DE2559649C2

DE2559649C2 - Dauermagnetische Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE2559649C2
Application number: DE2559649A
Authority: DE
Inventors: E Michele Cardon; Angelo Trezzano S.N. Mailand/Milano Grandini; Bruno Trezzano S.N. MAiland/Milano Zaramella
Original assignee: Magneto Tecnica Di Cardona Michele & Csnc Pero Mailand/milano It
Current assignee: Magneto Tecnica Di Cardona Michele & Csnc Pero Mailand/milano It
Priority date: 1974-10-16
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1986-01-30
Also published as: NL8203969A; IT1022923B; DE2544465A1; DE2544465B2; NL7512125A; US4090162A; FR2288380B1; FR2288380A1; DE7531527U; GB1520758A; DE2559649A1

Description

Die Erfindung betrifft eine ein- und ausschaltbare dauermagnetische Haltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen magnetischen Haltevorrichtung (DE-PS 12 74 256) sind ein ummagnetisierbarer Dauermagnet und ein nicht-ummagnetisierbarer Dauermagnet parallel zwischen zwei Polstücke gelegt, die rechtwinklig zu den Polachsen der Dauermagnete verlaufen. Der ummagnetisierbare Dauermagnet wird durch impulsartige Stromstöße umgepolt Sein Magnetfeld verstärkt in dem einen Polarisierungszustand dasjenige des anderen Dauermagneten, während in dem anderen Schaltzustand ein magnetischer Kurzschluß zwischen beiden Dauermagneten besteht Bei dieser Haltevorrichtung besteht die Gefahr, daß der eine Dauermagnet den anderen Dauermagneten bei der Umschaltung des Erregerstromes umpolt. Darüber hinaus haben die beiden Dauermagnete gleiche Längen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Haltevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, in der die verwendeten Magnete unterschiedlich lange Polachsen haben können, so daß sich eine räumliche gedrungene Konstruktion mit hoher Energiedichte verwirklichen läßt

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ertindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Nach der Erfindung sind die Polachsen der beiden verwendeten Magnetarten, die unterschiedliche Magnetisierungseigenschaften haben, rechtwinklig zueinander ausgerichtet Jeder ummagnetisierbare Dauermagnet ist mit seiner Polachse rechtwinklig zur Halteebene angeordnet Er kann daher verhältnismäßig hng ausgebildet werden, was eine entsprechende Höhe der Haltevorrichtung ergibt die sich aber nicht störend auswirkt. Die nicht ummagnetisierbaren Dauermagnete können relativ kurz ausgebildet werden und sind zwischen den Polstücken querliegend angeordnet. Folglich lassen sich mehrere Dauermagnete zur Erzielung einer hohen Energiedichte dicht nebeneinander anordnen.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Darstellung des oberen linken Quadranten der Hysteresekennlinien zweier Dauermagnetwerkstoffe,

F i g. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung im abgeschalteten Zustand,

F i g. 3 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 2 im aktivierten Zustand,

F i g. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung und

F i g. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.

Im folgenden sollen zunächst einige Ausführungen über die für die Dauermagnete zu verwendenden Materialien gemacht werden. Die im Rahmen dieser Beschreibung erwähnten Dauermagnete sind gegossene anisotrope Magnete aus z. B. Eisen-, Nickel-, Aluminium- und Kobaltlegierungen, die in Curiepunktnähe einem Magnetfeld ausgesetzt wurden. Es können auch gegossene anisotrope Magnete bestehend aus jeder beliebigen Legierung, deren maximale Energiedichte (BH_e-Wert) in der Größenordnung von 35,81 · 10³ J/m³ bis 41,38 · 10³J/m³ liegt, verwendet werden. Die erwähnten Magnete haben sämtlich eine äußerst hohe Sättigungsremanenz (B_rem), die größer ist als 1,2 T und eine relativ geringe Koerzitivfeldstärke H_e von wenig über 47,75 ■ 10³ A/m. Die Kennlinie dieses Materials ist in F i g. 1 mit 1 bezeichnet.

