| Dokumentenidentifikation |
DE10330418A1 24.02.2005 |
| Titel |
Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit und Anordnung von Permanentmagnet-Polkörpern |
| Anmelder |
Steinert Elektromagnetbau GmbH, 50933 Köln, DE |
| Erfinder |
Leinen, Harald, 50259 Pulheim, DE |
| Vertreter |
Kassner, K., Dipl.-Jur. Pat.-Ing., Pat.-Anw., 12161 Berlin |
| DE-Anmeldedatum |
04.07.2003 |
| DE-Aktenzeichen |
10330418 |
| Offenlegungstag |
24.02.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
24.02.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
H01F 7/02
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| Zusammenfassung |
Zur rationellen Fertigung und zum mechanischen Schutz der Baueinheiten und Anordnungen von Permanentmagnet-Polkörpern mit einem Gehäuse und einer Anzahl von darin angeordneten Permanentmagnet-Polkörpern in Separations- und Lasthebemagneten wird vorgeschlagen, dass
a) das Gehäuse (1) in Schubkästen aufgeteilt sowie mit mindestens einer offenen Seite (3) hergestellt wird, danach
b) die Schubkästen (2) mit den Permanentmagnet-Polkörpern (5) von mindestens einer der offenen Seiten (3) bestückt werden, sodann
c) das Gehäuse (1) sowohl eine ordnende Aufnahme von Permanentmagnet-Polkörpern (5) als auch einen mechanischen Schutz derselben vor Zerstörung bildet und
d) diese Baugruppe in einer vorgegebenen Anzahl mit weiteren Baugruppen verbunden wird, wobei
f) die so gefügte Baueinheit
- eine variable Polanordnung,
- eine Erhöhung des Feldgradienten und
- eine erhöhte Kraftwirkung auf magnetisierbare Körper ermöglicht und
- eine Einstellbarkeit der Feldstärke und des Feldgradienten zulässt.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit
und eine Anordnung von Permanentmagnet-Polkörpern, wie sie als gefügte Blöcke für
Permanentmagnet-Systeme für die Separationstechnik und für die Hebetechnik verwendet
werden.
Entsprechend einem internen Stand der Technik werden für Hebemagnete
die aus entsprechenden Werkstoffen gefertigten Polkörper magnetisiert, zu Blöcken
gebildet und auf einem Eisenkreis positioniert sowie dann geklemmt und schließlich
so z.B. mit Epoxydharz auf dem Eisenkreis vergossen. Für Magnettrommeln werden die
magnetisierten Polkörper zunächst zu Blöcken geklebt und danach mit dem Eisenkreis
durch Kleben verbunden.
Nach dem Aushärten des jeweiligen Klebstoffes bilden die Polkörper
mit dem Eisenkreis eine fest gefügte Baueinheit, die ohne Zerstörung des Fügeverbundes
nicht mehr lösbar ist. Die Klebetechnologie hat zwar gegenüber Schraubverbindungen
zwischen Permanentmagnet-Polkörpern und Eisenkreis Vorteile, sie weist jedoch auch
Nachteile auf, die durch weitere konstruktive Veränderungen oder Rationalisierungsmaßnahmen
nicht ohne weiteres lösbar sind.
So kommt es je nach zu verwendendem Klebstoff stets darauf an, sowohl
die Klebeflächen aufwändig zu präparieren als auch die relativ langen Aushärtezeiten
exakt aus Festigkeitsgründen einzuhalten. Darüber hinaus müssen z.B. bei der erforderlichen
Verwendung von Werkstoffen wie z.B. Ne Fe B für Polkörper bei Magnettrommeln diese
in einer Schicht einzeln verklebt werden, um die besonders bei Magnettrommeln wirkenden
hohen Kräfte abzufangen. Diese Kräfte können so hoch sein, dass die Festigkeitsgrenze
der keramischen Permanentmagnete überschritten wird und die Permanentmagnete sich
in ihrer Festigkeitsstruktur mechanisch auf oder ablösen.
Gegenwärtig sind die Technologien hinsichtlich ihres Aufwandes zunächst
nicht zu minimieren, weil es an geeigneten oder verbesserten Fügemöglichkeiten zum
Eisenkreis fehlte.
Würde man jedoch die Technologie der Montage von besagten Polkörpern
so ändern, dass noch unmagnetisierte Polkörper mit dem Magnetkreis verbunden werden,
um diesen Block dann nachträglich zu magnetisieren, sind erforderliche Wechselpolungen
zur Herbeiführung der gewünschten magnetischen Parameter nicht mehr realisierbar.
