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Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetträger mit
Permanentmagneten, der einen mechanischen Kommutator hat, der in
einer ersten Position Objekte aus ferromagnetischem Material
anzieht, und zwar mit Hilfe von aktiven äußeren Polen des
Magnetträgers, und der in einer zweiten Position den Träger
inaktiv macht.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen
Magnetträger, der eine erste, fest angeordnete Gruppe von
Permanentmagneten hat, deren Magnetisierungsachse in der Normallage sich
im wesentlichen vertikal erstreckt, wobei die Permanentmagnete
sich auf ein und derselben Seite eines Rotors befinden, dessen
Achse sich in der Normallage im wesentlichen horizontal
erstreckt, wobei in den Rotor Permanentmagnete eingesetzt sind,
deren Magnetisierungsachse sich senkrecht zur Achse des Rotors
erstreckt, während ein fester Magnetkreis einen ersten Teil
aufweist, der einen ersten, äußeren aktiven Pol ausbildet,
sowie einen zweiten Teil, der einen zweiten, äußeren aktiven
Pol ausbildet, wobei der erste Teil und der zweite Teil des
festen Magnetkreises jeweils eine zylindrische, konkave Fläche
aufweisen, die dem Rotor gegenüberliegt, wobei der Rotor seine
horizontale Achse im wesentlichen parallel zur Ebene des
zweiten, äußeren, aktiven Pols hat und mit Handhabungsmitteln
verbunden ist, so daß er zwei Winkelpositionen einnehmen kann,
wobei eine der Positionen die aktive Position ist, in der die
Magnetfelder der beiden Magnetgruppen sich addieren, um die
aktiven äußeren Pole zu Nordpolen und zu Südpolen zu machen,
und die andere Position eine Halteposition ist, in der die
Magnetfelder der beiden Magnetgruppen sich subtrahieren,
wodurch die aktiven Pole neutralisiert werden.
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Magnetträger mit diesen Merkmalen sind schon bekannt, bei
denen der Rotor drehbar um eine sich im wesentlichen
horizontal erstreckende Achse vorgesehen ist. Seine beiden
Kommutationslagen sind voneinander durch eine Drehung um einen Winkel
von etwa 180º unterschieden. Beispielsweise wird in diesem
Zusammenhang auf die FR-A-2 441 577, die DE-A-2 704 118 und
die EP-A-0 090 746 verwiesen. Die letztgenannte Druckschrift
geht auf die Anmelderin dieser Patentanmeldung zurück und
weist die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 auf;
vergleiche insbesondere dort die Figuren 1 - 3. Allgemein
gesagt haben alle diese Magnetträger eine Struktur, die in
Bezug auf die Mittelebene vollständig symmetrisch ist, wobei
die Mittelebene die horizontale Drehachse des Rotors enthält.
Die Gruppe der gehäusefesten Permanentmagnete kann daher in
zwei Untergruppen von Magneten unterteilt werden, die in Bezug
auf die erwähnte Mittelebene symmetrisch angeordnet sind. Um
alle Magnete unterzubringen ist es vorgesehen, daß die
gehäusefesten Magnete oder zumindest ein Teil dieser Magnete sich
über dem Rotor befindet. Daraus ergibt sich, daß derartige
Magnetträger aufrecht bzw. gerade ausgebildet sind und eine
ziemliche Höhe haben. Der Verankerungspunkt befindet sich also
relativ weit oben, wo eine hohe Kuppel stange in Bezug auf die
Stabilität des Magnetträgers nachteilig ist.
