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B e s c h r e i b u n g.
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Verfahren um permanentmagnetische Dipole in einem inhomogenen Magnetfeld
in eine Rotation zu versetzen.
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Das vorliegende Verfahren beruht auf der Verschiebung eines starren
Körpers und zwar eines permanentmagnetischen Dipols in einem inhomogenen Magnetfeld.
Zwischen Translation (Parallelverschiebung) auf einer Geraden und Rotation (Drehbewegung)
auf vorgeschriebener Bahn besteht eine enge Analogie. Eine Voraussetzung um von
einer Translation in eine Rotation von Dipolen überzugehen, ist ein mit einfachen
Mitteln herstellbares inhomogenes Magnetfeld. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen,
wurde in der Hauptanmeldung (Aktenzeichen: P .30 16 649.5) vorgeschlagen, die Inhomogenität
des verschiebenden Feldes durch die Wechselwirkungskräfte zwischen dem magnetischen
Dipolmoment des Dipols.einerseits und der einpolieen Fläche ruhender dagnetplatten
andererseits, deren Feldkomponente mit der Dipolachse 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. Die Inhomogenität wird durch eine Aufspaltung des Feldlinienniveaus
in dem dreipoligen Suftspalt hervorgerufen.
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Um von einer Translation in eiite Rotation der Dipole überzugehen,
ist es naheliegend die ruhenden Xagnetplatten als Ringmagnete auszubilden. Ein damit;
angestellter Versuch hat nun gezeigt, daß wenn die Dipolachse tangential in Richtung
des Kreisbogens vom Ringmagneten gestellt wird, eine potentielle Verschiebung des
Dipole gleich Null ist. Bei Querstellung der Dipolachse zum Kreisbogen wirkt jetzt
auf den Dipol eine Zugkraft in radialer Richtung. Je nach der Polarität läuft der
Quaderdipol
vom inneren Rand des kleineren Durchmessers, zum äußeren Rand des großeren Durchmessers,
oder umgekehrt. Auf Grund des radialsymmetrischen Feldverlaufes und der Richtangeorientierung
der Dipolachse zum Vektorield, ist daher eine Rotationsbewegung des Quaderdipols
in der Bahn zwischen Ringmagneten ausgeschlossen.
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Bei Experimenten wurde nun festgestellt, daß wenn zwei rechteckige
Magnetplatten welche die gleiche Polarität haben, an ihrer Schmalseite, unter Überwindung
der abstoßenden Kräfte, aneinandergelegt werden, daß sich dann an der Grenzschicht
dem Stoß entlang parallele Feldlinien ausbilden. Es tritt eine Drehung der magnetischen
Polarisationsrichtung auf. Unter speziellAr Anwendung dieses Vorganges wurde vorgeschlagen,
in einer @uklidischen Verktorebene mittels zusammengesetzter Magnetplatten, welche
sich entweder abstoßen oder anziehen, eine tangentiale Geometrie der Kraft linien
mit einem angenahert kreisförmigen Feldverlauf herauszubilden.
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Die vorliegende Zusatzanmeldung bezweckt in erster Linie eine bessere
Ausbildung der tangentialen Feldkomponente in der Vektorebene, welche für eine Drehimpulskopplung
mit den Dipolaschen unverzichtsbar ist. Außerdem wird für eine Mehrfachausnutzung
in mehreren nebeneinander liegenden Ebenen, oder Kammern, eine praxisnahe Lösung
aufgezeigt.
