DE2231591B2 - Ringscheibenförmiger Dauermagnet für ein magnetisches Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, und daraus aufgebautes dauermagnetisches Lager - Google Patents
Ringscheibenförmiger Dauermagnet für ein magnetisches Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, und daraus aufgebautes dauermagnetisches LagerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen ringscheibenförmigen Dauermagneten für ein magnetisches Lager,
vorzugsweise für Elektrizitätszähler, das aus wenigstens zwei koaxialen Ringmagneten zusammengesetzt ist, die
aus verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel bestehen.
Es ist bereits bekannt, Dauermagnete herzustellen, die aus zwei verschiedenen dauermagnetischen Werkstoffen und einem Bindemittel bestehen, beispielsweise
aus Phenol-Formaldehydharzen und zwei Eisen-Nickel-Aluminium-Kobalt-Legieruiigen, von denen die eine
eine höhere Remanenz und die andere eine niedrigere Remanenz hat. Dabei wurde es als erforderlich
angesehen, daß die Koerzitivfeldstärken der beiden Legierungen sich um nicht mehr als 20% unterscheiden.
Bei den so hergestellten Magneten wurde eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht erreicht (DE-PS 7 06 902).
Es ist auch bereits bekanntgeworden, kunststoffgebundene Dauermagnete herzustellen, bei welchen die
Mischung aus einem zerkleinerten Dauermagnetwerkstoff nach Art der Eisen-Nickel-AIuminium-Kobalt-Legierungen und aus einem Dauermagnetwerkstoff nach
Art des Bariumferrit zusammengesetzt ist
Durch diese Mischung der beiden Magnetwerkstoffe mit unterschiedlichen magnetischen Werten hinsichtlich
ihrer Remanenz und Koerzitivfeldstärke hatte man sich eine Addition erhofft die weit über die der Einzelwerkstoffe hinausgeht In Wirklichkeit stellt sich jedoch nur
ein Mittelwert des Energieproduktes ein, der bei 0,66 χ 106 Gauß Oersted liegt, während bei dem
gepreßten Alnico-Magneten das Energieprodukt bei 0,68 χ 10* Gauß Oersted und das Energieprodukt des
gepreßten Bariumferritmagneten bei 0,52 χ ΙΟ6 Gauß
Oersted liegt Zwar wird die Remanenz des gepreßten Magneten aus der Mischung von Alnico und Bariumferrit gegenüber dem reinen, gepreßten Bariumferritmagneten um etwa 1400 Gauß erhöht, dafür jedoch die
Koerzitivfeldstärke gegenüber dem reinen Bariumferritmagneten um etwa 500 Oersted erniedrigt (DE-GM
17 40 092).
Dieser beachtliche Verlust an Koerzitivfeldstärke macht den Magneten besonders anfällig gegen entmagnetisierende Einflüsse und Temperaturschwankungen,
da Bariumferrit einen hohen Temperaturfehler aufweist. Seine Induktion verändert sich um etwa 2% pro 10° C
Temperaturänderung. Aufgrund dieser Nachteile ist der gepreßte Magnet aus einer innigen Mischung von
Alnico und Bariumferrit nur für wenige Anwendungszwecke geeignet und hat sich in der Praxis nicht
durchgesetzt.
