DE3016649A1 - Verfahren um permanentmagnetische dipole in einem inhomogenen magnetfeld in eine rotation zu versetzen - Google Patents

Description

• Beschreibu n~go Verfahren um Permanentmagnetische Dipole in einem inhomogenen Magnetfeld in eine Rotation zu versetzen.
• Zwischen einer Translation (parallelverschiebung) und einer Rotation (Drehbewegung) besteht ein enger kinematischer und kinetischer Zusammenhang. Jede Verschiebung eines starren Körpers kann durch eine Translation und eine Rotation hervorgerufen werden. Seine Bewegung kann man in jedem Augenblick in diese zwei Bewegungsformen zerlegen. Das vorliegende Verfahren beruht auf der Verschiebung eines solchen starren Körpers und zwar eines permanentmagnetischen Dipols in einem inhomogenen Magnetfeld. Es ist bekannt, daß in einem inhomogenen Magnetfeld auf einen magnetischen Dipol eine Kraft längs der Dipolachse ausgeübt wird, sofern die Dipolachse in der Feldrichtung liegt.
• Jm bekannten klassischen inhomogenen Peldbild sind schräg verlaufende äußere magnetische Pelder, die von weit auseinander liegenden Feldlinien mit geringer Dichte, zum sich immer mehr verengenden Feldanstieg zusammenlaufen. Liegt die Dipolachse in der Feldrichtung, dann wird der Dipol in Richtung zunehmender Flußdichte verschoben. Dieses bekannte inhomogene magnetische Feldbild ist aber mit Nachteilen behaftet, welche der Umwandlung aus einer Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung von Dipolen hemmend entgegenstehen. Zum einen läßt sich mit einfachen Mitteln ein für sich gesondert bestehendes, externes, äußeres inhomogene8 Magnetfeld mit schräg zulaufenden Feldlinien nicht herstellen. Zum anderen ist damit eine gleichförmig beschleunigte Translation oder Parallelverschiebung eines Dipole auf einer Geraden nicht erreichbar. Zwei Voraus-3setzungen sind aber unabdingbar um die Bewegung von Dipolen ln einem inhomogenen Magnetfeld von einer Translation in eine Rotation zu ermöglichen. Erstens ein mit einfachen Mitteln herstellbares inhomogenes Magnetfeld. Zweitens eine auf einer Geraden gleichförmig beschleunigte translation oder Parallelverschiebung in diesem inhomogenen Magnetfeld.
• Das Verfahren stellt sich zunächst die Aufgabe, die genannten Voraussetzungen einer Lösung zuzu£UhrenD Anschließend wird dann das Verfahren in seiner Gesamtheit erläutert, um die Dipole aus einer Translation ln eine Rotation zu versetzen.
• Um die Voraussetzungen des Verfahrens zu erfüllen, wird vorgeschlagen, die Inhomogenität des verschiebenden Feldes durch di e We die Wechselwirkungskräfte zwischen dem magnetischen Dipolmoment des Dipols einerseits und der einpoligen Fläche ruhender Magnetplatten andererseits, deren Feldkomponenete mit der DLpolachse zusammenfällt, in einem engen Luftspalt herbeizuführen. Damit wird der Nachteil der unter großem Aufwand schwierigen Herstellung eines externen, äußeren inhomogenen Magnetfeldes auf eine extrem einfache Weise vermieden und eine gleichförmig beschleunigte Translationsbewegung eines Dipole auf einer Geraden ermöglicht. eine gleichförmig beschleunigte Bewegung stellt sich auf einer Geraden immer dann ein, wenn die antreibende Kraft konstant ist.
• Jn den Abbildungen 1, 2 und 3 ist das bei dem Verfahren zur Anwendung kommende inhomogene dynamische Peltlhiltl mit ruhenden Magnetplatten und translativ bewegtem Dipol-Körper dargestellt.
• Es wird vorgeschlagen, den Dipol (Abb. 1) als rechteckigen Quader (1) auszubilden, dessen Magnetisierung senkrecht zur Plattenebene in axialer Richtung vorgenommen wird. Die beiden Stirnseiten des rechteckigen Quaders besitzen dann Pole entgegengesetzten Vorzeichens, Bei Permanentmagneten entspringen und endigen die Feldlinien in den Polen. Zwischen den lipolpolen Liegt die magnetisch neutrale Zone.
• Jn den Abb. 2 und 3 wird gezeigt, daß der Quaderdipol zwlschen zwei gleichnamig gepolten, axial magnetisierten Magnetplatten angeordnet wird. Sich selbst überlassen, stoßen sich Litt PLatten ab. 7wischen dienen Platten (2) billet sich ein stehendes, schwach verdichtetes, symmetrisches Kraftlinienfeld, dessen Richtung eine Feldkomponente längs der parallelen Bahn aufweisen soll und mit der Dipolachse in Übereinstimmung ist.
• Die Dipolachse (z) verläuft über die beiden Pole des Quaders und durchquert lie magnetisch neutrale Zone zwischen den Polen.
