DE2744554A1

DE2744554A1 - Magnetanordnung fuer einen aufschlagdrucker

Info

Publication number: DE2744554A1
Application number: DE19772744554
Authority: DE
Inventors: Aram Sarkis Arzoumanian
Original assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2744554C2; IT1088476B; SU740147A3; NL178301B; NL178301C; JPS598051B2; FR2367612A1; JPS5346661A; US4114532A; NL7710290A

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO !ECSIZN 1 AM Γ-UHRSTEIN 1 ■ TEL.: (O2 O1) 4126 87 Seite - 3 - D 956

DATAPRODUCTS CORPORATION 6219 DeSoto Avenue, Woodland Hills, Kalifornien 91364, U.S.A.

Magnetanordnung für einen Aufschlagdrucker

Di= Erfindung bezieht sich auf eine Magnetanordnung für einen b-.*=gze Magnetspulenhämmer verwendenden Aufschlagdrucker. Ver- £ .-iedene U.S.-Patentschriften befassen sich mit dieser Art von Aufschlagdruckern. Verwiesen wird beispielsweise auf die US-PS^fn 3 087 421, 3 172 352, 3 279 362, 3 285 166 und 3 643 595.

Bei allen in den obengenannten Patentschriften beschriebenen Druckern ist eine Permanentmagnetanordnung vorgesehen, in der mehrere Luftspalte jeweils zur Aufnahme einer flachen Spule vorgesehen sind. Jede flache Spule ist physikalisch mit einem Hammer gekoppelt, der zum Abdruck eines Zeichens gegen eine Ty: .trägerfläche schlagen kann. Bei den meisten, aus den oben ar ..jebenen Druckschriften bekannten Druckern besteht die Magne >_är,ordnung aus mehreren Permanentmagnetgliedern, die in ersten und zweiten parallelen Reihen angeordnet und derart gepolt sind, dar. sie einen geschlossenen Magnetfeldweg hervorrufen, wobei der Magr.ccfluß in der ersten Reihe in einer Richtung und in der zweiten Reihe in der entgegengesetzten Richtung orientiert ist. Spalte in den ersten und zweiten Reihen sind so ausgerichtet, daß jedes Paar von ausgerichteten Spalten eine andere Hammerspule aufnimmt. Die Spule durchfließender Strom erzeugt eine magnetische Kraft, welche den Hammer in Richtung der aus einer Walze oder einem Band bestehenden Typenträgerflache, stößt.

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Z/bu.

Die an der Spule entwickelte Kraft ist proportional zu dem Produkt aus magnetischer Induktion (B) innerhalb des Spalts und dem die Spule durchströmenden Strom (i). Aufgrund von Erfordernissen der Praxis sollte die Stromstärke in der Spule minimalisiert werden, um Aufheizprobleme zu vermeiden. Bei

einem vorgegebenen Wert des die Spule durchfließenden Stroms ist die auf den Hammer wirkende Kraft daher direkt auf die Stärke der magnetischen Induktion im Spalt bezogen. Bei vorgegebener Geometrie gewisser Abmessungen hängt die magnetische Induktion in erster Linie von dem Material des Permanentmagneten ab. Allgemein ausgedrückt sind höhere Energie entfaltende Materialien, z.B. Seltene Erden, beträchtlich teurer als Materialien niedrigerer Energie, beispielsweise die unter der Bezeichnung Alnico bekannte Gruppe von zu Dauermagneten verwendeten Legierungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Magnetanordnung zur Verfügung zu stellen, welche auf relativ billige Weise eine hohe magnetische Induktion im Spalt erzeugt. Die Erfindung verwendet dabei einen Typ von Dauermagnet, der aus Legierungen Seltener Erden zusammengesetzt ist. Solche Legierungen sind in jüngster Zeit wegen ihres außerordentlich hohen Energieprodukts sehr gefragt. Sie sind sowohl in¹ der technischen als auch in der Patentliteratur, beispielsweise in der US-PS 3 970 484 beschrieben.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Magnetanordnung magnetische Bauteile aus einem energiereichen Seltene Erden-Magnetmaterial auf, welche mit Bauteilen aus einem energieärmeren magnetischen Material, z.B. aus Alnico verschachtelt bzw. verzahnt angeordnet sind. Bei geeigneter Konfiguration führt die sich daraus ergebende Anordnung zu einer magnetischen Induktion im Spalt, die höher ist als der Mittelwert der magnetischen Induktion bei einer vollständig aus Seltenen Erden- oder Alnico-Magneten bestehenden Anordnung.

