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Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeidung Einstellmagnet zur Linearverschiebung
eines als Tauchspule ausgebildeten Magnetankers.
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Die Erfindung betrifft einen Einstellinagneten zur Linearverschiebung
eines als Tauchspule ausgebildeten Magnetankers, der bei Erregung der Tauchspule
entsprechend einer gewählten Positiv/ Negativ Erregung durch das Kraftfeld eines
Magneten in Vorwärts/ Rückwärts-Schubrichtung einstellbar ist Einstelimagneten bekannter
Art (US-Patent 2 640 955) zur Linearverschiebung von als Tauchpulen ausgebildeten
Magnetankern sind so angeordnet, daß eine mit einem zylandrischen Magnetkern verbundene
Spule coaxial zu einemzylindrisch ausgebildeten Magnetkern geführt wird Der coaxial
geführte Magnetkern kann dazu dienen, ein Bctätigungs glied um einen gewünschten
Betrag in einer bestimmtenn Richtung linear
zu verschieben.
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Die Einrichtungen der bekannten Art haben den Nachteil, daß für die
Einstellung des beweglichen Magnetankers eine erhebliche elektrische Steuerenergie
notwendig ist, durch die im Betrieb des Einstellmagneten erhebliche Wärmeverluste
auftreten. Die Betriebswerte eines derartigen Einstellmagneten sind daher begrenzt
durch die Erwärmung der beteiligten Bauelemente. Bei den Einstellmagneten bekannter
Art ergeben sich für die Wärmeableitung Schwierigkeiten durch die geschlossene zylindrische
Anordnung der magnetischen Teile. Es besteht ferner der Nachteil, daß. der aus einem
ferromagnetischen Material bestehende bewegliche Magnetankereine bestimmte Massenträgheit
aufweist, durch welche die Einstellgeschwindigkeit des Ankers herabgesetzt wird.
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Die Nachteile bekannter Einrichtungen werden gemäss der Erfindung
dadurch vermieden, daß der Magnetkern als Dreischenkel-#enster-Magnetkern ausgebildet
ist, dessen Aussenschenkel aus Dauermagneten bestehen, deren Magnetflüsse durch
Magnetjoche und den Mittels chenkel ~ in zwei Paralell- Magnetkr eisen angeordnet
sind, und daß das eine Ende des Mittelschenkels in einer Öffnung eines der Magnetjoche
einen Luftspalt bildet, in welchem die Tauchspule am Mittelschenkel geführt ist.
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Die genannte Anordnung hat den Vorteil, daß bei guter magnetischer
Wirkung des Einstellinagneten eine unzulässig hohe Erwärmung der Bauteile vermieden
wird. Durch die offene Bauweise des Magnetkerns ergeben sich günstige Werte der
\V'i3 rneableitung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Abbildungen
näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Einstellmagneten
der mit einem Magnetkopf -Tragarm verbunden ist.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Obenansicht bzw. eine Frontansicht der
in Fig. 1 dargestellten Teile des Einstellinagneten Die Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung
der-für den Einstellmagneten verwendeten Erreger spule.
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Der in Fig. 1 dargestellte Einstellmagnet wird dazu benützt, durch
die Schiebeinrichtung 13 die Magnetköpfe 11 auf ausgewählte Spuren der Magnetplatten
10 einzustellen. Die Magnetköpfe 11 haben den Zweck, in den ausgewählten Spuren
der Magnetplatten 10 Daten aufzuzeichnen oder abzufühlen. Die Magnetköpfe 11 sind
an Tragarmen 12 befestigt, die mit dem Magnetkopfträger 13 verbunden sind. Der Magnetkopfträger
13 besteht aus einem senkrechten Teil 14 an dem eine Anzahl von Magnetkopf-Tragarmen
12 befestigt sind, von denen jedoch nur 2 Tragarme dargestellt sind. Der senkrechte
Teil 14 ist mit der Grundplatte 15 des Schiebers 13 fest verbunden. An dieser sind
die drei Laufrollen 16 bis 18 drehbar angeordnet , welche an der als Schiene ausgebildeten
Grundplatte 20 geführt sind. Die Oberfläche 19 der Grund-Platte 20 ist bezüglich
der Senkrechtstellung der Platten 10 genauestens ausgerichtet, und sie bildet b
ezüglich den Plattenoberflächen eine genaue Parallelführung.
