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Die Erfindung betrifft ein permanentmagnetisches Haftsystem gemäß dem Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
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Permanentmagnetische Haftsysteme sind hinlänglich bekannt und werden zu unterschiedlichsten Zwecken benutzt, unter anderem zum Beispiel zum Verschließen beziehungsweise Öffnen von Fenstern oder Türen. Ein dafür vorgesehenes permanentmagnetisches Haftsystem ist zum Beispiel in
DE 202 00 588 U1 beschrieben. Die dort offenbarte Tür- und Fenstersicherung weist zwei sich gegenüberliegende Permanentmagnetpaare auf. Einer der Magnete ist dabei in einem feststehenden Rahmen der Tür oder des Fensters und der andere Permanentmagnet im beweglichen Tür- oder Fensterblatt platziert. Der in dem Tür- oder Fensterblatt integrierte Permanentmagnet ist dabei über den Tür- oder Fenstergriff verdrehbar und zwar derart, dass sich bei geschlossener Tür oder geschlossenem Fenster die beiden Magnete anziehen und bei geöffneter Stellung des Handgriffes abstoßen. Durch diese Maßnahme wird einerseits sichergestellt, dass bei geschlossener Tür oder geschlossenem Fenster das Tür- beziehungsweise Fensterblatt fest an den Rahmen gedrückt wird und bei Offenstellung des Drehgriffes ein Abstoßen des Tür- beziehungsweise Fensterblattes vom Rahmen erfolgt, sodass dieses nicht ungewollt zufallen kann.
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Ein anderes permanentmagnetisches Haftsystem ist aus
US 2 915 681 A bekannt. Dort ist ein Magnetsystem mit einer Erregerspule und einem Permantmagneten für mechanische Betätigungen beschrieben. Dabei ist ein Magnetkreis vorgesehen, der die Magnetkraft des Permanentmagneten an einen Anker so umlenkt, dass dieser vom Magnetkreis angezogen wird und dort anhaftet. Im Ruhezustand wird der Anker also durch die Kraft des Permanentmagneten an den Magnetkreis angezogen und dort festgehalten. Wird dagegen die Erregerspule von Strom durchflossen und die Polarität des Stromes dabei so gewählt, dass das Feld des Permanentmagneten abgeschwächt oder gar neutralisiert wird, fällt der Anker dagegen vom Magnetkreis ab und wird freigegeben.
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Eine ähnliche Anordnung beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster
DE 18 23 772 U .
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Ein weiteres permanentmagnetisches Haftsystem zum Halten von Gegenständen mit einem Magnetkreis offenbart die
US 7 453 341 B1 . In den Magnetkreis ist ein erster Permanentmagnet und ein zweiter Permanentmagnet angeordnet, wobei einer der beiden Permanentmagnete im Magnetkreis verdrehbar sitzt.
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Ein permanentmagnetisches Haftsystem zum Halten von Gegenständen, insbesondere zum Klemmen, mit einem Magnetkreis, bei dem der Magnetkreis aus einer der Vielzahl von aneinander grenzenden Jochen gebildet ist, beschreibt die
US 2 209 558 A .
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Schließlich offenbart auch die
US 7 038 565 B1 einen Magnetkreis für magnetocalorische Materialien, bei dem der erste Permanentmagnet und ein verdrehbar angeordneter zweiter Permanentmagnet in Öffnungen des Magnetkreises eingesetzt sind.
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Problematisch bei den erwähnten permanentmagnetischen Haftsystemen ist die Tatsache, dass sich diese durch verhältnismäßig starke magnetische Streufelder, insbesondere im offenen Zustand des Haftsystems, auszeichnen. Solche magnetischen Streufelder sind unerwünscht, weil diese nicht nur gesundheitsschädlich sind, sondern auch andere Einrichtungen, wie zum Beispiel Herzschrittmacher oder dergleichen, negativ beeinflussen können.