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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die energiereichen Seltenen Erden-Magnete mit Weicheisenstücken statt Alnico-Magneten verschachtelt bzw. verzahnt angeordnet.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht auf einen Spulenhämmer

verwendenden Aufschlagdrucker bekannter Ausführung, in welchem die Erfindung vorteilhaft realisiert werden kann;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaubild der Entmagnetisierungskurven eines der Seltenen Erden-Magnetmaterialien (Samariumkobalt) und von "Alnico 8"-Magnetmaterial;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 eine ein Schaubild der resultierenden magnetischen Luftspaltinduktion B (k Gauß) bei der Anordnung gemäß Fig. 5 als Funktion der differentiellen Permeabilität ρ^- ...Br der verschiedenen Typen von Hc

Alnico-Magneten verschachtelt mit Seltene Erden-Magneten gewisser Charakteristiken; und

Fig. 7 ein Schaubild der resultierenden magnetischen Luftspaltinduktion B (k Gauß) bei der Anordnung gemäß Fig. 5 als Funktion der magnetischen Induktion von Seltene Erden-Magneten B in geschachtelter Anordnung mit verschiedenen Arten von Alnico-Magneten.

Im folgenden wird zunächst auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, welche einen typischen Hochgeschwindigkeitsaufschlagdrucker zeigen, wie er beispielsweise in der US-PS 3 983 genauer beschrieben ist.Eeriiden Figuren 1 und 2 dargestellte

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Drucker weist eine bewegte Typenträgerfläche, z.B. eine Walze 20 mit auf der Umfangsflache in zur Walzenachse parallelen Reihen und um die Walzenachse laufenden Ringen angeordneten erhabenen Zeichen (nicht gezeigt) auf. Eine Hammerbankanordnung 22 aus einer Vielzahl von einzeln betätigbaren Hämmern 24 ist neben der Walze 20 angeordnet· Die Hammerbankanordnung ist soweit von der Walze 20 beabstandet, daß das zu bedruckende Papier 26 sowie ein Farbband 28 zwischen beiden durchlaufen können. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Papier-Fortschaltsystem dient zum zeilenweisen Vorbeibewegen des Papiers vor den Hämmern 24. Bei Betätigen eines Hammers zu einem geeigneten Zeitpunkt relativ zur Walzenposition schlägt der Hammer auf die Rückseite des Papiers 26 und stößt dessen Vorderseite gegen das Farbband 28 und das ausgewählte Zeichen auf der Walze 20, wodurch das Zeichen auf der Vorderseite des Papiers abgedruckt wird.

Die Hammerbankanordnung 22 besteht in typischer Aus führung s form aus einer Halterungsvorrichtung 30 und einer Vielzahl von an der Halterungsvorrichtung angebrachten Hammermoduln 32 und Magnetmoduln 34. Die Halterungsvorrichtung kann erste und zweite längliche Rohrstücke 36 und 38 aufweisen, die in paralleler Anordnung zwischen zwei Endplatten 40 befestigt sind· Die Rohrstücke 36 und 38 tragen in Längsrichtung der Rohrstücke nebeneinander eine Vielzahl von Befestigungselementen 44, von denen jedes einen zwischen die Rohrstücke 36 und 38 passenden, etwa stundenglasförmigen Einsatz bildet, der an der Umfangsflache der Rohrstücke festgelegt ist. Jedes Befestigungselement 44 weist gegenläufige Bohrungen 46 und 48 auf, die mit Innengewinden versehen sind und Schraubbolzen zur Halterung der Hammermoduln 32 und der Magnetmoduln 34 an den Befestigungselementen aufnehmen. Die Halterungsvorrichtung kann zwischen ersten und zweiten Druckstellungen in der in der US-PS 3 911 814 beschriebenen Weise hin- und herbewegt werden.

