DE2630623A1

DE2630623A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden eines magneten mit einem polkoerper

Info

Publication number: DE2630623A1
Application number: DE19762630623
Authority: DE
Inventors: Sylvain Maurice Dron; Gerard Maurice Gaspard Evrard
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4100392A; DE2630623C2; GB1546406A; FR2317539B1; FR2317539A1

Description

8 München

Mcz=.. ctr.

Societe Nationale d¹Etude et de Construction de Moteurs d¹Aviation

150, Blvd Haussmann 75 Paris, Frankreich

München, 1. Juli1976 Anwaltsakte: M-3962

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper, wobei Magnet und Polkörper ebene einander gegenüberliegende Oberflächen aufweisen, bei dem eine mechanische Verbindung zwischen dem Magneten und dem Polkörper hergestellt wird und z.B. durch Elektronenstrahlschweißen oder unter Verwendung eines Laserstrahles aus einer unter Abstand angeordneten Quelle Energie zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Verwendung von Magneten mit hiermit verbundenen Polkörpern in elektromagnetischen Geschwindigkeitswandlern.

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ORlGSNAL INSPECTiO

Zunächst sei darauf hingewiesen, daß die hier insbesondere betrachteten Magneten dadurch hergestellt werden, daß ihr Körper ausgehend von einer in einer Wanne befindlichen Schmelze durch Niederschlag erhalten wird und ihre optimalen Eigenschaften mittels einer Langzeitwärmebehandlung eingestellt werden, bei welcher eine Temperatur eingehalten wird,die zwischen 550 C und 65O°C liegt, unterhalb einer Temperatur von 55O°C findet keine Transformation der Struktur des Materials des Magneten statt, und damit bleiben die Magneten unterhalb dieser Temperatur anisotrop. Bei Temperaturen zwischen 550 C und 700 C ändern sich die magnetischen Eigenschaften jedoch, und sie verschwinden sogar ganz, wenn der Curiepunkt erreicht wird, der bei 860 C liegt. Die magnetischen Eigenschaften können wieder hergestellt werden, hierzu ist aber eine längere Wärmebehandlung bei 540 C erforderlich.

Wenn es darum geht, Magnete an Massenkörpern formschlüssig zu befestigen, können herkömmliche Verfahren verwendet werden wie bei einem beliebigen anderen metallischen Material oder guasimetallischen (nicht magnetischen) Material, welche keinen schädlichen Einfluß haben; das Verbinden kann somit durch Mittel erfolgen, die außerhalb der zu verbindenden Körper liegen. In Be- [ tracht kommen somit: das Verkleben, das Löten unter Verwendung von Weichloten, das rein mechanische Zusammenbauen, das Löten mit Hartloten oder das normale Schweißen. Da bei dem hier interessierenden Zusammenbau eine gewisse mechanische Festigkeit erhal-

i ten werden muß, scheiden die ersten beiden Verfahren aus. Das j

rein mechanische Zusammenbauen führt stets zu nicht vernach- [

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lässigbaren Luftspalten im magnetischen Kreis; dies gilt insbesondere, wenn die Anordnung über eine gewisse Zeit hinweg gebraucht worden ist, und führt letztlich zu einer nicht mehr tragbaren Störung. Daher scheidet auch der rein mechanische Zusammenbau aus. Das Löten unter Verwendung von Hartloten und das Schweißen führt dazu, daß danach ein Arbeitsgang zum Wiederherstellen der magnetischen Eigenschaften durchgeführt werden muß, der schwierig und unter großer Mühe durchzuführen ist.

Das bei einer Temperatur von größenordnungsmäßig 6OO°C durchgeführte Löten unter Verwendung von Hartloten führt dazu, daß in einem Teil des Magneten die magnetische Struktur zerstört wird. Dieser Teil des Magneten verhält sich somit wie ein zusätzlicher Spalt, wenn die magnetischen Eigenschaften nicht in einem gesonderten Arbeitsgang wiederhergestellt werden. Das übliche Schweissen hat in dieser Hinsicht denselben Nachteil wie das Löten und führt darüber hinaus zu einer Veränderung des Grundmaterials des Magneten, nämlich einer in der flüssigen Phase der Schweißstelle stattfindenden Vermischung des Magnetischen Materials mit dem Material des anzuschweißenden Polkörpers.

In der Schweißtechnik ist ferner ein Verfahren zum Schweißen von

Materialien, deren Grundmaterial Zirkonlegierungen ist, bekannt, ! bei dem die zu verschweißenden Teile unter Vakuum mit Elektronen ' bombardiert werden, um zusammen mit einer vorübergehend ange- J wandten lokalen Druckkraft eine Schweißverbindung herzustellen.