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Die geometrische Form eines Rotors hat aus physikalischen
Gründen ein Volumen, das größer ist als das Volumen der
beweglichen Magnete, die in dem Rotor untergebracht sind. Man
hat daher schon ins Auge gefaßt, bewegliche Magnete mit großer
Magnetstärke pro Volumen zu verwenden, wodurch das Volumen in
vorteilhafter Art und Weise verringert werden kann. Dadurch
kann also ein Magnetträger erhalten werden, der kompakt und
leicht ist. Bei einer Ausführungsform dieses Typs, die in der
französischen Patentanmeldung 91 00 382 vom 4. Januar 1991 von
der Anmelderin der vorstehenden Patentanmeldung eingereicht
wurde, werden die beweglichen Permanentmagnete beispielsweise
von Permanentmagneten des Typs der Seltenen Erden ausgebildet,
wobei diese Permanentmagnete in einen Rotor in Form einer
Scheibe eingesetzt sind, die um eine sich im wesentlichen
vertikal erstreckende Achse drehbar gelagert ist. Die
Magnetisierungsachse dieser beweglichen Magnete verläuft parallel zur
Drehachse des Rotors. Diese Ausführungsform, bei der die
beweglichen Magnete die gehäusefesten Magnete umgeben, hat Sinn
und Zweck nur für eine Vielzahl von Paaren aktiver Pole, die
um die erwähnte Achse verteilt angeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen
Nachteile zu vermeiden, wobei die Anordnung mit einem Rotor
mit einer Drehachse beibehalten bleibt, die sich im
wesentlichen horizontal erstreckt, wobei aber der Magnetträger breiter
und niedriger ausgestaltet ist, und wobei auch die Struktur
des Geräts vereinfacht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße
Magnetträger dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil des festen
magnetischen Kreises die Stütze der Gruppe der festen
Permanentmagnete ausbildet, und daß der zweite Teil des festen
magnetischen Kreises auf die Spitze der Gruppe der festen
Magnete angebracht ist und sich auf diejenige Seite des Rotors
erstreckt, die derjenigen der festen Permanentmagnete
gegenüberliegt, während die Permanentmagnete des Rotors Magnete mit
volumenmäßig starker magnetischer Energie sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der
erste Teil des festen magnetischen Kreises durch ein einziges
Stück aus Weicheisen gebildet wird, das den ersten aktiven
äußeren Pol ausbildet, der an seiner Oberseite die Stütze der
Gruppe der festen Permanentmagnete ausbildet, und die
gegenüber dem aktiven äußeren Pol in Bezug auf den Rotor eine
zylindrische, konkave Fläche hat.
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In Bezug auf den zweiten Teil des gehäusefesten Magnetkreises
wird es bevorzugt, wenn dieser in vorteilhafter Weise aus
einem zweiten Stück aus Weicheisen besteht, das sich vertikal
erstreckt, und das an seinem unteren Teil den zweiten aktiven
äußeren Pol ausbildet, und das seitlich eine in Bezug auf den
Rotor zylindrische, konkave Fläche hat, und aus einem dritten
Teil aus Weicheisen, das im wesentlichen in Form einer
horizontalen Platte ausgebildet ist, die auf die Oberseite der
Gruppe der festen Permanentmagnete aufgebracht ist, und auch
auf die Oberseite des zweiten Teils aus Weicheisen.
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Bedingt durch die asymmetrische Struktur der seitlichen
Anordnung der festen Magnetgruppe in Bezug auf die horizontale
Achse des Rotors besitzt der erfindungsgemäße Magnetträger
eine ziemliche Breite und eine verhältnismäßig geringe Höhe,
so daß ein niedriger Verankerungspunkt möglich wird. Die
Struktur des Magnetträgers ist einfach, kompakt und leicht,
und zwar insbesondere wegen der Magnete mit pro Volumen großer
Magnetenergie (Magnetstärke), beispielsweise der Magnete des
Typs der Seltenen Erden, die in den Rotor inkorporiert sind,
wie auch darauf beruhend, daß das erste Stück aus Weicheisen
des Magnetkreises gleichzeitig drei Funktionen ausübt: Stütze
der gehäusefesten Magnete, die Magnete vom Typ der Ferrite
sein können, Ausbildung des einen der beiden aktiven Pole und
Zusammenarbeit mit dem Rotor über eine zylindrische Fläche zum
Kommutieren.
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Die Erfindung ist mit Hilfe der folgenden
Beispielsbeschreibung besser verständlich, wobei Bezug genommen wird auf die
angehef teten schematischen Zeichnungen, die beispielshaft und
nicht beschränkend zwei Ausführungsformen eines Magnetträgers
darstellen. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Magnetträgers
bei einer ersten Ausführungsform;
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Fig. 2 einen Horizontal schnitt durch den Magnetträger, und
zwar längs der Linie II-II von Figur 1;
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Fig. 3 einen Vertikal schnitt dieses Magnetträgers, und zwar
längs der Linie III-III von Figur 2;
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Fig. 4 einen anderen Vertikalschnitt, und zwar längs der
Linie IV-IV von Figur 3;
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Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Figur 3, wobei aber eine
andere Ausführungsform des Magnetträgers gezeigt ist;
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Fig. 6 einen Teilschnitt, wobei eine andere Position dieser
zweiten Ausführungsform dargestellt ist.
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Der zeichnerisch dargestellte Magnetträger hat drei Teile aus
Weicheisen, nämlich die Teile 1, 2 und 3. Vergleiche
insbesondere Figur 3.
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Das erste Teil 1 aus Weicheisen hat einen Teil 4, der nach
unten vorspringt und der einen ersten aktiven Pol zum Greifen
ausbildet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies der
Nordpol. Die Oberseite 5 des Teils 1 dient als Stütze für eine
gehäusefeste Gruppe von Magneten 6 vom Ferrittyp, die weiter
unten im Detail beschrieben werden. Das Teil 1 hat weiterhin
entgegengesetzt dem aktiven Pol 4 eine konkave, zylindrische
Fläche 7, die mit dem Umfang eines zylindrischen Rotors 8
entspricht.
