DE4210741C2 - Magnetische Lagerung eines Beleuchtungskörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Lagerung für einen Beleuchtungskörper, der im Schwebezustand im mag­ netischen Feld eines Stators gehalten ist und magneti­ sierbare Komponenten enthält, die mit magnetisierbaren Komponenten des Stators zur Erzeugung einer stabilen berührungslosen Lage des Beleuchtungskörpers zusammen­ wirken.

Magnetlager zur berührungslosen Lagerung von Körpern werden beispielsweise in G. Schweitzer (Editor), "Magnetic Bearings", Proceedings of the First Int. Symp. ETH-Zürich, Schweiz, 1988 beschrieben. Für Rotor­ wellen, aber auch für im magnetischen Feld schwebende Meßkörper sind Magnetlager aus DE-PS 38 08 331 bekannt. Die Magnetlager weisen Permanent­ magnete auf, in deren Magnetfeld der zu lagernde Kör­ per, der seinerseits magnetische oder magnetisierbare Teile besitzt, eingebracht wird. Zur Lagestabilisierung dienen elektrische Regler, deren Ausgangssignale elek­ trische Spulen beaufschlagen. Vom Regler wird die zwi­ schen den magnetisierbaren Magnetlagerkomponenten herr­ schende magnetische Feldstärke entsprechend dem Aus­ gangssignal eines Positionssensors beeinflußt, der den bestehenden Abstand zwischen berührungslos gelagertem Körper und magnetischem Stator mißt.

Aus DE 39 05 640 A1 ist eine magnetische Lagerung zur schwebenden Anbringung eines Körpers bekannt, der einen Permanentmagneten aufweist, der den Körper im Magnet­ feld eines Elektromagneten hält. Die Feldstärke zwi­ schen Permanentmagnet und Elektromagnet zur Stabili­ sierung der Lage des Körpers im Magnetfeld wird von einem elektronischen Regler geregelt. Die Spule des Elektromagneten ist Bestandteil einer vom Ausgangsstrom des Reglers durchflossenen Hochfrequenzmeßbrücke mit Referenzimpedanz.

Aufgabe der Erfindung ist es , in einem Magnetfeld eine stabile schwebende Aufhängung für einen Beleuchtungs­ körper mit einer geringen Anzahl von Magnetlagerkom­ ponenten zu erreichen, wobei der schwebenden, berüh­ rungslosen Aufhängung entsprechend auch die Lichtlei­ tung in den Beleuchtungskörper auszubilden ist. Das Magnetlager soll einen einfachen, kostengünstig her­ stellbaren Aufbau aufweisen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird gemäß Patentanspruch 1 durch Anwendung der oben angegebenen, aus DE 39 05 640 A1 bekannten Komponenten und durch Anord­ nung eines zweiten Permanentmagnetringes erreicht. Zur Einleitung von Licht in den Beleuchtungskörper befindet sich am Stator eine Primärlichtquelle, von der das Licht mittels miteinander kommunizierenden Lichtleitern über den freien Spalt weitergeleitet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Patent­ anspruch 2 ist es vorgesehen, beidseitig des den Beleuchtungskörper vom Stator trennenden freien Spaltes sowohl am Stator als auch am Beleuchtungskörper Perma­ nentmagnete mit gegenseitig anziehender Polarisierung zur radialen Zentrierung anzubringen. Die schwebende Lage des Beleuchtungskörpers und dessen Beleuchtung ist mit Hilfe des gleichen Regelkreises steuerbar, Patent­ anspruch 3.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1 schwebende Lagerung eines Beleuchtungs­ körpers;

Fig. 2 Regeleinrichtung zur Lagestabilisierung eines nach Fig. 1 magnetisch in Schwebe gehaltenen Körpers.

