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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entmagnetisieren von Objekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Entmagnetisieren von Objekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Eine solche Vorrichtung zum Entmagnetisieren von Objekten umfasst üblicherweise zumindest eine Entmagnetisierspule. Diese Entmagnetisierspule wird von einem Wechselstrom ausgehend von einer Stromquelle durchflossen, der über eine Steuerung gesteuert werden kann. Durch den Wechselstrom in der Spule werden Wechselfeldverläufe in der Entmagnetisierspule erzeugt. Diese werden zum Entmagnetisieren von Objekten genutzt, die in einem Wechselwirkungsbereich der Spule angeordnet werden.
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Bauteile verschiedenster Größenordnung aus beispielsweise ferromagnetischen Werkstoffen wie Eisen, Stahl oder Gusseisen können magnetisch sein, was die Bearbeitung oder den Einsatz erschwert. Insbesondere bei der Verwendung von Materialien für mechanische Komponenten oder im Zusammenhang mit empfindlichen elektronischen Komponenten und Schaltungen ist ein Restmagnetismus in Bauteilen ein bekanntes Problem.
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Allgemein ist es zur Entmagnetisierung aus dem Stand der Technik bekannt, die zu entmagnetisierenden Bauteile (Objekte) im Durchlauf oder durch einen oder mehrere Entmagnetisierpulse in Form eines Wechselfeldes in einer Entmagnetisierspule, üblicherweise mit einer kurzzeitigen hohen Feldstärke und dann einem abnehmenden Verlauf, zu entmagnetisieren.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
EP 1353342 A1 beschrieben. Hier werden in zu elektrischen Schwingkreisen beschalteten Entmagnetisierspulen durch stromgesteuerte Stromquellen Entmagnetisierpulse erzeugt, bei denen zunächst hohe Stromstärken mit anschließend kontinuierlich abnehmenden Stromstärken erzeugt werden.
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Nachteilig an den vorbekannten Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass komplexe Aufbauten mit elektromagnetischen Schwingkreisen notwendig sind und sich hohe Spannungen ergeben, die sicherheitstechnisch abgefangen werden müssen.
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Alternativ ist aus der
DE 3005927 C2 bekannt, die Resonanzkurve eines Schwingkreises mit einer variablen Frequenz zu durchlaufen. Nachteilig ist hier, dass das Durchlaufen der Resonanzkurve bei einem benötigten Frequenzband von ca. 1 Hz bis 50 Hz aufwendig ist und entsprechend Zeit benötigt. Darüber hinaus werden für tiefe Resonanzfrequenzen hohe Kondensatorkapazitäten erforderlich, was zu einem hohen Aufwand sowie hohen Kosten führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Entmagnetisierverfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, die eine unaufwendige und kostengünstige Entmagnetisierung ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüche 2-7. Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 9 und 10. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entmagnetisieren von Objekten umfasst, wie an sich bekannt, zumindest eine Entmagnetisierspule, eine Stromquelle sowie eine Steuerung. Stromquelle und Steuerung sowie Entmagnetisierspule sind zu einer Erzeugung von Entmagnetisierpulsen in Form von Wechselfeldverläufen in der Entmagnetisierspule zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet. Wie bei bekannten Vorrichtungen üblich, ist das zu entmagnetisierende Objekt in einem Wechselwirkungsbereich der Spule anordenbar.
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Wesentlich ist, dass die Steuerung mit einem zumindest zweikanaligen Sollwertgeber ausgebildet ist, sodass mittels des Sollwertgebers Strom und Frequenz autonom steuerbar sind.
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Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass im Gegensatz zu bereits aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtungen einfache, kommerziell erhältliche Komponenten zur Steuerung und als Stromquelle eingesetzt werden können. Dadurch kann auf spezielle Stromquellen sowie auf elektromagnetische Schwingkreise verzichtet werden, was zu einer kostengünstigen Lösung führt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Vorrichtungen:
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Durch den Einsatz einer Stromquelle und einer Steuerung mit einem zumindest zweikanaligen Sollwertgeber können sowohl Strom als auch Spannung und Frequenz für die Erzeugung der Wechselfeldverläufe autonom gesteuert werden. Hierdurch kann auf einen aufwendigen Einsatz von speziell ausgestalteten Stromquellen und/oder elektromagnetischen Schwingkreisen verzichtet werden. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass standardmäßige, kommerziell erhältliche Komponenten eingesetzt werden können. Die Stromquelle ist eine Wechselstromquelle.