Schließlich hat auch die Verwendung von fortschrittlichen Magnetwerkstoffen,
zur Erzielung vielfältiger magnetischer Eigenschaften auf Grund ihrer innewohnenden
nachteiligen mechanischen Eigenschaften dazu beigetragen, dass diese spröden, brüchigen
Polkörper trotz verbesserter Klebtechnologien in diesen Verbunden mechanisch stets
gefährdet bzw. ungeschützt sind.
Somit liegen Verbesserungen, die einerseits zur Senkung der technologischen
Zeiten bei der Herstellung der zu fügenden oben beschriebenen Bauteile und andererseits
zu einem mechanischen Schutz der Permanentmagnet-Polkörper für den geschilderten
Anwendungsbereich führen, nicht in der Nähe.
Insgesamt ist damit die Weiterentwicklung derartiger Baueinheiten
für Hebemagnete und Separationsmagnete behindert. Dies auch in der Hinsicht, dass
mit der Klebetechnik einmal positionierte Magnetkonfigurationen oder auch Mischsysteme
ohne aufwendige oder verlustfreie Zerstörung nicht mehr geändert werden können.
Die Ausschau nach angrenzenden oder anderen Fachgebieten, in denen
Permanentmagnete Verwendung finden, wie bei Magnetmotoren oder Transversalflussmaschinen,
die anderen Zwecken dienen und mit dem hiesigen Sachverhalt und Problem nicht vergleichbare
Funktionen aufweisen, zeigt lediglich, dass gemäß z.B. der DE
195 32 614 A1 die dort eine andere technische Wirkungsweise ausübenden
Permanentmagnetelemente in offensichtlich herkömmlicher Art und Weise mit einem
so genannten Basisteil verbunden werden.
Weiterhin gibt auch die DE
196 05 730 A1 keine Anregung, das oben analysierte Problem zu lösen, auch
wenn bei einem Permanentmagnetmotor vom Magnetventil-Typ ein Gehäuse verwendet wird,
in der eine Anzahl Permanentmagnete auf einer herausnehmbaren Platte untergebracht
sind. Hierbei dient das Gehäuse jedoch lediglich der Führung des Magnetventils,
und die Magnete sind mit der Platte ebenfalls auf herkömmliche Art und Weise verbunden.
Zusammengefasst bleibt es dabei, so z.B. auch für Aushebemagnete gemäß
der SU 1 371 709, dass bessere Technologien
und Konstruktionen für Permanent-Polkörper als die bereits nach dem internen Stand
der Technik realisierten, relativ fortschrittlichen Lösungen nicht verfügbar sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Baueinheiten und eine Anordnung von Permanentmagnet-Polkörpern
für Separationsmagnete und Lasthebemagnete zu schaffen, die insgesamt eine rationelle
Fertigung der eingangs definierten Baugruppen mit beliebigen Magnetkonfigurationen
und Mischsystemen von Magneten zulassen, wobei die Magnetkörper mechanisch geschützt
und zerstörungsfrei austauschbar sein sollen und die fertig gefügte Baueinheit von
Permanentmagnet-Polkörpern und jeweiligem Eisenkreis auch vorteilhafte Wirkungen
in Bezug auf die spezifischen magnetischen Eigenschaften hinsichtlich der Funktion
als Hebemagnet oder Separationsmagnet z.B. einer Magnettrommel zeigt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Fertigung einer Baueinheit
aus Permanentmagnet-Polkörpern mit einem Gehäuse und einer Anzahl von darin angeordneten
Permanentmagnet-Polkörpern in Verbindung mit einem Eisenkreis für Permanent-Systeme,
wie Separationsmagnete und Hebemagnete vorgeschlagen, bei dem
- a) das Gehäuse aus nichtmagnetisierbarem Material und in Schubkästen aufgeteilt
sowie mit mindestens einer offenen Seite hergestellt wird, danach
- b) die Schubkästen mit den „dicht bei dicht" gestapelten Permanentmagnet-Polkörpern
von mindestens einer der offenen Seiten bestückt werden, sodann
- c) die offene Seite mit einer nichtmagnetisierbaren Wand verschlossen wird,
so dass
- d) das Gehäuse sowohl eine ordnende Aufnahme beliebiger und auswechselbarer
Konfigurationen und Mischsysteme von Permanentmagnet-Polkörpern darstellt als auch
einen mechanischen Schutz derselben vor Zerstörung bildet und schließlich
- e) diese Baugruppe in einer vorgegebenen Anzahl mit einer weiteren Baugruppe
verbunden wird, wobei
- f) die so gefügte Baueinheit
– eine variable Polanordnung,
– eine Erhöhung des magnetischen Feldgradienten und
– eine erhöhte Kraftwirkung auf magnetisierbare Körper ermöglicht und
– eine Einstellbarkeit der Feldstärke und des Feldgradienten zulässt.
