DE2744554C2 - Magnetanordnung für eine Hammerbankanordnung eines Anschlagdruckers - Google Patents
Magnetanordnung für eine Hammerbankanordnung eines AnschlagdruckersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetanordnung für eine Hammerbankanordnung eines Anschlagdruckers
mit einer Halterungsvorrichtung, an der wenigstens eine Reihe von Magneten befestigt ist,
wobei zwischen den einzelnen, im wesentlichen einheitliche Abmessungen aufweisenden und aus homogenem
Material bestehenden Magneten Luftspalte vorgesehen sind und wobei in den Luftspalten zwischen
benachbarten Magneten jeweils eine flache bewegliche Spule angeordnet ist, die Bestandteil eines Druckhammers
ist, der ebenfalls an der Halterungsvorrichtung befestigt ist
Bei einer aus der DE-OS 24 56 607 bekannten Magnetanordnung dieser Art sind zwei Reihen von
Magneten parallel zueinander a.i der Halterun;svorrichtung
befestigt und über ein nicht magnetisches Material auf Abstand gehalten. Die Permanentmagnetelemente
sind in den beiden parallelen Reihen uerart gepolt, ds. sie einen geschlossenen Magnetfeldkreis
hervorrufen, wobei der Magnetfluß in der ersten Reihe in einer Richtung, in der dazu parallelen Reihe in der
entgegengesetzten Richtung verläuft Ein eine Spule durchfließender Strom erzeugt eine magnetische Kraft,
welche den Druckhammer in Richtung der aus einer Druckwalze oder einem Band bestehenden Typenträgerfläche
bewegt Die an der Spule entwickelte Kraft ist proportional zu dem Produkt aus magnetischer
Induktion (B) innerhalb des Spalts zwischen zwei benachbarten Permanentmagnetelementen und dem die
Spule durchströmenden Strom (i). Zur Vermeidung von Aufheizproblemen sollte die Stromstärke in der Spule
minimiert werden.
Bei einem vorgegebenen Wert des die Spule durchfließenden Stroms ist die auf den Druckhammer
j wirkende Kraft daher direkt abhängig von der Stärke
der magnetischen Induktion. Bei vorgegebener Geometrie
der Magnetanordnung hängt die magnetische Induktion in erster Linie von dem Material der
Permanentmagneten ab. Allgemein ausgedrückt, sind
ίο höhere Energie entfaltende Materialien, z.B. Seltene
Erden-Materialien, wie sie beispielsweise aus »Brown-Boveri-Mitteilungen«
5/75, Seiten 210-214 für Permanentmagnete bekannt sind, beträchtlich teurer als
Materialien niedrigerer Energie, beispielsweise die unter der Bezeichnung »Alnico« bekannte Gruppe von
für Permanentmagneten verwendeten Legierungen.
Bei allen bekannten Magnetanordnungen der eingangs genannten Art bestehen alle Permanentmagnetelemente
in einer Reihe aus einem Material mit den gleichen magnetischen Charakteristiken, so z. B. aus
Alnico. Die Verwendung von Alnico-Magneten führt zu einem Energieprodukt von 94% des maximalen
Energieprodukts, und dieser Wert bedingt einen relativ hohen und für die Praxis unzweckmäßigen Erreger-
strom.
Wenn anstelle der einheitlichen Alnico-Magnete für alle magnetischen Elemente Seltene-Erden-Magnete
verwendet werden, so wird zwar eine höhere magnetische Induktion, jedoch ein beträchtlich verringertes
Energieprodukt, verbunden mit einem schlechteren Wirkungsgrad erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetanordnung der eingangs genannten Art zur
Verfügung zu stellen, welche sowohl die magnetische Induktion im Spalt als auch das Energieprodukt
optimiert, d. h. möglichst groß macht
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Magnete in zwei Gruppen mit
jeweils verschiedenen magnetischen Charakteristiken aufgeteilt sind, wobei die erste Gruppe aus Permanentmagnetelementen
aus einem Seltene-Erden-Material mit einem maximalen Energieprodukt von mehr als von
95 492J/m3 (12 Millionen Gauß-Oersted) besteht und
wobei die magnetischen Elemente der beiden Gruppen einander abwechselnd in der Reihe angeordnet sind.