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Die Laufrollen 16 bis 18 werden ihrerseits an der Oberfläche 19 der
Grundplatte 20 durch Rollen geführt, die an den Schrägflächen 21 und 22 der als
Schiene ausgebildeten Grundplatte 20 geführt sind Die Rolle 23 wird durch die Feder
24 an die Srhragfläche 22 gedrückt. Eine entsprechende aus einer Laufrolle und einer
Feder bestehende Anordnung wird an die gegenüber liegende Schrägfläche 21 der Grundplatte
20 gedrückt. D icsc Anordnung bewirkt eine genaue Führung der Laufrollen 16 bis
18 an de Oberfläche 19 der Grundplatte 20.
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Der Einstellrnagnet ist durch die Grundplatte 25 und 20 mit einem
Sockel
26 verbunden. Der Aufbau des Einstellmagneten wird näher erläutert durch die Darstellungen
nach den Figuren 2 und 3.
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Der Mittelschenkel 27 des Magnetkerns besteht vorzugsweise aus Weicheisenmaterial.
Das zylindrisch ausgebildete Polstück 27 bildet den zentral angeordneten Mittelschenkel
des Magnetkerns-, der sich an einem Teilstück 28 zu einem grösseren Durchmesser
erweitert. Durch den vergrösserten Durchmesser des Mittelschenkels ergibt sich eine
erhöhte Leitfähigkeit der magnetischen Kreise.
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Die Seitenschenkel 29 und 30 des Magnetkerns bestehen aus Permanentmagneten,
welche in jeweils gleichen Richtungen polarisiert sind. Die Nord-Pole der beiden
Permanentmagneten 29 und 30 sind durch das Magnetjoch 32 verbunden, in dessen kreisrunde
Öffnung 33 das Polende des Mittelschenkels 27 eingreift. Das Polende des Mittelschenkels
27, das einen ldeineren Durchmesser aufweist als die Öffnung 33 des Magnetjochs
32 bildet an diesem einen kreisförmigen Luftspalt. Das Polende des Mittelschenkels
27 greift durch die Öffnung 33 hindurch und endet in einem kleinenAbstand##or der
Frontseite des Polstücks 32. In dieser Weise ergibt sich eine wirksame Verteilung
des magnetischen Flusses am Luftspalt.
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Die Teile des Magnetkerns werden durch Befestigung an der Grundplatte
25 zusammengesetzt. Die Grundplatte 25 und der Sockel 26 enthalten eine Öffnung
34, deren Randbegrenzung mit der Fensteröffnung des Dreischenkel-Magnetkerns, der
aus den Teilen 29, 30 und 31, 32 besteht, bündig ist. Dadurch ist der Magnetkern
nach zwei Seiten geöffnet, so daß die im Betrieb des Einstellinagneten entstehende
Wärme gut abgeleitet-wird.
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Am Spulenträger 36 ist eine elektrische Wicklung 35 angeordnet.
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Der Innendurchnlesser des röhrenförmigen Spulenträgers 36 ist so bemessen,
daß er am zylinderförmigen Mittelsehenkel 27 des lotgnetkerns
gleitbeweglich
geführt werden kann Die an der Oberfläche des Spulenträjgers 36 angeordnete Wicklung
35 bildet eine Schicht deren Schichtendicke so bemessen ist, daß sie am Umfang der
Öffnung 33 berührungsfrei bleibt.