Das Verfahren wird technologisch so ausgebildet, dass in Abhängigkeit
von der jeweiligen Konfiguration der Pole, der verschiedenen Mischsysteme und/oder
der durch die Anordnung auftretenden, einander abstoßenden oder anziehenden Kräfte
die Reihenfolge des Einbringens der Permanentmagnet-Polkörper so wählbar ist, dass
nur ein minimaler Kraftaufwand zur Überwindung der abstoßenden oder anziehenden
Kräfte aufgebracht werden muss.
Je nach Einsatzzweck werden die gebildeten Baugruppen mit einem Eisenkreis
für Separationsmagnete, z.B. Magnetrotoren oder Haltemagnete, verbunden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die jeweilige erfindungsgemäße
Anordnung entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 7 gestaltet.
Dabei umfasst die nach dem Verfahren gefertigte Anordnung einer Baueinheit
aus Permanentmagnet-Polkörpern hauptsächlich das Gehäuse und eine bestimmte Anzahl
darin angeordneter Permanentmagnet-Polkörper in Verbindung mit einem Eisenkreis
für Separationsmagnete oder Haltemagnete, bei der
- a) das Gehäuse aus einem nichtmagnetisierbaren Material besteht und Schubkästen
für die auswechselbare und/oder stapelbare Aufnahme der Permanentmagnet-Polkörper
und mindestens eine zunächst offene und verschließbare Seite aufweist,
- b) das Gehäuse eine abnehm- und verschließbare Wand für die verschließbare Seite
besitzt,
- c) die Baugruppe Gehäuse mit entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen
anpassbaren Polungen, Konfigurationen und/oder Systemen von Permanentmagnet-Polkörpern
in den Schubkästen bestückt und verschlossen ist und
- d) diese Baugruppe mit einer weiteren Baugruppe verbunden ist, wobei so
- e) diese gefügte Baueinheit folgende Funktionen kombiniert ermöglicht:
– Beliebige Magnetkonfigurationen
– Polung für hohe Felder, sowohl mit gleichbleibender als auch mit wechselnder
Polarität,
– eine so genannte N-Q-S-Polung als Querpolung für hohe Feldgradienten-Werte
– Mischsysteme aus verschiedenen Permanent-Magnet-Materialien,
– zerstörungsfreier Austausch der verschiedenen Systeme.
Die Erfindung schafft die Voraussetzung, dass derartig hergestellte
und/oder angeordnete Baueinheiten aus Permanentmagnet-Polkörpern Eigenschaften bei
permanentmagnetischen Separationsmagneten erzielt werden, die bisher nur mit Elektromagneten
erreicht werden konnten.
Die Erfindung bewirkt mit überraschend einfachen Mitteln und kostensenkend
in den möglichen Anwendungsbereichen einen mechanischen Schutz und eine Entfaltung
verbesserter magnetischer Eigenschaften je nach Anwendungsgebiet.
Nachstehend wird die Erfindung an Beispielen von Separationsmagneten
für Magnetrotoren und Aushebemagneten erläutert.
In den Zeichnungen zeigen
1 das Schema einer erfindungsgemäßen
Anordnung von Permanent-Polkörpern als eine vorgefertigte Baueinheit,
- a) in geschnittener Darstellung und
- b) mit verschlossenem Gehäuse,
2 die Anordnung einer erfindungsgemäßen
Baueinheit für einen Magnetrotor eines nicht dargestellten magnetischen Filters,
3 die Anordnung einer erfindungsgemäßen
Baueinheit für einen Aushebemagneten,
- a) mit gleichbleibender Polarität
- b) mit wechselnder Polarität und
- c) in sogenannter NQS-Anordnung als Querpolung sowie
4 die Anordnung für eine Magnetanordnung
mit zwischengeschalteter Querpolung.
In 1 ist schematisch eine verfahrensgemäß
hergestellte Baueinheit aus einem Gehäuse 1, den darin vorgesehenen Schubkästen
2 für die Aufnahme der nicht gezeigten Permanent-Polkörper 5 dargestellt.
