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Dokumentenidentifikation DE69313630T2 08.01.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0639292
Titel MAGNETISIERUNG VON PERMANENTMAGNETISCHEN BANDMATERIALEN
Anmelder The Electrodyne Co., Batavia, Ohio, US
Erfinder BLUME, Walter, S., Jr., Ocala, FL 32675, US
Vertreter Schulze Horn und Kollegen, 48147 Münster
DE-Aktenzeichen 69313630
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 04.05.1993
EP-Aktenzeichen 939110383
WO-Anmeldetag 04.05.1993
PCT-Aktenzeichen US9304199
WO-Veröffentlichungsnummer 9323859
WO-Veröffentlichungsdatum 25.11.1993
EP-Offenlegungsdatum 22.02.1995
EP date of grant 03.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.01.1998
IPC-Hauptklasse H01F 7/20
IPC-Nebenklasse H01F 13/00   

Beschreibung[de]

Herkömmliche Magnetisierung erzeugt nur zwei Pole an entgegengesetzten Enden eines Magneten, der eine Nord und der andere Süd. Für viele Arten von permanentmagnetischen Materialien wird dies meistens durch den Einsatz eines Elektromagneten ausgeführt. Der Elektromagnet umfaßt einfach ein eisernes Joch mit Polstücken von hoher Permeabilität und Spulen, die entweder um das Joch oder um die Polstücke herumgewunden sind, zwischen welchen das zu magnetisierende Material angeordnet ist. Ein elektrischer Gleichstrom wird durch die Spulen geleitet, um ein magnetisierendes Feld zu erzeugen. Die Stärke des magnetisierenden Feldes verändert sich, wenn auch nicht linear, mit der Amplitude des Stromes, falls alle anderen Faktoren gleich bleiben.

Die Magnetisierung von modernen Materialien, welche ungewöhnlich starke Magnetisierungsfelder erfordern, wie Samariumkobald und die Neodymeisenklasse der seltenen Erdenpermanentmagnete, erfordert häufig den Einsatz eines Impulstypmagnetisierungsapparates. Impulsmagnetisierungsapparate sind auch in hohem Maße eingesetzt, wo komplexe Polmuster, wie bandartige und multiple Pole, benötigt werden. Eine spezielle Energieversorgung ist ein wesentlicher Bestandteil des Impulsmagnetisierungsapparates, er muß mehr leisten als nur den Wechselstrom in Gleichstrom gleichrichten. Für bandartige Pole werden häufig spezielle Magnetisierungseinrichtungen benutzt, wobei Windungen, die wie ein Kartoffelstampfer geformt sind, mit relativ kurzen gesamten Drahtlängen eingesetzt werden. Die Anzahl der Drahtwindungenund die Drahtgrößen, die in solchen Einrichtungen eingesetzt werden, sind durch die Notwendigkeit begrenzt, den Strom unterzubringen, der benötigt wird, um das Magnetisierungsfeld aufzubauen. Hohe Ströme sind für die herkmmliche Magnetisierung von älteren magnetischen Materialien, wie z.B. Bariumferrit, erforderlich, wenn die Magnete groß sind und/oder ein Sättigungsfeld (Hs) benötigen, das etwa 5.000 Oersted übersteigt. Extrem hohe Ströme sind erforderlich, um Felder bis zu 45.000 Oersted zu erzeugen, um Magnete vom Typ der seltenen Erden zu sättigen und auch komplexe multiple Polmuster zu erzeugen, selbst für ältere Materialien. Zur Zeit können die besonders hohen Ströme, die benötigt werden, um multiple Pole in sehr engen bandförmigen Mustern zu erzeugen, nur durch die plötzliche Entladung von großen Kondensatoren in die Windungen einer entsprechend konstruierten Spule erzeugt werden. Der Impulsmagnetisierungsapparat, der die Energieversorgung umfaßt und die Halterung, die die magnetisierende Spule enthält, in welche der Strom plötzlich entladen wird, erzeugt ein starkes, jedoch flüchtiges Feld, welches nur für eine Zeit von ein paar Millisekunden dauert.

Es ist häufig erforderlich, Barium, Strontium und/oder Bleiferritstreifen und flächige Materialien zu magnetisieren, so daß sie multiple Pole aufweisen, d.h., Pole, die in der Form von parallelen, alternierenden Nord-Süd- Bändern auf einer oder beiden Flächen des Materials vorliegen. Wenn die Haltekraft die primäre Aufgabe ist, sollten sich derartige Pole an ihren Grenzen berühren, und je dünner die Fläche oder der Streifen ist, der magnetisiert werden soll, um so enger sollten die Pole angeordnet sein. Je mehr diese Konditionen eingehalten werden, und je mehr das Material magnetisiert wird, desto stärker wird der sich ergebende Magnet ein Objekt halten, welches an der Fläche anliegt. (Jedoch verringert sich der Griff oder die Fluglinie der Flußlinien in dem Bereich um den Streifen herum mit dem Engerwerden der Pole.) Im praktischen Betrieb, wo bandförmige Pole mit einem Impulsmagnetisierungsapparat ausgebildet werden, ist der Bereich und die Tiefe, in welchem ein Streifen oder eine Fläche magnetisiert werden kann, durch den benötigten Strom beschränkt, und damit durch die Größe und Gesamtlänge des Drahtes, der eingesetzt werden kann, und ebenso durch die Gesamtzahl von Polen, die in Folge per Breiteneinheit des Streifens bei jeder Entladung des Magnetisierungsapparates geformt werden sollen. Wenn z.B. ein außergewöhnlich guter Impulsmagnetisierungsapparat eingesetzt wird, um etwa 18 Pole per 25,4 mm (1 Zoll) Breite auf 0,76 mm (0,030 Zoll) dickem herkömmlichen Bariumferritverbundmaterial zu formen, kann nur ein Volumen von etwa 4,1 bis 13 cm³ (0,25 bis 0,75 Zoll³) von Material wirksam bei jeder Entladung des Impulsmagnetisierungsapparates magnetisiert werden. Wegen des begrenzten Volumens von Material, welches mit einer einzelnen Entladung magnetisiert werden kann, muß der Kondensator nach jeder Entladung aufgeladen werden, um einen langen Streifen zu magnetisieren, und der Streifen muß schrittweise vorwärtsbewegt werden, der Kondensator muß wieder entladen werden, der Streifen muß schrittweise vorwärtsbewegt werden, und dieser Vorgang wiederholt sich. Dies verlangsamt natürlich das Magnetisierungsverfahren von multiplen Polen ganz wesentlich. Außerdem sind Impulsmagnetisierungsapparate sehr laut (die Entladung erzeugt einen scharfen Knall); weiter überhitzen sie sich, sie erleiden dielektrische Fehler, versagen, bilden eine mögliche elektrische Gefahrenquelle, und sind teuer zu bauen oder zu erwerben.

Mein älteres US-Patent Nr. 3 127 554 offenbart einen elektromagnetischen Magnetisierungsapparat des Nicht- Impulstyps zum Bilden von bandförmigen Polen. Dieser Apparat umfaßt zwei beabstandete elektromagnetische Spulenanordnungen, wobei jede Anordnung ein Nord- und Süd-Primärpolstück aufweist mit einer Vielzahl von ferromagnetischen sekundären Polstücken zwischen den primären Polstücken jeder Anordnung. Nichtmagnetische Abstandhalter sind zwischen den Sekundärpolstücken angeordnet. Jeder Abstandhalter einer Anordnung ist im wesentlichen diametral gegenüber dem Mittelpunkt eines sekundären Polstückes der gegenüberliegenden Anordnung zentriert. Dieser Apparat ist kein Impulsmagnetisierungsapparat und benötigt nicht das schrittweise Vorwärtsbewegen des Materials; er kann Streifenmaterial kontinuierlich magnetisieren. Jedoch benötigt er elektromagnetische Spulen, um das Feld zu erzeugen.