JederHammermodul 32 weist einen gemeinsamen Fußteil 60 mit einem den Modul am Rohrstück 36 der Halterungsvorrichtung festlegenden

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hinteren Basisabschnitt62 und einem mehrere Hämmer 24 halternden, nach vorn vorspringenden Abschnitt 64 auf.

Der hintere Basisabschnitt 62 des Fußteils 60 ist mit einer Ausnehmung versehen, deren gekrümmter Querschnitt so bemessen ist, daß er der Umfangsflache des Rohrstiicks 36 folgt. Der Fußteil 60 des Hammermoduls ist mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Bolzens 70 versehen, der in die Innenbohrung 46 eines Befestigungselements 44 eingeschraubt ist.

Jeder der Hammermoduln 32 weist außerdem eine Vielzahl von Hämmern 24 auf, von denen jeder federnd an dem nach vorne vorspringenden Abschnitt 64 des Fußteils 60 gehaltert ist. Wie in der US-Ps 3 279 362 beschrieben ist, weist jeder der Hämmer einen starren Bauteil 80 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten, aus mehreren Windungen bestehenden leitenden Spule auf, wobei der starre Körper mit der leitenden Spule in einem flachen starren Gehäuse, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet ist. Der Spulenbauteil 80 ist drehbar an zwei leitenden Federn 82 und· 84 gelagert, deren von dem Spulenbauteil 80 entfernten Enden in dem nach vorne vorspringenden Abschnitt 64 des Fußteils befestigt sind. Die Federn 82 und 84 sind elektrisch leitend und führen der Spule des Spulenbauteils 80 Strom zu. Eine mehradrige Leitung 86 verbindet ein Verbindungsstück mit den Hämmern jedes Hammermoduls 32. Die Enden der in der Zeichnung nicht dargestellten Spule sind elektrisch mit den Federn 82 und 84 verbunden. Das Spulenbauteil 80 trägt an dem von den Federn 82 und 84 entfernten Ende einen Schlagkopf 92.

Die Hammermoduln sind in gegenseitiger Ausrichtung an dem Rohrstück 36 gehaltert, das in den gekrümmten Abschnitt der Ausnehmung in den Hammermodul-Fußteilen eingreift. Außerdem sind die Hammermoduln mittels der die Fußteile durchgreifenden und in die Befestigungselemente 44 eingeschraubten Bolzen 70 festgelegt. Bei dieser Anordnung liegen die stirnseitigen Enden aller Schlagköpfe 92 in einer gemeinsamen Horizontallinie parallel zur Achse der Walze 20 gemäß Fig. 1.

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Um eine Kraft auf den Spulenbauteil 80 eines Hammers 24 wirken · zu lassen, welche den Hammerschlagkopf 92 schlagartig gegen die Walze 20 treibt, wenn die Spule erregt ist, wird ein Magnetfeld von den oben erwähnten Magnetmoduln 34 erzeugt, welches rechtwinklig zu den Ebenen der Spulenbauteile 80 verläuft. Jeder Magnetmodul weist einen Fußteil 96 auf, der an dem Rohrstück 36 der Halterungsvorrichtung 30 im wesentlichen in der gleichen Weise angeordnet und gehaltert ist wie die Hammermoduln 32· Mehrere dünne, rechtwinklige magnetische Bauteile springen nach vorn von dem Magnetmodul-Fußteil 96 vor, sind mit Abstand parallel zueinander angeordnet und können, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, aus einem Dauermagnetwerkstoff oder aus Weicheisenmaterial bestehen.

Bei einem typischen Drucker der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art sind beispielsweise 68 Hammer 24 in gegenseitiger Ausrichtung entlang des Rohrstücks 36 gehaltert und geeignet, die gleiche Anzahl von Spaltenstellen entlang einer Zeile zu drucken. Die aus' mehreren Magnetmoduln mit jeweils mehreren Magneten bestehende Magnetanordnung bildet eine Anzahl von Spalten, die der Zahl der Hämmer entspricht, wobei jeder Spalt einem bestimmten Hammer zugeordnet ist.

