DE2146032B2 - Elektromagnet mit einstellbaren Polflachen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagnet iur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds hoher Feldstärke im Luftspalt zwischen auf genaue Parallelität einstellbaren Polflächen, bestehend aus einem U-förmigen Magnetjoch, in dessen U-Schenkeln in Führungsrohren verschiebbar gelagerte Magnetkerne unter feinfühliger Ein.stellbarkeit der Neigung der Kernachse angeordnet sind.

Ein solcher Elektromagnet ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 060 490 bekannt. Zur Einstellung der Neigung der Kernachse sind bei diesem bekannten Elektromagneten die Führungsrohre an ihren äußeren

ίο Enden mit Flanschen versehen, in die Schrauben eingedreht sind, die sich an der Außenfläche der U-Schenkel des Magnetjochs abstützen. Durch Verändern der Stellung dieser Schrauben ist die Neigung der Flansche gegenüber den U-Schenkeln und damit die Ν. igung der Achsen der Führungsrohrc und der darin gelagerten Magnetkerne verstellbar.

Eine solche Anordnung ist nicht ausreichend, um ein Magnetfeld hoher Feldstärke mit der Homogenität zu erzeugen, wie sie für Forschungszwecke häufig benötigt wird und die schon bei Abweichungen von wenigen tausenditel Millimetern in der Parallelität des Luftspalts gestört wird. Das fertigungs- und funktionsbedingte Spiel zwischen den Magnetkernen und den Führungsrohren, in denen die Magnetkerne verschiebbar sind, macht es weitgehend unmöglich, die Parallelität der Polflächen mit der gewünschten Genauigkeit dauerhaft einzustellen. Weil die Einstellung der Achse der Führungsrohre nicht zu dem gewünschten Erfolg führt, ist es weiterhin bei handelsüblichen Hochleistungsmagneten bekannt, auf die Magnetkerne Polplatten mit in Richtung der Magnetkernachse wirkenden Paaren von Zug- und Druckschrauben aufzusetzen, mit denen die Stellung der Polplatten justiert werden kann. Die Anwendung solcher Paare von Zug- und Druckschrauben hat den Nachteil, daß sie keine ausreichend feinfühlige Einstellung erlauben und der Justiervorgang sehr umständlich ist. Außerdem wird du-eh die Anwendung solcher Zug- und Druckschrauben nicht das Spiel zwischen Magnetkern und Führungsrohr ausgeschaltet, so daß die Magnetkerne in den Führungsrohren ihre Lage verändern, wenn der Magnet um die Achse seiner Führungsrohre verschwenkt wird, um das Magnetjoch in eine für die jeweilige Aufgabe geeignete, gewöhnlich horizontale oder vertikale Stellung zu bringen. Zu diesem Zweck sind viele Hochleistungsmagncte an den aus dem Magnetjoch nach außen herausragenden Enden der Führungsrohre in einem Gestell schwenkbar gelagert. Bei Anwendung justierbarer Polplatten muß nach jedem Verschwenken des Magneten die aus den oben genannten Gründen sehr schwierige und zeitraubende Justierung wiederholt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität der Polflächen der Magnetkerne zu schaffen, mit deren Hilfe nicht nur die Einstellung auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann, sondern die darüber hinaus eine Fixierung der Magnetkerne radial zu den Führungsrohren bewirkt, so daß die planparallele Ausrichtung der Polflächen bei einem Verschwenken des Magneten um die Achse seiner Führungsrolle erhalten bleibt. Trotzdem soll die Vorrichtung zum Einstellen der Planparallelität die Verstcllbarkcit der Magnetkerne in den Führungsrohren in Axialrichtung der Magnetkerne, sofern eine solche Vcrstellbarkeit vorgesehen ist, nicht behindern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch sclöst, daß bei einem Elektromagnet der eingangs beschriebenen Art die Führungsrohre mit den U-Schenkeln starr verbunden sind und daß wenigstens einer der beiden Magnetkerne nahe an seinen Enden in bzw. an dem ihn mit geringem Abstand umgebenden Führungsrohr durch Stützringe gelagert ist, die den Magnetkern praktisch spielfrei umgeben und von denen der eine eine ballige Innenfläche hat und mit dem Führungsrohr starr verbunden ist, während der 10 andere in radialen Richtungen gegenüber der Achse des Führungsrohrs verstellbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also nicht eine Polplatte gegenüber dem Magnetkern,