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Der Spulenträger 36 kann aus einem nichtinagnetischen Material, wie
z.B. Aluminium bestehen. Der Spulenträger 36, das Spulenträger -Endstück 37 die
Grundplatte 15 und der senkrecht angeordnete Teil 14 des Magnetkopfträgers 13 können
somit aus einem einzigen Gussteil bestehen. Aufgrund dieser Fertigungsart sind alle
Teile des Magnetkopfträgers 13 genau ausgerichtet. Wie bereits erläutert ist die
Grundplatte des Magnetkerns am Sockel 26 befestigt, so daß die Anordnung bezüglich
der Grundplatte 20 genau ausgerichtet ist. Die beschriebene Bauweise gewährleistet,
daß der Spulenträger 36 bezüglich der Mittelachse des zylindrischen Mittelschenkels
27 des Magnetkerns genau coaxial geführt wird. Eine zusätzliche Verbesserung der
Wirkungsweise ergibt sich dadurch, daß für den nichtmagnetischen Spulenträger 36
ein elektrisch nicht leitendes Material wie z. B. Phenolharz gewählt wird.
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Die mit beiden Enden der Wicklung 35 verbundene Anschlussleitungen
38 39 werden am Isolationselement 40, das an der Oberfläche des Spulenträgers 36
befestigt ist, zu den Anschlussklemmen 41, 42 geführt. Am Umfang der Öffnung 33
des Joches 32 ist die Nut 43 angeordnet, welche für das Isolationselement 40 bei
Verschiebung des Spulenkörpers 36 einen Durchlass ermöglicht. Die Leitungen 44,
45 verbinden die Anschlussklemmen 46, 47. Das aus zwei Leitern bestehende Kabel
48 verbindet die Anschlussklemmen 46,47 des Magentkopfträgers 13 mit den Anschlussklemmen#49,
50 die am Sockel 26 befestigt sind. Das Kabel 48 ist flexibel ausgebildet, so daß
die Anschluss enden des Kabels den Bewegungen des Magnetkopfträgers 13 folgen können.
Die Anschlussklemmen 49, 50 sind durch Leitungen 51, 52 mit einer Steuerspannungsquelle
53 verbunden.
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Diese Spannung squelle erzeugt in der elektrischen Wicklung 35 die
für die Einstellbewegung des Spulenträgers 36 erforderliche Energie.
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Durch die Permanentmagneten 29, 30 des Magnetkerns erzeugte Magnetflüsse
verlaufen von den Südpo#-Enden der Dauermagmagneten durch das Magnetjoch 31 in den
Mittelschenkel 27, von welchem sie durch den Luftspalt der Öffnung 33 des Magnetjochs
32 den Rückschluss der Permanentlnagre ten 29, 30 zu deren Nordpol-Enden bilden.
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Aufgrund dieser Anordnung besteht im Luftspalt des Polstücks 32 ein
starkes Magnetfeld. Bei Erregung#der elektrischen Wicklung 35 wirkt auf den Spulenträger
36 eine Schubkraft in axialer Richtung, deren Schubrichtung abhängt von der Polarität
der Steuerspannung, die mit der Spule 35 verbunden ist. Diese Schubkraft bewegt
den Magnetkopfträger 13 der an der Grundplatte 20 geführt ist.
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Die Steuerspannung 53 ist eine Servospannung , die entsprechend den
gewünschten horizontalen Einstellbewegungen der Magnetköpfe 11 auf bestimmte Spuren
der Platten 10 automatisch verändert wird. Bei Durchführung einer Einstellbewegung
erzeugt eine Servospannung zunächst eine Schubkraft in der gewünschten Richtung,
welche den Magnetkopfträger 13 in dieser Richtung beschleunigt. Bevor die Magnetköpfe
11 die gewünschte Spur erreichen, bewirkt die Steuerspannung 53 einen Strom entgegengesetzter
Richtung in der Wicklung 35, wodurch in entgegengesetzter Schubrichtung eine Schubkraft
erzeugt wird. Diese Kraft bremst den Magnetkopfträger 13, der zwar in der ursprünglichen
Richtung weiterläuft, der jedoch entsprechend der genauen Bemessung der Servospannung
beim Erreichen der gewünschten Spureinstellung der Magnetköpfe stillgesetzt wird.
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Die Wicklung 35 kann so ausgebildet sein, daß unabhängig von der axialen
Einstellung dieser Wicklung eine gleichbleibende Schubkraft erzeugt wird.
