EP2532615A1 - Hebemagnet mit Zylinder/Kolben-Aktuator - Google Patents

Hebemagnet mit Zylinder/Kolben-Aktuator Download PDF

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Publication number
EP2532615A1
EP2532615A1 EP11169082A EP11169082A EP2532615A1 EP 2532615 A1 EP2532615 A1 EP 2532615A1 EP 11169082 A EP11169082 A EP 11169082A EP 11169082 A EP11169082 A EP 11169082A EP 2532615 A1 EP2532615 A1 EP 2532615A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
lifting magnet
stator
cylinder
lifting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11169082A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Naef
René Sterchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Starmag AG
Original Assignee
Starmag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Starmag AG filed Critical Starmag AG
Priority to EP11169082A priority Critical patent/EP2532615A1/de
Publication of EP2532615A1 publication Critical patent/EP2532615A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/04—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/04—Means for releasing the attractive force
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0231—Magnetic circuits with PM for power or force generation
    • H01F7/0252—PM holding devices
    • H01F7/0257—Lifting, pick-up magnetic objects

Definitions

  • the present invention relates to a lifting magnet with a cylinder / piston actuator and the use of such a lifting of magnetic load.
  • Lifting magnets are for example from the DE 2704118 A1 known.
  • This describes a lifting magnet with a permanent magnet unit comprising two pole legs, between which a permanent magnetic armature is rotatably mounted.
  • the permanent magnets form parts of a magnetic circle.
  • the armature is manually rotated by a handle under some considerable effort by 180 ° between a turned-off rest position and a switched-work position. In the working position, a load can be recorded.
  • An applied load influences the magnetic circuit in such a way that a force for transferring the handle becomes smaller.
  • Such manual lifting magnets are therefore often only in contact with a normal load switchable, because, for example, the otherwise required force for moving the lever exceeds the muscle power of a user.
  • the DE 3545213 A1 shows a lifting device for ferromagnetic loads, which in Providing magnets to a frame, wherein the device can pick up or release a load by moving the magnets into the working position.
  • a center of gravity of the lifting device by shifting the magnets also changes its location, which requires an additional effort.
  • the GB 2292838 A discloses a lifting device having upper and lower units which provide permanent magnets.
  • the permanent magnets are each arranged in units such that an upper and a lower unit are relatively displaceable to receive or release a load. Again, the center of gravity of the lifting device is affected by this displacement.
  • a lifting magnet according to the present invention is provided.
  • the invention is based on the object to provide a lifting magnet with a cylinder / piston actuator, which overcomes the disadvantages mentioned above.
  • a lifting magnet for frictionally receiving magnetic, in particular ferromagnetic, load
  • the lifting magnet comprising at least one stator, comprising a first permanent magnetic element, at least one rotor associated with the stator, comprising a second permanent magnetic element, and at least one An abutment member for receiving the load, wherein the at least one rotor relative to the corresponding stator from a receiving position in which is provided by the first and second permanent magnetic element, a magnetic force for receiving the load on the contact element, in a release position in which the magnetic Force the load releasing reduced, is rotatable, according to the preamble of claim 1 achieved in that the lifting magnet further comprises a cylinder / piston actuator comprising at least one working cylinder, wherein the at least one working cylinder a cylinder body with a piston reciprocable therein and a piston rod, which is attached to the piston, provides and via the cylinder body and the piston rod by direct or indirect attachment provides an operative connection between the rotor and the corresponding
  • the lifting magnet in this case advantageously comprises a preferably closed housing, which in particular prevents magnetic small parts from accumulating over the time of intended use of permanent magnet or magnetized components of the lifting device and thus accumulate unnecessary weight or even impede the trouble-free operation of the lifting device.
  • this housing is made of an ideally robust material, in particular of low carbon steel.
  • the housing may also be made of stainless steel, aluminum or any suitable plastic known and used in the art; With aluminum or plastic, an advantageous weight reduction could be achieved.
  • all defect-susceptible or sensitive components but in particular all permanent magnetic elements of the lifting magnet, in particular rotor and / or stator, surrounded by this housing protective.
  • the housing also provides the at least one contact element.
  • the contact surfaces provided by the contact elements may lie in one plane or may be at an angle to one another. These contact surfaces can be adapted to specific loads to be transported, that is to say provide surfaces corresponding to an outer shape of a load, for example to create an optimal adhesion.
  • the abutment elements can also have recesses or recesses which guide the tightened load against a center and / or stabilize it against lateral displacement.
  • the contact element can each be a part of the housing.
  • At least parts of the contact element made of a material which has a high permeability, such as soft iron or low carbon steel, so that the magnetic field generated by the permanent magnetic elements in interaction inside the housing is optimally slides to the outside to absorb the load, to there a resulting magnetic field To generate load absorption.
  • the lifting magnet according to the invention may comprise one or more stators, to each of which at least one rotatably mounted rotor is assigned.
  • each stator with at least one rotor and each such rotor interacts with at least one stator alternately.
  • Such an interacting stator-rotor pair of a stator and a rotor is particularly suitable for generating a resulting magnetic field on a contact element associated with this pair.
  • the rotor and stator of this pair are arranged such that this magnetic field, a working field, from the sum of the effects of the existing magnetic fields, in particular those of the first and second permanent magnetic element, which are to be dominant composed.
  • a pivoting of the corresponding, rotatably mounted about its rotor axis rotor should influence the said interaction and in particular the resulting magnetic field, the working field, on the associated contact element in its strength. If the rotor is in the receiving position, then the working field should be stronger and be reducible by rotating the rotor from the receiving position to the release position. To accommodate the load, a distance between the contact element and the load will be reduced in a conventional manner. Then, the working field acts on the magnetic, in particular ferromagnetic load such that the load is pulled against the corresponding contact element and, when the rotor is in the receiving position, is positively received on the contact element on a contact surface. The reduced in the release position working field should be so small that the movement of the load is dominated by other forces acting on her, such as gravity.
  • the rotor preferably has substantially the shape of a straight cylinder with a substantially circular cross-section, wherein the rotor axis corresponds to the cylinder axis.
  • the cross-sectional shape of the rotor can also be, for example, triangular, quadrangular or polygonal.
  • permanent magnets are provided, which form the second permanent magnetic element. This should in particular be arranged in such a way that it preferably corresponds to the first permanent-magnetic element provided by the stator.
  • the said permanent magnets preferably adjoin one another without gaps and thus form a coherent element.
  • the second (and / or the first) permanent magnetic element is interrupted in the direction of the rotor axis.
  • a working cylinder is to act on the rotor at these interruption points or if the lifting magnet is to be adapted to a load from its geometry.
  • a geometry may be, for example, a load which is suitable for magnetic adhesion at two offending locations and lifting magnet is used primarily for such loads. It is then advantageous for purposes of weight optimization to interrupt said permanent magnetic element and to install permanent magnets only at the relevant points.
  • a direction of magnetic polarity of the second permanent magnetic element i. its magnetic pole direction (north pole south pole direction), over the entire length of the rotor the same.
  • pole direction changes always occur at the corresponding points in the first and in the second permanent magnetic element. This ensures that the working field changes in the direction along the rotor equal or approximately equal when the rotor is rotated.
  • the lifting magnet on a clearly defined recording state and a clearly defined release state.
  • stator and the term “rotor” generally each designate a stator or a rotor of an interacting pair, as described above.
  • a stator here is preferably to understand an element which is fixedly arranged with respect to a longitudinal axis of the rotor in the lifting magnet.
  • the stator is rigidly connected to the possibly existing housing.
  • the stator is designed such that it extends substantially along the rotor, preferably at least partially surrounds it.
  • the stator may include one or more permanent magnets, which may be the first permanent magnetic element form. The first permanent magnetic element then preferably extends along the direction of the longitudinal axis of the rotor, preferably corresponding to the second permanent magnetic element.
  • These elements may extend continuously along the rotor axis, or one and / or the other may be partially interrupted, for example, to save weight or to produce a specific field distribution outside the lifting magnet.
  • the first permanent magnetic element in the radial direction, be distributed around the rotor axis, continuously, or discretely, such that, for example, different parts of the first permanent magnetic element with respect to the rotor axis, for example, opposite or partially opposite each other.
  • the stator (as well as the rotor) may also comprise other magnetic, in particular soft magnetic, or non-magnetic elements.
  • the stator can be arranged such that its magnetic field are slid over these elements to the corresponding contact element, while said elements are preferably further adapted to receive the rotor and also to conduct its magnetic field just to produce the largest possible working field when the said fields add up.
  • the rotor can be supplemented by means of such elements in its cross-sectional shape to circular or another shape, if the second permanent magnetic element does not occupy the entire rotor cross-section.
  • the individual magnetic fields of the first and second permanent-magnetic element, respectively the elements themselves, are selected such that when the rotor is in the release position, the working field is reduced at least until the load is released, while in the Recording position is strong enough to raise the intended lifting load.
  • the rotor can be accommodated in two ways. On the one hand such that its rotor axis is parallel to the contact surface of the corresponding contact element.
  • the stator then advantageously extends along the rotor axis.
  • the rotor is arranged substantially between the first permanent magnetic element and the corresponding contact element.
  • a polar direction of the stator that is to say the direction from the magnetic north pole to the magnetic south pole of the first permanent magnetic element, advantageously points essentially in a direction which is parallel to the corresponding contact surface.
  • the stator comprises the first permanent magnetic element and extends to the poles of the first permanent magnetic element in Polbeinen via the rotor to the contact element. These poles are adapted to direct the magnetic field of the stator against the contact element. So one pole leg should form a magnetic north pole and the other pole leg a magnetic south pole. The rotor can then be accommodated between the pole legs, wherein the rotor axis is perpendicular to the pole direction of the stator.
  • One polar direction of the rotor that is to say the direction from the magnetic north to the magnetic south pole of the second permanent magnetic element, is preferably perpendicular to the rotor axis and accordingly rotates during rotation of the rotor in a plane in which the polar direction of the stator is located. If the polar direction of the rotor between the conductive pole legs now points in the same direction as the polar direction of the stator, the rotor is in or near the receiving position, the stator conducts the rectified magnetic fields of the first and second permanent magnetic elements to the contact element via its pole legs. where they both add to a corresponding workspace to pick up the load.
  • the rotor If the polar direction of the rotor is opposite or substantially opposite to the polar direction of the stator, the rotor is thus in or near the release position, the magnetic flux in a magnetic circuit comprising rotor and stator is short-circuited within the lifting magnet and the lifting magnet gives way the reduced field of work the possible adhesive load free.
  • the rotor axis can also be angled, in particular perpendicular to said abutment surface, in which case the stator consists, for example, of two permanent-magnet elements which are opposite to the rotor axis substantially in the same plane perpendicular to the rotor axis and whose polar directions are substantially equal.
  • stator-rotor pairs can be arranged in a lifting magnet.
  • loads that have a large weight compared to the lifting magnet or correspondingly large dimensions for example, loads weighing more than 5000 kilograms, or with lengths of more than 2 meters, for example, along a contact element
  • several similar acting stator-rotor pairs be arranged in the same housing.
  • a housing for a lifting magnet with a single stator-rotor pair may be a good half a meter high, a little less wide and more than twice as long.
  • a diameter of the rotor can in this case occupy a good third of this width and a length of the rotor depending on the orientation extend substantially over half or full length or height of the housing.
  • a typical weight of the lifting magnet with a rotor-stator pair may be 450 kilograms.
  • these dimensions and the weight are dependent on the required power (for example, lifting levers of 1000 to 5000 kilograms) of the lifting magnet.
  • a lifting magnet with reduced power for example, a lifting load of up to 1000 kilograms
  • a lifting magnet with increased power for example a lifting load of 3000 kilograms.
  • a lifting magnet or lifting magnet for loads with larger dimensions and / or with increased dimensions Performance for example, with a plurality of stator-rotor pairs can thus be provided in a larger version, for example, with a length of up to two meters.
  • two or more lifting magnets according to the invention can be connected to one another via a flat or bar-type support, preferably synchronously connected and actuated via a pressure line network from at least one main pressure line and further pressure lines.
  • a flat carrier here allows the combination of lifting magnets with neighbors to different sides
  • an elongate carrier allows the combination of the lifting magnets substantially along the length thereof.
  • two lifting magnets can be connected in tandem via a beam support.
  • the housing of the two lifting magnets are in this case equipped with fastening means known to those skilled in the art, with which they can be fastened to the carrier or to the support element which provides corresponding fastening means.
  • Such fasteners may, for example, compounds by means Be hook, screw, bolt or rivet or welded joints.
  • connection points are made detachable, so that the number of lifting magnets on the support element, for example one, two, depending on the embodiment, however, three, four or more, can be varied.
  • the support element is preferably rigid, the connection point of the lifting magnets with the support member preferably articulated.
  • the system can adapt to the requirements (eg sagging of profiles).
  • the construction machine provides hydraulic means, which individually allows actuation of a plurality of tools via main pressure and pressure lines, then it is also conceivable that the individual lifting magnets of the lifting magnet unit are controlled separately.
  • a lifting magnet unit is in principle the same as the single lifting magnet constructed and operable and, for example, for loads that exceed the performance of a single lifting magnet used.
  • the stator of the lifting magnet according to the invention can form a part of the housing and in particular a part or the entire contact element, for example, by free ends of any possible pole legs.
  • the stator in particular the stator (as well as the rotor)
  • Design elements should only have a magnetic effect appreciably influencing the magnetic field, if they are suitable for their position and / or shape, to reinforce this field on the contact element and / or to enable an optimal short circuit of the magnetic field of the stator by the magnetic field of the rotor.