Der Abstand zwischen den Hämmern beträgt in typischer Ausführung 5,08 mm. Die Dicke eines Hammers erfordert eine Mindestlänqe jedes Spalts von 1,156 mm, wodurch eine Maximallänge von 3,92 mm

für jedes Magnetstück verbleibt. Die Magnete sind- in der

in Fig. 2 dargestellten Weise entlang ersten und zweiten parallelen Reihen 134, 136 angeordnet, wobei die Magnete in jeder Reihe zur Bildung der Spalte in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Die einander entsprechenden Spalte der ersten und zweiten Reihen sind zueinander ausgerichtet, so daß jedes Spaltpaar eine gemeinsame Hammerspule aufnehmen kann. Die Magnete sind mit ihren Polflächen den Spalten zugewandt und erzeugen einen Kraftfluß entlang den ersten und zweiten Reihen in entgegengesetzten Richtungen. Magnetische Brückenstäbe bzw. -stege 138 sind mit benachbarten Enden der ersten und

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zweiten Reihen der Magnete gekoppelt und schließen damit den Kraftflußweg, der über die ersten und zweiten Reihen von Magneten und die Brückenstäbe verläuft. In bekannten, entsprechend Fig. 2 ausgebildeten Magnetanordnungen fanden generell identische Magnete Verwendung, die in der Regel aus Alnico 8-Material bestanden, das eine magnetische Induktion im Spalt in der Größenordnung von 4000 Gauß erzeugt·

Die Erfindung ist auf eine verbesserte Magnetanordnung gerichtet und wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in seinem grundsätzlichen Aufbau demjenigen gemäß Darstellung in Fig. 2 entspricht. Ein wesentliches Ziel bei der Konstruktion einer Magnetanordnung besteht darin, eine genügend hohe magnetische Induktion im Spalt bei relativ niedrigen Kosten zu erzielen. Da die Kosten direkt proportional zu dem benötigten Volumen des Magnetmaterials sind, können sie dadurch minimalisiert werden, daß die Magnete so nahe als möglich an dem Maximalenergieproduktpunkt der Entmagnetisierungskurve des Magneten betätigt werden.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen, welche die Entmagnetisierungskurven einer typischen Aluminium-Nickel-Kobalt— Legierung (Alnico 8) und einer typischen Seltene Erden-Legierung (re), Samariumkobalt (SmCo₅) darstellt. Bekanntlich werden die Charakteristiken eines Dauermagneten am häufigsten anhand seiner Entmagnetisierungskurve beschrieben, welche den zweiten Quadranten seiner Hystereseschleife enthält. Die Hauptcharakteristiken eines Dauermagnetmaterials können aus der Entmagnetisierungskurve abgeleitet werden und sind:

Restflußdichte (B ) in Gauß, d.h. die magnetische Flußdichte bzw. Induktion entsprechend der magnetischen Feldstärke (H) von Null in einem magnetischen Material, das sich in einem symmetrisch, periodisch magnetisieren Zustand befindet;

die Koerzitivkraft (H_c> in Oersted, d.h. die an ein 809815/0668

magnetisches Material entgegen der Restflußdichte (B_r) anzulegende magnetische Feldstärke, welche die Flußdichte bzw. magnetische Induktion auf Null reduziert;

das Energieprodukt in Gauß-Oersted, d.h. die von einem Magneten erzeugte äußere Energie,.welche gleich dem Produkt der magnetischen Induktion bzw. Flußdichte (B) und der auf der normalen Entmagnetisierungskurve gezeigten Entmagnetisierungskraft (H) ist. Das Maximum dieses Energieprodukts (BH) ist der Punkt.

mm

an welchem ein minimales Magnetmaterialvolumen erforderlich ist.

Permanentmagnete aus Kobalt und Seltenen Erden-Legierungen, z.B. Samariumkobalt (SmCo₅) haben typischerweise maximale Energieprodukte oberhalb von 12 Millionen Gauß-Oersted, und Materialien mit einem so hohen Energieproduktpegel werden im folgenden bei der Bezugnahme auf Seltene Erden-Magnete vorausgesetzt.

