DE2940212A1

DE2940212A1 - Magnetische aufspannvorrichtung

Info

Publication number: DE2940212A1
Application number: DE19792940212
Authority: DE
Inventors: Michele Cardone; Angelo Grandini; Bruno Zaramella
Original assignee: CARDONE MAGNETO TECNICA
Current assignee: CARDONE MAGNETO TECNICA
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS5554151A; BE879209A; FR2438326B1; GB2038560B; DE2940212C2; NL7907310A; BR7906445A; IT1099799B; US4356467A; GB2038560A; ES484765A1; NL188032C; IT7828502A0; JPS6335370B2; FR2438326A1; NL188032B

Description

MAGNETO TECNICA di Cardone Michele & C. S.n.c, Via Marzabotto 12, Pero, Milano (Italien)

Magnetische Aufspannvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Aufspannvorrichtung mit mindestens zwei ferromagnetischen Polschuhen, die durch Magnetkerne gespeist werden und eine Haltefläche bilden, an der ein zu befestigendes ferromagnetisches Stück anhaftet.

Es sind magnetische Befestigungsvorrichtungen bekannt, in denen der Magnetkreis so ausgelegt ist, daß er zahlreiche Streuwege des Magnetflusses aufweist, mit einer sich daraus ergebenden und grundsätzlichen Reduzierung der Kraft zum Befestigen eines Stückes. Dies ist besonders darauf zurückzuführen, daß der äußere Teil des eisenhaltigen Jochs sowohl als einpoliger Flußleiter als auch als das das Arbeitsfeld bildende Teil, d.h. als Teil der magnetischen Fläche zur Befestigung der Stücke benutzt wird.

Das weiche Eisen übt, verglichen mit einem Dauermagneten oder mit einer Spule, bei Vorhandensein einer relativ niedrigen Feldstärke eine erhebliche Konzentrationskraft auf den Magnetfluß aus.

Aufgrund des geometrischen Verhältnisses zwischen der

B2x4 Magnetflußdichte und der mechanischen Kraft F =

(B Induktion) wird die Notwendigkeit deutlich, magnetische Haltekreise herzustellen, in denen die Induktion

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des oder der Magnetkerne durch entsprechende "weiche" ferromagnetische Leiter (niedriggekohlte und nicht legierte Stähle) zu den Arbeitspunkten geführt und dort konzentriert wird.

Diese Leiter bilden gemeinsam das eisenhaltige Joch des Magnetkreises, obwohl dieses eisenhaltige Joch, welches einerseits zum Erreichen einer gewissen Kraftkonzentration in dem Arbeitsfeld unentbehrlich ist, ebenfalls dazu neigt, auf unerwünschten Wegen einen Teil des Magnetflusses zu verlieren. Die Berechnung der Streuflüsse ist ausgesprochen kompliziert und nicht sicher. Die Hersteller von magnetischen Aufspannvorrichtungen fügen deshalb in ihre Berechnungen einen Korrekturfaktor "F" ein, der eine Leistungsminderung gegenüber der theoretisch in dem Arbeitsfeld zur Verfügung stehenden Magnetinduktion von 30% bis 70% berücksichtigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Aufspannvorrichtung, deren Magnetkreis so ausgelegt ist, daß der magnetische Streufluß erheblich herabgesetzt wird, wodurch die Haltekraft zunimmt. Dies ergibt eine optimale Leitung und Konzentration des von einer bestimmten Menge von Magneten gelieferten Flusses in dem Arbeitsfeld.

Die Erfindung schafft eine magnetische Aufspannvorrichtung, in der Polschuhe durch Magnetkerne gespeist werden und eine Arbeitsfläche bilden, an der ein zu befestigendes ferromagnetisches Stück anliegt, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den Polschuhen und quer zu diesen ein Hauptmagnetkern angeordnet ist, daß gegen die Seiten der Polschuhe sekundäre Magnetkerne gerichtet sind und deren dem

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jeweiligen Polschuh zugewandter Pol die gleiche Polarität hat wie der diesem Polschuh zugewandte Pol des Hauptmagnetkerns, und daß ein äußerer ferromagnetischer Kranz vorgesehen ist, der wenigstens drei Seiten der Vorrichtung bildet und die verbleibenden Pole der sekundären Magnetkerne zweier Polschuhe kurzschließt.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht einer vereinfachten Ausführungsform der Aufspannvorrichtung;

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Figur 1 bei eingeschalteter Vorrichtung;

Figur 3 einen ähnlichen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform im abgeschalteten Zustand und

Figur 4 ein Vergleichsdiagramm des Abfalls der mechanischen Kraft bei Vorhandensein eines veränderbaren Luftspaltes.

Mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wird zunächst die generelle Lösungsidee beschrieben. Wenn von "Magnetkernen" die Rede ist, können hierunter sowohl Elektromagnetkerne als auch Dauermagnetkerne verstanden werden. Die Aufspannvorrichtung weist wenigstens einen ersten Polschuh 1 aus ferromagnetische!!! Material sowie wenigstens einen zweiten Polschuh 2 aus ferromagnetischem Material auf, der seit-

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lieh und parallel zu dem ersten Polschuh angebracht ist. Die beiden Polschuhe 1 und 2 haben rechteckige Form und bilden mit ihren oberen Flächen 3 und 4 die Arbeitsfläche, an die ein zu befestigendes Stück 5 aus eisenhaltigem Material angelegt wird. Zwischen den beiden Polschuhen 1 und 2 verläuft in Querrichtung ein Hauptmagnet 6, dessen Polachse gegen die Polschuhe gerichtet ist. Der Südpol S liegt an der seitlichen Fläche des Polschuhs 1 an, während der Nordpol N an der entsprechenden seitlichen Fläche des anderen Polschuhs 2 anliegt. Außer dem Hauptmagnet 6, der sich zwischen den Polschuhen 1 und 2 befindet, enthält die Vorrichtung für jeden Polschuh weitere sekundäre Magnete, die generell mit 7 bezeichnet sind und von denen jeder mit seiner Magnetisierungsachse gegen eine entsprechende seitliche Fläche des betreffenden Polschuhs gerichtet ist. Die Anordnung der sekundären Magnete 7 ist so getroffen, daß bei eingeschaltetem Arbeitsfeld die Pole der sekundären Magnete, die gegen einen der Polschuhe 1, 2 gerichtet oder mit diesem in Kontakt sind, das gleiche 0 Vorzeichen des entsprechenden Pols des Hauptmagneten 6 aufweisen. Deshalb haben bei eingeschalteter Vorrichtung die beiden Polschuhe Polungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.

Die Vorrichtung enthält außerdem einen äußeren ferromagnetisehen Kranz 8, welcher die verbleibenden Pole gleichen Vorzeichens der sekundären Magnetkerne 7 beider Polschuhe, d.h. die Gegenpole zu den gegen die Polschuhe gerichteten Polen untereinander kurzschließt.

Der ferromagnetische Kranz 8 besteht aus einer Grundplatte 9 und Umfangswänden 10, 11, 12 und 13, die lot-

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recht zu der Grundplatte 9 angeordnet und mit dieser z.B. durch Bolzen (nicht gezeigt) fest verbunden sind. Die beiden Polschuhe 1 und 2 sind rechtwinklig zu der Grundplatte 9 innerhalb der Umfangswände angebracht, und zwischen den Polschuhen ist der Hauptmagnet 6 angeordnet. Gemäß Figur 1 befindet sich jeweils ein erster sekundärer Magnet 14 und 15 zwischen der Grundplatte 9 des ferromagnetischen Kranzes und jedem Polschuh 1, 2. Die Magnetisierungsachse der Magnete 14, 15 verläuft jeweils parallel zur Achse des Polschuhs oder sie fällt mit dieser zusammen. Weitere sekundäre Magneten 16, 17, 18 für den Polschuh 1 und sekundäre Magnete 19, 20, 21 für den Polschuh 2 sind zwischen den seitlichen Flächen der Polschuhe 1 und 2 und den entsprechenden Innenflächen der Umfangswände 10, 11, 12 und 13 des ferromagnetischen Kranzes angeordnet.