Das US-Patent Nr. 4 379 276, welches im Namen von Bouchara und anderen angemeldet ist und dem EP-A-0 034 552 entspricht, zeigt einen Magnetisierer, welcher anstelle von elektromagnetischen Mitteln Permanentmagnete einsetzt, um das magnetisierende Feld zu erzeugen. Dieser Apparat umfaßt zwei gegenüberliegende Stapel, wobei jeder plattenförmige Permanentmagnete umfaßt, die durch Polstücke von hoher Permeabilität (ferromagnetisch) getrennt sind. Jeder Magnet wird in der Richtung senkrecht zu seiner Plattenfläche magnetisiert, d.h. parallel zu der Achse des Stapels und parallel zu dem Spalt zwischen den Stapeln. Die Magnete in jedem Stapel sind so angeordnet, daß gleiche Pole auf gegenüberliegende Seiten jedes Polstückes liegen. Die Polstücke mit hoher Permeabilität wirken als Leiter, um den Fluß von den Magneten weg und nach außen zu den Kanten der Polstücke und zu dem Spalt zu leiten, durch welchen das Streifenmaterial hindurchgeführt wird. Dieser Apparat benötigt keinen elektrischen Strom zum Betrieb, weil er jedoch Polstücke zwischen den Permanentmagneten erfordert, sind die polaren Bänder, welche die Polstücke auf dem magnetischen Material formen, notwendigerweise voneinander durch eine dazwischen liegende unmagnetisierte oder neutrale Zone getrennt. Die neutralen Zonen zwischen benachbarten Polen verschwenden einen großen Anteil des eingesetzten Materials. Weil die Haltekraft des magnetisierten Streifens mit dem Abstand zwischen den Polen, die ihm aufgedrückt sind, und ebenso mit der unvollständigen Magnetisierung des Streifenkörpers abnimmt, haben die sich ergebende Magnete weniger als die Hälfte der Haltekraft, die erreicht worden wäre, wenn die Pole sich berühren würden.

Es besteht eine Notwendigkeit fur einen Apparat für die permanente (harte) Magnetisierung von streifenförmigen und plattenförmigen Material, welcher enge, kontinuierliche Pole erzeugt, wobei praktisch keine unmagnetisierte Zone dazwischenliegt, welcher keine Energieversorgung durch eine äußere Energiequelle erfordert, und durch welchen Material kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit hindurchgeführt werden kann, ohne daß man schrittweise in hintereinanderliegenden Stellen magnetisieren muß.

Der erfindungsgemäße Apparat benutzt Permanentmagnete als Magnetisierungsquelle; keine Spulen oder Elektromagnete sind erforderlich, und er kann bandförmige Pole auf Streifen- oder Plattenmaterial praktisch so schnell erzeugen, wie das Material durch den Apparat hindurchgeführt werden kann, d.h. kein schrittweises Vorwärtsbewegen ist nötig.

Der Apparat umfaßt zwei Stapel von Permanentmagneten, wobei jeder Stapel eine Achse aufweist, die in Stapelrichtung liegt, und einen Rahmen, der die Stapel mit ihren Achsen parallel hält und einen schlitzförmigen Luftspalt zwischen den Stapeln darbietet, durch welchen das permanentmagnetische Material, welches magnetisiert werden soll, in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die beide Stapelachsen enthält, hindurchgeführt wird, wobei jeder Magnet zwei gegenüberliegende Enden aufweist und eine Magnetisierungsrichtung, die sich so erstreckt, daß sie einen Pol auf einem Ende und einen ungleichen Pol auf dem anderen Ende bildet. Erfindungsgemäß ist die Magnetisierungsrichtung jedes Magneten senkrecht zu der Achse des jeweiligen Stapels und liegt in der Ebene, die beide Achsen enthält, wobei benachbarte Magnete in jedem Stapel ungleiche Pole nahe beieinander aufweisen, so daß sie sich magnetisch anziehen, wobei die Magnete des einen Stapels den jeweiligen Magneten des anderen Stapels gegenüberliegen, wobei die Pole der Magnete des einen Stapels über den Spalt ungleichen Polen der jeweiligen Magnete des anderen Stapels so gegenüberliegen, daß sie ein magnetisierendes Feld in dem Spalt erzeugen, so daß das permanentmagnetische Material, welches durch den Spalt hindurchgeführt wird, wirkungsvoll magnetisiert wird.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Magnetisieren von bandförmigen Polen auf streifenförmigem oder flächigem permanentmagnetischen Material, wobei zwei parallele Stapel von Permanentmagneten bereitgestellt werden, wobei jeder Stapel eine Achse aufweist, die parallel zu der Richtung des Stapels liegt, wobei jeder Magnet zwei gegenüberliegende Enden aufweist und eine Magnetisierungsrichtung, die sich so erstreckt, daß sie einen Pol an dem einen Ende und einen ungleichen Pol an dem anderen Ende bildet, wobei die Stapel parallel zueinander angeordnet sind und einen schlitzförmigen Luftspalt dazwischen bilden. Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren das Bereitstellen der Magnete jedes Stapels mit ihrer Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der Achse des anderen Stapels, das Anordnen benachbarter Magnete in jedem Stapel, wobei ungleiche Pole benachbart sind, so daß sie einander magnetisch anziehen, das Anordnen der Magnete in einem Stapel gegenüber den jeweiligen Magneten des anderen Stapels, wobei ungleiche Pole von jeweiligen Magneten des Stapels sich über den Spalt gegenüberliegen, und das Hindurchführen des permanentmagnetischen Materials durch den Spalt senkrecht zu einer Ebene, die die Stapelachsen enthält, wodurch bandförmige Pole auf dem permanentmagnetischen Material gebildet werden.

Die Magnete können die Form von Scheiben, Platten, Zylindem, Prismen, Stäben und anderen Formen aufweisen, solange sie die Kriterien der Magnetisierungsrichtung aufweisen. Beispielsweise können die Magnete in der Form von dünnen runden Platten mit zwei parallelen Seiten vorliegen. Der Durchmesser der Seiten stellt die längste Achse des plattenförmigen Magneten dar, und die Magnetisierungsrichtung liegt parallel zu den Seiten. Der Umfang der kreisförmigen Kante, die jeden plattenförmigen Magneten umgibt, steht rechtwinkelig zu jeder Seite. Jeder Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol, die diametrisch an gegenüberliegenden Seiten des Umfangs angeordnet sind. Die Magneten in jedem Stapel liegen parallel zueinander, wobei sich die benachbarten ungleichen Pole berühren, so daß sich die Magneten stark magnetisch anziehen und magnetisch gekoppelt sind. Die plattenförmigen Magnete sind Seite an Seite aufgestapelt und bilden einen stehenden zylindrischen Stapel. Die beiden Stapel sind voneinander beabstandet und bilden zwischen sich einen schlitzförmigen Luftspalt, welches der Magnetisierungsraum ist, durch welchen das streifen- oder plattenförmige permanentmagnetische Material zum Magnetisieren hindurchgeführt wird. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete in beiden Stapeln ist senkrecht zu dem Spalt, und die Pole der Magnete in einem Stapel sind diametrial gegenüberliegend ungleichen Polen der Magnete in dem anderen Stapel. So ziehen sich nicht nur die Magnete in jedem Stapel gegenseitig an, auch die gegenüberliegenden Stapel ziehen sich gegenseitig an. Die Stapel sind in nicht-magnetischen Haltern oder Gehäusen untergebracht, die ihrerseits in einem Rahmen angeordnet sind, welcher die Stapel beabstandet in genauer Ausrichtung hält, wie es erforderlich ist. Die Rahmen müssen nicht magnetisch sein und konzentrieren den Fluß weder noch lenken sie seine Richtung um. Zum Magnetisieren von verbundenem Barium, Strontium, und Bleiferritmaterialien ist es gegenwärtig ausreichend und bevorzugt, daß die magnetisierenden Magnete zur Klasse Samariumkobalt gehören. Jedoch werden stärkere Magnetmaterialien in der Industrie entwickelt, und ihr Einsatz für die magnetisierenden Magnete wird auch in Betracht gezogen. Auch sind Magnete der Neodymeisenklasse geeignet, um die Erfindung anzuwenden.

Die Erfindung wird nunmehr an Beispielen und mit Bezug auf anhängende Zeichnungen erläutert, wobei:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß bevorzugten Magnetisierungsappartes ist, wobei Streifenmaterial zur Magnetisierung hindurchgeführt wird;

Figur 2 ein vertikaler Querschnitt entlang der Linie 2- 2 in Figur 1 ist;

Figur 3 ein vertikaler Längsschnitt entlang der Linie 3 - 3 in Figur 1 ist;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen runden plattenförmigen Magneten des Apparates ist;

Figur 5 ein vergrößerter Teilschnitt eines Endabschnitts von einem der Magnetstapel in seinem Gehäuse ist;

Figur 6 eine schematische Darstellung ist, die das Fließmuster in einem einzelnen, isolierten Stapel von Magneten zeigt;

Figur 7 eine schematische Darstellung ist, die den Flußkreis, abgesehen von Leckagen, in zwei parallelen Magnetstapeln darstellt, die erfindungsgemäß angeordnet sind;

Figur 8 eine schematische abgeschnittene perspektivische Darstellung von zwei Stapeln von länglichen Stabmagneten in ihren Gehäusen ist, was einer anderen Form der Erfindung entspricht;

Figur 9 ein vergrößerter Teilschnitt eines vollständigen Stapels von Magneten gemäß einer modifizierten Form der Erfindung ist;

Figur 10 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Streifens ist, der in den Apparat magnetisiert ist, und schematisch die bandförmigen Pole auf seinen beiden Seiten zeigt;

Figur 11 eine perspektivische Darstellung einer anderen Form eines individuellen Magneten zeigt, der erfindungsgemäß eingesetzt ist;

Figuren 12 a, b, c und d eine Serie von perspektivischen Darstellungen sind, die individuelle Magnetstapel mit Magneten von anderen Formen sind, die zweckmäßig in dem Apparat einsetzbar sind. Spezifisch zeigt

Figur 12a einen Stapel (Reihe) von quadratischen sektionsweise angeordneten langgestreckten Stäben, die sich Seite an Seite koplanar berühren;

Figur 12b einen Stapel von rechteckigen Platten in koplanarem Seitenkontakt;

Figur 12c einen geraden Stapel von hexagonalen sektionsweisen Stäben, die Seite an Seite koplanar einander berühren; und

Figur 12d einen Stapel von hexagonalen sektionsweisen Stäben, die in Kantenkontakt angeordnet sind.

