Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Magnetisieren von mindestens zwei Magneten unterschiedlicher magnetischer Koerzitivfeldstärken.

Bekannt sind gepolte elektromagnetische Relais, welche jeweils ein Magnetsystem mit einer Spule, einem magnetischen Kern und zwei Permanentmagneten aufweisen können. Ein derart gepoltes elektromagnetisches Relais ist beispielsweise aus der WO 2013/144232 AI bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem zumindest zwei Magnete in einfacher Weise, schnell, flexibel und kostengünstig unterschiedlich magnetisiert werden können.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, zumindest zwei Magnete unterschiedlicher magnetischer Koerzitivfeldstärke gleichzeitig einem ersten

Magnetfeld und anschließend gleichzeitig einem zweiten Magnetfeld, die

entgegengesetzte Magnetfeldrichtungen besitzen, derart auszusetzen, dass die beiden Magnete am Ende des Magnetisierungsverfahrens unterschiedliche Magnetisierungen aufweisen. Hierzu werden die Magnete vorzugsweise gemeinsam in einer

Magnetisierungseinrichtung, die zum Beispiel eine Magnetisierungsspule umfasst, angeordnet, bevor sie erfindungsgemäß magnetisiert werden.

Die derart magnetisierten Magnete sind insbesondere als Permanentmagnete in einem elektromagnetischen Relais einsetzbar. Angemerkt sei, dass die zumindest zwei Magnete zunächst unmagnetisiert oder beliebig vormagnetisiert sein können, bevor sie dem ersten Magnetfeld ausgesetzt werden. Das oben genannte technische Problem wird durch die Verfahrensschritte des

Anspruchs 1 gelöst.

Demnach ist ein Verfahren zum Magnetisieren von mindestens zwei Magnete unterschiedlicher magnetischer Koerzitivfeldstärke vorgesehen, welches folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Gleichzeitiges Aussetzen der mindestens zwei Magnete einem ersten im

Wesentlichen homogenen Magnetfeld mit einer vorbestimmbaren ersten Feldstärke und einer ersten Magnetfeldrichtung zum vollständigen Magnetisieren der Magnete in der ersten Magnetfeldrichtung;

b) Gleichzeitiges Aussetzen der in Schritt a) magnetisierten Magnete einem zweiten im Wesentlichen homogenen Magnetfeld mit einer vorbestimmbaren zweiten Feldstärke und einer zweiten, der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzten

Magnetfeldrichtung derart, dass die mindestens zwei Magnete unterschiedlich magnetisiert werden, wobei die erste Feldstärke höher als die zweite Feldstärke ist.

Werden genau zwei Magnete auf diese Weise magnetisiert, können sie eine Baugruppe mit Dreipolmagnet-Eigenschaft betrachtet werden.

Angemerkt sei, dass die wenigstens zwei Magnete zunächst unmagnetisiert oder vormagnetisiert sein können, bevor sie dem ersten und anschließend dem zweiten Magnetfeld ausgesetzt werden. Die Vormagnetisierung kann in einer vorbestimmten Weise oder beliebig erfolgen. Mit anderen Worten: Die Höhe der Vormagnetisierung kann vorbestimmt sein oder beliebig gewählt werden.

Unter dem Begriff„vollständig Magnetisieren" ist zu verstehen, dass die Magnete bis zur magnetischen Sättigung magnetisiert werden. Zweckmäßigerweise können vor Ausführung der Schritte a) und b) die wenigstens zwei Magnete in einer Magnetisierungseinrichtung angeordnet werden, wobei das erste und zweite Magnetfeld von der Magnetisierungseinrichtung bereitgestellt wird.

Vorzugsweise werden das erste und zweite homogene

Magnetfeld in einem Innenraum der Magnetisierungseinrichtung, in dem die Mag angeordnet werden, erzeugt.

Die Magnetisierungseinrichtung kann eine Magnetisierungsspule, eine mit der

Magnetisierungsspule elektrisch verbundene Einrichtung zum Erzeugen eines einstellbaren Erregerstroms, insbesondere ein Impulsmagnetisierungsgerät, und gegebenenfalls eine Trägerbaugruppe zur Aufnahme und zum Halten der Magnete aufweisen.

Bezüglich der ersten und zweiten Magnetfeldrichtung werden die Magnete

hintereinander angeordnet, so dass die Magneten axial bzw. in Feldrichtung

magnetisiert werden.