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Vorzugsweise ist die Stromquelle als Frequenzumrichter mit autonom steuerbaren Eingangskanälen für Spannung und Frequenz ausgeführt.
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Alternativ ist die Stromquelle als Linearverstärker ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt die autonome Steuerung des Stroms anhand der Spannungssteuerung.
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Die Steuerung ist vorzugsweise als speicherprogrammierbare Steuerung und/oder Mikrocontrollersteuerung und/oder PC-Steuerung ausgebildet. Optional kann die Steuerung auch in die Stromquelle integriert sein. Die Steuerung erfolgt beispielsweise per Analogsignal oder Buskommunikation
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Entmagnetisierpulse mit einer ansteigenden Frequenz ausgehend von einer tiefen Frequenz erzeugt. Dazu sind Stromquelle und Steuerung derart zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet, dass die Entmagnetisierpulse in Form von gesteuerter Wechselfeldverläufen ausgehend von einer tiefen Startfrequenz eine zunehmende Frequenz, vorzugsweise eine kontinuierlich zunehmende Frequenz, aufweisen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stromquelle und die Steuerung derart zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet sind, dass die Entmagnetisierpulse in Form gesteuerter Wechselfeldverläufe ausgehend von einem hohen Startstrom einen abnehmenden Strom, vorzugsweise einen kontinuierlich abnehmenden Strom oder einen progressiv abnehmenden Strom, aufweisen.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Erzeugen von Entmagnetisierpulsen mit progressiver Frequenz ausgebildet. „Progressive Frequenz“ bedeutet im Rahmen dieser Beschreibung, dass der Entmagnetisierpuls ausgehend von einer tiefen Frequenz eine zunehmende Frequenz, vorzugsweise eine kontinuierlich oder linear zunehmende Frequenz, aufweist, bevorzugt bei gleichzeitig kleiner werdendem, vorzugsweise kontinuierlich kleiner werdendem, Strom.
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Der Einsatz einer solchen Kombination aus Stromquelle und Steuerung ermöglicht grundsätzlich die vorteilhafte autonome Steuerung von Spannung und Frequenz.
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Durch den Einsatz der progressiven Frequenz für die Entmagnetisierpulse ergeben sich besondere Vorteile für die Entmagnetisierung: Durch die tiefe Startfrequenz bei gleichzeitig hoher Feldstärke wird eine hohe Eindringtiefe im Material des zu entmagnetisierenden Objektes erreicht. Durch die anschließend zunehmende Frequenz kann die Anzahl der Schwingungen erhöht werden während die Pulsdauer trotzdem verhältnismäßig niedrig gehalten wird.
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Hierdurch kann in einfacher und kostengünstiger Art und Weise eine effiziente Entmagnetisierung erreicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich ein elektromagnetischer Schwingkreis vorgesehen, d. h. die Vorrichtung zum Entmagnetisieren umfasst einen elektromagnetischen Schwingkreis.
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Der Schwingkreis ist vorzugsweise als Serieschwingkreis ausgestaltet, der die Entmagnetisierspule, eine Kapazität in Serie und die Stromquelle umfasst.
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Diese Ausgestaltungsform hat folgenden Vorteil: Durch den Schwingkreis kann bereits in der Anfangsphase des Entmagnetisierpulses mit verhältnismäßig hohen Frequenzen gearbeitet werden kann, ohne Einbußen bei der Spitzenstromstärke aufgrund des induktiven Widerstandes der Spule.
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Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entmagnetisieren von Objekten wird, wie an sich bekannt, mittels zumindest einer Spule zur Erzeugung von Entmagnetisierpulsen in Form gesteuerter Wechselfeldverläufe durchgeführt. Dabei ist das zu entmagnetisierende Objekt in einem Wechselwirkungsbereich der Spule angeordnet.
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Wesentlich ist, dass Strom und Frequenz der Entmagnetisierpulse mittels eines zumindest zweikanaligen Sollwertgebers autonom gesteuert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist ebenso die oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Verfahren zum Entmagnetisieren von Objekten derart ausgestaltetet, dass die Entmagnetisierpulse in Form gesteuerter Wechselfeldverläufe ausgehend von einer tiefen Startfrequenz mit zunehmender Frequenz, vorzugsweise kontinuierlich zunehmender Frequenz, erzeugt werden.