  • a so-called amplification can be accomplished by these magnetic construction elements, for example, capture magnetic field lines and lead to an operating point of the lifting magnet, ie in the region of the contact surface of the contact element, which is to bear the magnetic load, for the purpose of field enhancement.
  • Wear parts of the construction due to shape or location not to such a reinforcement the field of the individual permanent magnetic elements and / or the aforementioned magnetic short circuit it is advantageous if they act only minimally or not magnetically, in any case not disturb the magnetic circuit such that the performance of the lifting magnet decreases.
  • a steel shell or casing is preferred to a stainless steel shell because the former is significantly less expensive and more useful than a stainless steel shell according to FEM calculation (for example, in FEM calculations, each rotor position is calculated using magnetic field calculation software In the process, relevant parameters such as torque and force vectors are determined.).
  • This sheath of steel advantageously cooperates with the permanent magnets and improves the performance of the lifting magnet.
  • a magnetic short circuit of the stator is primarily caused by the rotor, especially when the rotor is in or near the release position. Thus, a minimum magnetic field is generated on the contact element when the rotor is in the release position.
  • the permanent magnets preferably include rare earths. If the magnet is to endure high temperatures, for example, an aluminum-nickel-cobalt-containing material can be used. If particularly high energy densities are required, for example, samarium-cobalt or neodymium-iron-boron-containing compounds can be used. There are also combinations of the aforementioned materials conceivable. Permanent magnets are also advantageous in that no current flow as in an electromagnet for maintaining the magnetic field is needed. This increases the reliability of the lifting magnet and simplifies the use of the lifting magnet in that no generators or power sources are needed.
  • the lifting magnet according to the invention is therefore preferably operated by actuation of the cylinder / piston actuator, for example with hydraulic oil in the case of a hydraulic actuator, and not manually but automatically, for example at the push of a button and without the need for a generator for generating the working field.
  • each working cylinder but at least one working cylinder per rotor on a conventional locking block.
  • This blocking block causes the cylinder to be blocked in the event of a malfunction in pressure in pressure lines, via which a pressure in the working cylinder is transmitted, and thus reduced a safety hazard due to sudden load release due to unwanted rotation of the rotor.
  • the lifting magnet according to the invention comprises a cylinder / piston actuator with at least one working cylinder for rotating the rotor back and forth.
  • the embodiment with two working cylinders but it can also be provided only one or three or more working cylinder. A person skilled in the art optimally estimates this number based on the prevailing force conditions.
  • This actuator then replaces a handle, and in particular the manual folding of the same, as it is known from the prior art.
  • the working cylinder should be adapted to the prevailing force relationships which occur when the rotor rotates as intended, according to a manner known to the person skilled in the art. Due to the maximum torque that the person skilled in the art calculates qualitatively (For FEM calculations, for example, each position of the rotor is calculated using magnetic field calculation software.) Relevant parameters such as torque and force vectors are used to design cylinders, bearings, and connectors.) or can determine by tests, the working cylinder cross-section and a load rating of Flanschlagern is designed.
  • hydraulic cylinders are preferred.
  • pneumatic elements or combinations of hydraulic and pneumatic means may also be used.
  • the cylinder / piston actuator comprises one or more hydraulic cylinders
  • this is to be operable by hydraulic means, which, for example, a commercially available tractor or a corresponding construction machine, can be operated by hydraulic fluids in a conventional manner.
  • hydraulic means which, for example, a commercially available tractor or a corresponding construction machine, can be operated by hydraulic fluids in a conventional manner.
  • This offers the advantage that the lifting magnet can be actuated by a conventional tractor or a construction machine; a hydraulic coupling with tool attachments, such as the lifting magnet according to the invention, is a prerequisite.
  • This machine is then preferably provided with a hydraulic pump or a hydraulic pressure accumulator.
  • the lifting magnet by controlling the corresponding actuating means, for example the Hydraulic means of the machine, which stand with the cylinder / piston actuator in the skilled worker known operative connection, activate or deactivate.
  • the corresponding actuating means for example the Hydraulic means of the machine, which stand with the cylinder / piston actuator in the skilled worker known operative connection, activate or deactivate.
  • the operator can thus pivot or rotate the rotor in the receiving or release position by actuating the hydraulic means of the machine, for example from the driver's cab.
  • the lifting magnet can be used in the recycling sector. Here are rebar or similar. lifted and transported with the help of the lifting magnet.
  • the lifting magnet can also be used as a cleaning machine on construction or demolition sites (collection of magnetic material).
  • the lifting magnet can also be used in civil engineering as a lifter of steel plates or in handling bundles of reinforcing bars.
  • the inventive lifting magnet is therefore very precise and controlled use. Such a control is also advantageous, since a complex turning over of a handle or lever on the lifting magnet itself is omitted, which requires a walk to the lifting magnet or an additional operator.
  • the lifting magnet is thus also used in particular in places that are difficult or impossible for people to access, such as a house roof or a pit or other danger zone.
  • the user no longer has to rotate the rotor directly by his own muscle power. This is particularly advantageous for lifting magnets, which require a large switching force to move the handle.
  • the load lifting magnet according to the invention is switchable without contact with a load, preferably automatically, for example at the push of a button.
  • the inventive lifting magnet in particular its mechanism is designed to be switchable without load system. In connection with the switching associated forces are in this case largely compensated in the invention lifting magnet, for example, the force acting on the cylinder reaction force of the rotor Compensated by the housing or the stator.
  • the lifting magnet switching on in the air, ie away from the load, is advantageous or even a prerequisite, e.g. when "sucking" pieces of iron lying on the ground, i. when collecting iron parts, which are scattered on the ground by the lifting magnet in the activated state is pivoted over the ground, so collect the iron parts on the contact surface and then unloading the iron parts in a predetermined location.
  • the present invention over known lifting magnets, which generate the required magnetic fields by current flow in a coil and thus are also controlled, for example by pressing a button, the advantage that the permanent magnets according to the invention do not require such a flow of current.
  • the working cylinder is pneumatically driven.
  • Pneumatic cylinders assume that the corresponding machine, to which the lifting magnet is coupled, provides pneumatic means, in particular a pneumatic pressure accumulator or a pneumatic pump.
  • the working cylinder creates the operative connection between the stator and the rotor in such a way that the rotor is rotatable or pivotable relative to the stator by actuation of the working cylinder.
  • the piston rod and the cylinder body of the working cylinder directly on the stator or on the rotor, or vice versa, be attached (direct attachment).
  • the cylinder body of the working cylinder is pivotally mounted on the housing and the piston rod of the at least one working cylinder on the rotor.
  • About the housing of the cylinder body is then indirectly on the stator, which in turn is attached to the housing, attached (indirect attachment).
  • the cylinder body is mounted vertically above the horizontally extending rotor axis.
  • the attachment or suspension point of the cylinder body preferably lies within the housing on an upper housing section or an upper housing cover, specifically centrally with respect to the width of the housing cover.
  • this central arrangement leads to a symmetrical distribution of the forces exerted by the cylinder body the housing are transferred.
  • this suspension point can be attached closer to the one side wall of the housing, which changes an effective direction of the working cylinder.
  • the stator should be rigidly connected to the housing.
  • the working direction of the working cylinder is ideally perpendicular to the rotor axis.
  • the power cylinder oscillates in a plane perpendicular to the rotor axis while rotating the rotor.
  • a compact design is advantageous because magnetic fields fall off very sharply at spatial distance. With regard to a compact design, it is therefore advantageous if the housing has minimal dimensions.
  • the working cylinder with extended piston rod preferably extends over a substantial part of the lifting magnet.
  • these cylinders preferably work synchronously.
  • the working cylinders can also work counter-synchronously.
  • the working cylinders are connected in a manner known to the person skilled in the art via pressure lines such that the corresponding preferably identical working cylinders move laterally pivoting synchronously or counter-synchronously when the cylinder / piston actuator is pressurized or depressurized via a main pressure line.
  • Under synchronous here is simultaneous pivoting of the working cylinder to the same side of the housing, with pivot points of the cylinder on the rotor are advantageously located at the same height. If the cylinders work counter-synchronously, they pivot to opposite sides of the housing and the points of articulation are substantially opposite one another with respect to the rotor axis.
  • the main pressure line and / or the other pressure lines advantageously comprise a pressure relief valve which limits a maximum operating pressure of the hydraulic fluid to, for example, 180 bar.
  • a total swing angle by which the rotor is rotated or pivoted from the release position into the receiving position or vice versa, is 180 °, ie half a turn.
  • the polar directions of ideally antiparallel show in the opposite directions
  • ideally parallel both pointing in the same direction
  • the rotor according to the invention preferably comprises a hub and a connecting rod, via which the working cylinder actuates the rotor by means of a weld-on bush, which adjoins the free end of the piston rod.
  • the total tilt angle is therefore selected in the lifting magnet according to the invention such that no such dead center has to be overcome. This means that the total swing angle is less than 180 ° and does not cover any of the dead centers. Preference is given here a swivel angle of 120 °.
  • a jerky start from an end position can arise when a Anlenkwinkel when retracted piston rod is too shallow or when extended piston rod is too pointed and the corresponding transverse forces are so large that the rotor is not rotated smoothly from an end position can, but for example, at least in phases, due to the mechanical and magnetic friction gets stuck for a short time or is braked.
  • the angle of articulation is understood to mean the angle between the distance between the suspension point of the cylinder and the articulation point and the distance between the articulation point and the rotor axis.
  • the angle of articulation in the receiving and the release position can be, for example, about 30 ° or about 150 °. This minimizes the required lateral forces and reduces jerking when starting from said end positions, while reducing the efficiency of the system by only about 10%.
  • the cylinder axis is aligned here in end positions, ie in the release and the recording position the same.
  • the said transverse forces in the release and the receiving position are the same. The torques that occur in this regard due to the interaction of the first and second permanent magnetic element are neglected, since their contribution is minimal.
  • FIG. 1a A preferred embodiment of the lifting magnet 1 is shown in FIG Fig. 1a and in Figures 3 and 4 shown in a cross-sectional view.
  • Fig. 2 a corresponding longitudinal section is shown; here is the in Fig. 2 left lying area of the front, the right lying the rear, the upper lying the upper and the lower lying the lower portion of the lifting magnet 1; viewed from the front, the left side of the lifting magnet 1 is located to the left of the center of the lifting magnet 1, the right side of it to the right.
  • the lifting magnet 1 comprises an elongated stator 30, a cylindrical rotor 50 and a cylinder / piston actuator 101 with two hydraulically operated working cylinders 100, 100 ', which are arranged in a housing 10.
  • the housing 10 comprises housing side walls 11, which preferably converge slightly upwards. This is followed by an upper housing section 12, which has a conventional fastening element 2 for coupling the lifting magnet 1 with a suitable machine.
  • This fastening element 2 may comprise a fastening ring 3.
  • other, known in the art fasteners are conceivable, for example, quick change systems for automatic operation (unmanned change systems).
  • the housing 10 further comprises a lower housing cover 20 and in the front and in the rear part of the housing 10 each have a housing bottom portion 24. Further, the housing 10 also includes parts of free ends 33, 34 of magnetizable Polbeinen 35, 36, in which the stator 30th preferably extends over its entire length against the bottom.
  • the ends 33, 34 project advantageously over the housing bottom portions 24 and the lower housing cover 20.
  • the projecting ends 33, 34 form with the lower housing cover 20 a Investment element, wherein the superior pole legs 35, 36 converge slightly on their inner surfaces upwards and thus lead a load against a center of the contact surface of the contact element 20, 33, 34.
  • two vertical bulkheads 27 are further provided such that the interior of the housing is divided into three chambers, each a substantially equal outer chamber 40, 40 'in the front and rear of the housing 10 and a larger middle chamber 41 in between ,
  • the outer chambers 40, 40 ' is a respective working cylinder 100, 100' and arranged in the middle chamber 41 of the stator 30 and essential parts of the rotor 50.
  • the two working cylinders 100, 100 ' are identical.
  • the bulkheads 27 in this case have a plurality of openings, for example for the implementation of a rear or front rotor section 54, 55 or of pressure lines 21, 22 for the supply of the working cylinder.
  • the pressure ports 23 are designed such that they can be connected to conventional hydraulic means of suitable machines.
  • the upper housing cover 12 provides for the implementation of the main pressure lines 22 and for maintenance purposes at least one recess 26 which can be closed by a detachable by conventional means plate-shaped cover 25.
  • the main pressure line 22 and / or the pressure lines 21 have at least one conventional pressure relief valve, which is preferably arranged in the middle chamber 41.
  • the stator 30 is disposed substantially between the two bulkheads 27 over the length of the middle chamber 41 and provides a first permanent magnetic element 32 which extends substantially in a rectangular cross-sectional shape over the entire length of the stator 30 at about half height of the housing 10, ready.
  • One polar direction X (magnetic north pole-south pole direction) of the first permanent magnet Element 32 here shows horizontal and perpendicular to the longitudinal direction of the housing 10, in Fig. 3 to the left. From the first permanent magnetic element 32, the pole legs 35, 36 extend away from each other into the lower region of the housing 10, where the free ends 33, 34 connect.
  • the stator 30 thus has a beam-like shape with a substantially triangular cross section, with the apex of the triangle being recessed and the base of the beam having a recess 16 which is defined by the inner surfaces of the pole legs 35, 36 and serves to receive the rotor 50 (see eg Figures 3 and 4 ).
