnetfeld erzeugt. Die Magnetisierung dauert weniger als 0,01 Sek. Die Stromrichtung sowie der Wickelsinn der Windungen der Spule 5 sind derart gewählt, daß ein elektromagnetisches

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Feld 12 (Flg. 3) erzeugt wird, welches den ummagnetisierbaren Kern 4 in der in Fig. 3 dargestellten Weise polarisiert, so daß sich sein Magnetfeld über die Polstücke 6, 7 und 8 mit dem durch den Kern 3 erzeugten Magnetfeld summiert und dadurch die Flußdichte an der Haltefläche 9 noch erhöht wird, wodurch sich die auf den Gegenstand 10 einwirkende Haltekraft erhöht. Während der gesamten Aktivationszeit der Haltefläche fließt kein Strom in der Spule 5* so daß die gesamte Haltevorrichtung so arbeitet, als wäre sie mit Dauermagneten ausgestattet. Tatsächlich dient die Spule allein zur Steuerung oder Umkehrung der Magnetisierungsrichtung des ummagnetisierbaren Kernes 4.

Zur Abschaltung der Haltefläche 9 und zum Loslösen des ferromagnetisehen Gegenstandes 10 wird die Spule 5 kurzfristig durch einen Strom erregt, dessen Richtung entgegengesetzt zur Richtung des vorangehenden Stromes eingestellt ist. Hierdurch wird ein elektromagnetisches Feld von sehr kurzer Dauer mit umgekehrten Polzeichen erzeugt. Dieses dem remanenten Magnetismus entgegengesetzte Magnetfeld bewirkt, wie in Fig. 2 angedeutet, daß der ummagnetisierbare Kern 4 eine der Polumkehr entsprechende halbe Hysteresekurve durchläuft. Der Kern 4 erzeugt nunmehr ein Dauermagnetfeld, welches auf das Feld des anderen Kernes 3 über die Polstücke 6, 7 und 8 eine Anziehung ausübt, so daß die beiden Magnetfelder sich gemäß Fig. kurzschließen und die Haltefläche 9 abgeschaltet wird.

Wird ein weiterer Stromstoß durch die Spule 5 mit entgegengesetzter Richtung geschickt, so erfolgt eine erneute unmittelbare Umpolung (oder halbe Hysterese) des Kernes

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4, der wieder das in Fig. 3 abgebildete Magnetfeld 12 erzeugt, das sich dem Magnetfeld 11 des Kernes 3 überlagert und die Haltefläche 9 aktiviert.

Fig. 4 zeigt ein erstes praktisches Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung, deren Schema unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 oben erläutert wurde. Das Beispiel der Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 2 lediglich dadurch, daß der magnetische Kreis verdoppelt ist, und daß der einzige ummagnetisierbare Magnetkern 4 in den mittleren Schenkel gelegt ist. Beidseitig des Kernes 4 liegen die Dauermagnetkerne 3 mit horizontalen Magnetisierungsachsen, Die Kerne 3 sind zwischen dem mittleren Polstück 6 und jeweils einem äußeren Polstück 7 angeordnet. Der ummagnetisierbare Kern 4 ist mit senkrechter Polachse montiert. Bei der in Fig. 4 dargestellten Polung des Magnetkernes 4 sind die beiden Magnetkreise jeweils kurzgeschlossen, so daß an der Haltefläche kein wesentlicher Magnetfluß auftritt.

Bei der Anordnung nach Fig. 4, die sich mechanisch am besten für die Herstellung großer magnetischer Haltevorrichtungen eignet, haben die beiden nicht ummagnetisierbaren Kerne 3 jeweils gleiche magnetische Remanenzwerte (B ), so daß ihre Summe dem gesamten Remanenzwert des

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gemeinsamen Kernes 4 gleich ist. Die Kerne 3 sind die Nuten zwischen dem mittleren Polstück 6 direkter Induktion und den seitlichen Polstücken 7 indirekter Induktion eingebaut. Die Funktionsweise des magnetischen Kreises in Fig. 4 ist die gleiche wie die Funktionsweise der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3.

