DE102016123492A1 - Systeme, prozesse und vorrichtungen für das automatisierte handhaben von eisenfreien metallobjekten - Google Patents

Systeme, prozesse und vorrichtungen für das automatisierte handhaben von eisenfreien metallobjekten Download PDF

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Abstract

Es werden elektromagnetische Vorrichtungen zum Trennen von eisenfreien Rohlingen, Verfahren zum Herstellen und zum Verwenden dieser Vorrichtungen und automatisierte Systeme mit einer elektromagnetischen Abstapeleinheit zur Handhabung von Stapeln aus eisenfreien Metallrohlingen offenbart. Es werden eine Abstapeleinheit mit einem Magnet, der benachbart zu einem Stapel aus eisenfreien Rohlingen platziert ist, und zwei elektrische Anschlüsse, die in Kontakt mit dem obersten Rohling des Stapels platziert sind, präsentiert. Der Magnet erzeugt ein Magnetfeld über die Oberfläche des obersten Rohlings hinweg. Die Anschlüsse leiten einen elektrischen Strom quer über die obere Oberfläche hinweg durch den Rohling hindurch. Die Richtung des elektrischen Stroms ist allgemein rechtwinklig zu der Richtung des Magnetfelds, sodass eine magnetische Trennkraft in eine allgemein vertikale Richtung erzeugt wird, die ausreicht, um den Rohling von dem Stapel weg zu verschieben.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 62/363,539, die am 18. Juli 2016 eingereicht wurde, der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 62/263,097, die am 4. Dezember 2015 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 62/263,094, die am 4. Dezember 2015 eingereicht wurde, wobei deren jeweiliger Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme und für alle Zwecke aufgenommen ist.
  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein automatisierte Systeme zum Handhaben von eisenfreien Objekten. Insbesondere betreffen Aspekte dieser Offenbarung automatisierte elektrodynamische Vorrichtungen, Systeme und ähnliche Prozesse zum Trennen eisenfreier Metallblechrohlinge während der Handhabung und Verarbeitung der Rohlinge.
  • Viele Prägepressen der Art, die man bei industriellen Fertigungsprozessen antrifft – etwa bei denjenigen zum Herstellen von Kraftfahrzeugteilen – verformen mithilfe von Pressformen einzelne flache Metallbleche, die als ”Rohlinge” bekannt sind. Bei einigen dieser Prozesse wird eine Palette gestapelter Rohlinge neben der Stanzpresse abgestellt und ein Materialhandhabungsroboter führt die Rohlinge einen nach dem anderen automatisch in die Presse ein. Zueinander passende Oberflächen von Werkzeugen und Pressformen der Prägepresse werden durch eine pneumatisch getriebene oder motorgetriebene Ramme zusammengebracht, um den empfangenen Rohling in einer oder mehreren Prägestufen in eine gewünschte Form zu formen. Um die Prägeoperation zu ermöglichen, wird jeder geladene einzelne Rohling vor der Handhabung vom Rest des Stapels getrennt. Ein Greiforgan des Roboters wird in eine Position über dem Stapel bewegt, dann wird der oberste Rohling durch das Greiforgan von dem Stapel abgehoben, z. B. unter Verwendung einer aufgebrachten Ansaugung oder von Greifern, und danach in die Prägepresse eingeführt.
  • Bei Rohlingen, die aus Stahl oder anderen eisenhaltigen Materialien bestehen, werden benachbarte Rohlinge manchmal mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert, um eine Trennung des obersten Rohlings vom Rest des Stapels zu bewirken. Insbesondere werden benachbarte magnetisierte Rohlinge einander abstoßen, wodurch ermöglicht wird, dass das Greiforgan den obersten Rohling sauber anheben kann, ohne den darunter liegenden Rohling unbeabsichtigt mit anzuheben. Da sich diese Herangehensweise auf die magnetischen Eigenschaften der Metallrohlinge stützt, kann es allgemein sein, dass er nicht mit Rohlingen funktioniert, die aus einem eisenfreien Material bestehen, etwa Aluminium, Zink, Kupfer und Magnesium. Prozesse zum Trennen eisenfreier Rohlinge können das Zuführen von Druckluft zwischen benachbarte Rohlinge unter Verwendung pneumatischer Luftdüsen oder Luftmesser umfassen. In Abhängigkeit von dem Niveau der Trocknung und Filtrierung der Luft kann die Verwendung der Druckluft jedoch zu der nicht gewünschten Zufuhr von Schmutz, Kompressoröl und Wasser auf freiliegende Oberflächen der Rohlinge führen. Das Erzeugen und konsistente Aufrechterhalten von Druckluft in einer Anlagenumgebung kann relativ kostspielig sein. Für einige Anwendungen können Vertiefungsmuster zu Rändern der Rohlinge hinzugefügt werden, um die auf Luft beruhende Trennung von Rohlingen zu unterstützen, wobei das Hinzufügen derartiger Vertiefungen einen zusätzlichen Herstellungsschritt (und zusätzliche Kosten) darstellt, der zu einer Wölbung entlang der Ränder führen kann, welche die Anzahl der Rohlinge verringert, die in einer gegebenen Stapelhöhe untergebracht werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden hier elektromagnetische Vorrichtungen zum Trennen bzw. Vereinzeln eisenfreier Metallobjekte, Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Verwenden derartiger Vorrichtungen und automatisierte Roboterfertigungssysteme mit elektromagnetischen Separatoren zum Handhaben von Stapeln aus eisenfreien Metallrohlingen offenbart. Die elektromagnetische Vorrichtung und das zugehörige System zum Trennen eisenfreier leitender Rohlinge können während einer Prägeoperation, einer anderen maschinellen Bearbeitungsoperation oder während einer beliebigen relevanten Operation verwendet werden, bei welcher es wünschenswert ist, einen einzelnen eisenfreien Metallrohling von einem Stapel aus derartigen Rohlingen zu trennen. Als Beispiel, das nicht einschränken soll, wird ein neuartiger Fertigungsprozess offenbart, der die Vorrichtung, das gesamte Fertigungssystem und Verfahren zum Steuern der Vorrichtung und/oder des Systems umfasst, um den Fertigungsdurchsatz für eisenfreie Objekte mit elektrisch leitenden Oberflächen zu maximieren.
  • In Übereinstimmung mit einem repräsentativen Beispiel umfasst eine Anlage zum Handhaben oder Prägen von Metallblech eine Abstapelstation mit elektromagnetischen Mitteln zum Trennen eines Rohlings von einem Stapel von Rohlingen derart, dass der getrennte Rohling dann der nächsten Verarbeitungsstufe zugeführt werden kann. Beispielsweise verwendet die Abstapelstation einen einzigen oder mehrere Permanentmagnete oder Elektromagnete mit vorbestimmter Polarität, der bzw. die mit Bezug auf den Stapel aus eisenfreien Metallrohlingen in vorbestimmten Positionen platziert ist bzw. sind. Elektrisch leitende Anschlüsse werden an vorbestimmten Stellen des Blechs, das getrennt wird, mit Bezug auf den bzw. die Magnete selektiv im elektrischen Kontakt gebracht. Mit den elektrischen Anschlüssen und einer ausreichenden Stromquelle leiten elektronische Steuerungsmittel auf konduktive oder induktive Weise einen Strom in eine oder mehrere vorbestimmte Richtungen in den Rohling hinein. Das Einleiten eines elektrischen Stroms in einen obersten Rohling des Stapels in Anwesenheit eines korrekt orientierten Magnetfelds erzeugt eine Hubkraft an dem obersten Rohling des Stapels. Die erzeugte Kraft weist eine Größe auf, die ausreicht, um den obersten Rohling vom Rest des Stapels zu trennen. Die benötigte Orientierung der Strom-, Magnetfeld- und Kraftvektoren, um das gewünschte Anheben des Rohlings zu erzeugen, ist durch die Regel von Lorentz gegeben. Die vorliegende Herangehensweise kann dazu beitragen, die Abhängigkeit von Druckluft zum Trennen der Rohlinge zu verringern oder komplett zu beseitigen.