Das Gehäuse 1 wird aus nichtmagnetisierbarem Material hergestellt und in
eine erforderliche Anzahl von Schubkästen 2 aufgeteilt, wobei zunächst
eine Seite 3 offen bleibt (1a), die nach Bestückung
mit den Permanentmagnet-Polkörpern 5 (2,
3 und 4)
mit einer nichtmagnetisierbaren Wand 4 verschlossen wird (1b).
Somit übt das Gehäuse sowohl eine kräftereduzierende und ordnende Aufnahme beliebig
auswechselbarer Konfigurationen oder Mischsysteme von Permanentmagnet-Polkörpern
5 als auch einen mechanischen Schutz derselben vor Zerstörung oder Beschädigung
aus. In 1a ist schematisch dargestellt, dass die Wand
4 mit einfachen Mitteln, wie z.B. am Gehäuse 1 vorgesehene, nicht
bezeichnete Biegezargen verschließbar ist.
Diese erfindungsgemäss hergestellte Baugruppe wird in einer nach dem
Einsatzzweck vorgegebnen Anzahl mit weiteren Baugruppen verbunden und ermöglicht
bei Separationsmagneten und Hebemagneten im Sinne der Aufgabenstellung eine variable
Polanordnung der Permanentmagnet-Polkörper 5, eine Erhöhung des Feldgradienten,
eine erhöhte Kraftwirkung auf die magnetisierbaren Körper und eine Einstellbarkeit
der benötigten Feldstärke und des Feldgradienten.
Mit der erfindungsgemässen Lösung sind die prinzipiellen Voraussetzungen
dafür geschaffen, dass die eingangs beschriebenen Nachteile des Standes der Technik
vermieden werden.
In Abhängigkeit von der jeweils benötigten Konfiguration der Pole
und/oder der verschiedenen Mischsysteme und der durch die Anordnung auftretenden,
einander abstoßenden oder anziehenden Kräfte wird die Reihenfolge des Einbringens
der Permanent-Polkörper 5 so gewählt, dass ein minimaler Kraftaufwand zur
Überwindung der abstoßenden oder anziehenden Kräfte aufzubringen ist. Die Erfindung
gestattet dies, ohne die bisherigen Nachteile des Standes der Technik in Kauf nehmen
zu müssen, und zwar allein durch die Aufteilung des Gehäuses 1 in Schubkästen
in Kombination mit der wahlweisen Fügung bzw. Anordnung der Baueinheiten.
Dies vorausgesetzt werden die Baueinheiten mit einem Eisenkreis
6, wie für Separationsmagnete in Form von Magnetrotoren 10 (2
und 4) oder Aushebemagnete 20 (3)
z.B. durch Schweißen verbunden.
Speziell in 2 ist das Beispiel einer
Anordnung für einen Magnetrotor 10 eines magnetischen Filters dargestellt,
die für den Fachmann einerseits die überraschend einfache technologische Anwendung
und konstruktive Gestaltung erkennen und andererseits den sich daraus ergebenden
hohen magnetischen Wirkungsgrad ableiten lässt.
Die Erfindung gestattet es, auch bei Aushebemagneten nach
3a Baueinheiten mit gleichbleibender Polarität, gemäß
3b Baueinheiten mit wechselnder Polarität und entsprechend
3c Baueinheiten mit zwischengefügter Querpolung zu
verwenden. Es wird deutlich, dass die Erfindung hier mit konstruktiv überraschend
einfachen Maßnahmen einen hohen Grad an technologischer Vorfertigung schafft und
Montagekosten senkt sowie den magnetischen Wirkungsgrad erhöht.
Schließlich ist noch in 4 eine weitere
erfindungsgemäße Konstruktionsvariante mit einer zwischengefügten Querpolung zu
den benachbarten Baueinheiten dargestellt, die die Anwendungsmöglichkeit für Magnetanordnungen
in Separationseinrichtungen vorteilhaft verdeutlicht.
Die Erfindung schafft insgesamt für die industrielle Praxis in Erfüllung
der eingangs gestellten Aufgabe
- – eine rationellere Fertigung und den Austausch der Baugruppen mit beliebigen
Magnetkonfigurationen und Mischsystemen und deren mechanischen Schutz sowie
- – eine Verbesserung der magnetischen Wirkungen der jeweils angestrebten
Einsatzzwecke.
