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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein automatisierte Systeme zur Handhabung von eisenfreien, elektrisch leitenden Objekten. Insbesondere betreffen Aspekte dieser Offenbarung automatisierte Vorrichtungen, Systeme und zugehörige Verfahren zum magnetodynamischen Trennen von eisenfreien, elektrisch leitenden Rohlingen bei der Handhabung und Verarbeitung. Bei einer beispielhaften Stanzoperation werden diese Rohlinge mithilfe des Betriebs eines Materialhandhabungsroboters automatisch in eine Stanzpresse eingeführt. Die Oberfläche eines Werkzeugs und eines Stempels der Stanzpresse formt die empfangenen Rohlinge in eine gewünschte Gestalt. Zur Ermöglichung der Stanzoperation ist ein Stapel von Rohlingen in der Nähe der Stanzpresse positioniert. Ein Greiforgan des Roboters wird dann in eine Position über dem Stapel von Rohlingen bewegt. Mithilfe des Greiforgans wird der oberste Rohling ergriffen und von dem Stapel abgehoben und anschließend in die Stanzpresse eingeführt.
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Aus den Druckschriften
DE 199 61 648 A1 und
US 6 746 063 B1 sind magnetodynamische Vorrichtungen bekannt geworden, mittels derer sich im obersten eisenfreien Blech eines Blechstapels Wirbelströme erzeugen lassen, wodurch die Entnahme des obersten Blechs von dem Stapel erleichtert wird.
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Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften
GB 2 462 499 A ,
JP H04-317 935 A und
EP 0 939 047 A1 verwiesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der sich in einem Stapel angeordnete Rohlinge selbst dann zuverlässig voneinander trennen lassen, wenn sie aneinanderheften.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine magnetodynamische Vorrichtung zum Trennen von Aluminiumscheiben oder anderen eisenfreien, elektrisch leitenden Scheiben oder Rohlingen. Diese Rohlinge können gestapelt und bei einer beispielhaften Stanzoperation nahe bei einer Stanzpresse bereitgestellt sein, wobei die Rohlinge durch einen Materialhandhabungsroboter einer nach dem anderen aus dem Stapel entfernt werden und in die Presse eingeführt werden. Die offenbarte Vorrichtung erzeugt eine Magnetkraft, welche eine Ecke, einen Rand oder einen anderen Abschnitt eines obersten Rohlings vom Rest des Stapels abstößt, um das Ergreifen und Anheben des obersten Rohlings durch ein Greiforgan des Roboters zu ermöglichen.
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Der Magnet umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten, die mit einem Rotor verbunden sind und mit abwechselnden magnetischen Nord- und Südpolen angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Aktorvorrichtung ausgestaltet sein, um den Rotor um eine Rotationsachse herum zu drehen, um das Magnetfeld in die erste Richtung zu erzeugen und das Fließen eines elektrischen Stroms zu induzieren.
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Der Controller ist ausgestaltet, um eine Veränderung der Relativposition des Magnets an dem Stapel mithilfe der Übertragung von Positionssteuerungssignalen an die Aktorvorrichtung zu befehlen. Ein Gehäuse enthalt den Rotor, wobei die Aktorvorrichtung ausgestaltet sein kann, um eine Position des Gehäuses an einem Rand des Stapels in Ansprechen auf den Empfang der Positionssteuerungssignale automatisch zu justieren.
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Die Vorrichtung kann einen Positionssensor in Verbindung mit dem Controller sowie einen Materialhandhabungsroboter und die Aktorvorrichtung enthalten. Der Controller kann programmiert sein, um eine Position des Materialhandhabungsroboters von dem Positionssensor zu empfangen und um Steuerungssignale an die Aktorvorrichtung zu übertragen, um den elektrischen Strom nur dann zu erzeugen, wenn die Position des Materialhandhabungsroboters innerhalb eines kalibrierten Abstands zu dem obersten Rohling ist.
