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Permanentmagnetischer Hebemagnet
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Die Erfindung betrifft einen permanentmagnetischen Hebemagnet mit
zwei parallelen, gegenseitig in einem bestimmten Abstand liegenden Polbeinen, die
eine, aus einem oder mehreren permanenten Magneten bestehende Magneteinheit zwischen
sich einschliessen und sich von dieser Magneteinheit nach den an ihren Enden zum
Angreifen an einer Last geformten Arbeitspolflächen erstrecken, wobei an den Innenseiten
der Polbeine einander gegenüberliegende Vertiefungen angebracht sind, die zwischen
zwei Seitenrändern eingeschlossen, konkave Innenpolflächen in diesen Polbeinen bilden,
welche eine Einheit mit einer gleichen imaginären, um eine parallel und mittig zwischen
den Polbeinen verlaufende Achse, beschriebene Zylinderoberfläche bilden, wobei zwischen
dem Raum der Vertiefungen ein drehbar gelagerter Anker liegt, dessen Rotationsachse
mit der genannten Zylinderachse zusammenfällt und eine zweite, aus einem oder mehreren
permanenten Magneten bestehende Magneteinheit zwischen den einschliessenden Polteilen
aufweist, wovon die konkaven,
jede durch zwei Seitenränder begrenzten
Polflächen Teile einer, um die genannte Achse beschriebenen, imaginären Zylinderoberfläche
mit einem etwas kleineren Radius als die erstgenannte Zylinderoberfläche sind, welcher
Anker durch einen hieran befestigten Handgriff jeweils um 1800 zwischen einer ausgeschalteten
Ruhelage und einer eingeschalteten Arbeitslage gedreht werden kann, in welcher Innenpolflächen
der Polbeine jeweils gegenüber Ankerpolflächen von davon gegengesetzter oder gleichen
Polarität liegen.
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Permanent-magnetische Hebemagnete dieses Typs sind allgemein bekannt
und zum Beispiel in der amerikanischen Patentschrift 3 4521 310 beschrieben.
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Im Ruhestand des Ankers liegen die beiden permanentmagnetischen 1
Einheiten in Serie zueinander und bilden zusammen mit den beiden Polbeinen einen
geschlossenen Kreis, wodurch an den Arbeitspolflächen dieser Polbeine praktisch
kein äusseres magnetisches FelQ auftritt und der Hebemagnet tatsächlich ausgeschaltet
ist. Beim Drehen des Ankers um 1800 in die Arbeitslage, wobei gleichnamige Pole
der beiden Magneteinheiten auf die gleichen Polbeine gerichtet sind, liegen die
beiden Magneteinheiten parallel zueinander und verstärken eiSanderes Feld an den
Arbeitspolflächen der Polbeine, wodurch ein dagegen gesetztes, magnetisch leitendes
Arbeitsstück festgehalten wird und befördert werden kann, bis es durch Drehen des
Ankers in den Ausschaltstand an dem gewünschten Platz wieder losgelassen wird.
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Die bekannten permanentmagnetischen Hebemagnete dieser Art,insbesondere
solche,Hebemagnete mit relativ- grosser Leistung haben die Schwierigkeit, daß beim
Einschalten und auch in minderem Maß, beim Ausschalten die benötigte Kraft für das
Drehen des Ankers groß ist; dies macht nicht nur die Bedienung des Hebemagneten
schwer, sondern kann auch durch die ausgeübte Kraft auf den Ankerhandgriff zum Kippen
des Hebemagneten führen, wodurch der Hebemagnet
das zu befördernde
Werkstück nicht mehr in der richtigen Lage angreift.
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Die Ursache dieser großen, benötigten Bedienungskraft ist der Tatsache
zuzuschreiben, daß beim Einandernähern bzw. Auseinanderbewegen der beteiligten,
parallel, axialgerichteten Seitenrändel der Ankerpolflächen und der Innenpolflächen
der starren Polbeine eine sprungweise Veränderung des Feldverlaufs in den Ankerpolteilen
und in den auf den Innenpolflächen anschliessenden Teilen der starren Polbeine zu
Wege gebracht werden muß.