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Das zweite Teil 2 aus Weicheisen erstreckt sich vertikal, und
zwar gegenüber dem ersten Teil 1, und bildet an seinem unteren
Teil 9 einen zweiten aktiven Greifpol aus, der beim gezeigten
Ausführungsbeispiel ein Südpol ist. Das Teil 2 hat seitlich
eine konkave zylindrische Fläche 10, die dem Umfang des Rotors
8 entspricht.
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Das dritte Teil 3 aus Weicheisen hat die Form einer
horizontalen Platte, die einerseits oben auf die Gruppe 6 der Magnete
aufgesetzt ist und andererseits oben auf das Teil 2. Das Teil
3 überträgt also die Südpolarität der Magnete 6 auf das Teil
2 und auf seinen aktiven Pol 9.
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Vertikale Schrauben 11 halten das Teil 3 am Teil 1 und halten
zwischen diesen Teilen die Gruppe der festen Magnete 6. Andere
Schrauben 12 verbinden das Teil 3 auf dem Teil 2.
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Die Gruppe der gehäusefesten Magnete 6 weist beispielsweise
sechs Ferritmagnete auf, deren magnetische Energie pro Volumen
gering ist, beispielsweise in der Größenordnung von 30
Kilojoule. Die Magnetachse 28 aller Magnete 6 ist vertikal
ausgerichtet. Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß die Magnete 6 drei
Untergruppen ausbilden, von denen jede aus zwei übereinander
angeordneten Magneten besteht.
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Der zylindrische Rotor 8, der sich um seine im wesentlichen
horizontal erstreckende Achse 13 drehen kann, erstreckt sich
zwischen dem ersten Teil 1 aus Weicheisen und den
Ferritmagneten 6 einerseits und dem zweiten Teil 2 aus Weicheisen
andererseits. Bei der Ausführungsform nach Figur 1 - 4 besteht der
Rotor 8 aus zwei gegenüberliegenden Teilen 14 und 15 aus
Weicheisen, die im wesentlichen halbzylindrisch sind und die
Permanentmagnete 16 vom Typ der Seltenen Erden zwischen sich
aufnehmen. Diese Permanentmagnete haben pro Volumeneinheit ein
starkes Magnetfeld, und zwar in der Größe von 200 Kilojoule
pro Kubikmeter. Deren Magnetisierungsachse erstreckt sich
senkrecht zur Achse 13 des Rotors 8.
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Zwei Abschlußflansche 17 und 18 aus unmagnetischem Material
sind auf die Vorderseite bzw. auf die Rückseite des
Magnetträgers aufgesetzt. Sie haben Ringe 19 und 20 mit einem
niedrigen Reibungskoeffizienten, wodurch ein Zentrieren und eine
Führung bei der Drehung sichergestellt wird, und zwar um die
Achse 13 der Enden 21 und 22 des Rotors 8.
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Eines der Enden 21 des Rotors 8 ist nach außen verlängert und
trägt einen Betätigungshebel 23, wodurch der Rotor 8 um einen
Winkel von etwa 180º um seine Achse 13 gedreht werden kann,
und zwar zwischen zwei Endlagen, nämlich einer Arbeitsposition
und einer Halteposition. Der Hebel 23 hat eine Sicherung 24,
wodurch der Hebel 23 und mit ihm der Rotor 8 an einer Drehung
gehindert werden kann, und zwar in der Arbeitsposition.
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Eine seitliche Abdeckung 25 aus unmagnetischem Material bef
indet sich zwischen den Teilen 1 und 3 aus Weicheisen, und zwar
an der Seite der Ferritmagnete 6. Eine Abdeckung 26, ebenfalls
aus unmagnetischem Material, befindet sich unter dem Teil 1
aus Weicheisen, und zwar zwischen den aktiven Polen 4 und 9.
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Ein Verankerungsmittel 27 des Magnetträgers ist auf dem Teil
3 aus Weicheisen befestigt. Das Verankerungsmittel 27 kann als
Griff ausgebildet sein.
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Die Arbeitsweise des Magnetträgers wird durch die Kommutation
des Rotors 8 bestimmt, dessen gegenüberliegenden Teile 14 und
15 als Nordpol bzw. als Südpol ausgebildet sind, und zwar
wegen der Permanentmagnete 16 vom Typ der Seltenen Erden.