  • Es wird außerdem eine Abstapel- oder ”Auffächerungs-”Einheit offenbart, bei der ein einzelner Magnet benachbart zu einer Seite eines Stapels aus eisenfreien Metallrohlingen platziert ist und zwei Schweißkontakte in Kontakt mit dem obersten Rohling des Stapels gebracht werden. Die Einheit kann durch einen Schweißcontroller oder einen anderen geeigneten elektronischen Controller mit Leistung versorgt werden. Ein Verfahrmechanismus kann betrieben werden, um den Magnet und die Schweißkontakte zusammen mit der Höhe des Stapels abzusenken oder anderweitig nach unten zu verfahren, wenn einzelne Rohlinge abgestapelt werden. Ein optionaler Isolationsmechanismus kann betrieben werden, um den obersten Rohling vom Stapel getrennt zu halten, sobald er aufgefächert worden ist. Schwenkmittel können vorgesehen sein, um die Schweißkontakte vom Stapel weg zu bewegen, um das Entfernen des obersten Rohlings durch einen Materialhandhabungsroboter zu unterstützen. Das Gesamtgewicht und die Stellfläche der Abstapeleinheit sollten minimiert sein.
  • Einige Konfigurationen bestehen aus einem einzelnen Magnet, der beispielsweise in etwa 36,8 cm (14,5 Zoll) lang ist und eine Sicherheitsklassifizierung aufweist, sodass der Magnetismus für den Zugriff von Personal reguliert sein kann. Bei einigen Ausführungsformen besteht die Einheit aus zwei Schweißkontakten zum Leiten von Strom zu den Rohlingen. Diese Kontakte können in der Lage sein, genügend Druck auf den Stapel aus Rohlingen bereitzustellen, um den Kontakt während des Auffächerungsprozesses beizubehalten, während sie außerdem in der Lage sind, sich den Rohlingen anzupassen, während sie nach oben aufgefächert werden. In die Einheit können Fluidschläuche eingebaut sein, um eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser, Öl usw.) für die Kontakte und Druckluft für den Aufrollmechanismus bzw. Einfahrmechanismus der Abstapelvorrichtung bereitzustellen. Die elektronische Steuerungseinheit kann in Ausführungsformen ohne Permanentmagnete einen DC-Strom oder für einige Anwendungen einen AC-Strom an die Elektroden und an Elektromagnete liefern. Bei einigen Konstruktionen kann diese Steuerungseinheit durch Personal bedient werden und auf Wunsch beim Aufstellen einer neuen Palette an einem beweglichen Palettenwagen befestigt werden. Die Abstapeleinheit kann mit Befestigungspunkten für einen Schwenkarm versehen sein. Die Mechanismen zum Nachführen des Magnets und zum Verschwenken der Kontakte können manuell oder automatisiert sein.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf elektrodynamische und magnetodynamische Auffächerungseinheiten zum Unterstützen der Handhabung von eisenfreien Objekten gerichtet. So, wie sie hier verwendet werden, umfassen die Begriffe ”eisenfreies Objekt” und ähnliche Formen desselben metallische Rohlinge, konturierte Scheiben und ebene Blätter aus elektrisch leitenden, nicht magnetischen Materialien (einschließlich von Legierungen), die kein Eisen (Ferrit) in wahrnehmbaren Beträgen enthalten, etwa Aluminium, Zink, Magnesium, metallbeschichteten Kunststoff und/oder Verbundmaterialien mit einer leitenden eisenfreien Schicht, und schließen diese nicht aus. Es wird beispielsweise eine elektromagnetische Abstapelvorrichtung zum Trennen eines elektrisch leitenden eisenfreien Rohlings von einem Stapel der Rohlinge offenbart (wobei ”Abstapeln” und ”Auffächern” hier wahlweise verwendet werden). Diese Abstapelvorrichtung enthält einen oder mehrere Magnete, die benachbart, z. B. an einer der Querseiten des Stapels der Rohlinge positioniert sind. Der Magnet bzw. die Magnete erzeugen ein statisches Magnetfeld in eine erste (Quer-)Richtung mit Bezug auf eine leitende Oberfläche des eisenfreien Rohlings, der an der Oberseite des Stapels positioniert ist. Ein Paar elektrisch leitender Anschlüsse, etwa erste und zweite Schweißkontakte, kontaktieren die leitende Oberfläche des eisenfreien Rohlings und leiten einen elektrischen Strom durch den eisenfreien Rohling in eine zweite (Quer-)Richtung. Die Richtung des elektrischen Stroms ist allgemein rechtwinklig zu der Richtung des Magnetfelds, sodass eine magnetische Trennkraft (Lorentzkraft), die groß genug ist, um den eisenfreien Rohling von dem Stapel von Rohlingen weg zu verschieben, in eine dritte (vertikale) Richtung erzeugt wird.
  • Bei zumindest einigen Konfigurationen umfasst der Magnet mehrere Magnete aus ähnlichen oder unterschiedlichen Typen. Der Magnet kann einen Elektromagnet und/oder einen Permanentmagnet umfassen. Die Abstapelvorrichtung kann eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) enthalten oder damit kommunikationstechnisch gekoppelt sein, welche mit den elektrisch leitenden Anschlüssen wirksam gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um das Übertragen von elektrischem Strom durch den eisenfreien Rohling hindurch zu regeln. Diese ECU kann einen programmierbaren Controller einer AC/DC-Stromversorgung mit hohen Strömen oder einen Controller einer AC/DC-Stromversorgung mit einem Ultrakondensator und einem seriellen Hochstromschalter enthalten. Optional enthält die Abstapelvorrichtung einen automatisierten Verfahrmechanismus, der die elektrisch leitenden Anschlüsse relativ zu dem Stapel aus Rohlingen selektiv neu positioniert. Zudem kann ein Isolationsmechanismus verwendet werden, um den getrennten obersten eisenfreien Rohling in einer erhöhten Position festzuhalten, die zumindest teilweise von dem Stapel von Rohlingen weg verschoben ist.
  • Bei einigen Konfigurationen ist die Abstapelvorrichtung mit einem Ständer oder einer Halterung zusammengebaut, um den Magnet benachbart zu dem Stapel aus Rohlingen sicher zu positionieren und um die elektrisch leitenden Anschlüsse sicher in Kontakt mit dem obersten eisenfreien Rohling zu platzieren. Der Ständer der Abstapelvorrichtung kann eine Basis für magnetischen Rückschluss enthalten, um den Magnet darauf abzustützen. Als weitere Option ist der Ständer der Vorrichtung mit einer quer verlaufenden Stützschiene versehen; jeder elektrisch leitende Anschluss ist an einem jeweiligen Abschnitt der quer verlaufenden Stützschiene verschiebbar montiert, z. B. mithilfe einer verschiebbaren Montageklammer. Optional wird ein jeweiliger Vorspannmechanismus (z. B. eine Schraubenfeder oder ein Solenoid) bereitgestellt, um jeden elektrisch leitenden Anschluss in Kontakt mit der leitenden Oberfläche des eisenfreien Rohlings vorzuspannen. Der Ständer kann außerdem mit einem Paar schwenkbarer Armaturen konfiguriert sein, wobei jeder elektrisch leitende Anschluss an einer der schwenkbaren Armaturen montiert ist. Antriebsvorrichtungen können diese schwenkbaren Armaturen selektiv verschwenken, und eine ECU kann programmiert sein, um die Antriebsvorrichtungen zu steuern und dadurch ein Verschwenken der elektrisch leitenden Anschlüsse in einen Kontakt mit dem Rohling und davon weg zu synchronisieren.
