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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen, Heben und Transportieren
von ferromagnetischen Bauteilen, insbesondere Flachblechen von einem
Stapel, bei dem mit einem an einer Traverse aufhängbaren
Magnetsystem mit mindestens einem Paar Polschuhen unter Ausbildung
eines Luftspaltes eine magnetische Haltekraft für das magnetische Bauteil
in einem magnetischen Kreis erzeugt wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Heben
und Transportieren von ferromagnetischen Bauteilen, insbesondere
Flachblechen von einem Stapel mit einem an einer Traverse anhängbaren
Magnetsystem mit mindestens einem Paar von Polschuhen, deren Polflächen über
einen Luftspalt mit der magnetischen Last unter Ausbildung eines
magnetischen Kreises in Verbindung stehen, wobei das Magnetsystem
mindestens einen Permanent- oder Elektro-Permanent-Magneten zur
Erzeugung einer magnetischen Haltekraft aufweist.
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Stand der Technik
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Es
ist bekannt, Flachbleche in Blechlägern, Hafenumschlagsanlagen
usw. mittels Lasthebemagnete zu heben und zu transportieren. Die
Haltekraft der Lasthebemagnete hängt von einer Vielzahl
von Faktoren, beispielsweise der Dicke und der Gestalt des zu hebenden
Bauteils, die Stärke des Luftspaltes zwischen dem Polschuh
und dem Bauteil, die Zusammensetzung der Last und ihrer Temperatur,
ab. Insbesondere der Luftspalt vermindert die Hebekraft, weil der
Magnetfluss durch die Luft erschwert wird. Allgemein wird deshalb
davon ausgegangen, den Luftspalt so gering wie möglich
zu halten (Katalog „Magnetisches Heben”, Oktober
2008 der Firma Flaig Magnetsysteme, www.flaig-te.de). Bei dünnen Blechen
führt ein geringer Luftspalt jedoch zu dem Nachteil, dass
durch die sogenannte Sogwirkung mehrere Bleche vom Blechstapel angehoben
werden, so dass die Last ohne weiteres Größen
erreichen kann, die ein Abfallen vom Lastmagneten nach sich ziehen
kann.
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Diesen
Nachteil versucht die
EP
0 408 776 A1 dadurch zu beheben, dass die Eindringtiefe
des Magnetfeldes in den Werkstoff verringert wird. Der bekannte
Lastmagnet, der aus einem Gehäuse aus magnetisch weichem
Werkstoff besteht, hat einen U-förmigen Querschnitt, in
dem wenigstens zwei Paare von Dauermagneten angeordnet sind, wobei das
eine Ende jedes Magneten mit dem Oberteil des Gehäuses
und das andere Ende jedes Magneten mit einem gemeinsamen Polschuh
in Berührung steht. Je ein Magnet jeden Paares von Dauermagneten
ist von einer gemeinsamen neutralisierenden Wicklung und sämtliche
Magnete und der gemeinsame Polschuh sind von einer magnetisierenden
Wicklung umgeben. Infolge der verringerten Eindringtiefe des Magnetfeldes
können die Bleche getrennt erfasst werden. Mit diesem bekannten
Stand der Technik ist es zwar möglich, ein dünnes
Blech vom Stapel abzunehmen, jedoch kann die Haltekraft des Lastmagneten
nicht auf eine definierte Anzahl von Blechen eingestellt werden.
Die Abnahme einer definierten Anzahl von Blechen vom Stapel ist
daher nicht möglich, was die Anzahl der Abnahme- und Umsetzvorgänge beim
Umschlag der Bleche erhöht und die Produktivität
herabsetzt.
