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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entmagnetisieren eines ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils beliebiger Länge mit gleichförmigem Profil mit einer Längsachse, das einseitig entlang seiner Länge eine zugängliche Oberfläche aufweist, wobei die Vorrichtung einen stabförmigen, ferromagnetischen Kern umfasst mit einer umlaufenden Mantelfläche, welche von einer vorderen Stirnfläche und einer hinteren Stirnfläche abgeschlossen wird, wobei diese Stirnflächen voneinander abgewandt ausgerichtet sind und wobei um die Mantelfläche mindestens eine Spule gewickelt ist, welche mit ihren Enden mit einer Stromquelle verbunden ist, die einen Wechselstrom (AC) erzeugen kann, wodurch ein Magnetwechselfluss in den ferromagnetischen Kern induziert wird, der an den beiden Stirnflächen und im nicht umspulten Bereich der Mantelfläche ein- und austritt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entmagnetisieren solcher Bauteile.
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Stand der Technik
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Zum Entmagnetisieren ferromagnetischer Körper sind verschiedene Einrichtungen bekannt. In der Regel werden diese Körper einem starken magnetischen Wechselfluss ausgesetzt. Dieser übersteigt die Koerzitivfeldstärke des aufmagnetisierten Körpers, damit alle magnetischen Dipole im Körper, die durch die Magnetisierung gleich ausgerichtet sind, in umpolende Bewegung versetzt werden. Man spricht dann von einem bis zur Sättigungsflussdichte aufgeladenen ferromagnetischen Körper. Beim Abklingen dieses Wechselflusses lässt diese Bewegung schliesslich nach, bis die Elektromagnete in ungeordnetem Zustand „einfrieren“. Alternativ dazu kann der Körper auch stark erwärmt werden, was aber oft nicht möglich ist. Gleichzeitig bildet sich eine homogene Domänenstruktur.
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Der magnetische Wechselfluss wird in der Regel durch eine Spule induziert, die mit einem starken Wechselstrom (AC) beaufschlagt wird. Zum Entmagnetisieren wird der Körper durch die Spule gebracht und anschliessend davon entfernt.
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Da die Stromstärke für die Entmagnetisierung sehr gross sein muss, ist es das Bestreben, auch mit kleineren Vorrichtungen grosse Bauteile entmagnetisieren zu können, die nicht vollständig durch eine Vorrichtung hindurchgebracht werden können.
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So kann ein Magnetwechselfluss durch eine Spule um einen Eisenkern induziert werden, der eine U-Form bildet. Die Magnetfeldlinien verlaufen dann durch den Eisenkern und treten dann schliesslich an den offenen Enden aus. So lässt sich ein Bauteil, das grösser ist als der innere Bereich der Spule, in diesen offenen Bereich schieben oder kann sich in diesem Bereich drehen. Solche Vorrichtungen eignen sich insbesondere für Festplatten, deren Daten permanent gelöscht werden sollen.
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Ein anderes Problem der Entmagnetisierung ist der Restmagnetismus, der in einem Bauteil beim „Einfrieren“ übrigbleibt. Dies geschieht, weil zum Zeitpunkt des Erstarrens stets noch ein Restmagnetfluss auf das Bauteil wirkt, verursacht beispielsweise durch das Erdmagnetfeld. Um diesen Restmagnetfluss aufzuheben kann, wie in der
EP 2851911 A1 gezeigt, eine Schutzhülle um das Bauteil angeordnet werden, welche ein äusseres Magnetfeld abschirmt, bis der Magnetwechselfluss vollständig abgeklungen ist.
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Dies bedingt allerdings, dass sich das Bauteil während der gesamten Entmagnetisierungsphase vollständig in der Abschirmung befindet. Bei sehr grossen Bauteilen ist dies aufwändig, bei unendlich langen gestreckten Bauteilen unmöglich.
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Es zeigt sich nun, dass die bekannten Vorrichtungen nicht geeignet sind, ferromagnetische, lang ausgestaltete, insbesondere starre und/oder fest verbaute Bauteile beliebiger Länge vollständig zu entmagnetisieren. Als wichtigstes Beispiel werden hier fest verlegte Strassenbahn- oder Eisenbahnschienen genannt. Diese magnetisieren sich mit der Zeit auf, einerseits durch das Erdmagnetfeld, andererseits aber auch durch die Magnetschienenbremsen der Züge, die selbst im ausgeschalteten Zustand magnetische Felder von 10mT im Luftspalt zur Schiene induzieren.
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Die Schienen sind an ihren Stössen durch Isolationsschichten voneinander getrennt, damit ein Überwachungssystem einer Fahrleitungszentrale feststellen kann, ob ein Schienenabschnitt frei oder von einem Zug besetzt ist. Durch die Magnetisierung der Schienen sammeln sich nach und nach Metallspäne, Nägel, Unterlegscheiben usw. an den Stössen an, weil dort der Magnetfluss austritt, bis schliesslich Leiterbrücken entstehen, welche die Isolationen umgehen. Dies führt dazu, dass in der Fahrleitungszentrale keine verlässliche Information mehr über die Positionen der Züge erhalten wird, was zu gravierenden Signalstörungen und schliesslich zu Unfällen führen kann.