Bei magnetischen Lagern ist es von besonderer Bedeutung, daß die sich gegenüberstehenden Oberflächen der Dauermagnete eine homogene Magnetisierung aufweisen, die sich nicht verändert. Außerdem darf
sich die Induktion der Magnete für magnetische Lagerungen nicht bei Temperaturschwankungen ändern, weil durch diese Änderung der Induktion eine
Veränderung der Luftspaltbreite eintritt, die zu Störungen Anlaß gibt. Durch eine axiale Verschiebung
des rotierenden Teils ist ein berührungsfreier Lauf zwischen den antreibenden und angetriebenen Teilen
nicht mehr gewährleistet. Deshalb werden üblicherweise derartige Dauermagnete aus einem Magnetmaterial
hergestellt, welches einen sehr kleinen Temperaturfehler aufweist. Solche Magnetmaterialien auf der Basis
von Eisen, Aluminium, Nickel und Kobalt, mit denen sich sehr gute Tragkräfte erzielen lassen, sind jedoch anfällig
gegen entmagnetisierende Einflüsse, wie sie z. B. bei Berührung mit ferromagnetischen oder dauermagnetischen Teilen auftreten. Besonders beim Zusammenbzw. Einbau der Dauermagnete des magnetischen
Lagers in den Elektrizitätszähler kommen derartige Berührungen leicht vor. Durch diese Berührung tritt
eine magnetische Unsymmetrie bzw. Inhomogenität der Magnetisierung auf, die den Gleichlauf beeinflußt und zu
Haltepunkten führt, die das Meßergebnis verfälschen oder einen Anlauf des Zählers bei geringer Belastung
verhindern.
Trotz sorgfältiger Montage läßt sich eine Berührung der homogen magnetisierten Polflächen der Dauermagnete nicht immer vermeiden.
Man hat deshalb Lagermagnete auch bereits aus Dauermagnetwerkstoffen hergestellt, die gegen derartige entmagnetisierende Einflüsse stabiler sind. Derartige
Dauermagnete, die aus zerkleinertem anisotropem Bariumferrit und einem Bindemittel bestehen, sind
bereits durch die US-PS 32 33 950 bekanntgeworden.
Diese Dauermagnetwerkstoffe besitzen jedoch einen sehr großen Temperaturfehler, d.h. sie weisen einen
stark negativen Koeffizienten der Induktion auf. Um derartige Dauermagnetwerkstoffe für magnetische
Lagerungen verwenden zu können, müssen die Dauermagnete mit einem sogenannten Temperaturkompensationsmaterial
versehen werden, welches im Nebenschluß zun Nutzfeld Hegt und bei Temperaturzunahme
seinen magnetischen Widerstand in dem Maße erhöht, in dem die Induktion des Magneten abnimmt
Abgesehen davon, daß durch das als Nebenschluß wirkende Temperaturkompensationsmaterial ein Teil
des zur Verfugung stehenden nutzbaren Flusses kurzgeschlossen wird, kann das Temperaturkompensationsmaterial,
welches in den meisten Fällen aus einer Legierung von Eisen mit etwa 30% Nickel besteht, nicht
mit stets gleichbleibenden Werten hergestellt werden. Eine exakte Temperaturkompensation läßt sich daher
nicht durchführen.
Durch die FR-PS 11 67 248 und 15 01 400 sind auch
bereits Dauermagnete bekanntgeworden, die aus Magnetmaterialien mit unterschiedlicher Induktion und
Koerzitivkraft zusammengesetzt sind. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Lagermagnete, bei denen das
Problem der äußeren Entmagnetisierung und Veränderung der magnetischen Werte durch Temperatureinflüsse
auftritt
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen ringscheibenförmigen Dauermagneten für magnetische
Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, und ein daraus aufgebautes dauermagnetisches Lager zu schaffen,
das bei geringen Herstellungskosten hohe Tragkräfte aufweist, wobei die ringscheibenförmigen Dauermagnete
in bezug auf ihre magnetischen Werte stabil gegen entmagnetisierende Einflüsse wie Fremdfelder
oder Berührung durch ferro- oder permanentmagnetische Teile sowie gegen Temperaturschwankungen sind.