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Aufgabenstellung
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Bei
diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung
derart zu verbessern, dass eine definierte Anzahl von Bauteilen
mit hoher Sicherheit unter Reduzierung der Umsetzvorgänge
vom Magnetsystem aufgenommen, angehoben und transportiert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung
mit Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch
aus, dass die Haltekraft des Magnetsystems in Abhängigkeit
der Abmessungen des zu hebenden Bauteils, seiner Gestalt, seines
Werkstoffs und seiner Temperatur so eingestellt werden kann, dass
eine definierte Anzahl von Bauteilen gleichzeitig aufgenommen, angehoben
und transportiert werden kann. Von Vorteil ist weiterhin, dass die
Anzahl der Hebevorgänge beim Aufnehmen und Transportieren der
Bauteile wesentlich reduziert und somit die Produktivität
des Umschlagvorganges erheblich gesteigert werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, die Eindringtiefe des Magnetfelds
in den Werkstoff durch Variation des Luftspaltes so zu verändern, dass
eine bestimmte Anzahl von Bauteilen vom Magnetsystem sicher aufgenommen
und gehalten werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die magnetische
Haltekraft für die ferromagnetische Last durch einen auf
die Last abgestimmten definierten Luftspalt zwischen Polschuh und
ferromagnetischer Last eingestellt wird, wobei der definierte Luftspalt mittels
Abstandsänderung zwischen Polschuh und Flachblech durch
mechanische und/oder hydraulische Verstellelemente erzeugt wird.
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Von
besonderer Bedeutung ist, dass die Haltekraft für die Last
auf eine definierte Anzahl, insbesondere mindestens ein, zwei oder
mehr Bauteile in Abhängigkeit der Abmessungen und der Gestalt
des Bauteils, des Werkstoffs und der Temperatur des Bauteils eingestellt
werden kann. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, dass
der Flusslinienverlauf des Magnetfeldes je nach Erfordernis in den
Blechstapel tiefer hinein oder weiter heraus verändert
werden kann, so dass entweder mehrere Blechlagen oder auch nur eine
einzige Blechlage vom Stapel abnehmbar ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zum Einstellen
des Flusslinienverlaufs, d. h. der Haltekraft des Magnetsystems,
mechanische Verstellelemente wie Keile, Exzenter- oder Spindelhubmittel
eingesetzt werden, die eine Schub- oder Drehbewegung durch einen
elektrischen Antrieb in eine Hubbewegung zur Einstellung des Luftspaltes
umsetzen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
hydraulische Verstellelemente wie Kolben/Zylindereinheiten verwendet
werden, die zwischen Blech und Traverse oder Magnetsystem eine Hubbewegung
ausführen, welche von einer an der Traverse befestigtes
hydraulischen Arbeitseinheit ausgelöst wird.
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Dabei
ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrischen oder hydraulischen
Arbeitseinheiten der Verstellelemente durch eine Steuereinheit angesteuert
werden, die den Luftspalt zwischen Polschuh und Bauteil in Abhängigkeit
der Dicke, der Anzahl und Gestalt, des Werkstoffs und der Temperatur
der Bauteile ermittelt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und kompakt
aufgebaut und geht von der Erkenntnis aus, dass der Luftspalt zwischen
Polschuh und Bauteil durch eine Abstandseinrichtung entsprechend
der Dicke, der Anzahl und Gestalt der Bauteile, des Werkstoffs und
der Temperatur der Bauteile einstellbar ist. Die Abstandseinrichtung
weist Zum Einstellen eines definierten Luftspaltes zwischen Bauteil
und Magnetsystem ein elektrisch oder hydraulisch angetriebenes Verstellelement
auf, das am Magnetsystem oder an der Traverse befestigt ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist das elektrisch angetriebene Verstellelement ein
zwischen Bauteil und Magnetsystem horizontal einfahrbarer Keil oder
ein Exzenter- oder Spindelhubmittel, der die Schubbewegung bzw.
das die Drehbewegung in eine Hubbewegung zum Verstellen des Abstandes
zwischen Polschuh und Bauteil umsetzt, wobei der Keil oder das Exzenter-
oder Spindelhubmittel mit einer an der Traverse befestigten elektrischen
Arbeitseinheit verbunden ist, die mit einer Steuereinheit zum Einstellen des
Luftspaltes in Verbindung steht.