Durch die besondere Anordnung der sekundären Magnetkerne 16, 17, 18, 19, 20 und 21, deren Magnetachsen parallel zu der Grundplatte 9 verlaufen, und dadurch, daß die sekundären Magnete eines jeden Polschuhs mit dem gleichen Pol an dem Polschuh anliegen, den der Polschuh in diesem Bereich hat, wobei die sekundären Magnete des Polschuhs 1 mit ihrem Südpol am Südpol des Polschuhs 1 und die sekundären Magnete des Polschuhs 2 mit ihrem Nordpol am Nordpol des Polschuhs 2 anliegen, sind die sekundären Magnete des einen Polschuhs in Reihe mit den sekundären Magneten des anderen Polschuhs angeordnet, weil die Umfangswände des ferromagnetischen Kranzes 8 als Verbindungsbrücke zwischen den Magneten wirken. Dasselbe gilt für die sekundären Magneten 14 und 15, die durch die Grundplatte 9 in Serie geschaltet sind. Unter der Voraussetzung, daß die magnetische Induktion der sekundären Magnete 14, 16, 17

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und 18 gleich der magnetischen Induktion der sekundären Magnete 15, 19, 20 und 21 ist, und daß der Querschnitt des Kranzes ausreichend zum Leiten des erzeugten Magnetflusses ist, ergibt sich, daß der ferromagnetische Kranz 8 an jedem Punkt der Oberfläche vollkommen neutral ist, da er eine Polarisierung mit dem Vorzeichen N hat, die durch eine gleichstarke und entgegengesetzte Polarisierung mit. dem Vorzeichen S ausgeglichen wird. Obwohl in dem Beispiel der Figur 1 die Polschuhe 1 und 2 gegenüber dem ferromagnetischen Kranz herausragend dargestellt sind, können die seitlichen Wände des Kranzes aufgrund ihrer Neutralität auch verlängert werden, so daß sie in der Aufspannebene enden.

Durch die beschriebene Magnetkreisstruktur erfolgt ein erzwungenes Leiten des Magnetflusses und eine erhöhte Konzentrierung der magnetischen Induktion aus allen Magnetkernen in dem Arbeitsfeld der Aufspannfläche. Experimentell wurde festgestellt, daß der Korrekturfaktor "F" des Verhältnisses zwischen theoretischer Induktion und nutzbarer Induktion den Betrag von 15% nicht überschreitet, gegenüber einem Korrekturfaktor, der in den Vorrichtungen bekannten Typs auch 70% erreichen kann. Daraus ergibt sich, daß bei gleicher Menge und gleicher Qualität des verwendeten Magnetmaterials mit der magnetischen Vorrichtung nach der Erfindung eine mechanische Befestigungskraft für das Stück 5 aufgebracht wird, die um wenigstens 50% höher ist als die mit irgendeinem bisher bekannten Magnetkreis erreichbare Kraft. Die entsprechende Zunahme der mechanischen Kraft erhöht sich nach und nach bei Zunahine der Reluktanz zur Schließung des Magnetfeldes zwi-

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sehen der Arbeitsfläche und dem zu befestigenden Stück (unvollständiger Kontakt durch Verformung, Verunreinigung, nichtmagnetische Schutzschichten usw.).

Bei den herkömmlichen Magnetkreisen bewirkt die Zunahme der Reluktanz und die daraus sich ergebende Zunahme des Luftspaltes eine proportionale Erhöhung der Streuung des Magnetflusses nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes. Daraus ergibt sich ein exponentieller Abfall der Haltekraft.

Mit dem hier beschriebenen Magnetkreis dagegen ergibt die Vergrößerung des Luftspaltes und der Reluktanz an der Arbeitsfläche eine lineare Verringerung der Kraft aufgrund des fast vollständigen Fehlens von Streuflußwegen.

Die Polschuhe 1 und 2 bilden die einzigen "weichen" ferromagnetischen Teile des Kreises, die aus einpoligen magnetischen Quellen gespeist werden. Da sie auf allen fünf nicht die Arbeitsfläche bildenden Seiten durch magnetisch aktives Material abgedeckt sind, bieten sie keine großen Streuwege.

Der ferromagnetische Kranz 8 seinerseits weist keine Wege für magnetische Streuung auf, da er durch entgegengesetzte und ausgewogene Magnetkräfte gespeist wird (bipolarisiert). Immer nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes wird durch eine entsprechende Balance zwischen den beiden Kräften N und S in der Speisung des Magnetkranzes jede Möglichkeit der Streuung vermieden.