Diese Aufgabe wird bei einem ringscheibenförmigen Dauermagneten für ein magnetisches Lager, vorzugsweise
für Elektrizitätszähler, das aus wenigstens zwei koaxialen Ringmagneten zusammengesetzt ist, die aus
verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel bestehen,
dadurch gelöst, daß eine Schicht aus der einen Komponente, die eine hohe Koerzitivfeldstärke von
mehr als 1600 Oersted und eine Permeabilität von nahezu 1 aufweist, auf einer wenigstens dreimal so
dicken Schicht aus der anderen Komponente, die eine geringere Koerzitivfeldstärke als die erste Komponente
aufweist und einen sehr kleinen Temperaturfehler besitzt, angeordnet ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Dauermagneten für andere Anwendungszwecke aus verschiedenen Komponenten
von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und Bindemittel besteht der Dauermagnet nach der
vorliegenden Erfindung nicht aus einer innigen Mischung der beiden Komponenten, sondern die eine
Komponente mit hoher Koerzitivfeldstärke bildet nur eine dünne Schicht auf der anderen Komponente.
Bei dieser Ausbildung wurde in überraschender Weise festgestellt, daß die magnetischen Eigenschaften
der zweiten Komponente mit wesentlich größerem Anteil an Magnetwerkstoff nicht nachteilig durch die
andere Komponente hoher Koerzitivfeldstärke und geringer Schichtdicke beeinflußt, sondern vielmehr
durch diese Komponente gegen entmagnetisierende Einflüsse geschützt werden. Aus diesem Grunde kann
man für die Komponente, welche die dünnere Schicht bildet auch Dauermagnetwerkstoffe verwenden, die
einen verhältnismäßig hohen Temperaiurfehler aufweisen. Dieser hohe Temperaturfehler macht sich aufgrund
der geringen Dicke der Schicht nur so wenig bemerkbar,
τ daß er für die vorliegenden Verhältnisse vernachlässigt
werden kann, so daß keine Temperaturkompensationsmaterialien erforderlich sind.
Darüber hinaus ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin besteht daß man für die dünnere Schicht einen
hi relativ teueren Dauermagnetwerkstoff, wie z. B. Dauermagnetlegierungen
der Seltenen Erden mit Kobalt, verwenden kann, weil der Anteil an diesem Werkstoff
wegen der geringen Schichtdicke sehr klein ist Dieser Dauermagnetwerkstoff mit extrem hoher Koerzitivfeld-
'■'> stärke bietet jedoch einen besonders guten Schutz
gegen entmagnetisierende Einflüsse.
Als Dauermagnetwerkstoff für die eine Komponente mit hoher Koerzitivfeldstärke können isotropes oder
anisotropes Barium-, Strontium- oder Bleiferrit, Daueren
magnetlegierungen aus Seltenen Erden und Kobalt Wismut-Mangan, Mangan-Aluminium Verwendung finden,
während die andere Komponente, welche die dickere Schicht bildet aus einer isotropen oder
anisotropen Legierung von Eisen mit mehreren der
-'"' Metalle Aluminium, Nickel, Kobalt, Titan und Kupfer
besteht.
Die dünnere Schicht der einen Komponente ist mit der dickeren Schicht der anderen Komponente z. B.
durch Pressen, Spritzpressen, Gießen oder einem
ι» ähnlichen Verfahren zu einem homogenen Körper
miteinander verbunden. Hierbei werden die Dauermagnetwerkstoffe der beiden Komponenten zerkleinert,
separat mit einem thermo- oder duroplastischen Kunststoffbindemittel gemischt und diese Mischungen
!"> in der gewünschten Reihenfolge übereinander geschichtet
und alsdann zu einem festen Körper, vorzugsweise unter dem Einfluß eines magnetischen Richtfeldes,
geformt und verfestigt. Anschließend wird der so hergestellte Magnet in der gewünschten Weise
■·" magnetisiert.
Ein dauermagnetisches Lager mit koaxial übereinander angeordneten und durch einen Luftspalt getrennten
Dauermagneten gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, daß die aus Dauermagnetwerkstoff mit hoher Koerzi-
'■· tivfeldstärke bestehende dünnere Schicht jeweils die
den Arbeitsluftspalt begrenzende Oberfläche der beiden Dauermagnete bildet.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Ι' F i g. 1 einen ringscheibenförmigen Dauermagneten
im Längsschnitt,
F i g. 2 zwei koaxial übereinander angeordnete, ein magnetisches Lager bildende ringscheibenförmige
Dauermagnete im Längsschnitt.