Wie am besten in den Figuren 1 - 3 dargestellt ist, umfaßt die bevorzugte Form der Vorrichtung 10 erfindungsgemäß einen Rahmen 12, welcher zwei Magnethalter 34 und 36 stützt und in Position hält, welche wiederum Stapel 14 und 16 von individuellen Permanentmagneten aufnehmen, die jede mit 18 bezeichnet sind. In dieser Ausgestaltung weist jeder Magnet 18 vorzugsweise die Form einer Platte oder Scheibe auf, wie in Figur 4 gezeigt ist, d.h., dünn mit flachen parallelen Hauptflächen 20 und 22. Die Magnete 18 in dieser Ausgestaltung haben einen kreisförmigen Umriß. (Wie unten erörtert ist, können andere Formen eingesetzt werden, beispielsweise Platten mit anderen Penmetern, umfassend rechteckige, quadratische, ovale, usw., oder die Magnete können die Form von langgestreckten Zylindern aufweisen, unter Einschluß von Prismen, Stäben etc. mit einer fast unendlichen Vielfalt von Querschnitten.) Jeder Magnet 18 hat einen kreisrunden Umfang oder eine Kante 24 zwischen seinen Seiten 20, 22 und weist somit die Form einer dünnen runden Scheibe auf (Figur 4). Die Magnete 18 in einem gegebenen Stapel 14, 16 haben vorzugsweise alle die gleiche Form und Größe, wie in den Figuren 3 und 5 gezeigt ist. Beide Stapel 14, 16 sind in axialer Richtung lang genug und umfassen ausreichend viele Magnete, um mit einem Sicherheitsbereich die Breite des zu magnetisierenden Streifens oder der Tafel unterzubringen.

Jeder Magnet 18 hat eine Magnetisierungsrichtung, die senkrecht (normal) zu dem Luftspalt 30 zwischen den Stapeln 14, 16 (Figur 2) verläuft und welche parallel zu den Seiten 20 und 22 des Magneten steht. Die Magnetisierungsrichtung ist parallel zu der längsten Achse des Magneten, welche in dieser Ausgestaltung sein Durchmesser ist. Dies ist nicht die übliche Magnetisierungsrichtung für Materialien, die eine Demagnetisierungskurve mit einem Richtungskoeffizienten nahe eins aufweisen, wie es viele Arten von Samariumkobaltmagnete haben; es ist in der Tat senkrecht zu der üblichen Richtung. Zum Gebrauch hierbei hat jeder Magnet 18 seine Pole auf der Kante 24 (die Umfangsfläche zwischen den Flächen 20, 22), einen Nordpol an dem einen Ende und einen Südpol auf dem diametral entgegengesetzten Ende, wie es in den Figuren 2, 4 und 7 durch N und S dargestellt ist. Die magnetische Länge jedes Magneten ist die gemessene Entfernung zwischen seinen Polen in Richtung der Magnetisierung 28, welche für runde plattenförmige Magneten 18 gleich seinem Durchmesser ist. Die Richtung der Magnetisierung ist senkrecht zu der kürzesten Abmessung des Magneten, seiner Dicke. Die Magnetlänge wird ausgewihlt, um das benötigte Ausmaß der Magnetisierung für das besondere zu magnetisierende Material bereitzustellen. Während andere Parameter als die Länge das Betriebsverhalten beeinflussen, leitet oder führt die Beachtung der Länge zu Höchstleistung, die im Verhältnis zum Einfluß der vorliegenden Parameter erhältlich ist. Wenn die magnetische Länge über den Punkt des optimalen Betriebsverhaltens hinaus ausgedehnt wird, wird es dieses nicht verringern, obwohl eine vergrößerte Länge auch zu Leckagen führt. Die praktischste Regel zum Einrichten eines solchen Betriebsverhaltens ist es, die magnetische Länge bis zu einem Punkt auszudehnen, über den hinaus das Zunehmen der Stärke des magnetischen Feldes, welches durch den Magneten erzeugt wird, vernachlässigbar ist. Die freie Ausdehnung der magnetischen Länge, um das Betriebsverhalten zu optimieren, steht im starken Gegensatz zu dem üblichen Vorgehen bei permanentmagnetischen Materialien, die eine Demagnetisierungskurve mit einem Richtungskoeffizienten nahe eins aufweisen.

Wenn Abstandshalter zwischen benachbarten Magneten in jedem Stapel eingesetzt werden, ist dieses nicht vorteilhaft. Die Magnete in dem Stapel sind vorzugsweise zueinander so nahe wie möglich anzuordnen, wobei sie einander in Flächen- oder Linienkontakt berühren. Die Dicke jedes Magneten (die Abmessung zwischen gegenüberliegenden Seiten 20, 22) bestimmt und ist gleich der Breite der bandförmigen Pole, die die Vorrichtung auf dem zu magnetisierenden Material ausformt. Abstandshalter beabstanden die bandförmigen Pole weiter voneinander, wobei die Haltekraft des magnetisierten Streifens kleiner ist, als sie beim Fehlen von Abstandshaltern sein würde.

Zum wirksamen Einsatz wird die magnetische Länge eines Samariumkobalmagneten üblicherweise parallel zu seiner kürzesten Abmessung, der Dicke, eingestellt; im Gegensatz dazu werden sie in dieser Vorrichtung in einer Richtung magnetisiert, die senkrecht zu der kürzesten Abmessung liegt. Die Summe der totalen magnetischen Länge jedes Paares von gegenüberliegenden Magneten 18, 18, die den Spalt 30 der Vorrichtung bilden, muß ausreichen, um das gewünschte Maß von Magnetisierung in dem Streifen oder der Tafel zu erzeugen. Um die vielen magnetischen Parameter, die veränderbar sind, zu umfassen, ist die gesamte magnetische Länge vorzugsweise etwa 6 bis 100 mal gleich der Höhe des Spaltes 30. (Der bevorzugte Bereich der magnetischen Längen für die einzelnen Magnete ist deswegen die Hälfte dieses Bereichs, d.h. ungefähr 3 bis 50 mal Spalthöhe.) Die Spalthöhe ist etwa gleich der Dicke des zu magnetisierenden Materials (Figur 1). Um beispielsweise ein hochwertiges kommerziell erhältliches bondiertes Bariumferritmaterial ungefähr 0,76 mm (0,030 Zoll) dick mit 18 Polen auf der 25,4 mm (1 Zoll) Breite mit einer Haltekraft beim Kontakt von 880 kg/m² (20 Unzen per Zoll³) zu magnetisieren, können Samariumkobaltmagnete 1,4 mm (0,055 Zoll) dick mit einer magnetischen Länge (Durchmesser) von 38 mm (1,5 Zoll) eingesetzt werden. Dies stellt eine totale Länge jeden Paares von gegenüberliegenden Magneten dar, die 100 mal die Dicke des zu magnetisierenden Bariumferritmaterials beträgt. Jedoch abhängig von den speziellen Parametern des Apparates können kleinere magnetische Längen im Verhältnis zu einer gegebenen Streifendicke ebenfalls ausgezeichnete Resultate für das zu magnetisierende Material ergeben. In der Praxis hängt die optimale Magnetlänge/Streifendicke von verschiedenen Variablen ab, umfassend die Qualität und die Gradierung des zu magnetisierenden Materials, seine Dicke, seine Anisotropie, wenn es eine solche hat, die multiple Polweite und andere Faktoren. Weiter hängt das Verhältnis von der Qualität oder der Gradierung des Samariumkobalts oder anderer ausgewählte Magnete ab, um die Magnetisierung durchzuführen, der Permeabilität des Magneten im zweiten Quadranten, der Luftspalthöhe im Verhältnis zur Magnetdicke und anderer vom Benutzer gewählten Varianten.