In Fig. 1 ist ein gläserner Beleuchtungskörper 32 mit Glasfassung 33 wiedergegeben. Der Beleuchtungskörper ist im Magnetfeld unterhalb eines Stators 34 schwebend aufgehängt. Der Stator 34 weist einen Permanentmag­ netring 35 auf, der zwischen zwei elektrischen Spulen 36, 37 im wesentlichen konzentrisch zur Stator­ achse 38 angeordnet ist. Der Beleuchtungskörper 32 weist in seiner dem Stator 34 zugewandten Glasfas­ sung 33 einen Permanentmagnetring 39 auf, der in gleicher Weise wie der Permanentmagnetring 35 zur Statorachse 38 konzentrisch angeordnet ist. Die Stator­ achse 38 fällt im Ausführungsbeispiel mit einer Symme­ trieachse 40 des Beleuchtungskörpers 32 zusammen. Beide Permanentmagnetringe 35 und 39 sind magnetisch gleichsinnig mit sich gegenseitig anziehender Wirkung in Beleuchtungskörper 32 und Stator 34 eingesetzt.

Im Stator 34 ist eine elektrisch betriebene Primär­ lichtquelle 41 angeordnet. Im freien Achsraum zwischen den elektrischen Spulen 36, 37 und Permanentmagnet­ ring 35 verlaufen Lichtleiter 42 zur Weiterlei­ tung des in der Primärlichtquelle 41 erzeugten Lichts. Am Ende der Lichtleiter 42 ist im Ausführungsbeispiel eine optische Linse 43 im Stirnflächenbereich 44 des Stators 34 angeordnet. Über die Linse 43 gelangt das Licht zum freien Spalt 48 zwischen Stator 34 und Be­ leuchtungskörper 32 und entsprechend gebündelt über den freien Spalt 48 hinweg zum Beleuchtungskörper 32.

Auch der Beleuchtungskörper 32 weist Lichtleiter 45 auf. Sie leiten das von der Linse 43 ausgestrahlte Licht im Achsraum zwischen dem Permanentmagnet­ ring 39 zum Innenraum 46 des Beleuchtungskörpers 32 weiter. Das in der Fassung 33 aus Glas befestigte eine Ende 47 der Lichtleiter 45 liegt somit im Strahlengang der Primärlichtquelle 41. Im Ausführungsbeispiel sind die Lichtleiter 45 an ihrem anderen Ende 48 im Innen­ raum 46 aufgespreizt, so daß innerhalb des gläsernen Beleuchtungskörpers viele Lichtpunkte entstehen, die in beliebiger Weise angeordnet sein können.

Im Ausführungsbeispiel ist der Stator 34 der äußeren Form nach einer Glühbirnenfassung entsprechend gestal­ tet, während der Beleuchtungskörper 32 eine unterhalb dieser Fassung frei schwebende Glühbirne darstellt. Bei Betrieb der Primärlichtquelle 41 wird dann der Eindruck erweckt, als würde die Glühbirne, ohne in Verbindung mit der Birnenfassung zu stehen, mit elektrischem Strom betreibbar sein.

Die schwebende Lage des Beleuchtungskörpers 32 und des­ sen Beleuchtung wird vom gleichen Regelkreis gesteuert. Im Ausführungsbeispiel "brennt" die Glühbirne nur im Schwebezustand.

Selbstverständlich läßt sich auch ein waagerecht ange­ ordneter Beleuchtungskörper in einer beidseitig des Be­ leuchtungskörpers vorgesehenen magnetischen Lagerung schwebend aufhängen.

Eine Hochfrequenzmeßbrücke zur Regelung der in Fig. 1 dargestellten Magnetlagerung ist in Fig. 2 wiederge­ geben. Die Spulen 36, 37 sind am Ausgang eines Brücken­ verstärkers 24 angeschlossen und werden beide vom Reg­ ler-Ausgangsstrom durchflossen. Am Eingang des Brücken­ verstärkers 24 sind am Eingangspunkt 25 ein Hochfre­ quenz-Oszillator 26 mit phasenempfindlichem Gleichrich­ ter 27 und ein Regler 28 verbunden. Der Eingang des Gleichrichters 27 ist mit einer elektrischen Leitung 29 am Verbindungspunkt 30 der Brückenschaltung zwischen den Spulen 36, 37 angeschlossen. Zum Zwecke der Erken­ nung der Abweichungsrichtung des schwebenden Körpers 32 aus seiner Soll-Lage wird der phasenempfindliche Gleichrichter 27 vom Hochfrequenz-Oszillator 26 getak­ tet. Hierzu ist der Ausgang des Oszillators 26 neben seinem Anschluß am Eingangspunkt 25 des Brückenverstär­ kers 24 über einen Leitungsstrang 31 parallel auch mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter 27 verbunden.