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Der Erfinung liegt die Aufgabe zugrunde, einen permanentmagnetischen
Hebemagneten von der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Schwierigkeit
behebt und bei dem die zum Umschalten des Ankers benötigte Schaltkraft im Verhältnis
zur Hebeleistung des Hebemagnets nur gering ist.
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Erfindungsgemäß wird dies im wesentlichen dadurch erreicht, daß die
einander bei Drehung des Ankers von Ruhestand in den Arbeitsstand begegnenden Seitenränder
der konvexen Ankerpolflächen und der konkaven Innenpolflächen der starren Polbeine
unter einem spitzen Winkel schräg zueinander verlaufen, derart, daß die beiden bei
dieser Ankerdrehung voraus laufenden Ankerpolränder allmählich auf die Innenpole
schieben. Hierdurch wird erreicht, daß beim Einschalten des Hebemagneten die vorauslaufenden
Seitenränder der Ankerpole beim Nähern der betreffenden Seitenränder der starren
Innenpole keine plötzliche starke Spitze in der auf den Anker auszuübenden Schaltkraft
auftritt, sondern durch eine allmählich zunehmende Überlappung der betreffenden
Polflächen und die damit gleichzeitig auftretende, regelmässiger stattfindende Veränderung
des Feldverlaufs die auszuübende Schaltkraft über einen bestimmten Drehungswinkel
auf einem bedeutend niedrigem Niveau relativ flach verläuft. Hierdurch kann das
Einschalten auch relativ leicht stattfinden, ohne daß ein ungewolltesKippen des
Hebemagneten verursacht wird. Vorzugsweise verlaufen auch
die bei
der genannten Ankerdrehung von einanderweg-drehenden bzw.
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bei entgegengesetzter Ankerdrehung einander begegnenden Seitenränder
der konvexen Ankerpolflächen und der konkaven Innenpolflächen der starren Polbeine
unter einem spitzen Winkel schräg zu-einander. Hierdurch laufen beim Einschalten
die Ankerpole all mählich von den betreffenden Innenpolen der Polbeine ab. Beim
Zurückdrehen des Ankers vom eingeschalteten Arbeitszustand in den ausgeschalteten
Ruhezustand findet das Umgekehrte statt.
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Ebenso wie bei den bekannten permanentmagnetischen Hebemagneten verlaufen
die Seitenränder der Innenoole der starren Polbeine vorzugsweise parallel zur Ankerachse,
wodurch diese Innenpolflächen einfach durch zylindrische Vertiefungen in den flachen
Innenflächen der Polbeine gebildet werden können. Bei den auf diese Weise ausgeführten
Polbeinen können in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung alle Ankernolteile
an ihren Seitenrändern schräg abgeschnitten sein,nach dend4ylindrischen Ankerpolteile
schneidendenebent Flächen, welche senkrecht auf der zwischen diesen Polteilen laufende
Mittenlängsfläche des Ankers steht hen und welche den gleichen spitzen Winkel mit
der Ankerachse einr schliessen. Auf diese Art kann auf einfache Weise durch ein
schräg ges Anfräsen der Ankerpolteile der gewünschte schräge Verlauf der Ankerpolflächenränder
erreicht werden.
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Vorzugsweise werden hierbei die Ankerpolteile so angefräst, daß die
Schnittflächen der zwei an einer Ankerseite einander gegenüber gelegenen Seitenränder
der verschiedenen Ankerpolflächen in der gleichen Ebene liegen und daß ferner die
Schnittflächen der Seitenränder eines gleichen Ankerpolteils parallel zueinander
verlaufen. Durch diese Ausführung haben die Ankerpolflächen über ihre ganze axiale
Länge eine konstante Bogenlänge und können jeweils beide Ankerpolteile gleichzeitig
angefräst werden.