Ein Permanentmagnet kann bei einem bestimmten Punkt seiner Entmagnetisierungskurve betrieben werden, wobei die Einstellung des Betriebspunktes von den Charakteristiken der externen magnetischen Schaltung abhängig ist. Die wesentlichen Charakteristiken eines Betriebspunktes auf der Entmagnetisierungskurve sind:

Permeanzkoeffizient (P), d.h. das Verhältnis der gesamten externen Permeanz zu derjenigen des vom

Bj

Magneten eingenommenen Raumes (P= )

Differentielle Permeabilität (H^), d.h. das Verhältnis der periodischen Änderung der Flußdichte bzw. magnetischen Induktion (B) zur periodischen Änderung der magnetischen Feldstärke (H) an. irgendeinem Punkt auf der Hystereseschleife (u^ - ^

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Zusätzlich zu den Entmagnetisierungskurven für Alnico 8 und Samariumkobalt zeigt Fig. 3 auch zwei Hyperbelkurven der Energieprodukte von 5 bzw. 18 Millionen Gauß-Oersted und zwei Lastlinien, welche die Permeanzkoeffizienten von 3,4 und 1,7 darstellen. Die Lastlinie des Permeanzkoef fizienten 3,4 ist für eine Anordnung mit festem Luftspalt repräsentativ, bei der das Verhältnis der Magnetlänge zur Spaltlänge 3,4 beträgt, z.B. in der Darstellung gemäß Fig. 2 bei einer Magnetlänge (L ) = 0,392 cm und einer Spaltlänge (L ) = 0,1156 cm. Fig. 3 zeigt außerdem eine Linie MEN, welche die Tangente an die Alnico 8-Entmagnetisierungskurve am Punkt E darstellt.

Aus Fig. 3 ist zu sehen, daß die Lastlinie P = 3,4 für die in Fig. 2 dargestellte Anordnung die Alnico 8-Entmagnetisierungskurve an einem Betriebpunkt E schneidet, an dem B, = 4000 Gauß, H, = 1170 Oersted und das Energieprodukt B.H, = 4,7 Millionen Gauß-Oersted (MGO) ist. Dieser ad

Energieproduktwert ist gleich 94 % des maximalen Energieprodukts von B H , das am Punkt F auftritt, an dem B = mm m

5000 Gauß, H = 1000 Oersted und BH = 5,0 MGO ist. m mm

Dieselbe Lastlinie von P= 3,4 schneidet die Samariumkobalt-Entmagnetisierungskurve an einem Betriebspunkt A, wo B. = 6650 Gauß, H, = 1950 Oersted und das Energieprodukt B.H, = 13,0 MGO ist. Dieses Energieprodukt ist gleich 74 % des maximalen Energieprodukts B H , das am Punkt D auftritt,

wo B = 4400 Gauß und H = 4000 Oersted sowie BH =17,6 m m mm

MGO ist.

Die Verwendung von Alnico 8-Magneten in der geometrischen Anordnung gemäß Fig. 2, angegeben durch die Lastlinie P = 3,4 in Fig. 3, stellt eine wirksame Verwendung von magnetischem Material dar, da das resultierende Energieprodukt 94 % des Maximums beträgt. Die sich ergebende Flußdichte bzw. magnetische Induktion (B) von 4000 Gauß ist jedoch niedrig im Vergleich zu der Verwendung vom Samariumkobalt

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in der gleichen Anordnung. Die Verwendung von Samariumkobalt-Magneten in dieser Anordnung stellt jedoch eine relativ schlechte Ausnutzung des Magnetmaterials dar, da das sich ergebende Energieprodukt nur 74 % des Maximums beträgt.

Die Erfindung stellt eine verbesserte Magnetanordnung zur Verfugung, bei der eine Kombination von Magnetmaterialien mit unterschiedlichen Charakteristiken zur Erzielung einer großen Ausbeute an der Flußdichte bzw. magnetischen Induktion im Spalt verwendet wird.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird zur Erhöhung des Energieprodukts näher an das maximale Energieprodukt B H (bei Aufrechterhaltung der in Fig. 2 dargestellten Konstruktionsabmessungen) eine magnetische Schaltung gebildet, in der Samariumkobalt-Magnetstücke und Weicheisenstücke alternativ angeordnet sind. Bei der Auswertung dieser in Fig. 4 dargestellten Anordnung und bei Vernachlässigung des sehr niedrigen Wertes der magnetischen Reluktanz von Eisen ist zu erkennen, daß jedes Magnetstück auf zwei Spalte wirkt, von denen jeder eine Längenabmessung von 0,1156 cm hat.