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Die Anordnung des. Magnetkerns als Dr eis chenkel -Fenster -Magnetkern,
der nach zwei Seiten geöffnet ist, ermöglicht wie bereits erwähnt eine günstige
Wärmeableitung, die ohne weitere Hilfsmittel erreicht werden kann. Bessere Werte
der Wärmeableitung werden erreicht, wenn durch die Öffnungen des Fenster-Magnetkerns
ein durch ein Gebläse erzeugter Luftstrom geleitet wird. Die besondere Ausbildungsform
des Magnetkerns gewährleistet jedoch auch die Erzeugung grösstinöglicher Schubkräfte
für den Spulenkörper 36. Ausserdem kann durch die besondere Bauweise ein minimales
Gewicht der bewegten T eile erreicht werden.
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Die daraus hervorgehende geringe Massenträgheit hat eine grosse Beschleunigung
bei den Einstellvorgängen zur Folge.
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Zur Stillsetzung des Spulenkörpers 36 in einer bestimmten Spurlage
sind keine besonderen Kräfte erforderlich. Die Reibungskräfte, die durch die Führung
des Spulenkörpers 36 am Mittelschenkel 27 des Magnetkerns und durch die Führung
des Magnetkopfträgers 13 an der Grundplatte 20 gebildet werden, sind für eine lagesichere
Einstellung normalerweise ausreichend. Ein zusätzliches Festhalten des Magnetkopfträgers
13 in einer Einstell-Lage könnte jedoch durch eine Verriegelungseinrichtung erreicht
werden.
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Die besondere Ausführungsform der Einrichtung hat ferner den Vorteil,
daß Einstellschübe grosser Länge erreicht werden können, wodurch die Einstellung
der Magnetköpfe in grossen Bereichen verändert werden kann.
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Die Einrichtung Icasll daher mit Vorteil verwendet werden für Magnetplattenspeicher,
die in Kassetten angeordnet sind. Die Magnetköpfe können daher für das Auswechseln
einer Plattenkassette vollständig aus dem Bereich der Magnetspuren zurückgezogen
werden.
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Der in Fig. 4 dargestellte nichtmagnetische, elektrisch nichtleitende
Spulenträger 36 ist mit dem Spulenträger-Endstück 37 fest verbunden Dieses Spulenträger-Endstück
ist röhrenftirlnig. Es hat einen den
Spulenträger 36 angepassten
inneren Durchmesser und einen der Erregerwicklung 35 angepassten äußeren Durchmesser.
Das Spulenträger-Endstück und der Spulenträger sind in axialer Richtung so ausg#erichtet,
daß das Spulenträger-Endstück in dem zwirschen dem Mittelschenkel 27 und der Öffnung
33 bestehenden Luftspalt ein~ stellbar ist. Das Spulenträger -Enstück 37 rst mit
dem Magnetkopfträger 13 verbunden. Gemäss der Darstellung nach Fig. 4 befindet sich
die-Tau:chspule in der Lage ihres grössten Einstellhubes.
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Das Spulenträger-Endstück 37 befindet sich bei dieser Hubstellung
teilweise innerhalb de s Luftspaltes . Daraus ergibt sich, daß der Strom der Erregerwicklung
35 nur mit einem Teil des am Luftspa lt bestehenden Magnetflusses 5-4 zusammenwirkt.
Die Einstellkraft, die in dieser Hubstellung erzeugt wird, ist daher wesentlich
kleiner als die Einstelikraft, die erzeugt wird, wenn der Luftspalt vollständig
durch Teile der Erregerwicklung belegt wird. Die gezeigte Hubstellung wird jedoch
nur erreicht, wenn ein Stapel der in Fig.. 1 dargestellten Magnetplatten 10 am Plattenspeicher
gerät ausgewechselt werden soll. Nur in dieser Betriebsphase erreicht der Magnetkopfträger
seine äußerste Randstellung.