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Wenn der Rotor 8 seine Südseite vor die Zylinderfläche 7 des
ersten Teils 1 aus Weicheisen gedreht hat, so befindet sich
der Nordteil des Rotors 8 der Zylinderfläche 10 des zweiten
Teils 2 aus Weicheisen gegenüber. Das magnetische Feld, das
von den Nordpol-Unterseiten der Ferrit-Permanentmagnete 6
erzeugt wird, und das das Teil 1 durchquert, wird jetzt von
den Permanentmagneten 16 des Typs der Seltenen Erden
absorbiert, die zum Rotor 8 gehören. Das Magnetfeld wird in der
Folge von den anderen Teilen 2 und 3 aus Weicheisen
weitergeleitet und wird von den oberen Südflächen der
Ferrit-Permanentmagnete 6 aufgenommen. Das Magnetfeld wird also
kurzgeschlossen und zwar im Inneren des Magnetträgers. Die jetzt von
den aktiven Polen 4 und 9 ausgeübte Anziehungskraft ist gleich
Null. Anders ausgedrückt befindet sich der Magnetträger in der
Halteposition.
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Nach einer Drehung des Rotors 8 um etwa 180º, ausgehend von
der Halteposition, befindet sich der Nordpol des Rotors 8 auf
der Seite des ersten Teils 1 aus Weicheisen und umgekehrt
befindet sich der Südpol auf der Seite des zweiten Teils 2 aus
Weicheisen. Das von den unteren Nordpolseiten der
Ferritmagnete 6 erzeugte Magnetfeld addiert sich also im Teil 1 aus
Weicheisen zu demjenigen, das vom Nordpol des Rotors 8
ausgeht. Entsprechend addiert sich im Teil 2 aus Weicheisen das
Magnetfeld, das von den oberen Südseiten der Ferritmagnete 6
ausgeht, zu demjenigen Magnetfeld, das vom Südpol des Rotors
8 ausgeht. Die beiden aktiven Pole 4 und 9 sind also jetzt
Nordpole bzw. Südpole und jedwedes Teil aus ferromagnetischem
Material kann also von den aktiven Polen 4 und 9 angezogen
werden. Der Magnetträger befindet sich also in der
Arbeitsposition.
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Figur 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Magnetträgers, und zwar in der Halteposition. Hier
weist der Rotor 8 zwei gegenüberliegende Teile 14 und 15 aus
Weicheisen auf, die zwischen sich Permanentmagnete 16
aufnehmen, die in ihrer Form und in ihrem Volumen ungleich sind. Der
Rotor 8 hat also eine asymmetrische Struktur. Die weiteren
Merkmale dieser Ausführungsform sind gleich denjenigen der
zuerst beschriebenen Ausführungsform und aus diesem Grunde
sind in Figur 5 und 6 auch dieselben Bezugsziffern verwendet
worden und diese weiteren Bauteile werden hier also nicht
abermals beschrieben.
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Figur 6 zeigt einen Ausschnitt dieser zweiten Ausführungsform,
und zwar in der Arbeitsposition. Wegen der asymmetrischen
Ausgestaltung des Rotors 8 erfolgt der Übergang von der
Arbeitsposition in die Halteposition bzw. umgekehrt durch eine
Drehung des Rotors 8 um seine horizontale Achse 13 um einen
Kommutationswinkel, der fühlbar kleiner als 180º ist.
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Die Erfindung ist keinesfalls auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt. Hier wurden vielmehr lediglich
Beispiele erläutert. Ganz im Gegenteil umfaßt die Erfindung
auch alle Abänderungen, die dasselbe Prinzip benutzen. Die
folgenden Abänderungen können beispielsweise vorliegen, ohne
daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird:
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- Abänderung der Form der Permanentmagnete und/oder
Abänderung der Anzahl der Magnete, und zwar in jeder der
beiden Magnetgruppen 6 und 16;
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- Verwendung von Magneten eines anderen Typs als vorstehend
beschrieben;
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- Abänderung der konstruktiven Anordnungen, ohne daß dabei
das magnetische Funktionsprinzip verlassen wird,
beispielsweise indem die beiden Teile 2 und 3 aus Weicheisen
zu einem einzigen Teil vereinigt werden, das die
Funktionen der beiden Teile miteinander vereinigt;
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- Austausch des Betätigungshebels 23 oder des
Verankerungsmittels 27 in Form eines Griffs durch andere äquivalente
Mittel;
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- Anpassung der Form oder des Abstandes der aktiven Pole 4
und 9 in Abhängigkeit von den anzuziehenden Teilen;
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- Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bei
anderen Einsatzzwecken außer dem Heben von Teilen und
insbesondere Verwendung der Vorrichtung zur Befestigung
verschiedener Stücke oder Zubehörteile.