Daher ergibt sich ein Permeanzkoeffizient der magnetischen Anordnung von P = ⁼ ^⁷' ^{der e}*^nen Betriebspunkt C (Fig. 3) definiert, bei dem B_d = 5350 Gauß, H_d = 3150 Oersted und B.H. ■ 16,9 MGO. Dieser Energieproduktwert ist 96 % des maximalen Energieprodukts von 17,6 MGO am Punkt D.

Es ist daher zu sehen, daß das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, in welchem verschachtelte Samariumkobalt-Magnetstücke und Weicheisenstücke verwendet werden, zu einer höheren Spalt-Flußdichte bzw. magnetischen Induktion im Spalt als entsprechend dimensionierte Magnetanordnungen aus Alnico 8-Magneten führt. Die erhöhte Flußdichte bzw. magnetische Induktion wird ebenso erreicht wie eine verbesserte Ausnutzung des Magnetmaterials, da das Verhältnis des Energieprodukts

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am Betriebspunkt zum maximalen Energieprodukt vergrößert wird.

Im folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in welcher ein alternatives und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hochenergiemagneten, z.B. Seltene Erden-Magneten aus Samariumkobaltmaterial mit billigeren Magneten aus Alnico 8-Material verschachtelt bzw. verzahnt angeordnet sind. Wie nachfolgend abgeleitet werden wird, führt die sich daraus ergebende magnetische Anordnung zu einer höheren Flußdichte als der Mittelwert der Flußdichte dieser Magnete bei getrennter Benutzung in der gleich Konfiguration.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, in welchem die magnetische Anordnung aus abwechselnd angeordneten Hochenergie-Samariumkobalt-Magneten und Weicheisenstücken besteht, werden die Spalte natürlich alle von den Samariumkobalt-Magneten erregt bzw. mit Energie versorgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, bei dem eine Kombination aus Samariumkobalt- und Alnico-Magneten verwendet wird, rührt die Flußdichte in den Spalten sowohl von den Samarium— kobalt-Magneten als auch den Alnico-Magneten her. Um die Magnetanordnung gemäß Fig. 5 guantitativ auszuwerten sei angenommen, daß die von jedem Samariumkobalt-Magnet erregte Spaltlänge durch χ und die von jedem Alnico-Magneten erregte Spaltlänge durch 2 (0,0 4 55)-x dargestellt ist.

Schreibt man die Gleichung der Entmagnetisierungskurven für die Seltene Erde und für Alnico in der Form von B = f (H; x) (mit H = B/P) und setzt sie gleich, so kommt man zu einem Wert von "x", der die Berechnung der Flußdichte bzw. magnetischen Induktion B ermöglicht. In diesem Falle ist der Permeanzkoeffizient des Seltene Erde-Magneten: P = —*—

und der Permeanzkoeffizient des Alnico-Magneten ist

P * 0,1545 Al 0,091-x *

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AK

Die Seltene Erden-Entmagnetisierungskurve ist eine gerade Linie mit einer differentiellen Permeabilität von u^ « Rv* ft ft

-Tj^- = = 1,1 (siehe Fig. 3) und ihre Gleichung 1st:

B = I₁IH + 8,8, jedoch mit P„ = ■§ = ^— = , woraus

re -H ^rtx ^x

-Bx
folgt: H = —. Ersetzt man H durch dessen Wert: ^B - -¹»^{1 (}Ö7T545^{) + 8}>^{8 und B}re =

Die Alnico 8-Entmagnetisierungskurve kann dadurch angenähert werden, daß die differentielle Permeabilität am Arbeits— punkt (im vorliegenden Fall Punkt E) angenommen wird, wobei

Br 12 25
ΡΔΑ18 ⁼ H^-" ⁼ — ^{= 7 und eine} gerade Linie gezeichnet wird mit der Gleichung: B =7H + 12,25, jedoch P

0 flQI-ir

Ersetzt man H durch dessen Wert: B = -7B ( * ⁺ 12,25

^{Und B}A18 ■ ' ⁽²⁾

Setzt man B und B_A1g gleich so ergibt sich: - ^{Und X β} °'^{0675 ZO11}

Ersetzt man χ durch dessen Wert in (1), so ergibt sich: ^Bre - ' ^Bre = ^{5940 Gauß}·