  • the pole legs 35, 36 are made of a high permeability material, such as soft iron or low carbon steel, thus bundle the magnetic field of the first permanent magnetic element 32 and a second permanent magnetic element 52 of the rotor 50 and direct the resulting magnetic field, which is locally prevailing magnetic fields, against the free ends 33, 34 of the pole legs 35, 36th
  • the rotor 50 is rotatable about a rotor axis 56 between the pole legs 35, 36 in the recess 16.
  • the recess 16 is shaped in such a way that the bulges in which the rotor 50, which is essentially circular in cross-section, projects.
  • the rotor axis 56 in this case is located centrally in the rotor 50 and extends horizontally along the length of the housing 10 and the stator 30, parallel to the contact surface.
  • the rotor 50 provides the second permanent magnetic element 52.
  • This element 52 assumes with its preferably substantially rectangular cross section a substantial part of the rotor cross section (see Figures 3 and 4 ).
  • portions of circle segments 53 extending along the rotor axis 56 complete the substantially circular cross section of the rotor 50.
  • these portions of circular segments 53 are of high permeability material, such as low carbon steel, which are magnetic fields passes.
  • the second permanent magnetic element 52 extends substantially over the same length as the first permanent magnetic element 32 and interacts therewith, in particular via the pole legs 35, 36 and circle segments 53
  • Rotor 50 (magnetic north pole south pole direction) points perpendicular to the rotor axis 56 and rotates in the plane perpendicular to the rotor axis 56 with the rotating rotor 50.
  • the rotor 50 projects into the outer chambers 40, 40 ' , wherein the respective working cylinder 100, 100 'in the outer chambers 40, 40' engages parts of the rotor 50 projecting into the outer chamber 40, 40 '.
  • the rotor 50 is rotatable by means of the two working cylinders 100, 100 'between the receiving position and the release position.
  • the power cylinder 100, 100 ' comprises a cylinder body 110, 110', in which a piston (not visible in the drawings) is reciprocally mounted, and a piston rod 120, 120 'which is fixed to the piston.
  • the cylinder body 110, 110 'and thus the working cylinder 100, 100' is suspended pivotally mounted centrally above the stator 30 and the rotor shaft 56 on the upper housing portion 12 to a suspension 14, 14 '.
  • the distal end of the cylinder body 110, 110 ' has a fastening portion 116, 116' with a recess 117, 117 '(see eg Fig. 5 ) for fastening the cylinder body 110, 110 'to the suspension 14, 14' by means of a bolt or a pin.
  • the suspension 14, 14 ' is centered with respect to the width of the housing 10 and mounted on the upper housing portion 12, such that a longitudinal axis of the working cylinder 100, 100' in a plane perpendicular to the rotor axis 56 oscillates.
  • the piston rod 120, 120' can be moved during a stroke movement of the piston in a lateral pendulum motion.
  • the piston rod 120, 120 ' engages the front rotor section 54 and the rear rotor section 55 via a connecting rod 130, 130', which is connected to the rotor axis 56 via a hub 140, 140 '.
  • the connecting rod 130 with hub 140 is in the Figures 1c and 1d shown alone in two different side views.
  • the piston rod 120, 120 ' is fastened to the connecting rod 130, 130' by means of a weld-on bushing 122, 122 'adjoining the free end of the piston rod 120, 120'.
  • the weld-on bushings 122, 122 'each have a recess 123 (see FIG Fig. 5 ) and the connecting rods 130, 130 'each have a recess 133 (see Fig. 1a ) on.
  • the connecting rod 130, 130 ' surrounds the weld-on sleeve 122, 122' with respect to the rotor axis 56 outer portion 131 to both Pages.
  • the weld-on sleeve 122, 122 ' is thus, as in Fig. 2 can be seen in the connecting rod 130, 130 'used.
  • This abutment defines a limit to the rotation because the rotor 50 can not be rotated further in that direction.
  • both hubs 140, 140 ' have a corresponding recess 121 (see in particular FIG Figures 1c and 1d ) on.
  • This recess 121 is arranged such that at the position of the piston rod 120, 120 'which is close to the axis, the piston rod 120, 120' preferably at least partially completely occupies the space provided by the recess 121. Near the axis is to be understood as close to the rotor axis 56.
  • the weld-on bushing 122, 122 'on the piston rod 120, 120' is offset laterally relative to the rotor axis 56 with respect to a piston rod longitudinal axis attached (see, eg Fig. 5 ). It should be emphasized, however, that preferably defines a stroke length or a stroke of the piston, the initial and final position of the pivotal movement by piston stop. The stroke thus corresponds to the distance of the recess 133 between the initial and final position and directly causes the tilt angle of 120 °.
  • the rotor 50 in particular its hub 140, 140 'and connecting rods 130, 130', does not penetrate the plane in which the working cylinder 100, 100 'oscillates.
  • the weld-on bushing 122, 122 'then rests against the connecting rod 130, 130' only with the side facing the rotor 50 and is fastened to its outer section 131, for example via a bolt, which projects through recesses 123, 133.
  • the piston rod 120, 120 'then in this embodiment does not abut on the hub 140, 140', the latter therefore does not need to have any recesses for receiving the piston rod 120, 120 '.
  • the polar direction X of the first permanent-magnetic element 32 is fixed, extends substantially horizontally transversely to the length of the housing 10 and forms a pole-direction angle ⁇ with the polar direction Y of the second permanent-magnetic element 52 spaced below the first permanent-magnetic element 32 in the vertical direction Figures 3 and 4 ).
  • the polar direction angle ⁇ in the release position is 155 ° and in the receiving position 35 °, wherein the pivot angle ⁇ of the rotor between the release position and the receiving position is 120 °.
  • the piston rod 120, 120 ' is aligned here in the release position and in the receiving position the same.
  • the Poliquesswinkel ⁇ may be less than or equal to 175 °, preferably less than 165 °, but at least 90 °, the pivot angle ⁇ of the rotor between the release position and the receiving position less than or equal to 170 °, preferably less than 150 °, but at least 5 ° is.
  • the pole-direction angle ⁇ is equal to the difference of the amounts of the pole-direction angle ⁇ when the rotor is in the release position and the swivel angle ⁇ .
  • the resulting magnetic field, the working field, between the free ends 33, 34 of the pole legs 35, 36, ie on the contact element 20, 33, 34 in this case depends on the orientation of the rotor 50, as depending on the position of the rotor 50, the individual magnetic field components like a vector add to the total resulting magnetic field.
  • the permanent magnets are selected according to a known to those skilled in the art, for example, rare earth magnets are made of neodymium with an energy product of about 300 kilojoules / cubic meter used, so that the lifting magnet loads of up to 3000 kilograms can safely lift. For example, for a preferred embodiment, the FEM calculations give a breakaway force of about 8,000 decanewtons.
  • the tear-off force is defined according to DIN standard VDE 0580.
  • the defined power of a lifting magnet is reduced on the market by a factor of 2 to 3 (safety factor). This also ensures that the working field is dominated by the first and the second permanent magnetic element 32, 52.
  • an angle of polarity ⁇ defined as the angle between the two polarities, in this case equaling 35 °, adds sums of magnetic field components of the magnetic fields of the first and of the second permanent magnetic element on the contact element as far as possible and the working field reaches its maximum value.
  • the polar direction angle ⁇ here equal to 155 °, the working field is reduced to its minimum value, since the corresponding magnetic field components have at least partially different signs on the contact element.
  • a hoisting magnet unit (not shown in the drawings) comprising beam or sheet-like support members.
  • These support members may be, for example, double T-beams or plates made of steel, which have corresponding fastening means.
  • the connection may be, for example, a hook, weld, rivet, screw or bolt connection.
  • several, for example two, three, four or more lifting magnets 1 according to the invention can be fastened to these support elements in a manner known to the person skilled in the art and can be connected to a lifting magnet unit.
  • the support element is preferably rigid, the connection point of the lifting magnets preferably articulated.
  • the system can adapt to the requirements (e.g., sagging of profiles).
  • the lifting magnet 1 or the Hegemagnetü is suitable for receiving magnetic load and after a possible movement of the lifting magnet 1 for the subsequent release of the load.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hebemagneten (1) zur kraftschlüssigen Aufnahme von magnetischer, insbesondere ferromagnetischer, Last. Dabei umfasst der Hebemagnet (1) mindestens einen Stator (30), umfassend ein erstes permanentmagnetisches Element (32), mindestens einen dem Stator (30) zugeordneten Rotor (50), umfassend ein zweites permanentmagnetisches Element (52), und mindestens ein Anlageelement (22, 33, 34) zum Aufnehmen der Last. Der mindestens eine Rotor (50) ist relativ zum entsprechenden Stator (30) aus einer Aufnahmeposition, in welcher durch das erste und zweite permanentmagnetische Element (32, 52) eine magnetische Kraft zum Aufnehmen der Last am Anlageelement (22, 33, 34) zur Verfügung gestellt ist, in eine Freigabeposition, in welcher die magnetische Kraft die Last freigebend reduziert ist, rotierbar. Der Hebemagnet (1) umfasst erfindungsgemäss einen mindestens einen Arbeitszylinder (100) umfassenden Zylinder/Kolben-Aktuator (101), wobei der mindestens eine Arbeitszylinder (100) durch direkte oder indirekte Befestigung eine Wirkverbindung zwischen dem Rotor (50) und dem entsprechenden Stator (30) bereitstellt. Durch Aktivierung des Zylinder/Kolben-Aktuators (101) ist der mindestens eine dem Stator (30) zugeordnete Rotor (50) aus der Aufnahmeposition in die Freigabeposition und zurück rotierbar.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hebemagneten mit einem Zylinder/Kolben-Aktuator und die Verwendung eines solchen zum Heben von magnetischer Last.
    • STAND DER TECHNIK
  • Lasthebemagnete nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind beispielsweise aus der DE 2704118 A1 bekannt. Diese beschreibt einen Lasthebemagneten mit einer Permanentmagneteinheit, der zwei Polbeine umfasst, zwischen welchen ein permanentmagnetischer Anker rotierbar gelagert ist. Die Permanentmagnete bilden Teile eines magnetischen Wirkkreises. Hierbei wird der Anker manuell mittels eines Handgriffes unter teils erheblichem Kraftaufwand um 180° zwischen einer ausgeschalteten Ruhelage und einer eingeschalteten Arbeitslage gedreht. In der Arbeitslage kann eine Last aufgenommen werden. Eine anliegende Last beeinflusst den magnetischen Wirkkreis derart, dass eine Kraft zum Umlegen des Handgriffs kleiner wird. Derartige manuelle Lasthebemagnete sind daher oft erst in Kontakt mit einer bestimmungsgemässen Last schaltbar, weil beispielsweise die ansonsten benötigte Kraft zum Umlegen des Hebels die Muskelkraft eines Benutzers übersteigt. Bei einem freihängenden Lasthebemagneten dieser Bauform, der beispielsweise einzuschalten ist, ohne dass eine Last anliegt, kann es sodann auch vorkommen, dass die benötigte Kraft zum Umlegen des Hebels derart gross ist, dass sich der gesamte freihängende Lasthebemagnet wegdreht, bevor der Anker rotiert. Um eine Reaktionsbewegung des Lasthebemagneten aufgrund einer Reaktionskraft auf eine Krafteinwirkung durch den Benutzer auf den Hebel zu vermeiden, muss der Benutzer der hervorgerufenen Reaktionsbewegung entgegenwirken, was nachteilig ist.
  • Die DE 3545213 A1 zeigt eine Hebevorrichtung für ferromagnetische Lasten, welche in einem Rahmen Magnete bereitstellt, wobei die Vorrichtung durch Verschiebung der Magnete in die Arbeitslage eine Last aufnehmen oder freigeben kann. Hierbei ist es jedoch nachteilig, dass ein Schwerpunkt der Hebevorrichtung durch das Verschieben der Magnete ebenfalls seinen Lagepunkt ändert, was einen zusätzlichen Kraftaufwand bedingt.
  • Auch die GB 2292838 A offenbart eine Hebevorrichtung mit einer oberen und einer unteren Einheit, welche Permanentmagnete bereitstellen. Hierbei sind die Permanentmagnete jeweils derart in Einheiten angeordnet, dass eine obere und eine untere Einheit relativ zueinander verschiebbar sind, um eine Last aufzunehmen oder freizugeben. Auch hier wird der Schwerpunkt der Hebevorrichtung durch dieses Verschieben beeinflusst.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Um diese Nachteile zu überwinden und gleichzeitig einen verbesserten Hebemagneten der eingangs genannten Art anzugeben, welcher einen zweckmässigeren und einfacheren bestimmungsgemässen Gebrauch erlaubt, ist ein Hebemagnet gemäss der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Hebemagneten mit einem Zylinder/Kolben-Aktuator anzugeben, welcher die oben genannten Nachteile überwindet.
  • In diesem Zusammenhang ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Hebemagneten mit permanentmagnetischen Elementen anzugeben, der sicheres Heben von magnetischer Last automatisch mittels Druckbeauftragung eines Zylinder/Kolben-Aktuators ermöglicht, wobei eine Schwerpunktsverschiebung des erfindungsgemässen Hebemagneten bei dessen Aktivierung oder Deaktivierung minimal ist.