1- Gehäuse
2- Schubkasten
3- offene Seite
4- Wand
5- Permanentmagnet-Polkörper
6- Eisenkreis
7- Gehäuse 1 mit Permanentmagnet-Polkörpern in Querpolung
10- Magnetrotor z.B. für magnetischen Filter
20- Aushebemagnet
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| Anspruch[de] |
- Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit aus Permanentmagnet-Polkörpern
mit einem Gehäuse und einer Anzahl von darin angeordneten Permanentmagnet-Polkörpern
für Permanentmagnet-Systeme, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Gehäuse (1) aus nichtmagnetisierbarem Material und in Schubkästen
(2) aufgeteilt sowie mit mindestens einer offenen Seite (3) hergestellt
wird, danach
b) die Schubkästen (2) mit den „dicht bei dicht" gestapelten Permanentmagnet-Polkörpern
(5) von mindestens einer der offenen Seiten (3) bestückt werden,
sodann
c) die offene Seite (3) mit einer nichtmagnetisierbaren Wand (4)
verschlossen wird, so dass
d) das Gehäuse (1) sowohl eine ordnende Aufnahme beliebiger und auswechselbarer
Konfigurationen oder Mischsysteme von Permanentmagnet-Polkörpern (5) darstellt
als auch einen mechanischen Schutz derselben vor Zerstörung bildet und schließlich
e) diese Baugruppe in einer vorgegebenen Anzahl mit weiteren Baugruppen verbunden
wird, wobei
f) die so gefügte Baueinheit
– eine variable Polanordnung,
– eine Erhöhung des Feldgradienten und
– eine erhöhte Kraftwirkung auf magnetisierbare Körper ermöglicht und
– eine Einstellbarkeit der Feldstärke und des Feldgradienten zulässt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit
von der jeweiligen Konfiguration der Pole und/oder der verschiedenen Mischsysteme
und der durch die Anordnung auftretenden, einander abstoßenden oder anziehenden
Kräfte die Reihenfolge des Einbringens der Permanentmagnet-Polkörper (5)
so gewählt wird, dass ein minimaler Kraftaufwand zur Überwindung der abstoßenden
oder anziehenden Kräfte aufzubringen ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
gebildeten Baueinheiten mit einem Eisenkreis (6), wie für Separationsmagnete
oder Haltemagnete verbunden werden.
- Anordnung einer Baueinheit aus Permanentmagnet-Polkörpern zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein Gehäuse und eine Anzahl darin angeordneter
Permanentmagnet-Polkörper in Verbindung mit einem Eisenkreis für Separationsmagnete
oder Haltemagnete, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Gehäuse (1) aus einem nichtmagnetisierbaren Material besteht und
Schubkästen (2) für die auswechselbare und/oder stapelbare Aufnahme der
Permanentmagnet-Polkörper (5) und mindestens eine zunächst offene und verschließbare
Seite (3) aufweist,
b) das Gehäuse (1) eine abnehm- und verschließbare Wand (4) für
die Seite (3) besitzt,
c) die Baugruppe Gehäuse (1) mit den Permanentmagnet-Polkörpern (5)
und mit den jeweiligen Einsatzbedingungen anpassbaren Polungen, Konfigurationen
und/oder Systemen in den Schubkästen (2) bestückt und verschlossen ist
und
d) diese Baugruppe mit einer weiteren Baugruppe verbunden ist, wobei so
e) diese gefügte Baueinheit folgende Funktionen kombiniert ermöglicht:
– Beliebige Magnetkonfigurationen,
– Polung für hohe Felder, sowohl mit gleichbleibender als auch mit wechselnder
Polarität,
– N-Q-S-Polung für hohe Feldgradienten-Werte,
– Mischsysteme aus verschiedenen Permanentmagnet-Materialien und/oder
– zerstörungsfreier Austausch der verschiedenen Systeme.
- Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe
mit dem Eisenkreis (6) von Separationsmagneten wie Magnetrotoren (10)
und/oder Aushebemagneten (20) sowie Haltemagneten verbunden ist.
- Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Magnetrotoren (10) die Baueinheit aus einer Mehrzahl von parallel miteinander
verbundenen Gehäusen (1) mit den jeweils darin in den Schubkästen(2)
gestapelten Premanentmagnet-Polkörpern (5) besteht und die Gehäuse (1)
mit dem Eisenkreis (6) verbunden sind.
- Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Magnetrotoren (10) zwischen den Baueinheiten aus einer Mehrzahl von radial
auf dem Eisenkreis (6) angeordneten Gehäusen (1) mit darin in
von Gehäuse (1) zu Gehäuse (1) wechselnder Polung weitere Gehäuse
(1) mit in deren Schubkästen (2) gestapelten Permanentmagnet-Polkörpern
(5) in Querpolung (7) vorgesehen sind (4).
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen
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