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Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung die Bogenlänge des Ankerpolflächenteilshwischen
der Deskriptiven dieser Fläche durch die
innersten, äussersten Punkte
der Seitenränder jeder Polfläche gemessen wenigstens praktisch gleich der Bogenlänge
der Innenpolflächen der Polbeine.Hierdurch bedecken in beiden Endstellungen des
Ankers die Ankerpolflächen die gegenüberliegenden Innenpolflächen der starren Polbeine
vollkommen.
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Weiter ist vorzugsweise gemäß der Erfindung die Länge der Sehne des
genannten Bogens größer als der Abstand zwischen den beiden Polbeinen,wobei durch
Drehen des Ankers der vorlaufende Seitenrand einer Ankerpolfläche allmählich auf
einen starren Innenpol läuft, während erst danach der ablaufende Seitenrand dieser
Ankerpolfläche von dem gegenüberliegenden Innenpol abläuft.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines permanentmagne
tischen Hebemagneten nach der Erfindung veranschaulicht.
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Es zeigt: Fig. 1 in der linken Hälfte eine Rückansicht eines erfint
dungsgemässen Hebemagneten bei abgenommenem Deckel und in der rechten Hälfte einen
Querschnitt nach Linie I - I von Fig. 2, wobei deutlichkeitshalber die Lagerringe
weggelassen wurden; Fig. 2 einen senkrechten Längsquerschnitt des Hebemagneten;
Fig. 3 eine Vorderansicht des Hebemagneten; Fig. 4 schematisch in Derspektivischer
Ansicht einen Teil des Ankers, und Fig,. 5 eine Draufsicht des Ankers.
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Der abgebildete permanentmagnetische Hebemagnet hat ein geschlossenes
Gehäuse mit zwei stählernen, plattenförmigen Seitenwänden 1 die zwei Polbeine bilden,
die an ihren Oberseiten abgeschrägt sind und dort eine Serie von drei prismatischen,
in Querrichtung magnetisierten permanenten Magneten?2 zwischen sich einklemmen.
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Die Polbeine 1 sind an der Oberseite mit einer Oberplatte 3, an der
Unterseite mit einer Unterplatte 4 und direkt unter der Magneeinheit 2 mit einer
Zwischenplatte 5 verbunden; die Platten 3, 4 i und 5 bestehen aus unmagnetischem
rostfreiem Stahl und werden zu einem starren Ganzen an die Polbeine 1 festgeschweißt.
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Gegen die Enden der Polbeine 1 sind zwei Polschuhe 6 festgeschraubt,
wovon der eine also einen Nordpol und der andere einen Südpol bildet und die zum
Angreifen einer zu hebenden Last eines magnetisch leitenden Materials dienen. Auf
der Oberplatte 3 ist ein mit einer gebogenen querverlaufenden Mittelaussnarung ausgerüsteter
Block 7 festgeschraubt,durch den eine Aufhängeöse 8 läuft. Zwischen der Zwischenplatte
5 und der Unterplatte 4 sind die Polbeine 1 an ihren Innenseiten mit gegenübereinander
liegen den Vertiefungen 9 und 9' ausgerüstet, welche die Innenpolflächen der Polbeine
1 bilden und Teile der gleichen imaginären Zylinderfläche sind, deren Achse 10 horizontal,
mittig und parallel zu den Polbeinen 1 läuft. Die Innenpolflächen 9 und 9' werden
beidseitig durch die parallel zu der Achse verlaufenden Seitenränder 11 und 12 bzw.
11' und 12' begrenzt.
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Ein Anker 13 befindet sich in dem Raum zwischen den Innenpolflächen
9 und 9', dessen Drehachse mit der Achse 10 zusammenfällt.
