DE1514157A1 - Hubmagnet nach dem dynamo-elektrischen Prinzip - Google Patents

Description

• Hubmagnet nachdem dynamo-elektrischen'Prinzip Die Funktion eines dynamo-magnetischen Systems, auch Tauchgpulsystem genannt, ist die der Querkrafterzeugung einer stromdurchflossenen Spule in einem kräftigen magnetischen Feld. Dieses für Schwingungsumsetzung und Sprachfrequenz-Übertragung häufig verwandte System zeichnet sich durch guten. Wirkungsgrad und Linearität aus, hat sich aber für Hubmagnete bisher so gut wie nicht einführen lassen, da dieser Anwendung verschiedene Eigenheiten des Systems störend im Wege, stehen: Die Spule ist nicht hoch beaufschlagbar, da sie ihre Stromwärme nur an Luft abgeben kann, es bedarf flexibler Stromzuleitungen, wenn man nicht sogar noch Bürsten in Kauf nehmen will, und dieses macht bei grÖsseren Hüben Schwierigkeiten. Schliesslich ist die reine Kraftleistung - bezogen auf die aufgewandte elektrische Energie - verhältnismässig -gering und nicht ohne weiteres vergleichbar mit der Kraftleistung normaler Hubmagnete.
• Es sind schon Vorschläge gemacht worden in der Richtung, ein dynamisches System aufzubauen, bei dem die Spule statorseitig festliegt, also keiner flexibler Zuleitungen bedarf, und mit guter Wärmeableitung, während das Kernmagnetsystem, das insbesondere den oder die Permanentmagnete enthält, die Bewegung ausführt. Solche Lösungen stellen schon einen beachtlichen Fortschritt dar in der Möglichkeit, das dynamische Prinzip auch für Hubmagnete verwendbar zu machen. Hier tritt aber der Nachteil in den Vordergrund, dass die bewegte Masse relativ gross wird. Der Gedanke der vorliegenden Erfindung ist der, ein dynamisches System zu verwirklichen, bei dem insbesondere der Hauptnachteil des bekannten Tauchspulsystems Überwunden wird nämlich die geringe Beaufschlagbarkeit der Spule. Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man die zylindrische Spule zu einem verpreasten und in sich tragenden Körper weiter entwickelt, der insbesondere auf der zylindrischen Innenseite.des Mantelrohres, das den magnetischen RUckschluss bildet,_gleitend läuft. Dass man in diesem Fall die Grösse des bewegten, verpressten Spulenkörpers über daß von Kupfer ausgefüllte Ilass hinausgehen lässt,_ ist naheliegend, da dadurch die Gleitführung sowohl wie die Wärmeübertragung an den» Mantel verbessert wird. Es soll nun bei dieser neuartigen Konstruktionsweise ein Systera bevorzugt behandelt werden, bei dem der Kern aus zwei gegeneinander magneti-, sierten Permanentmagneten besteht, deren gemeinsamer Nordpol (z.B.) in der Mitte liegt, so dass der Fluss beider Permanentmagnete von diesem mittleren Pol aus zum Mantel übergeleitet wird* Die Spule des Magneten,liegt nun ebenfalls um d-Lesen Mittelpol herum, ist mit Verlängerungsansätzen verpresst und bekommt nichtsdestoweniger genügend Hubspielraum, da ja die notwendige Länge der Permanentmagnete entsprechenden Raum in axialer Richtung bietet* Dieses System hat zu-dem noch den Vorteil, daso es das streuärmete System ist, das man überhaupt aufbauen kann, und die Vermeidung von Streufeldern ist bei dynamischen Systemen ein ausserordentlich wichtiger Faktor, Bei einem Hubmagneten ist es nicht so wesentlichg dase gleitende Reibungen auftreten, zumal bei der querkraftfreiheit-eines dynamischen Systems diese Reibungen relativ gering bleiben* Man kann den Wärmekontakt zwischen der Tauchspule und dem Mantel noch verbessern$ indem man Schmiermittel bzw. Gleitsubstanzen zufügt, die gleichzeitig dine verbesserte Wärmeübertragung gewährleisten.