• Der besseren Übersicht wegen, ist das Luftspaltfeld zwischen dem Quaderdipol und den Magnetplatten räumlich auseinandergezogen, Wie ist nun die Punktion und das Verhalten des auf einer ebenen FUhrungafläche liegenden, aber in der Längsrichtung freibeweglichen Quaderdipols in der Bahn zwischen den ruhenden Magnetplatten? An der Stelle im Luftspalt, an welcher sich die gleichnamigen Pole der Magnetplatten und des Quaders diametral gegenüberstehen, bildet sich, wie in Abb. 2 beim oberen Quader dargestellt ist, infolge der gegenseitigen Abstoßung eine Aufspaltung des Feldlinienniveaus. Es entsteht ein nach Betrag und Richtung stark inhomogenes Luftspaltfeld mit einer im inneren des Luftspaltes sich ausbildenden Potentialdifferenz. Während beim abstoßenden Dipolpol die Feldlinien in den Bahnraum abgedrängt werden, wird das Feld der Magnetplatten im abstoßenden Luftspaltbereich zu einem Feldlinienband hoher Flußdichte zu sammengedrängt. Dieses hochverdichtete Feldlinienband greift null In der Längsrichtung des Luftspaltes über die magnetisch neutrale Dipolzone hinweg, zum ungleichnamigen anziehenden Dipolpol und übt damit auf den Quader eine Zugkraft aus. Die Divergenz, als Maß für den Betrag der potentiellen Energie differenz im Luftspalt, ist definiert durch die unterschiedliche Flußdichte im abstoßenden und anziehenden Dipolbereich des Luftspaltes. Die potentielle Energie im Luftspalt ist gleich der Arbeit welche vom Luftspaltfeld an dem starren Körper des Quaderdipols verrichtet wird, wenn sich dieser vom Anfangs zum Endpunkt des Arbeflsweges bewegt. Die außerordentlich hohe Verdichtunh im abstoßenden Luftspaltbereich über wiegt die Felddichte im schwach verdichteten Baimraum außerhalb des Luftspaltes um ein Vielfaches. Der Quaderdipol zeigt daher das ungewöhnliche Verhalten, daß seine Nordpolstirnseite gegen den Bahn-Nordpol der Magnetplatten anläuft. Zusammenfassendes Ergebnis: Der Quaderdipol läuft gegen die Kraft des äußeren Feldes an, Dieses Anlaufen des gleichnamigen Pols des Quaders gegen den gleichnamigen Pol der Magnetplatten ist ein wesentliches Kennzeichen vorliegenden Verfahrens und ist eine unerläßliche, zwingende Voraussetzung zu seiner Verwirklichung.
• Die Vorverdichtung des Bahnfeldes durch die sich gegenüberliegenden, gleiclmamig gepolten Magnetplatten, begünstigt das Einlaufen des Bahnfeldes in den Luftspalt und unterdrückt Wirbelbildungen.
• Jn der unteren Stellung des Quaderdipole in Abb. 2 wird das Aufhören der Translation oder Parallelverschiebung dargestellte Der Quader schießt am Ende der offenen Bahn mit seinem abstoßenden Pol über die Bahn hinaus und bleibt mit seinem anziehenden Pol in einer Coulomb-Anziehung zwischen den Magnetplatten stehen. Mit dem Hinausragen des abstoßenden Dipolpoles aus der Bahn hört die inhomogene Wirkung des magnetischen Dipolmomentes auf 0 Die Wechselwirkungen dreier Magnetpole im Luftspalt9 die Aufspaltung des Feldlinienniveaus mit der Folge der potentiellen Verschiebung des Quaderdipols sind damit beendet. Für die Eingangs als Voraussetzung des Verfahrens gestellte Aufgabe, zunächst mit einfachen Mitteln ein inhomogenes, verschiebendes Magnetfeld und eine gleichförmig beschleunigte Translationebewegung eines magnetischen Dipols in diesem Feld herbeizuführen, ist jedoch ein Lösungsweg angegeben worden Die geradlinige Verschiebung des Quaders in der Bahn zwischen den Magnetplatten ist gleich der Verrichtung einer Arbeit. Als Arbeit bezeichnet man das Linienintegral der Kraft längs eines Weges. Eine der wichtigsten und daher am häufigsten zu berechnenden physikalischen Größen ist die Arbeit W. Sie ist im Fal-1 der geradlinigen Verschiebung des Quaders um den Streckenvelst-or s durch Autlbung der konstanten magnetischen Kraft F definiert als W = F # S Jn der Abb. 3 sind die dreipoligen inneren Kräfte im Buftspalt welche in einer gegenseitigen Wechselbeziehung zueinander stellen, duilcli Pfeile gekennzeichnet. Jn direkter Verbindungslinie der beiden Pole des Quaders zu dem sich diametral gegenüberliegenden Einzelpol der Magnetplatten, erfolgt auf den gleichnamigen, abstoßenden Dipolpol eine Abstoßung, auf den ungleichmäßigen, enziehenden Dipolpol eine Anziehung. Nun tritt aber in diesem inhomogenen dreipoligen Luftspaltfeld eine dritte Wechselwirkung auf, das vektorielle Verschiebungsfeld, das die Grundlage und Basis des vorliegenden Verfahrens bildet. Nach dem Wechselwirkungsprinzip (3. Newtonsches Axiom) treten Kräfte inner paarweise als Wechselwirkungskräfte auf.