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Analog wie in der Bauptanmeldung setzt sich die Gesamtmagnetplatte
(Abb. 1) zusammen aus einer quadratischen Kittelplatte (1), an diese anliegend abstoßende
rechteckige Seitenplatten (2). Die Seitenplatten sind ihrerseits über die Ecken
mit anziehenden Polarisationsmagneten (3) zu einem geschlossenen linearen magnetischen
Kreis verbunden. Jn den Kreiausschnitt der Mittelpiatte ist ein Vierarm-Magnet gelegt,
dessen 4 Polarme den Diagonalbereichen mit anziehender Kraft gegen berliegen und
in welche die Feldlinien der Mittelplatte in den Umkehrpunkten einmünden. Mit diesem
Einlaufen der Peldlinien der Mittelplatte in die Polarme des Vierarm-Magneten (4)
im Bereich der Umkehrpunkte, ist für die Feldlinien der Mittelplatte abschnittsweise
ein geschlossener magnetischer Kreis
in den 4 Winkelräumen der Diagonalen
hergestellt. Die linear ausgerichteten Seitenplatten werden als Basissektoren in
dem so gebildeten kreisverwandten tangentialen Vektorraum benutzt, um den erforderlichen
übergeordneten Parallelismus der Feldlinien am äußeren Umfang zu bewerkstelligen.
Während so-am äußeren Umfang eine quadratisch lineare, parallele Feldkomponente
ausgebildet ist, wird durch das Einmünden der Feldlinien der Mittelplatte in die
Polarme des Vierarm-Magneten im Bereich der Diagonalen eine angenäherte Kreisbahn
der Gesamtvektorebene ermöglicht.
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Wie bereits in der Hauptanmeldung erwähnt, wird eine besondere Magnetisierungsmethode
zur Drehung der Polarisationsebene von Seitenplatten und Mittelplatte beim Verfahren
angevendet. Bei dieser Xagnetisierungsmethode wird die noch unmagnetisierte Mitteiplatte
mit sämtlichen bereits magnetisierten lachbarplatten, wie den Seitenplatten, den
Polarisationsmagneten und dem Vierarm-Xagnet umgeben. Die Seitenplatten werden mit
einer Klebeverbindung an die Xittelplatte unlösbar verbunden. Nun erfolgt nachträglich
in diese: hartmagnetischen Materialverbund und zwar gesondert für sich allein die
axiale Aufmagnetisierung der Mittelplatte in der gleichen Polarität wie die der
Seitenplatten. Während dieses Magnetisierungsvorganges formiert sich in der Vektorebene
die gewünschte kreisverwandte tangentiale Feldkomponente durch die auftretenden,
inneren gegenseitigen Abstoßungs- und Anziehungskräfte. An der Grenzfläche von Seitenplatten
und Mittelplatte bilden sich, dem gegenseitigen abstoßenden Felddruck nachgebend,
parallele Feldlinien aus, die sich über die Fläche von Seiten-und Mittelplatte verbreitern.
Die linearen Parallelkomponenten werden dann beiderseits der Grenzfläche von Seitenplatten
und dittelplatte gleich. Die Anwesenheit des Vierarm-Magneten im Kreisausschnitt
der Xittelplatte während dieses Magnetisierungsvorganges unterstuzt durch das Einlaufen
der Feldlinien der Mittelplatte in die anziehenden Polarme ii Bereich der Umkehrpunkte,
die tangentiale Kreisverwandtschaft der entstehenden Vektorebene. Der nach der Aufmagnetisierung
fortbestehende gegenseitige, permanente Felddruck von Seitenplatten
und
Mittelplatte erhöht die Diehte der Feldlinien des Induktionsfeldes an dieser Stelle
der Vektorebene.
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Zum separaten Aufmagnetisieren der Mitteiplatte in der geschilderten
Weise ist kurzzeitig ein sehr großes Magnetfeld notwendig, das mit Hilfe von Stoßkondensatoren
in einem Elektromagnet erzeugt wird. Stoßkondensatoren haben die spezielle Aufgabe,
die gespeicherte Energie schlagartig abzugeben. Diese schlagartig einsetzende hohe
Magnetisierungsfeldstärke auf die Mittelplatte verursacht einen starken mechanischen
Abstoßungseffekt auf die gleichpoligen Seitenplatten,?die diesem Druck standhalten
müssen. Um nicht abgestoßen zu werden, werden sie durch eine Klebeverbindung vorher
mit der Mittelplatte verbunden. Bei dieser Magnetisierungsmethode ist es zweckmäßig,
die ganze Plattenkombination wie sie in Abb. 1 dargestellt ist, in ihrer Gesamtheit
in ein sogenanntes Magnetisierungsjoch einzuspannen. Um die allein noch unmagnetisierte
Mittelplatte im Joch gesondert iiir sich zu magnetisieren, werden Flußleitsstücke
welche die genaue Form der Mittelplatte aufweisen, auf die beiden Jochhälften aufgesetzt.