federte Schraube verdreht zu werden braucht, während das zwischen der anderen Stellschraube und dem Stützring angeordnete Federelement die zur Feinjustierung erforderlichen, geringfügigen Verschiebun-5 gen des Stützrings aufnimmt. Es versteht sich, daß die ungefederten Stellschrauben zweckmäßig diejenigen sind, auf denen das Gewicht des Magnetkerns lastet, während die Federelemente nur zur Ausschdtung von Spiel dienen. Dabei ist es zweckmäßig, Federelemente zu verwenden, die eine sehr flache Kennlinie haben, wie beispielsweise Tellerfederpakete. Statt dessen können jedoch auch beispielsweise Schraubenfedern, Blattfedern oder Gummielemente Anwendung finden. Das Einschalten von

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sondern der Magnetkern gegenüber dem Führungs- 15 Federelementen erleichtert nicht nur die Justierung, ll Z di Zk sondern verhindert auch, daß der Magnetkern zwi-

sehen den einander gegenüberstehenden Justierschrauben eingeklemmt wird, so daß eine Verstellung in Längsrichtung der Magnetkerne unmöglich würde, f d Fdlt id zweck

rohr verstellt. Zu diesem Zweck ^: -1 der Magnetkern nicht mehr wie bisher auf seiner ganzen Länge im f-uhrungsrohr gelagert, sondern nur noch an zwei

Stellen nahe seinen Enden. Im übrigen hat der in Längsrichtung der g g

Magnetkern im Führungsrohr ausreichend Spiel, um 20 Die VoiSpannkraft der Federelemente wird zweck-

dic zur Einstellung seiner Polfläche erforderliche mäßig gleich dem halben Gew nt des Magnetkerns

Schwenkbewegung gegenüber dem Führungerohr gewählt, damit der Magnetkern au Λ beim Schwen-

a!!-.führen zu können. Die ballige Oberfläche des mit ken des Magneten sicher gehalten wird. Es genügt bei

d:m Führungsrohr starr verbundenen Stützrings läßt einer solchen Anordnung die Anwendung ?weier um

ebenfalls eine solche Schwenkbewegung zu, ohne daß 25 90° gegeneinander versetzter Slellschraubenpaare,

7i! diesem Zweck ein Spiel zwischen dem ortsfesten um eine einwandfreie Justierung des Luftspalts zu

Slit/ring und dem Magnetkern bestehen müßte oder ermöglichen.

Jv Gefahr eines Verklemmens des Magnetkerns be- In weilerer Ausgestaltung der Erfindung können

M. ht. Daher bleibt der Magnetkern unabhängig von sich die Stellschrauben bzw. die Federelemente unter

seiner Einstellung in seiner Längsrichtung in den 30 Zwischenschaltung von Druckbacken an dem ver-

Si.iizringcn verschiebbar, wenn eine solche Ver- stellbaren Stützring abstützen. Solche Druckstücke

so'iiebbarkeit gefordert wird. Die Verstellung des haben nicht nur den Vorteil, daß sie eine bessere

beweglichen Stützrings kann auf einfache Weise Verteilung der von den Stellschrauben ausgeübten

d "ch geeignete Stellmittel erfolgen, die zweckmäßig Kräfte auf den Stützring gewährleisten und den Stütz-

jp /wei zueinander senkrechten Radialrichtungen 35 ring von den beim Verdrehen der Stellschrauben auf-

wrken. Man kommt daher mit sehr wenigen Stell- tretenden Torsionskräften freihalten, sondern sie er-

n.iiteln aus, die eine sehr einfache Justierung gewähr- möglichen darüber hinaus in besonders einfacher

leisten. Darüber hinaus beträgt die Veränderung der Weise die Verwendung von Stellschraube^, die zwei