  • Diese Aufgaben und Ziele der Erfindung werden bei einem Hebemagneten zur kraftschlüssigen Aufnahme von magnetischer, insbesondere ferromagnetischer, Last, wobei der Hebemagnet umfassend mindestens einen Stator, umfassend ein erstes permanentmagnetisches Element, mindestens einen dem Stator zugeordneten Rotor, umfassend ein zweites permanentmagnetisches Element, und mindestens ein Anlageelement zum Aufnehmen der Last, wobei der mindestens eine Rotor relativ zum entsprechenden Stator aus einer Aufnahmeposition, in welcher durch das erste und zweite permanentmagnetische Element eine magnetische Kraft zum Aufnehmen der Last am Anlageelement zur Verfügung gestellt ist, in eine Freigabeposition, in welcher die magnetische Kraft die Last freigebend reduziert ist, rotierbar ist, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass der Hebemagnet weiter einen mindestens einen Arbeitszylinder umfassenden Zylinder/Kolben-Aktuator umfasst, wobei der mindestens eine Arbeitszylinder einen Zylinderkörper mit einem darin hin- und herbewegbaren Kolben und eine Kolbenstange, welche am Kolben befestigt ist, bereitstellt und über den Zylinderkörper und die Kolbenstange durch direkte oder indirekte Befestigung eine Wirkverbindung zwischen dem Rotor und dem entsprechenden Stator bereitstellt, sodass durch Aktivierung des Zylinder/Kolben-Aktuators der mindestens eine dem Stator zugeordnete Rotor aus der Aufnahmeposition in die Freigabeposition und zurück rotierbar ist.
  • Der Hebemagnet umfasst hierbei vorteilhafterweise ein vorzugsweise abgeschlossenes Gehäuse, welches insbesondere verhindert, dass sich magnetische Kleinteile über die Zeit des bestimmungsgemässen Gebrauchs an permanentmagnetischen oder magnetisierten Komponenten der Hebevorrichtung sammeln und damit unnötiges Gewicht akkumulieren oder gar den störungsfreien Betrieb der Hebevorrichtung verunmöglichen. Vorteilhafterweise ist dieses Gehäuse aus einem idealerweise robusten Material gefertigt, insbesondere aus kohlenstoffarmem Stahl. Alternativerweise kann das Gehäuse auch aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder etwa aus einem dem Fachmann im Gebiet bekannten und geeigneten Kunststoff gefertigt sein; mit Aluminium oder Kunststoff könnte eine vorteilhafte Gewichtsreduktion erzielt werden. Vorteilhafterweise sind beim Vorhandensein eines solchen Gehäuses alle defektanfälligen oder sensiblen Bauteile, insbesondere jedoch alle permanentmagnetischen Elemente des Hebemagneten, insbesondere Rotor- und/oder Statorelemente, von diesem Gehäuse schützend umgeben.
  • Bevorzugterweise stellt das Gehäuse auch das mindestens eine Anlageelement bereit. Dabei können im Falle von mehreren Anlageelementen die durch die Anlageelemente bereitgestellten Anlageflächen in einer Ebene liegen oder aber winklig zueinander stehen. Diese Anlageflächen können auf bestimmte, zu transportierende Lasten angepasst sein, also etwa mit einer äusseren Form einer Last korrespondierende Flächen bereitstellen, um einen optimalen Kraftschluss zu erzeugen. Die Anlageelemente können also beispielsweise auch Ausnehmungen oder Vertiefungen aufweisen, welche die angezogene Last gegen ein Zentrum führen und/oder gegen ein seitliches Verrücken stabilisieren. Hierbei kann das Anlageelement jeweils ein Teil des Gehäuses sein. Vorteilhafterweise bestehen zumindest Teile des Anlageelementes aus einem Material, welches eine hohe Permeabilität aufweist, beispielsweise Weicheisen oder kohlenstoffarmer Stahl, damit das durch die permanentmagnetischen Elemente in Wechselwirkung im Innern des Gehäuses erzeugte Magnetfeld optimal zur Lastaufnahme nach aussen gleitet wird, um dort ein resultierendes Magnetfeld zur Lastaufnahme zu erzeugen.
  • Hierbei kann der erfindungsgemässe Hebemagnet einen oder mehrere Statoren umfassen, welchen jeweils mindestens ein rotierbar gelagerter Rotor zugeordnet ist. Vorteilhafterweise wirkt also jeder Stator mit mindestens einem Rotor und jeder solcher Rotor mit mindestens einem Stator wechselseitig. Ein derart wechselwirkendes Stator-Rotor-Paar aus einem Stator und einem Rotor ist insbesondere dazu geeignet, an einem diesem Paar zugeordneten Anlageelement ein resultierendes Magnetfeld erzeugen. Dabei sind Rotor und Stator dieses Paares derart angeordnet, dass sich dieses Magnetfeld, ein Arbeitsfeld, aus der Summe der Wirkungen der vorhandenen Magnetfelder, insbesondere jener des ersten und zweiten permanentmagnetischen Elementes, welche dominierend sein sollen, zusammensetzt. Eine Verschwenkung des entsprechenden, um seine Rotorachse rotierbar gelagerten Rotors soll die besagte Wechselwirkung und insbesondere das resultierende Magnetfeld, das Arbeitsfeld, am zugeordneten Anlageelement in seiner Stärke beeinflussen. Ist der Rotor in der Aufnahmeposition, so soll das Arbeitsfeld stärker sein und durch Rotieren des Rotors aus der Aufnahmeposition in die Freigabeposition reduzierbar sein. Zur Aufnahme der Last wird in herkömmlicher Weise eine Distanz zwischen Anlageelement und Last verringert werden. Sodann wirkt das Arbeitsfeld derart auf die magnetische, insbesondere ferromagnetische Last, dass die Last gegen das entsprechende Anlageelement gezogen und, wenn der Rotor in Aufnahmeposition ist, am Anlageelement an einer Anlagefläche kraftschlüssig aufgenommen wird. Das in der Freigabeposition reduzierte Arbeitsfeld soll derart klein sein, dass die Bewegung der Last durch andere an ihr angreifende Kräfte, wie beispielsweise die Schwerkraft, dominiert wird.
  • Der Rotor hat vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines geraden Zylinders mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wobei die Rotorachse der Zylinderachse entspricht. Die Querschnittsgestalt des Rotors kann beispielsweise auch dreieckig, viereckig oder vieleckig sein. Entlang der Rotorachse sind Permanentmagnete vorgesehen, welche das zweite permanentmagnetische Element bilden. Dieses soll hierbei insbesondere derart angeordnet sein, dass es vorzugsweise mit dem ersten permanentmagnetischen Element, das durch den Stator bereitgestellt wird, korrespondiert. Vorzugsweise reihen sich die besagten Permanentmagnete lückenlos aneinander und bilden somit ein zusammenhängendes Element. Es ist jedoch auch denkbar, dass das zweite (und/oder das erste) permanentmagnetische Element in Richtung der Rotorachse unterbrochen ist. Dies kann vorteilhaft sein, wenn an diesen Unterbruchsstellen beispielsweise ein Arbeitszylinder am Rotor angreifen soll oder wenn der Hebemagnet von seiner Geometrie her einer Last angepasst werden soll. Eine solche Geometrie kann beispielsweise eine Last sein, welche an zwei beanstandeten Stellen zum magnetischen Kraftschluss geeignet ist und Hebemagnet vornehmlich für derartige Lasten eingesetzt wird. Es ist dann zu Zwecken der Gewichtsoptimierung vorteilhaft, das besagte permanentmagnetische Element zu unterbrechen und Permanentmagnete nur an den relevanten Stellen zu verbauen.
  • Vorzugsweise ist eine Richtung der magnetischen Polarität des zweiten permanentmagnetischen Elementes, d.h. dessen magnetische Polrichtung (Nordpol-Südpol-Richtung), über die gesamte Länge des Rotors gleich. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn Polrichtungswechsel stets an den korrespondieren Stellen im ersten und im zweiten permanentmagnetischen Element auftreten. Damit wird sichergestellt, dass sich das Arbeitsfeld in der Richtung entlang des Rotors gleich oder annähernd gleich ändert, wenn der Rotor rotiert wird. Damit weist der Hebemagnet einen klar definierten Aufnahmezustand und einen klar definierten Freigabezustand auf.
  • Nachfolgend bezeichnen der Ausdruck "Stator" und der Ausdruck "Rotor" im Allgemeinen jeweils einen Stator bzw. einen Rotor eines wechselwirkenden Paares, wie zuvor beschrieben. Unter einem Stator ist hierbei vorzugsweise ein Element zu verstehen, welches fest bezüglich einer Längsachse des Rotors im Hebemagneten angeordnet ist. Bevorzugterweise ist der Stator starr mit dem allenfalls vorhandenen Gehäuse verbunden. Weiter ist der Stator derart gestaltet, dass er sich im Wesentlichen entlang des Rotors erstreckt, vorzugsweise diesen zumindest teilweise umgibt. Der Stator kann einen oder mehrere Permanentmagnete beinhalten, welche das erste permanentmagnetische Element bilden. Das erste permanentmagnetische Element erstreckt sich dann vorzugsweise entlang der Richtung der Längsachse des Rotors, vorzugsweise korrespondierend mit dem zweiten permanentmagnetischen Element. Diese Elemente können sich durchgehend entlang der Rotorachse erstecken, oder das eine und/oder das andere teilweise unterbrochen sein, um beispielsweise Gewicht einzusparen oder eine spezielle Feldverteilung ausserhalb des Hebemagneten zu erzeugen. Dabei kann das erste permanentmagnetische Element, in radialer Richtung, auch um die Rotorachse verteilt sein, kontinuierlich, oder aber diskret, derart, dass sich beispielsweise verschiedene Teile des ersten permanentmagnetischen Elementes bezüglich der Rotorachse beispielsweise gegenüberliegen oder teilweise gegenüberliegen.
  • Der Stator (sowie auch der Rotor) kann auch andere magnetische, insbesondere weichmagnetische, oder nichtmagnetische Elemente umfassen. Mittels solcher Elemente kann insbesondere der Stator derart angeordnet werden, dass dessen Magnetfeld über diese Elemente zum entsprechenden Anlageelement gleitet werden, während die besagten Elemente vorzugsweise weiter geeignet sind, den Rotor aufzunehmen und dessen Magnetfeld ebenfalls ebendahin zu leiten, um ein möglichst grosses Arbeitsfeld zu erzeugen, wenn sich die besagten Felder addieren. Der Rotor kann mittels solcher Elemente in seiner Querschnittsgestalt auf Kreisform oder eine andere Form ergänzt werden, wenn das zweite permanentmagnetische Element nicht den gesamten Rotorquerschnitt einnimmt. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Magnetfelder des ersten und zweiten permanentmagnetischen Elementes, respektive die Elemente selbst derart gewählt werden, dass, wenn sich der Rotor in der Freigabeposition befindet, das Arbeitsfeld mindestens bis zur Freigabe der Last reduziert ist, während es in der Aufnahmeposition stark genug ist, die bestimmungsgemäss zu hebende Last zu heben.
  • Dabei kann der Rotor prinzipiell auf zwei Arten aufgenommen werden. Zum einen derart, dass dessen Rotorachse parallel zur Anlagefläche des entsprechenden Anlageelementes liegt. Der Stator erstreckt sich dann vorteilhafterweise entlang der Rotorachse. Vorteilhafterweise ist der Rotor im Wesentlichen zwischen dem ersten permanentmagnetische Element und dem entsprechenden Anlageelement angeordnet. Eine Polrichtung des Stators, also die Richtung vom magnetischen Nord- zum magnetischen Südpol des ersten permanentmagnetischen Elementes, zeigt vorteilhafterweise im Wesentlichen in eine Richtung, welche parallel zur entsprechenden Anlagefläche ist.
  • Hierbei umfasst der Stator das erste permanentmagnetische Element und erstreckt sich zu den Polen des ersten permanentmagnetischen Elementes in Polbeinen über den Rotor zum Anlageelement. Diese Polbeine sind geeignet, das Magnetfeld des Stators gegen das Anlageelement zu leiten. Also soll das eine Polbein einen magnetischen Nordpol und das andere Polbein einen magnetischen Südpol bilden. Zwischen den Polbeinen kann dann der Rotor aufgenommen werden, wobei die Rotorachse senkrecht zur Polrichtung des Stators steht. Eine Polrichtung des Rotors, also die Richtung vom magnetischen Nord- zum magnetischen Südpol des zweiten permanentmagnetischen Elementes, steht vorzugsweise senkrecht zur Rotorachse und dreht sich bei Rotation des Rotor entsprechend in einer Ebene, in welcher auch die Polrichtung des Stators liegt. Zeigt nun die Polrichtung des Rotors zwischen den leitenden Polbeinen in die gleiche Richtung wie die Polrichtung des Stators, befindet sich der Rotor also in oder nahe der Aufnahmeposition, so leitet der Stator über dessen Polbeine die gleichgerichteten Magnetfelder des ersten und zweiten permanentmagnetischen Elementes zum Anlageelement, wo sie beide zu einem entsprechenden Arbeitsfeld zur Aufnahme der Last addieren. Zeigt die Polrichtung des Rotors entgegen oder im Wesentlichen entgegen der Polrichtung des Stators, befindet sich der Rotor also in oder nahe der Freigabeposition, so ist der magnetische Fluss in einem magnetischen Wirkkreis, umfassend Rotor und Stator, innerhalb des Hebemagneten kurzgeschlossen und der Hebemagnet gibt aufgrund des reduzierten Arbeitsfeldes die allfällige anhaftende Last frei.