Die in der Reihe abwechselnd angeordneten Seltene-Erden-Magnete entwickeln zumindest den überwiegenden
Teil des Magnetfelds in beiden innen jeweils benachbarten Spalten. Die anderen Magnetelemente
sorgen aufgrund der alternierenden Anordnung für das ausgezeichnete Energieprodukt. Die erfindungsgemäße
Anordnung führt daher zu einer höheren magnetischen Induktion im Spalt bei ausgezeichnetem Energieprodukt
Aus dt- GB-PS 8 35 173 ist es an sich bekannt, die einze' ien Permanentma[ etelemente jeweils a-s Abschnitten
mit unterschiedlichen magnetischen Materialien aufzubauen. Hierbei handelt es sich jedoch um die
Konstruktion von Einzelmagnetanordnungen, bei denen zwischen den Abschnitten aus unterschiedlichen magnetischen
Werkstoffen und mit verschiedenen magnetischen Charakteristiken keine Spalte vorhanden sind.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht eines Anschlagdruckers, in
F i g. 1 eine Schnittansicht eines Anschlagdruckers, in
welchem die Erfindung vorteilhaft realisiert ist,
Fig.2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in
Fig. 1,
Fig.3 ein Schaubild der Entmagnetisierungskurven
eines der Seltenen Erden-Magnetmaterialien (Samariumkobalt) und von »Alnico 8«-Magnetinaterial,
Fig.4 eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels der Magnetanorcinung,
Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Magnetanordnung,
F i g. 6 ein Schaubild der resultierenden magnetischen Luftspaltinduktion Brcs bei der Anordnung gemäß F i g. 5
als Funktion der differentiellen Permeabilität μΔ= —
Hc
der verschiedenen Typen von Alnico-Magneten verschachtelt
mit Seltene-Erden-Magneten gewisser Charakteristiken und
F i g. 7 ein Schaubild der resultierenden magnetischen Luftspaltinduktion Bra bei der Anordnung gemäß F i g. 5
als Funktion der magnetischen Induktion von Seltene-Erden-Magneten Bre in geschachtelter Anordnung mit
verschiedenen Arten von Alnico-Magneten.
Im folgenden wird zunächst auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen, welche einen typischen Hochgeschwindigkeitsanschlagdrucker
zeigen, wie er ähnlich in der US-PS 39 83 806 beschrieben ist. Der in den F i g. 1
und 2 dargestellte Drucker weist eine bewegte Typenträgerfläche, z. B. eine Walze 20 mit auf der
Umfangsfläche in zur Walzenachse parallelen Reihen und um die Walzenachse laufenden Ringen angeordneten
erhabenen Zeichen (nicht gezeigt) auf. Eine Hammerbankanordnung 22 aus einer Vielzahl von
einzeln betätigbaren Druckhämmern 24 ist neben der Walze 20 angeordnet. Die Hammerbankanordnung ist
so weit von der Walze 20 beabstandet, daß das zu bedruckende Papier 26 sowie ein Farbband 28 zwischen
beiden durchlaufen können. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Papier-Fortschaltsystem dient zum zeilenweisen
Vorbeibewegen des Papiers vor den Hämmern <to 24. Bei Betätigen eines Hammers zu einem geeigneten
Zeitpunkt relativ zur Walzenposition schlägt der Hammer auf die Rückseite des Papiers 26 und stößt
dessen Vorderseite gegen das Farbband 28 und das ausgewählte Zeichen auf der Walze 20, wodurch das
Zeichen auf der Vorderseite des Papiers abgedruckt wird.
Die Hammerbankanordnung 22 besteht in typischer Ausführungsform aus einer Halterungsvorrichtung 30
und einer Vielzahl von an der Halterungsvorrichtung angebrachten Hammermoduln 32 und Magnetmoduln
34. Die Halterungsvorrichtung kann erste und zweite längliche Rohrstücke 36 -lnd 38 aufweisen, die in
paralleler Anordnung zwischen zwei Enuplatten 40 befestigt sind. Die Rohrstücke 36 und 3" tragen in
Längsrichtung der Rohrstücke nebenein "ader eine Vieb?hl von Befestigungselementen 44, von denen
jedes einen zwischen die Rohrstücke 36 und 38 passenden Einsatz bildet, der an der Umfangsfläche der
Rohrstücke festgelegt ist Jedes Befestigung element 44 weist gegenläufige Bohrungen 46 und 48 auf, die mit
Innengewinden versehen sind und Schraubbolzen zur Halterung der Hammermoduln 32 und der Magnete 34
an den Befestigungselementen aufnehmen. Die Halterungsvorrichtung kann zwischen ersten und zweiten
Druckstellungen hin- und herbewegt werden.