• Diese greifen im Luftspalt sowohl beim Quaderdipol wie auch bei den Magnetplatten an; sie sind dem Betrag nach gleich, der Richtung nach entgegengesetzt. Die resultierende Kraft ist durch diö Summe der wirkenden Kräfte von Magnetplatte und Quadipol gegeben und ihr Einfluß auf den starren Quaderkörper bedeutet, daß auf bii eine einzige, eben die resultierende Verschiebungskraft einwirkt. Der resultierende Kraftvektor der die Parallelverschiebung des Quaders auslöst, hat nicht mehr die Richtung einer Verbindungslinie zwischen zwei sich direkt gegendberstehenden Polen, wie z.B. bei der bekannten Coulomb-Wechselwirkung, sondern der Kraftvektor verläuft von der eSnpoligen Magnetfläche ausgehend, an abstoßenden Dipolpol vorbei, schräg über die ganze Länge des Luftspaltes zum anziehenden Dipolpol. Je kleiner der Luftspalt desto geringer wird der dieser Schräge entsprechende Winkel und in einem solchen Falle kann der Kraftvektor als geradlinig innerhalb der ganzen Länge des Luftspalt es betrachtet werden.
• Bei der Kopplung der Dipole des Quaders mit der einpoliger Bahnfläche der Magnetplatten, liegt ein kompliziertes nichtlineares Problem vor. Zu der mathematischen Behandlung der fundamentalen Kopplungskonstanten im Luftspalt läßt sich eine Regel aufstellen. Das magnetische Dipolmoment des Quaders ist das Produkt aus der Polstärke und der Abstand der Dipole und ist im Luftspalt gleich der axialen magnetischen Spannung. Der resultierende Kraftvektor welcher er die neutrale Dipolzone zum anziehenden Dipolpol hinübergreift, ist proportional dem Verdichtungsfaktor im abstoßenden Luftspaltbereich, multipliziert mit der magnetischen Spannung des Dipolmomentes und dem Volumen im Luftspalt. Eine Theorie füf freei Felder allein hat physkalisch keinen Sinn. Der Inhalt der physikalischen Welt zeigt sich durch die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Feldern.
• Die Eigenschaft des Anlaufens des gleichnamigen Dipolpoles gegen den gleichnamigen Pol in der Bahn zwischen den Magnetplatten ist das hervorstechende Indiz des Verfahrens. Jm Vergleich stellt es eine Ergänzung der Coulomb-Kraft zwischen zwei Magnetpolen dar, die sich in einer direkten Linie entweder an ziehen, oder abstoßend, Außer der dreipoligen Konfiguration liegt der Unterschied zur Coulomb-Wechselwirkung in der Richtungsab ahängigkeit der Dipolachse zu den Feldlinien des Vektorfeldes.
• Um von einer Translation in eine Rotation überzugehen, ist es naheliegend die Magnetplatten als axial magnetisierte Ringmagnete auszubilden. Ein damit angestellter Versuch hat gezeigt, daß wenn die Dipolachse tangential in Richtung des Kreis bogens vom Ringmagneten gestellt wird, eine potentielle Verschiebung des Quaderdipole gleich Null ist. Bei Querstellung der Dipolachse zum Kreisbogen wirkt jetzt auf den Quader eine Zugkraft in radialer Richtung. Je nach der Polarität läuft der Quaderdipol vom inneren Rand des kleineren Durchmessers, zum äußeren Rand des größeren Durchmessers, oder umgekehrt. Aus diesem Verhalten kann der Schluß gesogen werden, daß die Kreisfläche eines Ringmagneten eine Äquipotential- oder Niveaufläche darstellt mit Äquipotentiallinien gleichen Potentials, welche konzentrische Kreise bilden. Die wirksamen Feldlinien stehen senkrecht auf der Kreisfläche und verlaufen in radialer RichtungO Da die Dipolachse des Quaders, wenn eine Verschiebung zustande kommen soll, in die Feldrichtung gelegt werden muß, so wirkt die auf den Quader ausgeübte Zugkraft bei einem Ringmagneten nur radial. Auf Grund des radialsymmetrischen Feldverlaufes und der Richtungsorientierung der Dipolachse während einer Verschiebung, iet daher eine Rotationsbewegung des Quaderdipols in der Bahn zwischen Ringmagneten ausgeschlossen.
• Jm Nachfolgenden wird in einem schrittweisen Vorgehen das Verfahren erläutert, die Quaderdipole von der zum Zwecke des Verfahrens vorgeschlagenen dreipoligen Translationsbewegung aus, welche die unerläßliche Vorbedingung und die Basis des Verfahrens bildet, in eine Rotationsbewegung zu transformieren.
• Bei allen grundsätzlichen kinematischen Gemeinsamkeiten von Trans.lation und Rotation besteht die Schwierigkeit beim vorliegenden Verfahren darin, daß die Feldkomponente der Vektorebene während der Rotation mit den tangential ausgerichteten Dipolachsen der Quader in eine Übereinstimmung zu bringen ist.
• Es werden bei der kinematisch-analytischen Untersuchung Begriffe und Methoden der linearen Vektorräume verwendet. Damit lassen sich wesentliche Merkmale des vorliegenden dynamischen Systerns mittels geometrischer 13eweisführung und Anschauung interpretieren. Das Attribut "linear" in dem Begriff "linearer Vektorraum" ist nicht identisch mit den nichtlinearen inhomogenen Kopplungskonstanten im Impulsraum des Luftspaltes.