Um den Flußkreislauf im Gleichgewicht zu halten, haben alle Magnete 18 vorzugsweise die gleiche Länge. Damit sollte die Gesamtsumme der magnetischen Längen der jeweiligen Magnete auf gegenüberliegenden Seiten des Luftspaltes zweimal die Länge jedes einzelnen betragen.

Abfolgende Magnete 18 in jedem Stapel haben alternierende Pole, d.h. der Nordpol des einen Magneten 18a ist auf der Oberkante seines Umfangs und ist benachbart dem Südpol des nächsten Magneten 18b in diesem Stapel, welcher wiederum benachbart dem Nordpol des nächsten Magneten 18c liegt (Figur 7). So ziehen die angrenzenden Magneten 18 in einem gegebenen Stapel einander an. Die Platten sind in Seitenkontakt zueinander angeordnet, wobei kein Abstandhalter irgendeines Typs (magnetisch oder nicht magnetisch) dazwischenliegt.

Weil jeder plattenförmige Magnet vorzugsweise einen angrenzenden Magneten in dem Stapel mit der Seite berührt, wäre es zu erwarten, daß jedes Paar von Magneten 18 einander kurzschließen und keinen oder wenig nützlichen äußeren Fluß abgeben, wie es schematisch in Figur 6 dargestellt ist. Die meisten der Flußlinien von einem Magneten in dem Stapel würden nach der Erwartung direkt in den nächsten Magneten, wie gezeigt, einfließen, ohne daß sie in den Raum außerhalb des Stapels, nämlich in den Spalt in einem Maße einfließen, daß modernes Magnetmaterial wirksam magnetisieren könnte. Dies ist jedoch überraschend bei der Erfindung nicht der Fall.

Die Achsen 32, 32 der beiden Stapel 14 und 16 von Magneten liegen zueinander parallel. Die Magnetisierungsrichtung der Magneten ist gemeinsam senkrecht zu den Achsen 32, 32 der Stapel; d.h., die Richtung liegt in der Ebene, die durch die beiden Achsen bestimmt ist und innerhalb dieser Ebene, d.h. senkrecht zu den Stapelachsen. Damit ist die Magnetisierungsrichtung der Magnete in dem Stapel senkrecht zu der Ebene des Streifens oder der Tafel, die magnetisiert wird. Der schlitzförmige Luftspalt zwischen dem Stapeln ist zwischen den Perimetern 24, 24 (Figur 3) der Stapel dargestellt, wo die Stapel am nächsten beieinander sind. Das zu magnetisierende Material 50 wird durch den Luftspalt 30 in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Magnetisierung 28 der Magnete hindurchge führt.

Die beiden Stapel 14, 16 sind in nicht magnetischen Haltern oder Gehäusen 34, 36 angeordnet, vorzugsweise aus Aluminium, die durch den Rahmen 12 so angeordnet sind, daß ihre mittigen Achsen 32, 32 parallel sind, und die Ebenen der Seiten 22, 22 der entsprechenden Magneten der beiden Stapel ebenfalls koplanar sind (Figur 3). In der Praxis sollten kein Magnet oder keine Magnete eines Stapels in den Spalt über einen anderen Magneten hineinragen, d.h. die Spalthöhe sollte im wesentlichen konstant sein. Die Stapel sind so angeordnet, daß ungleiche Pole einander über den Spalt direkt gegenüberliegen, d.h. der Südpol des Magneten 18a in dem oberen Stapel 14 ist benachbart dem Nordpol des entsprechenden Magneten in dem gegenüberliegenden Stapel 16 und so weiter (Figur 7).

Abgesehen von dem nicht magnetischen Gehäuse 34, 36 sind die Materialien für die Teile des Rahmens 12, welche die Struktur bestimmen und in der Funktion nicht magnetisch sind, nach dem Zweck, der beabsichtigt ist, auswählbar, z.B. Baustahl für die Basis 52 und die Pfosten 44, 46, Bronze für die Lager 47 und Aluminium für die Platten 42, 48. Der Rahmen 12 umfaßt auswechselbare obere und untere Magnetgehäuse 34, 36, wobei jedes eine Aushöhlung oder Bohrung 38 aufweist, die genügend groß ist, um einen Stapel aufzunehmen. (In der Ausgestaltung der Figuren 1 - 5 hat die Bohrung 38 einen runden Querschnitt, um die zylindrischen aufgestapelten plattenförmigen Magneten aufzunehmen. Wenn Stabmagnete eingesetzt sind, sind sie, wie in Figur 8 gezeigt, in einer schlitzformigen Ausnehmung aufgenommen.) Die Bohrungen 38 k:nnen praktischerweise identische, diametral gegenüberliegende, längliche Öffnungen aufweisen, die sich von ihrem Umfang erstrecken, welche einen Sehnenabschnitt jedes Stapels darstellen. Jede längliche Öffnung ist der des gegenüberliegenden Stapels zugewendet und ein Sehnenabschnitt jedes Stapels ragt nach außen über die Seite seines Halters zum Raum vor, der den Spalt 30 bestimmt (siehe Figur 2). Es ist ersichtlich, daß jedoch die Magneten nicht unbedingt nach außen über den Halter vorspringen müssen. Eine beinahe Papierdünne nicht magnetische Leiste aus nicht magnetischem korrosionsbeständigen Stahl kann entweder an dem Abschnitt der Aushöhlung oder Bohrung, von welchem der Stapel sonst sich erstrecken würde, befestigt werden (siehe Figur 9) oder tangential daran angebracht sein. Diese befestigte oder angebrachte Fläche kann mit Hartchrom abgedeckt sein. Die Leiste bedeckt und schützt die Stapel davor, magnetische Verunreinigungen aufzunehmen; eine Hartverchromung bietet einen niedrigen Reibungskoeffizienten in Bezug auf den Materialdurchgang zum Magnetisieren und verringert dadurch den Verschleiß eines Schutzüberzuges auf den Stapeln. Die axiale Länge jeder Bohrung 38 ist größer als die gestapelte Länge der darin aufgenommenen Magnete, und der Stapel ist axial in der Bohrung durch eine metallene Unterlegscheibe 41 befestigt, die gegen ein Zwischenkissen 40 anliegt. Das Kissen ist vorzugsweise aus Elastomermaterial derart, die üblicherweise in Schwerlastverformungsvorgängen eingesetzt werden, wie in Metallziehdüsen und dergleichen. Das Kissen ist gegen das Ende des Magnetstapels durch Anziehen einer Schraube 43 gedrückt, die in eine Endkappe 45 des Halters 36 eingedreht ist (Figur 5). Da Samariumkobaltmagnete und andere Magnete aus seltenen Erden extrem spröde sind, ist Vorsicht angebracht, daß sie nicht örtlichen Drücken ausgesetzt sind, die ein Springen oder Absplittern unter Druck in dem Halter verursachen. Obwohl das Kissen 40 kompressibel ist, hält es die gestapelten Magnete sicher am Platz ohne unangemessenen Druck auszuüben, beispielsweise wenn die Schraube 43 über Gebühr angezogen wird. Die Schraube 43 kann eingehöhlt oder bedeckt sein, z.B. durch Epoxyharz, um ein Loswerden oder Entfernen des Magnetstapels von seinen Haltern zu verhindern.

Ein langgestreckter ferromagnetischer Shunt mit hoher Permeabilität kann gegenüber den Polen, die den Luftspalt darstellen, eingesetzt werden, um die Außenpole von einem oder beiden Stapeln zu verbinden. Ein solcher Shunt 54 ist in Figur 2 in dem unteren Halter 36 dargestellt. Shunts werden gegenwärtig nicht bevorzugt (sie bringen Toleranzen, Montage- und Demontageprobleme mit sich und sind mechanisch umständlich für den Halter), jedoch kann ein Shunt für jeden Stapel, abhängig von den vorliegenden Parametern, den bevorzugten magnetischen Längenbereich separat in Bezug auf den individuellen Stapel reduzieren, und zwar von einem Bereich von ungefähr 3 bis 50 mal der Spalthöhe zu einem Bereich von etwa 3 bis 25 mal der Spalthöhe.

Der obere Halter 34 ist an einer nicht magnetischen Gleitplatte 42 befestigt, die zur Bewegung entlang vertikalen Leitpfosten 44, 46 geführt ist. Der Rahmen 12 umfaßt auch eine feste Oberplatte 48 und eine Basis 52. Der obere Halter 34 ist z.B. durch Schrauben und Stifte abnehmbar an der Gleitplatte 42 befestigt (Figur 2), und der untere Halter 36 ist abnehmbar an der Basis 52 befestigt. Beide Halter sind abnehmbar, so daß verschiedene Halter in passenden Paaren eingebaut werden können, die Magnete aufweisen, die verschiedene Polabstände einstellen und andere Weiten und Dicken von Streifen zur Magnetisierung aufnehmen ktnnen. Ausrichtstifte 57 (Figur 3) werden eingesetzt, um eine präzise Ausrichtung der Stapel zueinander einzustellen und zu erhalten.