In vorteilhafter Weise kann in Schritt b) die vorbestimmbare zweite Feldstärke des zweiten Magnetfelds derart eingestellt werden, dass die wenigstens zwei Magnete in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert werden, wobei der Magnet mit der höheren magnetischen Koerzitivfeldstärke in der ersten Magnetfeldrichtung und der Magnet mit der niedrigeren Koerzitivfeldstärke in der zweiten Magnetfeldrichtung magnetisiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines gepolten elektromagnetischen Relais mit

erfindungsgemäß unterschiedlich magnetisierten Magneten,

Figur 2 einen Längsschnitt der im gepolten Relais angeordneten, die beiden

Magnete enthaltenen Baugruppe, Figur 3a eine perspektivische Ansicht einer Magnetisierungseinrichtung mit einer Trägerbaugruppe, in der die in Figur 2 gezeigte Baugruppe angeordnet werden kann, Figur 3b eine Draufsicht auf die in Fig. 3a gezeigte Magnetisierungseinrichtung,

Figur 3c eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3a gezeigten

Montageeinrichtung, welche in der Trägerbaugruppe eingesetzt ist, Figur 3 d eine in der Trägerbaugruppe enthaltene Magnetisierungsspule,

Figur 4 die Magnetisierungskurven der beiden in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten

Magnete mit unterschiedlichen Koerzitivfeldstärken, Figur 5 anhand der in Fig. 4 gezeigten Magnetisierungskurven die

Aufmagnetisierung der beiden Magnete mit einem ersten Magnetfeld in erster Magnetfeldrichtung,

Figur 6 anhand der in Fig. 4 gezeigten Magnetisierungskurven die

Aufmagnetisierung der beiden Magnete mit einem zweiten Magnetfeld vorbestimmter Feldstärke in einer zweiten, der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzte Magnetfeldrichtung,

Figur 7 anhand der in Fig. 4 gezeigten Magnetisierungskurven den

Magnetisierungszustand der beiden Magnete nach dem Entfernen des zweiten Magnetfelds.

Fig. 2 zeigt beispielhaft zwei Magnete 20 und 22 mit unterschiedlichen magnetischen Koerzitivfeldstärken, die beispielsweise Teile einer Baugruppe 10 sein können. Die Magnete 20 und 22 können beispielsweise unmagnetisiert oder beliebig vormagnetisiert und jeweils aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein. Angenommen sei beispielsweise, dass der Magnet 20 eine höhere magnetische Koerzitivfeldstärke aufweist als der Magnet 22. Beispielsweise ist der Magnet 20 mit höherer magnetischer Koerzitivfeldstärke ein SmCo-Magnet, während der Magnet 22 mit niedrigerer magnetischer Koerzitivfeldstärke ein Ferrit-Magnet sein kann. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Magnete verwendet werden.

Die Baugruppe 10 weist vorzugsweise ein Trägerbauteil 50 auf, das einen U- förmigen Querschnitt aufweisen kann. Das Trägerbauteil 50 weist in diesem Fall zwei gegenüberliegende Wandabschnitte 51 und 52 und einen die beiden Wandabschnitte verbindenden Bodenabschnitt 53 auf. Obwohl die beiden Magnete 20 und 22 unmittelbar nebeneinander angeordnet sein können, sind sie im dargestellten Beispiel zwischen Magnetflussteilen 30, 31 und 32 und somit räumlich getrennt voneinander angeordnet.

Wie in Fig. 2 weiter gezeigt, sind die beiden Magnete 20 und 22 parallel zu einer in x- Richtung verlaufenden Längsachse 11 der Baugruppe 10 und bezüglich der Längsachse 11 hintereinander angeordnet.

Das Magnetflussteil 31 bildet ein Lagerstück für einen nicht dargestellten Wippanker, während die beiden Magnetflussteile 30 und 32 die Pole eines Elektromagneten bilden. Getragen werden die Magnetflussteile 30, 31 und 32 und die beiden Magneten 20 und 22 von einer Stützplatte 40. Die Magnetflussteile 30 bis 32, die Magneten 20 und 22 und die Stützplatte 40 sind oberhalb des Bodenabschnitts 53 zwischen den beiden Wandabschnitten 51 und 52 angeordnet und schließen mit dem Trägerbauteil 50 einen Aufhahmebereich 110 ein, in welchem Komponenten eines Magnetsystems angeordnet sein können, wie dies beispielhaft in Fig. 1 anhand eines gepolten elektromagnetischen Relais gezeigt ist. Das in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Magnetsystem weist unter anderem einen Wippanker 12, einen ferromagnetischen Kern 2, eine Spule und Polschuhe 3 auf. Die beiden Magnete 20 und 22 können ebenfalls dem Magnetsystem zugeordnet werden.