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Figur 4 zeigt den Verlauf des Abfalls der mechanischen Haltekraft F (in Prozenten ausgedrückt) bei Vorhandensein eines Luftspaltes T (in cm ausgedrückt). Die Kurve A, die einen grundsätzlich geraden Verlauf aufweist, bezieht sich auf die erfindungsgemäße Aufspannvorrichtung; die Kurve B bezieht sich auf eine bekannte Aufspannvorrichtung, die einen zwischen zwei seitlich angeordneten Polschuhen eingeschlossenen Magneten aufweist, während die Kurve C sich auf eine bekannte Aufspannvorrichtung bezieht, die drei Polschuhe aufweist, von denen die beiden äußeren durch einen Basiskranz miteinander verbunden sind. Die verglichenen Aufspannvorrichtungen waren mit Magnetkernen von gleichen Abmessungen und gleichen magnetischen Eigenschaften sowie mit eisenhaltigen Jochs aus Material mit gleichbleibenden und homogenen Eigenschaften ausgestattet. Insbesondere die Kurve A zeigt einen geringeren spezifischen Abfall der Kraft bei Veränderung des Luftspaltes, wodurch ermöglicht wird, bei gleicher Menge von verwendetem magnetischen Material ge-0 genüber Kurven B und C eine um 50% - 70% höhere Haltekraft bei Luftspaltwerten um 0,2 - 0,5 zu erzielen.

Bei den bekannten Aufspannvorrichtungen ist die Haltefläche daueraktiviert. Daher werden Dauermagnetkerne aus Materialien benutzt, die für den jeweiligen Zweck geeignet sind. Das Lösen des Stückes 5 kann dabei nur dann erfolgen, wenn die magnetische Haltekraft überwunden wird.

Wenn die zu befestigenden Stücke von erheblichem Gewicht sind und eine hohe Haltekraft erfordern, oder im Falle von besonderen Befestigungen, bei denen die Aufspannvorrichtung vor dem Lösen des Stückes 5 ausgeschaltet wer-

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den muß, können anstelle von Dauermagnetkernen elektromagnetische Kerne benutzt werden.

Eine andere Lösung ist in Figur 3 dargestellt. Auch in diesem Fall bestehen der Hauptmagnetkern 6 und die sekundären Magnetkerne 7 aus Dauermagneten. Das Ein- und Ausschalten der magnetischen Haltefläche kann z.B. durch Umschalten der Polungen des Hauptmagnetkerns 6 bzw. einiger sekundärer Magnetkerne 7 erfolgen. Die Umschaltung der Polelemente kann auf jede geeignete Weise erfolgen, wie z.B. durch ein einfaches Drehen des betreffenden Kerns um 180° um eine zur Magnetisierungsachse des Magneten rechtwinklige Achse.

Eine andere mögliche Lösung sieht die Benutzung von umschal tbaren Magnetkernen vor, d.h. von Dauermagnetkernen, deren Polarisierungsrichtung umgeschaltet werden kann, ohne die verbleibenden nicht-umschaltbaren Magneten zu beschädigen, und zwar mittels eines dem umzuschaltenden Magneten gegenüberliegenden elektromagnetischen Feldes von entsprechender Stärke. Dieses elektromagnetische Feld kann z.B. durch eine Spulenwicklung 22, 23 erzeugt werden, die den umzuschaltenden Magneten 14, 15 umgibt, und die in einer Richtung durch einen bestimmten Stromimpuls gespeist wird, der geeignet ist, eine halbe Hysterese auszuführen, z.B. zum Ausschalten der magnetischen Vorrichtung.

