DE4040120A1

DE4040120A1 - Elektromagnetanordnung mit anziehender und abstossender kraft

Info

Publication number: DE4040120A1
Application number: DE19904040120
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1992-06-17

Description

Es ist bekannt, daß der Begriff Magnetismus im Grundgedanken dazu benutzt wird, um eine Gesamtheit von Eigenschaften einiger Körper oder Materialien zu bezeichnen, sei es denn, daß es sich um eine natürliche oder induzierte Eigenschaft handelt. Diese werden normalerweise Magnete oder Elektromagnete genannt, bei denen zu beobachten ist, daß Eisenstücke von gewissen Teilen eines Magnets, Pole genannt, stärker angezogen werden.

Es ist bekannt, daß bei Anwendung von elektrischer Energie in einem Elektromagnet eine Kraft entsteht, die Magnetkraft genannt wird. Im atomaren Aufbau eines Magnets gibt es in Bewegung befindliche Ladungen, die den magnetischen Eigenschaften zugrundeliegen. Die Größe und Richtung der magnetischen Kräfte sind von den Parametern und Eigenschaften dieser elektrischen Ladungen abhängig.

In der Physik werden alle elektrischen Leiter, die so aufgerollt sind, daß sie eine zylindrische Gesamtheit mehrerer, aneinanderfolgender, fast runder Windungen bilden, "SOLENOID" genannt. Diese Vorrichtung wird auch als Spule bezeichnet, obwohl in Wirklichkeit "Spule" ein allgemeinerer Begriff ist, der jegliche Art von Aufwicklung eines Leiters bezeichnet. Wenn das Solenoid an eine Stromquelle angeschlossen wird, fließt der Strom durch die Windungen und bildet ein Magnetfeld, sowohl an Punkten im Inneren wie auch außen an der Spule bzw. am Solenoid, wobei sich eine Form ergibt, die einem stangenförmigen Magnet sehr ähnlich ist.

Als ich 1984 bewegliche Ziele für das Training mit kurzkalibrigen Waffen entwerfen wollte, habe ich einen Prototyp entworfen und hergestellt, für den ich einen herkömmlichen Motor mit Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe und ein Schalt- und Bewegungsumschaltersystem benutzte, das sich als kompliziert und kostspielig erwies.

Aus diesem Grund habe ich neue Entwürfe entwickelt, mit denen man kostengünstigere bewegliche Ziele herstellen kann. Während einer meiner Versuche stellte ich fest, daß bei Verwendung einer Eisenstange in einem Solenoid eine Fortbewegung stattfindet, bei der die Mitte der Eisenmasse mit der Mitte des Solenoids zusammentrifft. Mit Hilfe dieser Methode gelang es mir, die für die Herstellung der beweglichen Ziele gewünschte Bewegung zu erlangen. Die Methode konnte außerdem für viele andere Zwecke Anwendung finden. Ich nannte die Erfindung "VERWENDUNG DES GLEICHGEWICHTS MAGNETISCHER KRÄFTE" und bekam dafür am 2. Februar 1988 das Patent mit der Nummer 86-149.

Ich fuhr mit der Forschung und Erprobung der Anwendung dieser Entdeckung fort und stellte fest, daß die Solenoide bzw. Spulen bis heute nur dazu verwendet worden sind, eine Eisenmasse oder Legierungen oder Dauermagnete zu bewegen, indem das Solenoid mit Energie geladen wird, was die Bewegung der Stange zur Folge hat. Um eine größere Fortbewegungskraft oder -geschwindigkeit zu erreichen, wird mehr Strom durch die Windungen des Solenoids geschickt, jedoch ist in keinem Fall spezifisch ein Feld oder Punkt größter Magnetkraft verwendet worden; letzteres ist Gegenstand dieser Erfindung.

Wichtigkeit der Erfindung

In dieser Erfindung wird die Ausnutzung der magnetischen Anziehungskraft, die von einer Spule bzw. einem Solenoid auf eine Eisen- oder Legierungsmasse oder -stange oder Dauermagnet ausgeübt wird, die auf einer bestimmten Stellung des Solenoids befindlich sind und zwar an der die magnetische Anziehungskraft ihren Höchstgrad erreicht, "MAGNETISCHE IMPLOSION" genannt. In dieser Stellung verschiebt sich bei Zufuhr einer Ladung Gleichstrom, der durch die Windungen des Solenoids läuft, die Eisen- oder Legierungsmasse bzw. -stange oder der Dauermagnet, angezogen von dieser magnetischen Kraft HEFTIG, bis der Massenmittelpunkt mit der geometrischen Mitte des Solenoids übereinstimmt, d.h. dort, wo die von beiden Enden bzw. Polen des Solenoids auf diese Masse ausgeübten Kräfte ins Gleichgewicht kommen.

In dieser Erfindung wird die Ausnutzung der magnetischen Abstoßkraft, die von einer Spule bzw. einem Solenoid auf einen in bestimmter Stellung des Solenoids befindlichen Dauermagneten, an der die magnetische Abstoßkraft ihren Höchstwert erreicht, ausübt, "MAGNETISCHE EXPLOSION" genannt.

