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Aus einem einzigen Stück hergestellter, mit einer Anzahl körperlicher
Pole versehener Körper aus Dauermagnetstahl Die Erfindung betrifft einen aus einem
einzigen Stück hergestellten, mit einer Anzahl körperlicher Pole versehenen Körper
aus Dauermagnetstahl, insbesondere einen ringförmigen Körper mit einer großen Anzahl
körperlicher Pole, bei dem der mittlere Kraftlinienweg im Magnetstahl zwischen zwei
benachbarten Polen U-förmig ist. Solche bekannten Dauermagnetkörper können in stabförmiger
zylindrischer oder ringförmiger Gestalt in verschiedenen Vorrichtungen angewendet
werden, z. B. in Magnetfiltern und elektrischen Maschinen, wie Fahrradnabenlichtmaschinen
od. -dgl. Obgleich öfters versucht wurde, solche Körper aus anisotropem Magnetstahl
herzustellen, hat sich dies nur in den Fällen als möglich erwiesen, in denen Form
und Ausmaße der Körper .derart sind, daß es möglich ist, durch mehr oder weniger
verwickelte Anordnungen Vorzugsrichtungen in dem ganzen U-förmigen Kraftlinienweg
im Magnetstahl zu schaffen. Dieses aus wirtschaftlichen Erwägungen für die Praxis,
besonders bei Massenherstellung, zu verwickelte Verfahren wird aus diesem Grunde
praktisch nicht durchgeführt.
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Gemäß der Erfindung ist bei einem Körper der vorstehend erwähnten
Art die Gesamtlänge der beiden Schenkel des U groß im Verhältnis zu der Länge der
Querverbindung zwischen ihnen, zweckmäßig mehr als r,5fach, und der Werkstoff des
Körpers besteht aus anisotropem Magnetstahl, dessen magnetische Vorzugsrichtung
im ganzen Körper, zumindest wesentlich, parallel zur Richtung der Schenkel des U
gerichtet ist.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung des Magnetkörpers nach der Erfindung
wird das Magnetfeld
während der Auskühlung (Härtung) des Werkstoffs
zur Erzeugung .der erwünschten Anisotropie somit derart angelegt, daß die Richtung
dieses Feldes parallel zu den Schenkeln des U ist, mit anderen Worten, daß die Querverbindung
zwischen den Schenkeln des U nicht vorsätzlich in Richtung dieser Querverbindung
magnetisiert wird, so daß sich in dieser Querverbindung keine vorsätzlich geschaffene
Anisotropiewirkung ergibt. Trotzdem ist auf überraschende Weise gefunden worden,
daß der zu erwartende Verlust, der sich infolgedessen ergeben könnte, verhältnismäßig
gering ist. Zur Herstellung eines wirtschaftlichen Erzeugnisses muß ferner im allgemeinen
die Anforderung erfüllt werden, daß das Volumen des für die Querverbindung erforderlichen
magnetischen Werkstoffs maximal 301/n des Magnetstahlvolumens der beiden Schenkel
beträgt, wenn diese an einer weicheisernen Platte als Joch befestigt wären und auf
diese Weise insgesamt die erwünschte magnetischeLeistung liefern könnten. Durch
diese Anforderung ist auch die Größe des Verhältnisses zwischen der Länge der beiden
Schenkel und der Länge der Querverbindung des U festgelegt, was in der Figurbeschreibung
noch näher begründet werden wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, in der die schematisch
dargestelltenFiguren einige Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
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Fig. i ist eine Seitenansicht eines stabförmigen, aus einem einzigen
Stück hergestellten Körpers nach der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen
Körper und Fig. 3 ein längs der Linie III-III (Fig. i) geführter Querschnitt durch
denselben; Fig. 4 zeigt einen Teil der Fig. i in übertriebenem Maßstab; Fig. 5 und
6 sind eine Seitenansicht einer bzw. ein Querschnitt durch eine Ausführungsform;
in Fig.7 ist eine Anordnung zur Vormagnetisierung und in den Fig. 8 bis io eine
Seitenansicht, eine Draufsicht und ein Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung
dargestellt.
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In den. Fig. i bis 3- ist ein stabförmiger, aus einem einzigen Stück
hergestellter und mit einer Anzahl körperlicher Pole i versehener Körper 2 aus Dauermagnetstahl
dargestellt, bei dem der mittlere Kraftlinienweg 3 im Magnetstahl zwischen zwei
benachbarten Polen 4 und 5 von entgegengesetzter Polarität U-förmig ist (Fig. i).
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Erfindungsgemäß ist die Gesamtlänge 6 der beiden Schenkel des U (Fig.
4) groß im Verhältnis zu der Länge 7 der Querverbindung zwischen ihnen, zweckmäßig
mehr als das 1,5fache. Dies schließt bei Anwendung der üblichen, neuzeitlichen,
anisotropen Magnetstähle im allgemeinen ein, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten
Polen 4 und 5 verhältnismäßig gering ist, da der Querschnitt der Pole senkrecht
zum Kraftlinienweg bei den üblichen Bauarten verhältnismäßig groß sein wird, infolge
der nun einmal bestehenden Werte von Koerzitivkraft, Remanenz und (BH)""", der erwähnten
Stahlarten, aus denen die Magnetlänge und der Querschnitt in bekannter Weise berechnet
werden können. Dementsprechend müssen Sonderstreuverluste zwischen den benachbarten
Polen 4 und 5 berücksichtigt werden.