  • In mindestens einigen Konfigurationen enthält die Abstapelvorrichtung außerdem erste und zweite Flüssigkeitsleitungen zum Liefern von Kühlfluid jeweils an die ersten und zweiten elektrisch leitenden Anschlüsse. Außerdem kann eine Fluidleitung vorgesehen sein, um Kühlungsluft/Kühlflüssigkeit an den Elektromagneten zu liefern, wenn dieser anstelle eines Permanentmagnets verwendet wird. Die Luftleitung/Flüssigkeitsleitung/elektrische Leitung kann außerdem verwendet werden, um den Aufrollermechanismus zu betätigen, um eine Kollision zwischen der Abstapeleinheit und dem Rohling zu vermeiden, wenn er von dem Stapel getrennt wird. Als weitere Option ist ein Hubmechanismus in die Abstapelvorrichtung eingebaut, um den Stapel aus Rohlingen zu indizieren oder anderweitig anzuheben (oder andersrum, um die Abstapelvorrichtung abzusenken) und dadurch den obersten Rohling des Stapels in eine vorbestimmte Position mit Bezug auf den Magnet und die elektrisch leitenden Anschlüsse zu positionieren. Eine ECU kann bereitgestellt sein, um das Indizieren des Stapels von Rohlingen automatisch zu synchronisieren.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf automatisierte Systeme zum Handhaben elektrisch leitender, eisenfreier Metallobjekte gerichtet. In Übereinstimmung mit einem Beispiel wird ein automatisiertes Robotersystem offenbart, das einen Materialhandhabungsroboter mit einem Greiforgan zum Anheben und Wegbewegen des obersten eisenfreien Objekts von einem Stapel der Objekte enthält. Das System enthält außerdem eine Plattform, auf welcher der Stapel von Objekten gelagert ist, eine elektromagnetische Abstapelvorrichtung und einen Systemcontroller, der mit dem Materialhandhabungsroboter und der elektromagnetischen Abstapelvorrichtung kommunikationstechnisch gekoppelt ist. Die Abstapelvorrichtung enthält einen oder mehrere Magnete, die benachbart zu dem Stapel von Objekten positioniert sind. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld in eine erste Querrichtung mit Bezug auf eine leitende Oberfläche des eisenfreien Metallobjekts, das an der Oberseite des Stapels positioniert ist. Zwei oder mehr elektrisch leitende Anschlüsse sind selektiv in Kontakt mit der leitenden Oberfläche des eisenfreien Objekts bewegbar. Diese elektrisch leitenden Anschlüsse leiten einen elektrischen Strom von einer Stromquelle durch den eisenfreien Rohling hindurch in eine zweite Querrichtung, die allgemein rechtwinklig zu der ersten Querrichtung verläuft. Auf diese Weise wird eine magnetische Trennkraft erzeugt, die ausreicht, um das eisenfreie Metallobjekt in eine vertikale Richtung von dem Stapel von Objekten weg zu verschieben.
  • Bei noch weiteren Aspekten dieser Offenbarung werden Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Verwenden beliebiger der offenbarten Abstapelvorrichtungen präsentiert. Beispielsweise wird ein Verfahren zum Trennen eines elektrisch leitenden eisenfreien Rohlings von einem Stapel der Rohlinge präsentiert. Das Verfahren umfasst in einer beliebigen Kombination und in einer beliebigen Reihenfolge, dass: ein Magnet benachbart zu einer Querseite des Stapels der Rohlinge positioniert wird; mithilfe des Magnets ein Magnetfeld in eine erste Querrichtung mit Bezug auf eine Oberfläche des eisenfreien Rohlings, der an der Oberseite des Stapels positioniert ist, erzeugt wird; erste und zweite elektrisch leitende Anschlüsse mit der Oberfläche des eisenfreien Rohlings in Kontakt gebracht werden; und ein elektrischer Strom in eine zweite Querrichtung entlang der Oberfläche des eisenfreien Rohlings übertragen wird, wobei die zweite Querrichtung rechtwinklig zu der ersten Querrichtung derart verläuft, dass eine magnetische Trennkraft in eine vertikale Richtung erzeugt wird, die ausreicht, um den eisenfreien Rohling von dem Stapel von Rohlingen weg anzuheben.
  • Das Verfahren kann zusätzliche oder alternative Schritte enthalten. Als Beispiel, das nicht einschränken soll, kann das Verfahren ferner umfassen, dass mithilfe einer elektronischen Steuerungseinheit, die mit dem ersten und zweiten elektrisch leitenden Anschluss wirksam gekoppelt ist, das Übertragen von elektrischem Strom durch den eisenfreien Rohling hindurch geregelt wird. Als eine weitere Option, die nicht einschränken soll, kann das Verfahren außerdem im Anschluss an das Übertragen des elektrischen Stroms, der das Anheben des eisenfreien Rohlings bewirkt, ein selektives Neupositionieren der Anschlüsse relativ zu dem Stapel von Rohlingen mithilfe eines automatisierten Verfahrmechanismus enthalten. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass der verschobene eisenfreie Rohling in einer angehobenen Position gehalten wird, sodass der Rohling zu dem Stapel von Rohlingen verschoben bleibt. Nach dem Übertragen des elektrischen Stroms können die elektrisch leitenden Anschlüsse von dem Stapel weggeschwenkt werden.
  • Die vorstehende Zusammenfassung ist nicht zum Darstellen jeder Ausführungsform oder jedes Aspekts der vorliegenden Offenbarung gedacht. Stattdessen stellt die vorstehende Zusammenfassung nur eine beispielhafte Veranschaulichung einiger der neuartigen Aspekte und Merkmale bereit, die hier offengelegt werden. Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden sich aus der folgenden genauen Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen und von Modi zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung leicht ergeben, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen gelesen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine teilweise schematische Darstellung in einer perspektivischen Ansicht eines repräsentativen automatisierten Fertigungssystems mit einem Materialhandhabungsroboter und einer elektromagnetischen Abstapelvorrichtung für einen Stapel aus eisenfreien Rohlingen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung von 1.
  • 3A und 3B sind schematische Darstellungen in Draufsicht bzw. Seitenansicht eines Magnets, der von der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung von 1 verwendet wird, um eisenfreie Rohlinge zu trennen.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine elektromagnetische Abstapelvorrichtung mit einem einzigen Magnet und einer beweglichen Elektrodenstütze in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 5 ist eine alternative perspektivische Ansicht der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung von 4.
  • 6 ist eine weitere alternative perspektivische Ansicht der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung von 4.
