[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entmagnetisieren von
Gegenständen nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
[0002] Ein bekanntes Verfahren zum Entmagnetisieren von Gegenständen benützt einen offenen
Magnetkreis mit einer Spule, welche von einem konstanten Wechselstrom durchflossen
wird. Der Magnetkern wird auf den Gegenstand aufgelegt und der Wechselstrom eingeschaltet.
Darauf wird der Magnetkern langsam von Hand vom Gegenstand weggezogen. Bei einer Vorrichtung
für dieses Verfahren sind Grösse und Gewicht des Magnetkerns begrenzt Der Entmagnetisiervorgang
ist stark durch Umgebungsbedingungen beeinflusst und nicht präzise reproduzierbar.
Die Entmagnetisierung ist unvollständig und nicht immer gleich gut.
[0003] Ein solches Verfahren ist in DE 30 05 927 A1 (Steingroever) beschrieben. Dabei wird
die Frequenz der Speisespannung der Spule langsam an die Resonanzfrequenz des zugehrenden
Schwingkreises herangefahren, worauf die Spannung reduziert wird und damit die Amplitude
des auf die zu entmagnetisierenden Teile wirkenden Wechselfeldes reduziert. Ein Nachteil
dieser Methode besteht darin, dass für die Annäherung an die Resonanzfrequenz viel
Zeit benötigt wird. Der Zeitbedarf ist so gross, dass eine effizientes Entmagnetisieren
von Objekten in einem Durchlaufverfahren nicht möglich ist.
[0004] Bei einem weitern bekannten Verfahren nach DE 3718936 A1 wird mit einem Spulentunnel
mit grossen, von Wechselstrom durchflossenen, Elektromagneten gearbeitet. Der Gegenstand
wird durch den Spulentunnel mit stationärem Magnetfeld hindurchgezogen. Dadurch ist
der Gegenstand dem Magnetfeld zuerst zunehmend, dann abnehmend ausgesetzt. Die entmagnetisierende
Wirkung ist beschränkt. Hier wird die Wirkung verbessert, indem die Elektromagnete
mechanisch rotieren.
[0005] Bei der heutigen Verwendung von Materialen für mechanische Komponenten und der breiten
Verwendung von empfindlichen elektronischen Komponenten und Schaltungen wird der Restmagnetismus
in Gegenständen zu einem immer wichtigeren Problem. Der in Gegenständen vorhandene
Restmagnetismus wird zu einem zentralen Qualitätskriterium für Zulieferer. Durch höhere
Technologie und Materialauswahl kann insbesondere bei der Massenteilefertigung der
Kostenfaktor reduziert werden. Allerdings handelt man sich dafür andere Störfaktoren,
wie eben Restmagnetismus, ein.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Gegenstände soweit
entmagnetisiert werden können, dass kein messbarer Restmagnetismus mehr vorhanden
ist.
[0007] Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit
welcher entsprechen dem Verfahren Gegenstände entmagnetisiert werden können.
[0008] Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst.
[0009] Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
- Figur 1
- Vorrichtung in Ansicht
- Figur 2
- Entmagnetisierungskurven
und
- Figur 3
- Stützen der Schwingungen
[0010] Nachfolgend wird kurz auf die Grundlagen und Grundgedanken der erfindungsgemässen
Verfahrens eingegangen. Das Verfahren eignet sich für all Arten von ferromagnetischen
Teilen, wie beispielsweise Stanzteile, Drehteile, Federn, Rohre usw.
[0011] In einem nun erfindungsgemäss entscheidenden Schritt wird das ganze System, in diesem
Falle die ferromagnetische Objekte als Ganzes komplett entmagnetisiert. Statt dass,
gemäss Stand der Technik, die ferromagnetische Objekte durch ein magnetisches Wechselfeld
durchgezogen wird, verbleiben sie während einer gewissen Zeit örtlich im Magnetfeld
innerhalb einer Station. Nun wird die Aenderung des Wechselfeldes in dieser Station
gesteuert, indem die Spulen elektronisch in Bezug auf Frequenz und Amplitude elektronisch
gesteuert werden. Während einer gewissen Aufenthaltszeit der ferromagnetische Objekte
in der Station wird das Wechselfeld auf Null gebracht, worauf die ferromagnetische
Objekte aus der Station entfernt werden. Sie sind nun soweit entmagnetisiert, dass
kein Restmagnetismus mehr messbar ist. Der Ablauf der Entmagnetisierung findet also
taktweise statt.