Ersetzt man χ durch dessen Wert in (2) so ergibt sich: ^BA18 - ' ^BA18 = ^{5940 GaUß}·

Unter Verwendung der oben angegebenen Berechnungsmethode kann die Kurvenschar gemäß Fig. 6 gezeichnet werden. Diese Kurven zeigen die resultierende Flußdichte bzw. magnetische Induktion "B_res" als Funktion der differentiellen Permeabilität ¹¹U^" der verschiedenen Typen von Permanentmagneten (typischer Weise Alnico), die mit Seltene Erden-Magneten mit einer Flußdichte von 6650 Gauß bei einem Permeanzkoeffizienten von P=* 3,4 (Samariumkobalt-Entmagnetisierungskurve gemäß Fig. 3) verschachtelt bzw. wechselweise angeordnet sind·

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Seltene Erden-Magnete mit einer differentiellen Permeabilität ρ -_re = 1,1, die mit Magneten mit der gleichen differentiellen Permeabilität zusammengestellt sind, haben eine resultierende Flußdichte bzw. magnetische Induktion, welche gleich der mittleren magnetischen Induktion dieser Magnete bei separater Verwendung ist. Wenn beispielsweise Samariumkobalt-Magnete mit 6650 Gauß bei P = 3,4 abwechselnd mit Mischmetallmagneten (p. = 1,1) mit 5500 Gauß bei P= 3,4 zusammengestellt werden, so ergibt sich eine resultierende Flußdichte bzw. magnetische Induktion von = 6075 Gauß (vgl. Fig. 6).

Auch resultierende Flußdichten von Magnetkombinationen mit differentiellen Permeabilitäten über 5 unterscheiden sich nicht stark von der mittleren Flußdichte bei separater Verwendung. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß Alnico 8-Magneten (u. = 7, B = 4000 Gauß bei P = 3,4), die mit Alnico 5-7 (p* = 162, B = 2500 Gauß bei P = 3,4) abwechselnd zusammengestellt bzw. verschachtelt angeordnet werden, eine resultierende Flußdichte von B = 3385 Gauß ergeben, ein Wert also, der angenähert gleich dem Mittelwert ist, d.h. = 3250 Gauß.

Aufgrund einer Kombination von analytischen und experimentiellen Untersuchungen wurde gefunden, daß der höchste Gewinn an Flußdichte bzw. magnetischer Induktion (gegenüber dem Mittelwert unterschiedlicher Magnetwerkstoffe) in einem Bereich der magnetischen Permeabilität von 1,1 bis 7 erzielt wird, wobei eine Gruppe von Magneten (Booster-Magneten) eine differerrtielle Permeabilität von beispielsweise u». = 1,1 und die andere Gruppe eine höhere differentielle Permeabilität, z.B. Ua = 7 hat. Außerdem wächst bei einer bestimmten Flußdichte bzw. magnetischen Induktion von Booster-Magneten (z.B. Seltene Erden) der Gewinn an magnetischer Induktion bzw. Flußdichte mit abnehmender magnetischer Induktion (bei derselben Permeanz) der abwechselnd angeordneten bzw. verschachtelten Magnete (z.B. Alnico). Bei einem Samariumkobalt-Magneten mit 6650 Gauß bei P = 3,4 (Fig. 6) und einem abwechselnd mit diesem angeordneten Magneten mit 5500 Gauß bei P * 3,4 und u. = 5 ergibt die resultierende

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magnetische Induktion bzw. Flußdichte von 6310 Gauß einen Gewinn von 235 Gauß (3,9 %) gegenüber der mittleren Flußdichte der beiden Magnettypen (d.h. = 6075). Ein verschachtelter Magnet mit 2500 Gauß bei P = 3,4 und p£ = 5 ergibt eine resultierende magnetische Induktion bzw. Flußdichte von 5440 Gauß oder einen Gewinn von 5440 - 4575 = 865 (19 %).