• Die eigentliche ebene Vektorfläche-die mit den Quaderdipolen in einer Rotationskopplung steht, wird gebildet von einer Kombination aus einer mittleren quadratischen Magnetplatte, die einen Kreisausschnitt erhält und vier an die Mittelplatte seitlich anzulegenden rechteckigen Magnetplatten. Sowohl die mittlere quadratische, als auch die Seitenplatten sind senkrecht zu ihrer Plattenebene in axialer Richtung magnetisiert. Das bedeutet, daß ihre Oberfläche mit einer einzigen Polarität beaufschlagt ist. Dieses gleiche einpolige Oberflächenpotential der quadratischen Mittelplatte (5) in Abb. 4 und den Seitenplatten (3) kann aus einem Nord- oder Südpol bestehen. Jn der Darstellung wurden diese Platten mit einem Nordpol versehen. Die quadratische Mittelplatte in Abb. 4 weist in analoger Weise wie ein Ringmagnet einen radialsymmetrischen Feldverlauf auf; die rechteckigen Seitenplatten eine Vorzugskomponente des Feldes in Richtung der Schmalseite des Rechtecks. Der radialsymmetrische Feldverlauf der quadratischen Mittelplatte muß, um eine Drehbewegung der Quader zu ermUglichen, abschnittsweise in rotationssymmetrische parallele Feldlinien umgewandelt werden.
• Ganzlich in sich geschlossene parallele magnetische Feldlinien lassen sich nicht verwirklichen.
• Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß wenn zwei Magnetplatten welche die gleiche Polarität haben an der Seite aneinandergelegt werden, daß sich dann die Beldrichtung bei beiden Platten durch die gegenseitige Abstoßung in der Weise umformt, daß ausgehend vom Stoß sich in der Stoßrichtung parallele Feldlinien auf der Magnetflä.che ausbilden. Jn Abb. 5 wird die Mittelplatte mit den angelegten Seitenplatten dargestellt. Das Anlegen der gleichpoligen Seitenplatten an die Mittelplatte bewirkt sowohl bei den rechteckigen Seitenplatten, wie auch bei der Mittelplatte eine Drehung der Polarisationsebene mit dem Ergebnis paraller, dem Stoß entlang laufender Feldlinien mit einer ausgeprägten vertikalen und horizontalen Feldkomponente.
• Die Drehung der Polarisationsebene wird wie Abb. 5 zeigt, durch die an den Ecken angeordneten Polarisationsmagnete t4) mit anziehender Krafteinwirkung weiter gefestigt, in welche die Feldlinien der Seitenplatten, aber auch die Endfeldlinien der quadratischen Mittelplatte einmünden. Mit den Polarisationsmagneten entsteht ber die Seitenplatten ein äußerer geschlossener magnetischer Kreis mit quadratisch linearem Feldverlauf, dessen ausgeprägte lineare Komponente auf die vier Seiten der quadratischen Mittelplatte einen linearen Felddruck ausübt. Die nun so gebildete ebene kombinierte quadratische Magnetplatte von Abb. 5 besteht aus der Mittelplatte, den anliegenden Seitenplatten und den an den Ecken angeordneten Polarisationsmagneten.
• Die quadratische Mittelplatte ist an den Ecken abgeschrägt um die Polarisationsmagnete unterzubringen und um andererseits für die Drehbewegung einen erweiterten Radiusvektor zu erhalten. Der für die Drehung verfügbare Kreisbogen ist gestrichtelt in die Abb. 5 eingezeichnet und überstreicht nur die gleichpoligen mit dem Nordpol ausgezeichneten Flächen Die Innenkanten der Polarisationsmagnete sind entsprechend der Mittelplatte ebenfalls abgeschrägt.
• Das Anlegen der sich abstoßenden Seiteaplatten: an die Mittelplatte erfordert einem Kräfteaufwand. Es hat sich als erforderlich erwiesen, hierfür einen Montagerahmen mit einer verstellbaren Andruckvorrichtung zu verwenden. Die anzupressenden Stellen werden vorher mit einem geeigneter Kleber bestrichten.
• Wenn sich die Polflächen der Platten berühren und eine Aushärtung stattgefunden hat, werden sie trotz ihrer einander abstoßenden Kräfte durch die Klebekräfte zusammengehalten.
• Mit dem Umwandlungsprozeß der Vektorebene in einen quadratisch linearen Verktorraum gemäß Abb. 5 ist noch keine Drehbewegung der Quaderdiode erzielbar. Es muß jetzt die quadratische Komponente in eine quassi kreisförmige Komponente transformiert werden. Zu diesem Zweck wird wie Abb. 6 zeigt, in den Kreisausschnitt der Mittelplatte ein axial magnetisierter, sternförmiger Vierarm-Magnet (6) gelegt, dessen Polarität derjenigen der Polarisationsmagnete gleichkommt. Die vier Polarme liehen mit anziehender Krafteinwirkung den Diagonalbereichen der Mittelplatte in einem Luftspalt direkt gegenüber.
• Damit wird dreierlei erreicht: 1.) Der Verdrängung der Feldlinin der Mittelplatte während der Drehung der Polarisationsebene wird am inneren Rand der Diagonals, durch Einmündung der vertikalen und horizontalen Feldkomponente in den anziehenden Gegenpol des Vierarm-Magneten ein Übergang in einen geschlossenen magnetischen Kreis ermöglicht, wie es bei allen dynamischen Magnetsystemen hergestellt werden muß.