In dieser Stellung verschiebt sich bei Zufuhr einer Ladung Gleichstrom, der durch das Solenoid läuft, der Dauermagnet aufgrund dieser Kraft heftig, bis er völlig vom Solenoid ausgestoßen wird, oder bis er an einem im Apparat notwendigerweise vorgesehenen Anschlag aufgehalten wird.

Diese beiden beschriebenen Kräfte: Magnetische Implosion und Magnetische Explosion werden zusammen und gleichzeitig mit ihren entsprechenden Solenoiden benutzt, womit bei der Anwendung dieser Erfindung die Höchstleistung erzielt wird.

Die korrekte Plazierung der Eisen- oder Legierungsmasse bzw. -stange oder des Dauermagneten in den magnetischen Implosions- und Explosionsfeldern, wo die größten Anziehungs- und Abstoßkräfte entstehen, ist von entscheidender Bedeutung, um die optimale Kraft für die Bewegung der Masse zu erzielen. Es ist ein Solenoid verwendet worden, in dessen Kern sich eine freibewegliche Stange befindet.

Bei der magnetischen Implosion ist die Anziehungskraft sehr klein, wenn das Solenoid mit einer außerhalb des Kerns, am Rand des Solenoids, befindlichen Stange eine Stromzufuhr erhält.

Wenn die Stromzufuhr erfolgt, nachdem ein kleiner Teil der Stange im Innern des Solenoidkerns plaziert worden ist, erzielt man eine höhere Anziehungskraft.

Wenn die Stromzufuhr erfolgt, nachdem die Stange in eine Stellung gebracht worden ist, in der sich ein größerer Teil im Kern befindet, ist die Erhöhung der Anziehungskraft beträchtlich größer.

Wenn die Stromzufuhr erfolgt, nachdem die Stange im Kern des Solenoids plaziert worden ist, und zwar an der Stelle, an der mit Hilfe der entsprechenden Kalibrierung die größte magnetische Kraft festgestellt worden ist, verschiebt sich die Stange heftig bis ihre Mitte mit der geometrischen Mitte des Solenoidkerns übereinstimmt, wodurch eine Bewegung ausgehend von dem sogenannten Implosionspunkt erreicht wird.

Wenn die Stromzufuhr erfolgt, nachdem die Stange in eine Stellung gebracht worden ist, die den Implosionspunkt überschreitet, läßt die Anziehungskraft nach.

In den weiteren Stellungen wird die Abschwächung immer deutlicher.

Bei der magnetischen Explosion gibt es ebenfalls einen Explosionspunkt, der auf ähnliche Art und Weise gefunden und kalibriert werden muß, und von dem aus die Bewegung der Masse als höchstes Ergebnis erzielt wird.

Von allen anderen Punkten aus, d.h. vor oder nach dem Explosionspunkt, ist die Fortbewegung der Masse weniger stark, und desto schwächer, je weiter die Masse von dem erwähnten Explosionspunkt entfernt ist.

Erfindung

Die Erfindung beinhaltet eine neue Auffassung über die spezielle Verwendung der Magnetkraft, wobei eine größere mechanische Kraft oder Beschleunigung einer Masse sowie eine größere Weglänge oder Geschwindigkeit der Fortbewegung erreicht werden soll als das beim derzeitigen Stand der Technik möglich ist; dies ergibt sich aus der Entdeckung, daß:

a) es entlang des Kerns eines Solenoids verschiedene Größen magnetischer Anziehungs- und Abstoßkraft gibt, die sich auf eine Eisenmasse oder Legierungen oder einen Dauermagneten auswirken;
b) es einen optimalen Punkt höchster magnetischer Kraft gibt, um die Bewegung einer stillstehenden Masse zu beginnen, oder um eine in Bewegung befindliche Masse zu beschleunigen, indem durch Stromzufuhr in das Solenoid magnetische Kraft angewandt wird, wenn die bewegliche Masse sich an diesem Punkt bzw. Abschnitt des Solenoidkerns befindet; und
c) in bezug auf Weglänge und Kraft einer Masse ein großer Unterschied erzielt wird, wenn man diese Ergebnisse mit den Ergebnissen der konventionellen Nutzung der Solenoide vergleicht.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Eigenschaften dieser Erfindung werden im Text dieser Patentbeschreibung und in den Patentansprüchen erklärt; für ein besseres Verständnis wird jedoch auf die folgenden beigefügten Zeichnungen hingewiesen.

Zeichnung 1:
Wenn dem Solenoid (S) Strom zugeführt wird, während die Stange oder Masse (B) sich außerhalb des Kerns am Rand des Solenoids befindet, ist die Anziehung in Richtung (D) sehr klein.

Zeichnung 2:
Wenn dem Solenoid (S) Strom zugeführt wird, nachdem die Stange oder Masse (B) in eine Stellung fast im Kern gebracht worden ist, erzielt man eine Erhöhung der Anziehungskraft in Richtung (D).