  • 7A und 7B sind schematische Darstellungen in Draufsicht bzw. Seitenansicht einer repräsentativen Abstapelanordnung mit Magneten und Elektroden mit Bezug auf einen Stapel aus eisenfreien Metallrohlingen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 8 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht einer weiteren repräsentativen Abstapelanordnung mit Magneten und Elektroden mit Bezug auf einen Stapel aus eisenfreien Metallrohlingen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • Die vorliegende Offenbarung ist für verschiedene Modifikationen und alternative Formen empfänglich und einige repräsentative Ausführungsformen wurden in den Zeichnungen als Beispiel gezeigt und werden hier im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die speziellen Formen begrenzt sind, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Stattdessen soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Permutationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Alternativen abdecken, die in den Geist und den Umfang der Offenbarung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN BEISPIELE
  • Diese Offenbarung ist für Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen empfänglich. Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen gezeigt und werden hier im Detail mit dem Verständnis beschrieben, dass die vorliegende Offenbarung als eine beispielhafte Darstellung der Prinzipien der Offenbarung betrachtet werden soll und nicht zum Begrenzen der weit gefassten Aspekte der Offenbarung auf die dargestellten Ausführungsformen gedacht ist. Zu diesem Zweck sollen Elemente und Begrenzungen, die beispielsweise in den Sektionen des Abstracts, der Zusammenfassung und der genauen Beschreibung offengelegt sind, aber in den Ansprüchen nicht explizit offenbart sind, nicht durch Implizierung, Ableitung oder auf andere Weise einzeln oder gemeinsam in die Ansprüche aufgenommen werden. Für die Zwecke der vorliegenden genauen Beschreibung gilt, sofern es nicht speziell ausgeschlossen wird: der Singular enthält den Plural und andersrum; die Worte ”und” und ”oder” sollen sowohl konjunktiv als auch disjunktiv sein; das Wort ”alle” bedeutet ”beliebige und alle”; das Wort ”beliebige” bedeutet ”beliebige und alle”; und die Worte ”enthaltend” und ”umfassend” und ”aufweisend” bedeuten ”enthaltend ohne Begrenzung”. Darüber hinaus können Worte zur Approximation wie etwa ”ungefähr”, ”fast”, ”im Wesentlichen”, ”in etwa” und dergleichen hier beispielsweise in dem Sinn von ”bei, in der Nähe von, oder Nahe bei” oder ”innerhalb von 3–5% von” oder ”innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen” oder einer beliebigen logischen Kombination daraus verwendet werden.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf einen Fertigungsprozess, eine Vorrichtung, ein Verfahren zum Steuern der Vorrichtung, ein automatisiertes Verarbeitungssystem und eine Prozedur zum Betreiben des Systems gerichtet, von denen einige oder alle zur Maximierung des Fertigungsdurchsatzes für eisenfreie Objekte mit elektrisch leitenden Oberflächen beitragen. In einem Beispiel wird ein Fertigungsprozess für eine Anlage zum Handhaben oder Prägen von Metallblechen offenbart. Eine Abstapelstation verwendet elektromagnetische Mittel zum Trennen von Metallblechrohlingen, um den getrennten bzw. vereinzelten Rohling nach dem Abstapeln in die nächste Stufe einzuführen. Diese Abstapelvorrichtung besteht aus einem einzigen oder einer Vielzahl von Permanentmagneten oder Elektromagneten mit vorbestimmter Polarität, der/die in vorbestimmten Positionen mit Bezug auf den Stapel aus eisenfreiem Material platziert ist/sind. Es werden Steuerungs- und Leistungsmittel zum konduktiven oder induktiven Einleiten eines elektrischen Stroms in vorbestimmte Richtungen in das von dem Rest zu trennende Blech bereitgestellt.
  • Außerdem wird eine Auffächerungsvorrichtung offenbart, die aus mehreren elektrisch leitenden Anschlüssen besteht, die an vorbestimmten Orten mit Bezug auf einen oder mehrere Permanentmagnete oder Elektromagnete selektiv in elektrischen Kontakt mit einer leitenden Oberfläche eines eisenfreien Blechs platziert werden können. Die Vorrichtung enthält Mittel zum Liefern eines vorbestimmten Betrags eines oder mehrerer DC-Ströme in vorbestimmte Richtungen durch die leitende Oberfläche des Blechs hindurch über die leitenden Anschlüsse optional oder ist auf andere Weise wirksam damit gekoppelt. Die vorstehend erwähnten Mittel können aus einer programmierbaren AC/DC-Stromversorgung mit hohen Strömen, etwa aus einer Schweißstromversorgung, oder aus einer AC/DC-Stromversorgung und einem Ultrakondensator mit einem seriellen Hochstromschalter bestehen.
  • Die elektrisch leitenden Anschlüsse können ein einziges oder mehrere Elemente aufweisen, die innerhalb eines feststehenden Elements gleiten, wobei das/die gleitenden/beweglichen Elemente mit dem feststehenden Element durch eine isolierte, flexible, elektrisch leitende Blattfeder oder ein ähnliches Element elektrisch verbunden sein können. Die Anschlüsse können Fluidkopplungsvorrichtungen für Fluidkühlleitungen aufweisen, die ein Fluid zum Abführen von Wärme übertragen, die im Betrieb erzeugt wird. Als weitere Option können die Anschlüsse Vorrichtungen für entfernbare Spitzen aufweisen, um einen periodischen Austausch zu ermöglichen, um einen korrekten elektrischen Kontakt mit der leitenden Oberfläche des Blechs aufrecht zu erhalten.
  • Jede der offenbarten Auffächerungsvorrichtungskonfigurationen kann mit Mitteln zum Positionieren der Magnete und/oder der elektrischen Anschlussanordnung versehen sein, um vorbestimmte Orte der Magnetpole und der elektrischen Anschlüsse mit Bezug auf die Oberseite des Stapels aus eisenfreien Blechen beizubehalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine Auffächerungsvorrichtung Mittel zum Indizieren einiger oder aller eisenfreien Bleche des Stapels umfassen, um die Oberseite des Stapels in eine vorbestimmte Position mit Bezug auf den Magnet und die elektrische Anschlussanordnung zu bringen. Ein elektronischer Controller für die Auffächerungsvorrichtung kann programmierbar sein, um die Positionierung der elektrischen Anschlüsse auf der leitenden Oberfläche des obersten Blechs zu synchronisieren, wodurch ermöglicht wird, dass die DC-Stromversorgung einen Strom mit vorbestimmter Form und Dauer dort hindurch fließen lassen kann. Der elektronische Controller kann das Entfernen der elektrischen Anschlüsse von dem obersten Blech und aus dem Weg regeln, damit das Blech ohne irgendeine Behinderung abgehoben werden kann.
  • Jedes der offenbarten automatisierten Handhabungssysteme kann einen Abstapelroboter mit einem Greiforgan enthalten, das Saugnäpfe aufweist, um das obere Blech innerhalb einer vorbestimmten Zeit des Anlegens von Strom durch die leitende Oberfläche des oberen Blechs des Stapels hindurch anzuheben. Ein Steuerungsverfahren des Systems kann umfassen, dass die elektrische Anschlussanordnung aus einer Position von der Oberseite des Stapels weg bewegt wird, sobald die Saugnäpfe an dem Greiforgan des Abstapelroboters das getrennte oberste Blech des Stapels ergreifen.
  • Es wird in Betracht gezogen, dass eine oder mehrere der offenbarten Auffächerungsvorrichtungen ausgestaltet sind, um sowohl eisenhaltige als auch eisenfreie Materialien abzustapeln, wobei die Magnetanordnung dimensioniert ist, um beide Arten von Materialien mit vorbestimmten Größen und Gestalten abzustapeln. In dieser Ausgestaltung kann eine abnehmbare oder permanent angebrachte elektrische Anschlussanordnung, wenn eisenfreie Materialien verarbeitet werden, zur Redundanz zusammen mit existierenden Luftmessern verwendet werden.
  • Einige der offenbarten Konfigurationen von Auffächerungsvorrichtungen verwenden mehrere Magnete mit einer einzigen Polarität der Magnetisierung, die den leitenden Rohlingen zugewandt ist, während ein Strom in eine vorbestimmte Richtung an einen oberen Rohling zur Trennung desselben angelegt wird. Es werden außerdem Konfigurationen offenbart, die mehrere Magnete mit abwechselnden Polaritäten der Magnetisierung verwenden, die den leitenden Rohlingen zugewandt sind, während mehrere elektrische Ströme in entgegengesetzte Richtungen von einem Punkt auf dem obersten Rohling zwischen benachbarten Polen aus zu Punkten außerhalb der benachbarten Pole eingeleitet werden, um die Trennkraft zu erzeugen.