Parallelität des Luftspalts nur einen Bruchteil der gleichsinnige Gewinde mit nur geringfügig verschiede-

Strecke, um den der verstellbare Ring in Radiairich- 40 ner Steigung aufweisen, von denen das eine mit einem

tung verschoben wird, welcher Bruchteil vom Ver- Gegengewinde des Führungsrohrs oder des Justier-

haltnis des Durchmessers des Magnetkerns zum Ab- rings und das andere mit einem Gegengewinde des

stand der Stützringe voneinander abhängt und in den Druckstücks in Eingriff steht. Das hohe Gewicht der

meisten Fällen V₂ bis V, betragen wird. Dadurch Magnetkerne macht es erforderlich, Stellschrauben

wird die Einstellung feinfühliger als bei der bekann- 45 mit einem relativ groben Gewinde zu verwenden, weil

ten Verstellung der Polplatttn. Feingewinde bei praktikabler Gewindelänge der Be-

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- lastung durch die Magnetkerne nicht standhalten,

findung wird der mit dem Führungsrohr fest verbun- Grobe Gewinde haben aber notwendig eine relativ

dene Stützring in einfacher Weise von einer an der große Steigung, die eine sehr genaue Einstellung der

Innenseite des Führungsrohrs angebrachten Wulst 50 Parallelität des Luftspalts erschwert. Bei der Verwen-

gcbildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß Lage- dung von Stellschrauben, die zwei gleichsinnige Ge-

veränderungen des Magnetkerns durch eine Ver- wi-.de mit nur geringfügig verschiedener Steigung

Schiebung des nvt dem Führungsrohr fest verbünde- aufweisen, findet jedoch bei einer vollen Umdrehung

nen Stützrings nicht eintreten kann. der Stellschraube eine Lageänderung des yerstell-

Dcr verstellbare Stützring kann in einfacher Weise 55 baren Stützrings statt, die nur gleich der Differenz

zwischen den Enden auf seinen Umfang verteilter, zwischen den beiden Gewindesteigungen ist. ^ Auf

radial gerichteter und in das Führungsrohr oder einen diese Weise wird eine große Untersetzung erzieh, die

mit dem Führungsrohr verbundenen Justierring ein· ohne große Mühe die Justierung der Parallelität des

geschraubten Stellschrauben gehalten sein. Solche Luftspalts mit sehr großer Genauigkeit ermöglicht.

Stellschrauben sind auf einfache Weise'anzubringen 60 Dabei können die beiden Gewinde der Stellschrauben

und auch einfach in der Handhabung. Besonders vor- entweder axial hintereinander angeordnet sein, so

teilhaft ist es, wenn die Stellschrauben paarweise ein- daß auch das Druckstück eine Gewindebohrung für

ander diametral gegenüberstehend angeordnet sind das entsprechende Gewinde der Stellschraube auf-

und sich eine Stellschraube des Paars unter Zwischen- weisen muß, sie können aber auch koaxial zueinander

schaltung eines Fedeidements an dem Stützring ab- 65 angeordnet sein, so daß das Druckstück einen Gestützt In diesem Fall ist durch Verdrehen beider windezapfen tragen muß, der in das zum Außen-