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Es wird auch ein Verfahren zum Trennen leitender eisenfreier Rohlinge offenbart. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren umfassen, dass ein Magnet neben einem Stapel der Rohlinge positioniert wird und dass mithilfe des Magnets ein stationäres Magnetfeld in eine erste Richtung auf einer Hauptoberfläche eines obersten Rohlings des Stapels erzeugt wird. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass ermittelt wird, ob sich ein Greiforgan eines Materialhandhabungsroboters innerhalb eines kalibrierten Abstands oder einer kalibrierten Entfernung zu der Hauptoberfläche des obersten Rohlings befindet, sowie dass mithilfe der Übertragung von Positionssteuerungssignalen an eine Aktorvorrichtung ein elektrischer Strom in eine zweite Richtung entlang der Hauptoberfläche des obersten Rohlings erzeugt wird, wenn sich das Greiforgan innerhalb der kalibrierten Entfernung befindet. Wie vorstehend erwähnt wurde, verläuft die zweite Richtung rechtwinklig zu der ersten Richtung. Zudem kann das Verfahren umfassen, dass eine Position des Magnets relativ zu dem Stapel mithilfe der Aktorvorrichtung während eines Fließens des elektrischen Stroms gesteuert wird, sodass eine magnetische Trennkraft in eine dritte Richtung erzeugt wird, die rechtwinklig zu der ersten und zweiten Richtung verläuft. Die erzeugte Kraft reicht aus, um einen Abschnitt des obersten Rohlings von dem Stapel zu trennen.
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Ein weiteres Verfahren zum Trennen elektrisch leitender, eisenfreier Rohlinge umfasst, dass mithilfe eines oder mehrerer Magnete, die neben einem Stapel der Rohlinge positioniert sind, ein stationäres Magnetfeld in eine Richtung auf einer Hauptoberfläche eines obersten Rohlings des Stapels erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass ein elektrischer Strom in eine zweite Richtung entlang der Hauptoberfläche des obersten Rohlings erzeugt wird, indem der elektrische Strom in die Hauptoberfläche induziert oder direkt eingeleitet wird, wobei die zweite Richtung rechtwinklig zu der ersten Richtung verläuft. Zudem umfasst das Verfahren, dass eine magnetische Trennkraft als Produkt aus dem stationären Magnetfeld und dem elektrischen Strom erzeugt wird, um den obersten Rohling von verbleibenden Rohlingen in dem Stapel zu trennen. Das Verfahren kann bei dieser speziellen Ausführungsform auch umfassen, dass der getrennte oberste Rohling, der die getrennte Ecke aufweist, unter Verwendung eines Greiforgans eines Materialhandhabungsroboters ergriffen und angehoben wird.
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Die vorstehend erwähnten Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Offenbarung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer magnetodynamischen Vorrichtung zum Trennen elektrisch leitender, eisenfreier Rohlinge von einem Stapel aus derartigen Rohlingen.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Konfiguration zu derjenigen, die in 1 dargestellt ist, wobei die
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Konfiguration der 2 jedoch nicht erfindungsgemäß ausgestaltet ist.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum magnetodynamischen Trennen elektrisch leitender, eisenfreier Rohlinge mithilfe der Vorrichtung darstellt, die in 1 und 2 gezeigt ist.
- 4A-C sind jeweils schematische Darstellungen der Draufsicht, der Stirnansicht und der Seitenansicht einer beispielhaften Stabmagnetanordnung, die mit der Ausführungsform von 2 verwendet werden kann.
- 5A-C sind jeweils schematische Darstellungen der Draufsicht, der Stirnansicht und der Seitenansicht einer alternativen beispielhaften Stabmagnetanordnung, die in der Ausführungsform von 2 verwendet werden kann.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen gezeigt und werden hier im Detail beschrieben. In diesem Umfang sollen Elemente und Begrenzungen, die offenbart sind, aber in den Ansprüchen nicht explizit offengelegt sind, weder einzeln noch zusammen in die Ansprüche, sei es durch logische Schlussfolgerung oder Rückschluss, aufgenommen werden. Sofern es nicht speziell ausgeschlossen wird, umfasst für Zwecke der vorliegenden genauen Beschreibung der Singular den Plural und umgekehrt, die Worte „und“ und „oder“ sollen sowohl verbindend als auch trennend sein, „alle“ bedeutet „beliebige und alle“, „beliebige“ bedeutet „beliebige und alle“, und „enthaltend“, „umfassend“ und „aufweisend“ bedeuten „umfassend ohne Beschränkung“. Darüber hinaus sind Näherungswörter, wie etwa „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „näherungsweise“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe bei oder nahezu bei“ oder „innerhalb von 3-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination daraus verwendet.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gleiche Komponenten bezeichnen, ist in 1 eine magnetodynamische Vorrichtung 10 gezeigt. Die Vorrichtung 10 kann als Teil einer beispielhaften Stanzoperation in einer Fertigungsoperation verwendet werden, die eisenfreie, leitende Rohlinge 18, d.h. Scheiben oder Bögen eines elektrisch leitenden, eisenfreien/nicht magnetischen Materials wie etwa Aluminium, Magnesium, beschichteter Kunststoff und/oder Verbundmaterialien mit einer leitenden Schicht verwendet. Die Ausführungsformen von 1 und 2, welche beide mithilfe eines beispielhaften Verfahrens 100 gesteuert werden können, das in 3 gezeigt ist, sollen den Bedarf für Druckluft, Vertiefungsmuster oder andere Ansätze beseitigen, welche eine Trennung der Rohlinge 18 bei Stanzoperationen oder anderen Operationen ermöglichen.