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Um den Bahndrehimpuls der auf die Quaderdipole einwirkt, gegenüber
der Hauptanmedung zu verbessern, hat sich eine Formänderung der Mittelplatte als
notwendig erwiesen Der Rreis° ausschnitt der Mittelplatte wird mit Ausbuchtungen
versehen, zwischen denen die Polarme des Vierarm-Magneten über einen Luft spalt
eingreifen. Die Begründung fogt aus dem Bewegungsverhalten der Quaderdipole. Wenn
die Quaderdipole sich unsymsetrisch außerhalb der Mitte der Bahn befinden, so tritt
außer der Translation ein Bewegungstrend zum nächstgelegenden Rand auf. Jm vorliegenden
Falle zum inneren Rand des Kreis ausschnittes. Dieser versuchten Drehung zum inneren
Rands dieses versuchte Ausschwenken aus der Kreisbahn kann durch die Ausbuchtungen
verhindert werden.
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Jn Abb. 1 sind zwei Quaderdipole in die Vektorebene eingezeichnet.
Beim mittleren Dipol, der sich außerhalb der Diagonale befindet, ist die Ausbuchtung
der Mittelplatte welche zwischen die Polarme des Vierarm-Magneten eingreift, deutlich
ersichtbar.
Durch die Anziehungskräfte der Polarme des Vierarm-Magneten auf die Ausbuchtung
wird die Tangentialkomponen te der Mitteiplatte weiter gefestigt.
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Abb. 2 zeigt die Mittelplatte in Einzeldarstellung mit ihren Ausbuchtungen.
Jn Abb. 3 ist der Vierarm-Msgnet und eine anliegende Seitenplatte mit eingezeichnet.
Die Lage des Quaderdipols ist zwischen dem inneren Rand der Ausbuchtung und dem
äußeren Rand der Seitenplatte. Wenn auch der Abstand des Ouaderdipols zum inneren
Rand geringer ist als zum äußeren Rand, so gleicht sich diese Unsymmetrie zum Teil
dadurch wieder aus, daß die Anziehungskräfte der Polarme des Vierarm-Eagneten die
Feldlinien der Ausbuchtung rotationssymmetrisch ausrichten und stabilisieren. Eine
der Tangentialbeschleunigung übergeordnete, schwach bestehende Ablenkung des Quaderdipols
zum inneren Rand, ist für eine Drehbewegung in kreiförmiger Bahn sogar von Vorteil.
Die Ausbuchtungen der Mittelplatte in welche die Polarme des Vierarm-Magneten eingreifen,
zeitigen als vorteilhaftes Nebenergebnis die genaue geometrische Fixierung der Polarme
in den vier Winkelräumen der Diagonalen.
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Eine weitere Verbesserung gegenüber der Hauptanmeldung betrifft die
Formgebung und Ausbildung der an den Ecken angeordneten Polarisationsmagnete. Jn
der Hauptanmeldung ist die Form der Polarisationsmagnete vorwiegend eine quadratische.
Eine quadratische Fläche ist indes schlecht zu magnetisieren, da alle Richtungen
der Feldlinien durcheinander laufen und einen der äquivalent sind.
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Die Polarisationsmagnete (3) in Abb. 1 sind dagegen halbkreisförmig
abgerundet und besitzen im Mittelpunkt ein Rundloch. Diese beiden Maßnahmen verbürgen
eine Ausrichtung der Feldlinien auf die Endflächen der Polarisationsmagnete und
damit beim Zusammenbau eine gute lineare Anziehungskraft auf die Seitenplatten,
Außerdem ist das Runaloch eine Montagehilfe bei der Mehrfachausnutzung von nebeneinander
liegenden Vektorebenen.