Wenn ein solches Magnetmaterial bei geschlossenem Magnetkreis in die Sättigung gebracht wird, entwickelt es eine hohe dauermagnetische Kraft, die umgekehrt proportional zu der Weite des Arbeitsluftspaltes ist. Zur Erzielung einer akzeptablen Kraft muß der zweite Ma-

gnetkreis, der ebenfalls einen Kern aus dem oben beschriebenen Material aufweist, einen Luftspalt aufweisen, dessen Weite um V5 kleiner ist als die Länge der Vorzugsachse des verwendeten Kernes, un eine zu große Verringerung des Wertes B_Km zu vermeiden. Keramische (und anisotrope) Magnete bestehen z. B. aus Material auf der Basis von Ferriten, beispielsweise feingemahlenem und bei erhöhter Temperatur gepreßtem und gebranntem Bariumoxyd, das anschließend in der Nähe seines Curi^punktes einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Unter die Bezeichnung »keramische Magnete« sollen alle Magnete fallen, deren maximaler BK-Wert in der Größenordnung von 22,28 · KPJ/m³ bis 25,46 · lG»J/m³ liegt

Der erwähnte keramische Magnet hat einen relativ geringen ß_rero-Wert, der etwa ¹A des B_rcm-Wertes eines anisotropen Magneten, der aus einer der obengenannten Legierungen besteht, beträgt, und einen außergewöhnlich hohen //_e-Wert, der, wie Linie 2 in F i g. 1 zeigt, etwa dreimal größer als der obenerwähnte Wert oder noch größer ist, so daß die remanente Flußdichte Brem in einem weiten Bereich von Luftspalten oder magnetischen Widerständen im wesentlichen konstant bleibt und sich nur geringfügig ändert.

Bei der Haltevorrichtung der F i g. 2 und 3 stellt der Dauermagnet 3 einen keramischen (und anisotropen) Magneten dar, der wegen seiner magnetischen Eigenschaften nachfolgend als »nicht ummagnetisierbar« bezeichnet wird, was besagt, daß bei Verwendung der Vorrichtung der Magnetisierungszustand dieses Magneten nicht geändert wird. Der zweite Dauermagnet 4 ist ein anisotroper Magnet, der aus einer der zuvor genannten Legierungen besteht Er wird im folgenden als »ummagnetisierbar« bezeichnet, was besagt, daß der Dauermagnet 4 — im Unterschied zu dem Dauermagneten 3 — seinen Magnetisierungszustand bzw. seine Polung beim Betrieb der Vorrichtung ändern kann. Dabei durchläuft der Dauermagnet 4 die halbe obere bzw. die halbe untere Hystereseschleife, um die magnetische Haltevorrichtung zu aktivieren oder abzuschalten.

Der ummagnetisierbare Dauermagnet ist mit einer Wicklung 5 umgeben, die beim Umschalten kurzzeitig von einem Gleichstrom durchflossen wird. Die Stromrichtung des Gleichstromes ist umpolbar. Der Gleichstrom wird jeweils für eine Zeitdauer eingeschaltet, die ausreicht, um den Dauermagneten 4 einen Halbzyklus seiner Hystereseschleife durchlaufen zu lassen.

Beide Dauermagnete 3 und 4 wirken auf ein gemeinsames Polstück 6, mit dem sie an jeweils einem Pol in Berührung stehen. An dem Polstück 6 liegt der Pol N des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten 3 und der Pol S des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 an, wenn die Halteebene 9 gemäß F i g. 2 entmagnetisiert ist. Bei dem in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Polarisierungsrichtungen der Dauermagnete 3 und 4 unter einem Winkel von 90° zueinander und berühren aneinanderliegende Flächen des rechtwinkligen Blockes, aus dem das Polstück 6 besteht.