  • In Konfigurationen, bei denen eine elektrisch leitende Elektrode aktiv gegen einen Rohling gedrückt wird, ist die von der Elektrode auf den Rohling aufgebrachte Kraft oftmals eine Schlüsselprozessvariable und kann folglich durch die Konstruktion der Halterung genau gesteuert werden. Konstruktionsbedingt kann die Elektrode zusammen mit einem hochsteigenden Rohling nach oben schweben, während die auf den Rohling aufgebrachte Spitzenkraft dynamisch beibehalten wird. Die Bildung eines Lichtbogens aufgrund eines momentanen Verlusts der Spitzenkraft ist typischerweise nicht wünschenswert und daher sollte dessen Auftreten allgemein verhindert werden. Elektrodendetails können elektrisch isoliert sein, um sicherzustellen, dass der gesamte angelegte Strom durch den Rohling hindurch fließt.
  • Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale in den mehreren Ansichten bezeichnen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen automatisierten Fertigungssystems, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das beispielhafte System 10 von 1 wird hier als Teil einer Industrieanlage zum Prägen von Kraftfahrzeugteilen beschrieben, um Stapel 18 aus eisenfreien, elektrisch leitenden Aluminiumrohlingen 16 zu Kraftfahrzeugblechen zu formen und/oder zu stanzen. Das Einbauen des dargestellten Systems 10 in eine Anlage zum Prägen von Kraftfahrzeugteilen ist jedoch nur eine beispielhafte Anwendung, mit welcher die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung in der Praxis verwendet werden können. Auf die gleiche Art soll die Implementierung der vorliegenden Konzepte zum Prägen von Aluminiumrohlingen ebenfalls als beispielhafte Anwendungen der hier offenbarten neuartigen Konzepte aufgefasst werden. Folglich ist zu verstehen, dass die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung in andere automatisierte Anlagen zur Handhabung von Materialien integriert werden können und für andere Verarbeitungsoperationen für beliebige logisch relevante Typen von eisenfreien Objekten verwendet werden können.
  • In dem Beispiel, das in 1 dargestellt ist, verwendet das automatisierte System 10 einen Materialhandhabungsroboter 12, der mit einer elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 zusammenarbeitet, um Rohlinge 16 von dem Stapel 18 zu trennen, anzuheben und weg zu bewegen (was einzeln oder gemeinsam alternativ als ”Handhabung” bezeichnet wird). Wie vorstehend angezeigt wurde, kann das automatisierte System 10 als Teil einer Prägeoperation in einer Fertigungspresse verwendet werden, welche eisenfreie leitende Rohlinge 18 verwendet, d. h. ebene Scheiben oder Bleche aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Material wie etwa Aluminium, Zink, Magnesium, Bauxit, Kupfer, Chromit, Legierungen daraus oder beschichteten Kunststoff- und/oder Verbundmaterialien, die eine eisenfreie leitende Schicht oder Komponente aufweisen. Die Ausführungsformen von 1 und 2, die beide mithilfe beliebiger der offenbarten Verfahren oder Prozesse gesteuert werden können, sollen dazu beitragen, Luftmesser zum Trennen eisenfreier Rohlinge unter Verwendung von Druckluft zu beseitigen.
  • Wie vorstehend allgemein erwähnt wurde, umfasst eine Prägepressenoperation typischerweise einen Materialhandhabungsroboter 12, von dem nur Teile in 1 mithilfe einer schematischen Einschubansicht gezeigt sind, um die Rohlinge 16 in die Presse zu laden. Ein derartiger Roboter 12 enthält einen Roboterarm 13 mit einem Greiforgan 14, das an einem distalen Ende desselben beweglich montiert ist. In der speziellen gezeigten Konfiguration kann das Greiforgan 14 mithilfe eines Schlauchs 15 derart mit einem Unterdruck versorgt werden, dass das Greiforgan 14 eine Saugkraft aufbringen und dadurch einen obersten Rohling 16T von dem Stapel 18 aus identisch ausgestaltetem Rohlingen 16 sicher ergreifen und anheben kann. Der oberste Rohling 16T wird dann, sobald er von dem Robotergreiforgan 14 angehoben wurde, in eine (nicht gezeigte) Prägepresse geladen, wobei der Roboterarm 13 zwischen der Prägepresse und dem Stapel 18 hin- und herverschwenkt, bis alle Rohlinge 16 nacheinander in die Presse eingeführt worden sind. Das Greiforgan 14 kann eine DC-Spannungsquelle 22, beispielsweise eine Niederspannungs-Zusatzbatterie, ein Paar elektrischer Leiter 24 und ein Paar elektrischer Kontakte 26, d. h. leitende Polster oder Kontaktoberflächen enthalten, wobei diese strukturellen Elemente mit der Konfiguration, die in 2 dargestellt ist, auf spezielle Weise verwendet werden.
  • Als Teil der elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 von 1 ist ein oder sind mehrere Magnete 28 benachbart zu einer der Querseiten des Stapels 18 positioniert. Der bzw. die Magnete 28 können Permanentmagnete oder Elektromagnete oder Kombinationen daraus in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung enthalten. Eine elektrische Anschlussanordnung, die bei 30 schematisch gezeigt ist, leitet einen elektrischen Strom in den obersten Rohling 16T in dem Stapel 18 ein und durch diesen hindurch. Diese Operation erzeugt eine magnetische Kraft (F), die gleich dem Vektorprodukt aus einem elektrischen Strom (I) und einem Magnetfeld (B) mal der Länge (L) eines gegebenen elektrischen Leiters ist, in diesem Fall die Distanz zwischen den elektrischen Kontakten auf dem obersten Rohling 16T, d. h. F = B × I × L. Dieses Prinzip wird auf eine spezielle Weise genutzt, um einen ”Rohlingsauffächerungs-”Effekt zu erzeugen, bei welchem die magnetische Kraft (F) in einer gesteuerten und gezielten Weise erzeugt wird, um die Rohlinge 16 zu trennen (oder zumindest die obersten paar Rohlinge 16 auf dem Stapel 18). Die Ausführungsformen von 1 und 2 verwenden dieses Prinzip – das als Lorentzkraft bekannt ist –, um den gewünschten Rohlingsauffächerungseffekt zu erzeugen, wobei 1 die Verwendung einer DC-Spannungsquelle 32 darstellt, um den elektrischen Strom (I) direkt in den obersten Rohling 16T einzuleiten.
  • In dem dargestellten Beispiel wird der Strom (I) als DC-Strom direkt in den obersten Rohling 16T in der Anwesenheit eines korrekt orientierten Magnetfelds eingeleitet, das von dem bzw. den Magneten 28 in eine erste (Quer-)Richtung erzeugt wird (in 1 von rechts nach links über die Länge des Rohlings 16T in Querrichtung hinweg gezeigt). Eine verstellbare Aktorvorrichtung 34 von 1 kann verwendet werden, um die relative Positionierung des bzw. der Magnete 28 und der elektrischen Anschlussanordnung 30 zu dem Stapel 18 aufrecht zu erhalten. Der statische Fluss von einem oder mehreren der Magnete 28 kann in verschiedenen Ausführungsformen unter Verwendung einer Reihe von Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugt werden. Eine Stützstruktur 36 hält eine Relativposition der Magnete 28 und der elektrischen Anschlussanordnung 30 zu dem Stapel 18 aufrecht. Die Stützstruktur 36 kann als Ständer, Gestell oder Halterung aus nicht leitendem und/oder nicht magnetischem Material vorliegen, die längs des Stapels 18 positioniert ist.
  • Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 weist die DC-Spannungsquelle 32 ein elektrisches Potential V(t) auf, das durch ein Paar elektrischer Leiter 38 hindurch übertragen wird, die jeweils an einem jeweiligen elektrischen Kontakt 40 enden, die gegen die obere Oberfläche des obersten Rohlings 16T gedrückt werden oder anderweitig darauf sitzen. Die Kontakte 40 sind über ihre entsprechenden elektrischen Leiter 38 mit der DC-Spannungsquelle 32 elektrisch verbunden. Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 50, die als Schweißcontroller oder als anderer geeigneter elektronischer Controller vorliegen kann, kann betrieben werden, um einen elektrischen Strom (I) in den obersten eisenfreien Rohling 16T in eine zweite (Quer-)Richtung einzuleiten (in 1 als in die Seite hinein und aus dieser hinaus über die Breite des Rohlings 16T in Querrichtung hinweg gezeigt). Die Richtung des elektrischen Stroms (I) ist so dargestellt, dass sie rechtwinklig mit Bezug auf die Richtung des Magnetfelds (B) ist, das entlang der leitenden oberen Oberfläche des Rohlings 16T gezeigt ist. Dies kann immer dann stattfinden, wenn die elektrischen Kontakte 40 die Oberfläche des obersten Rohlings 16T direkt kontaktieren und der Schaltkreis mit der DC-Spannungsquelle 32 geschlossen wird, wodurch der elektrische Strom (I) mit der Spannung der DC-Spannungsquelle 32 geliefert wird.
  • Als Teil einer beispielhaften Prägeoperation kann ein optionaler Positionssensor S1 verwendet werden, um eine Position des Greiforgans 14 mit Bezug auf das oberste Blech 16T zu detektieren, wobei die detektierte Position (Pfeil Px) an die ECU 50 übertragen wird. Der Sensor 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, welche die notwendige Programmierung derselben verkörpern, kann mit dem Materialhandhabungsroboter 12 in Kommunikation stehen, z. B. mit einem separaten Robotercontroller, und programmiert sein, um das Positionssignal Px zu empfangen. Der Controller 50 kann Steuerungssignale 22 an die elektromagnetische Abstapelvorrichtung 20 übertragen, um das Erzeugen des elektrischen Stroms (I) nur dann zu veranlassen, wenn die Position P anzeigt, dass sich das Greiforgan 14 innerhalb eines kalibrierten Abstands zu dem obersten Rohling 16T befindet. Auf diese Weise kann die Positionierung und Geschwindigkeitssteuerung der elektrischen Anschlussanordnung 30 mit Bezug auf den Stapel 16 mit der Gesamtbewegung des Materialhandhabungsroboters 12 eng abgestimmt werden, z. B. mithilfe einer Regelung oder einer Rückkopplungssteuerung mit offenem Kreis. Die Steuerungssignale 22 können auf analoge Weise die elektrische Anschlussanordnung 30 und den bzw. die Magnete 28 mit Bezug auf den Stapel 18 positionieren, etwa durch allmähliches Absenken der Vorrichtung 20, wenn Rohlinge 16 durch den Prägeprozess nacheinander verbraucht werden und die Höhe des Stapels 18 abnimmt.
  • Mit Bezug als Nächstes auf 2 ist ein detaillierteres schematisches Diagramm der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 von 1 gezeigt. In dieser Darstellung sind erste und zweite elektrisch leitende Anschlüsse 40A bzw. 40B federgespannt, sodass sich, wenn der oberste eisenfreie Metallrohling 16T nach oben hin aufgefächert wird, abgehoben wird oder auf andere Weise von dem Stapel 18 weg verschoben wird, die Anschlusskontakte mit minimaler Auswirkung auf eine Bewegung des Rohlings zurückziehen. Wenn der obere Rohling 16T dann durch den Materialhandhabungsroboter 12 bewegt wird, wird die elektrische Anschlussanordnung 30, z. B. mithilfe eines Aufroller- und Indizierungsmechanismus 52 von dem Stapel 18 weg gedreht, geschwenkt oder auf andere Weise neu positioniert, sodass der oberste Rohling 16T die Abstapelvorrichtung 20 verlassen kann. Dies kann mit einem elektronisch gesteuerten Aktor unter Verwendung von Druckluft, einem Hydraulikfluid oder einem elektrisch angetriebenen Motor als einige Beispiele ohne Einschränkung durchgeführt werden. In der dargestellten Konfiguration ist der Magnet 28 von 2 ein Selten-Erden-Magnet mit hohem Energieprodukt, etwa ein Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnet. Der Aufroller- und Indexer-Mechanismus 52 kann aus einem Drehaktor bestehen, der ausgestaltet ist, um die gesamte elektrische Anschlussanordnung 30 oder nur die Kontakte 40A, 40B, aus dem Weg des Arms 14 des Roboters 12 und des Rohlings 16T heraus zu drehen.
  • In 2 ist auch ein Transformator/Gleichrichter 54 gezeigt, der von einer Stromquelle 32 Leistung mit hoher Spannung und niedrigem Strom empfängt und sie auf eine niedrige Spannung mit hohem Strom niedertransformiert, bevor sie an die elektrische Anschlussanordnung 30 übertragen wird. In dem dargestellten Beispiel ist der Transformator/Gleichrichter 54 aus einem oder mehreren Standard-Schweißtransformatoren aufgebaut. Der Transformator/Gleichrichter 54 funktioniert außerdem so, dass er den Wechselstrom (AC) mit hohem Strom und niedriger Spannung in einen Gleichstrom (DC) mit hohem Strom und niedriger Spannung umwandelt. Eine Gleichrichter/Umrichtervorrichtung 56 kann existierende Schweißtransformatoren und Controller verwenden, um einen hohen DC-Strom bei niedriger Spannung bereitzustellen, um die Abstapelvorrichtung 20 mit Leistung zu versorgen. Bei dieser beispielhaften Architektur liefern Fluidschläuche 58 eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser, Öl usw.) an die Kontakte und/oder Druckluft, z. B. von einer Druckluftquelle 60, an den Aufrollermechanismus der Abstapelvorrichtung.
  • 3A und 3B veranschaulichen die Geometrie und die Dimensionen eines repräsentativen Magnets 28, der von der elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 von 1 und 2 verwendet werden kann. 3A zeigt den Magnet 28 mit einem rechteckigen Profil in Draufsicht und einer Länge von etwa 38,1 cm (15,0 Zoll). 3B zeigt den Magnet 28 mit einem rechteckigen Profil in Seitenansicht, einer Höhe von ungefähr 17,8 cm (7,0 Zoll) und einer Tiefe von etwa 29,2 cm (11,5 Zoll). In 3B sind außerdem die Relativpositionen und die rechteckigen Gestalten der Nord- und Südpole N bzw. S des Magnets 28 gezeigt.
  • In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine elektromagnetische Abstapelvorrichtung 20 mit einem einzigen Magnet 28 und einer Stützstruktur 36 für bewegliche Elektroden gezeigt. In diesem Beispiel sind die elektrischen Kontakte 40A, 40B und die elektrischen Leiter 38A, 38B mithilfe jeweiliger gleitfähiger Montageklammern 41A und 41B auf einer quer verlaufenden Stützschiene 37 verschiebbar. Die Montageklammern 41A, 41B ermöglichen außerdem das Drehverschwenken der elektrischen Kontakte 40A, 40B. 5 ist eine alternative perspektivische Ansicht der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 von 4. In diesem Beispiel sind die elektrischen Kontakte 40A und 40B auf ihren jeweiligen verschiebbaren Montageklammern 41A, 41B vorwärts und zurück neu positionierbar. 6 ist eine perspektivische Seitenansicht der repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 20 von 4. In diesem Beispiel sind die elektrischen Kontakte 40A und 40B mithilfe jeweiliger verschiebbarer Montageschienen 43A und 43B vertikal neu positionierbar.