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In Fig. 5 ist eine weitere Ausfuhrungsform der magnetischen Haltevorrichtung dargestellt. Dabei sind der nicht ummagnetisierbare Dauermagnetkern 3 ^un<ä der umkehrbare Dauermagnetkern 4 einschließlich der zugehörigen Spul.e 5 zwischen zwei gemeinsamen Polstücken I3 und 14 eingebaut, die verlängert sind, um die Haltefläche 9 bzw. eine zweite Haltefläche 9' zu bilden. In diesem Falle ist die Polarisierungsrichtung der beiden Kerne parallel und steht jeweils mit derselben Oberfläche eines jeden Polstückes I3, 14 in Verbindung. Fig. 5 zeigt den Abschaltzustand der beiden Halteflächen, bei dem der Magnetfluß I5 über die Polstücke Ij5 und 14 und die Dauermagnetkerne 3 und 4 kurzgeschlossen ist. Analog zu den zuvor beschriebenen Fällen, bei denen die Ummagnetisierung des Kernes 4 durch ein von der Spule erzeugtes elektromagnetisches Feld erfolgt, sind die beiden Dauermagnetfelder entgegengesetzt gerichtet, so daß die Anlageflächen 9, 9' aktiviert werden.

Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem das Magnetfeld auf eine größere Anlagefläche verteilt wird. Auch in diesem Falle erfolgt eine Entdoppelung der Arbeitsfläche, da die beiden nicht ummagnetisierbaren Dauermagnetkerne 3 auf die beiden gegenüberliegenden Flächen des gemeinsamen Polstückes I5, das das olstück indirekter Induktion bildet, gerichtet sind. Die beiden anderen seitlichen Polstücke 16 und I7, die Polstücke indirekter Induktion darstellen, bilden zusammen mit dem anderen Polstück die beiden Anlageflächen 9, 9'.

Bei der Aktivierung der Anlagefläche wird das Polstück

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15 von beiden Seiten her der gleichen Polarität ausgesetzt, also der Polarität, die der nicht urnmagnetisierbare Kern an dieser Stelle aufweist (N). Die beiden Polstücke 16 und 17 erhalten die entgegengesetzte Polarität, sind also untereinander gleichpolarisiert.

Wenn die Haltefläche abgeschaltet werden soll, werden an das Polstück 15 von den Kernen 3, 4 unterschiedliche Polaritäten angelegt. Das Polstück 15 gibt dann seine eigentliche Funktion als Polschuh auf und überträgt den Magnetfluß von dem Pol des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten zu demjenigen des ummagnetisierbaren Dauermagneten. Dadurch wird die Anlagefläche dieses Polstückes neutral. Die beiden Polstücke 16 und 17 werden ihrerseits von Polen mit umgekehrten Vorzeichen gespeist.

Bei Verwendung einer Anlagefläche, die nach Fig. 6 aus zahlreichen Magnetkreisen besteht, zeigen sämtliche Polstücke mit Ausnahme des ersten und des letzten Polstückes stets gleiches Verhalten, wenn die ummagnetisierbaren Kerne 4 sich mit den nicht ummagnetisierbaren Kernen J5 gegenseitig anziehen, so daß die Anlagefläche praktisch neutral wird.

Die Lösung nach Fig. 6 kann, im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bei solchen Anwendungen mit Erfolg eingesetzt werden, bei denen eine ausgedehnte Haltefläche aktiviert werden muß, ohne daß gleichzeitig eine beträchtliche Konzentration der Feldkraft hervorgerufen werden soll.

Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung hat eine Reihe

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wichtiger Vorteile:

Bei gleicher Magnetkernmasse ergeben sich wesentlich höhere magnetische Leistungen als mit herkömmlichen Haltevorrichtungen. Der ummagnetisierbare Kern 4, der aus Alnico V besteht, arbeitet stets mit einer Reluktanz, die annähernd gleich Null ist und nicht vom Luftspalt (Abstand zwischen Pol N und Pol S) der Haltefläche abhängt. Dies kommt beispielsweise in den Fig. 3 und 4 klar zum Ausdruck, wo man sieht, wie bei aktivierter Anlagefläche der Magnetkreis des ummagnetisierbaren Kernes 4 keine "Brüche" erleidet und sich, indem er sich mit dem Magnetkreis des nicht ummagnetisierbaren Kernes 3 summiert, über das zu haltende Material 10 schließt. Bei abgeschalteter Anlagefläche (Fig. 2) schließt sich der Magnetkreis über den nicht ummagnetisierbaren Kern 3, während sich beide Kerne gegenseitig anziehen.