[0012] Ein besonderer Fall stellen die Rahmen und Anbauten von Lochmasken von Bildschirmen
dar, für welche das Verfahren im Anschluss an eine Vorbehandlung anschliesst. Beim
Verfahren mit Vorbehandlung werden zuerst magnetisch harte Stellen, wie Schweissnähte,
Luftspalte und so weiter im zu behandelnden Werkstück örtlich lokal mit hohen Feldern
mittels einer Stabdrosselspule, einer Spule mit stabförmig lammelliertem Eisenkern,
im Wechselfeld vorbehandelt. Diese magnetisch harten Stellen werden dadurch mindestens
teilweise entmagnetisiert.
[0013] Die Vorrichtung nach Figur 1 zeigt eine Ausführung, welche nach diesen Grundgedanken
arbeitet. Die Entmagnetisierungsvorrichtung umfasst eine Transportstrasse 1, auf welche
die zu entmagnetisierenden Gegenstände zu-, weg- und weitertransportiert werden. Die
Transportstrasse führt durch die Entmagnetisierungsstation 3 hindurch. Im speziellen
Fall, bei dem auch eine Vorbehandlung durchgeführt wird, führt die Transportstrasse
1 unter einer oder mehreren Vorbehandlungsstationen 2 vorbei und anschliessend zur
Entmagnetisierungsstation 3.
[0014] Jede Vorbehandlungsstation 2 umfasst eine Stabdrosselspule 21- 24 an und für sich
bekannter Art. Die Entmagnetisierungsstation 3 umfasst zwei einander gegenüberliegende
Boxen 31, 32, welche je eine Spule umfassen. Die beiden Boxen mit den voneinander
beabstandeten Spulen bilden eine Zone in der eine homogenes Feld erzeugt wird. Die
beiden Spulen sind Teil eines Serieschwingkreises, welcher mittels einem Inverter
stromgesteuert ist. Sie weisen keinen Kern auf. Die beiden Spulen in den Boxen 31,
32 sind einander gegenüberliegend beiderseits eines Transportbandes angeordnet sind.
[0015] Die Gegenstände werden nun im Takt auf der Transportstrasse von Vorbehandlungsstation
2 zu Vorbehandlungsstation 2 und schliesslich durch die Entmagnetisierungsstation
3 transportiert. In jeder Station verbleibt der Gegenstand während einer gewissen
Zeitspanne. In den Vorbehandlungsstationen werden die magnetisch harten Stellen durch
starke Felder vorbehandelt, so dass sie nicht mehr als solche festgestellt werden
können und die magnetischen Eigenschaften einigermassen ausgeglichen sind.
[0016] Die Taktzeiten werden dem Problem respektive den Behandlungszeiten in der einzelnen
Stationen angepasst Dabei gibt die längste Behandlungszeit in einer der Stationen
die Taktrate vor. Eine Automatisierung ist möglich
[0017] In der eigentlichen und massgebenden Entmagnetisierungsstation 3 werden die magnetischen
Eigenschaften der Objekte auf nicht mehr messbare Werte reduziert. Auch in dieser
Station verbleiben die Gegenstände während der dazu benötigten Beeinflussungszeit
ortsfest.
[0018] Es handelt sich also um ein getaktetes Durchlaufverfahren. Der Transport der Gegenstände
durch das Transportband erfolgt somit getaktet im start-stop oder schnell - langsam
Betrieb. Für dieses getaktete Durchlaufverfahren mit dem Transport und dem Betrieb
der Vorbehandlungsstationen 2 wird eine Steuerung bekannter Art verwendet.
[0019] Für die Ansteuerung der Entmagnetisierungsstation 3 werden alternativ zwei Varianten
von Ansteuerungen benützt.