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Die Erfindung hat deshalb das Ziel, das eingangs genannte permanentmagnetische Haftsystem so weiterzubilden, dass keine oder nur geringe magnetische Streufelder im offenen Zustand des Haftsystems auftreten. Darüber hinaus soll sich das aufzufindende permanentmagnetische Haftsystem durch eine erhöhte Haltekraft auszeichnen.
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Dieses Ziel wird durch ein permanentmagnetisches Haftsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Betreiben eines solchen permanentmagnetischen Haftsystems vorgeschlagen werden.
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Ein solches Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 8.
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Das erfindungsgemäße permanentmagnetische Haftsystem zum Halten von Gegenständen weist im Wesentlichen einen Magnetkreis auf, in dem zwei Permanentmagnete angeordnet sind. Mindestens einer der Permanentmagnete ist dabei verdrehbar angeordnet. Der verdrehbare Permanentmagnet ist von einer Erregerspule umgeben. Bei Bestromung der Erregerspule mit einem Strom vorgegebener Polarität wird der Permanentmagnet um 180° verdreht, sodass einmal die beiden Permanentmagnete im Magnetkreis in Reihe und zum anderen Mal parallel geschaltet sind. Befinden sich die beiden Permanentmagnete in Reihenschaltung, verlaufen die Magnetfeldlinien der beiden Permanentmagnete in einem geschlossenen Kreis innerhalb des Magnetkreises, sodass ein Anker, insbesondere eine Ankerplatte, vom Magnetkreis abfallen kann. Sind die beiden Permanentmagnete durch Verdrehen des einen Permanentmagneten dagegen parallel geschaltet, wird der Anker, beziehungsweise die Ankerplatte, vom Magnetkreis angezogen.
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Der verdrehbare Permanentmagnet befindet sich vorzugsweise in einer zylindrischen Öffnung des Magnetkreises und ist von einer Erregerspule umgeben. Zum Verdrehen des Permanentmagneten von einer ersten in eine zweite Stellung wird die Erregerspule entsprechend bestromt. Die Bestromung kann mit einem ausreichenden Stromimpuls oder ausreichenden Stromimpulsen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, eine Dauerbestromung vorzusehen, sodass die Haltekräfte des Ankers am Magnetkreis erhöht sind.
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Einer der beiden Permanentmagnete oder beide Permanentmagnete können mit Hebeln ausgestattet sein, um auch ein manuelles Verdrehen der Permanentmagnete zu gestatten.
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Zweckmäßigerweise ist der Spalt, in dem der verdrehbare Permanentmagnet platziert ist, asymmetrisch gestaltet, um zwei Vorzugsstellungen des Permanentmagneten bei Verdrehung sicherzustellen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Ankerplatte des Haftsystems mit einer geeigneten Einrichtung versehen sein, um diese zum Beispiel an Lasten zu koppeln. Hierfür kann der Anker mit einem geeigneten Haken ausgestattet oder gekoppelt sein, wobei an diesem Haken eine Last hängt.
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Selbstverständlich kann das bisher beschriebene permanentmagnetische Haftsystem mit seinem Magnetkreis und dem Anker auch in oder an Türen beziehungsweise Fenstern angeordnet werden, um für ein sicheres Verschließen beziehungsweise Öffnen der Türen und Fenster zu sorgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines permanentmagnetischen Haftsystems mit einem drehbar angeordneten Permanentmagneten im angezogenen Zustand des Ankers,
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2 das permanentmagnetische Haftsystem von 1 im abgefallenen Zustand des Ankers,
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3 den Prinzipaufbau eines zweiten Ausführungsbeispieles eines permanentmagnetischen Haftsystems mit zwei verdrehbaren Permanentmagneten und angezogenem Anker, und
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4 das permanentmagnetische Haftsystem von 3 mit abgefallenem Anker.
