DE2802537A1

DE2802537A1 - Holding magnet assembly with permanent magnet annular disc - has flat tray pole yoke with bottom projection forming third pole surface

Info

Publication number: DE2802537A1
Application number: DE19782802537
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Hennig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-20
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1979-07-26

Abstract

The holding magnet provides a very high ratio of holding force to its own weight. The annular permanent magnetic disc is held in a pole yoke in shape of a flat tray, from the bottom of which the permanent magnet protrudes in the direction of the tray peripheral wall, forming the first pole surface. The tray bottom has a lug-shaped protrusion (12b) forming a third pole surface (22). The annularly shaped permanent magnet (10) surrounds the protrusion concentrically. Preferably the permanent magnet is of a rare earth - cobalt alloy with a specific energy content of at least 100 mWs cm-3, while the inner diameter of the disc is at least 20 mm. The pole surface of the protrusion may have the same extent as that of the peripheral wall pole surface.

Description

Haftmagnetanordnung Holding magnet arrangement

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haftmagnetanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, also eine magnetische Vorrichtung, die an einem ferromagnetischen Gegenstand zum Haften gebracht werden und zur Halterung oder Befestigung irgendwelcher mit ihr verbundener anderer Gegenstände dienen kann. The present invention relates to a holding magnet arrangement according to the preamble of claim 1, ie a magnetic device that is attached to a ferromagnetic object to be made to adhere and for holding or fastening can serve any other objects connected to it.

Es sind Haftmagnetanordnungen bekannt, die einen Permanentmagneten in Form einer runden Scheibe oder eines längeren Zylinders und einen aus magnetisch weichem Werkstoff bestehenden magnetischen Rückschluß enthalten, der die Form einer flachen Schale oder eines Bechers hat, von deren Boden der Permanentmagnet zur Uffnung hin vorspringt, so daß die auf der Höhe des Schalen- oder Becherrandes liegende freie Stirnfläche des Permanentmagneten mit diesem Rand einen Luftspalt bildet, über den sich die magnetischen Feldlinien schließen. Holding magnet arrangements are known which have a permanent magnet in the form of a round disc or a longer cylinder and one made of magnetic soft material contain existing magnetic yoke that has the shape of a has a flat bowl or beaker, from the bottom of which the permanent magnet opens protrudes out so that the one level with the edge of the bowl or cup the free end face of the permanent magnet forms an air gap with this edge, over which the magnetic field lines close.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haftmagnetanordnung anzugeben, bei denen das Verhältnis von Haftkraft zu Eigengewicht um ein Vielfaches größer ist als bei den bekannten Haftmagnetanordnungen. Unter der Haftkraft soll dabei die senkrecht zur Anlagefläche gemessene Kraft in N verstanden werden, die erforderlich ist, um den Haftmagneten von der durch einen ferromagnetischen Körper, z.B. aus weichem Baustahl, gebildeten Anlagefläche zu lösen. The present invention is based on the object of a holding magnet arrangement specify where the ratio of adhesive force to dead weight is many times over is larger than with the known holding magnet arrangements. Under the adhesive force should the force measured perpendicular to the contact surface in N is understood, which is required to keep the holding magnet from being protected by a ferromagnetic body, E.g. from soft structural steel, to solve the contact surface formed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Haftmagnetanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by a holding magnet arrangement according to the preamble of claim 1 with the characterizing features of claim 1 solved.

In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet. The subclaims contain further developments and advantageous configurations of the invention.

Mit den Haftmagnetanordnungen gemäß der Erfindung können Verhältnisse von Haftkraft (N) zu Magnetmasse (kg) erreicht werden, die 104(kg/N) und mehr betragen. Die Haftmagnetanordnungen gemäß der Erfindung enthalten mehrere konzentrische Luftspalte, so daß der Einfluß von Unebenheiten und Inhomogenitäten der Anlagefläche bzw. des diese bildenden Körpers von geringerem Einfluß sind als bei den bekannten Haftmagnetanordnungen. Die Haftmagnetanordnungen gemäß der Erfindung lassen sich ferner sehr flach bauen, wobei das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der im allgemeinen die Form eines kurzen Zylinders aufweisenden Haftmagnetsystems mehr als sechs beträgt. Bei Ausführungsbeispielen hat sich ein Verhältnis D:H = 7 bis 8 als optimal ergeben. With the holding magnet arrangements according to the invention, ratios from adhesive force (N) to magnet mass (kg) that are 104 (kg / N) and more. The holding magnet arrangements according to the invention contain several concentric air gaps, so that the influence of unevenness and inhomogeneities of the contact surface or the these forming bodies are of less influence than in the known holding magnet arrangements. The holding magnet arrangements according to the invention can also be built very flat, the ratio of diameter to height being generally in the shape of a short Cylinder having holding magnet system is more than six. In exemplary embodiments a ratio D: H = 7 to 8 has been found to be optimal.