Zeichnung 3:
Wenn dem Solenoid (S) Strom zugeführt wird, und sich die Stange oder Masse (B) innerhalb des Kerns im Implosionspunkt (I) befindet, bewegt sich die Masse oder Stange heftig in Richtung (D) bis der Massenmittelpunkt (B1) mit der Mitte des Solenoids (S1) übereinstimmt.

Zeichnung 4:
Es wird die Stellung gezeigt, in die die Eisenstange oder die Legierungen oder der Dauermagnet (B) geraten, nachdem sie sich heftig fortbewegt haben bis die Mitte des Solenoids (S1) mit der Mitte der Masse oder Stange (B1) übereinstimmt.

Zeichnung 5:
Wenn dem Solenoid (S) Strom zugeführt wird, während sich die Eisenstange (B) in einer Stellung befindet, die den Implosionspunkt (I) überschreitet, vermindert sich die Anziehungskraft.

Zeichnung 6:
Für die magnetische Explosion werden Dauermagnete benutzt; und wenn der Solenoid (S) mit Gleichstrom gespeist wird und der Dauermagnet (P) sich auf dem magnetischen Explosionspunkt (E) befindet, wird der Magnet heftig aus dem Solenoid in Richtung (D1) ausgestoßen.

Zeichnung 7:
Wenn zwei Solenoide benutzt werden, denen gleichzeitig Gleichstrom zugeführt wird und ein Dauermagnet (P) sich in einer Stellung befindet, in der sein eines Ende mit dem Implosionspunkt (I) und das andere Ende mit dem Explosionspunkt (E) der jeweiligen Solenoide übereinstimmt, erzielt man bei gleichem Massevolumen eine größere mechanische Kraft in Richtung (D1). Im Hinblick auf das Solenoid mit dem Implosionspunkt (I) bewegt sich die Stange nach rechts bis der Massenmittelpunkt (B1) mit dem geometrischen Mittelpunkt des entsprechenden Solenoids (S1) übereinstimmt. Dieselbe Stange bewegt sich im Hinblick auf das Solenoid mit dem Explosionspunkt ebenfalls nach rechts, da in diesem Fall die Magnetkraft sie aus dem Innern des entsprechenden Solenoids ausstößt.

Industrielle Anwendung

Die Vorteile meiner Erfindung bestehen bei ihrer Anwendung vor allem in der Einfachheit und der Raum- und Gewichtsersparnis bei der Herstellung von Maschinen und Ausrüstungen mit geradliniger oder Hin- und Herbewegung sowie deren mögliche mechanische, hydraulische, pneumatische Abwandlung und Maschinen mit Drehbewegung.

Die beschriebene Erfindung wird als neue Konzeption für die spezielle Verwendung der Magnetkraft betrachtet, wobei eine größere mechanische Kraft oder Beschleunigung einer Masse, eine längere Wegstrecke bei ihrer Fortbewegung oder schnellere Geschwindigkeit erreicht wird. Zusammengefaßt ergibt sich somit:
Entlang des Kerns eines Solenoids gibt es verschiedene Größen magnetischer Kraft, deren Höchstwert einem Punkt entspricht, den ich in einem Fall magnetischen Implosionspunkt und im entgegengesetzten Fall magnetischen Explosionspunkt genannt habe; diese Punkte ziehen eine Masse oder Eisenstange oder Legierungen oder einen Dauermagneten an bzw. stoßen sie ab.

Es wird der optimale Punkt höchster Magnetkraft genutzt, um eine stillstehende Masse in Bewegung zu setzen oder eine in Bewegung befindliche Masse zu beschleunigen, indem die Magnetkraft durch Zufuhr von Gleichstrom in das Solenoid einsetzt, sobald sich die in Bewegung befindliche Masse an diesem Punkt bzw. Abschnitt des Solenoidkerns befindet, wodurch die erwähnte Masse beschleunigt wird, oder eine größere Kraft oder Geschwindigkeit bekommt.

Es werden, beide Kräfte genutzt, die magnetische Implosion und Explosion, wobei mit zwei voneinander unabhängigen Solenoiden unter Verwendung eines Dauermagneten als Masse und gleichzeitiger Stromzufuhr die beiden Kräfte zusammenkommen, um mit derselben Masse mehr Kraft und Fortbewegungsgeschwindigkeit zu erreichen.

Mit der Anordnung erzielt man einen großen Unterschied in bezug auf die Weglänge und die Kraft oder Geschwindigkeit einer Masse, wenn diese Ergebnisse mit denen der herkömmlichen Verwendung von Solenoiden verglichen werden.

Die Erfindung kann bei der Herstellung von Maschinen mit geradliniger, Hin- und Her- oder Drehwegung verwendet werden, sowie bei Wurfmaschinen und Maschinen mit Halbdrehungsmechanismen.

Claims

1. Elektromagnetanordnung mit anziehender und abstoßender Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit Gleichstrom versorgte Elektromagnetspulen im Abstand voneinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und daß beiden Elektromagnetspulen ein gemeinsamer Dauermagnetkern zugeordnet ist.

2. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Dauermagneten im Explosionspunkt und das andere Ende im Implosionspunkt liegt.