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Vorzugsweise liegt die Startfrequenz am Anfang des Entmagnetisierpulses zwischen 0,5 Hz und 20 Hz, vorzugsweise zwischen 1 Hz und 10 Hz. Die maximale Frequenz am Ende des Entmagnetisierpulses liegt vorzugsweise zwischen 5 und 100 Hz, insbesondere bevorzugt zwischen 20 und 70 Hz. Die Erhöhung der Frequenz ausgehend von der Startfrequenz bis hin zu der maximalen Frequenz erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, insbesondere bevorzugt linear oder progressiv abnehmend.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Dauer der Wechselstrom-Abnahmephase gegenüber konstanter (oder zunehmender) Frequenz entscheidend gekürzt werden kann, ohne dass Abstriche bei der Anzahl der Umpolungen gemacht werden müssen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Entmagnetisierpulse des Verfahrens in Form gesteuerter Wechselfeldverläufe ausgehend von einem hohen Startstrom mit abnehmenden Strom, vorzugsweise kontinuierlich abnehmenden Strom erzeugt.
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Der Startstrom ist abhängig von der Anlagengröße, d. h. insbesondere von dem zu entmagnetisierenden Objekt. Der typische Referenzbereich liegt bei Startstromstärken, die bei ca. 10A anfangen und kann bei großen Anlagen bis zu mehreren hundert Ampere betragen.
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Insbesondere bevorzugt werden Entmagnetisierpulse mit progressiver Frequenz, d. h. mit zunehmender Frequenz bei gleichzeitig abnehmendem Strom erzeugt.
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Zur Erzeugung der Entmagnetisierpulse werden mit der Steuerung zwei Analogsignale, Frequenz und Spannung, vorgegeben. Dabei verläuft der Sollwert für die Frequenz vorzugsweise linear steigend. Der Sollwert für die Spannung bestimmt den Strom, der durch die Entmagnetisierspule fließt und verläuft vorzugsweise linear oder progressiv abnehmend. Insbesondere verläuft der Sollwert für die Spannung zunächst stark zunehmend und im Anschluss, mit oder ohne eine konstante Zwischenphase, abnehmend.
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Das heißt zur Erzeugung der Entmagnetisierpulse werden mit der Steuerung zwei Analogsignale zur Steuerung von Frequenz und Spannung erzeugt. Die Sollwertkurven sind üblicherweise programmiert.
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Der Sollwert für die Spannung bestimmt mittelbar den Strom, der durch die Entmagnetisierspule fließt. Durch diese Steuerung der Stromquelle ergibt sich in der Spule ein Entamgnetisierpuls, der ein definierten Frequenz- und Stromverlauf aufweist
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Am Anfang des Entmagnetisierpulses erreicht das Sollwertsignal für die Frequenz (Startfrequenz) vorzugsweise eine Amplitude von ca. 10% bis 20% des End-Sollwertes (maximale Frequenz). Durch diesen Offset wird die Startfrequenz des Entmagnetisierpulses definiert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steigt der Sollwert der Spannung U linear, ausgehend von einer Startamplitude, beispielsweise der Höhe 0, vorzugsweise innerhalb einer bestimmten Rampenzeit U (typischerweise zwischen 10ms und 1000ms) auf den Maximalsollwert der Spannung an. Danach verharrt der Sollwert U während einer Haltezeit U (typischerweise 10ms bis 1000ms) auf dem Maximalsollwert, um danach wieder vorzugsweise bis auf 0 abzunehmen.
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Der Sollwert für die Frequenz f steigt unmittelbar auf eine Amplitude von typischerweise 10% bis 20% des Endsollwerts, verharrt danach während der Rampenzeit U und der Haltezeit U, um danach bis auf den End-Sollwert für die Frequenz f anzusteigen.
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Vorzugsweise erreichen Sollwert U und Sollwert f ihre Endwerte im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt. Dieser Zeitpunkt definiert den Abschluss des Entmagnetisierpulses.
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Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematisch Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 einen beispielhaften Verlauf von Sollwertrampen für Spannung und Frequenz;
- 3 den Verlauf eines Entmagnetisierpulses mit progressiver Frequenz.