  • Alternativerweise kann die Rotorachse auch winklig, insbesondere senkrecht zur besagten Anlagefläche stehen, wobei dann der Stator beispielsweise aus zwei, sich bezüglich der Rotorachse im Wesentlichen in der gleichen Ebene senkrecht zur Rotorachse gegenüberliegenden permanentmagnetischen Elementen besteht, deren Polrichtungen im Wesentlichen gleich sind. Zeigt nun die Polrichtung des rotierbar um seine Achse gelagerten Rotors in die gleiche Richtung wie die Polrichtung des vorzugsweise starr mit dem Gehäuse verbundenen Stators (Rotor in Freigabeposition), so ist der magnetische Fluss ebenfalls kurzgeschlossen, das Arbeitsfeld minimal und der Hebemagnet gibt die Last frei. Zeigt die Polrichtung des Rotors entgegen der Polrichtung des Stators (Rotor in Aufnahmeposition), so herrscht am Anlageelement ein entsprechend starkes Arbeitsfeld, das bestimmungsgemäss zumindest zur sicheren Aufnahme der Last reicht.
  • Es ist klar, dass eines oder aber auch mehrere derartig wechselwirkende Stator-Rotor-Paare in einem Hebemagneten angeordnet werden können. Für Lasten, die ein grosses Gewicht im Vergleich zum Hebemagneten oder entsprechend grosse Abmessungen aufweisen, beispielsweile Lasten mit einem Gewicht von mehr als 5000 Kilogramm, oder mit Längen vom Mehr als 2 Meter, können beispielsweise entlang eines Anlageelementes mehrere gleichartig wirkende Stator-Rotor-Paare im gleichen Gehäuse angeordnet sein. Ein Gehäuse für einen Hebemagneten mit einem einzelnen Stator-Rotor-Paar kann beispielsweise gut einen halben Meter hoch, etwas weniger breit und gut doppelt so lang sein. Ein Durchmesser des Rotors kann hierbei gut einen Drittel dieser Breite einnehmen und eine Länge des Rotors sich je nach Orientierung im Wesentlichen über die halbe oder ganze Länge oder Höhe des Gehäuses erstrecken. Ein typisches Gewicht des Hebemagneten mit einem Rotor-Stator-Paar kann beispielsweise 450 Kilogramm betragen. Diese Abmessungen und das Gewicht sind jedoch von der geforderten Leistung (beispielsweise Hebelasten von 1000 bis 5000 Kilogramm) des Hebemagneten abhängig. Ein Hebemagnet mit reduzierter Leistung (beispielsweise eine Hebelast bis 1000 Kilogramm) kann also kleiner dimensioniert und/oder leichter als ein Hebemagnet mit gesteigerter Leistung (beispielsweise eine Hebelast von 3000 Kilogramm sein. Ein Lasthebemagnet oder Hebemagnet für Lasten mit grösseren Abmessungen und/oder mit gesteigerter Leistung, beispielsweise mit mehreren Stator-Rotor-Paaren kann also in einer grösseren Version bereitgestellt sein. Beispielsweise mit einer Länge von bis zu zwei Meter. Hierbei sei angemerkt, dass angegebene Leistungen bzw. Hebelasten sich insbesondere auf Lasten in der Praxis beziehen.
  • Zudem können zwei oder mehr erfindungsgemässe Hebemagneten über einen flächigen oder einen balkenartigen Träger miteinander zu einer Einheit verbunden, vorzugsweise synchron geschaltet und über ein Druckleitungsnetz aus mindestens einer Hauptdruckleitung und weiteren Druckleitungen betätigbar sein. Ein flächiger Träger erlaubt hierbei die Kombination von Hebemagneten mit Nachbarn zu verschiedenen Seiten, ein länglicher Träger erlaubt die Kombination der Hebemagneten im Wesentlich entlang dessen Länge. So können beispielsweise zwei Hebemagneten über einen Balkenträger tandemartig verbunden werden. Die Gehäuse der beiden Hebemagneten sind hierbei mit dem Fachmann bekannten Befestigungsmitteln ausgestattet, mit welchen sie am Träger bzw. am Tragelement, das korrespondierende Befestigungsmittel bereitstellt, befestigbar sind. Solche Befestigungsmittel können beispielsweise Verbindungen mittels Haken, Schraub-, Bolzen- oder Nietverbindungen oder Schweissverbindungen sein. Es ist vorteilhaft, wenn diese Verbindungen lösbar ausgestaltet sind, sodass die Anzahl der Hebemagneten am Tragelement, beispielsweise ein, zwei, je nach Ausführungsform jedoch auch drei, vier oder mehr, variiert werden kann. Das Tragelement ist vorzugsweise starr ausgeführt, die Verbindungsstelle der Lasthebemagnete mit dem Tragelement vorzugsweise gelenkig. Somit kann sich das System den Anforderungen anpassen (z.B. Durchhängen von Profilen).
  • Wenn die Baumaschine Hydraulikmittel bereitstellt, welche über Hauptdruck- und Druckleitungen eine Ansteuerung von mehreren Werkzeugen individuell erlaubt, so ist es auch denkbar, dass die einzelnen Hebemagneten der Hebemagneteinheit separat angesteuert werden. Eine solche Hebemagneteinheit ist prinzipiell gleich wie der einzelne Hebemagnet aufgebaut und bedienbar und beispielsweise für Lasten, welche die Leistungsfähigkeit eines einzelnen Hebemagneten übersteigen, einsetzbar.
  • Der Stator des erfindungsgemässen Hebemagneten kann beispielsweise durch freie Enden allfälliger Polbeine, einen Teil des Gehäuses und insbesondere einen Teil oder das gesamte Anlageelement bilden. Bei der Konstruktion des Hebemagneten, insbesondere des Stators (wie auch des Rotors), ist es grundsätzlich von Vorteil, darauf zu achten, dass das Magnetfeld der verbauten permanentmagnetischen Elemente, welches vom Stator (oder vom Rotor) alleine am Anlageelement oder an der Anlagefläche bereitgestellt wird, optimal zum Anlageelement geleitet wird. Dies ist durch Anordnen der Magnete entsprechend nahe am Anlageelement, jedoch auch durch die Materialwahl der Konstruktionselemente erreichbar. Konstruktionselemente sollten nur dann einen das Magnetfeld nennenswert beeinflussenden magnetischen Effekt haben, wenn sie von ihrer Lage und/oder Form her geeignet sind, dieses Feld am Anlageelement zu verstärken und/oder einen optimalen Kurzschluss des Magnetfeldes des Stators durch das Magnetfeld des Rotors zu ermöglichen. Eine ebengenannte Verstärkung kann bewerkstelligt werden, indem diese magnetischen Konstruktionselemente beispielsweise magnetische Feldlinien auffangen und zu einem Arbeitspunkt des Hebemagneten, also in den Bereich der Anlagefläche des Anlageelementes, an welcher die magnetische Last anliegen soll, zwecks Feldverstärkung führen.
  • Tragen Teile der Konstruktion form- oder lagebedingt nicht zu einer solchen Verstärkung des Feldes der einzelnen permanentmagnetischen Elemente und/oder zum vorgenannten magnetischen Kurzschluss bei, ist es vorteilhaft, wenn sie nur minimal oder nicht magnetisch wirken, jedenfalls den magnetischen Wirkkreis nicht derartig stören, dass die Leistungsfähigkeit des Hebemagneten abnimmt. Es ist allerdings auch auf die Materialkosten zu achten. Ein Mantel oder Gehäuse aus Stahl wird beispielsweise einem Mantel aus rostfreiem Stahl bevorzugt, da ersterer bedeutend kostengünstiger und sich gemäss FEM-Berechnung als sinnvoller gegenüber einem Mantel aus rostfreiem Stahl erweist (Bei FEM-Berechnungen wird beispielsweise jede Stellung des Rotors mit Hilfe einer Magnetfeldberechnungssoftware berechnet. Dabei werden relevante Parameter wie Drehmoment und Kraftvektoren ermittelt.). Dieser Mantel aus Stahl wirkt vorteilhaft mit den Permanentmagneten zusammen und verbessert die Leistungsfähigkeit des Hebemagneten. Idealerweise wird ein magnetischer Kurzschluss des Stators hauptsächlich durch den Rotor verursacht, hauptsächlich dann, wenn sich der Rotor in oder nahe der Freigabeposition befindet. Damit wird ein minimales Magnetfeld am Anlageelement erzeugt, wenn der Rotor in Freigabeposition ist.
  • Die Permanentmagnete beinhalten vorzugsweise seltene Erden. Soll der Magnet hohe Temperaturen aushalten, kann beispielsweise ein Aluminium-Nickel-Kobalt beinhaltendes Material verwendet werden. Sind besonders hohe Energiedichten gefragt, können beispielsweise Samarium-Kobalt- oder Neodym-Eisen-Bor-haltige Verbindungen eingesetzt werden. Es sind auch Kombinationen der vorgenannten Materialien denkbar. Permanentmagnete sind auch insofern vorteilhaft, als kein Stromfluss wie bei einem Elektromagneten zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes benötigt wird. Dies steigert die Betriebssicherheit des Hebemagneten und vereinfacht die Benützung des Hebemagneten insofern, als dass keine Generatoren oder Stromquellen benötigt werden. Der erfindungsgemässe Lasthebemagnet wird also vorzugsweise durch Betätigung des Zylinder/Kolben-Aktuators, beispielsweise mit Hydrauliköl im Falle eines hydraulischen Aktuators, betrieben, und dies nicht manuell sondern automatisch, beispielsweise auf Knopfdruck und ohne dass ein Generator für die Erzeugung des Arbeitsfeldes benötigt wird. Des Weitem weist vorzugsweise jeder Arbeitszylinder, jedoch mindestens ein Arbeitszylinder pro Rotor einen herkömmlichen Sperrblock auf. Dieser Sperrblock bewirkt, dass der Zylinder bei störungsbedingtem Druckabfall in Druckleitungen, über welche ein Druck im Arbeitszylinder übertragen wird, blockiert wird und vermindert damit eine Sicherheitsgefährdung durch plötzliche Lastenfreigabe aufgrund ungewollte Rotation des Rotors.
  • Der erfindungsgemässe Hebemagnet umfasst einen Zylinder/Kolben-Aktuator mit mindestens einem Arbeitszylinder zum vor- und zurückrotieren des Rotors. Bevorzugt wird die Ausführungsform mit zwei Arbeitszylindern, es können jedoch auch nur einer oder drei oder aber mehr Arbeitszylinder vorgesehen sein. Ein Fachmann weiss diese Anzahl aufgrund der herrschenden Kraftverhältnisse optimal einzuschätzen.
  • Dieser Aktuator ersetzt sodann einen Handgriff und insbesondere das manuelle Umlegen desselbigen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei soll der Arbeitszylinder den vorherrschenden Kraftverhältnissen, welche bei bestimmungsgemässem Rotieren des Rotors auftreten, nach einer dem entsprechenden Fachmann bekannten Art, angepasst dimensioniert sein. Aufgrund des maximal auftretenden Drehmoments, welches der Fachmann qualitativ berechnen (Bei FEM-Berechnungen wird beispielsweise jede Stellung des Rotors mit Hilfe einer Magnetfeldberechnungssoftware berechnet. Dabei werden relevante Parameter wie Drehmoment und Kraftvektoren ermittelt. Diese dienen zur Auslegung von Zylinder, Lager und Verbindungselementen.) oder durch Tests ermitteln kann, wird der Arbeitszylinderquerschnitt und eine Tragzahl von Flanschlagern ausgelegt.
  • Als Arbeitszylinder werden insbesondere Hydraulikzylinder bevorzugt. Es können jedoch auch pneumatische Elemente oder Kombinationen von hydraulischen und pneumatischen Mitteln verwendet werden.
  • Umfasst der Zylinder/Kolben-Aktuator einen oder mehrere Hydraulikzylinder, so soll dieser durch Hydraulikmittel, welche beispielsweise ein handelsüblicher Traktor oder eine entsprechende Baumaschine bereitstellt, nach herkömmlicher Weise mittels Hydraulikfluiden betreibbar sein. Dies bietet den Vorteil, dass der Hebemagnet durch einen herkömmlichen Traktor oder eine Baumaschine betätigt werden kann; eine hydraulische Kopplung mit Werkzeugaufsätzen, wie etwa dem erfindungsgemässen Hebemagneten, ist Voraussetzung. Diese Maschine ist dann vorzugsweise mit einer Hydraulikpumpe oder einem hydraulischen Druckspeicher versehen. Idealerweise kann beispielsweise der Baumaschinenführer einer Baumaschine, an welcher der erfindungsgemässe Hebemagnet auf herkömmliche Weise befestigt ist, den Hebemagneten durch Ansteuerung der entsprechenden Betätigungsmittel, beispielsweise der Hydraulikmittel der Maschine, welche mit dem Zylinder/Kolben-Aktuator in dem Fachmann bekannter Wirkverbindung stehen, aktivieren oder deaktivieren.
  • Der Maschinenführer kann also durch Betätigung der Hydraulikmittel der Maschine, beispielsweise von der Führerkabine aus, den Rotor in Aufnahme- oder Freigabeposition verschwenken oder rotieren. Gleiches gilt beispielsweise auch, wenn der Hebemagnet mit einem Kran, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, an einem Schwenkarm oder an einem Kabel oder Seil geführt wird. So kann der Hebemagnet beispielsweise im Recyclingsektor angewendet werden. Dabei werden Armierungseisen o.ä. mit Hilfe des Hebemagneten gehoben und transportiert. Der Hebemagnet kann auch als Reinigungsmaschine auf Bau bzw. Abbruchstellen eingesetzt werden (Sammlung von magnetischem Material). Der Lasthebemagnet kann ebenfalls im Tiefbau als Heber von Stahlplatten oder beim Handling mit Bündel von Armierungseisen eingesetzt werden.