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Wie allgemein vorstehend erwähnt wurde, kann eine beispielhafte Stanzpressenoperation von einer Verwendung eines Materialhandhabungsroboters 12 profitieren, wobei nur Abschnitte desselben zur Einfachheit der Darstellung in 1 mithilfe eines schematischen Einschubs 11 gezeigt sind. Daher kann die Vorrichtung 10 einen derartigen Roboter 12 optional enthalten. Der Roboter 12 kann einen Roboterarm 13 und ein Greiforgan 14 umfassen. In der speziellen gezeigten Konfiguration kann das Greiforgan 14 Saugnäpfe enthalten, die mithilfe eines Schlauchs 15 mit einem Unterdruck versorgt werden, sodass das Greiforgan 14 eine Saugkraft aufbringt und dadurch einen obersten Rohling 18U sicher ergreift und von einem Stapel 16 aus identisch konfigurierten Rohlingen 18 abhebt.
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Das Greiforgan 14 kann alternativ als Greifer mit mehreren Fingern oder als ein anderes für die Anwendung geeignetes Greiforgan ausgeführt sein. Der oberste Rohling 18U wird von dem Greiforgan 14 angehoben und in eine (nicht gezeigte) Stanzpresse eingeführt, wobei der Roboterarm 13 zwischen der Stanzpresse und dem Stapel 16 hin- und herverschwenkt, bis alle Rohlinge 18 im Stapel 16 der Reihe nach in die Presse eingeführt worden sind. Die Vorrichtung 10 kann eine optionale Gleichspannungsquelle (DC-Spannungsquelle) 32, z.B. eine Niederspannungs-Hilfsbatterie, ein Paar elektrischer Leiter 33 und ein Paar elektrischer Kontakte 36, etwa leitende Felder oder Kontaktoberflächen enthalten, wobei diese strukturellen Elemente in der alternativen Ausführungsform von 2 auf eine spezielle Weise verwendet werden. Die DC-Spannungsquelle 32 kann in verschiedenen Ausführungsformen mit dem Greiforgan 14 oder mit einem anderen Abschnitt des Roboters 12 verbunden sein.
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Als Teil der Vorrichtung 10 von 1 kann ein oder können mehrere Magnete 24M neben dem Stapel 16 positioniert sein. In Abhängigkeit von der Ausführungsform können die Magnete 24M Permanentmagnete oder Elektromagnete sein. Eine Magnetkraft (F) ist gleich dem Produkt aus einem elektrischen Strom (I), einem Magnetfeld (B) und einer Länge (L) eines gegebenen elektrischen Leiters, in diesem Fall des obersten Rohlings 18U, d.h. F = B x I x L. Dieses Prinzip wird mithilfe des Verfahrens 100 auf eine spezielle Weise genutzt, um einen beabsichtigten „Rohlingsauffächerungs-“Effekt zu erzeugen, bei dem die erzeugte Magnetkraft (F) auf eine gesteuerte und gezielte Weise erzeugt wird, um die Rohlinge 18 zu trennen.
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Insbesondere werden die Vorrichtung 10 und das Verfahren 100 verwendet, um eine Ecke, einen Rand oder einen anderen Abschnitt des obersten Rohlings 18U von den verbleibenden Rohlingen 18 im Stapel 16 und speziell von einem unmittelbar benachbarten Rohling 18 zu trennen. Das heißt, dass ein zu vermeidendes Problem das nicht beabsichtigte Anheben von mehr als dem obersten Rohling 18U ist, und daher ermöglicht eine saubere Trennung einer Ecke, eines Rands oder eines anderen Abschnitt des obersten Rohlings 18U, dass das Greiforgan 14 nur den obersten Rohling 18U anhebt und einführt. Die Ausführungsformen von 1 und 2 verwenden des oben erwähnte Prinzip, um den gewünschten Effekt des Auffächerns von Rohlingen zu erzeugen, wobei 1 die Verwendung eines Rotors 24 mit einer Umfangsoberfläche 28 darstellt, um ein Fließen des elektrischen Stroms (I) in den obersten Rohling 18U zu induzieren, und 2 die DC-Spannungsquelle 32 verwendet, um den elektrischen Strom (I) direkt in den obersten Rohling 18U einzuleiten.