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Wie Abb. 4 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 Drehsinn der Rotationsbewegung ist
abhängig von der Polarität der Dipole zur Polarität der den Quaderdipolen gegenüberliegenden
einpoligen Magnetfläche. Jm Beispiel von Abb. 4 ist die einpolige Stirnseite der
Magnetfläche ein Nordpol. Liegt der Nordpol der Quaderdipole, vom Mittelpunkt aus
gesehen, links wie in der Zeichenebene, so ergibt sich eine Links drehung; denn
die Quader laufen gegen die äußere Kraft der Magnetfläche, also nach links gegen
deren Nordpol an.
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Zwischen den Guaderdipolen, die sich in den Nuten des Drehkörpers
mit ungleichnamigen Polen gegenüberliegen, tritt ein unerwUzischtes Streufeld auf.
Dieses Streufeld wird, wie Abb. 4 zeigt, durch schmale Trennmagnete unterbunden.
Die Trennmagnete befinden sich zwischen den Guaderdipolen und sind entgegengesetzt
wie diese gepolt. Jeder Polseite der Quader liegt eine gleichnamig gepolte, sich
gegenseitig abstoßende Polseite der Erennmagnete im Mittenabstand zwischen zwei
Quadern gegenüber. Die entgegengesetzte Polung der Trennmagnete bewirkt ein entgegengesetztes
Drehmoment. Dieses entgegenwirkende Drehmoment wird durch zwei konstruktive Maßnahmen
stark verringert. Erstene erhalten die Trennmagnete eine viel geringere Breite und
zweitens wird der Luftspalt zwischen den Trennmagneten und der Magnetfläche vergrößert.
Eine noch schwache Restgegenwirkung auf das Drehmoment wird durch den erzielten
Gewinn an Nutzfluß in den Luftspalten der Quaderdi pole weitgehend aufgehoben.
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Der Gedanke ist naheliegend, mehrere nebeneinander liegende Ebenen
oder Kammern für eine Mehrfachausnutzung der Xagnetplatten, also für eine Gewichte-
und Materialersparnis und da mit zu einer Leistungssteigerung beizutragen. Abb.
5 zeigt eine Darstellung mit zwei nebeneinander liegenden Kammern, wobei die in
der Mitte angeordnete Magnetplatte auf beiden
Seiten mit Quaderdipolen
in einer Drehimpulskopplung steht.
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Um die gleiche Drehrichtung auf die gemeinsame Drehachse zu übertragen,
wird in der zweiten Kammer die Polarität der Quaderdipole vertauscht. Außer zwei
Kammern können noch weitere hinzugefügt werden, wobei jeweils bei der nachfolgenden
Kammer die Polarität der Dipole gegenüber der vorhergehenden vertauscht wird. Die
mechanische Verbindung zwischen diesen Kammern geschieht durch Schraubenbolzen aus
nichtmagnetischem Material oder Stahl, welche durch die Rundlöcher der Polarisationsmagnete
hindurchgreifen. Die Abstände zwischen den Kammern werden durch Distanzrohre (57
hergestellt, welche über die Schäfte der Bolzen geschoben werden.
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Die bei dem Verfahren verwendeten Dauermagnetwerkstoffe müssen einen
hohen Widerstand gegen Fremdfelder und gegen uumagnetisierung aufweisen. Jn erster
Linie kommen daher Dauermagnetwerkstoffe mit hoher Koerzitivfeldstärke in Betracht.
Das Energieprodukt (B X H) max. ist dann abhängig von der gegebenen Remanenz des
verwendeten Werkstoffes.
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Die laufende Abgabe von Feldenergie aus Permanentmagneten iindet
ihre Erklärung in dem Masse-Energie-Äquivalent. Die Einsteinsche Masse-Energie-Beziehung
sagt aus, daß jede Masse (m) gleichzeitig eine Energie von der Größe E m darstellt,
wobei das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c als Proportionalitätsfaktor auftritt.
Nach der Äquivalenzbeziehung E = m c² ist die Abgabe von Energie von einer Verringerung
der Masse begleitet. Hieraus kann der Schnur gezogen werden, daß eine winzige Verringerung
der Maste E/c2 eines Permanentmagneten zu der in langen Zeiträumen verftigbaren
kinetischen Feldenergie beiträgt.
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Patentansprüche.
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