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet oder wiedereingeschaltet werden soll, wird die Spulenwicklung mit einem Stromimpuls in entgegengesetzter Richtung gespeist. Der eingeschaltete oder ausgeschaltete Zustand einer solchen Vorrichtung ist durch den Verlauf der gestrichelten Linien des Flusses in Figur 2 und entsprechend in Figur 3 ange-

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zeigt. In dem eingeschalteten Zustand der Figur 2 schließen sich Flußlinien durch die Polschuhe 1, 2 und das zu befestigende Stück 5. Im ausgeschalteten Zustand der Figur 3 schließen sich die Flußlinien dagegen entlang einer durch die Kerne verlaufenden Strecke, welche allein den ferromagnetischen Kranz 8 berührt. Je nach der Position und der Wahl der umschaltbaren Magnetkerne kann sich der innere Verlauf des Flusses zum Abschalten der Vorrichtung ändern.

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß bei der Aufspannvorrichtung der Hauptmagnetkreis durch eine magnetische Haltefläche hindurchgeht, die aus zwei Polschuhen aus ferromagnetischem Material gebildet wird, von denen jeder durch Magnetkerne gespeist wird, deren Pole bei eingeschalteter Vorrichtung gegen den Polschuh gerichtet sind und die gleiche Polarität haben wie dieser, jedoch entgegengesetzte Polarität zu den Polen der Magnetkerne, die auf den anderen Polschuh wirken. Wichtig ist, daß der magnetische Induktionswert eines jeden auf einen PoI-0 schuh wirkenden Magnetkerns gleich dem Induktionswert ist, der sich aus dem auf den anderen Polschuh wirkenden Magnetkern entwickelt.

Bei einer rechteckigen Struktur des Magnetkreises gemäß Figur 1 ist es möglich, große Halteflächen zu erhalten, indem einfach die Hazptmagnetkreise verdoppelt oder vergrößert werden. Die magnetische Induktion des umschaltbaren Kerns, der auf einen Polschuh wirkt, entspricht der Summe der magnetischen Induktion, die sich aus allen auf den gleichen Polschuh wirkenden weiteren Magnetkernen entwickelt.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

/ 1.^Magnetische Aufspannvorrichtung mit mindestens zwei ferromagnetischen Polschuhen, die durch Magnetkerne gespeist werden und eine Haltefläche bilden, an der ein zu befestigendes ferromagnetisches Stück anhaftet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Polschuhen (1, 2) und quer zu diesen ein Hauptmagnetkern (6) angeordnet ist, daß gegen die Seiten der Polschuhe (1, 2) sekundäre Magnetkerne (7) gerichtet sind und deren dem jeweiligen Polschuh (1, 2) zugewandter Pol (N,S) die gleiche Polarität .hat wie der diesem Polschuh zugewandte Pol des Hauptmagnetkerns (6), und daß ein äußerer ferromagnetischer Kranz (8) vorgesehen ist, der wenigstens drei Seiten der Vorrichtung bildet und die verbleibenden Pole der sekundären Magnetkerne (7) zweier Polschuhe (1, 2) kurzschließt.

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2. Magnetische Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Induktion eines umschaltbaren Magnetkernes (14, 15) an einem Polschuh (1, 2) der Summe der magnetischen Induktion aller anderen, auf den gleichen Polschuh (1, 2) wirkenden Magnetkerne entspricht.
3. Magnetische Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Induktionswert eines jeden auf einen Polschuh (1, 2) wirkenden Magnetkerns dem Induktionswert entspricht, der sich aus jedem der anderen Magnetkerne entwickelt, welche auf den gleichen Polschuh wirken.
4. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (1, 2) über den ferromagnetischen Kranz (8) hinausragen.
5. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kranz (8) magnetisch neutrale Seitenwände (10, 11, 12, 13) aufweist, die bis zu der Ebene der magnetischen Haltefläche (3, 4) reichen.
6. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkerne aus einschaltbaren Elektromagneten bestehen.
7. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet-

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kerne aus in ihrer Art und ihren magnetischen Eigenschaften untereinander gleichen Dauermagneten bestehen.
8. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete aus in ihrer Art und magnetischen Eigenschaften voneinander unterschiedlichen Dauermagneten bestehen.
9. Magnetische Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkern durch Drehung um 180° umschaltbar ist.
10. Magnetische Aufspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der umschaltbare Dauermagnetkern (14, 15) von einer Spulenwicklung (22, 23) umgeben ist, die durch einen Stromimpuls gespeist wird, welcher ausreicht, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, um an dem umzuschaltenden Kern eine halbe Hysterese durchzuführen.

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