Das Polstück 6 des magnetischen Kreises der in F i g. 2 dargestellten Haltevorrichtung ist oberhalb des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 über den nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten 3 hinaus verlängert und bildet einen ersten Pol. Außerdem ist ein zweites Polstück 7 vorgesehen, das zusammen mit dem ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 auf einem ferromagnetischen Joch 8 abgestützt ist. Das Joch 8 besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise aus Eisen oder unlegiertem Stahl mit möglichst geringem Kohlenstoffgehalt Der Kohlenstoffgehalt soll z. B. geringer sein als 0,03%. Die Polstükke 6 und 7 des Magnetkreises bilden, wie schematisch in F i g. 3 gezeigt ist die Halteebene für den ferromagnetischen Körper 10.

F i g. 2 zeigt den Magnetisierungszustand bei abgeschalteter Halteebene 9, bei dem die beiden Dauermagnete 3 und 4 in dem sich über die Polstücke 6 und 7 und das Joch 8 schließenden inneren Magnetkreis gleichsinnig polarisiert sind, während F i g. 3 den Aktivierungszustand der Halteebene 9 zum Festhalten des ferromagnetischen Körpers 10 darstellt Die beiden Dauermagnete 3 und 4 sind gemäß F i g. 3 im inneren Magnetkreis entgegengesetzt zueinander polarisiert, so daß sich ihre Flußlinien über den Luftspalt der Halteebene schließen und sich zum Festhalten des Körpers 10 addieren.

Im folgenden wird eine detailliertere Beschreibung der Montage der Haltevorrichtung gegeben.

Nachdem das Polstück 7 oder, im Falle mehrerer gleichartiger innerer Magnetkreise, mehrere Polstücke 7 auf dem Joch 8 angeordnet sind, wird der ummagnetisierbare Dauermagnet zusammen mit der ihn umgebenden rechteckigen Spule montiert Der ummagnetisierbare Dauermagnet wird während der Montage ständig im entmagnetisierten Zustand gehalten.

Anschließend erfolgt die Montage des Polstücks 6, indem dieses auf den oberen Pol des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 aufgesetzt wird. Dadurch entsteht zwischen den inneren Wänden der Polstücke 6 und 7 ein Zwischenraum, in den der Dauermagnet 3 eingelegt wird. Der Absolutwert der magnetischen Remanenz (gesamter ß_rem-Wert) muß dem Gesamtwert der magnetischen Remanenz (gesamter .£«„,-Wert) des ummagnetisierbaren Kernes genau entsprechen. Der nicht ummagnetisierbare Dauermagnet 3 wird bis zum Sättigungszusland vormagnetisiert und eingebaut was in Anbetracht des hohen H_c-Wertes dieses Materials mögiich ist.

In diesem Zustand herrscht in dem magnetischen Kreis ein erstes Magnetfeld, das in Fig.3 mit 11 bezeichnet ist und die Halteebene 9 aktiviert

Nun wird die Spule 5 kurzzeitig erregt, um den ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 in den Sättigungszustand zu bringen, damit dieser von nun an sein eigenes Dauermagnetfeld erzeugt. Die Magnetisierung dauert weniger als 0,01 s. Die Stromrichtung sowie der Wickelsinn der Windungen der Spule 5 sind derart gewählt, daß ein elektromagnetisches Feld 12 (F i g. 3) erzeugt wird, welches den ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 in der F i g. 3 dargestellten Weise polarisiert, so daß sich sein Magnetfeld über die Polstücke 6, 7 und das Joch 8 zu dem durch den Dauermagneten 3 erzeugten Magnetfeld addiert und dadurch die Flußdichte an der Halteebene 9 noch erhöht wird, wodurch sich die auf den Körper 10 einwirkende Haltekraft erhöht. Während des normalen aktivierten Betriebszustandes Hießt kein Strom in der Spule 5, so daß die gesamte Haltevorrichtung so arbeitet, als wäre sie mit Dauermagneten ausge-

eo stattet. Die Spule dient allein zur Umkehrung der Magnetisierungsrichtung des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4.