Aus dem Trägerbauteil 50 ragen zwei Anschlussstifte 100 und 101 heraus, wobei der Anschlussstift 71 zum Beispiel als Lastanschlussstift füngiert und der Anschlussstift 70 zum elektrischen Verbinden mit einem Festkontakt eines in Fig. 1 beispielhaft gezeigten gepolten elektromagnetischen Relais vorgesehen ist. Das in Fig. 1 gezeigte gepolte Relais ist ausführlich in der WO 2013/144232 AI beschrieben, deren Inhalt hiermit vollständig mit aufgenommen wird.

Bevor die Baugruppe 10 mit den beiden Magneten 20 und 22 beispielsweise in das in Fig. 1 gezeigte gepolte elektromagnetische Relais eingesetzt wird, werden die beiden Magnete 20 und 22, die unterschiedliche magnetische Koerzitivfeldstärken aufweisen und zunächst unmagnetisiert oder beliebig vormagnetisiert sein können, in vorgebbarer zweistufiger Weise magnetisiert. Zum besseren Transport werden die Magnete in der Praxis vormagnetisiert.

Vorzugsweise wird die gesamte Baugruppe 10 zunächst in einer

Magnetisierungseinrichtung 80 angeordnet, wie dies beispielhaft in Figur 3a i. V. m. 3d dargestellt ist. Die Magnetisierungseinrichtung 80 kann eine beispielhafte in Fig. 3d dargestellte Magnetisierungsspule 60 aufweisen, an die eine einstellbare Stromquelle (nicht dargestellt) zum Bereitstellen der benötigten Erregerströme angeschlossen sein kann. Die Stromquelle kann Teil eines Impulsmagnetisierungsgeräts sein, welches zur Erzeugung von impulsartigen Strömen ausgebildet ist. Das Impulsmagnetisierungsgerät kann der Magnetisierungseinrichtung 80 zugeordnet werden. Die Magnetisierungsspule 60 ist vorzugsweise als Luftspule ausgebildet, die einen zylindrischen Spuleninnenraum 62 aufweist, in den die Baugruppe 10 eingeführt und positioniert werden kann, wie dies in Fig. 3d gezeigt ist. Wie in Fig. 3a gezeigt, kann die Magnetisierungseinrichtung 80 ferner eine

Trägerbaugruppe 70 aufweisen, die ein Gehäuse 75 mit einer Öffnung 73, deren Längsachse sich in z-Richtung erstreckt, enthält. Die in Fig. 3d gezeigte

Magnetisierungsspule 60 ist in dem Gehäuse 75 so angeordnet, dass die Öffnung 73 fluchtend zum Spuleninnenraum 62 angeordnet ist. Im montierten Zustand verläuft die Spulenachse 61 in z-Richtung und fällt mit der Längsachse der Öffnung 73 des

Gehäuses 75 zusammen. Die Trägerbaugruppe 70 kann eine am Gehäuse 75 lösbar befestigbare Montageeinrichtung oder Halteeinrichtung 90 aufweisen, die zum Halten und Positionieren der Magnete 20 und 22 bzw. zum Halten und Positionieren der Baugruppe 10 innerhalb der Magnetisierungsspule 60 ausgebildet ist. Die

Montageeinrichtung 90 kann, wie Fig. 3 zeigt, T-förmig ausgebildet sein und einen horizontal verlaufenden Abschnitt 91 und einen senkrecht dazu stehenden