• 2.) Es wird in der Diagonale eine Gegenkraft zu den an den Ecken befindlichen Polarisationsmagneten ausgeübt. Ohne diese Gegenkraft erfahren die Quaderdipole beim Dipolübergang in der Diagonale eine bewegungshemmende Ablenkung in die Richtung der Polarisationsmagnete. Diesem Ablenkungseffekt wirkt der innere Vierarm-Magnet mit seinem nach dem inneren Rand der Diagonale ausgerichteten Kräftemoment entgegen. Dieses nach dem inneren Rand der Diagonale orientierte Kräftemoment unterstützt den Krümmungsradius der Feldlinien in der inneren Randkurve und damit die tangentiale Kreisverwandtschaft der aufgespannten Vektorebene.
• 3.) In diesem so gebildeten Feldsystem der Diagonale besteht die Überlagerung einer radialen Feldkomponente, welche auf der Dipolachse senkrecht steht und zweier angenähert paralleler, gleichartigen Komponenten, welche mit der Dipolachse einem bestimmten Winkel einschließen. Damit wird auf den Quader in der Diagonale ein diesen Winkel entsprechendes Drehmoment ausgeübt. Das Minim in der Diagonale ist daher kein absolutes, sondern ein sogenanntes relatives oder lokales Minimum.
• Außerdem sind in Abbe 6 zwei Quaderdipole mit ihren tangential ausgerichteten Dipolachsen in die Vektorebene eingezeichnet. Der Drehimpulsvektor wird durch die Winkel festgelegt, die er mit der Dipolachse bildete Der Drehimpulsvektor ist abhängig von dem Kosinus des von Dipolachse und Vektorfeld eingeschlossenen Winkels; von dem Verhältnis des Tangentenvektors der Feldlinien der Magnetfläche zu den tangential ausgerichteten Dipolachsen. Dazwischen liegen die Funktionswerte mit einem relativen Maximum und einem relativen Minimum bei welchen der eingeschlossene Winkel einen von Null verschieden Wert aufweist. Die Funktions- und Beschleunigungsübergänge sind nicht starr, sondern dem befolgten Konstruktionsprinzip gemäß, gehen sie fließend ineinander über0 Unter der Einwirkung der gegenseitigen Wechselwirkungskraft ist die Gewähr gegeben, daß die Quaderdipole die gekrtizinnte Bahnkurve des Kreisbogens, deren Feldlinien, wie Abb. 6 zeigt., in eine rotationssymmetrische Kreisverwandtschaft transformiert wurden, mit konstantem Drehimpuls durchlaufen.
• Der leichte Dipolübergang in der Diagonale kann durch die verschieden großen Luftspalte der Abschrägekante der Polarisationsmagnete und des Vierarm-Magneten beeinflußt werden. Um dennoch, auch bei einem größeren Luftspalt der Polarisationsmagnete ihre linear polarisierende Eigenschaft auf die Seitenplatten voll aufrechtzuerhalten, wird ihre Abschrägekante, wie dies die Abbildungen zeigen, nach innen abgesetzt. Der kleinere Luftspalt des Vierarm-Magneten im Kreisausschnitt der Mittelplatte bewirkt, daß der Umkehrpunkt des Dipolüberganges sich zum inneren Rand neigt, wodurch eine Ablenkung des Quaders zum äußeren Rand vermieden wird. Eine weitere Moglichkeit des leichten Dipolüberganges besteht darin, daß die Quader die Diagonale mehr zum inneren Rand hin durchlaufen.
• Je Nachfolgenden wird eine besondere Magnetisierungsmethode zur Drehung der Polarisationsebene von Seitenplatten und Mittelplatte angegeben. Die zu diesem Zweck rein mechanische Drehung durch Anlegen der sich abstoßenden Seitenplatten an die gleichpolige Mittelplatte kommt dabei in Wegfall. Bei dieser Magnetisierungsmethode werden die magnetisierten Seitenplatten an die unmagnetisierte Mittelplatte in einer Klebeverbindung zusammengefügt. Auch die magnetisierten Polarisationsmagnete und der magnetisierte Vierarm-Magnet werden, wie es Abb. 6 zeigt, in diese Plattenkombination mit eingebracht. Erfolgt jetzt nachträglich in diesem Verbund und zwar gesondert für sich allein, die Aufmagnetisierung der Mittelplatte in der gleichen axialen Polarität wie die der Seitenplatten , so konnen sich wegen dem gegenseitigen Felddruck keine radialen Feldlinien mehr ausbilden. Man beobachtet in diesem Fall ein 3estreben der Kraftlinien sich voneinander zu entfernen. An der Grenzfläche von Seitenplatten und Mittelplatte bilden sich, dem gegenseitigen Felddruck nachgebend, parallele Feldlinien aus, die sich über die ganze Fläche voia Seitenplatten und Mittelplatte verbreitern. Die Tangentialkomponenten der magnetischen Felderregung werden dann beiderseits der Grenzfläche gleich und gehen mit den tangentialen Dipolachsen eine Drehimpulskopplung ein. Die Anwesenheit des Vierarm-Magneten im Kreisausschnitt der Mittelplatte während diesee separaten Magnetisierungsvorganges, unterstützt durch das Einlaufen der Feldlinien der Mittelplatte in die anziehenden Polarme fm Bereich der Diagonalen, die Kreisverwandtschaft der entstehenden Vektorebeine. Der nach der Aufmagnetisierung fortbestehende gegenseitige, permanente Felddruck von Seitenplatten und Mittelplatte erhöht die Feldliniendichte der Vektorebene.