Jeder Hammerrnodul 32 weist einen gemeinsamen Fußteil 60 mit einem den Modul am Rohrstück 36 der
Halterungsvorrichtung festlegenden hinteren Basisabschnitt 62 und einem mehrere Hammer 24 halternden,
nach vorn vorspringenden Abschnitt 64 auf.
Der hintere Basisabschnitt 62 des Fußteils 60 ist mit einer Ausnehmung versehen, deren gekrümmter Querschnitt
so bemessen ist, daß er der Umfangsfläche des
Rohrstücks 36 folgt Der Fußteil 60 des Hammermoduls ist mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines
Bolzens 70 versehen, der in die Innenbohrung 46 eines Befestigungselements 44 eingeschraubt ist
Jeder der Hammermoduln 32 weist außerdem eine Vielzahl von Druckhämmern 24 auf, von denen jeder
federnd an dem nach vorne vorspringenden Abschnitt 64 des Fußteils 60 gehaltert ist Jeder der Druckhammer
weist einen starren Bauteil 80 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten, aus mehreren Windungen bestehender«
leitenden Spule auf, wobei der starre Körper mit der leitenden Spule in einem flachen starren Gehäuse,
beispielsweise aus Aluminium, angeordnet ist Der Spulenbauteil 80 ist drehbar an zwei leitenden Federn
82 und 84 gelagert, deren von dem Spulenbauteil 80 entfernten Enden in dem nach vorne vorspringenden
Abschnitt 64 des Fußteils 60 befestigt sind Die Federn 82 und 84 sind elektrisch leitend und führen der Spule
des Spulenbauteils 80 Strom za Eine mehradrige Leitung 86 verbindet ein Verbindungsstück mit den
Druckhämmern jedes Hammermoduls 32. Die Enden der in der Zeichnung nicht dargestellten Spule sind
elektrisch mit den Federn 82 und 84 verbunden. Das Spulenbauteil 80 trägt an dem von den Federn 82 und 84
entfernten Ende einen Druckkopf 92.
Die Hammermoduln sind in gegenseitiger Ausrichtung an dem Rohrstück 36 gehaltert, das in den
gekrümmten Abschnitt der Ausnehmung in den Hammermodul-Fußteilen eingreift Außerdem sind die
Hammermoduln mittels der die Fußteile durchgreifenden und in die Befestigungselemente 44 eingeschraubten
Bolzen 70 festgelegt Bei dieser Anordnung liegen die stirnseitigen Enden aller Druckköpfe 92 auf einer
gemeinsamen Horizontallinie parallel zur Achse der Walze 20 gemäß F ig. 1.
Um eine Kraft auf den Spulenbauteil 80 eines Hammers 24 wirken zu lassen, welche den Hammerdruckkopf
92 schlagartig gegen die Walze 20 treibt, wenn die Spule erregt ist wird ein Magnetfeld von den
oben erwähnten Magnetmoduln 34 erzeugt, welches rechtwinklig zu den Ebenen der Spulenbauteile 80
verläuft. Jeder Magnetmodul weist einen Fußteil % auf, der an dem Rohrstück 36 der Halterungsvorrichtung 30
im wesentlichen in der gleichen Weise angeordnet und gehaltert ist wie die Hammermoduln 32. Mehrere
dünne, rechtwinklige magnetische Bauteile springen nach vorn von dem Magnetmodul-Fußtei! 96 vor, sind
mit Abstand parallel zueinander angeordnet und können, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird,
aus einem Dauermag'ietwerkstoff oder aus Weicheisen-.naterial
bestehen.
Bei einem typischen Drucker der in den v\g.\ und 2
dargestellten Art sind beispielsweise 68 Druckhämmer 24 in gegenseitiger Ausrichtung entlang des Rohrstücks
36 gehaltert und geeignet, die gleiche Anzahl von Spaltenstellen entlang einer Zeile zu drucken. Die aus
mehreren Magnetmoduln mit jeweils mehreren Magneten bestehende Magnetanordnung bildet eine Anzahl
von Spalten, die der Zahl der Druckhämmer entspricht, wobei jeder Spalt einem bestimmten Hammer zugeordnet
ist.