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Mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform von 1 mit dem rotierenden Magnetfeld sind die Magnete 24M mit der Umfangsoberfläche 28 des Rotors 24 verbunden oder um diese herum angeordnet, um ein stationäres Magnetfeld an einem Außenumfang des Rotors 24 herzustellen. Dann wird der Rotor 24 mit einer gesteuerten Drehzahl nahe bei einem Rand 23 des Stapels 16 gedreht. Die Drehung des Rotors 24 kann zum Induzieren des elektrischen Stroms (I) entlang einer Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U verwendet werden, d.h. aus der Perspektive von 1 in die Seite hinein, und sie erzeugt schließlich die Magnetkraft (F) mit einer Größe, die zum Trennen des obersten Rohlings 18U vom Rest des Stapels 16 ausreicht. Um die gewünschte Magnetkraft (F) zu erreichen, kann eine Vielzahl der Magnete 24M mit abwechselnder Nord/Süd-Polarität (N/S-Polarität) mit dem Außenumfang des Rotors 24 verbunden sein, z.B. mit einem eisenhaltigen Zylinder, einer Scheibe oder einer Trommel, oder einer beliebigen anderen Struktur, die sich um eine Rotationsachse 21 herum dreht. Die Drehung des Rotors 24 um die Rotationsachse 21 herum führt zur Erzeugung des Magnetfelds (B) in eine erste Richtung auf der Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U, d.h. weg von dem Rotor 24 und in den obersten Rohling 18U hinein.
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Als Teil der Vorrichtung 10 kann eine Aktorvorrichtung 25, z.B. eine kombinierte Anordnung aus Solenoidvorrichtung und Motor, mit den Magneten 24M wirksam verbunden sein. In einigen Ausführungsform kann die Aktorvorrichtung 25 verwendet werden, um den Rotor 24 und/oder den/die Magnete 24M an dem Stapel 16 zu positionieren oder um eine kalibrierte Relativposition beizubehalten, gleichzeitig mit/während des befohlenen Fließens des elektrischen Stroms (I). in der Ausführungsform von 1 kann die Aktorvorrichtung 25 den Rotor 24 um die Rotationsachse 21 herum drehen, wie durch Pfeil R angezeigt ist. Die Aktorvorrichtung 25 kann ein Gehäuse 30, das den Rotor 24 enthält, in eine vertikale und/oder eine horizontale Richtung an dem Rand 23 des Stapels 16 automatisch positionieren, wie durch Pfeile A bzw. AA mit zwei Spitzen angezeigt ist.
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Der elektrische Strom (I) wird in eine zweite Richtung entlang der Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U, welche aus der Perspektive von 1 betrachtet direkt in den obersten Rohling 18U hinein verläuft, erzeugt, d.h. in Abhängigkeit von der Ausführungsform direkt eingeleitet oder induziert. Das heißt, dass der elektrische Strom (I) in eine Richtung erzeugt wird, die rechtwinklig oder normal zu der Richtung des Magnetfelds (B) ist, sodass eine magnetische Trennkraft (F) wie vorstehend beschrieben als eine trennende Magnetkraft in eine dritte Richtung erzeugt wird, die rechtwinklig zu der Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U verläuft. Die Trennkraft (F), deren Größe vorbestimmt ist, wie nachstehend offengelegt wird, reicht aus, um den obersten Rohling 18U von dem Rest der Rohlinge 18 im Stapel 16 magnetisch zu trennen.
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Die Größe der magnetischen Trennkraft (F) hängt von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 24, der magnetischen Feldstärke der Magnete 24M, dem Durchmesser des Rotors 24 und der Größe eines beliebigen Luftspalts ab, welcher den Stapel 16 von dem nächstgelegenen relativen Punkt an dem Rotor 24 trennt. Daher kann die Kraft (F), die aus dem elektrischen Strom (I) und dem Magnetfeld (B) resultiert, sorgfältig auf die Spezifikationen der Rohlinge 18 abgestimmt sein. Unter Verwendung eines veranschaulichenden Beispiels kann ein Stapel 16 etwa 350-400 Rohlinge 18 enthalten, die aus Aluminium bestehen, wobei jeder etwa 0,90-1,0 mm dick ist und etwa 6,50-7,0 kg wiegt. Ein typischer rechteckiger Rohling 18 kann Hauptabmessungen von etwa 1,475 m x 1,835 m aufweisen. Bei Aluminiumrohlingen 18, welche die vorstehenden Spezifikationen aufweisen, wird eine Kraft (F) von etwa 17 Newton an jeder Ecke des Rohlings 18 benötigt, um einen Trennbetrag zu ermöglichen, der zum Abheben durch das Greiforgan 14 ausreicht. Beispielsweise kann eine Trennung des obersten Rohlings 18U von etwa 10-20 mm und nicht mehr als die Breite der Magnete 24M, d.h. weniger als etwa 50 mm erreicht werden. Auf dieser Grundlage kann bzw. können das benötigte Magnetfeld (B) und/oder der elektrische Strom (I), die verwendet werden, um das Trennen des obersten Rohlings 18U vom Rest des Stapels 16 zu unterstützen, leicht ermittelt werden, wie der Fachmann auf dem Gebiet feststellt.