Halteabschnitt 92 aufweisen, der im montierten Zustand sich in z-Richtung in die

Öffnung 73 bzw. den Spuleninnenraum 62 hineinerstreckt und an dem die Baugruppe 10 befestigt ist. Der horizontale Abschnitt 91 weist eine Länge auf, die größer als der Durchmesser der Öffnung 73 des Gehäuses 75 ist. Im montierten Zustand kann die Montageeinrichtung 90 mittels des horizontalen Abschnitts 91 lösbar mit dem Gehäuse 75 zum Beispiel verschraubt sein. Auf diese Weise kann die Montageeinrichtung 90 und somit die Baugruppe 10 präzise im Spuleninnenraum 62 positioniert und fixiert werden. Dieser Montagezustand ist ebenfalls in Figur 3a i. V. m. Fig. 3d gezeigt, wobei in Fig. 3 a die Magnetisierungsspule 60 durch das Gehäuse 75 verdeckt wird. Vorteilhafterweise umschließt die im Gehäuse 75 angeordnete Magnetisierungsspule 60 im montierten Zustand die eingeführte Baugruppe 10 und somit die beiden Magnete 20 und 22 vollständig, wie dies in Figur 3d gezeigt ist. Die Baugruppe 10 ist innerhalb der Magnetisierungsspule 60 derart angeordnet, dass die Längsachse 11 der Baugruppe 10 parallel zu der in z-Richtung verlaufenden Längsachse 61 der Magnetisierungsspule 60 verläuft und dass die beiden Magnete 20 und 22 vorteilhafterweise auf der Längsachse des Innenraums 62 der Magnetisierungsspule 60, also im Zentrum des Innenraums 62 angeordnet sind. Auf diese Weise werden die beiden Magnete 20 und 22 bezüglich der Längsachse 61 hintereinander in der Magnetisierungsspule 60 angeordnet. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass die Stromquelle (nicht dargestellt) einen ersten einstellbaren Erregerstrom bereitstellen kann, der im Innenraum 62 der

Magnetisierungsspule 60 ein erstes, im Wesentlichen homogenes Magnetfeld mit vorbestimmbarer Feldstärke hervorrufen kann, welches eine erste, in positive z- Richtung weisende Magnetfeldrichtung besitzt. Die Stromquelle kann zudem einen zweiten einstellbaren Erregerstrom bereitstellen, der im Innenraum 62 der

Magnetisierungsspule 60 ein zweites, im Wesentlichen homogenes Magnetfeld mit vorbestimmbarer Feldstärke hervorrufen kann, welches eine zweite, in negativer z- Richtung weisende Magnetfeldrichtung besitzt. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass die Feldstärke des ersten Magnetfeldes größer ist als die Feldstärke des zweiten Magnetfeldes. Weiterhin sei angemerkt, dass der erste Erregerstrom beispielsweise 1000 bis 5000A betragen kann, während der zweite Erregerstrom beispielsweise auf 200A eingestellt wird.

Das Verfahren zur unterschiedlichen Magnetisierung der Magneten 20 und 22 wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 4 bis 7 näher erläutert.

Angenommen sei, dass die Baugruppe 10 mit den beiden Magneten 20 und 22, die unmagnetisiert oder beliebig vormagnetisiert sein können, in der Trägerbaugruppe 80 und somit in Magnetisierungsspule 60 angeordnet ist, wie dies die Figuren 3 a bis 3 c beispielhaft zeigen.

Betrachtet wird zunächst Fig. 4, in der beispielhaft zwei verschiedene

Magnetisierungskurven a) und b), auch Hysteresekurven genannt, vor der erstmaligen Magnetisierung der Magneten 20 und 22 gezeigt sind, wobei die Magnetisierungskurve a) zu dem Magneten 20 mit höherer magnetischer Koerzitivfeldstärke gehört, während die Magnetisierungskurve b) dem Magneten 22 mit niedrigerer Koerzitivfeldstärke zugeordnet ist. Wie bekannt ist, stellt eine Magnetisierungskurve grafisch die

Abhängigkeit der Feldliniendichte B von der magnetischen Feldstärke H dar. In Figur 4 wie auch in den Figuren 5 bis 7 sind zudem in an sich bekannter Weise jeweils auf der x-Achse die Magnetfeldstärke H und auf der y-Achse die Flussdichte B aufgetragen. Ferner sind in Fig. 4 die beiden noch unmagnetisierten oder beliebig vormagnetisierte Magnete 20 und 22 schematisch unmittelbar nebeneinander dargestellt, obwohl sie, wie in Fig. 2 gezeigt, auch durch das Magnetflussteil 31 zueinander beabstandet angeordnet sein können. Für die Funktionsweise des Verfahrens ist dies jedoch ohne Belang. Nunmehr wird Fig. 5 betrachtet. Angenommen sei, dass in die Magnetisierungsspule 60 ein vorbestimmbarer erster Erregerstrom in einer ersten Richtung eingespeist wird, der im Innenraum 62 der Magnetisierungsspule 60 ein erstes im Wesentliches homogenes Magnetfeld vorbestimmbarer Feldstärke in einer ersten Magnetfeldrichtung, beispielsweise in positiver z-Richtung hervorruft, wie dies durch den nach rechts weisenden Pfeil symbolisiert ist. Auf diese Weise werden die beiden Magnete 20 und 22 gleichzeitig dem ersten Magnetfeld zur vollständigen Magnetisierung in der ersten Richtung ausgesetzt. Der Magnetisierungszustand der beiden Magnete 20 und 22 nach der ersten Aufmagnetisierung ist in Fig. 5 dargestellt. Beide Magneten 20 und 22 sind in positiver z-Richtung, siehe Fig. 3c, voll magnetisiert. Die beiden eingekreisten

Bezugszeichen 1 repräsentieren die jeweilige Flussdichte in den Magneten.