• Bezüglich der Stromzuführung bleibt es natürlich bei der bekannten Schwierigkeit, dass man nunmehr flexible Zuführungen auf einer oder auf beiden Seiten der Spule benötigt, oder dase man die Stromzuführung über Gleitbürsten führt* Die Kraftübertragung nach aussen kann auf zweierlei Weise erfolgen# entweder über Stifte, die mit der Spule verpeset sind und die durch eine Stirnwand des Magneten hindurchtreten,um ausserhalb durch ein sternartiges oder tellerförmiges Teil auf eine zentrale Achse geführt zu werden, oder durch eine Kopplung, die durch ein oder mehrere Langlöcher des zentralen Poles hindurchtritt und auf eine zentrale Achse greift. Letztere Ausführung ist gut durchführbar# wenn man das ganze System in der Mitte teilt um es erst beim Zui3ai=enbau zu vereinigen* Eine besonders interessante Variante der erfindungegemässen Konstruktion ist folgende: Man kann dem eigentlichen Magnetsystem eine zweckmäseige, durch die Kraftforderung errechnete Länge geben# kann aber nunmehr eine fast beliebig lange Spule verwenden, um Hübe zu erzielen, die der Linge der Spule entsprechen. Dabei wird man die Spule ähnlich hers - tellen, wie man es auch bei Potentiometer-Widerständen oder Regeltranzformatoren-machtl so dass man auf dem äusseren Mantel der Spule eine Gleitbahn erhält, über die man vermittels Bürsten oder Rollen den Strom zuführen kanno Auf diese Weise führt man den Strom nur dem Teil der SpÜle zug der sich gerqde in aktivem Eingriff mit dem permanentmagnetischen Feld befindet, und beim Vortreiben.der Spule verschiebt sich.-nun von allein der strombeaufschlagte Teil immer wieder in die aktive Zone» Wir erhalten also bei einer linearen magnetischen Anordnung ein ähnliches Verhalten wie beim Gleichstrommotorg dem der Strom Über einen Kollektor zugeführt wird* Es ist selbstverständlich, dasß man bei der ,Spule sowohl die- äusseren Windungslaggn-blank machen und zur direkten Stromzuführung benutzen kanng als auch eine Art Kollektor,aufsetzen kann, dessen Elemente jeweils mit Einzelspulenabschnitten verbunden werden* In jedem Fall muss die Spule in-besonderer Art gewickelt werdenl um sie für diesen Anwendungszweck geeignet zu machen* Bei solchen_Ianghubmagneten ergibt sich noch der-besondere Vorteil, dase man für den Hubbeginn sowie für den grössten Teil des Hubes die Beaufschlagung durch entsprechende Dimensionierung der Wicklung sehr hoch machen kann, da ja jeder beaufschlagte Spulenabschnitt sich nur in sehr-kurzzeitigem Nirkeingriff befindet. Erst den letzten Teil der Spule, auf dem der Hubmagnet gegebenenfalls-stehen bleiben sollg wird hochohmiger gewickeltg so daas er sich für eine Dauereinschaltung eignet* Es ist kein Zweifel, dass man nach di eser erfindungegemässen Konstruktion Magnete mit KriLften-und Rüben verwirklichen kanng- wie sie bisher nicht möglich waren. Man kann dann nQch weitere für die praktische Verwendung vorteilhafte Details bei diesem Langhubmagnetsystem verwirklichen* Beispielsweise läset sich unschwer und mit geringstem Aufwand eine Dämpfung mit einbauen, indem man etwa einen Teil der Spule mit einem Kapferrohr als Trägerelement versieht, das dann im Magnetfeld durch Wirbelstrombildung eine starke Dämpfung bzw. Bremaung erfährt. Diese Dämpfung kann man schon im Laufe des Hubes einsetzen lassen und kann sie gegen Hubende so-verstärken# daas niemals ein das Gerät gefährdendes Anfahren des Spulenankers erfolgt. Diese Dämpfung oder Bremsung läset sich natürlich auch mit vorübergehend kurz geschlossenen Teilen der Spule selbst durchführen, und endlich ist ein Maximum dieses gewünschten Effek- tes erzielbar durch eine Stromumkehr auf der Spule oder durch eine Umkehr des Wicklungssinnes im letzten 4ulenabschnitte Durch diese letzte Masenahme käme sogar eine sog. Aktivbremsung zustande* Schlies Blich gibt es unter den Konstruktlons-Varlanten