Die Wirkung dieser Magnetisierungsvorrichtung ist überraschend, und widerspricht der herkömmlichen Magnetkonstruktionstheorie. Die herkömmliche Theorie nimmt an, daß sich ein unzureichender Magnetfluß in dem Luftspalt zwischen den Magnetstapeln erstreckt. Der Stand der Technik geht davon aus, daß Permanentmagnete, selbst in optimaler Konstruktion, bis zu 90 % oder mehr ihres total verfügbaren Flusses durch Leckage verlieren, ohne die Pole zu erreichen. Der Leckageflußverlust ist immer ein Dorm im Auge derjenigen gewesen, die Permanentmagnete einsetzen. R. Bozorth, in seinem Aufsatz Ferromagnetis mus, D. Van Nostrand, 1951, Seite 360 - 362 zeigt auf, daß selbst in einer optimalen Konstruktion der nutzbare Fluß in einem Arbeitsspalt zwischen den Polen eines Magneten nur eine kleine Prozentzahl des totalen Flusses ist, der durch den Magneten erzeugt wird, den er in den Text beschreibt (nur 7 % des totalen Flusses war in dem besonderen gezeigten Beispiel nutzbar, wobei 93 % durch Leckage verloren ging). Der Flußverlust in einer gegebenen Situation hängt von den Anforderungen der Anwendung ab, der Wirksamkeit des Einsatzes und anderer Faktoren. Ein derart hoher Verlust rührt von der Tatsache her, daß es keine Isolierung gegen Leckage gibt: der magnetische Fluß fließt einfach entlang des Pfades des geringsten magnetischen Widerstandes, unabhängig von der Substanz um den Magneten herum. Die Figur 6 zeigt schematisch die große Menge von Leckagefluß, die von einem einzelnen Stapel von Magneten entwickelt wird, gemäß der herkömmlichen Theorie, der Versuche und Messungen. Wegen einer derartigen Leckage geht nur ein unverhältnismäßig kleiner Anteil des totalen Flusses durch die diametral gegenüberliegenden Pole, die durch die Magnetisierung der Magneten entstehen. Hieraus könnte geschlossen werden, daß es unpraktisch, ja praktisch unmöglich wäre, hochmagnetisierte, schmale bandförmige Pole auf einem Material wie Bariumferrit mit einem oder zwei derartiger Stapel ausbilden: es wäre zu erwarten, daß das meiste des Flusses direkt von der Seite des einen Magneten zu der Seite des nächsten entlang des Stapels austreten würde, ohne zu einem nennenswerten Betrag nach außen über die Pole hinauszutreten, die speziell durch ihre Magnetisierung eingerichtet sind.

Nichts desto weniger habe ich gefunden, daß ein sehr starkes Feld in dem Spalt geschaffen werden kann, welches sogar ausreicht, um Bariumferritstreifen und andere Materialien in einem Ausmaße und in einem Muster zu magnetisieren, was davor nur durch den Einsatz von Impulstypmagnetisierungsvorrichtungen erreicht werden konnte

Die Figur 7 zeigt schematisch den Kreislauf, der von einem Fluß in dem Arbeitsspalt zwischen den Stapeln genommen wird, ohne daß die Leckage dargestellt ist. Der Pfad erstreckt sich von dem Nordpol eines Magneten in dem einen Stapel, über den Spalt hinweg zu dem Südpol des gegenüberliegenden Magneten in dem anderen Stapel, und von diesem Magneten zu dem Nordpol des nächsten Magneten in seinem Stapel, dann wieder über den Spalt usw. (Nicht magnetische Abstandhalter würden Leckageverluste zwischen benachbarten Magneten um ein kleines Maß reduzieren, was keinen Vorteil bringen würde. Die nicht magnetischen neutralen Zonen, die durch das Beabstanden der Magneten eingerichtet würden, würden einen überlagernden Effekt ausüben insofern, als sie zu einem wesentlichen Nettoverlust der Anziehungskraft führen würden, die bei Kontakt mit einem magnetisierten Material ausgeübt würde.)

Die Magneten 18 sollten ein Feld über den Spalt 30 genügend stark entwickeln, so daß das besondere Material 50 wirksam magnetisiert wird. Zum Magnetisieren von Bariumferrit (Verbundmaterial oder gesintert) sollten die gestapelten Magnete ein Feld (H) von etwa 8.000 Oersted oder mehr in dem Spalt entwickeln. (Ein Feld von 12.000 Oersted sättigt, aber erzeugt einen gemessenen Magnetisierungswert in kommerziellem Bariumferrit, der nur etwa 0,5 % größer ist als derjenige, der mit 8.000 Oersted erzeugt wird, und etwa 2 % größer als derjenige der mit etwa 6.000 Oersted erzeugt wird.) Die magnetisierenden Magnete sollten vorzugsweise aus einem Material sein, welches eine numerische Koerzitivkraft Hc aufweist, welches sich numerisch dem Wert seiner Remanenteninduktion Br nähert. Das Material sollte auch eine niedrige Permeabilität aufweisen (hoher magnetischer Widerstand), die so nahe an 1,0 wie möglich ist, wie Luft, vorzugsweise nicht mehr als etwa 1,1. Weil die höchstmögliche remanente Induktion bevorzugt ist, sollte das Material vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, in einem gewissen Ausmaß anisotrop sein, wobei seine bevorzugte Magnetisierungsrichtung parallel zu der längsten Dimension ist. Das derzeit bevorzugte Material für die Magneten 18 ist "Incor 28" von gesintertem Samariumkobalt, hergestellt von I.G. Technologies, Inc., welches anisotrop ist. Die Magneten sollten auf Bestellung so angefertigt werden, daß die bevorzugte Richtung parallel zu ihrer längsten Dimension liegt. Solche Magnete haben eine remanente Induktion Br von etwa 10.500 Gauss und eine Koerzitivkraft Hc von etwa 9.300 Oersted. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß Magnete aus anderem Material als Samariumkobalt (wie Magnete der Neodymeisenklasse, z.B. Neodymeisenboron) mit ausgezeichneten Ergebnissen einsetzbar sind, um mit dieser Vorrichtung Bariumferrit zu magnetisieren. Weniger leistungsstarke Magnete sind einsetzbar, um einige von Bariumferrit verschiedene Materialien in der gleichen Art zu magnetisieren.

Die Permeabilität im zweiten Quadranten von Samariumkobaltmagneten in der bevorzugten Magnetisierungsrichtung beträgt etwa 1,1 mal der von Luft, und die gestapelten Magnete schaffen deswegen etwa einen 10 % besseren Pfad (weniger magnetischer Widerstand) für Leckage als von Bozorth, wie zitiert, für einen "ideal" geformten, von Luft umgebenden Magneten in Betracht gezogen ist. Ferner bewirkt das Stapeln von Magneten in der Art, daß ihre ungleichen Pole benachbart sind, daß jeder Magnet den Fluß des anderen benutzt, d.h. sie ziehen den Fluß durch ihre Seiten und weg von ihren entsprechenden Polen, und neigen so dazu, ihre magnetischen Kreisläufe intern zu schließen, und sie erzeugen weniger nutzbaren externen Fluß an ihren diametral entgegengesetzten Polen.

Die Konfiguration der Vorrichtung ergibt unerwartete Ergebnisse. Ublicherweise werden Magnetmaterialien mit einer Demagnetisierungskurve, die sich eins nähert, meistens durch die kürzere Dimension magnetisiert, um eine optimale Wirkung zu erzeugen, d.h. durch ihre Dicke, wie es z.B. in dem Bouchara '276 Patent erklärt wird, auf welches weiter oben Bezug genommen wird, in Spalte 2, Zeilen 20 - 24 und 61 - 62. Im Gegenteil wird in dieser Erfindung jeder Magnet diametral magnetisiert, und zwar entlang seiner langen Dimension, im rechten Winkel zu der am meisten üblichen Richtung der Magnetisierung für Samariumkobalt und andere solche permanent magnetischen Materialien.