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Als Teil einer beispielhaften Stanzoperation kann ein optionaler Positionssensor S1 verwendet werden, um eine Position des Greiforgans 14 mit Bezug auf den obersten Bogen 18U zu detektieren, wobei die detektierte Position (Pfeil PX ) an einen Controller 50 übertragen wird. Der Controller 50 kann programmiert sein, um ein Fließen des elektrischen Stroms (I) in dem oder entlang der Hauptoberfläche des obersten Rohlings 18U innerhalb des Stapels 16 in eine Richtung, die rechtwinklig zu dem Magnetfeld verläuft, zu befehlen. Der Positionssensor S1 kann ein beliebiger geeigneter Positionssensor sein, etwa ohne Einschränkung ein Halleffekt-Sensor oder ein Drehgeber. Der Controller 50, z.B. eine oder mehrere Computervorrichtungen mit ausreichend Speicher (M), einem Prozessor (P) und Anweisungen, die das Verfahren 100 ausführen, wie es nachstehend mit Bezug auf 3 offengelegt ist, kann mit dem Materialhandhabungsroboter 12 in Verbindung stehen, beispielsweise mit einem separaten Robotercontroller, und programmiert sein, um die Position (Pfeil PX ) zu empfangen. Der Controller 50 kann dann Steuerungssignale (Pfeil 22) an die Aktorvorrichtung 25 übertragen, um die Erzeugung des elektrischen Stroms (I) nur dann zu veranlassen, wenn die Position (Pfeil PX ) anzeigt, dass sich das Greiforgan 14 innerhalb eines kalibrierten Abstands von dem obersten Rohling 18 befindet. Auf diese Weise kann die Positionierung und Drehzahlsteuerung des Rotors 24 mit Bezug auf den Stapel 16 mit der Gesamtbewegung des Materialhandhabungsroboters 12 eng abgestimmt werden, z.B. mit einer Regelung mit geschlossenem Kreis oder offenem Kreis. Analog können die Steuerungssignale (Pfeil 22) den Rotor 24 an dem Stapel 16 positionieren, etwa durch ein allmähliches Absenken des Rotors 24, wenn die Rohlinge 18 durch den Stanzprozess verbraucht werden und die Höhe des Stapels 16 abnimmt.
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2 stellt eine nicht erfindungsgemäße magnetodynamische Vorrichtung 10A dar, bei welcher der elektrische Strom (I) als Gleichstrom direkt in den obersten Rohling 18U eingeleitet wird, wenn das korrekt orientierte statische Magnetfeld vorhanden ist. Die Aktorvorrichtung 25 von 1 kann verwendet werden, um die relative Positionierung der Magnete 24M mit Bezug auf den Stapel 16 zu verändern oder beizubehalten, z.B. in Ansprechen auf die Übertragung der Positionssteuerungssignale. Der statische Fluss von einem oder mehreren der Magnete 24M kann in verschiedenen Ausführungsformen unter Verwendung eines Felds aus Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugt werden. Der Einfachheit halber ist in 2 eine Stützstruktur, welche eine Relativposition der Magnete 24M zu dem Stapel 16 aufrechterhält, weggelassen. Jedoch kann ein Regal oder ein Turm aus eisenfreiem/nicht magnetischem Material zu diesem Zweck an den Ecken des Stapels 16 positioniert sein.
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Die Vorrichtung 10A kann eine DC-Spannungsquelle 32 mit einem elektrischen Potential V(t) sowie das Paar elektrischer Leiter 33, die in den elektrischen Kontakten 36 enden, wie vorstehend erwähnt wurde, enthalten. Die elektrischen Leiter 33 und die elektrischen Kontakte 36 sind mit der DC-Spannungsquelle 32 elektrisch verbunden. Wenn das Greiforgan 14 mit dem obersten Rohling 18U nicht in Kontakt steht, existiert eine Schaltungsunterbrechung zwischen den elektrischen Kontakten 36. In dieser Ausführungsform kann die Aktorvorrichtung 25 betrieben werden, um den elektrischen Strom (I) in den obersten Rohling 18U in die zweite Richtung immer dann einzuleiten, d.h. rechtwinklig bzgl. der Richtung des Magnetfelds (B), das entlang der Oberfläche 20 gezeigt ist, wenn die elektrischen Kontakte 36 die Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U direkt kontaktieren und einen Schaltkreis mit der DC-Spannungsquelle 32 schließen, wodurch der elektrische Strom (I) bei der niedrigen Spannung der DC-Spannungsquelle 32 geliefert wird.