• Die zur Überwindung bei der rein mechanischen Drehung der Polarisationsebene erforderliche Andruckkraft muß bei dieser Magnetisierungsmethode durch eine höhere Magnetisierungskoerzitivfeldstärke aufgebracht werden. Zum separaten Aufmagnetisieren der Mittelplatte in der geschilderten Weise ist kurzzeitig ein sehr großes Magnetfeld notwendig, das mit I?ilfe einer Kondensatorentladung in den Elektromagneten eines Magnetisierungsjoches erzeugt wird. Dabei wird die ganze Plattenkombination, wie sie Abb. 6 zeigt, in das Magnetisierungsjoch eingespannt. Um die allein noch unmagnetisierte Mittelplatte im Joch gesondert für sich zu magnetisieren, werden Flußleitstücke welche die genaue Form der Mittelplatte aufweisen, auf die beiden Jochhälften aufgesetzt.
• Wie Abb. 7 zeigt, werden die Quaderdipole in gleichmäßigen Abständen in Nuten am Umfang eines Drehkörpers befestigt und in die Kreisbahn geführt. Die Lage der Quader in den Nuten ist derart, daß ihre Dipolachsen tangential zum Kreisumfang verlaufen. Der Drehkörper besitzt im Mittelpunkt eine drehbar gelagerte Achse. Das Material des Drehkörpers soll nichtmagnetisch und nichtleitend sein, ist daher zweckmäßigerweise ein Kunststoff; der mechanischen Fesigkeit wegen ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Der Drehimpuls wird über den Drehkörper zur Drehachse weitergeleitet und überträgt damit auf die Drehachse ein Arbeit leistendes Drehmoment. Die Eigenschaft Arbeit zu leisten, ist ein wesentliches Kennzeichen der magnetischen Feldenergie. Der Drehsinn der Rotationsbewegung ist abhängig von der Polarität des Dipols zur Polarität der dem Quaderdipol gegenübeerliegenden einpoligen Magnetfläche. Im gezeichneten Beispiel von Abb. 6 und 7 ist die einpolige Stirnseite der Magnstfläche ein Nordpol. Liegt der Nordpol der Quaderdipole, vom Mittelpunkt aus gesehen, links wie in der Zeichenebene, so ergibt sich eine Linksdrehung; denn die Quader laufen gegen die äußere Kraft der Magnetfläche, also nach links gegen deren Nordpol an. Dieses Anlaufen der gleichnamigen Dipolpoles gegen den gleichnamigen Pol in der Bahn von Magnetflächen, ist die bemerkenswerte Eigenschaft, welche schon Eingangs als das herausragende Indiz des Verfahrens hervorgehoben wurde.
• Zwischen den Quaderdipolen, die sich auf dem Drehkörper mit ungleichnamigen Polen gegenüberliegen, tritt ein unerwünschtes Streufeld auf. Im gleichen Ausmaß wie Streufeld zwischen den Dipolen auftritt, der äußere magnetische Kreis über die Dipole geschlossen wird, verringert sich der Nutzfluß in den Luftspalten. Dieses Streufeld zwischen den Dipolen wird, wie Abb. 7 zeigt, durch die Trennmagnete (7) unterbunden. Die Trennmagnete sind in den Nuten des Drehkörpers entgegengesetzt wie die Quaderpole gepolt6 Jeder Polseite der Quader liegt eine gleichnamig gepolte, sich gegenseitig abstoßende Polseite der Trennmagnete im Mittenabstand zwischen zwei Quadren gegenüber.
• Die entgegengesetzte Polung der Trennmagnete bewirkt ein entgegensetzes Drehmoment. Dieses engegenwirkende Drehmoment wird durch zwei Maßnahmen stark verringert. Erstens erhalten die Trennmagnete ein viel geringere Breite und zweitens wird der Luftspalt zwischen den Trennmagneten und der Magnetplatte vergrößert. Eine noch schwache Restgegenwirkung auf das Drehmoment wird durch den erzielten Gewinn an Nutzfluß in den Buftspalten der Quaderdipole weitgehend kompensiert.
• Wie erwähnt liegt eine Schwierigkeit des Verfahrens in der Notwendigkeit, die Feldlinien der Vektorebene mit den tangentialen Dipolachsen in eine mehr oder weniger große Übereinstimmung zu bringen. Es muß in die Richtung der Translation mit der Achse der Rotation eine Parallelität eingebracht werden0 Die Drehung der Polarisationsebene der Mittelplatte im Abschnitt der Seitenplatten von einer ursprünglich radialen Normalkomponente, in eine rotationssymmetrische Tangentialkomponenete, ist von eminenter Bedeutung um die Dipolachse z, d.h.
• die z-Komponente in eine Drehimpulskopplung mit der Vektorebene zu bringen.
• Jn Abbo 8 ist ein charakteristisches Querschnittsbild der dem Verfahren spezifisch eigenen Gesamtanordnung dargestellt.
• Zwischen den beiden sich mit gleichnamigen Polen gegenüberliegenden quadratischen Magnetplatten, welche aus den Seitenplatten (3) den Mittelplatten (5) und dem inneren Vierarm-Magneten (6) zusammengesetzt sind, befindet sich der auf einer Drehachse (9) gelagerte Drehkörper mit den am Umfang eingesetzten Quaderdipolen (1). Der Luftspalt zwischen den Quaderdipolen und den Magnetplatten kann bei glatten Oberflächen und hinreichender mechanischer Genauigkeit bei 0,01 Millimeter liegen.