Das zu magnetisierende Streifenmaterial 50 in dem Spalt 30 kann eine ausgedehnte Länge aufweisen. (Hiernach wird der Begriff "Streifen" so benutzt, daß er flächiges Tafelmaterial einschließt. Durch Annahme der axialen Dimension des magnetisierenden Stapels kann die Vorrichtung weite Flächen ebenso gut wie Streifen magnetisieren.) Das Material kann flexibel oder steif sein. Das Material wird einfach durch Hindurchführen durch den Luftspalt 30 zwischen den Stapeln magnetisiert, und zwar mit praktisch jeder Geschwindigkeit. Ein Streifenmaterial, das tausende Fuß lang ist, kann leicht und schnell magnetisiert werden. Wenn das Material flexibel ist, kann es von einer Rolle gewickelt werden, wenn es durch den Magnetisierungsapparat läuft, und am Ausgang wieder aufgewickelt werden.

Die Stapel 14, 16 sollten am besten so beabstandet sein, daß die Breite des Spalts 30 nicht größer als nötig ist, um das Material 50 ohne Klemmen hindurchzuführen&sub5; Um Materialien größerer Dicke zu verarbeiten, ist der Abstand zwischen den Stapeln vorzugsweise durch eine Handschraube 56 einstellbar, die so eingerichtet ist, daß sie einen Gewindebolzen 58 dreht, der mit einer einstellbaren Montageplatte 42 verbunden ist. Das Drehen des Handgriffs 56 hebt oder senkt die Platte und hebt oder senkt dadurch das obere Magnetgehäuse 34 relativ zu dem unteren Gehäuse 36. (Geeignete Schneckengetriebebetätiger sind im Handel, z.B. von der Duff-Norton Company.) Die einstellbare Montageplatte 42 ist mit einem Bereich vertikaler Bewegung versehen, welches erlaubt, daß die Gehäuse leicht entfernt und andere Sätze eingebaut werden können. Die Bewegung der Platte 42 ist von vertikalen Führungspfosten 44, 46 geführt, die in der Rahmenplatte 52 befestigt sind. Die Platte 42 ist zur Aufnahme von Gleitlagern 47 (Figur 3) gebohrt, um die Platte mit einer freien, nicht klemmenden Bewegung bei der Führung auf den Pfosten 44, 46 zu versehen. Das Aneinanderstoßen und Beschädigen der Stapel 14, 16 kann durch Anschläge 59 verhindert werden.

Die erreichte Wirksamkeit mit bandförmigen Polen hängt von der Geometrie ab. Beim Magnetisieren von Materialien gemäß der Erfindung sollten die Abmessungen der Pole, die auf dem Streifen ausgebildet sind (d.h. ihre Abstände von Mitte zu Mitte in Bezug auf die Dicke des Streifens) in Betracht gezogen werden, um eine vernünftige magnetische Eigenschaft des Streifens nach der Magnetisierung zu erhalten. Die Polbreite sollte abhängig vom praktischen Einsatz etwa im Bereich von 1 - 3 mal der Dicke des Streifens liegen, und es sollte vorzugsweise kein unmagnetisierter Streifen oder eine neutrale Zone zwischen den Polen liegen, d.h. benachbarte Pole sollten vorzugsweise an ihren Grenzen einander berühren. In anderen Worten sollten die Pole kontinuierlich auf der Oberfläche liegen, wobei sich ihre parallelen Kanten tatsächlich berühren. Enge Pole und damit die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes dünner magnetischer Streifen sind in vielen Fällen wünschenswert, obwohl die Polbreite und die Materialdicke oft durch den Käufer vorgeschrieben sind. Für dünne Streifen und in den Fällen, in denen es keine Stahlabstützung auf der anderen Seite des Streifens gibt, liegt die optimale Polbreite in der Nähe von 1,8 mal der Dicke des Streifens. (Der Einsatz von einer Stahlstütze auf der Rückseite gleicht wesentlich den Effekt einer schlecht gewählten Polbreite aus.) Die Polbreite und die Länge des magnetisierenden Stapels sollten so ausgewählt werden, daß sie der beabsichtigten Anwendung des Kundens entsprechen. Im Verhältnis zu einer vorgeschriebenen Polbreite sollte die Tafeldicke vorzugsweise im Bereich von 33 % bis 100 % der vorgeschriebenen Breite liegen. Diese beiden Grenzen sollten im Auge behalten werden, sowohl die obere als auch die untere. Wenn im praktischen Betrieb die Pole zu nahe im Verhältnis zu der Streifendicke liegen, wird nur überflüssige Magnetisierung erreicht, unabhängig davon, wie intensiv das magnetisirende Feld ist, und ein großer Anteil der Mitte des Streifens (d.h. der innere Abschnitt zwischen der unteren und der oberen Fläche) wird im besten Falle nur teilweise in der beabsichtigten Richtung, parallel zu seiner Dicke magnetisiert. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß, wenn der Streifen zu dick im Verhältnis zu der Polbreite ist, die Potentialdifferenz zwischen ungleichen Polen auf der einen Seite des Streifens gesehen größer ist als die Potentialdifferenz, die zwischen jedem Pol und seinem entsprechenden gegenüberliegenden Pol existiert, der auf der anderen Seite des gleichen Streifens erscheint. Der unmagnetisierte Abschnitt ist tatsächlich verschwendetes Material.

Etwas Magnetisierung geht immer in die Ebene der Tafel in der Nähe, wo die auf der Oberfläche der Tafel erscheinenden Pole am engsten sind, aber wenn die Pole im Verhältnis zu der Dicke der Tafel breit genug gemacht werden, wird diese Magnetisierung ein vernachlässigbarer Prozentsatz im Ganzen gesehen. Wenn andererseits die Pole zu weit sind, ist ihr Mitte- zu Mitte-Abstand exzessiv im Verhältnis zu der MMF, dessen Wert durch die Dicke der Tafel gegeben ist. Die Anziehungskraft im Kontakt des sich ergebenden Streifens ist beträchtlich geringer als es gewesen wäre, wenn die Weite der Pole in dem vorgeschlagenen Bereich gelegen hätte. Falls der Griff die hauptsächliche Betrachtungsweise ist, so kann dieser durch Vergrößern der Polbreite verbessert werden, das sollte jedoch im Zusammenhang mit einer Zunahme der Streifendicke gesehen werden, wenn der ursprünglich verwirklichte Grad von Anziehung bei Berührung ebenfalls gewünscht ist. Der Einsatz einer Stahlrückenverstärkung auf dem Streifen oder der Tafel trägt viel zur Haltekraft bei, wie auch immer die Polbreite ist, und in gewissem Maße auch zum Griff.

Es mag seltsam erscheinen, ist jedoch Tatsache, daß das Material 50 durch die Vorrichtung vollständig magnetisiert ist, sogar wenn es durch den Spalt so schnell wie möglich hindurchbewegt wird, z.B. durch eine Aufrolleinrichtung. Der Streifen wird durch die Spalte in Richtung des Pfeiles 51 in den Figuren 1 und 2 geführt, d.h. senkrecht zu der Ebene, die durch die Stapelachsen 32 gebildet ist. Die Magnetisierung findet im praktischen Bereich sofort statt: Das Material muß nicht langsam oder schrittweise hindurchgeführt werden. Weiter ist kein elektrischen Strom zum Betreiben von Spulen zur Magnetisierung nötig. Teste haben bestätigt, daß die Größe des magnetischen Feldes H (Oersted), das durch die Stapel erzeugt wird, im Einsatz nicht abnimmt. In dieser Hinsicht kann die Magnetisierung mit der Schwerkraft verglichen werden, sie nimmt nicht ab.

Weil Magnete mit bandförmigen Polen im großen Umfange für Haltezwecke eingesetzt werden, ist ein wichtiges Maß für ihre Stärke die sogenannte Zugstärke. Dies ist die Kraft in Einheiten von Zug per Flächeneinheit wie kg/m² oder Unzen per Quadratzoll, die nötig ist, um ein gegebenes magnetisches Objekt von magnetisiertem Material wegzuziehen, welches im flächigen Eingriff dazu ist. In den hiernach dargelegten Daten wurde die Zustärke durch ein Ametek-Kraftmeßgerät festgestellt, welches gewöhnlich zum Messen der Zugfestigkeit von verschiedenen Materialien eingesetzt wird.