  • 7A und 7B veranschaulichen auf schematische Weise eine repräsentative Abstapelanordnung mit Magneten und Elektroden mit Bezug auf einen Stapel 18 aus eisenfreien Metallrohlingen 16, um eine Trennung des obersten Rohlings 16T zu erreichen. Wenn die positiven und negativen Kontaktelektroden 40A und 40B mit Bezug auf den Magnet 28 auf diese Weise angeordnet sind, wird nur der obere (Nord-)Pol des Magnets 28 verwendet, um eine Abstapelhubkraft an dem obersten Rohling 16T zu erzeugen. Alternativ kann der entgegengesetzte (Süd-)Pol des Magnets 28 verwendet werden, beispielsweise, wenn die Richtung des elektrischen Stroms umgedreht wird. Eine Höhe des Magnets (siehe beispielswiese 3B) kann selektiv verändert werden, um eine gewünschte Hub/Auffächerungsdistanz bereitzustellen.
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren repräsentativen elektromagnetischen Abstapelvorrichtung 120 mit einer Abstapelanordnung mit Magneten und Elektroden mit Bezug auf einen Stapel 18 aus eisenfreien Metallrohlingen 16, um eine gewünschte Trennkraft an einem obersten Rohling 16T zu erreichen. In Übereinstimmung mit dieser beispielhaften Anordnung werden drei Elektroden 40A, 40B und 40C verwendet, wobei sowohl der Nordpol N als auch der Südpol S des Magnets 28 verwendet werden, um eine Hubkraft an dem obersten Blech 16T zu erzeugen. Eine Höhe des Magnets 28 kann gleich der Höhe des Stapels 18 sein oder falls gewünscht kleiner sein, wenn ein Indizieren des Stapels verwendet wird.
  • Optional können beliebige der offenbarten Abstapelvorrichtungen zwei Kontaktelektroden in Zusammenarbeit mit einem dreipoligen Magnet verwenden – zwei seitliche Endpole (Südpole) und einen zentralen (Nord-)Pol. Der zentrale (Nord-)Pol des Magnets kann verwendet werden, um eine Hubkraft an dem obersten Blech 16T zu erzeugen. Für diese Konfiguration kann eine Höhe des Magnets gleich der Höhe des Stapels 18 sein oder wenn es gewünscht ist, kleiner, falls Indizieren verwendet wird. Beliebige der offenbarten Abstapelvorrichtungen können einen segmentierten Stabmagnet enthalten, der auf einer Basis für magnetischen Rückschluss abgestützt ist. Zusätzlich zu optionalen nicht magnetischen Abstandshaltern kann ein Oberflächenschutz vorgesehen sein. In diesem Fall können die Nord- und Südpole des Magnets so positioniert sein, dass sie nach oben weisen. Optional können die repräsentativen Abstapelvorrichtungen einen Abstapel-Einzelstabmagnet mit einem darunter liegenden magnetischen Rückschluss, einen nicht magnetischen Abstandhalter und einen Oberflächenschutz verwenden.
  • Bei zumindest einigen Ausführungsformen kann ein Abstapel-Stabmagnet eine Stütze für magnetischen Rückschluss zur Verwendung bei einer Abstapelvorrichtung enthalten. Diese Abstapelvorrichtungen können einen einzigen Abstapelmagnet (oder eine Reihe von Magnetsegmenten, die eng aneinander gestapelt sind) verwenden, der mit einem quer orientierten, nicht magnetischen Abstandshalter und Oberflächenschutz hergestellt ist. In dieser Ausführungsform kann der Stabmagnet eine Länge von etwa 100 cm, eine Breite von etwa 10 cm und eine Höhe von etwa 5 cm aufweisen. Eine Oberflächenschutzabdeckung des Magnets kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm aufweisen. Die Stütze für magnetischen Rückschluss kann eine Dicke von etwa 3,0 cm aufweisen. Optionale Magneteigenschaften umfassen eine Magnetflussdichte Br, die größer als etwa 1,2 T ist, eine Magnetenergie, die größer als etwa 50 MGOe ist und eine Betriebsumgebungstemperatur von etwa 50°C.
  • Bei zumindest einigen Ausführungsformen kann eine Abstapelstabmagnetanordnung mit einer Stütze für magnetischen Rückschluss, einem optionalen Abstandshalter und einer Oberflächenschutzabdeckung verwendet werden. Die Konfiguration kann dazu beitragen, eine ziemlich einheitliche vertikale Flussdichte By von größer als etwa 0,2 T bei einer vertikalen Distanz von etwa y = 1 cm über eine minimale Querdistanz von etwa x = 2 cm entlang jedes der Pole zu erreichen. Die Konstruktion des Magnets und der Stütze für magnetischen Rückschluss kann modifiziert werden, um eine gewünschte Flussdichte zu erreichen. Optionale Ausführungsformen können einen Abstapel-Stabmagnet mit einer Stütze für magnetischen Rückschluss zur Verwendung in einer repräsentativen Abstapelvorrichtung verwenden, wobei die Abstapelvorrichtung außerdem einen einzigen Abstapelmagnet (oder eine Reihe von Magnetsegmenten, die eng aneinander gestapelt sind) verwendet, der mit einem quer orientierten Aluminium-Abstandshalter oder einem anderen äquivalenten nicht magnetischen Abstandshalter und einer nicht magnetischen Oberflächenschutzbeschichtung hergestellt ist. Der Stabmagnet kann eine Länge von etwa 100 cm, eine Breite von etwa 5 cm und eine Höhe von etwa 3 cm aufweisen. Die Oberflächenschutzbeschichtung kann eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm aufweisen. Die Stütze für magnetischen Rückschluss kann eine Dicke von etwa 3,0 cm aufweisen. Der Aluminium-Abstandshalter weist eine Breite W von etwa 5,0 cm und eine Dicke D von etwa 3,0 cm auf. Magneteigenschaften für die Ausführungsform von 15 umfassen eine Magnetfelddichte Br, die für einen Magnettyp N52, der bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 50°C betrieben wird, größer als etwa 1,4 T ist. Diese repräsentativen Dimensionen werden sich ändern, wenn ein anderes Magnetmaterial verwendet wird.
  • Bei zumindest einigen Ausführungsformen tragen offenbarte Konfigurationen einer Abstapelvorrichtung zum Erzielen einer ziemlich einheitlichen vertikalen Flussdichte By von mehr als etwa 0,2 T bei einem vertikalen Abstand von etwa y = 1,0 cm über eine minimale Querdistanz von etwa x = 2,0 cm entlang jedes der Pole bei.
  • Die Konstruktion der Magnete und der Stütze für magnetischen Rückschluss kann modifiziert werden, um eine gewünschte Flussdichte zu erzielen. Ein oder mehrere Abstandshalter können beseitigt werden, während dennoch diese Verhaltenseigenschaften beibehalten werden. Bei beliebigen oder allen hier erörterten Konfigurationen kann die Stütze für magnetischen Rückschluss beseitigt werden, beispielsweise, wenn eine Halbach-Anordnung aus Permanentmagneten anstelle der dargestellten Magnetanordnung verwendet wird. Auf die gleiche Art können die in den Zeichnungen dargestellten Permanentstabmagnete durch einen oder mehrere Elektromagnete ersetzt werden, um beispielsweise eine zusätzliche Steuerbarkeit des Magnetfelds bereitzustellen.