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Der Anker 13 ist aus zwei gegenübereinander liegenden Polteilen 14
und 14' aufgebaut, welche eine aus zwei prismatischen permanenten Magneten gebildete
Magneteinheit 15 zwischen sich einschliessen und durch zwei an beiden Seiten der
Magneteinheit 15 liegende , unmagnetische , rostfreie Stahlplatten 16 verbunden
sind. Die Ankerpolteile 13 haben nach aussen gekehrte, um die Achse 10 gebildete,
zylindrische Ankerpolflächen 17 und 17' von etwas kleinerem Radius als die Innenpolflächen
9 und 9 und zwar, derart, daß der Anker mit kleinem Spielraum zwischen diesen Innenpolflächen
der Polbeine 1 eingeschlossen liegt. Jedes Ankerpolteil hat an der Innenseite eine
rechteckige Vertiefung 18; gegen den Boden derselben liegt die Magneteinheit 15
an und an
den Seitenwänden die Verbindungsplatten 16, welche an
den Ankerteilen 14 und 14' festgeschweisst sind und zwar derart, daß diese Polteile
an beiden Seiten über die Verbindungsplatten 16 herausragen. Gegen das eine Ende
der derart verbundenen Polteile 14 und' 14' ist eine Scheibe 19 aus rostfreiem Stahl
geschweißt, welche an einer Seite gerade abgeschnitten ist (bei 19') und die mit
der, kurzen, massiven Achse 20 ein Ganzes bildet. Gegen das andere Ende der Polteile
14 und 14' ist eine gleiche Scheibe 21 geschweißt, welche mit der längeren Achse
22 ein Ganzes bildet. Je de der Achsen 20 und 22 sind in einem Lagering 23 aus Kunststoff
gelagert, welche mit je einer Umfangsnute 24 ausgerüstet sind, in welcher zwei einander
gegenüberliegende Lagerstützplatten 25 mit kreisförmigen Rändern hineinragen (in
Fig. 1 gestrichelt angegeben). Die Lagerstützplatten sind gegen die Kopfenden der
PolQ beine 1 befestigt. Gegen diese Kopfenden sind noch mit den Schrauben 26 die
Deckel 27 und 28 abnehmbar befestigt, wobei die untersten vier Schrauben 26 durch
passendeLöcher in den Lagerstützplatten 25 laufen und auf diese Weise gleichzeitig
die Befestigungsschrauben für diese Platten bilden und die letzteren zwischen den
Kopfenden der Polbeine 1 und den Deckeln 27 und 28 einklemmen.
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Durch eine Öffnung im Deckel 28 ragt die Achse 22 heraus, an welche
ein Handgriff 29 (Fig. 3), aufgebaut aus einem in einer Quer bohrung 30 der Achse
22 mit Hilfe einer Schraube 31 befestigtem Dorn32 und in Bohrung 30 verschiebbaren
Buchse 34, welche einen in Fig. 3 nicht sichtbaren Durchgangsschlitz für Schraube
31 hat, angeordnet ist. Zwischen der Schraube 31 und dem geschlossenen Ende der
Buchse 34 liegt eine Druckfeder 35, die die Buchse in die Lage drückt, in der das
vom Griffteil 33 abgewendeten Teil über die Achse 22 hinausragt. Unter der Achse
22 ist gegen den Deckel 28 eine Sicherungsplatte geschraubt, die ein Drehen des
Handgriffs 29 nur erlaubt, wenn das herausragende Buchsenende in die Achse 22 zurückgezogen
ist, indem das Griffteil 33 mit der Hand ergriffen und der Daumen gegen das Ende
des Dorns gedrückt
wird. Die Sicherungsplatte 36 ist so ausgeführt,
daß der Handgriff 29 und also auch der Anker 13 über 1800 zwischen zwei, durch die
Sicherungsplatte, bestimmten Endstellungen hin- und hergedreht werden kann. Die
eine Endlage ist der in Fig. 1 gezeichnete, aus geschaltete Ruhezustand, in welchem
der gegen den Südpol der Magneteinheit 15 liegende Ankerpolteil 14' gegenüber dem
Innenpol 9' des gegen den Nordpol der Magneteinheit 2 liegenden Polbeins 1 steht
und demzufolge das den Ankernordpol bil-', dende Polteil 14 gegenüber der Innenpolfläche
9 des den Südpol bildenden Polbeins 1 steht. In dieser Lage bilden die beiden Magneteinheiten
2 und 15 in den beiden Polbeinen 1 einen geschlossenen magnetischen Kreis, wodurch
an den Polschuhen 6 nahe, zu keine Kraftlinien auftreten. Bei Drehen des Ankers
13 über 1800 steht das den Ankernordpol bildende Polteil 14 und das den Ankersüdpol
bildende Polteil 14' gegenüber der Innenpolfläche des Nordpolbeines bzw. der Innenpolfl<Eche
9 des Südpolbeines des: Hebemagnets; hierdurch lauSenbetzt die Kraftlinien der beiden
Magneteinheiten2 und 15 über die Polschuhe 6 durch ein-dågegengestelltes, anzugreifendes
Arbeitsstück wodurch dieses Arbeitsstück durch die Magnetkräfte gehalten wird.