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Wenn sich der Spulenträger der in Fig. 4 dargestellten Stellung nähert,
wird der Strom in der Erregerwicklung 35 umgekehrt, um die Einstellgeschwindigkeit
der Anordnung herabzusetzen. Der Erregerstrom der Erregerwicklung 35 wirld: jedoch
nicht nur ausschliesslich mit dem primären Magnetfluss 54 zusammen, dessen Wirkung
mit zunehmender Verschiebung der Erregerwicklung aus dem Luftspalt und zunehmender
Einführung des Spulenträger-Endstücks 37 in den Luftspalt abnimmt, sondern der Strom
der Erregerwicklung wirkt auch zusammen mit dem magnetischen Str-cuflus s 55. In
dieser Weise bewirken die durch die Erregun#rzeugten Schubkräfte vor Beendigung
der Hubbewegung eine Stillsetzung der Tauchspule. Bei Stillsetzung der Tauchspule
bewirkt die in Fig. 1 dargestellte Steuerspannung 53 eine Unterbrechung des Erregerstromes.
in
der Erregerwicklung, wodurch der Magnetkopfträger in der einsprechenden Stellung
stillgesetzt wird.
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Der oben erwähnte Magnetfluss 55 verläuft ausserhalb des Luftspalts
von den Dauermagneten 29 und 30 und vom Magnetjoch 32 zum Mittelschenkel 27 . Der
magnetische Streufluss 55 ist infolge des viel grösseren magnet.ischer4tiderstandes,
den er zu überwinden hat, erheblich schwächer als der magnetische Hauptfluss 54.
Die durch den magnetischen Streufluss 55 bewirkten Schubkräfte sind daher entprechend
schwächer. Die dadurch erzeugten Schubkräfte sind jedoch ausreichend, um eine Einstellbewegung
des Magnetkopfträgers zu vollenden.
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In der-Endstellung der Tauchspule liegt die Erregerwicklung 35 vollständig
ausserhalb des Luftspaltes Der Erreger strom kann daher nur mit dem Streufluss 55
zusammenwirken, Die Einstellkräfte genügen jedoch, um die in Fig. 1 dargestellten
Magnetköpfe 11 an den Rand der Magnetplatten 10 einzustellen. Bei einer Spureinstellung
der Magnetköpfe wird jedoch durch das zunehmende Einschieben der Erregerwicklung
35 in den Luftspalt die Beschleunigung der Einstellbewegung mit zunehmender Schubkraft
erhöht. Bei Annäherung der Magnetköpfe an di gewünschte Einstelladresse wird die
Polarität der Steuerspannung 53 umgekehrt, so daß die Einstellbewegung der Magnetköpfe
11 gebremst wird.
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Anhand der Fig. 4 wurde erläutert, daß die Polarität des Erreger stromes
in der Erregerwicklung 35 umgekehrt wird, wenn sich der Magnetkopfträger seiner
Endstellung nähert. Wenn jedoch in dieser Betriebsphase die Stromversorgung aufgrund
einer Störung ausfällt, kann die Einstellbewegung nicht gebrem st werden. Somit
könnten sich durch das Anschlagen der Tauchspule in der Endstellung eine Beschädigung
der Einrichtung ergeben.
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Das aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Spulenträger-Endstück
37 bewirkt jedoch eine automatisch wirkende Wirbelstrombremse, die auch beim Ausfallen
der Stromversorgung eine störungsfreie Stillsetzung der Tauchspule bewirkt. Der
durch das Spulenträger-Endstück 37 gebildete Kurzschlussring kann entweder nur aus
einer Oberflächenschicht eines elektrisch leitenden Materials des Endstücks bestehen,
oder dieses kann vollständig aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt
sein.
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Wenn der Kurzschlussring des Spulenträger - Endstücks 37 den magnetischen
Hauptfluss 54 erreicht, erzeugt dieser innerhalb des Kurzschlussriiigs Wirbelströme.
Die Amplitude eines erzeugten Wirbelstromes ist der Einstellgeschwindigkeit der
Tauchspule direkt proportional. Der Wirbelstrom bewirkt zusammen mit dem magnetischen
Hauptfluss eine Kraft, die der auf die Tauchspule wirkenden Einstellkraft entgegengerichtet
ist. In dieser Weise wird die Einstellbewegung automatisch gebremst, bis die Tauchspul
e ihre Endstellung erreicht.