Verfahren für die Richtungs-Orientierung von elektrisch leitenden Körpern in einem magnetischen Feld und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Richtungsorientierung von elektrisch leitenden Körpern in einem magnetischen Feld und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahres. Solche Verfahren und Einrichtungen können in verschiedenen Industriezweigen Anwendung finden, um elektrisch leitende Körper zu orientieren, d. h. in eine gewünschte, jeweils einheitliche Lage zu bringen, insbesondere demnach bei der Automatisierung von Produktionsprozessen für die Orientierung von Teilen während des Fertigungsvorganges, sowie bei der Montage von Baugruppen, Maschinen, Apparaten und Geräten aus solchen Einzelteilen.
Es ist ein Verfahren zur Richtungsorientierung von elektrisch leitenden Körpern bekannt, nach dem die Orientierung der Körper durch die Wechselwirkung des magnetischen Feldes eines Dauermagneten mit in den zu orientierenden Körpern induzierten Wechselströmen (siehe z.B. Urheberschein UdSSR, Nr. 181 481, Kl.
49c, 30/01, 1966) erfolgt.
Das bekannte Verfahren ermöglicht jedoch nur die Orientierung der Körper aus einer willkürlichen Lage in eine Zwischenlage, gewährleistet aber keine Orientierung, bei der der Körper in die vorgegebene Endlage sowohl aus einer willkürlichen Lage als auch aus einer beliebigen Zwischenlage nach einem baulichen Ausbildungsmerkmal, z. B. einem Vorsprung, einer Bohrung, einem einseitigen Schlitz, Gefügeverschiedenheiten usw., überführt wird. Ausserdem ermöglicht dieses Verfahren keine Fixierung von zu orientierenden Körpern, was in den meisten Produktionsprozessen erforderlich ist.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren zur Rich tungsorientierung von elektrisch leitenden Körpern in einem magnetischen Feld, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die eine Richtungsorientierung und eine gleichzeitige Fixierung des jeweiligen Körpers in bezug auf zwei und mehr zueinander senkrecht stehenden Ebenen der Orientierungszone und eine bequeme und einfache linderung der Parameter des inhomogenen magnetischen Feldes in der Orientierungszone ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer Orientierungszone ein inhomogenes magnetisches Wechselfeld mit zum Mittelteil der Orientierungszone hin abnehmender Induktion erzeugt wird, und die zu orientierenden Körper durch die Orientierungszone freibeweglich hindurchgeführt werden.
Vorzugsweise wird die Frequenz des das inhomogene magnetische Feld erzeugenden Wechselstromes für ein bestimmtes Verhältnis vom induktiven zum Wirkwiderstand des Körpers gewählt.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält erfindungsgemäss mindestens einen Elektromagneten mit einem mindestens eine wechselstromgespeiste Wicklung tragenden Magnetleiter, zwischen dessen Polen sich die Orientierungszone befindet, wobei die Pole eine solche Form haben und zueinander so ausgerichtet sind, dass bei Stromfluss durch die Wicklung in der Orientierungszone ein inhomogenes Magnetfeld mit einer Induktion vorhanden ist, die sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert. Jeder Pol des Elektromagneten kann mindestens einen V-förmigen Ausschnitt aufweisen, und die Orientierungszone kann an einander gegenüberliegenden Seiten durch die Ausschnittsflächen begrenzt sein.
Die Einrichtung kann auch mindestens zwei Elektromagnete mit C-förmigen Magnetleitern enthalten, die gegeneinander verstellbar angeordnet sein können.
Der Magnetleiter des Elektromagneten kann aus C-förmigen und die Wicklungen tragenden Kernen bestehen, die an gemeinsamen, übereinander angeordneten Polen verbunden sind, wobei der obere Pol mindestens eine Öffnung für die Einführung von Körpern in die Orientierungszone und der untere Pol mindestens eine Öffnung zum Herausführen von orientierten Körpern aufweist.