Stcllschrauben eine Grobvcrstcllung möglich, wäh- gewinde der Stellschraube koaxial angeordnete

rcnd zur Feinverstellung nur noch die eine unge- Innengewinde eingreift.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der der zweite Stützring 12 radial zum Führungsrohr 2 verstellbare Stützring in einer Ringnut des Führungs- verstellbar. Zu diesem Zweck ist dieser Stülzring 12 roh rs oder des Justierrings angeordnet. Durch diese in einer Ringnut 13 eines Justierrings 14 angeordnet, Maßnahme wird der Stützring auf einfache Weise der in nicht näher dargestellter Weise an dem inneren gegen eine Axialverschiebung gesichert, was beson- 5 Ende des Führungsrohrs 2 befestigt ist. Innerhalb ders in dem Falle von Bedeutung ist, wenn der dieser Ringnut ist der verstellbare Stülzring 12 von Magnetkern in seiner Längsrichtung verschiebbar ist Stellschrauben 15 und 16 gehalten, die in ent- und beim Verschieben des Magnetkerns auf den sprechende Gewindebohrung des Juslierrings 14 cin-Stützring erhebliche Reibungskräfte ausgeübt wer- geschraubt sind und unter Zwischenschaltung von den, die bestrebt sind, den Slül/ring in Axialrichtung io Druckstücken 17 bzw. 18 den verstellbaren Stützring mitzunehmen. Zum Einlegen des Stülzrings in die 12 radial abstützen. Jeder verstellbare Stützring 12 Ringnut kann der Stützring zweiteilig ausgebildet sein. ist von zwei Paaren einander diametral gegenüber-Vortcilhaftcr ist jedoch die Anbringung eines stehender Stellschrauben 15 und 16 gehalten, die um Schrägschlitzcs, der es ermöglicht, den Stützring zum 90° gegeneinander versetzt sind, so daß cincVer-Einsctzcn in die Ringnut auf den notwendigen klci- 15 stellung des Stützrings 12 in zwei zueinander senknen Durchmesser zusammenzubiegen. rechten Richtungen möglich ist. Bei der Vertikal-Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Er- stellung des Magncljochs 1 sind die beiden Paare von findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung Stellschrauben 15 und 16 auf Achsen angeordnet, die der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform mit der Vertikalen einen Winkel von 45° bilden. Die der Erfindung. Die der Beschreibung und der Zeich- 20 in dieser Stellung unterhalb der Horizontalcbcnc nung zu entnehmenden Merkmale können bei ande- liegenden Stellschrauben 15, die also das vordere ren Ausführungsformen der Erfindung einzeln für Ende des Magnetkerns 4 von unten abstützen und sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination daher das volle Gewicht des Magnetkerns aufzunch-Anwcndung finden. Es zeigt men haben, greifen mit einem Gewindezapfen 19 in

F i g. I teilweise in Seitenansicht und teilweise im 25 eine entsprechende Gewindebohrung 20 des zugeord-

Schnitt einen Hochlcistungsmagneicn mit einer Ein- neten Drucksiücks 17 ein, so daß in jeder gewählten

Stellvorrichtung nach der Erfindung, Stellung eine starre Verbindung zwischen der Slell-

F ig. 2 eine Draufsicht auf die Einstellvorrichtung schraube 15 und dem Druckstück 17 vorhanden ist.

des Ilochleistungsmagnctcn nach Fig. 1, Im Gegensatz dazu ist zwischen den bei der genann-

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III durch 30 ten Stellung oberhalb der Horizontalcbcnc angeord-

die Einstellvorrichtung nach F i g. 2 und neten Stellschrauben 16 und den Druckstücken 18

Fig. 4 einen Tcilschnitt längs der Linie IV-IV auf einem Zapfen 21 der Stellschraube 16 ein Tcllcr-

durch die Einstellvorrichtung nach F i g. 2. federpaket 22 angeordnet, mit dem sich die Stcll-

Dcr in Fig. 1 dargestellte Hochlcistungsmagnet schraube 16 an dem Druckstück 18 abstützt. Auf

weist ein rechteckiges Magnetjoch 1 auf, in dem zwei 35 diese Weise ist es möglich, mit Hilfe der unteren

einander gegenüberstehende Führungsrohr 2 be- Stellschrauben 15 den Stülzring 12 radial zum Füh-

festigt sind. Auf jedem der Führungsrohre 2 ist eine rungsrohr 2 zu verstellen, ohne daß bei einer feinen

Magnetspule 3 angeordnet, während innerhalb jedes Verstellung die Stellschrauben 16 nachgedreht wer-

Führungsrohrs ein Magnetkern 4 gelagert ist. Die den müßten.