Aus diesen Überlegungen folgt, daß bei der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung der ummagnetisierbare Kern 4 magnetische Leistungen aufbringt, welche der Remanenz B sehr nahe kommen, wenn die Haltefläche des Magnet-

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kreises mit dem zu verankernden Körper 10 zusammenwirkt. Bei einer Vorrichtung mit mehreren Magnetkreisen bewirken diejenigen Kernbereiche, die bei aktivierter Haltefläche nicht mit dem festzuhaltenden Material zusammenwirken, zwar ein dem Luftspalt proportionales Abfallen des Remanenzwertes B genau zu dem Zeitpunkt, wenn das elektromagnetische Feld der Spule 5 abgeschaltet wird, jedoch ist dieser Abfall angesichts der Unwirksamkeit der mit der Haltefläche nicht zusammenwirkenden Bereiche praktisch gar nicht wahrnehmbar.

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Der Remanenzwert B dieser Kernbereiche oder der voll-

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ständigen Kerne wird andererseits vollständig erreicht, sobald die erste Umkehrung (oder halbe Hysterese) des umkehrbaren Kernes 4 (oder der Kerne) erfolgt.

In anderen Fällen führt die Polumkehr des ummagnetisierbaren Kernes 4 immer zu diesem letzten Remanenzwert B (Fig. 1) als Dauermagnet-Remanenz, auch wenn das Vorzeichen gegenüber den vorhergehenden umgekehrt ist. In diesem Punkt wird der ummagnetisierbare Kern 4 jedesmal dann betrieben, wenn der darüber angeordnete Bereich der Haltefläche mit dem festzuhaltenden Teil 10 zusammenwirkt .

Hieraus folgt, daß eine genaue Einstellung der Weite des Luftspaltes in bezug auf den ummagnetisierbaren Kern 4 nicht erforderlich ist. Der Luftspalt kann daher sehr groß gehalten werden. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 entspricht die Breite des Luftspaltes der polaren Länge des nicht ummagnetisierbaren Kernes 3. Auf diese Weise kann man eine außergewöhnliche Reichweite oder wirksame Feldtiefe erzielen. Das Vorhandensein des Dauermagnetfeldes des nicht ummagnetisierbaren Kernes J5> dessen globale Remanenz B derjenigen des ummagnetisierbaren Kernes 4 gleich ist, verdoppelt annähernd die durch den Kern 4 auf die wirksame Anlagefläche einwirkende Intensität der Feldstärke. Dies bedeutet, daß die Summe der beiden Dauermagnetfeider außerordentlich stark auf den oberen Teil des Polschuhs oder der Polschuhe 7 mit indirekter Induktion und auf die Polschuhe 6 mit direkter Induktion einwirkt, deren Querschnitte notfalls genau eingestellt werden. Die Folge davon ist eine so starke dauer-

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magnetische Haltekraft, wie sie mit den herkömmlichen magnetischen Haltegeräten bei weitem nicht erzielbar ist. Ein Magnetkreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Alnico V entwickelt magnetische Leistungen, die gegenüber .den besten aus demselben Magnetmaterial bestehenden Kreisen dreimal größer sind.

In Fig. 7 ist eine besonders bevorzugte AusfUhrungsform der Haltevorrichtung dargestellt. Diese arbeitet nach dem in Fig. 4 abgebildeten Prinzip und ermöglicht zahlreiche konstruktive und zusammenbauliche Neuerungen.

In Fig. 7 sind die entsprechenden Teilen mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 4. Die Polstücke 7 indirekter Induktion haben einen größeren Querschnitt als bei den Fig. 2, j5 und 4, da sie Jeweils die Magnetflüsse zweier anliegender Magnetkreise leiten müssen. Gemäß Fig. 7 sind sämtliche die Magnetfläche bildenden Teile mit der Grundplatte 8 durch Schrauben 18 bzw. 19 befestigt. Die Polschuhe 7 indirekter Induktion sind direkt auf die Grundplatte 8 aufgesetzt. Sie haben Schraubbohrungen, in die die Ankerschrauben 18 bzw. 19 eingeschraubt sind. Die Polstücke 6 sind auf den Dauermagnetkernen 4 auf der Grundplatte 8 befestigt. Zu diesem Zweck sind die Kerne 4 mit Durchgangsbohrungen versehen, durch die die Schrauben 19 hindurchführen. In die Vertiefungen oder Arbeitsluftspalte sind Distanzstücke 20 aus paramagnetischem Material eingelegt. Das Distanzstück 20 weist ein querverlaufendes Loch 21 auf, das mit einem paramagnetischen Material ausgefüllt ist, beispielsweise mit einem Epoxydharz, das sämtliche vorhandenen Hohlräume ausfüllt, so daß die gesamte Haltefläche durch-