Der Abstand zwischen den Druckhämmern beträgt in
typischer Ausführung 5,08 mm. Die Dicke eines Druckhammer erfordern eine Mindestlänge jedes
Spalts von 1,156 mm, wodurch eine Maximallänge von 3,92 mm für jedes Magnetelement verbleibt. Die
Magnete sind in der in Fig. 2 dargestellten Weise entlang ersten und zweitem parallelen Reihen 134, 136
angeordnet, wobei die Magnete in jeder Reihe zur Bildung der Spalte in gegenseitigem Abstand angeordnet
sind. Die einander entsprechenden Spalte der ersten und zweiten Reihen sind zueinander ausgerichtet, so daß
jedes Spaltpaar eine gemeinsame Hammerspule aufnehmen kann. Die Magnete sind mit ihren Polflächen den
Spalten zugewandt und erzeugen einen Kraftfluß entlang den ersten und zweiten Reihen in entgegengesetzten
Richtungen. Magnetische Brückenstäbe bzw. -stege 138 sind mit benachbarten Enden der ersten und
zweiten Reihen der Magnete gekoppelt und schließen damit den Kraftflußweg, der über die ersten und zweiten
Reihen von Magneten und die Brückenstäbe verläuft. In bekannten, entsprechend F i g. 2 ausgebildeten Magnetanordnungen
fanden generell identische Magnete Verwendung, die in der Regel aus Alnico 8-Material
bestanden, das eine magnetische Induktion im Spalt in der Größenordnung von 4000 Gauß (0,4 T) erzeugt.
Die Erfindung ist eine verbesserte Magnetanordnung gerichtet und wird an einem Ausführungsbeispiel
erläutert, das in seinem grundsätzlichen Aufbau demjenigen gemäß Darstellung in F i g. 2 entspricht. Ein
wesentliches Ziel bei der Konstruktion einer Magnetanordnung besteht darin, eine genügend hohe magnetische
Induktion im Spalt be> relativ niedrigen Kosten zu erzielen. Da die Kosten direkt proportional zu dem
benötigten Volumen des Magnetmaterials sind, können sie dadurch minimiert werden, daß die Magnete so nahe
als möglich an dem Punkt der Entmagnetisierungskurve mit dem maximalen Energieprodukt (B ■ H)max des
Magneten betätigt werden.
Im folgenden wird auf Fig.3 Bezug genommen,
welche die Entmagnetisierungskurven einer typischen Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung (Alnico 8) und
einer typischen Seltene-Erden-Legierung, Samariumkobalt (SmCo5) darstellt Bekanntlich werden die Charakteristiken
eines Dauermagneten am häufigsten anhand seiner Entmagnetisierungskurve beschrieben,
welche den zweiten Quadranten seiner Hystereseschleife enthält Die Hauptcharakteristiken eines Dauermagnetmaterials
können aus der Entmagnetisierungskurve abgeleitet werden und sind:
Remanenz (ßr) in Gauß (10-4T), d.h. die
magnetische Flußdichte bzw. Induktion entsprechend der magnetischen Feidsiärke (H) von Nuii in
einem magnetischen Material, das sich in einem vollständig magnetisierten Zustand befindet;
die Koerzitivfeldstärke (/fc) in Oersted (79,577 A/m), d. h. die an ein magnetisches Material entgegen der Magnetisierungsrichtung anzulegende magnetische Feldstärke, welche die Flußdichte bzw. magnetische Induktion auf Null reduziert;
das Energieprodukt in Gauß-Oersted (79,577 χ 10-4 J/m3), d. h. die von einem Magneten erzeugte äußere Energie, welche gleich dem Produkt (B · H) der magnetischen Induktion bzw. Flußdichte (B) und der entmagnetisierenden magnetischen Feldstärke (H) auf der normalen Entmagnetisienmgskurve ist Wenn der Dauermagnet am I1UnICt mit dem maximalen Energieprodukt (B - H)nax betrieben wird, ist zur Erzeugung einer
die Koerzitivfeldstärke (/fc) in Oersted (79,577 A/m), d. h. die an ein magnetisches Material entgegen der Magnetisierungsrichtung anzulegende magnetische Feldstärke, welche die Flußdichte bzw. magnetische Induktion auf Null reduziert;
das Energieprodukt in Gauß-Oersted (79,577 χ 10-4 J/m3), d. h. die von einem Magneten erzeugte äußere Energie, welche gleich dem Produkt (B · H) der magnetischen Induktion bzw. Flußdichte (B) und der entmagnetisierenden magnetischen Feldstärke (H) auf der normalen Entmagnetisienmgskurve ist Wenn der Dauermagnet am I1UnICt mit dem maximalen Energieprodukt (B - H)nax betrieben wird, ist zur Erzeugung einer
bestimmten äußeren Energie ein minimales Magnetmaterialvolumen erforderlich.