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Beim Umschalten des Ankers 13 von der Ruhelage in die Arbeitslage
muß auf den Handgriff 29 eine Kraft ausgeübt werden, um den anfangs durch den Anker
geschlossenen Magnetkreis zu unterbrechen und die von der Magneteinheit 15 ausgehenden
Kraftlinien parallel an die der Magneteinheit 2 zu den Polschuhen 6 zu nicht ten.
Im besonderen nimmt diese Kraft zu, wenn die Polteile 14 und 14' mit ihren vorlaufenden
Rändern auf die Innenpolflächen 9' bzw. 9 laufen und ihre nachlaufenden Ränder die
Innenpolflächen 9 bzw. 9' verlassen. Beim Ausschalten des Hebemagneten durch Zurückdrehen
des Ankers in den Ruhezustand, um ein angezogencis Arbeitsstück wieder los zu lassen,
tritt das Umgekehrte auf.
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Um die auftretenden Kräfte bei diesen Schaltbewegungen zu vermindern,
haben die Polteile 14 und 14' des Ankers 13 eine besondere Form, die am deutlichsten
aus Fig. 4 und 5 zu ers-ehen
ist. Die zylindrischen Polflächen
17 und 17' der Ankerpolteile 14 und 14' werden durch die Seitenränder 37 und 38
bzw. 37' und 38' begrenzt, die in bezug zur Ankerachsenlinie 10 schräg verlaufen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Ankerpolteile an jeder Seite in
einer ebenen Fläche verlaufen, welche die zylindrische Ankerpolflächen 17 bzw. 17'
schneidet, einen spitzen Winkel mit der Achse 10 einschließt und, wie aus der Zeichnung
ersichtlich,senk-l recht auf der zwischen den Ankerpolteilen laufenden senkrechten
Mittelachsebene 41 (Fig. 4) des Ankers steht. Hierzu können die, bei der Herstellung
des Ankers, ursprünglich symmetrischen Polteile jeder Ankerseite mit einer in bezug
auf Achse 10 schräg eint gestellten Fräse bearbeitet werden, wodurch mit einer einzigen
Bearbeitung an jeder Ankerseite zwei in der gleichen Schnittfläche liegende dreieckige,
flache Flächen 39 an beiden Polteilen geformt werden, wobei die Flächen 39 an beiden
Seiten des Ankers parallel zueinander laufen. Die auf diese Weise gebildeten Seitenränder
37 und 38 bzw. 37'und 38' des Polteils 14 bzw. 14' kreu; zen einander und die durch
diese Ränder begrenzte Ankerpolfläche 17 bzw. 17' hat an jeder Stelle ihrer axialen
Länge eine gleiche entlang seiner zylindrischen Oberfläche gemessene Bogenlänge.