Im folgenden werden Ausftihrungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In the following, exemplary embodiments of the invention are referred to explained in more detail on the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht einer Haftmagnetanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Haftmagnetanordnung gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teiles einer Haftmagnetanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a sectional view of a holding magnet arrangement according to FIG a first embodiment of the invention; Fig. 2 is a side view a second embodiment of the holding magnet arrangement according to the invention and FIG. 3 shows a sectional view of part of a holding magnet arrangement according to a third Embodiment of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Haftmagnetanordnung besteht im wesentlichen aus einem ringscheibenförmigen Permanentmagnet 10 und einem magnetischen Rückschluß oder Pol joch 12 aus magnetisch weichem Material, vorzugsweise weichem Baustahl, der eine Sättigungsfeldstärke von etwa 1,9 Tesla hat. In Spezialfällen kann auch reines Eisen (Sättigungsfeldstärke 2,1 T) oder Kobalteisen (Sättigungsfeldstärke 2,4 T) verwendet werden. Anstelle eines einzigen ringförmigen Permanentmagneten können auch mehrere segmentförmige Permanentmagnete verwendet werden. The holding magnet arrangement shown in Fig. 1 consists essentially from an annular disk-shaped permanent magnet 10 and a magnetic yoke or pole yoke 12 made of magnetically soft material, preferably soft structural steel, which has a saturation field strength of around 1.9 Tesla. In special cases it can also pure iron (saturation field strength 2.1 T) or cobalt iron (saturation field strength 2.4 T) can be used. Instead of a single ring-shaped permanent magnet several segment-shaped permanent magnets can also be used.

Der Permanentmagnet 10 besteht vorzugsweise aus einer Seltenerd-Kobalt-Legierung (z.B. einer Sm-Co-Legierung) mit einem spezifischen Energiegehalt über 100 mWs cm 3 und einer Koerzitiv-Feldstärke sHc von - 4 kA cm 1 Die Dimensionierung ist so vorgenommen, daß sich im offenen Zustand des Haftmagnetsystems eine Flußdichte Ba im Magnetring von 0,4 bis 0,6 T ergibt. The permanent magnet 10 is preferably made of a rare earth-cobalt alloy (e.g. a Sm-Co alloy) with a specific energy content over 100 mWs cm 3 and a coercive field strength sHc of - 4 kA cm 1 The dimensioning is like this made that in the open state of the holding magnet system a flux density Ba in the magnetic ring results from 0.4 to 0.6 T.

Das Poljoch 12 hat die Form einer flachen Schale mit einem äußeren Randteil 12a und einem inneren, zapfenförmigen Vorsprung 12b, zwischen denen sich eine ringförmige Vertiefung 14 befindet, die den ringscheibenförmigen Permanentmagneten 10 aufnimmt. The pole yoke 12 has the shape of a flat shell with an outer one Edge part 12a and an inner, pin-shaped projection 12b, between which an annular recess 14 is located, which is the annular disc-shaped permanent magnet 10 picks up.

Die in Fig. 1 nach unten weisenden Stirnflächen des Randteiles 12a und des Vorsprunges 12b liegen in der gleichen Ebene wie die freie Stirnfläche 1Oa des Permanentmagneten 10. The end faces of the edge part 12a pointing downward in FIG. 1 and the projection 12b lie in the same plane as the free end face 10a of the permanent magnet 10.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hat das Poljoch 12 eine zentrale Gewindebohrung 16, in die ein Schraubenbolzen 18 eingeschraubt ist, mit dem die Haftmagnetanordnung von einer Anlagefläche weggedrückt und von dieser gelöst werden kann. Der Schraubenbolzen 18 kann einen sternförmigen Drehknopf 20 (oder einen Sechskantkopf) aufweisen und mit einem Haken 22 versehen sein, an den ein mittels der Haftmagnetanordnung zu befestigender Gegenstand angehängt werden kann. In the embodiment according to FIG. 1, the pole yoke 12 has a central threaded hole 16 into which a screw bolt 18 is screwed, with which the holding magnet assembly is pushed away from a contact surface and can be resolved from this. The screw bolt 18 can be a star-shaped rotary knob 20 (or a hexagon head) and be provided with a hook 22 on to which an object to be fastened by means of the holding magnet arrangement can be attached can.