Zur Reaktivierung der Halteebene 9 und zum Loslösen aes ferromagnetischen Körpers 10 wird die Spuie 5 kurzfristig durch einen Strom erregt, dessen Richtung entgegengesetzt zur Richtung des vorangehenden Stromes eingestellt ist. Hierdurch wird ein elektromagnetisches Feld von sehr kurzer Dauer mit umgekehrter Po-

larität erzeugt. Dieses dem remanenten Magnetismus entgegengesetzte Magnetfeld bewirkt, wie in F i g. 2 angedeutet, daß der ummagnetisierbare Dauermagnet 4 eine der Polumkehr entsprechende halbe Hysteresekurve durchläuft. Der Dauermagnet 4 erzeugt nunmehr ein Dauermagnetfeld, welches auf das Feld des anderen Dauermagneten 3 über die Polstücke 6,7 und das Joch 8 eine Anziehung ausübt, so daß die beiden Magnetfelder sich gemäß F i g. 2 kurzschließen und die Halteebene 9 ummagnetisiert wird.

Wird ein weiterer Stromstoß durch die Spule 5 mit entgegengesetzter Richtung geschickt, so erfolgt eine erneute Umpolung (oder halbe Hysterese) des Dauermagneten 4, der wieder das in F i g. 3 abgebildete Magnetfeld 12 erzeugt, das sich dem Magnetfeld 11 des Dauermagneten 3 überlagert und die Halteebene 9 aktiviert.

F i g. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung, deren Prinzip unter Bezugnahme auf die Fig.2 und 3 oben erläutert wurde. Das Beispiel der F i g. 4 unterscheidet sich von demjenigen der F i g. 2 lediglich dadurch, daß der magnetische Kreis verdoppelt ist und daß der einzige ummagnetisierbare Dauermagnet 4 an dem mittleren Polstück anliegt. Beidseitig des mittleren Polstücks 6 liegen Dauermagnete 3 mit horizontalen Magnetisierungsachsen. Die Dauermagnete 3 sind zwischen dem mittleren Polstück 6 und jeweils einem äußeren Polstück 7 angeordnet. Der ummagnetisierbare Dauermagnet 4 ist mit zur Halteebene senkrecht stehender Polachse montiert. Bei der in F i g. 4 dargestellten Polung des Dauermagneten 4 sind die beiden Magnetkreise jeweils kurzgeschlossen, so daß an der Halteebene kein wesentlicher Magnetfluß auftritt.

Bei der Anordnung nach F i g. 4, die sich mechanisch am besten für die Herstellung großer magnetischer Haitevorrichtungen eignet, haben die beiden nicht ummagnetisierbaren Dauermagnete 3 jeweils gleiche magnetische Remanenzwerte (B_rcm), so daß ihre Summe dem gesamten Remanenzwert des gemeinsamen Dauermagneten 4 gleich ist. Die Dauermagnete 3 sind in die Nuten zwischen dem mittleren Polstück 6 und den seitlichen Polstücken 7 eingebaut.

In F i g. 5 ist eine dritte, besonders bevorzugte Ausführungsform der Haltevorrichtung dargestellt.

Die Polstücke 7 haben einen größeren Querschnitt als bei den Fig. 2,3 und 4, da sie jeweils die Magnetflüsse zweier anliegender Magnetkreise leiten müssen. Gemäß F i g. 5 sind sämtliche Polstücke 6,7 an der aus dem Joch 8 gebildeten Grundplatte durch Schrauben 18 bzw. 19 befestigt Die Polschuhe 7 sind direkt auf das Joch 8 aufgesetzt Sie haben Schraubbohrungen, in die die Ankerschrauben 13 eingeschraubt sind. Die Poistücke 6 sind auf den Dauermagneten 4 auf der Grundplatte 8 befestigt Zu diesem Zweck sind die Dauermagnete 4 mit Durchgangsbohrungen versehen, durch die die Schrauben 19 hindurchführea In die Arbeitsluftspalte sind Distanzstücke 20 aus paramagnetischem Material eingelegt Jedes Distanzstück 20 weist ein querverlaufendes Loch 21 auf, das mit einem paramagnetischen Material ausgefüllt ist beispielsweise mit einem Ep- ω oxydharz 22, das sämtliche vorhandenen Hohlräume ausfüllt, so daß die gesamte Halteebene durchgehend ist Rechtwinklig durch die Polstücke verlaufen Zuganker 23 hindurch, die aus paramagnetischem Material bestehen und mit Muttern 24 gespannt sind.