Stirnflächen 5 des Magnetkerns 4 stehen einander mit 40 Nachdem durch ein Verdrehen der Stellschrauben Abstand gegenüber und begrenzen als Polflächen 15 und 16 unter Ausgleich der Fcrligungstolcranzen einen Luftspalt 6, in dem mit Hilfe der Magnet- ein annähernd paralleler Luftspalt 6 zwischen den spulen 3 ein möglichst homogenes Magnetfeld hoher Polflächen 5 der Magnetkerne 4 eingestellt worden Feldstärke erzeugt werden kann. Zur Einstellung der ist, genügt es, zur Einstellung eines genau plan-Breite des Luftspalts 6 sind die beiden Magnet- 45 parallelen Luftspalts nur noch die unteren Stellkerne 4 in den Führungsrohren 2 in ihrer Längsrich- schrauben 15 zu verdrehen, weil die zwischen den tung verschiebbar gelagert und mit Hilfe je einer an oberen Stellschrauben 16 und den zugeordneten den äußeren Enden der Führungsrohre 2 angebrach- Druckstücken 18 angeordneten Fedcrclemcntc in ten Stelleinrichtung 7 verstellbar. Weiterhin ist der Form der Tcllerfederpakcte 22 die nur nocn sehr Magnet an den aus dem Magnetjoch 1 herausragen- 5° geringe Radialvcrschicbung des verstellbaren Stützden Enden der Führungsrohre2 in einem Gestelle rings 12 mit dem Magnetkern 4 aufzunehmen verum die Längsachse der Führungsrohre 2 verschwenk- mögen. Die Anwendung von Tellerfedern hat den bar gelagert. Insoweit ist die Ausbildung des Hoch- Vorteil, daß sie eine sehr flache Kennlinie besitzen leistungsmagneten nach F i g. 1 herkömmlicher Art und daher die von ihnen auf den Slützring ausgeübte und braucht deshalb nicht weiter beschrieben zu 55 Kraft im wesentlichen konstant bleibt. Diese Krafi werden. ist so bemessen, daß sie etwa dem halben Gewichl

Wie aus den F i g. 2 bis 4 näher ersichtlich, ist des Magnetkerns gleich ist, damit der Magnetkerr

jeder der beiden Magnetkerne 4 in dem Führungs- zwar in allen Winkelstellungen des Magnetjoch;

rohr 2 mit Spiel angeordnet und wird nur von zwei sicher gehalten wird, andererseits aber die auf der

Stützringen 11 und 12 gehalten, von denen der Stütz- 60 Stützring 12 ausgeübte Kraft nicht zu groß ist, un

ring 11 durch eine ballige Wulst an der Innenfläche eine Axialverschiebung des Magnetkerns zu behin

des Führungsrings 2 gebildet wird. Wie aus F i g. 1 dem. Durch das Einlegen des Stützrings 12 in dii

ersichtlich, befindet sich die Wulst 11 nahe dem Ringnut 13 des Justierrings 14 ist der Stützring V,

äußeren Ende des Magnetkerns 4 etwa in der Mitte gegen eine Axialverschiebung beim Verstellen de

des jeweiligen Schenkels des Magnetjochs 1. Wäh- 65 Magnetkerns 4 in Axialrichtung einwandfrei gc

rend der von der Wulst gebildete Stützring 11 mit sichert.

dem Führungsrohr 2 starr verbunden und daher Um weiterhin eine sehr feinfühlige Verstellung de