  • Vertikale Abstapelkräfte, die von einem Magnet an einem repräsentativen eisenfreien Metallrohling erzeugt werden, können auf der Grundlage einer Spaltgröße zwischen dem Magnet und dem Rohling variiert werden. Offenbarte Magnete können eine Höhe von mindestens etwa 3,0 cm aufweisen. Bei zumindest einigen Konfigurationen kann ein Magnet eine Höhe von mindestens etwa 4,0 oder mindestens etwa 5,0 cm aufweisen. Außerdem sind repräsentative elektrodynamische Wechselstrom-Abstapelvorrichtungen (AC-Abstapelvorrichtungen) ohne einen Magnet offenbart. Bei diesem Beispiel kann die Frequenz von der Blechdicke und der elektrischen Leitfähigkeit abhängen, beispielsweise etwa 1 bis etwa 5 kHz. Offenbarte elektromagnetische Abstapelvorrichtungen können einen Magnet ohne einen magnetischen Rückschluss verwenden und über einem obersten Rohling angeordnet sein, statt benachbart zu diesem wie in den vorstehenden Ausführungsformen. In diesem Beispiel wird ein elektrischer DC-Strom, ein pulsierender DC-Strom oder ein Strom mit unidirektionalen Impulsen verwendet. Der Magnet kann mit nicht magnetischem Material zum Schutz vor Einklemmen umgeben sein. Außerdem sind elektromagnetische Gleichstrom-Abstapelvorrichtungen (DC-Abstapelvorrichtungen) mit Betriebsfähigkeiten mit DC, pulsierendem DC oder unidirektionalen Impulsen offenbart, die Permanentmagnete mit flusslenkenden Eisenpolen aufweisen, die unmittelbar über dem obersten Rohling angeordnet sind. Der in den obersten Rohling eingeleitete Strom kann in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung DC, pulsierender DC oder einen unidirektionalen Impulsbetrieb sein.
  • Es werden außerdem Abstapelmagnetanordnungen für eisenfreie Metallrohlinge mit gewinkelten Ecken offenbart. In einer ersten optionalen Anordnung wird ein vertikales Magnetfeld durch vier vertikal gestapelte Magnete erzeugt, wobei jedes Paar von Magneten über ein magnetisches Rückschlussstück verbunden ist. In einer zweiten optionalen Anordnung wird ein horizontales Feld durch zwei Magnete erzeugt, die über ein gewinkeltes magnetisches Rückschlussstück verbunden sind. Beide Konfigurationen können ein Einleiten von Strom an drei Punkten durch ein Minimum von drei Elektroden erfordern. Außerdem werden elektromagnetische Abstapelvorrichtungen offenbart, die einen konduktiv eingeleiteten Strom in dem unteren Blech von zwei aneinander anhaftenden Blechen verwenden, der mit einem Magnetfeldaufbau durch eine Matrix aus Elektromagneten oder Permanentmagneten reagiert. Ein stationärer Permanentmagnet erzeugt ein Magnetfeld, das mit zwei benachbarten Rohlingen reagiert und zu einer Trennung des unteren führt, während der obere beispielsweise von Saugnäpfen im Greiforgan festgehalten wird. Die Größe der Trennkraft hängt beispielsweise von der Feldstärke des Permanentmagnets, dem in das untere Blech eingeleiteten Strom, dem Abstand zwischen den Kontaktelektroden und dem Spalt zwischen dem Rand des Blechs und der Magnetoberfläche ab.
  • Es werden außerdem elektromagnetische Abstapelvorrichtungen offenbart, die einen konduktiv in das untere Blech eingeleiteten Strom einer zeitvarianten Quelle und in das obere Blech induzierte Wirbelströme verwenden, um zwei Bleche während der Abstapeloperation zu trennen, die aneinander haften, in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Bei beliebigen der hier offenbarten logisch relevanten Beispiele können die Eisenkerne/Pole beseitigt werden, wenn eine Halbach-Anordnung aus Permanentmagneten verwendet wird. Analog kann ein oder können mehrere Permanentmagnete durch einen oder mehrere Elektromagnete ersetzt werden.
  • Obwohl Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die dargestellten Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass viele Veränderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die hier offenbarten präzisen Konstruktionen und Zusammensetzungen begrenzt; beliebige und alle Modifikationen, Veränderungen und Variationen, die sich aus den vorstehenden Beschreibungen ergeben, liegen innerhalb des Geists und des Umfangs der Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung ausdrücklich beliebige und alle Kombinationen und Teilkombinationen aus den vorstehenden Elementen und ähnlichen Aspekten.

Claims (10)

  1. Elektromagnetische Abstapelvorrichtung zum Trennen eines elektrisch leitenden eisenfreien Rohlings von einem Stapel der Rohlinge, wobei die Abstapelvorrichtung umfasst: einen Magnet, der ausgestaltet ist, um benachbart zu dem Stapel der Rohlinge positioniert zu werden, wobei der Magnet ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld in eine erste Richtung mit Bezug auf eine Oberfläche des eisenfreien Rohlings, der an der Oberseite des Stapels positioniert ist, zu erzeugen; und erste und zweite elektrisch leitende Anschlüsse, die ausgestaltet sind, um die Oberfläche des eisenfreien Rohlings zu kontaktieren und um einen elektrischen Strom durch den eisenfreien Rohling hindurch in eine zweite Richtung zu leiten, wobei die zweite Richtung des elektrischen Stroms rechtwinklig zu der ersten Richtung des Magnetfelds derart ist, dass eine magnetische Trennkraft in eine dritte Richtung erzeugt wird, die ausreicht, um den eisenfreien Rohling von dem Stapel aus Rohlingen weg zu verschieben.
  2. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine elektronische Steuerungseinheit umfasst, welche mit den ersten und zweiten elektrisch leitenden Anschlüssen wirksam gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um die Übertragung eines elektrischen Stroms durch den eisenfreien Rohling hindurch zu regulieren.
  3. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuerungseinheit einen programmierbaren Controller einer AC/DC-Stromversorgung mit hohen Strömen oder einen Controller einer AC/DC-Stromversorgung mit einem Ultrakondensator und einem seriellen Hochstromschalter umfasst.
  4. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen automatisierten Verfahrmechanismus umfasst, der ausgestaltet ist, um die elektrisch leitenden Anschlüsse relativ zu dem Stapel aus Rohlingen selektiv neu zu positionieren.
  5. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Isolationsmechanismus umfasst, der betrieben werden kann, um den eisenfreien Rohling in einer erhöhten Position, die zumindest teilweise von dem Stapel von Rohlingen weg verschoben ist, festzuhalten.
  6. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Ständer der Abstapelvorrichtung umfasst, der ausgestaltet ist, um den Magnet benachbart zu dem Stapel von Rohlingen zu positionieren und um die ersten und zweiten elektrisch leitenden Anschlüsse in Kontakt mit der Oberfläche des eisenfreien Rohlings zu bringen.
  7. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ständer der Abstapelvorrichtung eine quer verlaufende Stützschiene enthält, wobei die ersten und zweiten elektrisch leitenden Anschlüsse jeweils an einem jeweiligen Abschnitt der quer verlaufenden Stützschiene verschiebbar montiert sind.
  8. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ständer der Abstapelvorrichtung erste und zweite Vorspannmechanismen enthält, die ausgestaltet sind, um die elektrisch leitenden Anschlüsse in Kontakt mit der Oberfläche des eisenfreien Rohlings vorzuspannen.
  9. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ständer der Abstapelvorrichtung erste und zweite verschwenkbare Armaturen enthält, der erste elektrisch leitende Anschluss an der ersten verschwenkbaren Armatur montiert ist und der zweite elektrisch leitende Anschluss an der zweiten verschwenkbaren Armatur montiert ist.
  10. Abstapelvorrichtung nach Anspruch 9, die ferner umfasst: erste und zweite Antriebsvorrichtungen, die betrieben werden können, um selektiv jeweils die erste und zweite verschwenkbare Armatur zu verschwenken; und einen elektronischen Controller, der programmiert werden kann, um die Antriebsvorrichtungen zu steuern und dadurch das Verschwenken der elektrisch leitenden Anschlüsse in Kontakt mit der Oberfläche des eisenfreien Rohlings und davon weg zu synchronisieren.
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