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gehend ist. Rechtwinklig durch die Polstücke verlaufen Zuganker 23 hindurch, die aus paramagnetischem Material bestehen und mit Muttern 24 gespannt sind.

Die so aufgebaute Haltevorrichtung hat eine Anlagefläche, die eine Vielzahl paralleler zwischen Nuten oder Luftspalten eingebauter Polschuhe aufweist. Die Polschuhe sind wechselseitig von indirekter und direkter Induktion und können auf die oben geschilderte Weise aktiviert oder abgeschaltet werden.

Die so gebildete Dauermagnet-Haltefläche hat eine hohe mechanische Stabilität. Die Haltevorrichtung hat ein geringes Gewicht und wenig Platzbedarf,

Eine derartige magnetische Haltevorrichtung kann insbesondere in der in Fig. 7 gezeigten Ausführung für Hebegeräte, Lade- und Entladeköpfe in Gabelstaplern sowie generell zum Aufspannen benutzt werden, wo es darauf ankommt, eine Anlagefläche wahlweise zu aktivieren oder abzuschalten.

Bei den dargestellten Lösungen sind die Polschuhe über den Kern oder über die nicht ummagnetisierbaren Kerne hinaus nach außen verlängert. Dadurch ist es möglich, oberhalb des nicht ummagnetisierbaren Kernes 3 eine entsprechende Schicht mit bearbeitbarem Material vorzusehen, die im Verlauf des Einsatzes des Gerätes Nacharbeitungen der abgenutzten Anlagefläche ermöglicht, ohne daß hierfür eine zusätzliche Flächenplatte benötigt würde, wie dies bei den bekannten Geräten der Fall ist.

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Bezüglich einer weiteren Ausfuhrungsform des Gerätes sei noch einmal auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Hier ist mit 3' gestrichelt eine Spule dargestellt, die den nicht ummagnetisierbareη Kern 3 umgibt. Die Spule 3' wird nur während der Aktivierungsdauer der Haltefläche 9 mit der Spule 5 des ummagnetisierbaren Kernes 3 parallelgeschaltet, um den entmagnetisierenden Wirkungen, die das elektromagnetische Feld der Spule 5 auf den nicht umkehrbaren Kern 3 ausüben würde, entgegenzuwirken und diese auszugleichen. Diese Ausführungsform ermöglicht die Verwendung nicht ummagnetisierbarer Kerne aus Alnico V, wodurch die Haltefläche 9 eine größere Haltekraft erzielt.

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Claims

Ansprüche

1.^Magnetische Haltevorrichtung für ferromagnetische Körper mit mindestens einem Dauermagnetkern, in dessen Magnetkreis Polstücke liegen, die eine Haltefläche begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (6, 7) gleichzeitig im Magnetkreis eines zweiten Dauermagneten (4) liegen, der aus einem mit einer Wicklung (5) versehenen, durch Stromstöße ummagnetisierbaren Kern besteht, und derart angeordnet ist, daß sein Magnetkreis in dem einen Magnetisierungszustand durch den ersten Dauermagnetkern (3>) hindurchgeht und in dem zweiten Magnetisierungszustand unter Umgehung des ersten Dauermagnetkernes über die Haltefläche (9) geschlossen wird.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dauermagnetkern (3) aus einem anisotropen keramischen Material besteht, daß der zweite Kern (4) aus einem anisotropen gegossenen Material besteht und eine Remanenz B aufweist, die doppelt so groß ist wie die des ersten Kernes (5), und daß der erste Kern (3) eine Koerzitivkraft (H ) aufweist, die dreimal größer ist als diejenige des ummagnetisierbaren Kernes (4).