In der Einrichtung kann der Magnetleiter mehrstufig mit Polschuhen in jeder Stufe ausgebildet sein. Es ist ebenfalls zweckmässig, die mit Öffnungen versehenen Pole des Elektromagneten als mit jeweils der kleineren Grundfläche einander zugewandten Pyramidenstümpfe auszubilden, wobei die Form jeder für die Herausführung der Körper aus der Orientierungszone bestimmten Öffnung der Form des orientierten Körpers in einer Draufsicht entspricht.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird das vorgeschlagene Verfahren zur Richtungsorientierung von Körpern und die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung mit einem Elektromagneten und Polschuhen, von denen jeder einen V-förmigen Ausschnitt aufweist,
Fig. 2 Feldlinien des magnetischen Feldes in der Orientierungszone zwischen den Polen und die Richtung der auf einen in der Orientierungszone befindlichen Körper wirkenden Kräfte,
Fig. 3 Polschuhe der Einrichtung nach Fig. 1, bei denen die V-förmigen Ausschnitte unter einem Winkel zur Vertikalen angeordnet sind und eine sich nach oben erweiternde Orientierungszone bilden,
Fig. 4 Polschuhe der Einrichtung nach Fig. 1, von denen jeder zwei V-förmige Ausschnitte aufweist,
Fig. 5 zum Teil eine Einrichtung, die zwei Elektromagnete mit C-förmigen Magnetleitern enthält,
Fig. 6 eine Einrichtung mit zwei Paaren von Elektromagneten nadel Fig. 5, bei der die Möglichkeit zur Änderung in der Anordnung der Elektromagnete besteht,
Fig.
7 eine Einrichtung mit einem Elektromagneten, dessen Magnetleiter aus an gemeinsamen Polen ange schlossenen, geschlossenen C-förmigen Kernen besteht,
Fig. 8 eine Variante der Einrichtung nach Fig. 7 mit zwei Magnetflüssen,
Fig. 9 eine Variante der Einrichtung nach Fig. 7 mit einem mehrstufigen Magnetleiter und Polschuhen in jeder Stufe.
Das Wesentliche des vorgeschlagenen Verfahrens zur Orientierung von elektrisch leitenden Körpern besteht im folgenden:
Der auszurichtende Körper 1 (Fig. 1) wird in den Raum zwischen Magnetpolen eingeführt und der Einwirkung eines inhomogenen magnetischen Wechselfeldes ausgesetzt, wodurch der Körper 1 in einer vorgegebenen Richtung orientiert wird. Das inhomogene magnetische Wechselfeld wird durch einen Elektromagneten erzeugt, der eine mit Wechselstrom gespeiste Wicklung 2 und einen Magnetleiter 3 mit Polschuhen 4 und 5 besitzt. zwischen deren Polen sich die Orientierungszone für den Körper 1 befindet. Das inhomogene magnetische Wechselfeld hat eine Induktion, die sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert, was durch eine entsprechende Form der Pole des Elektromagneten und eine entsprechende Anordnung derselben erreicht wird.
In der auf Fig. 1 dargestellten Einrichtung weisen die Polschuhe 4 und 5 zu diesem Zweck je einen V-förmigen Ausschnitt auf, wobei die Ausschnittsflächen die Orientierungszone an einander gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Derartige Formen der Polschuhe bilden eine ausgeprägte Fixierungsebene, die, wie in rig. 2 ersichtlich ist, im Mittelteil der Orientierungszone liegt und durch die Dachkanten der V-förmigen Ausschnitte bestimmt ist. Die Induktion hat in diesem Bereich der Orientierungszone eine geringere Grösse als in anderen Bereichen derselben. Man kann das Moment der auf den zu orientierenden Körper wirkenden Kräfte durch Änderung der Frequenz des den Elektromagneten speisenden Wechselstromes nach einem beliebigen bekannten Verfahren ändern. Es kann z.