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Nach Berechnung der Länge des Magneten kann der Magnet entworfen werden,
und zwar derart, daß die Länge eines jeden der Schenkel 6 des U-förmigen mittleren
Kraftlinienweges gleich annähernd der Hälfte der insgesamt erforderlichen Magnetlänge
bemessen wird. Wenn die beiden in Fig.4 mit gestrichelten Linien schraffierten Pole
4 und 5 an einer Weicheisenjochplatte befestigt würden, würde der so entstandene
Magnet die gestellten magnetischen Anforderungen erfüllen. Bei dem Magnetkörper
nach der Erfindung, der eben aus einem einzigen Stück hergestellt werden muß, besteht
das Joch auch aus anisotropem Stahl.
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In Fig. 4 ist schraffiert der Teil 8 aus Magnetstahl dargestellt,
der infolge dieser :Maßnahme in größerer Menge zur Verwendung gelangt. Obgleich
dies auf den ersten Blick verschwenderisch erscheint, ergibt sich für die Massenherstellung
wirtschaftlich ein erheblicher Gewinn, wenn der zuzügliche Verbrauch an Magnetstahl
weniger ist als 301/o des Volumens der beiden mit gestrichelten Linien schraffierten
Pole, da zusätzliche Herstellungskosten für Anbringung gesonderter Magneten an einer
Jochplatte in Wegfall kommen.
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Ein solcher Magnetkörper kann auf im übrigen bekannte Weise, z. B.
zwischen zwei Magnetpolen 9 und io (Fig. i), unter der Einwirkung eines Magnetfeldes
gehärtet werden. Die Kraftlinien verlaufen in diesem Fall in Richtung der Pfeile
i i. Theoretisch durfte erwartet werden, daß die Querverbindung zwischen den beiden
Schenkeln gerade senkrecht zu der Richtung magnetisiert wird, in der die Vormagnetisierung
in dieser Querverbindung sich vollziehen müßte, um auch die Querverbindung völlig
auszunutzen, d. h. daß die Querverbindung in diesem Fall einen wesentlichen magnetischen
Widerstand auf Kosten der von den beiden Schenkeln gelieferten magnetischen Leistung
ergeben würde. überraschenderweise zeigt sich jedoch, daß dies nicht der Fall ist,
was sich dadurch erklären dürfte, daß die Kraftlinien nach Erreichen der Querverbindung
eine Streuung durchmachen, wie dies schematisch durch die Pfeile 12 (Fig. i) bezeichnet
ist. Infolgedessen wird die Querverbindung zumindest mehr oder weniger in Richtung
des mittleren Kraftlinienwegs 7 (Fig. 4) magnetisiert. Die verringerten Anisotropieeigenschaften
der Querverbindung sowie die Streuung zwischen den Schenkeln 4 und 5 werden dabei
augenscheinlich durch die größere Magnetstahlmenge 8 ausgeglichen. Wenn sich die
Berechnung und Bemessung in richtiger Weise vollzogen hat, ergibt sich, daß nach
der endgültigen Magnetisierung des Magneten, z. B. auf die in Fig.9 dargestellte
Weise, eine Eisenplatte an der Rückseite 13 des Magnetkörpers nicht magnetisch festgehalten
werden kann. Dies zeigt, daß die Zahl der Streukraftlinien an der Rückwand 13 in
der Verlängerung der beiden Schenkel 4 und 5
vernachlässigbar ist,
was .bei dem eingehaltenen Magnetisierverfahren nicht der Fall wäre, wenn die Querverbindung
einen erheblichen magnetischen Widerstand darstellte.
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In Fig. 5 ist ein ringförmiger Magnetkörper 1q. dargestellt, der mit
radial gerichteten Polen 15 versehen ist. Ein längs der Linie VI-VI geführter Querschnitt
ist in Fig. 6 dargestellt, und in Fig. 7 ist dargestellt, wie der Körper zwischen
zwei Polen 16 und 17 gehärtet werden kann. Ein solcher Magnetkörper eignet
sich besonders gut zur Verwendung in einer Fahrradnabenlichtmaschine, wo eine große
Polezahl zur Erzeugung einer hinreichend hohen Frequenz erwünscht ist.
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In den Fig.8, 9 und io ist ein ringförmiger Magnetkörper i8 dargestellt,
der sich besonders gut zur Verwendung in einer Nabenlichtmaschine eignet. Die Pole
i9 erstrecken sich hierbei in Achsrichtung seitlich des Magnetkörpers. Diese Ausgestaltung
ist vorteilhafter als die nach Fig. 5, da die Polflächen, wo die magnetischen Kraftlinien
austreten, durchschnittlich auf einem größeren Durchmesser liegen als in Fig. 5,
so daß grundsätzlich eine größere Polezahl, z. B. 36, verwendbar ist. Ein solcher
Magnetkörper kann auf die gleiche Weise wie in Fig. i zwischen Polen 9 und io vormagnetisiert
werden. Die endgültige Magnetisierung kann sich unter Zuhilfenahme einiger Windungen
2o vollziehen, die um jeden Pol gelegt und aus einer Stromquelle, z. B. einer Kondensatorbatterie,
gespeist werden.