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Schließlich
sieht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vor, dass das hydraulisch angetriebene Verstellelement eine
Kolben/Zylindereinheit ist, die eine Hubbewegung zum Verstellen
des Abstandes zwischen Polschuh und Bauteil ausführt, wobei
die Kolben/Zylindereinheit mit einer an der Traverse befestigten
hydraulischen Arbeitseinheit verbunden ist, die mit einer fernbedienbaren
Steuereinheit zum Einstellen des Luftspaltes in Verbindung steht.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Magnetsystems nach dem Stand der Technik
mit Verlauf der Magnetflusslinien durch die Blechlagen eines Blechstapels,
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2 eine
schematische Darstellung des Magnetsystems im auf den Blechstapel
aufgesetzten Zustand mit Verlauf der Magnetflusslinien durch die Blechlagen
des Blechstapels
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3 ein
Blockschaltbild zum Einstellen des Luftspaltes zwischen Polschuh
und Blechlage und
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4 eine
schematische Darstellung des Magnetsystems unter Ausbildung eines
definierten Luftspaltes zwischen Polschuhen und Blechlage zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens und dazugehöriger
Vorrichtung.
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Die 1 zeigt
das Magnetsystem eines Lastmagneten nach dem Stand der Technik.
Das Magnetsystem 1 umfasst üblicherweise einen
Permanentmagneten oder Elektro-Permanentmagneten, dessen Polschuhe 2 und 3 direkt
auf der obersten Blechlage 4.1 eines Blechstapels 5 aufliegen.
Die Hebekraft des Magnetsystems 1 hängt von Vielzahl von
Einflussgrößen ab, und zwar von den Abmessungen
und der Gestalt des zu hebenden Bauteils (Blechlage), der Zusammensetzung
des Blechs, dem Luftspalt zwischen den Polschuhen 2 bzw. 3 und
der Blechlage 4 und der Temperatur des Bauteils ab. Der Magnetfluss
des Magnetsystems 1 benötigt eine Mindestdicke
d für die einzelnen Blechlagen 4.1, 4.2 bis 4n.
Liegt die Dicke der Blechlage unter der Mindestdicke d, wird das
Blech bereits von einem kleinen Teil des Magnetfeldes gesättigt,
und der Großteil des Magnetflusses dringt durch die Blechlage
in die Umgebung durch, so dass die Hebekraft reduziert wird. Dünne
Bleche neigen außerdem beim Anheben zum Verbiegen, wodurch
ein Luftspalt an den Berührungsflächen der Polschuhe 2 und 3 entsteht,
der die Hebekraft des Magnetsystems 1 weiter reduziert.
Die Haltekraft am Magnetsystem 1 hängt weiterhin
von der Größe des Luftspaltes 6 zwischen
den Polschuhen 2 bzw. 3 und der entsprechenden
Blechlage 4.1, 4.2, 4.n ab. Für
die Bemessung des Luftspaltes spielen auch die Beschaffenheit der
Kontaktflächen, ihre Oberflächenrauheit, Rost,
Farbanstriche usw. eine nicht zu vernachlässigende Rolle.
Stahlwerkstoffe mit geringem Kohlenstoffgehalt sind gute Magnetleiter. Es
gilt die Regel, dass je höher der Kohlenstoffgehalt im
Stahl ist, desto kleiner die Haltekraft ist. Weiterhin wirkt sich
auch die Temperatur der zu hebenden Blechlage aus. Je höher
die Temperatur der Blechlage ist, desto höher ist der Widerstand
der schneller schwingenden Moleküle im Stahl gegenüber
dem magnetischen Fluss. Aus alledem geht hervor, dass für
das zu hebende Bauteil, d. h. hier Flachbleche, die Abmessungen
wie Dicke, Länge und Breite, die Werkstoffzusammensetzung
und die Temperatur festliegen.
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Wie
die 2 zeigt, ist das Magnetsystem 1 direkt
an einer Traverse 7 befestigt und die Polschuhe 2 und 3 des
Magnetsystems 1 setzen auf der ersten Blechlage 4.1 des
Blechstapels 5 auf. Die Traverse 7 wird an einem
nicht dargestellten Hebezeug angeschlagen. An den seitlichen Enden 8 bzw. 9 der Traverse 7 ist
jeweils eine Abstandseinrichtung 10 vorgesehen, die je
eine Kolben/Zylindereinheit 11 bzw. 12 als Verstellelement
umfasst, die Teil eines Hydraulikkreislaufs sind, dessen Hydraulikleitungen und
entsprechende Ventile mit einer an der Traverse befestigten hydraulischen
Arbeitseinheit 13 verbunden sind. Jeder Kolben der Kolben/Zylindereinheit 11 bzw. 12 trägt
an seinem der obersten Blechlage 4.1 zugewandten Ende ein
Stützelement 14, das einerseits drehbar am Kolben
angelenkt ist und andererseits in Höhe der Berührungsfläche
F zwischen den Polschuhen 2 bzw. 3 und der Oberfläche
der jeweils ersten Blechlage 4.1 aufsetzt.