Um diese zu ermöglichen werden einige Grundsätze aufgestellt:
[0020] Erstens ist die Eindringtiefe der Magnetstärke bei gleicher Amplitude des Wechselfeldes
in den Gegenstand von der Frequenz des Wechselfeldes abhängig. Dadurch ist auch die
Aufenthaltszeit gegeben. Für Material von 1mm Stärke eignet sich beispielsweise eine
Frequenz des Wechselfeldes von etwa 200 Hz, was einer Pulszeit von mindestens 0,5
Sekunden entspricht. Mit zunehmender benötigter Eindringtiefe respektive Materialdicke
nimmt die Frequenz ab. Für einen Gegenstand mit 10mm Materialdicke entspricht die
benötigte Frequenz des Wechselfeldes etwa 10 Hz .
[0021] Zweitens muss die Aufenthaltszeit des Objektes im Wechselfeld mindestens einer Zeitspanne
in der Grössenordnung von 100 Perioden oder Wechselpulsen entsprechen. In dieser Aufenthaltszeit
muss das Objekt innerhalb dem Wechselfeld bleiben. Es wird also eine Beeinflussungszeit
von mindestens 10 Sekunden benötigt. Vorzugsweise wird während dieser Beeinflussungszeit
der Transport gestoppt, so dass das Objekt ortsfest im Wechselfeld bleibt.
[0022] Um eine schnelle Taktrate für den Durchlauf der Entmagnetisierungen zu erhalten wird
nun die Frequenz des Wechselfeldes optimiert. Die Entmagnetisierungsfrequenz ist ein
Kompromiss zwischen der Produktionsgeschwindigkeit, mit möglichst hoher Frequenz,
und der Eindringtiefe, welche eine niedere Frequenz verlangt. Aus diesen Vorgaben
wird die Resonanzfrequenz des gesamten Schwingkreises festgelegt. Jeder Entmagnetisierungsvorgang
beginnt auf dieser Resonanzfrequenz. An diesem Startpunkt beeinflusst das Objekt die
Resonanzfrequenz vernachlässigbar wenig, da das System im Bereich der magnetischen
Sättigung betrieben wird.
[0023] Dies wird nun durch Verwenden eines Serieschwingkreises mit Spule und Kondensator
erreicht Dieser ist in einer geschlossenen Box untergebracht. Dadurch kann die Spannung
ausserhalb der Box klein gehalten werden, während die für das Wechselfeld nötigen
hohen Spannungen im Serieschwingkreis nur innerhalb der Box vorhanden sind. Dies verhindert
Gefahren für Bedienungspersonal weitestgehend. Die Station umfasst also zwei solche
Boxen, je eine auf einer Seite des Gegenstandes. In einer alternativen Variante sind
die beiden Spulen des Serieschwingkreises zu einer einzigen langen Luftspule zusammengefasst.
Der Bereich mit dem Wechselfeld befindet sich dann längs im Inneren innerhalb der
langen Luftspule.
[0024] Der Serieschwingkreis wird nun durch eine Stromquelle gesteuert. Dies geschieht mit
einem Stromregler oder einem Inverter. Die Wirkung des Magnetfeldes wird unabhängig
von der Temperatur in der Spule konstant gehalten. Damit bleibt das erzeugte Feld
ohne unerwünschten Temperatureinfluss präzise. Der Stromregler wird mit einer Nullpunktkorrektur
versehen. Die Nullpunktkorrektur symmetriert den durch den Serieschwingkreis fliessenden
Strom, so dass kein Gleichspannungsglied entsteht. Somit ist an diesem Zeitpunkt,
an dem der Gegenstand aus der Station genommen wird, keine Spannung und keine Ladung
mehr anliegend vorhanden. Die beiden einander gegenüberliegenden Spulen werden bevorzugterweise
magnetfeldmässig gleich gepolt.
[0025] In einer einfachen Variante der Steuerung wird die in jedem Inverter vorhandene interne
Programmierung, respektive die Rampenfunktion des Inverters, zur Steuerung verwendet.
Man startet den Inverter und damit den Serieschwingkreis auf der Resonanzfrequenz.