«epcnüber dem Führungsrohr unbeweglich ist, ist Stützrings 12 mit dem Magnetkern 4 zu ermeiglicher

hat das Gewinde 23 der Stellschraube 15. das in den Justierung 14 eingeschraubt ist, eine nur etwas größere Steigung als das Gewinde- 19, das in die Gewindebohrung 20 des zugeordneten Druckstüeks 17 eingreift. Auf diese Weise wird das Druckstock 17 und mit ihm der Stülzring 12 bei einer vollen Umdrehung de; Stellschraube 15 nur um eine Strecke radial verschoben, die der Dill'crenz der Steigungen der beiden Gewinde 23 und 19 gleich ist. Hs ist daher möglich, trotz Anwendung grober Gewinde wie sie zur Aufnahme der Last des Magnetkerns 4 erforderlich sind, bei einer Umdrehung der Stellschraube 15 Verschiebungen von nur geringen Bruchteilen eines Millimeters zu erzielen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich der feste Slüt/.ring in Höhe des Magnetjochs 1 nahe dem äußeren linde des Führungsrohrs 2, wogegen der verstellbare Stützring 12 nahe dem Luftspalt 6 angeordnet ist. Daher überlagern sich beim Verstellen des Magnetkerns zwei den Fcldvcrlauf beeinflussende Effekte, nämlich die Planparallelitäl und die Zcntrizit'at. Ist eine solche Überlagerung der F.lfcktc unerwünscht, könnte der feste

ίο Slüt/.ring auch in der Nähe des Luftspalts und der verstellbare Stützring am äußeren linde des Führungsrohrs angebracht werden. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Anordnung auf jeden Bedarfsfall optimal abgestimmt werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektromagnet zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds hoher Feldstärke im Luftspalt zwischen auf genaue Parallelität einstellbaren Polflächen, bestehend aus einem U-förmigcn Magnetjoch, in dessen U-Schenkeln in Führungsrohren verschiebbar gelagerte Magnetkerne unter feinfühliger Einstellbarkeit der Neigung der Kernachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (2) mit den U-Schenkeln starr verbunden sind und daß wenigstens einer der beiden Magnetkerne (4) nahe an seinen Enden in bzw. an dem ihn mit geringem Abstand umgebenden Führungsrohr (2) durch Stützringe (11 und 12) gelagert ist, die den Magnetkern (4) praktisch spielfrei umgeben und von denen der eine e-r>e ballige Innenfläche hat und mit dem Führungsrohr (2) starr verbunden ist, während der andere in radialen Richtungen gegenüber der Achse des Führungsrohrs (2) verstellbar ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Führungsrohr (2) fest verbundene Stützring (11) von einer an der Innenseite des Führungsrohrs angcörachten Wulst gebildet wird.

3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring(12) innerhalb eines mit ^em Führungsrohr (2) fest verbundenen Justierrings (14) angeordnet und von den Enden mehrerer radial gerichteter, in den Justierring (14) eingeschraubter Stellschrauben (15 und 16) gehalten ist.

4. Elektromagnet nach Anspruch 3, d.durch gekennzeichnet, daß die Stellschrauben (IS und 16) paarweise einander diametral gegenüberstehend angeordnet sind und daß sich je eine Stellschraube (16) eines Paars unter Zwischenschaltung eines Federelemcnts (22) an dem Stützring (12) abstützt.

5. Elektromagnet nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stellschrauben (15) bzw. die Federclemente (22) unter Zwischenlagerung von Druckstücken (17 bzw. 18) an dem verstellbaren Stützring (12) abstützen.

6. Elektromagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschrauben (15) zwei gleichsinnige Gewinde (23 und 19) mit nur geringfügig verschiedener Steigung aufweisen, von denen das eine mit einem Gegengewinde des Führungsrohrs oder des Justierrings (14) und das andere mit einem Gegengewinde (20) des Druckstücks (17) in Eingriff steht.

7. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring (12) in einer Ringnut (13) des Führungsrohrs oder des Justierrings (14) angeordnet ist.

8. Elektromagnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Stützring (12) einen Schrägschlitz aufweist.