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In 3 ist
ein Blockschaltbild des Hydraulikkreislaufs zum Einstellen des Luftspaltes 6 zwischen
Polschuh 2 bzw. 3 und der ersten Blechlage 4.1 dargestellt,
Die Regelventile 15 und 16 für das Öffnen
oder Schließen der Hydraulikleitungen zum Zu- oder Abführen
von Hydraulikflüssigkeit werden von einer Steuereinheit 17 betätigt,
in deren Speicher die entsprechenden funktionalen Zusammenhänge zwischen
Haltekraft und Größe des Luftspaltes 6 in Abhängigkeit
der Abmessungen und der Gestalt der zu Blechlage 4.1, der
Stahlsorte und der Temperatur abgelegt sind. Der Bediener wählt
die entsprechenden Parameter wie Abmessung, Gestalt, Stahlsorte, Temperatur
und Anzahl der Blechlagen auf einem Handterminal 19 aus
und teilt diese der Steuereinheit 17 beispielsweise über
eine Funkverbindung mit. Die Steuereinheit 17 bestimmt
die Größe des Luftspaltes und öffnet
oder schließt die Regelventile 15 bzw. 16 solange
bis die entsprechende Größe des Luftspaltes 6 zwischen
Blechlage 4.1 und den Polschuhen 2 bzw. 3 durch
das Aus- und Einfahren der Kolben in der Kolben/Zylindereinheit 11 bzw. 12 erreicht
und ein Sensor 18 das Erreichen der Größe
des vorgegebenen Luftspaltes 6 detektiert.
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Die 4 zeigt
das Magnetsystem 1 in dem Zustand, bei dem der definierte
Luftspalt 6 zwischen Polschuh 2 bzw. 3 und
Blechtafel 4.1 erreicht ist. Die Kolben der Kolben/Zylindereinheit 10 bzw. 11 sind entsprechend ausgefahren
und die Sensoren 17 haben an die Steuereinheit 16 ein
entsprechendes Signal ausgegeben, die Regelventile 14 und 15 zu
betätigen. Die Magnetflusslinien MF dringen bei dem hier gewählten
Beispiel bis in die zweite Blechlage 4.2 ein, so dass die
ersten beiden Blechlagen 4.1 und 4.2 gleichzeitig
aufgenommen und transportiert werden können. Je nach Wahl
der Größe des Luftspaltes, lassen sich somit eine
definierte Anzahl, insbesondere mindestens ein, zwei oder mehr Blechlagen
anheben und transportieren.
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Die
Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung
nicht auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele. Vielmehr
sind Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung
auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen
abweichen können. So ist es möglich, anstelle
hydraulisch gesteuerter Verstellelemente auch elektrisch betriebene
Verstellelemente wie Keile, Exzenter- oder Spindelhubmittel oder
Kombinationen aus mechanischen und hydraulischen Verstellelementen
einzusetzen. Bei Keilen wird eine Horizontalbewegung und bei Exzenter- oder
Spindelhubmittel eine Drehbewegung in eine Hubbewegung umgesetzt.
Die Arbeitseinheit 13 ist dann mit einem elektrischen Antrieb
zu versehen und entsprechend auszulegen. Es ist selbstverständlich, dass
die Arbeitseinheit bei einer Kombination aus mechanischen und hydraulischen
Verstellmitteln sowohl elektrische als auch hydraulische Funktionen erfüllen
muss.
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- 1
- Magnetsystem
- 2,
3
- Polschuhe
- 4.1
bis 4.n
- Blechlage
- 5
- Blechstapel
- 6
- Luftspalt
- 7
- Traverse
- 8,
9
- Seitliche
Enden von 7
- 10
- Abstandseinrichtung
Verstellelemente
- 11,
12
- (Kolben/Zylindereinheit)
- 13
- Hydraulische
Arbeitseinheit
- 14
- Stützelement
- 15,
16
- Regelventile
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Sensor
- 19
- Handterminal
- d
- Mindestdicke
- F
- Berührungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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