  • Aufgrund der Symmetrie des rotierenden Rotors wird der Schwerpunkt der Hebemagneten durch Schaltvorgänge nicht wesentlich beeinflusst. Der erfindungsgemässe Hebemagnet ist also sehr präzise und kontrolliert einsetzbar. Eine solche Steuerung ist weiter vorteilhaft, da ein aufwändiges Umlegen eines Handgriffes oder Hebels am Hebemagneten selbst wegfällt, welches einen Gang zum Hebemagneten oder einen zusätzlichen Operator benötigt. Der Hebemagnet ist somit insbesondere auch an Stellen einsetzbar, welche für Menschen nur schwer oder nicht zugänglich sind, beispielsweise ein Hausdach oder eine Baugrube oder eine sonstige Gefahrenzone. Zudem muss der Benutzer den Rotor nicht mehr direkt durch eigene Muskelkraft rotieren. Dies ist insbesondere bei Hebemagneten, welche eine grosse Schaltkraft zum Umlegen des Handgriffes benötigen, vorteilhaft. Beispielsweise werden manuelle Lasthebemagnete oft erst beim Auflegen des Magneten auf dem zu hebenden Teil eingeschaltet; der Widerstand des manuellen Lasthebemagneten beim Umlegen des Handgriffs ist zu hoch, um ein Schwenken in der Luft zu ermöglichen (erst der durch die Last "kurzgeschlossene" Kreislauf ermöglicht das manuelle Umlegen des Hebels). Der erfindungsgemässe Lasthebemagnet ist hingegen ohne Kontakt mit einer Last, vorzugsweise automatisch, beispielsweise auf Knopfdruck, schaltbar. Der erfindungsgemässe Lasthebemagnet, insbesondere dessen Mechanik ist dafür ausgelegt, ohne Lastanlage schaltbar zu sein. In Verbindung mit dem Schalten verbunden auftretende Kräfte werden hierbei grösstenteils im erfindungsgemässen Lasthebemagneten kompensiert, beispielsweise ist die auf den Zylinder wirkende Reaktionskraft des Rotors durch das Gehäuse oder den Stator kompensierbar.
  • Je nach Einsatz des Hebemagneten ist das Einschalten in der Luft, also fern von der Last, vorteilhaft oder gar Voraussetzung, z.B. beim "Saugen" von am Boden liegenden Eisenteilen, d.h. beim Sammeln von Eisenteilen, welche auf Boden verstreut liegen, indem der Hebemagnet im aktivierten Zustand über den Boden geschwenkt wird, sodass sich die Eisenteile an der Anlagefläche sammeln und anschliessendes Abladen der Eisenteile an einem vorbestimmten Ort. Zudem bietet die vorliegende Erfindung gegenüber bekannten Lasthebemagneten, welche durch Stromfluss in einer Spule die benötigten Magnetfelder erzeugen und somit auch beispielsweise per Knopfdruck ansteuerbar sind, den Vorteil, dass die erfindungsgemäss verwendeten Permanentmagnete keinen solchen Stromfluss voraussetzen.
  • Alternativ zur hydraulischen Aktivierung des Kolbens ist es auch denkbar, dass der Arbeitszylinder pneumatisch angetrieben wird. Pneumatikzylinder setzen voraus, dass die entsprechende Maschine, an welche der Hebemagnet gekoppelt wird, pneumatische Mittel, insbesondere einen pneumatischen Druckspeicher oder eine pneumatische Pumpe zur Verfügung stellt.
  • Der Arbeitszylinder schafft die Wirkverbindung zwischen Stator und Rotor derartig, dass der Rotor durch Betätigung des Arbeitszylinders relativ zum Stator rotierbar oder verschwenkbar ist. Dabei können die Kolbenstange und der Zylinderkörper des Arbeitszylinders direkt am Stator bzw. am Rotor, oder auch umgekehrt, befestigt werden (direkte Befestigung). Vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise wird jedoch der Zylinderkörper des Arbeitszylinders verschwenkbar am Gehäuse und die Kolbenstange des mindestens einen Arbeitszylinders am Rotor befestigt. Über das Gehäuse ist der Zylinderkörper dann indirekt am Stator, welcher seinerseits am Gehäuse befestigt ist, befestigt (indirekte Befestigung).
  • Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Zylinderkörper senkrecht über der horizontal verlaufenden Rotorachse befestigt ist. Dabei liegt der Befestigungs- oder Aufhängepunkt des Zylinderkörpers vorzugsweise innerhalb des Gehäuses an einem oberen Gehäuseabschnitt bzw. einer oberen Gehäuseabdeckung und zwar mittig bezüglich der Breite der Gehäuseabdeckung. Diese mittige Anordnung führt einerseits zu einer symmetrischen Verteilung der Kräfte, welche vom Zylinderkörper auf das Gehäuse übertragen werden. Andererseits ist es für die Fabrikation bis zum Zeitpunkt des Zylindereinbaus nicht relevant, wie der Zylinder fluchten muss. Somit können Fabrikationsfehler vermieden werden. Alternativ kann dieser Aufhängepunkt näher an der einen Seitenwand des Gehäuses angebracht werden, was eine Wirkrichtung des Arbeitszylinders ändert. Hierbei soll der Stator starr mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Wirkrichtung des Arbeitszylinders ist idealerweise senkrecht zur Rotorachse. Betätigt der Arbeitszylinder den Rotor, so führt der Arbeitszylinder Pendelbewegungen in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse aus, während er den Rotor rotieren lässt.
  • Eine kompakte Bauform ist vorteilhaft, da Magnetfelder bei räumlicher Entfernung sehr stark abfallen. Hinsichtlich einer kompakten Bauform ist es also vorteilhaft, wenn das Gehäuse minimale Abmessungen hat. Der Arbeitszylinder mit ausgefahrener Kolbenstange erstreckt sich hierbei vorzugsweise über einen wesentlichen Teil des Hebemagneten.
  • Greifen zwei oder mehr Arbeitszylinder an einem Rotor an, so arbeiten diese Zylinder vorzugsweise synchron. Alternativerweise können die Arbeitszylinder auch gegensynchron arbeiten. Die Arbeitszylinder werden in beiden Fällen nach einer dem Fachmann bekannten Art und Weise derartig über Druckleitungen verschaltet, dass sich bei Druckbeauftragung bzw. Druckablass des Zylinder/Kolben-Aktuator über eine Hauptdruckleitung die entsprechenden vorzugsweise identischen Arbeitszylinder synchron oder gegensynchron lateral schwenkend bewegen. Unter synchron ist hierbei gleichzeitiges Verschwenken der arbeitenden Zylinder zur gleichen Seite des Gehäuses, wobei Anlenkpunkte der Zylinder am Rotor sich vorteilhafterweise auf der gleichen Höhe befinden. Arbeiten die Zylinder gegensynchron, so Verschwenken sie sich zu gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses und die Anlenkpunkte befinden sich im Wesentlichen gegenüberliegend bezüglich der Rotorachse.
  • Die Hauptdruckleitung und/oder die anderen Druckleitungen umfassen vorteilhafterweise ein Überdruckventil, welches einen maximalen Betriebsdruck der Hydraulikflüssigkeit auf beispielsweise 180 bar begrenzt.
  • Idealerweise beträgt ein totaler Schwenkwinkel, um welchen der Rotor aus der Freigabeposition in die Aufnahmeposition oder umgekehrt rotiert oder verschwenkt wird, 180° also eine halbe Umdrehung. Beim Rotieren aus der Freigabeposition in die Aufnahmeposition werden also die Polrichtungen von idealerweise antiparallel (zeigen in die entgegengesetzte Richtungen) auf idealerweise parallel (beide zeigen in die gleiche Richtung) verschwenkt. Dies entspricht also eine Umkehrung der Polrichtung des zweiten permanentmagnetischen Elementes.
  • Der erfindungsgemässe Rotor umfasst vorzugweise eine Nabe und einen Pleuel, über welchen der Arbeitszylinder mittels einer Anschweissbüchse, die sich am freien Ende der Kolbenstange anschliesst, den Rotor betätigt. Ist der Zylinderkörper am kolbenstangenfernen (distalen) Ende verschwenkbar an einem Aufhängepunkt beispielsweise am Gehäuse befestigt, so sind Positionen, in welchen der Anlenkpunkt des Pleuels maximale und minimale Entfernung zum besagten Aufhängepunkt hat, Totpunkte dieses mechanischen Systems. In diesen Totpunkten liegen also das verbindende Gelenk und die einwirkenden Kraftvektoren auf einer Linie. Je näher das Gelenk sich der Linie nähert, umso stärker wirkt sich die Reibung im Gelenk aus bzw. desto grösser wird die benötigte Querkraft, um das Gelenk aus der Linie zu entfernen. Grössere Querkraft heisst auch höhere Tangentialkraft (Kräftediagramm). Diese mechanischen Totpunkte sind nur aufwändig zu überwinden. Der totale Schwenkwinkel ist daher beim erfindungsgemässen Lasthebemagneten derart gewählt, dass kein solcher Totpunkt überwindet werden muss. Das heisst, dass der totale Schwenkwinkel kleiner als 180° ist und keinen der Totpunkte überstreicht. Bevorzugt wird hier ein Schwenkwinkel von 120°.
  • Ein ruckartiges Anlaufen aus einer Endposition (Aufnahme- oder Freigabeposition) kann entstehen, wenn ein Anlenkwinkel bei eingezogener Kolbenstange zu flach bzw. bei ausgefahrener Kolbenstange zu spitzig gewählt wird und die entsprechenden Querkräfte derart gross sind, dass der Rotor nicht ruckfrei aus einer Endposition rotiert werden kann, sondern beispielsweise zumindest phasenweise aufgrund der mechanischen und magnetischen Reibung kurzzeitig hängen bleibt oder gebremst wird. Unter dem Anlenkwinkel wird hierbei der Winkel zwischen der Strecke Aufhängepunkt des Zylinders und Anlenkpunkt und der Strecke Anlenkpunkt und Rotorachse verstanden.
  • Mit einem Schwenkwinkel von 120° kann der Anlenkwinkel in der Aufnahme- und der Freigabeposition beispielsweise etwa 30° respektive etwa 150° betragen. Dies minimiert die benötigten Querkräfte und verkleinert das Rucken beim Anlaufen aus den genannten Endpositionen, während der Wirkungsgrad des Systems dadurch nur um etwa 10% reduziert wird. Idealerweise fluchtet die Zylinderachse hierbei in Endpositionen, also in der Freigabe- und der Aufnahmeposition gleich. Damit sind die besagten Querkräfte in der Freigabe- und der Aufnahmeposition gleich. Die Drehmomente, welche diesbezüglich aufgrund der Wechselwirkung des ersten und zweiten permanentmagnetischen Elementes auftreten, werden hierbei vernachlässigt, da ihr Beitrag minimal ist. Mit dieser Anordnung wird die Gefahr des ruckartigen Anlaufens also auf beide Positionen gleich verteilt, d.h. beim Anfahren aus beiden Positionen herrscht ein ähnlich ruckartiges Verhalten, welches aufgrund des eingeschränkten Schwenkwinkels abgeschwächt ist. Dies ist auch insofern vorteilhaft, da durch die Symmetrie dieser Anordnung in beiden Positionen auch im Wesentlichen gleiche Verschleisserscheinungen aufgrund der genannten Kräfte auftreten. Diese eingeschränkte Rotation ist zudem vorteilhafterweise derart, dass das erste und zweite permanentmagnetische Element keine relative Position zueinander einnehmen, in welcher deren Polrichtungen strikt parallel oder antiparallel verlaufen. Dies reduziert zwar das maximale und vergrössert das minimale Arbeitsfeld, ist aber vorteilhaft hinsichtlich eines ruckfreieren Anlaufens der Rotation des Rotors aus den beiden Endpositionen und der Hebemagnet kann mit dem 120°-Schwenkwinkel dennoch mit ca. 90% der maximalen Leistung betrieben werden. Alternativerweise ist es jedoch denkbar, dass der Anlenkpunkt derart am Rotor angesetzt ist, dass eine der besagten relativen Positionen einnehmbar ist, um beispielsweise für eine spezielle Anwendung ein extremales Arbeitsfeld zu erhalten.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1a
    eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemässen Hebemagneten mit einem Hydraulikzylinder;
    Fig. 1b
    einen Vergrösserungsausschnitt der Figur 1a;
    Fig. 1c
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Pleuels mit Nabe nach Fig. 1a;
    Fig. 1d
    eine andere Seitenansicht des Pleuels mit Nabe nach Fig. 1c,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch einen Hebemagneten nach Fig. 1a;
    Fig. 3
    eine weitere Querschnittsansicht des Hebemagneten nach Fig. 1a in deaktiviertem Zustand (Rotor in Freigabeposition);
    Fig. 4
    eine weitere Querschnittsansicht des Hebemagneten nach Fig. 1a in aktiviertem Zustand (Rotor in Aufnahmeposition); und
    Fig. 5
    eine Detailansicht des Hydraulikzylinders nach Fig. 1a.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Hebemagneten 1 ist in Fig. 1a und in Figuren 3 und 4 in einer Querschnittsansicht dargestellt. In Fig. 2 ist ein entsprechender Längsschnitt abgebildet; hierbei ist der in Fig. 2 links liegende Bereich der vordere, der rechts liegende der hintere, der oben liegende der obere und der unten liegende der untere Bereich des Hebemagneten 1; von vorne betrachtet liegt die linke Seite des Hebemagnete 1 links der Mitte des Hebemagneten 1, die rechte Seite rechts davon.