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In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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Das in 1 in seinem prinzipiellen Aufbau dargestellte permanentmagnetische Haftsystem ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Dieses Haftsystem 1 weist einen Magnetkreis 10 auf, der ein querliegendes erstes Joch 10a aufweist. An der in 1 links dargestellten Seite des ersten Joches 10a erstreckt sich ein senkrecht verlaufendes zweites Joch 10b im rechten Winkel nach unten und endet in einem ersten Polschuh 10g nach oben. Von dem unteren Ende dieses ersten Polschuhes 10g etwas zurückversetzt verläuft ein querliegendes drittes Joch 10c nach rechts. Die beiden querliegenden Joche 10a und 10c sind auf ihrer rechten Seite in 1 mit einem wiederum senkrecht verlaufenden vierten Joch 10d verbunden. Dieses vierte Joch 10d endet an seiner unteren Seite in einem zweiten Polschuh 10h. An den beiden Polschuhen 10g und 10h liegt ein Anker 12, vorliegend eine Ankerplatte, in noch zu erläuternder Art und Weise an. Die Joche 10a und 10d können miteinander einstückig verbunden sein und zum Beispiel auch aus Weicheisenmaterial bestehen. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Joche 10a bis 10d als lamellierte Eisenpakete auszubilden.
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Das erste Joch 10a weist mittig einen Spalt 10e auf. Ein weiterer Spalt 10f ist in dem darunter liegenden, querverlaufenden Joch 10c vorgesehen. In dem Spalt 10f ist ein erster Permanentmagnet 20 vorzugsweise luftspaltfrei eingesetzt. Wie in 1 ersichtlich, hat dieser erste Permanentmagnet 20 eine Außenkontur, die vorzugsweise mit der Außenkontur des Joches 10c fluchtet. In 1 ist der erste Permanentmagnet 20 so in dem Spalt 10f platziert, dass sich links der magnetische Nordpol N und rechts der magnetische Südpol S des Permanentmagneten 20 befindet.
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Der in dem oberen, querverlaufenden ersten Joch 10a ausgebildete Spalt 10e ist so geschaltet, dass er einen zweiten Permanentmagneten aufnehmen kann, der eine Außenkontur eines Zylinders aufweist. Dieser zweite Permanentmagnet ist mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet und drehbar um eine Rotationsachse 32 in dem Spalt 10e angeordnet.
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In der Darstellung von 1 ist der magnetische Nordpol N des zweiten Permanentmagneten 30 wiederum links platziert und der magnetische Südpol S rechts. Der erste Permanentmagnet 20 und der zweite Permanentmagnet 30 sind deshalb in 1 parallel zueinander geschaltet.
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Wie zusätzlich aus 1 ersichtlich, ist um das erste Joch 10a mit dem darin befindlichen zweiten Permanentmagneten 30 eine Erregerspule 40 gewickelt. Diese Erregerspule 40 dient dazu, den verdrehbar um die Rotationsachse 32 angeordneten zweiten Permanentmagneten 30 bei Bedarf um 180° verdrehen zu können, sodass der magnetische Nordpol N rechts und der magnetische Südpol S links liegt, so wie es in 2 datgestellt ist.