auch noch_ die" bei der die Permanentmagnete nicht im Kern sondern im äusseren Manteltell untergebracht werden, wobei man dann den Kern für den Rückschluse benutzt, und wobei sich Verbesserungen bezüglich der Dimension:Lerung ergeben für besonders leistungsstarke Systeme* Der Spulendurckmesser läset sich dabei relativ kleiner halten, aber die Unterbringung der Bürsten macht gewisse Schwierigkeiten. Auch besteht endlich noch die Möglichkeit, sowohl im Kernteil als auch im Mantelteil Permanentmagnete unterzubringen, und diese so zu magnetisieren, daas besonders kräftige Flüsse in den Aktiv-Luftspalten zustande kommen. Für Köchatleistungen sind solche Kombina,tionen u*U. erforderlich" In Fig. 1 ist ein einfaches Schiebespulen-System dargestellt, bei dem in dem töpfförmigen Doppelgehäuei 5, das den magnetischen Rückschluse bewirkti zwei axial magnetisierte Permanentmagnete 4 und 8 untergebracht sindl die einen gemeinsamen Mittelpol 1 so magnetisieren, dass von diesem Pol aus ein ringförmiger Fluss durch den Luftspalt auf den Rückschlussmantel übergeht* Die Spule 2 mit den angepreasten Fortsätzen 3 gleitet innerhalb des rohrförmIgen Mantels und hat infolgedessen mit dem Mantel auch guten Wärmekontakto Die Spule kann beispielsweise wie in der Zeichnung dar-gestellt durch einen querstift ?*mit der Achse 6 verbunden seing so dass'Über diese Elemente die Kraftwirkung weiter übertragen wird. Dementsprechend müssen die Polstücke 1 Schlitze besitzenl durch die der Querstift 7 hindurch greift und ausreichende Hubfreiheit besitzt* A),ä Trägerrohrelement der Spule kann beispielsweise ein Kupferrohr 9 benutzt werden, dess dann auch noch durch WirbelstromeffektÄ dämpfend in Bä:#Üg"äuf die Bewegung wirkt, da es ja durch das Magnetfeld hindurch geführt wirdo Die Kraftübertragung von der Spule nach aussen kann selbstverständlich auch durch Stose,.eStifte durch eine der Stirnwände hindurch geführt werden, wobei die Weiterleitung auf eine zentrale Achse über einen Teller oder ein sp2*.-nnenförmiges Gebilde erfolgen kann* Flge 2 zeigt eine andere Variante - bei'der ein zentraler Kernmagnet 4 über ein un agnetische's VerbindÜngsteil 1 mit dem-Gehäuse 5 verbunden ist* Das Gehäuse-5 besteht zumindest auf dem zylindrischen Mantelteil aus ferromagnetischem Material, und der_magnetische Flüss des Kernmagneten 4 tritt in kadialer Richtung durch die, Ringspulen 2 und 8 hindurch. Dä die Flussrichtung in beiden 4ulen umgekehrt ist, so wird auch der Windungesinn ehtsprechend geänderte Die beiden Spulen 2 und 8 sindauf--ein -Trägerrohr 9 aufgebrachtt und mit einem FüllstÜök 3 zu eiziem'Körper verpunste Diese vereinigte Schubspule läuft wiederum im Manteltbil des Gehäuses 5 mit gutem Wärmekontakt und guter Gleitung. Die Schubspule wird beispielsweise über einen mit ihr vereinigten atirnseitigen Teller 7 mit der Achse 6 verbunden,und leitet so die Kraftwirkung nach aussen.
• Die Stromzuführung bei den Konstruktionen nach Fig» 1 und 2 kann man durch Sthleppkabel oder elastische Bänder ausführen, man kann gber auch Schleifkontakte benutzen, und diese z*B* auf Zt:Lfte greifen lassen, die durch Isolierbuchnen der Stirnwand hindurchgehen, und die gleichzeitig der Kraftübertragung dienen, nge 3 zeigt schlieselich eine Aueführung, die als langhubmagnet besonders geeignet ist. Rier sind die beiden In axialer Richtung maguetisiert,#-i Kernmagnete 3 und 9 wiederum -wie bei EIS. 1 gegenpolig mit dem mittleren Pol 1 verbunden» Der RückBohluss geht über die ferromagnetischen Elemente 4 auf beiden Seiten auf den Statormantel 7, so dann eine aktive Ringzone groseer Fl#sadichte :in den Ringluftspalt um den mittlereg Pol 1 her= gebildet wirdo Die langschubspule 8 erhält ihre Stromzuführung über Zuf ührungebürsten-2 derart, dase nur in aktiven Bereich der Spule eine Strombeaufachlagung stattfindet* Die