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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetisierungsvorrichtung mit
einer Magneteinrichtung zur Erzeugung eines im Wesentlichen homogenen Magnetisierungsfelds
in mindestens einem Magnetisierungsabschnitt, durch den, in den
oder aus dem ein zu magnetisierendes Werkstück führbar ist. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung eine Magnetisierungsvorrichtung, mit der
Hochenergiemagnete magnetisierbar sind.
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Bei
der Herstellung von Permanentmagneten werden hartmagnetische Materialien
durch eine Magnetisierungsvorrichtung bewegt. Die Magnetisierungsvorrichtung
verfügt
hierzu über
ein homogenes Magnetfeld und die Bewegung der zu magnetisierenden
Werkstücke
erfolgt senkrecht zu dem Magnetfeld.
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Aus
der
DE 24 40 920 A1 ist
eine Anordnung zur Herstellung magnetischer Aufzeichnungsträger bekannt,
bestehend aus einem unmagnetischen Dreher und einer Schicht mit
magnetischer Vorzugsrichtung, die in einer nichtmagnetischen organischen Bindemittelsystem
magnetische Teilchen enthält, welche
innerhalb der noch flüssigen
Beschichtung vor deren Erstarrung zur Bildung der magnetischen Anisotropie
der Einwirkung eines magnetischen Feldes unterworfen werden, das
durch die Luftspalte zweier symmetrisch zur Ebene der Auszeichnungsträger angeordneter
magnetischer Kreise erzeugt wird wobei die dem Aufzeichnungsträger naheliegenden
Kanten des magnetischen Kreises von Abschirmelementen abgeschlossen
werden, die so ausgebildet sind, dass die dem Aufzeichnungsträger zugewandte
Fläche
der Abschirmelemente sich von diesem mit zunehmender Abstand von
der Kante des magnetischen Kreises entfernt.
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Um
einen Permanentmagneten mit vorbestimmter Feldstärke herstellen zu können, wird
in der
US 36 09 611 eine
Magnetisie rungsvorrichtung vorgeschlagen, die einen sich erweiternden
Luftspalt aufweist.
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Die
US 55 70 167 zeigt eine
Magnetisierungsvorrichtung insbesondere für hohlzylindrische Teile.
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Das
Magnetfeld in der Magnetisierungsvorrichtung muss zur Magnetisierung
eine ausreichende Feldstärke
aufweisen. Die Höhe
der Feldstärke
des Magnetfelds, d. h. die Magnetisierungsfeldstärke, hängt von dem zu magnetisierenden
Material ab. So müssen
beispielsweise zur Herstellung von SmCo5- oder NdFeB-Magnete eine
Magnetisierungsflussdichte von mehr als 2 T erreicht werden. Derartige Magnetfelder
zur Magnetisierung werden üblicherweise
mit Hilfe von durchfluteten Spulen erzeugt. Nachteilig an den gängig eingesetzten
Magnetisierungsspulen sind deren hohe Kosten und großer Platzbedarf.
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Somit
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kostengünstigere
Magnetisierungsvorrichtung mit geringeren räumlichen Abmessungen vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Magnetisierungsvorrichtung mit einer Magneteinrichtung zur
Erzeugung eines im Wesentlichen homogenen Magnetisierungsfelds in
mindestens einem Magnetisierungsabschnitt, durch den, in den o der
aus dem ein zu magnetisierendes Werkstück führbar ist, wobei die Magneteinrichtung
mindestens vier Permanentmagnete umfasst, die in einer vorgegebenen
Schnittebene Längs-
und Stirnseiten aufweisen und die bezogen auf diese Schnittebene
rautenförmig
angeordnet sind, wobei sich der Magnetisierungsabschnitt in der
Raute befindet.
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Vorzugsweise
sind Flussleitstücke
aus weichmagnetischem Material um die Permanentmagnete angeordnet.
Diese dienen zur Reduktion des magnetischen Widerstands im Magnetkreis
und zur Erhöhung
der Feldstärke
im Magnetisierungsabschnitt innerhalb der Raute. Außerhalb
der Raute sorgen ein oder mehrere Flussleitstücke für den magnetischen Rückschluss.
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Als
Magnetisierungsabschnitt eignet sich insbesondere ein Luftspalt
zwischen Flussleitstücken innerhalb
der Raute der Permanentmagnete. Damit lässt sich in dem Luftspalt zur
Magnetisierung eine sehr hohe Sättigungsinduktion
erreichen.
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Günstigerweise
erstreckt sich der Magnetisierungsabschnitt zwischen den diagonal
gegenüberliegenden
Ecken der Raute der Permanentmagnete. Dies hat zur Folge, dass in
dem Luftspalt beziehungsweise Magnetisierungsabschnitt über dessen gesamte
Länge nahezu
ein homogenes Magnetfeld in Querrichtung erzielbar ist. Die Permanentmagnete sind
dabei so angeordnet, dass auf der einen Seite des Luftspalts der
Nordpol der Permanentmagnete in das Innere der Raute weist, während auf
der anderen Seite des Luftspalts der Südpol des jeweiligen Permanentmagneten
nach innen weist.