Vergleichende Daten:

Ein Streifen von Plastalloy 1A Verbundbariumferritmaterial, welches von dem Anmelder dieser Erfindung hergestellt wurde, 0,76 mm (0,030" dick), wurde von der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit achtzehn Magneten aus Samariumkobalt per 25,4 mm (1") Stapellänge magnetisiert. Jeder Magnet war 38 mm (1,5") im Durchmesser und 1,4 mm (0,055") dick (d.h. seine Dimension in der Magnetisierungsrichtung betrug etwa 50 x die Dicke des Streifens). Die resultierenden magnetisierten Streifen hatten 18 (1,4 mm = 0,055" breite) Pole per 25,4 mm (1 Zoll) Streifenbreite. Die Zugfestigkeit des magnetisierten Streifenmaterials wurde mit dem des stärksten kommerziell erhältlichen, mit Impuls magnetisiertem Bariumferritstreifenmaterial mit bandformigen Polen verglichen. Das kommerzielle Material war 0,76 mm (0,030") dick und hatte ebenfalls 18 Pole per 25,4 mm (1"). Beispiel 1:

Keine Rückabstützung
Beispiel 2:
0,25 mm (0,010") Stahl-Rückenabstützung

Die Beispiele 1 und 2 zeigen eine Verbesserung der Haltekraft auf beiden Seiten (a und b) über das impulsmagnetisierte Material und eine besonders bemerkenswerte Verbesserung über die Seite b dieses Materials. (Wahrscheinlich setzte der Hersteller des Streifens die Impulsmagnetisierungseinrichtung nur auf eine Seite des Streifens, wie es oft angewendet wird, um Wartung zu vermindern und ein Überlasten der Kraftleitungen während der Hochleistungsproduktionsprozesse zu vermeiden).

In der Tat erreicht die erfindungsgemäße Vorrichtung Ergebnisse, die gleich oder besser als jene sind, die durch einen Impulsmagnetisierungsapparat erreicht werden. Während der insbesondere beschriebene Apparat 18 Pole per 25,4 mm (1") Breite aufweist, sollte in Betracht gezogen werden, daß mehr oder weniger Pole per 25,4 mm (1") ebenso eingesetzt werden können, um besondere Anforderungen zu erfüllen.

In anderen Versuchen wurde die gleiche Art und Dicke des Streifenmaterial in einer Vorrichtung magnetisiert, die magnetisierende Stapel mit 11 Polen per Zoll aufweist (11 Magnete, jeder 2,3 mm (0,09") breit, jeder 38 mm (1,5") lang, d.h. eine magnetische Länge von etwa 50 x Streifendicke). Es wird mit kommerziell erhältlichem impulsmagnetisierten Material der gleichen Dicke verglichen, das ebenfalls 11 Pole per 25,4 mm (1") Breite aufweist. Beispiel 3:

Keine Rückenabstützung
Beispiel 4:
0,25 mm (0,010") Stahl-Rückenabstützung

Wieder ist es offensichtlich, daß das Material, welches durch die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren magnetisiert wurde, eine größere Festigkeit auf beiden Seiten a und b aufweist als das kommerzielle Material. Jedoch sind die Festigkeiten der Seiten a und b in den Beispielen 3 und 4 kleiner als jene in den Beispielen 1 und 2. Die Abnahme rührt von der größeren Polbreite her, die im Verhältnis zu der 0,76 mm (0,030") Streifendicke beinahe zu breit ist, in Anbetracht des Bereiches, der oben beschrieben ist. Ein Vergleich von Beispiel 3 mit Beispiel 4 zeigt, wie wirksam eine Stahlrückenabstützung sein kann. Die Abstützung erzeugt einen Anstieg von 0,31 kg (11 zusätzliche Unzen) Zug für den Streifen, der erfindungsgemäß magnetisiert ist, und 0,23 kg (8 Unzen) für das kommerzielle Material.

Beispiel 5:

Dies Beispiel zeigt die Reduzierung der Haltekraft, die aus dem Vorhandensein einer neutralen Zone zwischen bandförmigen Polen auf einem magnetisierten Streifen herrührt. Eine elektrische Vorrichtung, die den Polschritt aufweist (Polbreite + Breite der neutralen Zone) wurde wie im Beispiel 3 des Bouchara-Patents Nr. 4 379 276 aufgebaut. Die Pole waren 6,25 mm (0,25") breit, und die neutrale Zone 4 mm breit (0,156"), was einen polaren Schritt von 10,25 mm (0,4") ergibt. Die Vorrichtung wurde eingesetzt, um einen Streifen von Plastalloy 1A, 2 mm (0,078") dick, bis zur Sättigung zur magnetisieren. Die Anziehungskraft auf beiden Seiten des Streifens war im wesentlichen die gleiche, ungefähr 420 kg/m² (0,5 Unzen/ Zoll²). Ein Betrachten des Streifens mit einem transparenten Kunststoffblatt, welches eine Suspension von Eisenoxidteilchen enthält und unter der Marke "Magnerite", von Eurand Amerika, Inc., Dayton, Ohio hergestellt wird, zeigte nichtmagnetisierte Pfade, etwa 4,1 mm (0,16") breit an, die zwischen und parallel zu 6,4 mm (0,25") bandförmigen Polen verliefen. Die nichtmagnetisierten Abschnitte machten im ganzen etwa 40% der Gesamtbreite des Streifens aus, wie in Figur 10 des Bouchara-Patents gezeigt und im Beispiel 3 dieses Patents besprochen ist.

Wenn im Gegensatz dazu das gleiche Material mit einem Sättigungsfeld magnetisiert wurde, um angrenzende bandförmige Pole 6,4 mm (0,25") breit zu erzeugen (d.h. mit keiner dazwischen liegenden neutralen Zone), hatte das Material eine weit höhere Zugfestigkeit, 891 kg/m² (20,27 Unzen/Zoll²) auf der besten Seite und eine Zugstärke etwa gleich derer auf der gegenüberliegenden Seite des Streifens.

In der Ausgestaltung, die oben beschrieben ist, haben die Stapel 14, 16 kreisrunde plattenförmige Magnete 18, die in Seitenberührung übereinander gestapelt sind. Wie vorher beschrieben, ktnnen Magnete von anderer Form eingesetzt werden, z.B. lange aufrechte zylindrische Magnete 19, wie sie in Figur 8 gezeigt sind, die Seite an Seite in gegenseitigem Linienkontakt angeordnet sind und in einer schlitzförmigen Aushöhlung 70 untergebracht sind. Diese Magnete 19 sind langgestreckt, d.h. länger in der Magnetisierungsrichtung als in ihrer Dicke, und ihre Längsachsen sind kolinear mit den Längsachsen der entsprechenden Magnete ausgerichtet, die auf der gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes angeordnet sind (siehe Figur 8), und wobei die Nord- und Südpole vektorförmig von einem angrenzenden Magneten zu dem anderen alternieren. Es ist nützlich, ein konisches Ende 66 an jedem langgestreckten Magneten vorzusehen, und zwar an dessen Ende bei dem Luftspalt 60. Das konische Ende sitzt zwischen nach innen konisch geformten unteren Seitenwänden 68, 68 der Aush:hlung 70, und einen Abschnitt der Magnetspitze ragt über den Konus hinaus. Die konischen Seitenwände 68, 68 stützen die Magneten und verhindern, daß die konischen Enden 66 der Magnete (die Polbreite) aus ihrem Platz rollen. Dies wird jedoch nur beispielsweise erwähnt, und andere Mittel zum Halten der Magnete können eingesetzt werden.

Andere nützliche Magnetformen umfassen, aber sind nicht beschränkt auflanggestreckte Stabmagnete mit quadratischem Querschnitt (Figur 12A); Platten mit rechtwinkligen Abschnitten (Figur 128); und eine Menge anderer Formen, umfassend beispielsweise hexagonal abgeteilte Stäbe (Figuren 12C und 12D). Alle werden entlang ihrer langen Achsen magnetisiert, und senkrecht zu der Rotationsachse 32 der Stapel, d.h., senkrecht zu Achsen, die parallel zur Richtung des Stapels liegen. Die Breite des Magneten muß nicht aber kann größer sein als seine Dicke. Angrenzende Magnete sollten im Seiteneingriff entlang ihrer Seiten sein (Figuren 12A, 12B und 12C), oder entlang ihrer Kanten (Figur 12D). Die gegenwärtig bevorzugten Magnetformen sind die runden plattenförmigen Magnete 18 von Figur 4 und die rechtwinkligen Platten der Figuren 11 und 128. Wenn sich die Magnete über die Einhöhlung hinaus erstrecken und abgeschrägte (konische) Kanten aufweisen, sollte der Schlitz entsprechend konisch sein, wie schon mit Bezug auf Figur 8 erklärt wurde. In Figur 12D sind die Magnete in dem Stapel als konisch und an den Enden abgerundet gezeigt, die nahe dem Luftspalt liegen. Die scharfe Kante, die durch das Abschrägen erzeugt ist, sollte abgerundet sein, um ein Festfressen oder intensives Abnutzen beim Hindurchziehen des zu magnetisierenden Materials zu vermeiden.