Spule ist über Stons-Stangen 6 über einen Teller ausserhalb des Gehäuses mit der Betätigungsachse 5 beispielsweise verbunden, Sie läuft wiederum wie bei den anderen'Beispielen im Mantelrohr mit gutem Wärzekontakt, Die Stromzuführung kann über die blanken Aussenlagen der W:Leklung erfolgen, es kann aber auch eine Art Kollektor aufgesetzt worden, der jeweils mit einzelnen Spulenelementen elektrisch verbunden wird. Besondere bei dieser Könstruktion-wird man ein Trägerrohr lo verwenden, da* zumindest auf einem Teil dem Buben aus Kupfer oder Aluminium besteht, damit durch WIrbelstrombildung eine DiM.pfung bzw. Bremaung hervorgerufen wird*

Claims (1)

1. PatentansprÜche L', Hubmagnet nach dem dynamo-elektrischen Prinzip,dadurch gekennzeichnet# dass in dem zylindrischen, vom Permanentmagnetfeld durchsetzten Luftspalt eine den Akt:ivraum ganz oder fgst ausfüllende Spule, die durch Vergiessen oder Verpressen 'einen '#-ii##f"ör'migen- Körper bildet-, so gelagert istl dass sie insbesondere auf dem Aussendurcbmesser direkt gleitend läuft und dabei mit-dem.äusseren Polmantel einen guten Wärmekontakt erhälte 2) Hubmagnet gemäse 1) dadurch gekennzeichnet, da8a der Wärmekontakt zwischen der verpressten Spule und den äusseren Polmantel durch eine flüssige bzw. dickflüssige Substanz eerbessert wird, die gleichzeitig schmierend wirkte Hubmagnet gemäss 1.) und 2)- dadurch gekennzeichnet, dase das Magnetsystem entsprechend den im Lautsprecherbau bekannten Varianten aufgebaut ist. Hubmagnet gemäas 1) und-2) dadurch gekennzeichnetg dass das Magnetsystem insbesondere kernseitig zwei gegeneinander gepolte Permanentmagnete- trägtl-wobei eine Spule zwischen .dem gemeinsamen Ivlittelpol und dem Rückschlusamantel angeordnet ist* Hubmagnet gemüss 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, dass -ein Kernmagnet mit Polschuhen seinen Fluas äber einen rohrförmigen Mantel rückschliesst und dass zwei Spulen$ die durch Verpressen zu einem gemeinsamen Körper verbunden sind, di-e aber--elektrisch gegenbinander-geschaltet sihdg in dem zylindrischen, rIngförmigen Zwischenraum laufen. Hubmagnet -gem- . äss'l) bis 5) dadurch gekennzeichnet"'dass der rohrförmige, mit thermisch möglichst gut leitender Masse verpresste Spulenkö , aper beidseits-seiner kupferdurchsetzten aktiven Länge durch Pressmasse verlängert wird, so dass die Gleitführung einerseits verbebsert wird und die Temperaturüberleitung auf den Mantel ebenfalls.verstärkt wird. Hubmag'net 'gemäss 1) bis 6) dadurch: gekennzeichnet, dass die StromzufÜhruhgen zü. der bevieglichen Sj#ule'in' an sich bekannter Weiseliber Schlepplitzeü od . ei# -Spi:#albänder aus elaatischem und gleichzeitig gut leitendemi Material erfolgt. 8) Hubmagnet g#emäss 1) bis 7" d:adur.'c#h -g-ekennzei:chnet, dass die Spule eine mehrfache Uänge gegenüber den' aktiven magnetischen Kreis besitzt,und dass sie auf dem äusseren Mantel eine Stromzuführungsbähn hat, der der Strom über Schleifbüi-sten so Zugeführt wird, dase :Eur der aktiv6 Teil der Spule, der sich. gerade im Magne-tfeld-befindet, #rrei#t- wirdo 9) Hubmagnet gemäss 8) dadurch gekennzeichnet, dass die S 'ule p # mit verschieden en Drahtstärken und dementsprechenden Windungsdichten gewickelt ist, so dass insbesondere für Hubbeginn und Hubverlauf hohe Beaufschlagungen erzielt verdeng während am Hubende die Leistungsaufnahme auf Dauereinschaltung reduziert wird. To) Hubiia,-net gemä'Ss 8). und 9) dadu ch.gakännzeichne-b, daas CD über den HubVerlauf Kupfer- oder Alu-Rohrelemente oder auch Vlicklungsäbschiiitte-eingefügt werden, die durch Wirbelstrombildung eine Dämpfung bzw. Bremsung der Bewegung bewirken. 11) Hubmagnet gemäss 8) biä lo) dadurch ##ekennzeichnet, dass eine Bremsung der Bewegung gegen Hubende durch kurzzeitiGe Stromumkehr oder UjÜl-,ehrung des l#Vindungssinnes hervorge- rufen wird.