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Um die Ausführungsform von 2 zu ermöglichen, können die DC-Spannungsquelle 32 und die elektrischen Drähte 36 mit dem Greiforgan 14 des Materialhandhabungsroboters 12, der zum Bewegen des obersten Rohlings 18U verwendet wird, verbunden sein. Beispielsweise können die DC-Spannungsquelle 32, die elektrischen Leiter 33 und die elektrischen Kontakte 36 mit dem Greiforgan 14 verbunden werden, wobei der Kontakt zwischen den elektrischen Drähten 36 und der Oberfläche 20 einen elektrischen Schaltkreis schließt, entweder automatisch oder mithilfe eines anschließenden Schließens eines optionalen Schalters 17, wodurch veranlasst wird, dass der elektrische Strom (I) innerhalb des obersten Rohlings 18U fließt. Die DC-Spannungsquelle 32 kann eine Vorrichtung mit relativ hohem Strom und relativ niedriger Spannung sein, z.B. mit 100 Ampere bei 12 VDC. Folglich umfasst die Ausführungsform von 2 das Verwenden eines stationären Magnetfelds (B) und der Aktorvorrichtung 25, um den elektrischen DC-Strom (I) direkt in den obersten Rohling 18U einzuleiten, welcher, wenn er mit dem statischen Magnetfeld (B) interagiert, welches Flusslinien 37 aufweist, die zur magnetischen Trennung der Rohlinge 18 benötigte Kraft (F) erzeugt.
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Eine mögliche Ausführungsform des vorstehend allgemein beschriebenen Magnets 24M ist als ein Beispielmagnet 124M in 4A-C gezeigt, welche zur Veranschaulichung gedacht sind und daher mit maßstabsgetreu sind. Der Magnet 124M kann als segmentierte Stabmagnetanordnung mit einem optionalen nicht magnetischen Zwischenstück 60, magnetischen Nord- und Südpolen 62N und 62S und Material 64 für einen magnetischen Rückschluss ausgestaltet sein. Wie in 4B gezeigt ist, kann sich das nicht magnetische Zwischenstück 60, z.B. Aluminium, Edelstahl oder ein anderes geeignetes Material, in das Material 64 für einen magnetischen Rückschluss zwischen den Nord- und Südpolen 62N und 62S erstrecken. Der Magnet 124M wird dann neben dem Stapel 16 von 2 derart positioniert, dass das Material 64 für einen magnetischen Rückschluss, wie in 4C gezeigt ist, von dem Stapel 16 weg orientiert ist, wobei der oberste Rohling 18U des Stapels 16 in 4C dargestellt ist. Die Nord- und Südpole 62N und 62S sind jeweils unmittelbar benachbart zu dem Stapel 16 orientiert, sodass eine Oberfläche 65 der Nord- und Südpole 62N und 62S innerhalb eines kalibrierten Abstands zu dem Stapel 16 positioniert ist, wobei der kalibrierte Abstand den vorstehend erwähnten Luftspalt bildet.
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Der Magnet 124M von 4A-C kann alternativ als Magnet 224M ausgeführt sein, wie in 5A-C gezeigt ist, d.h. eine Magnetanordnung aus einem einzigen Stab. Das heißt, die Vielzahl von Nord- und Südpolen 62N und 62S in der Konfiguration mit segmentierten Magneten von 4A kann alternativ als einzelne längliche Nord- und Südpole 62N und 62S ausgestaltet sein. Wie in 5B gezeigt ist, kann eine dünne Oberflächenschicht 61 des nicht magnetischen Zwischenstücks 60, welche wieder nicht maßstabsgetreu gezeigt ist, die Oberfläche 65 des jeweiligen Nord- und Südpols 62N und 62S als eine zusätzliche Schutzschicht bedecken. Obwohl sie in 4A zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurde, kann eine derartige dünne Oberflächenschicht 61 auch mit der segmentierten Ausführungsform von 4A-C verwendet werden.