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Der Verlauf der magnetischen Feldlinien, der durch die beiden Permanentmagneten 20 und 30 bestimmt ist, ist in 1 ebenfalls dargestellt. Die Magnetflusslinien des ersten Permanentmagneten 20 sind mit dem Bezugszeichen 25 angegeben und verlaufen ausgehend von dem magnetischen Nordpol N des ersten Permanentmagneten im Joch 10c nach links, um dann dort nach unten in Richtung Polschuh 10g umgelenkt zu werden. Die Magnetflusslinien 25 gelangen dann in den Anker 12 und laufen nach rechts, um dort in den Polschuh 10h einzutauchen, im Joch 10d nach oben zu laufen und schließlich im Bereich des dritten Jochs 10c wieder nach links um 90° in Richtung des magnetischen Südpols S des ersten Permanentmagneten 20 umgelenkt zu werden. Die Magnetflusslinien 25 des ersten Permanentmagneten 20 verlaufen demnach entgegen zum Uhrzeigersinn vom ersten Polschuh 10g durch die Ankerplatte 12 in Richtung des zweiten Polschuhs 10h.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist der Verlauf der Magnetflusslinien 35 des zweiten Permanentmagneten 30 ähnlich und damit gleichgerichtet. Die Magnetflusslinien 35 des zweiten Permanentmagneten 30 verlassen den Permanentmagneten 30 an dessen magnetischem Nordpol N und laufen zunächst im linken Teil des ersten Jochs 10a nach links, um von dort nach unten entlang des zweiten Jochs 10b zu laufen. Am ersten Polschuh 10g tauchen diese Magnetflusslinien 35 in die Ankerplatte 12 und fließen dort parallel zu den Magnetflusslinien 25 des ersten Permanentmagneten 20, um dann am rechten Ende der Ankerplatte 12 über den zweiten Polschuh 10h wieder in das senkrechte Joch 10d zu laufen. Am oberen Ende des Joches 10d biegen die Magnetflusslinien 35 nach links ab, um letztlich in dem magnetischen Südpol S des zweiten Permanentmagneten 30 einzutauchen.
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Durch diese Parallelschaltung des ersten Permanentmagneten 20 und zweiten Permanentmagneten 30 ergibt sich deshalb eine verstärkte Haltekraft an den beiden Polschuhen 10g und 10h, sodass die Ankerplatte 12 am Magnetkreis 10 gut festgehalten wird. Diese hohe Haltekraft führt dazu, dass eine an der Ankerplatte 12, beispielsweise über einen Haken 14, angekoppelte Last L mit hohen Haltekräften festgehalten werden kann.
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Zum Lösen der Ankerplatte 12 und damit der Last L ist es ausreichend, dass die Erregerspule 40 bestromt wird. Dies kann mit einem geeigneten Stromimpuls oder mehreren Stromimpulsen erfolgen. Es ist lediglich notwendig, die Erregerspule 40 so zu bestromen, dass der verdrehbare Permanentmagnet 30 um 180° in dem Spalt 10e verdreht wird, sich der zweite Permanentmagnet 30 also um die Rotationsachse 32 um 180° drehen kann. Die so verdrehte Stellung des zweiten Permanentmagneten 30 zeigt 2. Betrachtet man die Magnetflusslinien 25 des ersten Permanentmagneten 20, so fällt auf, dass diese jetzt aufgrund der Reihenschaltung mit dem zweiten Permanentmagneten 30 nicht in Richtung des ersten Polschuhs 10g laufen, sondern vielmehr in dem Joch 10b nach oben, um im Joch 10a in den zweiten Permanentmagneten 30 einzutauchen und dort wieder im magnetischen Nordpol N auszutreten. Die Magnetflusslinien 35 des zweiten Permanentmagneten 30 haben exakt den gleichen Verlauf, sodass sich ein geschlossener Kreis der Magnetflusslinien 25, 35 vom ersten Permanentmagneten 20 zum zweiten Permanentmagneten 30 ergibt. Die Folge hiervon ist, dass die Ankerplatte 12 nicht mehr an den Polschuhen 10g und 10h gehalten wird und abfallen kann.
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Der große Vorteil eines solchen permanentmagnetischen Haftsystems 1 wird bereits anhand der Darstellung von 2 deutlich. Die Reihenschaltung der beiden Permanentmagnete 20 und 30 innerhalb des Magnetkreises 10 sorgt nämlich dafür, dass an den Polschuhen 10g und 10h keine Magnetfeldlinien austreten, also kein Streufeld existiert. Dies ist gewollt.