Weit terhin verlaufen die Seitenränder 37 und 38 bzw. 27' und 38' so, I daß die
gemessene Bogenlänge 42 (Fig. 4) des Ankerpolflächenteils ! zwischen den Deskriptiven
dieser Fläche durch die innersten, äussersten Punkte der Seitenränder 37 und 38
bzw. 37' und 38' gezogen von jeder Ankerpolfläche 17 bzw. 17' praktisch wenigstens
gleich der Bogenlänge der Innenpolflächen 9 und 9' der Polbeine 1 sind. Dies wird
erreicht, wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, durch völliges Überdecken der Innenpolflächen
9 und 9' durch die Ankerpolflächen 17 und 17' des Ankers in den beiden Endstellungeni
Aus Fig. 5 kann ersehen werden, daß die beiden, an der gleichen Ankerseite gegenübereinander
gelegenen Seitenränder 37 und 37'
bzw. 38 und 38' der zwei Ankerpolflächen
17 und 17' in der Draufsicht in entgegengesetzter Richtung schräg verlaufen.
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Schließlich sind die Verhältnisse so gewählt, daß die Sehnenlänge
des genannten Bogens 42 grösser ist als der Abstand zwischen den geraden Innenpolbeinen
der beiden Polbeine 1, wodurch nach Drehen, des Ankers über 900 aus der Ruhe- und
die Arbeitslage die beiden Ankerpolteile 14 und 14' den Abstand zwischen den beiden
Innenpolflächen 9 und 9' noch gerade überbrücken können. Hieraus folgt daß bei Drehen
des Ankers 13 aus der in Fig. 1 gezeigten Ruhelage in der Arbeitslage der vorlaufende
Seitenrand 38 des Polteils 14 den Seitenrand 12' der Innenpolfläche 9' unter einem
schrägen Winkel trifft und allmählich darüber schiebt, wobei das gleiche gee schieht
beim Nähern des vorlaufenden Seitenrandes 37' der anderen( Ankerpolfläche 17' an
den Seitenrand 11 der Innenpolfläche 9. Da die bei dieser Ankerdrehung ebenfalls
nachlaufenden Seitenränder 37 bzw. 38' der Ankerpolflächen 17 bzw. 17' ebenfalls
schräg in bezug auf die Seitenränder 12 bzw. 11' der Innenpolflächen 9 bzw.
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9' gerichtet sind, laufen die Ankerpolflächen ebenfalls allmählich
von den Innenpolflächen ab. Hierdurch wird erreicht, daß in der bei der genannten
Ankerdrehung auf den Handgriff 29 auszuüben den Kraft keine Spitzenwerte auftreten,
wenn die Ankerpolflächen sich auf die Innenpolflächen schieben bzw. davon getrennt
werden, sondern diese Kraft als Funktion der Winkelrotation einen flachen Verlauf
hat.
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Der Hebemagnet ist beim Drehen nicht nur einfacher zu bedienen, sondern
es wird auch verhütet, daß bei dieser Bedienung Stöße treten, die den zum Beispiel
an einer Kette hängenden Hebemagneten in Pendelung bringen können. Beim Ausschalten
des Hebemagneten, also beim Drehen des Ankers 13 aus der Arbeitslage in die in Fig.
1 gezeigte Ruhelage zum Lösen eines angezogenen Arbëitsstückes haben die hierbei
auftretenden Kräfte ebenfalls einen fla cheren Verlauf. Diese einfache Bedienung,
verursacht durch die schräg verlaufenden Seitenränder der Ankerpolflächen 17 und
17',
wird ebenfalls gefördert durch die bereits früher erwähnte
breite Ausführung der Polteile 14 und 14', wodurch sie im Zwischenstand die beiden
Innenpolflächen 9 und 9 Ciberbrücken. Da die Polbeine 1 in Höhe der Ausschnitte
der Innenpolflächen 9 und 9' dicker ausgeführt sind, wird verhütet, daß in diesen
Polbeinteilen eine Sättigung auftritt, falls der Hebemagnet eingeschaltet ist.
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Sämtliche in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung erläuterten
technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.