Dann lässt man das Inverter- Serieschwingkreis- System herunterfahren. Der durch die
interne Programmierung im Inverter übliche Frequenz- und Spannungsabbau erfolgt in
einem Verhältnis von etwa 1:20. Dadurch erfolgt die Stromreduktion im Serieschwingkreis
im Bereich von 1.1000 bis 1:5000. Die Entmagnetisierungskurve entspricht somit etwa
der Exponentialkurve E von Figur 2 Das Wechselfeld wird, gemäss den oben beschriebenen
Grundsätzen, während einer Zeitspanne eines Ablaufs von zwischen 20 und 500 Perioden
oder Wechselpulsen von der Resonanzfrequenz zum Zeitpunkt T0 auf Null zum Zeitpunkt
T (Figur 3) abgebaut resp. zurückgefahren. Bei Versuchen wurden bei einer Aufenthaltsdauer
zwischen 50 und 250 Perioden immer sehr gute Resultate im Entmagnetisieren erreicht.
[0026] Bei einer zweiten Variante wird das Wechselfeld wird ebenfalls während einer Zeitspanne
des Ablaufes von zwischen 20 und 500 Perioden oder Wechselpulsen von der Resonanzfrequenz
zum Zeitpunkt T0 auf Null zum Zeitpunkt T (Figur 3) abgebaut resp zurückgefahren.
Als optimale Aufenthaltsdauer gilt dabei die Zeitspanne von annähernd 100 Perioden.
Die Schwingung im Serieschwingkreis wird dabei über einen Stromregler stromgesteuert
gesteuert.
[0027] In der Figur 2 sind Beispiele von Entmagnetisierungskurven dargestellt, wie sie nach
diesem getakteten Verfahren nun möglich sind. Der Serieschwingkreis bringt durch abklingende
Schwingungen eine übliche Exponentialkurve E. Man kann nun die Zeitdauer bestimmen,
in welcher der Restmagnetismus im Gegenstand bis auf nicht mehr messbare Werte hinuntergebracht
werden kann. Der Gegenstand bleibt während dieser Dauer im Bereich zwischen den beiden
benachbarten Spulen des Serieschwingkreises. Die Schwingungen der Serieschwingkreise
werden stromgesteuert auf einen, durch die benötigte Eindringtiefe bedingten, Sollwert
(= 100%) gebracht und anschliessend auf annähernd Null (10
-3 bis 10
-4) zurückgefahren. Es ist so auch möglich, den Endwert bewusst abweichend von Null
auf einer bestimmten Höhe zu erhalten.
[0028] Gemäss der zweiten Variante wird eine separate Stromsteuerung verwendet. Der Start
des Vorganges beginnt auf Resonanzfrequenz bei maximalem Strom Dann lässt man den
Serieschwingkreis dämpfend ausschwingen während der benötigten Ausschwingzeit At.
Die Steuerung des Serieschwingkreises wird hier eine inverterexterne Stromregelung
des Inverters mit Rechteckimpulsen verwendet. Nun wird die Entmagnetisierungskurve
beeinflusst, indem man zu Beginn des Anstieges einzelner oder jeder der Schwingungen
mit durch zusätzlicher Speisung des Serieschwingkreises mittels Rechteckimpulsen.
Dafür eignet sich die separate Stromsteuerung des Inverters. Damit kann die Dämpfung
der Schwingungen und damit der Ablauf der Entmagnetisierung dem Problem entsprechend
gewählt werden. Die Dauer des Vorganges ist durch oben erwähnte Grundsätze gegeben.
Um das Ende des Vorganges festzustellen muss man nur die Impulse respektive die Schwingungen
zählen Für die Vorgabe eines Endwertes abweichend von Null kann man den Vorgang nach
einer bestimmten vorgewählten Anzahl Schwingungen abbrechen. Für Gegenstände, welche
besondere Anforderungen an die Entmagnetisierung stellen, kann nun diese Entmagnetisierungskurve
in eine Lineare L oder eine Krümmungskurve K verändert werden. Dazu wird das Wechselfeld
des Seneschwingkreises durch die separate Stromsteuerung entlang einer programmierbaren
Rampenfunktion von einem Sollstrom auf einen Endstrom herunter gefahren.