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht ummagnetisierbare Kern (J) eine Gesamt-Remanenz (totaler B -Wert) aufweist, die derjenigen

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des umraagnetisierbaren Kernes (4) gleich ist.

4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht ummagnetisierbare Kern (J) zwischen zwei Schenkeln eines Jochs (6) angeordnet ist, das ein Polstück direkter Induktion und ein Polstück (7) indirekter Induktion bildet, wobei die Magnetisierungsrichtung des Kernes senkrecht zu den Polstücken gerichtet ist, daß der umrnagne ti si erbare Kern (4) auf das gemeinsame Joch (6) ausgerichtet ist, wobei seine Polarisierungsrichtung senkrecht zu derjenigen des nicht ummagnetisierbaren Kernes (J) verläuft, und daß ein gemeinsamer, der Haltefläche (9) gegenüberliegender ferromagnetischer Blechkranz (8) vorgesehen ist.

5. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ummagnetisierbare Kern (4) mit zu dem gemeinsamen Joch (6) paralleler Magnetisierungsrichtung angeordnet ist, daß zwischen das Joch (6) und einem Polstück (7) indirekter Induktion nicht ummagnetisierbare Kerne (5) angeordnet sind, die zueinander entgegengesetzt gerichtete und senkrecht zu dem Joch

(6) verlaufende Polarisationsrichtungen aufweisen.

6. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand voneinander zwei Polstücke (IJ, 14) angeordnet sind, zwischen denen die ummagnetisierbaren Kerne (4) und die nicht ummagnetisierbaren Kerne (3)

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mit zueinander parallelen und zu den Polstücken 14) senkrechten Polarisierungsrichtungen angeordnet sind,

7. Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Polstücke {17), 14) zwei einander entgegengesetzte Halteflächen (9, 9') bilden.

8. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenjoch (15) oder gemeinsames Polstück und zwei seitliche Polstücke (16, 17) vorgesehen sind, und daß die nicht ummagnetisierbaren Kerne (3) und die ummagnetisierbaren Kerne (4) zwischen das gemeinsame Polstück (15) und ein seitliches Polstück (16, 17) gelegt sind, wobei ihre Polarisierungsrichtungen senkrecht zu den Polstücken (15, 16, 17) verlaufen,

9. Haltevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Polteile (15, 16, 17) zwei entgegengesetzte Halteflächen (9, 9') bilden.

10. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstticke (6, 7 bis I5, 16, I7) über den ummagnetisierbaren Kern (3) überstehen,

11. Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer ferromagnetischer Träger (8) für

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mehrere im Abstand voneinander angeordnete erste Polstücke (7) und zweite Polstücke (6) vorgesehen ist, wobei zwischen den ersten Polstücken (7) und den zweiten Polstücken (6) Nuten vorhanden sind, daß der ummagnetisierbare Kern (4) mit einer Spule (5) versehen und zwischen den zweiten Polstücken (6) und dem Träger (8) angeordnet ist, daß in jede Nut ein nicht ummagnetisierbarer Kern (3) mit senkrecht zu den Pdistücken gerichteter Polarisierungsachse eingelegt ist, und daß die Stirnflächen der Polstücke die Haltefläche (9) bilden, welche abwechselnd mit entgegengesetzter Polarität aktiviert und abgeschaltet werden kann, und daß die Polstücke (6, 7) und die ummagnetisierbaren Kerne (3) mittels Ankerschrauben (19) befestigt sind und den nicht ummagnetisierbaren Kernen (3) Distanzstücke (20) aus amagnetischem Ma ^ terial Überlagert sind und in Querrichtung mit einem Zuganker (23) gehalten werden.

12. Haltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (£, 7) über die nicht ummagnetisierbaren Kerne (3) hinaus in Richtung der Haltefläche (9) vorstehen»

13· Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet* daß die Hohlräume zwischen den das Gerät bildenden Bauteilen mit einem Epoxydharz (23) ausgefüllt sind.

14. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der nicht ummagnetisierbare Kern von einer Spule (3¹) umgeben ist,

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die während der Aktivierung der Haltefläche mit der Spule (5) des ummagnetisierbaren Kernes (4) parallelgeschaltet ist.

15. Haltevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die ummagnetisierbaren Kerne (4) und die nicht ummagnetisierbaren Kerne (j5) aus magnetischem gegossenem anisotropem Material (Alnico V) bestehen.

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