  • Wie beispielsweise in Fig. 2 erkennbar ist, umfasst der Hebemagnet 1 einen länglichen Stator 30, einen zylinderförmigen Rotor 50 und einen Zylinder/Kolben-Aktuator 101 mit zwei hydraulisch betriebenen Arbeitszylindern 100, 100', welche in einem Gehäuse 10 angeordnet sind.
  • Das Gehäuse 10 umfasst Gehäuseseitenwände 11, welche nach oben vorzugsweise leicht zusammenlaufen. Daran schliesst sich eine oberer Gehäuseabschnitt 12 an, welche ein herkömmliches Befestigungselement 2 zur Kopplung des Hebemagneten 1 mit einer geeigneten Maschine aufweist. Dieses Befestigungselement 2 kann einen Befestigungsring 3 umfassen. Alternativerweise sind auch andere, dem Fachmann bekannte Befestigungselemente denkbar, beispielsweise auch Schnellwechselsysteme für einen automatischen Betrieb (mannlose Wechselsysteme). Das Gehäuse 10 umfasst weiter eine untere Gehäuseabdeckung 20 und im vorderen und im hinteren Teil des Gehäuses 10 je einen Gehäusebodenabschnitt 24. Weiter umfasst das Gehäuse 10 auch Teile von freien Enden 33, 34 von magnetisierbaren Polbeinen 35, 36, in welchen sich der Stator 30 vorzugsweise über seine gesamte Länge gegen unten erstreckt. Die Enden 33, 34 ragen vorteilhafterweise über die Gehäusebodenabschnitte 24 und die untere Gehäuseabdeckung 20. Die überstehenden Enden 33, 34 bilden mit der unteren Gehäuseabdeckung 20 ein Anlageelement, wobei die überragenden Polbeine 35, 36 an ihren Innenflächen nach oben leicht zusammenlaufen und so eine Last gegen eine Mitte der Anlagefläche des Anlageelementes 20, 33, 34 führen. Im Gehäuse 10 sind weiter zwei vertikale Schottwände 27 derart bereitgestellt, dass der Innenraum des Gehäuses in drei Kammern unterteilt wird, je eine im Wesentlichen gleichgrosse äussere Kammer 40, 40' im vorderen und hinteren Bereich des Gehäuses 10 und eine im grössere mittlere Kammer 41 dazwischen.
  • In den äusseren Kammern 40, 40' ist je ein Arbeitszylinder 100, 100' und in der mittleren Kammer 41 der Stator 30 und wesentliche Teile des Rotors 50 angeordnet. Die beiden Arbeitszylinder 100, 100' sind identisch. Die Schottwände 27 weisen hierbei mehrere Durchbrüche auf, beispielsweise zur Durchführung von einem hinteren oder vorderen Rotorabschnitt 54, 55 oder von Druckleitungen 21, 22 zur Versorgung der Arbeitszylinder. Über zwei Hauptdruckleitungen 22 mit Druckanschlüssen 23, welche an Leitungsverzweigungen 28 in Druckleitungen 21 übergehen (siehe z.B. Fig. 3), wobei diese zumindest in der mittleren Kammer 41 symmetrisch verlaufen, sind die Arbeitszylinder 100, 100' betreibbar. Dieser symmetrische Verlauf ermöglicht, dass die Schottwände 27 gleich ausgestaltet sein können. Dies ist vorteilhaft, da Fehler während der Fabrikation verhindert werden können (Austauschbarkeit). Zudem ist dadurch die Produktion der Schottwände 27 einfacher, was hilft, Kosten zu sparen. Zudem herrschen gleiche Platzverhältnisse für Druck- und Rücklaufleitung und somit identische Einbaubedingungen für Druckreduzierventile in Kammer 41. Die Druckanschlüsse 23 sind derart ausgestaltet, dass sie mit herkömmlichen Hydraulikmitteln von geeigneten Maschinen verbindbar sind. Die obere Gehäuseabdeckung 12 stellt zur Durchführung der Hauptdruckleitungen 22 und zu Wartungszwecken mindestens eine Ausnehmung 26 bereit, welche durch eine durch herkömmliche Mittel lösbar befestigbare plattenförmige Abdeckung 25 verschliessbar ist. Die Hauptdruckleitung 22 und/oder die Druckleitungen 21 weisen mindestens ein herkömmliches Überdruckventil auf, welches vorzugsweise in der mittleren Kammer 41 angeordnet ist.
  • Der Stator 30 ist im Wesentlichen zwischen den beiden Schottwänden 27 über die Länge der mittleren Kammer 41 angeordnet und stellt ein erstes permanentmagnetisches Element 32, welches sich im Wesentlichen in rechteckiger Querschnittsform über die gesamte Länge des Stators 30 etwa auf halber Höhe des Gehäuses 10 erstreckt, bereit. Eine Polrichtung X (magnetische Nordpol-Südpol-Richtung) des ersten permanentmagnetischen Elementes 32 zeigt hier horizontal und senkrecht zur Längsrichtung des Gehäuses 10, in Fig. 3 nach links. Vom ersten permanentmagnetischen Element 32 erstrecken sich die Polbeine 35, 36 sich voneinander entfernend in den unteren Bereich des Gehäuses 10, wo sich die freien Enden 33, 34 anschliessen. Der Stator 30 hat also balkenförmig mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt, wobei die Spitze des Dreiecks ausgenommen ist und die Grundfläche des Balkens eine Ausnehmung 16 aufweist, welche durch die Innenflächen der Polbeine 35, 36 definiert wird und zur Aufnahme des Rotors 50 dient (siehe z.B. Figuren 3 und 4).
  • Die Polbeine 35, 36 bestehen aus einem Material mit hoher Permeabilität, beispielsweise aus Weicheisen oder kohlenstoffarmer Stahl, bündeln also das Magnetfeld des ersten permanentmagnetischen Elementes 32 und auch eines zweiten permanentmagnetischen Elementes 52 des Rotors 50 und leiten das resultierende Magnetfeld, welches sich aus allen örtlich vorherrschenden Magnetfeldern zusammensetzt, gegen die freien Enden 33, 34 der Polbeine 35, 36.
  • Unmittelbar oberhalb des Anlageelementes 20, 33, 34, also im unteren Bereich des Gehäuses 10, und unterhalb des ersten permanentmagnetischen Elementes 32 ist zwischen den Polbeinen 35, 36 in der Ausnehmung 16 der Rotor 50 um eine Rotorachse 56 rotierbar angeordnet. Die Ausnehmung 16 ist hierbei derart geformt, dass die Ausbuchtungen aufweist, in welchen der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Rotor 50 einragt. Die Rotorachse 56 liegt hierbei zentral im Rotor 50 und verläuft horizontal entlang der Länge des Gehäuses 10 und des Stators 30, parallel zur Anlagefläche.
  • Der Rotor 50 stellt das zweite permanentmagnetische Element 52 bereit. Dieses Element 52 nimmt mit seinem vorzugsweise im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt einen wesentlichen Teil des Rotorquerschnittes ein (siehe Figuren 3 und 4). Zu beiden Seiten des permanentmagnetischen Elementes 52 vervollständigen Teile von Kreissegmenten 53, welche sich längs der Rotorachse 56 erstrecken, den im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt des Rotors 50. Hierbei sind diese Teile von Kreissegmenten 53 aus einem Material mit hoher Permeabilität, wie kohlenstoffarmer Stahl, welches Magnetfelder leitet. Das zweite permanentmagnetische Element 52 erstreckt sich im Wesentlichen über die gleiche Länge wie das erste permanentmagnetische Element 32 und wechselwirkt mit diesem, insbesondere über die Polbeine 35, 36 und Kreissegmente 53. Eine Polrichtung des Rotors 50 (magnetische Nordpol-Südpol-Richtung) zeigt senkrecht zur Rotorachse 56 und rotiert in der Ebene senkrecht zur Rotorachse 56 mit dem rotierenden Rotor 50. Über Durchbrüche im unteren Bereich der Schottwände 27 ragt der Rotor 50 in die äusseren Kammern 40, 40', wobei der jeweilige Arbeitszylinder 100, 100' in den äusseren Kammern 40, 40' an in die äusseren Kammer 40, 40' ragenden Teilen des Rotors 50 angreift. Damit ist der Rotor 50 mittels der beiden Arbeitszylinder 100, 100' zwischen der Aufnahmeposition und der Freigabeposition rotierbar.
  • Der Arbeitszylinder 100, 100' umfasst einen Zylinderkörper 110, 110', in welchem ein Kolben (in den Zeichnungen nicht sichtbar) hin- und herbewegbar gelagert ist, und eine Kolbenstange 120, 120' welche am Kolben befestigt ist. Der Zylinderkörper 110, 110' und damit der Arbeitszylinder 100, 100' ist hängend verschwenkbar zentral oberhalb des Stators 30 und der Rotorachse 56 an dem oberen Gehäuseabschnitt 12 an einer Aufhängung 14, 14' befestigt. Dazu weist das distale Ende des Zylinderköpers 110, 110' einen Befestigungsabschnitt 116, 116' mit einer Ausnehmung 117, 117' (siehe z.B. Fig. 5) zur Befestigung des Zylinderkörpers 110, 110' an der Aufhängung 14, 14' mittels eines Bolzens oder eines Stifts auf.
  • Die Aufhängung 14, 14' ist bezüglich der Breite des Gehäuses 10 mittig und am oberen Gehäuseabschnitt 12 angebracht, derart, dass eine Längsachse des Arbeitszylinders 100, 100' in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse 56 pendelt. Durch diese verschwenkbare Aufhängung des Arbeitszylinders 100, 100' ist die Kolbenstange 120, 120' während einer Hubbewegung des Kolbens in einer lateralen Pendelbewegung bewegbar.
  • Wie in Fig. 1a und Fig. 2 gezeigt, greift die Kolbenstange 120, 120'über einen Pleuel 130, 130', der über eine Nabe 140, 140' mit der Rotorachse 56 verbunden ist, am vorderen Rotorabschnitt 54 und am hinteren Rotorabschnitt 55 an. Der Pleuel 130 mit Nabe 140 ist in den Figuren 1c und 1d alleine in zwei verschiedenen Seitenansichten dargestellt. Die Kolbenstange 120, 120' wird hierzu mittels einer sich am freien Ender der Kolbenstange 120, 120' anschliessenden Anschweissbüchse 122, 122' am Pleuel 130, 130' befestigt. Hierzu weisen die Anschweissbüchsen 122, 122' je eine Ausnehmung 123 (siehe Fig. 5) und die Pleuel 130, 130' je eine Ausnehmung 133 (siehe Fig. 1a) auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umgibt der Pleuel 130, 130' mit einem bezüglich der Rotorachse 56 äusseren Abschnitt 131 die Anschweissbüchse 122, 122' zu beiden Seiten. Die Anschweissbüchse 122, 122' wird also, wie in Fig. 2 ersichtlich in den Pleuel 130, 130' eingesetzt. Damit stösst die Kolbenstange 120, 120' beim Ausfahren seitlich gegen die Nabe 140, 140'. Dieses Anstossen definiert eine Grenze der Rotation, da der Rotor 50 nicht in diese Richtung weiterrotiert werden kann. Um die Kolbenstange 120, 120' noch weiter ausfahren zu können und den Anschlag der Kolbenstange 120, 120' also derart zu verschieben, dass der Rotor 50 weiterrotiert werden kann, weisen beide Naben 140, 140' eine entsprechende Ausnehmung 121 (siehe insbesondere Figuren 1c und 1d) auf. Diese Ausnehmung 121 ist derart angeordnet, dass bei achsennaher Position der Kolbenstange 120, 120' die Kolbenstange 120, 120' den durch die Ausnehmung 121 bereitgestellten Raum zumindest teilweise vorzugsweise vollständig einnimmt. Achsennah ist als nahe der Rotorachse 56 zu verstehen. Um die Ausnehmung 121 an der Nabe 140, 140' und damit auch eine strukturelle Schwächung der Nabe 140, 140' minimal zu halten, ist die Anschweissbüchse 122, 122' an der Kolbenstange 120, 120' lateral bezüglich einer Kolbenstangenlängsachse gegen die Rotorachse 56 versetzt angebracht (siehe z.B. Fig. 5). Hierbei ist jedoch zu betonen, dass vorzugsweise eine Hublänge bzw. ein Hub des Kolbens die Anfangs- und Endposition der Schwenkbewegung durch Kolbenanschlag definiert. Der Hub entspricht somit dem Abstand der Ausnehmung 133 zwischen Anfangs- und Endposition und bewirkt direkt den Schwenkwinkel von 120°.
  • In einer alternativen, in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsform durchstösst der Rotor 50, insbesondere dessen Nabe 140, 140' und Pleuel 130, 130' die Ebene, in welcher der Arbeitszylinder 100, 100' pendelt, nicht. Die Anschweissbüchse 122, 122' liegt dann nur mit der dem Rotor 50 zugewandten Seite am Pleuel 130, 130' an und wird an dessen äusseren Abschnitt 131 beispielsweise über einen Bolzen, welcher durch Ausnehmungen 123, 133 stösst, befestigt. Die Kolbenstange 120, 120' stösst in dieser Ausführungsform dann nicht auf die Nabe 140, 140', letztere braucht daher auch keine Ausnehmungen zu Aufnahme der Kolbenstange 120, 120' aufzuweisen.