B. eine solche Frequenz gewählt werden, bei der der induktive und der Wirkwiderstand des Körpers gleich sind; dabei wird das maximale Moment der auf den zu orientierenden Körper wirkenden Kräfte gewährleistet. Die V-förmigen Ausschnitte in den Polschuhen 4 und 5 können, wie in Fig. 3 gezeigt, unter einem Winkel zur Vertikalen verlaufend ausgeführt werden. Dabei wird eine Orientierungszone mit einer Ausweitung nach oben gebildet, was die Fixierung des eingeführten Körpers in einem bestimmten Punkt des Raums gewährleistet. Beispielsweise ist in Fig. 3 ein bügel artig ausgebildeter Körper 6 gezeigt. Solche Körper werden in der angegebenen Orientierungszone aus beliebiger Ausgangslage in die in Fig. 3 gezeigte Lage orientiert und fixiert.
Die Grösse des Öffnungswinkels des V-förmigen Ausschnittes und seine Neigung in bezug auf die Vertikale werden aus der Bedingung einer ausgeprägten Fixierungsebene in Abhängigkeit vom eingestellten Abstand zwischen den Polen gewählt.
Die Polschuhe können mit zwei und mehr V-förmigen Ausschnitten, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, versehen werden. In diesem Fall kann ein in die Orientierungszone eingeführter Körper nach mehreren, beispielsweise konstruktiven Merkmalen fixiert werden. In Fig. 4 ist beispielsweise ein zylindrischer Körper mit einem dielektrischen Gehäuse 7 gezeigt, in dessen Innern eine elektrisch leitende unmagnetische Armatur eingebaut ist, die aus einem Stab 8 mit zwei Scheiben 9 und 10 besteht. Derartige Körper können nach der in ihrem Innern verborgenen Armatur orientiert und fixiert werden. Der Abstand zwischen den Dachkanten der Ausschnitte jedes Polschuhes wird zu diesem Zweck entsprechend der Entfernung zwischen den Scheiben 9 und 10 der Armatur eingestellt.
Eine solche Orientierungszone kann für eine gleichzeitige Orientierung und Fixierung der Körper in mehreren Magnetflüssen angewendet werden, wenn die Abmessung der Körper dem Abstand zwischen den Öffnungen der V-förmigen Ausschnitte entspricht, sowie wenn die Körper nur nach einem Merkmal fixiert werden müssen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Orientierung von Körpern kann mit Hilfe einer anderen gleichartigen Einrichtung durchgeführt werden, indem das inhomogene magnetische Feld für die zu orientierenden Körper durch zwei Elektromagnete mit C-för- migen Magnetleitern 11 und 12 (Fig. 5) und wechselstromgespeisten Wicklungen 13 bzw. 14 erzeugt wird.
Die Elektromagnete sind mit beieinanderliegenden, gleichnamigen Polen angeordnet und erzeugen in der Orientierungszone ein gemeinsames magnetisches Feld.
Im vorliegenden Fall ist der zu orientierende Körper z. B. ein unsymmetrischer Stab 15, der an einem Ende ein Gewinde aufweist, so dass die Enden des Stabes verschiedene elektrische Leitfähigkeit haben und der Stab nach einem der Enden orientiert wird.
Mit Hilfe von zwei Elektromagneten kann die erforderliche Inhomogenität des Magnetfeldes in der Orientierungszone gewährleistet werden, wozu die unteren gleichnamigen Pole der Elektromagnete in einem Abstand voneinander angeordnet werden, der etwas grösser als der Durchmesser des zu orientierenden Körpers ist, und die oberen gleichnamigen Pole einen Abstand voneinander aufweisen, durch den die genaueste Orientierung sichergestellt ist. Als Ergebnis der Einwirkung eines solchen fächerförmigen inhomogenen Magnetfeldes werden in der Grösse verschiedene Summenkomponenten der elektrodynamischen Kräfte F1 und K an den Enden des zu orientierenden Körpers auftreten, die den Körper aus der Orientierungszone hinauszudrängen suchen, wodurch der zu orientierende Körper in die in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnete Lage gedreht wird.
Verdrehen und Verschieben von Elektromagneten in einer Ebene kann man leicht ein inhomogenes Magnetfeld in der Ebene bilden. Zur Bildung einer Orientierungszone mit einem räumlichen inhomogenen Magnetfeld ist es zweckmässig, mehr als zwei C-förmige Elektromagnete zu verwenden.