Nunmehr werden die Figuren 6 und 7 betrachtet. Angenommen wird, dass der erste Erregerstrom abgeschaltet und ein vorbestimmbarer zweiter Erregerstrom, der kleiner als der erste Erregerstrom ist, in entgegengesetzter Richtung in die

Magnetisierungsspule 60 eingespeist wird, der im Innenraum 62 der

Magnetisierungsspule 60 ein zweites im Wesentliches homogenes Magnetfeld vorbestimmbarer Feldstärke in einer zweiten, der ersten Magnetfeldrichtung

entgegengesetzten Magnetfeldrichtung, beispielsweise in negativer z-Richtung hervorruft, wie dies durch den nach links weisenden Pfeil in Fig. 6 symbolisiert ist. Auf diese Weise werden die beiden Magnete 20 und 22 gleichzeitig dem zweiten

Magnetfeld in negativer z-Richtung derart ausgesetzt, dass die Magnete 20 und 22 jeweils eine unterschiedliche Magnetisierung aufweisen. Der erste und zweite

Erregerstrom sind vorzugsweise Gleichströme, die für eine einstellbare Zeit impulsartig durch die Magnetisierungsspule 60 fließen.

Man erkennt in den Figuren 5 bis 7, dass die Feldstärke des zweiten Magnetfelds niedriger als die Feldstärke des ersten Magnetfelds ist. Insbesondere wird die Feldstärke des zweiten Magnetfelds derart gewählt, dass der Magnet 22 mit kleinerer

Koerzitivfeldstärke ummagnetisiert wird, wohingegen die Magnetisierung des

Magneten 20 mit höherer Koerzitivfeldstärke nicht geschwächt wird. Der

Magnetisierungszustand der beiden Magnete 20 und 22 nach der zweiten

Aufmagnetisierung ist in Fig. 6 bzw. Fig. 7 durch die beiden eingekreisten

Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Die unterschiedlichen Magnetisierungsstufen in den Punkten 2 werden dadurch erreicht, dass das interne Magnetfeld des Magneten 20 mit höherer magnetischer Koerzitivfeldstärke noch keinen Fluss in entgegengesetzter Richtung, d.i. die Feldrichtung des zweiten Magnetfelds (-z-Richtung gemäß Fig. 3c), zulässt, welcher zur Schwächung des Magneten 20 führen könnte. Hingegen ist die interne magnetische Feldstärke des Magneten 22 mit niedrigerer magnetischer

Koerzitivfeldstärke geringer als die des ersten Magneten, so dass ein magnetischer Fluss in dem Magneten 22 in entgegengesetzter Richtung, d.h. in -z-Richtung hervorgerufen wird, der den Magneten 22 schwächt und schließlich bei der gewählten Feldstärke des zweiten Magnetfelds auch dauerhaft umpolt. Der Magnetisierungszustand der beiden Magnete 20 und 22 nach dem Abschalten des zweiten Erregerstroms oder nach dem Herausnehmen der Baugruppe 10 aus der Magnetisierungsspule 60 ist in Fig. 7 durch die beiden eingekreisten Bezugszeichen 3 dargestellt. Im Ergebnis ist der Magnet 20 voll in z-Richtung magnetisiert, während der Magnet 22 voll in negativer z-Richtung magnetisiert ist. Dies wird in Fig. 7 durch die beiden schematisch dargestellten Magnete 20 und 22 und dem jeweiligen eingezeichneten Nord- und Südpol illustriert.

Aus den beiden zuvor unmagnetisierten oder beliebig vormagnetisierten Magneten 20 und 22 ist nunmehr eine Baugruppe mit einer Dreipolmagnet-Eigenschaft entstanden, nämlich eine Baugruppe mit zwei außenliegenden Nordpolen und einem gemeinsamen innenliegenden Südpol.