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Die
Magnetisierungsabschnitte sind vorteilhafterweise an ihren Enden
verbreitert. Dies hat den Vorteil, dass die an den Enden der Luftspalte
auftretenden Streuflüsse
reduziert werden. Durch das Minimieren der Verluste kann der Magnetisierungswirkungsgrad
erhöht
werden.
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Der
Magnetisierungsabschnitt liegt vorzugsweise in der kürzeren Diagonale
der Raute der Permanentmagnete. Diese Diagonale liegt senkrecht
zu den Magnetfeldlinien und bietet auf ihrer gesamten Länge ein
durch die rautenförmige
Anordnung verstärktes
Magnetfeld, das auch ausgesprochen homogen ist.
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Die
weichmagnetischen Flussleitstücke
beziehungsweise die Anordnung der Flussleitstücke außerhalb der Raute der Permanentmagnete
sind/ist günstigerweise
in der Dimension senkrecht zum Magnetisierungsabschnitt nicht größer als
die Raute der Permanentmagnete. Dies bewirkt, dass an den spitzen
Ecken der Raute der Permanentmagnete keine wesentlichen magnetischen
Streuungen auftreten.
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Um
die Streuungen an den spitzen Ecken der Raute der Permanentmagnete
weiter zu reduzieren, werden die Begrenzungen eines der Flussstücke beziehungsweise
der Flussstückanordnung
in der Dimension senkrecht zum Magnetisierungsabschnitt außerhalb
der Raute der Permanentmagnete parallel zum Magnetisierungsabschnitt
oder zum Magnetisierungsabschnitt geneigt ausgestaltet. Dies hat
den Vorteil, dass die Magnetfeldlinien in Richtung zum Magnetisierungsabschnitt
aus dem Permanentmagneten geführt
werden und somit insbesondere an den Stirnseiten der Permanentmagnete
die Streuung weiter reduziert werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung;
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2 die
prinzipielle Struktur des Magnetfelds der Vorrichtung von 1;
und
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3 das
Magnetfeld einer alternativen Magnetisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die
nachfolgenden Ausführungsbeispiele stellen
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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In 1 ist
eine Magnetisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
perspektivisch dargestellt. Die Magnetisierungsvorrichtung besteht aus
vier rautenförmig
angeordneten Permanentmagneten 1. Die Permanentmagnete 1 sind
beispielsweise aus einer NdFeB-Legierung hergestellt. In der Tiefe
erstrecken sich die Permanentmagnete 1 bis zur Unterseite
der Magnetisierungsvorrichtung, d.h. die Permanentmagnete 1 sind
plättchenförmig gestaltet oder
es sind mehrere Permanentmagnete vertikal und/oder horizontal zu
einem Rautenschenkel angeordnet.
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Die
Permanentmagnete 1 sind im Inneren der Raute mit weichmagnetischen
Flussleitstücken 2 und 3 umgeben.
Zwischen den weichmagnetischen Flussleitstücken 2 und 3 befindet
sich auf der kurzen Diagonalen zwischen den Ecken der Raute ein Luftspalt 4.
Die Enden des Luftspalts 4 sind verbreitert. In diesen
Endstücken
befinden sich Distanzstücke 5,
die die beiden weichmagnetischen Flussleitstücke 2 und 3 zur
Bildung des Luftspalts 4 auseinanderhalten.
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An
der Außenseite
der rautenförmig
angeordneten Permanentmagnete 1 sind diese von zwei weiteren
weichmagnetischen Flussleitstücken 6 und 7 umgeben.
Diese äußeren Flussleitstücke 6 und 7 sorgen
für den
magnetischen Rückschluss
der Permanentmagnete 1.
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Die
gesamte Anordnung der Permanentmagnete 1, der inneren Flussleitstücke 2, 3 und
der äußeren Flussleitstücke 6, 7 ist
links und rechts bezogen auf den Luftspalt 4 an den Seiten
durch klammerartige Halterungen 8 fixiert.
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2 zeigt
in der Draufsicht auf die Vorrichtung von 1 den Verlauf
des Magnetfelds in einer horizontalen Ebene. Die Permanentmagnete 1 sind derart
polarisiert, dass ihre Nordpole auf der linken Seite des Luftspalts
im Inneren der Raute liegen. Auf der rechten Seite des Luftspalts
liegen die Südpole der
Permanentmagnete innen. Damit ergibt sich im Inneren der Raute ein
Verlauf der Feldlinien von links nach rechts. Durch die rautenförmige Anordnung
der Permanentmagnete 1 wird der magnetische Fluss auf den
Luftspalt 4 im Inneren der Raute konzentriert. Die symmetrische
Anordnung der Permanentmagnete 1 sorgt weiterhin dafür, dass
das Magnetfeld im Luftspalt sehr homogen ist.
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Durch
den Luftspalt 4 werden die zu magnetisierenden Werkstücke bewegt.
Die Energie zum Magnetisieren der Permanentmagnete wird in Form von
Bewegungsenergie aufgebracht, wenn die zu magnetisierenden Werkstücke aus
dem Magnetisierungsabschnitt beziehungsweise Luftspalt 4 entnommen
werden.