Permanentmagnete aus Kobalt und Seltenen Erden-Legierungen,
z. B. Samariumkobalt (SmCos) haben typischerweise maximale Energieprodukte oberhalb
von 12 Millionen Gauß-Oersted ( = 95 492 J/m3), und Materialien mit einem so hohen Energieproduktpegel
werden im folgenden bei der Bezugnahme auf Seltene-Erden-Magnete vorausgesetzt.
Für die nachfolgenden Ausführungen gelten folgende Umrechnungen: IG = IO-4T; 1 0 = 79,577 A/m;
1 MGO = 7957,7 J/m3.
Ein Permanentmagnet kann bei einem bestimmten Punkt seiner Entmagnetisierungskurve betrieben werden,
wobei die Einstellung des Betriebspunktes von den Charakteristiken der externen magnetischen Schaltung
abhängig ist. Die wesentlichen Charakteristiken eines Betriebspunktes auf der Entmagnetisierungskurve sind:
Permeanzkoeffizient (P), d. h. das Verhältnis der gesamten externen Permeanz zu derjenigen des
vom Magneten eingenommenen Raumes
Differentielle Permeabilität (W4), d. h. das Verhältnis
der periodischen Änderung der magnetischen Induktion (B) zur periodischen Änderung der
magnetischen Feldstärke (H) an irgendeinem Punkt auf der Hystereseschleife
Zusätzlich zu den Entmagnetisierungskurven für Alnico 8 und Samariumkobalt zeigt Fig.3 auch zwei
Hyperbelkurven der Energieprodukte von 5 bzw. 18 Millionen Gauß-Oersted und zwei Lastlinien, welche die
Permeanzkoeffizienten von 3,4 und 1,7 darstellen. Die Lastlinie des Permeanzkoeffizienten 3,4 ist für eine
Anordnung mit festem Luftspalt repräsentativ, bei der das Verhältnis der Magnetlänge zur Spaltlänge 3,4
beträgt, z. B. in der Darstellung gemäß F i g. 2 bei einer
Magnetlänge (Ln,) = 0,392 cm und einer Spaltlänge
(Lg)=0,1156 cm. F i g. 3 zeigt außerdem eine Linie MEN,
welche die Tangente an die Alnico 8-Entmagnetisierungskurve am Punkt fdarstellt
so Aus Fig.3 ist zu sehen, daß die Lastlinie P= 3,4 für
die in Fig.2 dargestellte Anordnung die Alnico
S-Entirsagnetisiepjsgskurve an einem Betriebspunkt E
schneidet, an dem Bd= 4000 Gauß, Hd=WlQ Oersted
und das Energieprodukt BdHd=AJ Millionen Gauß-Oersted
(MGO) ist Dieser Energieproduktwert ist gleich 94% des maximalen Energieprodukts von
(B · H)m*x, das am Punkt F auftritt, an dem
ß=5000Gauß, //=1000 Oersted und (B '/(U= 5,0
MGOist
Dieselbe Lastlinie von P= 3,4 schneidet die Samariumkobalt-Entmagnetisieningskurve
an einem Betriebspunkt Λ wo Bd= 6650 Gauß, Hd= 1950 Oersted und das
Energieprodukt BdHj= 13,0 MGO ist Dieses Energäeprodukt
ist gleich 74% des maximalen Energieprodukts (B · H)nBn, das am Punkt D auftritt, wo 5=4400 Gauß
und //=4000 Oersted sowie (B - HJUr= 17,6 MGO ist
Die Verwendung von Alnico 8-Magneten in der
geometrischen Anordnung gemäß Fig.2, angegeben
durch die Lastlinie P= 3,4 in Fi g. 3, stellt eine wirksame
Verwendung von magnetischem Material dar, da das resultierende Energieprodukt 94% des Maximums
beträgt. Die sich ergebende magnetische Induktion (B) von 4000 Gauß ist jedoch niedrig im Vergleich zu der
Verwendung vom Samariumkobalt in der gleichen Anordnung. Die Verwendung von Samariumkobalt-Magneten
in dieser Anordnung stellt jedoch eine relativ schlechte Ausnutzung des Magnetmaterials dar, da das
sich ergebende Energieprodukt nur 74% des Maximums beträgt.