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In den 1-3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entmagnetisieren von Objekten. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Entmagnetisierspule 2, eine Stromquelle 3 und eine Steuerung 4.
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Die Steuerung 4 ist mit einem Sollwertgeber 4.1 ausgebildet und erlaubt eine autonome Steuerung der Spannung U sowie der Frequenz f. Vorliegend ist die Steuerung als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet.
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Die Stromquelle 3 ist als Frequenzumrichter ausgebildet und weist eine Funktion zur autonomen Steuerung der Spannung und Frequenz auf.
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Die Steuerung 4 mit dem Sollwertgeber 4.1 und die Stromquelle 3 sind zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet zur Steuerung von Wechselfeldverläufen in der Entmagnetisierspule 2 zur Erzeugung von Entmagnetisierpulsen.
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Zur Entmagnetisierung ist ein zu entmagnetisierendes Objekt 5 im Wechselwirkungsbereich der Entmagnetisierspule 2 angeordnet.
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Zur Erzeugung der Entmagnetisierpulse werden mit der Steuerung 4 zwei Analogsignale zur Steuerung von Frequenz und Spannung erzeugt, dargestellt im Bereich Sollwerte 6 sowie zur 2. Die Sollwertkurven sind vorliegend programmiert. Dabei verläuft der Sollwert für die Frequenz vorzugsweise linear steigend. Der Sollwert für die Spannung bestimmt den Strom, der durch die Entmagnetisierspule fließt und verläuft vorzugsweise linear oder progressiv abnehmend.
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Vorliegend erfolgt die Steuerung mit einer progressiven Frequenz. Die dazugehörigen Sollwertkurven 6 für die Steuerung der Stromquelle 3 sind in 2 dargestellt. Die Stromquelle erzeugt Wechselstrom.
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Das Sollwertsignal für die Frequenz liegt zunächst bei einem Start-Frequenzsollwert (Startfrequenz) f bei ca. 2V für die Steuerung der Stromquelle 3 und verharrt vorliegend für rund 1000ms bei 2V, um danach linear während ca. 4s auf 10V anzusteigen.
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Gleichzeitig wird über die Steuerung der Spannung ein abnehmender Strom erzeugt. Der Spannungssollwert U für die Steuerung der Stromquelle 3 startet bei 0V, steigt linear während 500ms auf 10V an, verharrt während 500ms auf 10V, um danach während ca. 4s linear auf 0 abzunehmen.
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Durch diese Steuerung der Stromquelle 3 ergibt sich in der Spule ein Entamgnetisierpuls 10, der folgenden Frequenz- und Stromverlauf aufweist:
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Ausgehend von einer Startfrequenz, vorliegend ca. 4Hz, verharrt die Frequenz vorliegend für rund 1000ms bei 4 Hz. Im Anschluss wird die Frequenz linear erhöht bis zu einer maximalen Frequenz von ca. 20Hz. Der Strom steigt zunächst stark an und verharrt während 500 ms auf dem Maximalstrom. Der Maximalstrom liegt im Bereich von 100A, wobei die Spannung der Stromquelle im Bereich von 400V liegt. Dann nimmt der Strom linear auf null ab.
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In 3 ist als Ergebnis ein solcher Pulsverlauf eines Entmagnetisierpulses 10 dargestellt. In der Figur ist der abnehmende Strom von 100 A auf 0 A dargestellt. Ebenso ist die zunehmende Frequenz ausgehend von einer Startfrequenz von ca. 4Hz hin zu einer Maximalfrequenz von ca. 20Hz dargestellt.
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Für die beispielhafte Entmagnetisierung eines Bauteils aus gehärtetem Werkzeugstahl ist typischerweise ein Entmagnetisierpuls mit einer Feldstärke von ca. 80kA/m erforderlich.
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Aufgrund der tiefen Frequenz zu Beginn des Entmagnetisiervorgangs sowie einer möglichst hohen Feldstärke werden hohe Eindringtiefen in das Material erreicht. Aufgrund der anschließend zunehmenden Frequenz werden trotz verhältnismäßig kurzen Pulsdauern eine genügende Anzahl magnetischer Umpolungen erreicht, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1353342 A1 [0005]
- DE 3005927 C2 [0007]