Falls es schwierig oder kommerziell unpraktisch ist, Magnete in einer gewünschten Länge zu erhalten, können Magnete, wie die z.B. in Figuren 8 und 12A bis 12D gezeigten, auf die gewünschte Länge dadurch verlängert werden, daß kürzere Magnete auf die anderen aufgesetzt werden. Solch eine Anordnung von kürzeren Magneten verhält sich wie ein einzelnen integrierter längerer Magnet im Einklang mit der Erfindung.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung (10) zum Magnetisieren von permanent magnetischem Band- oder Plattenmaterial (50) umfassend zwei Stapel (14, 16) von Permanentmagneten (18 oder 19), wobei jeder Stapel eine Achse (32) aufweist, die sich in der Stapelrichtung erstreckt, und einen Rahmen (12), der die Stapel (14, 16) mit ihren Achsen parallel hält und einen schlitzförmigen Luft- Spalt (30) zwischen den Stapeln (14, 16) darbietet, durch welchen permanent magnetisches Material (50), welches zu magnetisieren ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, die beide Stapelachsen (32) enthält, hindurchzuführen ist, wobei jeder Magnet (18 oder 19) zwei gegenüberliegende Enden aufweist und eine Magnetisierungsrichtung, die sich zur Bildung eines Poles auf dem einen Ende und eines ungleichen Poles auf dem anderen Ende erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsrichtung jedes Magneten (18 oder 19) senkrecht zu der Achse (32) des jeweiligen Stapels (14, 16) in der Ebene liegt, die beide Achsen enthält, wobei angrenzende Magnete (18 oder 19) in jedem Stapel einander ungleiche Pole zuwen den, so daß sie sich magnetisch anziehen, wobei die Magnete (18 oder 19) eines Stapels (14) den jeweiligen Magneten des anderen Stapels (16) gegenüberliegen, wobei die Pole der Magnete des einen Stapels (14) über den Spalt (30) ungleichen Polen der jeweiligen Magnete des anderen Stapels (16) gegenüberliegen, um ein magnetisierendes Feld in dem Spalt (30) so einzurichten, daß permanent magnetisches Material (50) beim Hindurchführen durch den Spalt wirksam magnetisiert wird.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) die Form von Zylindern (19) aufweisen.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (19) kurze, stehende Zylinder sind.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) die Form von Stäben aufweisen.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) die Form von Platten aufweisen.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) parallele Seiten (20, 22) aufweisen und die Magnetisierungsrichtung parallel zu den Seiten ist.

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6 rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) jeweils eine mittige Achse senkrecht zu der Achse des jeweiligen Stapels (14, 16) aufweisen.

8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) jeweils eine Längsachse aufweisen und parallel zu der jeweiligen Längsachse magnetisiert sind.

9. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (18 oder 19) eine magnetische Längenabmessung zwischen den Enden aufweist, welche größer ist als die Abmessung des Magneten parallel zu den Stapelachsen (32).

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Längenabmessung zumindest dreimal so groß ist wie die Teilung zwischen den Stapeln (14, 16).

11. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden jedes Magneten (18 oder 19) diametral gegenüberliegen.

12. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel (14, 16) parallel sind.

13. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (32) jedes Stapels (14, 16) parallel zu der Stapelrichtung verläuft.

14. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (18 oder 19) jeweils parallele Seiten oder Kanten aufweisen und parallel zu den Seiten oder Kanten magnetisiert sind.

15. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Magnete (18 oder 19) in jedem Stapel (14, 16) sich im wesentlichen berühren.

16. Vorrichtung (10) nach Anspruch 15 rückbezogen auf Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) im wesentlichen in flächigem oder Kante-zu-Kante-Kontakt liegen.

17. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) ein Paar von nicht magnetischen Haltern (34, 36) aufweist, die jeweils einen Stapel (14, 16) halten, wobei der Rahmen (12) die Halter (34, 36) auseinanderhält, um den Luftspalt (30) zwischen den Stapeln (14, 16) zu bilden.

18. Vorrichtung (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (42, 56, 58) zum Einstellen des Abstandes zwischen den Haltern (34, 36) aufweist, um die Größe des Luftspalts (30) zwischen den Stapeln (14, 16) zu verändern.

19. Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stapel (14) einstellbar eingerichtet ist, um sich zum Verändern der Größe des Luftspaltes (30) zu bewegen.

20. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (34, 36) von dem Rahmen (12) abnehmbar sind und andere Halter statt dessen einsetzbar sind, um verschiedene Magnetstapel (14, 16) zueinander ausgerichtet zu halten.

21. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte magnetische Länge der jeweiligen Magnete (18 oder 19) auf gegenüberliegenden Seiten des Luftspaltes (30) im Bereich von etwa 6 bis 100 mal der Dicke des permanent magnetischen Materials (50) liegt, welches durch Durchführen durch den Luftspalt (30) zu magnetisieren ist.

22. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) im wesentlichen die gleiche Größe und Form aufweisen.

23. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18, 19) aus einem permanent magnetischen Material gebildet sind, welches eine remanente Induktion (Br) von mindestens etwa 10.000 Gauss aufweist.

24. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (18 oder 19) aus anisotropen Magnetmaterial besteht.

25. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) aus permanent magnetischem Werkstoff mit einer reversiblen Permeabilität von etwa 1,1 gebildet sind.

26. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) der Klasse Samanum Kobalt angehören.

27. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) der Klasse Neodym Eisen angehören.

28. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) aus nicht magnetischem Material gebildet ist.

29. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (18 oder 19) aus einem Material geformt ist, welches eine Demagnetisierungskurve mit einem Richtungskoeffizienten aufweist, der sich eins nähert.

30. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie permanent Magnetmaterial (50) der Bariumferritklasse magnetisieren kann.

31. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie simultan benachbarte bandförmige Pole über das permanent magnetisierten Material (50) hinweg ausbilden kann, das durch den Luftspalt (30) geführt ist.

32. Verfahren zum Magnetisieren bandförmiger Pole auf Streifen-oder Plattenmaterial (50) aus permanent magnetischem Werkstoff, mit zwei parallelen Stapeln (14, 16) von Permanentmagneten (18 oder 19), wobei jeder Stapel (14, 16) eine Achse (32) parallel zu der Stapelrichtung aufweist, wobei jeder Magnet (18, 19) zwei gegenüberliegende Enden und eine Magnetisierungsrichtung aufweist, die sich so erstreckt, daß sie einen Pol auf einem Ende und einen ungleichen Pol auf dem anderen Ende bildet, wobei die Stapel (14, 16) zueinander parallel aufgestellt werden und einen schlitzförmigen Luftspalt (30) dazwischen bilden, gekennzeichnet durch Bereitstellen der Magnete (18 oder 19) eines jeden Stapels (14, 16) mit ihrer Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der Achse (32) des anderen Stapels (16, 14), Aufstellen von angrenzenden Magneten (18 oder 19) in jedem Stapel (14, 16) mit ungleichen Polen benachbart, so daß sie einander magnetisch anziehen, Anordnen der Magnete (18 oder 19) des einen Stapels (14) gegenüber den jeweiligen Magneten (18 oder 19) des anderen Stapels (16) mit ungleichen Polen von korrespondierenden Magneten der Stapel über den Spalt (30) hinweg benachbart, und Hindurchführen des permanentmagnetischen Materials (50) durch den Spalt (30) senkrecht zu der Ebene, die die beiden Achsen (32) enthält, und dabei Ausbilden von bandförmigen Polen auf dem permanentmagnetischen Material (50).

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Pole, die in dem permanentmagnetischen Material (50) gebildet sind, einander benachbart sind, wobei kein nichtmagnetisierter Raum dazwischen liegt.

34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnet (18 oder 19) mit einer magnetischen Längenausdehnung versehen wird, welche größer ist als die Breite des Luftspaltes (30).

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das permanantmagnetische Material (50) durch den Luftspalt (30) ohne intermetierende Bewegung geführt wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Magnete (18 oder 19) von jedem Stapel (14, 16) in Eingriff miteinander angeordnet werden.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (18 oder 19) eine magnetische Länge aufweisen, welche 3 bis 50 mal die Dicke des permanentmagnetischen Materials (50) beträgt.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der bandförmigen Pole ungefähr 1 bis 3 mal der Dicke des zu magnetisierenden permanentmagnetischen Materials (50) beträgt.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanantmagnete (18 oder 19) aus der Klasse der seltenen Erden der permanentmagnetischen Werkstoffe geformt sind.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das permanentmagnetische Material (50) der Klasse Bariumferrit angehört.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Magnete (18 oder 19) eine Dicke aufweist, die ungefähr gleich der gewünschten Breite der bandförmigen, zu bildenden Pole auf dem permanentmagnetischen Material (50) beträgt.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Shunt (54) über die Pole der Magnete (18 oder 19) von zumindest einem Stapel (14 oder 16) gegenüber des Luftspaltes (30) eingerichtet wird.







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