• Selbst eine direkte Her, eine gleitende Reibung ist zulässig. Bei einem sehr geringen Luftspalt verlaufen die Feldlinien wie in Abb. 2, werden dann aber mehr ins Jnnere de Materials verlagert. Um die Scherung der Kennlinie gering zu halten, sollen die Feldlinien der äußeren freien Stirnseiten nicht in Luft enden. Zum Zweck der magnetostatischen Bindung wird daher den außeren Stirnseiten eine weichmagnetische Platte (8) gegenübergestellt.
• Es gibt zwei qualitativ verschiedene Möglichkeiten, Bewegung und die 1 entsprechende Energie von einem makroskopischen Körper auf einen anderen zu übertragen: durch Leisten von Arbeit oder durch Wärmeaustausch. Energieübertragung in der form von Arbeit ist stets das Ergebnis einer Kräftewechselwirkung zwischen Körpern. In einem abgeschlossenen System wie bei dem des vorliegenden Verfahrens, bei welches die Energieübertagung in der Form von Arbeit zwischen einem zweipoligen Quaderdipol und einer einpoligen Magnetfläche geschieht, kann die Gesamtenergie, also die kinetische und die potentielle Energie auf keine Weise verändert werden.
• Man bezeichnet ein System von Körpern als konservativ, Wenn alle auf diese Körper (Quaderdipole) wirkenden äußeren Kräfte (einpolige Magnetflächen) stationär sind und ein Potential besitzen und wenn im Inneren (Luftspalt) nur Potentialkräfte herrschen. Der Satz von der Erhaltung der Gesamtenergie eines Körpers in einem konservativen Kraftfeld ist von fundamentaler Bedeutung, Die mechanische Energie eines konservativen Systems ist von der Bewegung des Systems unabhängig. Dieses Ergebnis bezeichnet man als das "Gesets der Erhaltung der mechanischen Energie'?. Es gilt insbesondere für jedes abgeschlossene System von Körpern, deren Wechselwirkungskräfte Potentialkräfte sind.
• Diese Maxime trifft auf die Wechselwirkungskräfte im Luftspalt zwischen den Quaderdipolen und den einpoligen Magnetflächen zuO Die potentielle Energie eines konservativen Systems hängt nicht explizit von der Zeit ab. Daher ist Diese Gleichung drückt den Energiesatz, d.h. den Satz von der Erhaltung der mechanischen Energie aus, wenn die Kräfte, die an dem Körper Arbeit leisten, Potentialkräfte sind.
• Die hartmagnetischen Werkstoffe des vorliegenden dynamischen Magnetsystems müssen einen hohen Widerstand gegen Fremdfelder und gegen Ummagnetisierung aufweisen. Dazu ist in erster Linie eine möglichst große Koerzitivfeldstärke unerläßlich. Große Koerzitivfeldstärken werden von den hexagonalen Barium- und Strontiumferriten erreicht. Die oxidkeramischen hartmagnetischen Ferrite mit ihrer starken Kristallanisotropie und ihrer großen Koerzitivfeldstärke sind ein geeigneter Werkstoff für die in dem Verfahren verwendeten, ausschließlich axial magnetisierten Magnetplatten. Es sind jetzt neuartige Dauermagnetwerkstoffe verfügbar, die außer einer großen Koerzitivfeldstärke auch eine hohe Remanenz aufweisen. Eine Legierung aus Mangan, Aluminium und Kohlenstoff hat gegenüber herkömmlichen Alatco- oder Ferritmagneten eine um 30% höhere Energiedichte.
• Der kobaltfreie Werkstoff dieser Legierung hat eine gute mechanische Belastbarkeit und Festigkeit. Er läßt sich schneiden, bohren oder drehen. Jn diese Kategorie hoher Energiedichte und guter mechanischer Bearbeitbarkeit, fällt auch ein neuartiger Dauermagnetwerkstoff aus dem Bereich der Seltenen Erden - Cobalt mit Kunststoffbindung.
• Das Verfahren nimmt von der Verschiebung eines starren Körpers, und zwar eines magnetischen Dipols, in einem inhomogenen Magnetfeld seinen Ausgangspunkt. Zwischen Translation (Parallelverschiebung) und Rotation (Drehbewegung} besteht eine enge kinematische und kinetische Analogie. Diese Analogie wurde zum Zwecke des Verfahrens in erfindungsgemäßer Weise abgewandelt.
• Seine Energie zufuhr erhält das Verfahren durch die in den Permanentmagneten umlaufenden Ampereschen Molekularströme.
• Einstein und De Haas gelang der experimentelle Nachweis, daß der Magnetismus permanenter Magnete auf Magnetfelder elektrischer Ströme zurückgeführt werden kann.
• Zur Abgrenzung des Verfahrens zum Stand der Technik in Bezug auf die Verschiebung eines magnetischen Dipols in einem inhomogenen Magnetfeld wird auf folgende Druckschrift hingewiesen: "Hans Ferdinand Grave, Grundlagen der Elektrotechnik 1, Seite 184, Bild (9-16), Magnetischer Dipol im inhomogenen Magnetfeld, 7. Zeile von unten mit dem Text: Diese Kraft sucht den Dipol in Richtung zunehmender Flußdichte zu verschieben.
• Erschienen in der Akademischen Verlagsgesellschafft Frankfurt am Main 1971." Patentansprüche.