Die Haftmagnetanordnung ist vorzugsweise verhältnismäßig flach, d.h. das Verhältnis seines Durchmessers D zu seiner Höhe H beträgt vorzugsweise mindestens sechs. Ein zweckmäßiger Wert ist etwa sieben. The holding magnet assembly is preferably relatively flat, i. the ratio of its diameter D to its height H is preferably at least six. A useful value is around seven.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Haftmagnetanordnung gemäß Fig. 1 hatte das Pol joch 12 einen Außendurchmesser D von etwa 56 mm und eine Höhe H von etwa 8 mm. Der Randteil 12a hatte eine radiale Dicke von 3 mm und der Zapfen 12b hatte einen Durchmesser von etwa 20 mm. Das Poljoch 12 bestand aus weichem Baustahl mit einer Sättigungsfeldstärke von etwa 1,9 T. Die axiale Dicke d zwischen der Anlagefläche des Permanentmagneten 10 und der entgegengesetzten Seite des Poljoches betrug etwa 4 mm. In a practical embodiment of the holding magnet arrangement according to Fig. 1, the pole yoke 12 had an outer diameter D of about 56 mm and a height H of about 8 mm. The edge part 12a had a radial thickness of 3 mm and the pin 12b was about 20 mm in diameter. The pole yoke 12 was made of soft structural steel with a saturation field strength of about 1.9 T. The axial thickness d between the contact surface of the permanent magnet 10 and the opposite side of the pole yoke was about 4 mm.

Der Permanentmagnet 10 war 4 mm dick, hatte einen Innendurchmesser von 29 mm und einen Außendurchmesser von 48,5 mm, er bestent aus einer Samarium-Kobalt-Legierung mit einem spezifischen Energieinhalt 160 mWs cm 3; der Arbeitswert der magnetischen Feldstärke betrug etwa 0,4 bis 0,6 T. The permanent magnet 10 was 4 mm thick and had an inner diameter of 29 mm and an outer diameter of 48.5 mm, it is made of a samarium-cobalt alloy with a specific energy content of 160 mWs cm 3; the labor value of the magnetic Field strength was about 0.4 to 0.6 T.

Der Permanentmagnet war mit einem Epoxyharzkleber 20 in der ringförmigen Vertiefung 14 befestigt. Der radiale Abstand zwischen dem zapfenartigen Vorsprung 12b und der inneren zylindrischen Fläche des ringförmigen Permanentmagneten 10 war etwas größer als der radiale Abstand zwischen der äußeren zylindrischen Fläche des Permanentmagneten und der inneren Fläche des Randteiles 12a. Die Masse des verwendeten ringförmigen Permanentmagneten beträgt etwa 0,04 kg und die Haftkraft an einer ebenen Eisenplatte etwa 500 N. Das Verhältnis von Haftkraft zu Masse des Magnetmaterials ist bei einem solchen Haftmagnetsystem also größer als 104 kg/N.The permanent magnet was with an epoxy resin adhesive 20 in the ring-shaped Well 14 attached. The radial distance between the peg-like protrusion 12b and the inner cylindrical surface of the annular permanent magnet 10 was slightly larger than the radial distance between the outer cylindrical surface of the Permanent magnets and the inner surface of the edge part 12a. The mass of the used ring-shaped permanent magnet is about 0.04 kg and the adhesive force on a flat Iron plate about 500 N. The ratio of adhesive force to mass of the magnetic material is therefore greater than 104 kg / N in such a holding magnet system.