Bei der erfindungsgemäßen Magnetanordnung wird eine Kombination von Magnetmaterialien mit unterschiedlichen
Charakteristiken zur Erzielung einer großen Ausbeute an der magnetischen Flußdichte bzw.
Induktion im Spalt verwendet.
Bei einem ersten Ausführungsbcispicl, das in F i g. 4
dargestellt ist, wird zur besseren Annäherung des Energieprodukts an das maximale Energieprodukt
(S · H)max (unter Beibehaltung der in Fi g. 2 dargestellten
Konstruktionsabmessungen) eine Magnetanordnung gebildet, in der Samariumkobalt-Magnetelemente
und Weicheisenelemente abwechselnd in einer Reihe angeordnet sind. Bei der Auswertung dieser in F i g. 4
dargestellten Magnetanordnung und bei Vernachlässigung des sehr niedrigen Wertes der magnetischen
Reluktanz von Eisen ist zu erkennen, daß jedes Magnetelement auf zwei Spalte wirkt, von denen jeder
eine Längenabmessung von 0,1156 cm hat.
Bei der angegebenen Länge von 0,3924 cm des Magnetelements und der Spaltlänge von 0,1156 cm
ergibt sich ein Permeanzkoeffizient der magnetischen Anordnung von
0,3924
2(0,1156)
2(0,1156)
= 1,7,
der einen Betriebspunkt C (F i g. 3) definiert, bei dem
ßd=5350Gauß, //^=3150Oersted und BdHd=\6,9
MGO. Dieser Energieproduktwert ist 96% des maximalen Energieprodukts (B ■ WJm„von 17,6 MGO am Punkt
D.
Es ist daher zu sehen, daß das Ausführungsbeispie! gemäß Fig.4, in welchem abwechselnd Samariumkobalt-Magnetelemente
und Weicheisenelemente verwendet werden, zu einer höheren magnetischen Induktion
im Spalt als eine entsprechend dimensionierte Magnetanordnung mit einheitlich aus Alnico 8 bestehenden
Magneten führt Die erhöhte magnetische Flußdichte bzw. Induktion wird ebenso erreicht wie eine verbesserte
Ausnutzung des Magnetmaterials, da das Verhältnis des Energieprodukts am Betriebspunkt zum maximalen
Energieprodukt vergrößert wird.
Im folgenden wird auf F i g. 5 Bezug genommen, in
welcher ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hochenergiemagneten, z.B. Seltene-Erden-Magneten
aus Samariumkobaltmaterial mit billigen Magneten aus Alnico 8-Material abwechselnd angeordnet
sind, gezeigt ist wie nachfolgend abgeleitet werden wird, führt die sich daraus ergebende Magnetanordnung
zu einer höheren Flußdichte als der Mittelwert der Flußdichte dieser Magnete bei getrennter Benutzung in
dergleichen Konfiguration.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4, in
welchem die Magnetanordnung aus abwechselnd angeordneten Hochenergie-Samariumkobalt-Magneten
und Weicheisenstücken besteht, werden die Spalte natürlich alle von den Samarhimkobalt-Magneten
erregt bzw. mit Energie versorgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5, bei dem eine Kombination aus
Samariumkobalt- und Alnico-Magneten verwendet wird, rührt die Flußdichte in den Spalten sowohl von den
Samariumkobalt-Magneten als auch den Alnico-Magneten her. Um die Magnetanordnung gemäß F i g. 5
quantitativ zu erfassen sei angenommen, daß die von jedem Samariumkobalt-Magnet erregte Spaltlänge
durch α- und die von jedem Alnico-Magneten erregte
Spaltlänge durch 2 (0,1156) - χ dargestellt ist.
Schreibt man die Gleichung der Entmagnetisierungskurven für die Seltene Erde und für Alnico in der Form
von B=f(H; x) (mit H=BZP) und setzt sie gleich, so
kommt man zu einem Wert von »x«, der die Berechnung der Flußdichte bzw. magnetischen Induktion B ermöglicht.
In diesem Falle ist der Permeanzkoeffizient des Selicne-Erde-Magneten:
„ _ 0,3924
und der Permeanzkoeffizient des Alnico-Magneten ist
„ _ 0,3924
M - 0,2311 -x
M - 0,2311 -x
(alle Längenabmessungen in [cm]).