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An dieser Stelle ist noch anzumerken, dass die an der Ankerplatte 12 bereitgestellte Haltekraft, die ohnehin aufgrund der Parallelschaltung der beiden Permanentmagnete 20 und 30 groß ist, noch weiter erhöht werden kann, wenn die Erregerspule 40 dauerhaft mit einem Strom bestromt wird, der zu einem Magnetfluss führt, der den Magnetflusslinien 35 des zweiten Permanentmagneten 30 gleichgerichtet ist.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines ähnlichen permanentmagnetischen Haftsystems 1 dargestellt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist jetzt auch der erste Permanentmagnet 20 als um eine Achse 22 verdrehbarer Permanentmagnet ausgebildet. Dieser erste Permanentmagnet 20 ist von einer Erregerspule 12 umgeben. Bei geeigneter Bestromung dieser Erregerspule 12, entweder durch einen Stromimpuls, mehrere Stromimpulse oder eine dauerhafte Bestromung, ist der Permanentmagnet 20 um 180° verdrehbar. In 3 ist der magnetische Nordpol N des ersten Permanentmagneten 20 links und der magnetische Südpol S rechts dargestellt. Bei der erwähnten Bestromung dreht sich dieser Permanentmagnet 20 um 180°, sodass der magnetische Nordpol N rechts liegt und der magnetische Südpol links (vergleiche hierzu 4).
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Der zweite Permanentmagnet 30 ist in 3 ebenfalls verdrehbar. Zum Verdrehen dieses zweiten Permanentmagneten 30 ist jedoch ein Handhebel 50 vorgesehen. Die beiden Permanentmagnete 20, 30 können deshalb entweder durch Bestromung der Spule 12 oder durch Verdrehung des Hebels 50 zueinander in Reihe oder parallel geschaltet werden, um den in Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebenen Effekt des Anhaftens und Abstoßens des Ankers 12 zu bewerkstelligen.
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Wenngleich es in den 1 bis 4 nicht dargestellt ist, ist es zweckmäßig, die Permanentmagnete 20, 30 so auszubilden, dass sie zwei Vorzugsstellungen aufweisen, für den Fall, dass die Permanentmagnete 20, 30 verdrehbar sind. Im Falle eines mechanisch zu betätigenden Hebels 50 können diese Vorzugsstellungen beispielsweise Raststellungen sein, in die der Hebel 50 einrastet. Wird dagegen der Permanentmagnet durch Bestromung der Spule 12 um 180° gedreht, so ist durch geeignete Geometrien der entsprechenden Joche 10a, 10c beziehungsweise durch die Außenkontur des jeweiligen Permanentmagneten 20, 30 sicherzustellen, dass solche Vorzugsstellungen der Permanentmagneten möglich sind.
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Das permanentmagnetische Haftsystem ist bevorzugt einsetzbar in permanentmagnetischen Sicherheitseinrichtungen bzw. Kupplungen, welche nach der Auslösung nicht wieder selbstständig aktiv werden dürfen. Dann nach einem Abriss bzw. einer Wegnnahme des Ankers 12 (vergleiche hierzu 4) der drehbare Permanentmagnet immer in einer Reihenstellung zum feststehenden Permanentmagnet springt, neutralisieren sich die jeweiligen Pole. Erst nach einer Bestromung der Erregerspule 40 mit der richtigen Polen bzw. einer Handpositionierung (Bildung des Parallelfeldes) ist wieder ein Magnetfeld an den Polen vorhanden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- permanentmagnetisches Haftsystem
- 10
- Magnetkreis
- 10a
- erstes Joch
- 10b
- zweites Joch
- 10c
- drittes Joch
- 10d
- viertes Joch
- 10e
- Öffnung
- 10f
- Spalt, Öffnung
- 10g
- erster Polschuh
- 10h
- zweiter Polschuh
- 12
- Ankerplatte
- 14
- Haken
- 20
- erster Permanentmagnet
- 22
- Rotationsachse
- 25
- Magnetflusslinien
- 30
- zweiter Permanentmagnet
- 32
- Rotationsachse
- 35
- Magnetflusslinien
- 40
- Erregerspule
- 50
- Hebel
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
- L
- Last