Die anhand von Fig. 1 beschriebene Haftmagnetanordnung läßt sich dadurch optimieren, daß man die Stirnfläche 22 des zapfenformigen Ansatzes 12b ebenso groß macht wie die Stirnfläche 24 des äußeren Rdndteiles; die Dicke b so bemißt, daß die Flußdichte im Bereich 26, wo die Flußdlchte im Poljoch 12 am größten ist, genügend unterhalb des Sättigungswertes des Materials des Poljoches liegt, also z.B. 10 bis 30% unterhalb der Sättigungsfeldstärke; entsprechend wird auch der Querschnitt des äußeren Randteiles 12, also die Stirnfläche 24, bemessen. Der Flächeninhalt der ringförmigen Zonen zwischen den zylindrischen Flächen des Permanentmagneten 10 und der Außenfläche des Vorsprungs 12b einerseits bzw. der Innefläche des Randteils 12a andererseits sollen etwa gleich groß sein. The holding magnet arrangement described with reference to FIG. 1 can be optimize by the fact that the end face 22 of the peg-shaped projection 12b as well makes large as the end face 24 of the outer Rdndteiles; the thickness b is dimensioned in such a way that that the flux density in area 26, where the flux density in the pole yoke 12 is greatest, sufficiently below the saturation value of the Material of the pole yoke is, e.g. 10 to 30% below the saturation field strength; becomes accordingly the cross section of the outer edge part 12, that is to say the end face 24, is also dimensioned. The area of the annular zones between the cylindrical faces of the Permanent magnet 10 and the outer surface of the projection 12b on the one hand or the The inner surface of the edge part 12a, on the other hand, should be approximately the same size.

Wie ein ringscheibenförmiger, axial magnetisierter Permanentmagnet aus einem vorgegebenen Magnetwerkstoff optimal dimensioniert wird, ist bekannt. Wenn man mit der Induktion im Poljoch etwa 20 bis 35 % unterhalb der Sättigungsinduktion bleibt, tritt aus der dem Permanentmagneten 10 abgewandten Seite des Poljoches 12 praktisch kein magnetischer Streufluß aus. Like an annular disk-shaped, axially magnetized permanent magnet is optimally dimensioned from a given magnetic material is known. If the induction in the pole yoke is about 20 to 35% below the saturation induction remains, emerges from the side of the pole yoke 12 facing away from the permanent magnet 10 practically no magnetic leakage flux.

Falls ein gewisser Streufluß zulässig ist, kann man mit höherer Induktion im Poljoch i2 arbeiten.If a certain leakage flux is permissible, one can use higher induction work in Poljoch i2.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht im Prinzip der gemäß Fig. 1, die Unterschiede bestehen lediglich darin, daß an der Rückseite des Poljoches 12' ein Schraubenbolzen 18' fest angebracht ist, der aus einem Stück mit dem Pol joch 12' bestehen oder in ein Sackloch eingeschraubt oder eingeschweißt sein kann und zum Anbringen eines zu halternden Gegenstandes dient. Um das Lösen der Haftmagnetanordnung von einer ebenen Oberfläche 30 eines ferromagnetischen Körpers zu erleichtern, ist im äußeren Randteil des Poljoches 12' ein Ausschnitt 32 (oder mehrere solcher Ausschnitte ) vorgesehen, in die eine Schraubenzieherklinge oder ein anderes, als Hebel dienendes Werkzeug eingesetzt werden kann, um den Haftmagnet von der Fläche 30 zu entfernen. The embodiment according to FIG. 2 corresponds in principle to that according to FIG Fig. 1, the only differences are that on the back of the pole yoke 12 'a screw bolt 18' is firmly attached, which is made in one piece with the pole yoke 12 'exist or can be screwed or welded into a blind hole and is used to attach an object to be held. To release the magnet assembly from a flat surface 30 of a ferromagnetic body is to facilitate in the outer edge part of the pole yoke 12 'a cutout 32 (or several such cutouts ) into which a screwdriver blade or something else that serves as a lever Tool can be used to remove the holding magnet from surface 30.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, von dem nur der mittlere Teil im Schnitt dargestellt ist, entspricht wieder im wesentlichen dem gemäß Fig. 1; die Stirnfläche 22" des zapfenartigen Vorsprunges 12"b des Poljoches 12" ist hier jedoch mit einer im Querschnitt kreisförmigen Vertiefung 34 versehen, in der eine kreisförmige Platte 36 angeordnet ist, welche mittels des Schraubenbolzens 18" nach außen gedrückt werden kann, wie gestrichelt dargestellt ist, um die Haftmagnetanordnung von der Anladefläche zu lösen. Die Platte 36, deren Außenrand abgerundet sein kann, verhindert Beschädigungen der Anlagefläche durch den Schraubenbolzen. The embodiment according to FIG. 3, of which only the middle part is shown in section, corresponds again essentially to that of FIG. 1; the end face 22 "of the pin-like projection 12" b of the pole yoke 12 "is here but provided with a circular cross-section recess 34 in which a circular plate 36 is arranged, which by means of the screw bolt 18 "after can be pressed on the outside, as shown in phantom to to release the holding magnet arrangement from the loading area. The plate 36, the outer edge can be rounded, prevents damage to the contact surface by the screw bolt.