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Die in 4A-5C dargestellten beispielhaften Konfigurationen sollen eine ausreichend einheitliche vertikale Flussdichte rechtwinklig zu der Magnetoberfläche erreichen. In einer Beispielsanwendung für einen Stapel 16 aus Aluminiumrohlingen 18 kann die Flussdichte rechtwinklig zu der Magnetoberfläche 0,25 T bei einem Abstand (Y) von etwa 1 cm über einem minimalen Abstand (X) von 2 cm überschreiten, wobei die Dimensionen X und Y in 5B gezeigt sind. Bei einem Magneten 124M oder 224M beispielsweise, der zum Trennen eines Aluminiumrohlings 18 verwendet wird, kann der Magnet 124M oder 224M aus einer Neodym-Legierung (N52) aufgebaut sein und eine axiale Gesamtlänge (L) von etwa 100 cm, eine Polbreite (W) von etwa 10 cm und eine Polhöhe (H) von etwa 5 cm aufweisen, wobei ein nicht magnetisches Zwischenstück 60 eine Breite von etwa 5 cm und eine Höhe von etwa 3 cm aufweist. Die dünne Oberflächenschicht 61 kann etwa 0,5 mm - 2 mm dick sein und das Material 64 für einen magnetischen Rückschluss unter den Permanentmagnetpolen kann etwa 3 cm dick sein. Die magnetische Feldstärke kann bei einer derartigen Ausführungsform 1,2 T überschreiten und der Magnet 124M oder 224M kann eine magnetische Energie größer als 50 Megagauss-Oersted (MGOe) in einer Betriebsumgebung mit 50°C aufweisen. Andere Konfigurationen können berücksichtigt werden, ohne den beabsichtigten erfinderischen Umfang zu verlassen.
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Mit Bezug auf 3 beginnt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 zur magnetodynamischen Trennung der vorstehend beschriebenen, elektrisch leitenden, eisenfreien Rohlinge 18 mit Schritt 102, bei dem ein oder mehrere Magnete 24M neben dem Stapel 16 von Rohlingen 18 positioniert werden. Beispielsweise kann eine Palette, die den Stapel 16 enthält, auf einer nicht metallischen Basis positioniert werden, sodass der Rand 23 des Stapels 16 den Magneten 24M zugewandt ist. Der Abstand zwischen dem Stapel 16 und den Magneten 24M wird zusammen mit anderen Faktoren wie vorstehend erwähnt auf der Grundlage der Kraft (F) eingestellt, die für die magnetische Trennung benötigt wird. Schritt S102 umfasst ferner, dass das stationäre Magnetfeld (B) mithilfe der Magnete 24M in eine erste Richtung auf der Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U innerhalb des Stapels 16 erzeugt wird. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S104 weiter, sobald die Magnete 24M korrekt positioniert sind und das Magnetfeld (B) erzeugen.
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Schritt S104 kann umfassen, dass ermittelt wird, ob sich das Greiforgan 14 des in 1 gezeigten Roboters 12 in einer kalibrierten großen Nähe zu der Oberfläche 20 des obersten Rohlings 18U befindet, in einer beispielhaften Ausführungsform, die nicht einschränken soll, beispielsweise innerhalb von 5-10 cm. Schritt S104 kann umfassen, dass die Positionssignale (Pfeil PX ) mithilfe des Controllers 50 verarbeitet werden, um zu ermitteln, ob sich das Greiforgan 14 anschickt, einen Kontakt mit der Oberfläche 20 des obersten Rohlings 18U herzustellen. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S106 weiter, wenn dieser Kontakt direkt bevorsteht.
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Bei Schritt S106 wird die Aktorvorrichtung 25 aktiviert oder anderweitig gesteuert, um eine Position der Magnete 24M relativ zu dem Stapel 16 zu steuern und um den elektrischen Strom (I) in eine zweite Richtung entlang der Hauptoberfläche 20 des obersten Rohlings 18U zu erzeugen. Wie vorstehend erwähnt wurde, verläuft die zweite Richtung rechtwinklig zu der Richtung des stationären Magnetfelds (B). Schritt S106 kann in der beispielhaften Ausführungsform von 1 umfassen, dass eine Drehung des Rotors 24 um die Rotationsachse 21 herum mit einer kalibrierten Drehgeschwindigkeit befohlen wird, um die benötigte Kraft (F) zu erzeugen. In der Ausführungsform von 2 kann Schritt S106 umfassen, dass die elektrischen Kontakte 36 mit dem obersten Rohling 18U verbunden werden, um einen elektrischen Schaltkreis mit der DC-Spannungsquelle 32 zu schließen, entweder automatisch durch Kontakt oder mithilfe des Schließens des optionalen Schalters 17 mithilfe des Steuerungsbefehlpfeils 22, um die benötigte Kraft (F) zu erzeugen. Alternativ können die elektrischen Kontakte 36 bei einer möglichen Ausführungsform unter Federspannung stehen und folglich kann sich der Schalter 17 automatisch schließen, wenn das Greiforgan 14 eine ausreichende Saug- oder Greifkraft auf die Oberfläche 20 ausübt. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S108 weiter.