[0029] Eine Ueberwachung des Vorganges und der erhaltenen Endwerte kann durch separate Feldmessung
mittels getrennten Spulen oder Hall-Senoren erfolgen. Dies gilt für beide Varianten
der Ansteuerung
[0030] Nach dem gesteuerten Ausschwingen des Serieschwingkreises wird der Gegenstand aus
der Station genommen. Es ist keine Spannung und keine Ladung und kein Magnetfeld mehr
vorhanden. Dies ist ein ausserordentlicher Vorteil für die Vorrichtung zum Entmagnetisieren.
Der Transport der Gegenstände durch das Transportband erfolgt getaktet im start-stop
oder schnell - langsam Betrieb. Während der stop - oder langsam Phase befindet sich
das Werkstück innerhalb dem Wechselfeld. Nach dem Ausschwingen des Serieschwingkreises
liegt keine Spannung mehr an. Es fliesst kein Strom mehr und es ist keine Ladungen
mehr vorhanden sind. So besteht auch keine Gefahr von elektrischen Schlägen für Bedienungspersonal
Wenn also die Vorrichtung schliesslich abgestellt ist, sind auch keinerlei Restladungen
mehr vorhanden. Dies macht Reparaturen und Wartung, bsp. am Transportband, völlig
ungefährlich.
[0031] Zur Verbesserung der Taktrate können mehrere Spulen oder mehrere Entmagnetisierungsstellen
unter gleichen Bedingungen in einem einzigen Serieschwingkreis zusammengefasst und
gespeist werden.
1. Verfahren und eine Vorrichtung zum Entmagnetisieren von Objekten zwischen zwei einander
gegenüberliegenden Spulen, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt während einer Aufenthaltszeit von einer bestimmten Dauer sich innerhalb
dem Bereich zwischen den beiden Spulen innerhalb einem Wechselfeld befindet, und dass
die Spulen einen einzigen Serieschwingkreises bilden, welcher stromgesteuert gespeisten
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltszeit über die Dauer des Ablaufs von zwischen 20 und 500 Perioden dauert..
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen zu einer einzigen gemeinsamen Spule zusammengefasst werden, wobei
sich das Wechselfeld innerhalb der Spule erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselfeld des Serieschwingkreises durch eine im Inverter programmierte Steuerung
respektive Rampenfunktion von einem Sollstrom auf einen Endstrom herunter gefahren
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselfeld der Serieschwingkreise durch eine separate, inverterexterne Stromsteuerung
entlang einer programmierbaren Rampenfunktion von einem Sollstrom auf einen Endstrom
herunter gefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entmagnetisierungskurve beeinflusst wird durch zusätzliche Speisung des Serieschwingkreises
mittels Rechteckimpulsen durch die separate Stromsteuerung.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beenden des Entmagnetisiervorganges der Serieschwingkreis mittels einer Nullpunktkorrektur
spannungslos, stromlos und ladungslos gemacht wird.
8. Vorrichtung zum Entmagnetisieren von Gegenständen, mit einer Entmagnetisierungsstation,
welche zwei Spulen umfasst, welche vorhanden sind, welche einander gegenüberliegend
beiderseits eines Transportbandes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen kernlos sind und in einem gemeinsamen Serieschwingkreises geschaltet
und mittels eine Stromregelung gespeist sind zur Erzeugung eines Wechselfeldes, und
dass der Serieschwingkreis und das Transportband getaktet betrieben werden, so dass
ein auf dem Transportband transportiertes Objekt während einer bestimmten Aufenthaltsdauer
innerhalb einem Wechselfeld zwischen den Spulen des Serieschwingkreises verbleibt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen zu einer einzigen gemeinsamen Spule zusammengefasst sind, wobei
das Wechselfeld im innern der gemeinsamen Spule erzeugt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung des Transportbandes mindestens eine Vorbehandlungsstation zum
Entmagnetisieren von magnetisch harten Stellen im Gegenstand vorhanden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Gegenstände auf dem Transportband getaktet erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet
wird.