Der Innendurchmesser des Permanentmagneten .10 ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie es für eine Oeffnung zum Durchstecken einer Befestigungsschraube oder dgl. erforderlich ist. Das Poljoch 12 besteht vorzugsweise aus einem Stück mit dem zapfenförmigen Vorsprung 12b, es kann also beispielsweise ein Drehteil sein. The inner diameter of the permanent magnet .10 is preferably at least twice as large as it would be for an opening for inserting a fastening screw or the like. Is required. The pole yoke 12 preferably consists of one piece with the peg-shaped projection 12b, so it can for example be a turned part.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 kann anstelle der Abdruckplatte 36 eine mit dem Rand des Vorsprunges 12"b verbundene Membran vorgesehen sein, die sich beim Abdrucken der Haftmagnetanordnung von der Anlagefläche elastisch vorwölbt. In a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 3, instead of the impression plate 36 is provided with a membrane connected to the edge of the projection 12 "b be, which is elastic when the holding magnet arrangement is imprinted from the contact surface bulges.

Der Schraubenbolzen 18 hat vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 5 mm. The screw bolt 18 preferably has a diameter of at least 5 mm.

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Claims

Holding magnet arrangement APPROACH 1. Holding magnet arrangement with a disc-shaped Permanent magnets and a pole yoke in the form of a flat cup, from the bottom the permanent magnet in the direction of a peripheral wall part forming a first pole face of the cup protrudes to a second pole face, d u r c h e k e n n z e i c h n e t that. the bottom of the cup has a pin-like projection (12b), which forms a third pole face (22), and that the permanent magnet (10) has the shape an annular disc which surrounds the projection (12b) substantially concentrically.

2. Holding magnet arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n nz E i c h n e t that the permanent magnet is made of a magnetic material with a specific Energy content of at least 100 mWs cm 3, especially a rare earth-cobalt alloy consists.

arrangement 3. Holding magnet / according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e It is not indicated that the inner diameter of the permanent magnet is at least 20 mm.

4. Holding magnet arrangement according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that the pole face (22) formed by the projection (12b) has the same size as the pole face (24) formed by the peripheral wall part (12a).

5. Adhesive magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k en n z e i n e t that the annular spaces that the inner or outer ring surface of the permanent magnet (10) from the opposite Separate surfaces of the pole yoke (12), essentially equal cross-sectional areas exhibit.

6. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the axial thickness of the permanent magnet (10) is approximately equal to the axial thickness (d) of the bottom of the pole yoke (12).

7. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the pin-like projection (12b) a has an axial threaded bore (16) for receiving a forcing screw (18).

8. Holding magnet arrangement according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that on the pole face (22 ") of the peg-shaped projection (12" b) a recess (34) is provided in which a plate (38) is arranged, the be pushed outwards by the screw bolt (18 ") in the threaded hole can.

9. Holding magnet arrangement according to claim 7 or 8, d a d u r c h g e It is not indicated that the threaded bolt (18) is connected to a rotary handle (20) is.

10. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the peripheral wall part at least one cutout (32) adjoining the pole face (24) for inserting a removal tool having.

11. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the pole yoke (12) is dimensioned so that a magnetic flux density that is as uniform as possible prevails in it.

12. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the pole yoke (12) is dimensioned so that the maximum flux density is at least 10%, preferably about 25 to 35% below the saturation flux density of the material of the pole yoke.

- 13. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, d u r c h e k en n z e i c h n e t that. the ratio of diameter to Height of the cup-shaped pole yoke (12) is at least six.

14. Holding magnet arrangement according to one of the preceding claims, it is not stated that, the inner diameter of the permanent magnet (10) is at least 20% of the outer diameter of the pole yoke.