In Fig. 6 ist eine Variante der Einrichtung gezeigt, die aus vier Elektromagneten mit den Magnetleitern 16, 17, 18, 19 und den Wicklungen 20, 21, 22, 23 besteht, die an eine Einphasen-Wechselstromquelle oder an verschiedene Quellen angeschlossen sind, wobei im letzteren Fall Felder mit verschiedener Frequenz gebildet werden. Die Elektromagnete sind mit Hilfe von Haltern 24, 25, 26 und 27 und Stützen 28, 29, 30 und 31 auf einer Grundplatte 32 so befestigt, dass ihre Anordnung geändert werden kann. Bei einer solchen Anordnung der Elektromagnete wird nicht nur die Orientierung der beispielsweise als quadratische Hauben ausgebildeten Körper nach ihrer Stirnfläche, sondern auch ihre Drehung nach den Kanten gewährleistet.
Das Verfahren zur Orientierung von Körpern kann auch mit Hilfe der in Fig. 7 dargestellten Einrichtung durchgeführt werden. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, enthält der Elektromagnet in dieser Einrichtung einen Magnetleiter, der aus mehreren, an gemeinsame Pole 33 und 34 geschlossenen C-förmigen Kernen 35 zusammengesetzt ist. Die Pole 33 und 34 sind übereinander angeordnet. Jeder Kern 35 trägt eine aus wenigen Schichten bestehende Wicklung 36. Der obere Pol 33 weist eine Öffnung für die Einführung des zu orientierenden Körpers 37 in die Orientierungszone und der untere Pol eine Öffnung für das Herausführen des orientierten Körpers auf, wobei die Form der unteren Öffnung der Form des Körpers in Draufsicht entspricht.
Die Pole sind als mit kleineren Grundflächen zueinander gewandte Pyramidenstümpfe ausgebildet, wodurch die Konzentration des Magnetflusses auf dem Umfang der möglichen Anfangslage des Körpers 37 vergrössert wird. Eine solche Ausführung des Magnetleiters ge währleistet in der Orientierungszone ein inhomogenes trichterförmiges Magnetfeld, das eine wirksame Orientierung der Körper auf ihrem geringen Fallweg ermöglicht. Durch die Anordnung der Kerne 35 längs des ganzen Umfanges von Polen 33 und 34 kann eine gleichmässigere Verteilung des Magnetflusses in der Orientierungszone mit zu ihrem Mittelteil hin sich vermindernder Induktion erreicht werden.
Der Magnetleiter kann in einer solchen Einrichtung aus einzelnen Anbaukernen 35 zusammengesetzt werden. Mit Hilfe eines Satzes von wenigen Kernen mit verschiedenen Abmessungen können verschiedene Einrichtungen für derartige Zwecke bequem zusammengebaut werden.
Die angegebene Einrichtung kann für die gleichzeitige Orientierung von verschiedenen unsymmetrischen Körpern in getrennten Magnetflüssen Anwendung finden. In diesem Fall können z. B. für die Orientierung von zwei Körpern 38 und 39 (Fig. 8), in der Einrichtung zwei Orientierungszonen gebildet werden, von denen jede gleichartig mit der in Fig. 7 dargestellten Orientierungszone ist.
Ausserdem kann der Magnetleiter in einer solchen Einrichtung mehrstufig ausgebildet werden. Eine derartige Ausführung des Magnetleiters ist am wirksamsten, wenn man einen Körper in einer Orientierungszone nicht endgültig orientieren kann.
In Fig. 9 ist eine Einrichtung dargestellt, in der der Magnetleiter zweistufig ausgebildet ist. Diese Einrichtung kann z. B. zur Orientierung von kreuzförmigen Körpern 40 dienen. In der ersten Stufe wird ein solcher Körper zuverlässig nach einer im Fallweg liegenden Ebene orientiert und in der zweiten Stufe in der Orientierungszone zwischen den Polen 33' und 34' gedreht und nach dem kreuzförmigen Profil in einer bestimmten vorgegebenen Lage fixiert. Die vorgeschlagenen Einrichtungen sind hochleistungsfähig und können leicht mit bekannten Zuordnern zusammengebaut werden.