>■> In Fig. 1 ist ein ringscheibenförmiger Magnet 1 dargestellt, der eine Bohrung 2 besitzt, wie er
üblicherweise für magnetische Lagerungen verwendet wird. Die dünne Schicht 3 aus zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff
hoher Koerzitivfeldstärke ist auf der dicken Schicht 4 aus zerkleinertem Dauermagiietwerkstoff
angeordnet Die Magnetpulverteilchen hoher Koerzitivfeldstärke sind durch Punkte und die Magnetpulverteilchen
mit geringerer Koerzitivfeldstärke durch Kreuze dargestellt. Jede Komponente aus pulverförmigem
Dauermagnetwerkstoff ist in einem Kunststoffbindemittel fein verteilt eingebettet. Die dünnere Schicht 3
der einen Komponente und die dickere Schicht 4 der anderen Komponente sind zu einem homogenen
Körper miteinander verbunden. Der Magnet ist bogenförmig magnetisiert, wie in gestrichelten Linien
angedeutet ist. Die Pole sind durch die Buchstaben N und 5 gekennzeichnet.
F i g. 2 zeigt zwei koaxial übereinander angeordnete, ein dauermagnetisches Lager bildende ringscheibenförmige Dauermagnete, von denen der Lagermagnet la an
einem nicht dargestellten Gehäuse oder Gestell des Zählers und der Lagermagnet \b an der ebenfalls nicht
dargestellten Läuferweile befestigt ist Durch die abstoßenden Kräfte der sich mit gleichnamigen Poler
gegenüberstehenden Magnete wird der Magnet \b mil
dem Rotor im Schwebezustand gehalten. Zwischen den beiden Magneten befindet sich der Arbeitsluftspalt
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die beider Schichten 3 aus Dauermagnetwerkstoff hoher Koerzitivfeldstärke eines jeden Magneten dem Arbeitsluftspalt
5 zugekehrt
Claims (4)
1. Ringscheibenförmiger Dauermagnet für ein
magnetisches Lager vorzugsweise für Elektrizitätszähler, das aus wenigstens zwei koaxialen Ringma- >
gneten zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (3)
aus der einen Komponente, die eine hohe Koerzitiv- tu feldstärke von mehr als 1600 Oersted und eine
Permeabilität von nahezu 1 aufweist, auf einer wenigstens dreimal so dicken Schicht (4) aus der
anderen Komponente, die eine geringere Koerzitivfeldstärke als die erste Komponente aufweist und H
einen sehr kleinen Temperaturfehler besitzt, angeordnet ist
2 Dauermagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetwerkstoff der
einen Komponente mit hoher Koerzitivfeldstärke aus isotropem oder anisotropem Barium-, Strontium- oder Bleiferrit, Seltenen-Erden-Dauermagnetlegierungen, Wismut-Mangan oder Mangan-Aluminium besteht und der Dauermagnetwerkstoff der
anderen Komponente mit der geringeren Koerzitivfeldstärke aus eine risotropen oder anisotropen
Legierung von Eisen mit mehreren der Metalle Aluminium, Nickel, Kobalt, Titan und Kupfer
besteht.
3. Dauermagnet nach den Ansprüchen 1 und 2, J»
dadurch gekennzeichnet, daß die dünnere Schicht (3) der einen Komponente und die dickere Schicht (4)
der anderen Komponente zu einem homogenen Körper miteinander verbunden sind.
4. Dauermagnetisches Lager mit zwei Dauerma- *r>
gneten nach den Ansprüchen 1 bis 3, die koaxial übereinander angeordnet sind und zwischen sich
einen Arbeitsluftspalt begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Dauermagnetwerkstoff mit
hoher Koerzitivfeldstärke bestehende dünnere ■*"
Schicht (3) jeweils die den Arbeitsluftspalt (5) begrenzende Oberfläche der beiden Dauermagnete
(la, !^bildet.
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