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Schritt S108 kann umfassen, dass eine Position der Magnete 24M relativ zu dem Stapel 16 mithilfe der Aktorvorrichtung 25 gesteuert wird, z.B. während sich der Materialhandhabungsroboter 12 in dem Prozess des Einführens eines Rohlings 18 in eine Stanzpresse befindet. Schritt S108 findet während der Erzeugung des elektrischen Stroms (I) statt, sodass die Kraft (F) in eine dritte Richtung rechtwinklig zu der ersten und zweiten Richtung mit einer Größe erzeugt wird, die ausreicht, um den obersten Rohling 18U von verbleibenden Rohlingen 18 im Stapel 16 magnetisch zu trennen.
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Das heißt, dass die Aktorvorrichtung 25, während die Höhe des Stapels 16 mit dem Entfernen jedes nachfolgenden Rohlings 18 allmählich abnimmt, die relative Positionierung der Magnete 24M mit Bezug auf den Stapel 16 unter Verwendung der Steuerungssignale 22 von dem Controller 50 automatisch justieren kann. Beispielsweise kann/können der Rotor 24 oder das Gehäuse 30 von 1 oder die Magnete 24M von 2 nach Bedarf durch eine Betätigung der Aktorvorrichtung 25 relativ zu dem Stapel 16 allmählich abgesenkt werden. In der Ausführungsform von 2 beispielsweise kann der Magnet 24M mithilfe einer Betätigung der Aktorvorrichtung 25 abgesenkt werden. Als Teil von Schritt S108 kann das Verfahren 100 umfassen, dass der von dem Stapel 16 getrennte oberste Rohling 18U unter Verwendung des Greiforgans 14 und des Materialhandhabungsroboters 12 von 1 ergriffen und abgehoben wird.
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Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Herangehensweisen zum Trennen leitender eisenfreier Rohlinge 18 kann der Fachmann auf dem Gebiet ein stationäres Magnetfeld erzeugen und einen elektrischen Strom entlang der Oberfläche des obersten Rohlings 18U induzieren, einleiten oder anderweitig erzeugen, wobei die Richtungen des stationären Magnetfelds und des elektrischen Stroms zueinander rechtwinklig, d.h. orthogonal sind. Die als Produkt aus dem stationären Magnetfeld und dem elektrischen Strom erzeugte Kraft wird dann verwendet, um eine Trennung des obersten Rohlings 18U von beliebigen verbleibenden Rohlingen 18 im Stapel 16 zu ermöglichen. Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen vorstehend mit Bezug auf 1-5C beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet feststellen, dass andere Konfigurationen innerhalb des Umfangs der Offenbarung in Betracht gezogen werden können, um eine derartige Kraft zu erzeugen und sie auf eisenfreie, elektrisch leitende Rohlinge aufzubringen, etwa die Rohlinge 18, um eine Trennung bei Stanz- oder anderen Prozessen zu ermöglichen.
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Eine Trennung von eisenhaltigen Rohlingen, etwa Stahlblechscheiben, kann unter Verwendung statischen Magnetfelder mit gleicher Polarität erreicht werden. Eine derartige Herangehensweise stützt sich jedoch auf die magnetischen Eigenschaften der eisenhaltigen Rohlinge und kann daher nicht mit eisenfreien leitenden Rohlingen wie etwa Aluminium und Magnesium verwendet werden. Die vorliegende Herangehensweise ist daher dazu gedacht, diese spezielle Problematik als eine Alternative für Trennprozesse anzusprechen, etwa das Einblasen von Druckluft zwischen benachbarten Bögen oder die Verwendung von Vertiefungsmustern entlang der Ränder der Rohlinge, um derartige luftbasierte Trenntechniken zu unterstützen. Da Rohlinge oft mit Schmiermitteln beschichtet sind, tendiert zudem ein Kapillareffekt dazu, benachbarte Rohlinge aneinander anzuheften. Der Kapillareffekt verschärft sich, wenn die Rohlinge kalt sind, z.B. bei einer Auslieferung im Winter, aufgrund eines Anstiegs der Viskosität des Schmiermittels. Die vorliegende Herangehensweise kann verwendet werden, um dem Kapillareffekt bei geschmierten Rohlingen entgegenzuwirken. Diese und andere Vorteile werden bei Betrachtung dieser Offenbarung erkannt werden.