Fig. 7 stellt die resultierende magnetische Induktion bzw. Flußdichte "B_{r s}" als Funktion der Seltene Erden-Magnet-Flußdichte "B " (bei P = 3,4) in verschachtelter Anordnung mit verschiedenen bekannten Dauermagneten (typischer Weise Alnico) dar, wobei die differentielle Permeabilität "u^" einem Punkt mit einem Permeanzkoeffizienten von 3,4 entspricht. Hier sind B = f(B ) gerade Linien mit geringfügig stärkeren Zuwachsraten bezogen auf höhere differentielle Permeabilitäten. Im Falle eines Booster-Seltene Erden-Magneten mit einer Flußdichte (bei P = 3,4) von B_r = 7000 -Gauß, abwechselnd angeordnet bzw. verschachtelt mit Alnico Magneten mit 4000^ 200 Gauß bei P= 3,4 wird eine resultierende Flußdichte von B = 6200 - 310 Gauß erzielt, während der Mittelwert der Flußdichten bzw. magnetischen Induktionen dieser Magnete bei separater Verwendung B = 5500 - 275 Gauß beträgt. Es ergibt sich also ein Gesamtgewinn von 12,7 %.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß eine Magnetanordnung aus einer Kombination von Hochenergie-Magneten mit relativ niedrigen differentiellen Permeabilitäten, z.B. Seltene Erden-Samariumkobalt-Magneten, zusammen entweder mit Weicheisen oder billigeren Magneten niedrigerer Energie und höherer differentieller Permeabilität, z.B. Alnico zu einer optimalen Ausnutzung des Magnetmaterials sowohl hinsichtlich der magnetischen Induktion im Spalt als auch hinsichtlich des Energieprodukts führt.

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Leerseite

Claims

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DATAPRODUCTS CORPORATION

Ansprüche

f 1.jMagnetanordnung mit einer Haiterungsvorrichtung, an der Trrenrere magnetische Elemente von im wesentlichen einheitlichen Abmessungen in gegenseitiger Ausrichtung mit gegenseitigem Abstand derart angeordnet sind, daß zwischen benachbarten magnetischen Elementen Spalte gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von magnetischen Elementen mit gruppenweise verschiedenen magnetischen Charakteristiken vorgesehen sind, wobei die erste Gruppe aus Permanentmagnetelementen aus einem Seltene-Erden-Material mit einem maximalen Energieprodukt von mehr als 12 Millionen Gauß-Oersted besteht, und daß die magnetischen Elemente der beiden Gruppen verschachtelt bzw. abwechselnd und durch die Spalte beabstandet angeordnet sind.
2. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente der zweiten Gruppe aus Weicheisen bestehen.
3. Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente der zweiten Gruppe Permanentmagnete sind.
4. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung vorgesehen sind.
5. Permanentmagnetanordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Abmessungen der magnetischen Elemente und der Spalte so gewählt sind, daß eine bestimmte magnetische Schaltungslastlinie entsteht, und daß die differentielle Permeabilität der ersten Gruppe von Permanentmagnetelementen, definiert durch die Lastlinie, kleiner als die differentielle Permeabilität der zweiten Gruppe von Permanentmagnetelementen ist.
6. Magnetanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die differentielle Permeabilität der ersten Gruppe von Pernanentrnagnetelementen angenähert gleich 1 ist und die differentielle Permeabilität der zweiten Gruppe von Permanentmacnetelementen größer als diejenige der ersten Gruppe ist.
7. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Verwendung in einem Aufschlagdrucker, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente in zwei Reinen (134, 136), reihenweise zueinander ausgerichtet, derart angeordnet sind, daß die Spalte zwischen den einzelnen magnetischen Elementen in den beiden Reihen paarweise ausgerichtet verlaufen, daß die benachbarten Enden der beiden Reihen (134, 136) durch magnetische Kopplungselemente (138) derart überbrückt sind, daß ein geschlossener Magnetflußweg über die beiden Reihen von magnetischen Elementen und die Kopplungselemente entsteht, und daß in beiden Reihen abwechselnd bzw. verschachtelt magnetische Elemente der ersten und zweiten Gruppen angeordnet sind.
8. Magnetanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, ca.") flache Spulen jeweils in einem der Spalte beweglich gelagert sind und die Spulenachsen parallel zu den ersten und zweiten Reihen (134, 136) verlaufen.

809815/0668