Der Abgleich der Brücke hängt von der Differenz der Spulenimpedanzen der Spulen 36, 37 in Analogie zur Po­ sition des im Magnetlager schwebenden Körpers 32 ab. Bei Abweichung von der Soll-Lage entsteht zwischen den Spulen 36, 37 im Verbindungspunkt 30 der Brückenschal­ tung ein der Abweichung proportionales elektrisches Signal, das im Gleichrichter 27 mittels des Hochfre­ quenzsignals vom Oszillator 26 so aufbereitet wird, daß Betrag und Richtung der Abweichung aus der Soll-Lage erfaßt sind. Ein entsprechendes Ausgangssignal des Gleichrichters 27 wird dem Regler 28 aufgeschaltet, der dann den Brückenverstärker 24 so steuert, daß dessen Ausgangsstrom über die Spulen 36, 37 das Magnetfeld in Spalt 48 derart verändert, daß der Körper 32 in seine Soll-Lage zurückgeführt wird.

Auf die Verwendung von Beleuchtungskörpern ist die Er­ findung nicht beschränkt. So lassen sich bei Bedarf z. B. in evakuierten Räumen berührungslos anzuordnende Lichtsignal-Teile örtlich fixieren oder als weiteres Beispiel zu Reklamezwecken dienende Leuchtgegenstände frei schwebend anbringen.

Claims (3)

1. Magnetische Lagerung eines Beleuchtungskörpers mit folgenden Merkmalen:

• a) der Beleuchtungskörper (32) weist an seiner Fassung (33) einen ersten Permamentmagnet­ ring (39) auf und ist an einem Stator (34) ortsfest und berührungslos magnetisch gela­ gert;
• b) der Stator (34) enthält in einer konzentri­ schen Anordnung zueinander zwei elektrische Spulen (36, 37) gleicher Impedanz und einen dazwischen befindlichen zweiten Permanentmag­ netring (35);
• c) die beiden Spulen (36, 37) sind gleichsinnig in Reihe geschaltet und Bestandteil einer Hochfrequenzmeßbrücke mit der ersten, zwischen den beiden Permanentmagnetringen (39, 35) be­ findlichen Spule (36) als Abstandssensor für den Beleuchtungskörper (32) und der zweiten Spule (37) als Referenzimpedanz;
• d) zur Stabilisierung des berührungslosen Ab­ stands des Beleuchtungskörpers (32) vom Sta­ tor (34) ist ein elektronischer Regler (28) vorgesehen, der mit der Hochfrequenzmeßbrücke elektrisch verbunden ist und den Spulenstrom der beiden Spulen (36, 37) steuert;
• e) das Licht einer am Stator (34) vorgesehenen Primärlichtquelle (41) wird über im Sta­ tor (34) angeordnete, zum freien Spalt (48) zwischen Stator (34) und Beleuchtungskör­ per (32) geführte Lichtleiter (42), über den freien Spalt (48) sowie über in der Fas­ sung (33) angeordnete Lichtleiter (45) dem Be­ leuchtungskörper (32) zugeführt.

2. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des freien Spaltes (48) zwischen Beleuchtungskörper (32) und Stator (34) sowohl am Stator (34) als auch am Beleuchtungskörper (32) Permanentmagnete (35; 39) mit gegenseitig anzie­ hender Polarisierung angebracht sind.

3. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwebende Lage des Beleuchtungskör­ pers (32) und dessen Beleuchtung mit Hilfe des gleichen Regelkreises gesteuert ist.