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Die lokale Druckkraft wird nach Erzeugung der Schweißung weggenommen. Dies ist in der FR-PS 1 529 345 näher beschrieben, in der jedoch eine Anwendung zur Herstellung magnetischer Kreise nicht erwähnt ist.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die oben angeführten Nachteile ausgeräumt werden, insbesondere soll jegliche Wiederherstellung der magnetischen Eigenschaften nach dem Zusammenbau eines Magneten mit einem Polkörper erübrigt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus der Entfernung Energie auf die Verbindungsstelle gerichtet, was z.B. durch Bombardieren mit Elektronen oder unter Verwendung eines Laserstrahls erfolgen kann, und zugleich wird eine zwischen dem Magneten und dem Polkörper in der Richtung, in der die Teile aneinander angelegt werden, wirkende Kraft ausgeübt, wobei alles zusammen so erfolgt, daß eine sehr stark lokalisierte, die Teile verbindende Schweißung erhalten wird, die den magnetischen Kreis des Magneten und des Polkörpers praktisch nicht stört, wobei diese Kraft nach dem durch die Zufuhr von Energie bewerkstelligten Verschweißens ständig erhalten bleibt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen.

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Das Haltemittel, das die den Magneten und den Polkörper in Anlage aneinander haltende Kraft erzeugt, kann z.B. eine Bördelhülse, ein Schrumpfring oder dergleichen sein. Die unter Abstand angeordnete Energiequelle, von der aus Energie den mit dem Haltemittel zu verschweißenden Oberflächen des Magnetes und des Polkörpers zugeführt wird, kann eine im Vakuum arbeitende Elektronenkanone oder ein Laserstrahl sein. Mit dieser Vorrichtung läßt sich somit eine Verbindungsschweißung sehr kleiner Ausdehnung herstellen, die die magnetische Struktur des Magneten praktisch nicht beeinflußt. Das Haltemittel verbleibt an seinem Platz und übt auch nach von der Energiequelle ausgeführter Schweißung weiterhin seine Kraft auf die zu verbindenden Teile aus.

Es versteht sich, daß die Zusammensetzung des Materials nicht auf die eingangs beschriebene begrenzt ist und daß z.B. auch magnetische Materialien auf Ferritbasis zur Herstellung von Magneten verwendet werden können.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines abgawandelten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper; -6-

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Fig. 3 schematische Darstellungen verschiedener Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 4 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung eines magnetischen Geschwindigkeitsgebers.

Es ist bekannt, daß bei Magnete verwendenden Maschinen an den Magneten Teile aus Weicheisen befestigt werden müssen, die Polkörper genannt werden. Diese Polkörper erfüllen eine Mehrzahl von Aufgaben; sie dienen z.B. dazu, den Magneten zu befestigen oder die Befestigung zu verstärken, einen mehr oder weniger komplexen magnetischen Kreis zu bilden usw.

Zunächst soll der einfache Fall des Zusammenbaus eines zylindrischen Magneten 1 mit einem ebenfalls zylindrische Form und gleichen Durchmesser aufweisenden Polkörper 2 betrachtet werden. Die einander gegenüberliegenden Flächen von Magnet und Polkörper werden zunächst aufeinander ausgerichtet und dann aneinander angedrückt, so daß der dazwischenliegende Spalt sehr klein ist. Bei der hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung wird über den Magnet 1 und den Polkörper 2, die mit ihren Enden aneinander anliegen, ein Rohr 3 aufgesdDben; das Rohr 3 kann auch auf andere Weise Magnet und Polkörper umgebend angebracht werden. Das Rohr 3 ist von geringer Dicke und ist aus einem vorzugsweise metallischen nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt. In dem Rohr 3 sind der Magnet und der Polkörper eingespannt, wobei das Rohr auf Magnet und Polkörper in radialer Richtung gerichtete Spannkräfte ausübt. Anders gesagt, das Rohr 3 umgibt Magnet und Polkörper auf Spannung belastet. Ist das Rohr 3 am richtigen Platz angebracht, so wird ___

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der durch X gekennzeichneten Verbindungszone unter Verwendung
einer schematisch gezeigten unter Abstand angeordneten Schweißvorrichtung 4 stark lokalisierte Energie zugeführt. Dies kann z. B. unter Verwendung eines Laserstrahls oder durch Bombardieren
mit Elektronen erfolgen. Um einen Anhaltspunkt für die Größenordnungen zu geben: Die Schweißung erstreckt sich nur um einige hunderstel Millimeter in das Volumen des Polkörpers hinein. Das verwendete Schweißverfahren führt daher nur in einem unendlich
kleinen Volumen zu einer Änderung der kristallinen Struktur des Materials des Magneten. Die hierdurch in dem magnetischen Kreis hervorgerufenen entsprechende Störung wirkt sich nicht nachteilig aus, da das Metall des Polkörpers üblicherweise nicht in Sättigung betrieben wird.

In Fig. 2 ist die Herstellung einer Verbindung zwischen einem
Magneten 1 und einem Polkörper 2 dargestellt, wobei der Polkörper einen kleineren Durchmesser aufweist als der Magnet selbst. Der Polkörper weist jedoch einen entsprechend verbreiterten Endabschnitt 2a auf, so daß vergleichbare Verhältnisse erhalten werden wie bei dem schon beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Verbindung von Polkörper und Magnet erfolgt unter Verwendung eines Spannrohres 3, das durch Elektronenbombardement oder unter Verwendung eines Laserstrahles verschweißt wird.