Die Seltene Erden-Entmagnetisierungskurve ist eine gerade Linie mit einer difierentiellen Permeabilität von
"-£-■¥■■■.■
(siehe Fig. 3) und ihre Gleichung ist:
B = 1,1 //+ 8,8,
jedoch mit
jedoch mit
ρ JL· = Lm = 0,3924
-H Lgrc χ
woraus folgt:
H =
-Bx
(0,3924) '
Ersetzt man //durch dessen Wert:
Ersetzt man //durch dessen Wert:
B - -1
und
8,8
l+2,8x
(D
Die Alnico 8-Entmagnetisierungskurve kann dadurch angenähert werden, daß die differentielle Permeabilität
am Arbeitspunkt (im vorliegenden Fall Punkt E) angenommen wird, wobei
Br 12,25 _ ,
"ΛΑη " Hc * ~LjT " 7
und eine gerade Linie gezeichnet wird mit der Gleichung:
B = 7//+12,25,
jedoch
ti
woraus sich ergibt:
Lm = 0,3924
Lg A |„ 0,2311
Lg A |„ 0,2311
= -B (0,2311 -x)
(0,3924)
(0,3924)
Ersetzt man //durch dessen Wert:
una
12,25
IH-17,84 (0,2311 — je)
Setzt man Bn, und Z^18 gleich so ergibt sich:
8,8 12,25
8,8 12,25
(2)
1+2,8 1 + 17,84(0,2311-x)
und
.v = 0,1716 cm.
Ersetzt man χ durch dessen Wert in (1), so ergibt sich:
JU?
B„ =
1+2,8x0,1716
Bn. ~ 5940 Gauß.
Ersetzt man λ:durch dessen Wert in (2) so ergibt sich:
Ersetzt man λ:durch dessen Wert in (2) so ergibt sich:
η _ 12,25
BA
1 + 17,84(0,2311-0,1716)
5940 Gauß.
5940 Gauß.
Unter Verwendung der oben angegebenen Berechnungsmethode kann die Kurvenschar gemäß Fig.6
gezeichnet werden. Diese Kurven zeigen die resultierende Flußdichte bzw. magnetische Induktion »Brei« als
Funktion der differentiellen Permeabilität »μά« der
verschiedenen Typen von Permanentmagneten (typischer Weise Alnico), die mit Seltene-Erden-Magneten
mit einer Flußdichte von 6650 Gauß bei einem Permeanzkoeffizienten von P= 3,4 (Samariumkobalt-Entmagnetisieningskiirve
gernäß F i g. 3) verschachtelt "bzw. wechselweise angeordnet sind.
Seltene-Erden-Magnete mit einer differentiellen Permeabilität /tAre=l,U die mit Magneten mit der
gleichen differentiellen Permeabilität zusammengestellt sind, haben eine resultierende magnetische Flußdichte
bzw. Induktion, welche gleich der mittleren magnetischen Induktion dieser Magnete bei separater Verwendung ist Wenn beispielsweise Samariurnkobalt-Magnete mit 6650 Gauß bei P= 3,4 abwechselnd mit Mischmetallmagneten (μ,Αππ,= 1,1) mit 5500 Gauß bei P=3,4
zusammengestellt werden, so ergibt sich eine resultierende magnetische Flußdichte bzw. Induktion von
6650+5500
= 6075 Gauß
Auch resultierende Flußdichten von Magnetkombinationen mit differentiellen Permeabilitäten über 5
unterscheiden sich nicht stark von der mittleren Flußdichte bei separater Verwendung. Es wurde
beispielsweise festgestellt, daß Alnico 8-Magneten 0*4 = 7. ß=4000Gauß bei P=3,4), die mit Alnico 5-7
0*4=162, ß=2500Gauß bei P=3,4) abwechselnd in einer Reihe zusammengestellt bzw. verschachtelt
angeordnet werden, eine resultierende Flußdichte von ßreJ=3385 Gauß ergeben, ein Wert also, der angenähert
gleich dem Mittelwert ist, d. h.
4000 + 2500
= 3250 Gauß.
Aufgrund einer Kombination von analytischen und experimentiellen Untersuchungen wurde gefunden, daß
der höchste Gewinn an magnetischer Flußdichte bzw. Induktion (gegenüber dem Mittelwert unterschiedlicher
Magnetwerkstoffe) in einem Bereich der magnetischen Permeabilität von 1,1 bis 7 erzielt wird, wobei eine
Gruppe von Magneten eine differentielle Permeabilität von beispielsweise μ& = 1,1 und die andere Gruppe eine
höhere differentielle Permeabilität, ζ. Β. μ& = 7 hat.