Claims (6)

Patenansprüche.

1) Verfahren um permanentmagnetische Dipole in einem inhomogenen Magnetfeld in eine Rotation zu versetzen9 welches von den kinematischen und kinetischen Analogen zwischen Translation (Parallelverschiebung) und Rotation (Drehbewegung) ausgeht und die Verschiebung eines magnetischen Dipols in einem inhomogenen Magnetfeld zur Grundlage hat, dadurch gekennzeichnet, daB die Inhomogenität des verschiebenden Feldes (Abb. 2 und 3) durch Wechselwirkungskräfte zwischen dem magnetischen Dipolmoment eines rechteckigen Quaderdipols (1) einerseits und der einpoligen Fläche ruhender Magnetplatten (2) andererseits, deren Feldlinien mit der Dipolachse übereinstimmen9 in einem engen Luftspalt herbeigeführt wird9 welche eine Potentialdifferenz im dreipoligen Buftspaltfeld zur Folge hat, und die Dipole mit ihren Dipolachsen tangential in den Nuten eines Drehkörpers befestigt werden, der auf einer Drehachse zwischen Magnetplatten (Abb. 8) die sich mit gleichnamigen Polen gegen überliegen angeordnet wird und die Feldlinien der aus Einzelstücken zusammengesetzten quadratischen Magnetplatten durch Drehung der Polarisationsebene eine vertikale und horizontale Tangentialkomponente (Abb. 6) erhalten, welche in den Diagonalbereichen in die Polarme des inneren Vierarm-Magneten (6) einmünden und mit den tangentialen Dipolachsen der Quaderdipole eine Drehimpulskopplung eingehen, welche den Quaderdipoa len einen, über den ganzen Umfang gemittelten, konstanten Drehimpuls erteilen, welcher über den Drehkörper zur Drehachse weitergeleitet, dieser ein Arbeit leistendes Drehmoment überträgt, dessen herausragende Eigenschaft das Anlaufen des gleichnamigen Dipolpoles gegen den gleichnamigen Pol in der Bahn zwischen den Magnetplatten ist.

2> Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Quaderdipolen gegenüberliegenden Magnetplatten gemäß Abb. 6 zusammengesetzt sind aus einer quadratischen Mittelplatte (5>, an diese anliegend die abstoßenden rechteckigen Seitenplatten (3) deren Feldlinien unter einer linearen Anziehung in die an den Ecken angeordneten Polarisatotonsmagnete (4) einlaufen und dem im Kreisausschnitt der Mittelplatte befindlichen Vierarm-Magneten (6) der mit anziehender Kraft den Diagonalbereichen in einem Luftspalt gegenübersteht.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB der den Quaderdipolen auf der aufgespannten euklidischen Vektorebene verfügbare Radiusvektor nur die gemeinsamen gleichpoligen Flächen von Mittelplatte und Seitenplatte erfaßt und die Mittelpiatte und die Polarisationamagnete eine abgeschrägte Kante erhalten und die Abschrägekante der rolarisationsmagnete zum Zwecke eines Luftapaltes zurückgesetzt wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufmagnetisierung der quadratischen Mittelplatte zum Zwecke der Ausbildung einer Tangentialkomponente, welche mit den tangentialen Dipolachsen der Quaderdipole eine Drehimpulskopplung einzugehen in der Lage ist, in der Weise vorgenommen wird, daß um die noch unmagnetisierte Mittelplatte die bereits magnetisierten Seitenplatten, diese in einer Klebeverbindung, die magnetisierten Polarisationsmagnete und der magnetisierte Vierarm-Magnet angeordnet werden und jetzt nachträglich in der Umgebung dieses hartmagnetischen Materialverbundes, gesondert für sich allein, die axiale Magnetisierung der Mittelplatte senkrecht zur Plattenebene, in einem sog. Magnetisierungsjoch mit der gleichen Polarität wie die der Seitenplatten erfolgt, unter Zuhilfenahme von weichmagnetischen Flußleitstücken, welche die Form der Mittelplatte aufweisen, die auf die beiden Jochhälften aufgesetzt und mit der Mittelplatte in Deckung gebracht werden

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das äußere Streufeld und den magnetischen Kreis zwischen den Quaderdipolen zu unterbinden, schmale Trennmagnete (7) in den Nuten des Drehkörpers zwischen die Quader eingesetzt werden, die mit gleichnamiger, abstoßender Polarität den Polseiten der Quaderdipole im Mittenabstand gegenüberliegen und deren luftspalt zur Vektorebene, um das entgegenwirkende Drehmoment noch zusätzlich zu verringern, in Bezug auf den Luftspalt der Quaderdipole, vergrößert wird.

6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die ausschließlich axial, senkrecht zur Plattenebene, magnetisierten Magnetplatten, Polarisationsmagnete, Vierarm-Magnet, Trennmagnete und der Quaderdipole, in erster Linie ein Dauermagnetwerkstoff hoher Koerzitivfeldstärke, unabhängig von seiner Remanenz und seinem Energieprodukt (BX H) max0, verwendet wird, dessen gerade Entmagnetisierungskennlinie bei der im Verfahren vorliegenden dynamischen Beanspruchung, nämlich im dreipoligen Luftspaltfeld, in dem Abstoßungs- und Ånziew hungskräfte und lineare Verschiebungskräfte zu gleicher Zeit auftreten, positiv in Erscheinung tritt