In Fig. 3 sind fünf verschiedene magnetische Kreise (a,b,c,d,e) gezeigt. Der Magnet ist durch Schraffur gekennzeichnet, während die Polkörper frei gelassen sind. Die Verbindungsstellen, denen Energie aus der Entfernung zugeführt wird, sind wiederum durch X

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gekennzeichnet. Anstelle eines Spannrohres kann zu jeder der beiden Seiten des gezeigten magnetischen Kreises ein dünnes nicht magnetisches Blech verwendet werden, das flach auf den magnetischen Kreis aufgelegt ist und mit diesem z.B. durch Elektronenstrahlschweißen verschweißt ist. Für gewisse Formen magnetischer Kreise kann auch ein dünnes magnetisches Blech verwendet werden.

In Fig. 4 ist schließlich die Anwendung der Erfindung bei einem Geschwindigkeitsgeber gezeigt, welcher einen Magneten 5 aufweist. Zu beiden Seiten des Magneten 5 ist ein Polkörper 6 bzw. 7 vorgesehen. Der Polkörper 7 ist fest mit einem Haltekörper 8 verbunden. Auch hier weisen die Polkörper wieder verbreiterte Endabschnitte auf, die den gleichen Durchmesser haben wie der Magnet 5. Die Polkörper sind durch Elektronenstrahlschweißen mit den Magneten verschweißt. Aus Aluminium gefertigte Hülsen 9 und 11 umgeben den Magnet 5 und die Polkörper 6 und 7. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung stellt in einem Geschwindigkeitsgeber angeordnet eine magnetomotorische Quelle dar. Zur Erläuterung reicht hier, daß diese Anordnung in Reihe in einem magnetischen Kreis angeordnet ist, zudem ein mit einer Motorwelle verbundenes Zahnrad gehört. Das Vorbeilaufen dieses Zahnrades vor dem Magneten führt zu einer Reluktanzänderung, und hierdurch wird in einer Spule, die dem durch den magnetischen Kreis laufenden Magnetfluß ausgesetzt ist, eine periodische elektromotorische Kraft erzeugt. Ausaer letzteren läßt sich die Drehgeschwindigkeit der Welle ableiten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/i. jVezfahren zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper, wobei Magnet und Polkörper ebene einander gegenüberliegende Oberflächen aufweisen, bei dem eine mechanische Verbindung zwischen dem Magneten und dem Polkörper hergestellt wird und ferner z.B. durch Elektronenstrahlschweißen oder unter Verwendung eines Lasers aus einer unter Abstand angeordneten Quelle Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführen von Energie aus der unter Abstand angeordneten Quelle au die Mittel zum Herstellen der mechanischen Verbindung erfolgt, so daß in der gemeinsamen Berührungsebene der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen Spannungskräfte erzeugt werden, die nach Beendigung der Zufuhr von Energie aus der unter Abstand angeordneten Quelle erhalten bleiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unter Druck Aneinanderanliegen der einander gegenüberliegenden Oberflächen von Magnet und Polkörper ein Haltemittel unter Verkleinerung auf den Magnet aufgebracht wird und durch Elektronenstrahlschweißen mit dem Polkörper verschweißt wird.

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3. Vorrichtung zum Verbinden eines Magneten mit einem Polkörper, gekennzeichnet durch mindestens ein Haltemittel (3; 9), das eine zwischen dem Magneten (1; 5) und dem Polkörper (2; 6,7) zur Ausübung gelangende Spannkraft erzeugt und diese Teile in Anlage aneinander hält, und durch eine Einrichtung (4) durch welche z.B. durch Elektronenbombardement im Vakuum oder unter Verwendung eines Laserstrahls aus der Entfernung Energie auf die Oberflächen von Magnet und Polkörper gerichtet wird, die mit den Haltemittel verschweißt werden sollen, wobei die Gesamtanordnung so ausgebildet ist, daß eine stark lokalisierte Verbindungsschweißung erhalten wird, die die magnetische Struktur des Magneten praktisch nicht stört, und wobei das Haltemittel (3;9) nach Fertigstellung der Schweißung durch die Einrichtung (4) an seinem Platz verbleibt und weiterhin seine Spannkraft ausübt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (3;9) aus nicht magnetischem Metall gefertigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß das Haltemittel (3;9) die Form einer Manschette hat, die den Magnet (1; 5) und den Polkörper (2;6,7) zumindest zum Teil umgibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (1;5) und der Polkörper (2;6,7) oder ein verbreiterter

Endabschnitt (2a) des Polkörpers, die miteinander verbunden werden sollen, zylindrische Form aufweisen und denselben j

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Durchmesser haben, und daß die Manschette (3; 9) die Form eines zylindrischen Rohres hat, das unter Spannung auf der Oberfläche von Magnet und Polkörper aufliegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel durch zwei Bleche gebildet ist, die jeweils zu einer der beiden Seiten des magnetischen Kreises durch Zufuhr von Energie aus einer unter Abstand angeordneten Energiequelle angeschweißt sind.
8. Verwendung einer Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3 in einem elektromagnetischen Wandler für einen Geschwindigkeitsgeber, der einen Magneten aufweist, der auf der einen Seite und der anderen Seite mit einem Polkörper versehen ist.

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