Außerdem wächst bei einer bestimmten magnetischen Flußdichte bzw. Induktion von Booster-Magneten (z. B.
Seltene Erden) der Gewinn an magnetischer Induktion bzw. Flußdichte mit abnehmender magnetischer Induktion
(bei derselben Permeanz) der abwechselnd angeordneten Magnete (z. B. Alnico). Bei einem
Samariumkobalt-Magneten mit 6650 Gauß bei P= 3,4 (F i g. 6) und einem abwechselnd mit diesem angeordneten
Magneten mit 5500 Gauß bei P= 3,4 und μα = 5
ergibt die resultierende magnetische Induktion bzw. Flußdichte von 6310 Gauß einen Gewinn von 235 Gauß
(3,9%) gegenüber der mittleren Flußdichte der beiden Magnettypen
(d.h.
6650 + 5500
= 6075
)■
(vgL F ig. 6).
Ein verschachtelter Magnet mit 2500 Gauß bei P= 3,4
und μΔ = 5 ergibt eine resultierende magnetische
Induktion bzw. Flußdichte von 5440 Gauß oder einen Gewinn von 5440-4575=865 (19%).
F i g. 7 stellt die resultierende magnetische Induktion bzw. Flußdichte »ß,«« als Funktion der Seltene-Erden-Magnet-Flußdichte
»ßre« (bei P= 3,4) in abwechselnder
Anordnung mit verschiedenen bekannten Dauermagneten Alnico) dar, wobei die differentielle Permeabilität
»μα« einem Punkt mit einem Permeanzkoeffizienten
von 3.4 entspricht Hier sind Bres=f(Brc) gerade Linien
mit geringfügig stärkeren Zuwachsraten bezogen auf höhere differentielle Permeabilitäten. Im Falle eines
Seltene-Erden-Magneten mit einer Flußdichte (bei P= 3,4) von B„= 7000 ±350 Gauß, abwechselnd angeordnet
bzw. verschachtelt mit Alnico 8 Magneten mit 4000 ±200 Gauß bei P= 3,4 wird eine resultierende
Flußdichte von 5ns=6200±310 Gauß erzielt, während
der Mittelwert der Flußdichten bzw. magnetischen Induktionen dieser Magnete bei separater Verwendung
Bn= 5500 ±275 Gauß beträgt Es ergibt sich also ein
Gesamtgewinn von 12,7%.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß eine Magnetanordnung aus einer Kombination von Hochenergie-Magneten mit relativ niedrigen differentiellen
Permeabilitäten, z.B. Seltene-Erden-Samariumkobalt-Magneten, zusammen entweder mit Weicheisen oder
billigeren Magneten niedrigerer Energie und höherer differentieller Permeabilität, z. B. Alnico zu einer
optimalen Ausnutzung des Magnetmaterials sowohl hinsichtlich der magnetischen Induktion im Spalt als
auch hinsichtlich des Energieprodukts führt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Magnetanordnung für eine Hammerbankanordnung eines Anschlagdruckers mit einer Halterungsvorrichtung,
an der wenigstens eine Reihe von Magneten befestigt ist, wobei zwischen den einzelnen,
im wesentlichen einheitliche Abmessungen aufweisenden und aus homogenem Material bestehenden
Magneten Luftspalte vorgesehen sind und wobei in den Luftspalten zwischen benachbarten
Magneten jeweils eine flache, bewegliche Spule angeordnet ist, die Bestandteil eines Druckhammers
ist, der ebenfalls an der Halterungsvorrichtung befestigt ist,dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnete in zwei Gruppen mit jeweils verschiedenen magnetischen Charakteristiken aufgeteilt
sind, wobei die erste Gruppe aus Permanentmagnetelementen aus einem Seltene-Erden-Material mit
einem maximalen Energieprodukt von mehr als 95 492J/m3 (12 Millionen Gauß-Oersted) besteht
und wobei die magnetischen Elemente der beiden Gruppen einander abwechselnd in der Reihe
angeordnet sind.
2. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente der
zweiten Gruppe aus Weicheisen bestehen.
3. Magnetanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente der
zweiten Gruppe Permanentmagnete sind.
4. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete
aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung vorgesehen sind.
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