Die so aufgebaute Haltevorrichtung hat eine Halteebene, die eine Vielzahl paralleler Pole aufweist Die Pole können auf die oben geschilderte Weise aktiviert oder abgeschaltet werden.

Die so gebildete Dauermagnet-Halteebene hat eine hohe mechanische Stabilität.

Eine derartige magnetische Haltevorrichtung kann insbesondere in der in F i g. 5 gezeigten Ausführung für Hebegeräte, Lade- und Entladeköpfe in Gabelstaplern sowie generell zum Aufspannen benutzt werden, wo es darauf ankommt, eine Halteebene wahlweise zu aktivieren oder abzuschalten.

Bei den dargestellten Lösungen sind die Polschuhe über den Kern oder über die nicht ummagnetisierbaren Kerne hinaus nach außen verlängert. Dadurch ist es möglich, oberhalb des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten 3 eine entsprechende Schicht mit bearbeitbarem Material vorzusehen, die im Verlauf des Einsatzes des Gerätes Nacharbeitungen der abgenutzten Halteebene ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ein- und ausschaltbare dauermagnetische Haltevorrichtung für einen ferromagnetischen Körper, mit mindestens zwei in einer Halteebene endenden Polstücken und mindestens zwei Dauermagneten, deren Magnetflüsse sich im eingeschalteten Zustand über den an der Halteebene anliegenden ferromagnetischen Körper schließen, während sie sich im ausgeschalteten Zustand in einem durch die Dauermagnete und die an diesen anliegenden Polstücke gebildeten geschlossenen magnetischen Kreis innerhalb der Haltevorrichtung schließen, wobei zum Schalten die Magnetisierungsrichtung mindestens eines Dauermagneten durch Stromstöße durch eine diesen Dauermagneten umgebende Spulenwicklung umkehrbar ist und wobei jeder nicht unmagnetisierbare Dauermagnet mit parallel zur Halteebene verlaufender Polachse angeordnet ist und mit seinen Polflächen an zwei parallelen Polstücken anliegt dadurch gekennzeichnet, daß die Polachse jedes ummagnetisierbaren Dauermagneten (4) rechtwinklig zur Halteebene (9) verläuft und daß jeder ummagnetisierbare Dauermagnet (4) mit der einen Polfläche an der von der Halteebene (9) abgewandten Stirnfläche eines auch für mindestens einen nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten (3) gemeinsamen Polstückes (6) anliegt, während die von der Halteebene abgewandte andere Polfläche an einem hochpermeablen Joch (8) anliegt, das den Magnetkreis zum benachbarten Polstück (7) des zugehörigen nicht ummagnetiyerbaren Dauermagneten

(3) schließt.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei rechtwinklig zur Halteebene (9) verlaufende parallele Polstücke (6,7) vorgesehen sind, von denen das mittlere Polstück (6) mit einem gemeinsamen ummagnetisierbaren Dauermagneten

(4) axial ausgerichtet ist, und daß zwischen dem mittleren Polstück (6) und jedem der beiden parallelen Polstücke (7) ein nicht ummagnetisierbarer Dauermagnet (3) angeordnet ist.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Joch (8) für die anderen Polflächen aller ummagnetisierbaren Dauermagnete (4) vorgesehen ist, daß jeweils mehrere mit gegenseitigen Zwischenräumen abwechselnd angeordnete kurze Polstücke (6) und lange Polstükke (7) vorgesehen sind, daß zwischen jedem kurzen Polstück (6) und dem Joch (8) ein ummagnetisierbarer Dauermagnet (4) angeordnet ist, daß jeder Zwischenraum einen nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten (3) enthält und daß die Polstücke und die ummagnetisierbaren Dauermagnete (4) mittels Ankerschrauben (19) an dem gemeinsamen Joch (8) befestigt sind.