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Das
im Magnetisierungsabschnitt beziehungsweise Luftspalt erzeugte Magnetfeld
kann auch zur Magnetisierung von Hochenergiemagneten, z.B. SmCo5-
oder NdFeB-Magnete, verwendet werden. Voraussetzung dafür ist die
Erzeugung einer Luftspaltflussdichte von mehr als 2 T. Ermöglicht wird dies
durch weichmagnetische Flussleitstücke 2, 3 im Inneren
der Raute der Permanentmagnete 1, die eine entsprechend
höhere
Sättigungsinduktion
aufweisen. Ein geeigneter Werkstoff hierfür ist eine FeCo-Legierung,
mit der Flussleitstücke
hergestellt werden können,
deren Sättigungsinduktion über 2,3 T
liegt.
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An
die Flussleitstücke 6 und 7 sind,
was die Sättigungsinduktion
anbelangt, nicht so hohe Anforderungen zu stellen wie an die inneren
Flussleitstücke 2 und 3.
Der Grund hierfür
ist unmittelbar aus 2 zu entnehmen, aus der nämlich ersichtlich
ist, dass die Induktion beim Rückfluss
deutlich geringer sein kann, als im Inneren der Raute der Permanentmagnete 1.
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Um
die Streuflüsse
möglichst
gering zu halten, liegen an den Stirnseiten der Permanentmagnete 1 keine
Flussleitstücke
an.
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Darüber hinaus
entsprechen die Ausdehnungen der äußeren Flussleitstücke 6 und 7 in
etwa der größeren Diagonale
der Raute der Permanentmagnete 1. Dies bedeutet, dass die äußeren Flussleitstücke 6, 7 in
etwa mit den Stirnseiten der Permanentmagnete 1 abschließen. Damit
werden auch keine verlustbringenden Streuflüsse in einem weichmagnetischen
Material außerhalb
der Raute ermöglicht. Dennoch
kommt es an der dem Luftspalt 4 abgewandten Stirnseite
der Permanentmagnete 1 zu geringen Streuflüssen 9 in
Luft oder dem angrenzenden Material der Halterungen 8.
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Ferner
kommt es auch an den Enden der Luftspalte zwischen den dem Luftspalt
zugewandten Stirnseiten der Permanentmagnete 1 zu geringfügigen Streuflüssen 10.
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Zur
Reduzierung der Streuflüsse 9, 10 kann die
Geometrie der Magnetisierungsvorrichtung verändert werden. Unter Beibehaltung
der rautenförmigen
Anordnung der Permanentmagnete 1 und der inneren, weichmagnetischen
Flussleitstücke 2, 3 sowie des
Luftspalts 4 kann die Form der äußeren, weichmagnetischen Flussleitstücke 6 und 7 gemäß 3 geändert werden.
Die äußeren Flussleitstücke 6, 7 sind
hierbei im Wesentlichen dreieckförmig.
Die Eckpunkte dieses Dreiecks liegen an den dem Luftspalt 4 abgewandten
Stirnseiten der Permanentmagnete 1 und einer Geraden, die
sich längs
des Luftspalts 4 erstreckt. Die Begrenzungsflächen 11 der
Flussleitstücke 6 und 7,
die nicht an den Permanentmagneten 1 anliegen, sind somit,
betrachtet jeweils von der dem Luftspalt 4 abgewandten
Stirnseite eines Permanentmagneten 1, dem Luftspalt 4 zugeneigt.
Dies führt dazu,
dass insbesondere die Magnetfeldlinien 12 in der Nähe der dem
Luftspalt 4 abgewandten Stirnseite der Permanentmagnete 1 sowohl
innerhalb des Permanentmagneten 1 als auch daran anschließend im jeweiligen
Flussleitstück
zum Luftspalt 4 hin geneigt sind. Somit sind die Streuungen
an der Stirnseite des jeweiligen Permanentmagneten 1, die
dem Luftspalt 4 abgewandt ist, minimiert.
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Zur
Reduzierung der Streuflüsse
in der Nähe der
Enden des Luftspalts 4 ist in dem jeweiligen äußeren Flussleitstück 6, 7 eine
dreieckförmige
Aussparung 13 vorgesehen, die als Fortführung eines der aufgeweiteten
Enden des Luftspalts 4 zu betrachten ist. Diese Aussparung 13 erhöht den Bogen
des magnetischen Rückschlusses ähnlich den
Begrenzungen 9, so dass die Streuung 10 an den
Enden des Luftspalts 4 abnimmt.
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Grundsätzlich sind
auch andere Formen der äußeren Flussleitstücke 6, 7 denkbar,
wie z.B. Halbkreis, stumpfes Dreieck und dergleichen. In jedem Fall
ist der Platzbedarf deutlich geringer als bei Magnetisierungsvorrichtungen
mit Magnetisierspulen. Diese Magnetisiervorrichtung mit Permanentmagneten
ist aber auch deutlich günstiger
herzustellen als entsprechende Magnetisiervorrichtungen mit durchfluteten
Spulen.