  • Die Polrichtung X des ersten permanentmagnetischen Elementes 32 ist fix, verläuft im Wesentlichen horizontal quer zur Länge des Gehäuses 10 und bildet mit der Polrichtung Y des in Lotrichtung unterhalb des ersten permanentmagnetischen Elementes 32 beabstandet angeordneten zweiten permanentmagnetischen Elementes 52 einen Polrichtungswinkel α (siehe Figuren 3 und 4).
  • In der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Polrichtungswinkel α in der Freigabeposition 155° und in der Aufnahmeposition 35°, wobei der Schwenkwinkel γ des Rotors zwischen der Freigabeposition und der Aufnahmeposition 120° beträgt. Die Kolbenstange 120, 120' fluchtet hierbei in der Freigabeposition und in der Aufnahmeposition gleich.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Polrichtungswinkel α kleiner oder gleich 175°, vorzugsweise weniger 165°, jedoch mindestens 90° sein, wobei der Schwenkwinkel γ des Rotors zwischen der Freigabeposition und der Aufnahmeposition kleiner oder gleich 170°, vorzugsweise weniger 150°, jedoch mindestens 5° ist. Hierbei ist in der Aufnahmeposition der Polrichtungswinkel α gleich der Differenz der Beträge des Polrichtungswinkels α, wenn der Rotor in der Freigabeposition ist, und des Schwenkwinkels γ.
  • Das resultierende Magnetfeld, das Arbeitsfeld, zwischen den freien Enden 33, 34 der Polbeine 35, 36, also am Anlageelement 20, 33, 34 ist hierbei von der Orientierung des Rotors 50 abhängig, da sich je nach Stellung des Rotors 50 die einzelnen Magnetfeldkomponenten vektorartig zum gesamten resultierenden Magnetfeld addieren. Die Permanentmagnete sind nach einer dem Fachmann bekannten Art gewählt, beispielsweise sind Seltenerdmagnete aus Neodym mit einem Energieprodukt von rund 300 Kilojoule/Kubikmeter verwendbar, sodass der Hebemagnet Lasten von bis zu 3000 Kilogramm sicher heben kann. Die FEM-Berechnungen ergeben beispielsweise für eine bevorzugte Ausführungsform eine Abreisskraft von ca. 8000 Dekanewton. Die Abreisskraft wird nach DIN-Norm VDE 0580 definiert. Die definierte Leistung eines Lasthebemagnets wird auf dem Markt um den Faktor 2 bis 3 reduziert (Sicherheitsfaktor). Damit ist auch gewährleistet, dass das Arbeitsfeld durch das erste und das zweite permanentmagnetische Element 32, 52 dominiert ist.
  • Zeigen nun die Polrichtungen im Wesentlichen in die gleiche Richtung oder anders ausgedrückt zur gleichen Seite des Gehäuses 10, ist ein Polrichtungswinkel α, definiert als der Winkel zwischen den beiden Polrichtungen, hier gleich 35°, so addieren sich Beträge von Magnetfeldkomponenten der Magnetfelder des ersten und des zweiten permanentmagnetischen Elementes am Anlageelement weitestgehend und das Arbeitsfeld erreicht seinen Maximalwert. Zeigen sie hingegen im Wesentlichen in entgegengesetzte Richtung (zu verschiedenen Seiten des Gehäuses 10), ist also der Polrichtungswinkel α hier gleich 155°, so reduziert sich das Arbeitsfeld auf seinen Minimalwert, da sich die entsprechenden Magnetfeldkomponenten am Anlageelement zumindest teilweise unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
  • Erfindungsgemäss wird ebenfalls eine Hebemagneteinheit bereitgestellt (in den Zeichnungen nicht dargestellt), welche balken- oder flächenartige Tragelemente umfasst. Diese Tragelemente können beispielsweise Doppel-T-Träger oder Platten aus Stahl sein, die entsprechende Befestigungsmittel aufweisen. Die Verbindung kann beispielsweise eine Haken-, Schweiss-, Niet-, Schrauben- oder Bolzenverbindung sein. An diesen Tragelementen sind dann mittels der Befestigungsmittel mehrere, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr erfindungsgemässe Hebemagneten 1 nach einer dem Fachmann bekannten Art befestigbar und zu einer Hebemagneteinheit verbindbar. Das Tragelement ist vorzugsweise starr ausgeführt, die Verbindungsstelle der Lasthebemagnete vorzugsweise gelenkig. Somit kann sich das System den Anforderungen anpassen (z.B. Durchhängen von Profilen).
  • Der Hebemagneten 1 bzw. die Hegemagneteinheit ist zur Aufnahme von magnetischer Last und nach einer allfälligen Bewegung des Hebemagneten 1 zur anschliessenden Freigabe der Last verwendbar.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Hebemagnet
    2
    Befestigungselement
    3
    Verbindungsring
    10
    Gehäuse
    11
    Seitenwand
    12
    Oberer Gehäuseabschnitt
    14
    Aufhängung
    20
    Untere Gehäuseabdeckung
    21
    Druckleitung
    22
    Hauptdruckleitung
    23
    Druckanschlüsse
    24
    Gehäusebodenabschnitt
    25
    Abdeckung
    26
    Ausnehmung
    27
    Schottwand
    28
    Leitungsverzweigung
    30
    Stator
    32
    Erstes permanent-magnetisches Element
    33
    Freies Ende des Stators
    34
    Freies Ende des Stators
    35
    Linkes Polbein
    36
    Rechtes Polbein
    40
    Äussere Kammer
    41
    Mittlere Kammer
    50
    Rotor
    52
    Zweites permanent-magnetisches Element
    53
    Teil eines Kreissegmentes
    54
    Vorderer Rotorabschnitt
    55
    Hinterer Rotorabschnitt
    56
    Rotorachse
    100
    Arbeitszylinder
    101
    Zylinder/Kolben-Aktuator
    110
    Zylinderkörper
    116
    Befestigungsabschnitt
    117
    Ausnehmung
    120
    Kolbenstange
    121
    Ausnehmung
    122
    Anschweissbüchse
    123
    Ausnehmung
    130
    Pleuel
    131
    Äusserer Abschnitt des Pleuels
    133
    Ausnehmung
    140
    Nabe
    X
    Polrichtung
    Y
    Polrichtung
    α
    Polrichtungswinkel
    γ
    Schwenkwinkel

Claims (15)

  1. Hebemagnet zur kraftschlüssigen Aufnahme von magnetischer, insbesondere ferromagnetischer, Last umfassend:
    mindestens einen Stator (30), umfassend ein erstes permanentmagnetisches Element (32), mindestens einen dem Stator (30) zugeordneten Rotor (50), umfassend ein zweites permanentmagnetisches Element (52) und mindestens ein Anlageelement (22, 33, 34) zum Aufnehmen der Last,
    wobei der mindestens eine Rotor (50) relativ zum entsprechenden Stator (30) aus einer Aufnahmeposition, in welcher durch das erste und zweite permanentmagnetische Element (32, 52) eine magnetische Kraft zum Aufnehmen der Last am Anlageelement (22, 33, 34) zur Verfügung gestellt ist, in eine Freigabeposition, in welcher die magnetische Kraft die Last freigebend reduziert ist, rotierbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hebemagnet weiter einen mindestens einen Arbeitszylinder (100) umfassenden Zylinder/Kolben-Aktuator (101) umfasst, wobei der mindestens eine Arbeitszylinder (100) einen Zylinderkörper (110) mit einem darin hin- und herbewegbaren Kolben und eine Kolbenstange (120), welche am Kolben befestigt ist, bereitstellt und über den Zylinderkörper (110) und die Kolbenstange (120) durch direkte oder indirekte Befestigung eine Wirkverbindung zwischen dem Rotor (50) und dem entsprechenden Stator (30) bereitstellt, sodass durch Aktivierung des Zylinder/Kolben-Aktuators (101) der mindestens eine dem Stator (30) zugeordnete Rotor (50) aus der Aufnahmeposition in die Freigabeposition und zurück rotierbar ist.
  2. Hebemagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Arbeitszylinder (100) des Zylinder/Kolben-Aktuators (101) ein Hydraulikzylinder (100) ist.
  3. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebemagnet ein Gehäuse (10) umfasst, welches starr mit dem Stator (30) verbunden ist und dass der Zylinderkörper (110) des mindestens einen Arbeitszylinders (100) am Gehäuse (10) befestigt ist oder dass besagter Zylinderkörper (110) am Stator (30) befestigt ist, wobei die Kolbenstange (120) des mindestens einen Arbeitszylinders (100) am Rotor (50) befestigt ist.
  4. Hebemagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkörper (110) verschwenkbar oberhalb des Rotors (50), vorzugsweise mittig bezüglich einer Breite des Gehäuses (10), an einem oberen Gehäuseabschnitt (12) angebracht ist, sodass die Kolbenstange (120) während einer Hubbewegung des Kolbens in einer lateralen Pendelbewegung bewegbar ist.
  5. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Polrichtung (X) des ersten permanentmagnetischen Elementes (32) vorzugsweise im Wesentlichen horizontal zum Lot verläuft und mit einer zweiten Polrichtung (Y) des vorzugsweise in Lotrichtung unterhalb des ersten permanentmagnetischen Elementes (32) beabstandet angeordneten zweiten permanentmagnetischen Elementes (52) in der Freigabeposition einen Polrichtungswinkel (α) von weniger oder gleich 175°, vorzugsweise weniger 165°, jedoch mindestens 90° einschliesst und ein Schwenkwinkel (γ) des Rotors zwischen der Freigabeposition und der Aufnahmeposition weniger oder gleich 170°, vorzugsweise weniger 150°, jedoch mindestens 5° beträgt, wobei in der Aufnahmeposition der Polrichtungswinkel (α) gleich der Differenz der Beträge des Polrichtungswinkels (α), wenn der Rotor (50) in der Freigabeposition ist, und des Schwenkwinkels (γ) ist und wobei die Kolbenstange (120) in der Freigabeposition und in der Aufnahmeposition vorzugsweise gleich fluchtet.
  6. Hebemagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polrichtungswinkel (α) in der Freigabeposition 155° und in der Aufnahmeposition 35° beträgt, wobei der Schwenkwinkel (γ) des Rotors zwischen der Freigabeposition und der Aufnahmeposition 120° beträgt.
  7. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass die Kolbenstange (120) mittels einer Anschweissbüchse (122) an einem Pleuel (130) befestigt ist, wobei der Pleuel (130) über eine Nabe (140) mit einer vorzugsweise zentral bezüglich des Rotors (50) angeordneten Rotorachse (56) verbunden ist.
  8. Hebemagnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (140) eine Ausnehmung (121) aufweist, die bei achsennaher Position der Kolbenstange (120) so angeordnet ist, dass die Kolbenstange (120) den durch die Ausnehmung (121) bereitgestellten Raum zumindest teilweise einnimmt und wobei die Anschweissbüchse (122) vorzugsweise lateral gegen die Rotorachse (56) versetzt angebracht ist.
  9. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitszylinder (100) pro Rotor (50) einen Sperrblock umfasst.
  10. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder/Kolben-Aktuator (101) mindestens eine Hauptdruckleitung (22) und weitere Druckleitungen (21) mit Anschluss zum jedem Arbeitszylinder (100) umfasst, wobei mittels der Druckleitungen (21, 22) der Zylinder/Kolben-Aktuator (101) durch Beaufschlagung und/oder Ablass von Druck betätigbar ist.
  11. Hebemagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebemagnet genau einen Stator (30) und einen Rotor (50) umfasst, wobei der Rotor (50) mittels zweier identischer Arbeitszylinder (100) rotierbar ist, wobei je ein Arbeitszylinder (100) mit seiner Kolbenstange (120) an einem vorderen Rotorabschnitt (54) des Rotors (50) und an einem hinteren Rotorabschnitt (55) des Rotors (50) angreift.
  12. Hebemagnet nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Arbeitszylinder (100) synchron arbeiten und bei Aktivierung gleichzeitig zur gleichen Seite des Gehäuses (10) pendeln.
  13. Hebemagnet nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) mindestens zwei vertikale Schottwände (27) bereitstellt, wodurch im Gehäuseinneren zwei äussere Kammern (40, 40') und eine mittlere Kammer (41) bereitgestellt sind, wobei der Stator (30) in der mittleren Kammer (41) im Stator (30) angeordnet ist, wobei der Rotor (50) im Stator (30) untergebracht ist, sodass das erste und zweite permanentmagnetische Element (52) in der mittleren Kammer (41) miteinander wechselwirkend, sich über eine Länge der mittleren Kammer (41) erstreckend bereitgestellt sind, und wobei der Rotor (50) über Durchbrüche in den Schottwänden (27) in die äusseren Kammern (40, 40') ragt, wobei in den äusseren Kammern (40, 40') je ein am Rotor (50) angreifender Arbeitszylinder (100) untergebracht ist, mittels derer der Rotor (50) zwischen der Aufnahmeposition und der Freigabeposition rotierbar ist.
  14. Hebemagneteinheit umfassend mehrere Hebemagneten 1 nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie balken- oder flächenartige Tragelemente umfasst, an welchen die einzelnen Hebemagneten befestigbar sind.
  15. Verwendung eines Hebemagneten 1 nach einem der vorangehenden Ansprüche oder einer Hebemagneteinheit nach Anspruch 14 zur Aufnahme von magnetischer Last und, nach einer allfälligen Bewegung des Hebemagneten 1 mitsamt der Last, zur anschliessenden Freigabe der Last.
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