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Andere Anwendungsbeispiele sind fest verbaute Träger, aber auch lange Eisenrohre, die zu gross sind, um in ihrem ganzen Umfang in eine entmagnetisierende Magnetflussschlaufe einzutauchen. Eine Vorrichtung dafür wäre sehr gross und der enorme Stromverbrauch würde weitere Probleme mit sich bringen. Zudem kann die durch das Umfeld entstandene Restmagnetisierung nicht oder mit sehr grossem Aufwand aufgehoben werden.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu beschreiben, welche ein Entmagnetisieren eines eingangs beschriebenen ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils beliebiger Länge erreichen kann, wobei die Restmagnetisierung kleiner sein soll als ein vorgegebener Toleranzwert. Insbesondere soll die Vorrichtung anwendbar sein für verlegte Strassenbahn- oder Eisenbahnschienen sowie für andere, nur einseitig zugängliche, verbaute Profile, installierte Leitungen und Tragseile sowie grosse Metallrohre.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine autarke Vorrichtung für den genannten Zweck zu beschreiben. Zudem soll ein Verfahren beschrieben werden, das die gewünschte Entmagnetisierung erreichen kann.
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Die Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche der jeweiligen Kategorien. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäss ist bei einer eingangs erwähnten Vorrichtung zum Entmagnetisieren eine Spule um die Mantelfläche des ferromagnetischen Kerns gewickelt, welche mit ihren Enden mit einer Stromquelle verbunden ist, die einen Gleichstrom (DC) erzeugen kann, zum Überlagern des Magnetwechselflusses mit einem dadurch induzierten, gleichförmigen Magnetgleichfluss durch den ferromagnetischen Kern, der an den beiden Stirnflächen ein- resp. austritt. Die Spule kann dieselbe Spule sein, die mit Wechselstrom beaufschlagt ist, oder eine von dieser verschiedenen Spule. Alle Spulenwicklungen verlaufen parallel zu einander. Dies trifft auch zu, wenn zwei Spulen verwendet werden. Die Flusslinien des Magnetwechselflusses und des Magnetgleichflusses überlagern sich parallel, d.h., sie kreuzen sich nicht. Im Betrieb ist die vordere Stirnfläche dem Bauteil zugewandt und nah an dessen Oberfläche angeordnet, die hintere Stirnfläche ist dem Bauteil entgegengesetzt abgewandt. Der Kern ist breiter als die Breite des Bauteils. Die Ebenen, in denen sich die Spulenwicklungen befinden, verlaufen parallel zu den beiden Stirnflächen des Kerns. Sie erzeugen magnetische Feldlinien, welche nahezu senkrecht in das Bauteil eindringen und in beiden Richtungen seiner Längsachse in diesem verlaufen, bis sie schliesslich, verteilt auf eine relativ lange Distanz, wieder aus dem Bauteil austreten und in die hintere Stirnfläche des Kerns eintreten.
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Vorrichtung eine Nahtransporteinrichtung, welche einerseits im Betrieb einen Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche und der Oberfläche des zu entmagnetisierenden Bauteils gewährleistet, der auch bei den im Betrieb auftretenden Magnetkräften innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bleibt, und andererseits eine translatorische Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Bauteil entlang seiner gesamten Länge zulässt.
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Im erfindungsgemässen Verfahren zum Entmagnetisieren eines ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils wird eine solche Vorrichtung mit einer Nahtransportvorrichtung verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein konstanter Wechselstrom in der Spule erzeugt, der einen Magnetwechselfluss in den ferromagnetischen Kern induziert, der an den beiden Stirnflächen ein- und austritt. Gleichzeitig wird ein konstanter Gleichstrom in einer Spule erzeugt, der einen den Magnetwechselfluss überlagernden, gleichförmigen Magnetgleichfluss in den ferromagnetischen Kern induziert, der an den beiden Stirnflächen ein- resp. austritt. Die Spule kann dieselbe oder eine weitere Spule sein. Die Nahtransporteinrichtung gewährleistet stets einen Abstand zwischen der vorderen Stirnfläche und der Oberfläche des Bauteils innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und verursacht eine translatorische Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Bauteil entlang seiner gesamten Länge, während Wechselstrom und Gleichstrom konstant gehalten werden.
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Der Wechselstrom soll dabei so stark sein, dass die unter der vorderen Stirnfläche liegende Zone des Bauteils vollständig vom induzierten Magnetwechselfluss gesättigt ist. Der Gleichstrom wird jeweils auf die induzierte Magnetisierungspolarität des Bauteils eingestellt. Nach einer entmagnetisierenden Überfahrt wird der verbleibende Restmagnetismus am Bauteil gemessen und das Verfahren so lange mit allenfalls korrigierten Gleichstromstärken wiederholt, bis dieser Restmagnetismus einen vorgegebenen Toleranzwert unterschritten hat.
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Bei der Entmagnetisierung eines Rohres verursacht die Nahtransporteinrichtung während der Entmagnetisierung auch eine Relativbewegung um die Längsachse des Bauteils, die zusätzlich zur translatorischen Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Bauteil entlang seiner gesamten Länge ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Entmagnetisieren eines Drahtseiles nach dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung in Form eines Jochs, zum Entmagnetisieren eines langen Bauteils nach dem Stand der Technik;
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Entmagnetisieren eines langen Bauteils;
- 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer alternativen erfindungsgemässen Vorrichtung;
- 5 Ein Bauteil in Form einer Eisenbahnschiene im Querschnitt mit einem Teil des Kerns und einer Spule;
- 6 Ein Bauteil in Form einer Eisenbahnschiene in perspektivischer Ansicht mit einem Kern der Vorrichtung;
- 7 Ein Bauteil in Form einer im Boden verlegten Strassenbahnschiene im Querschnitt mit einem Kern und einer Spule;
- 8 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Nahtransporteinrichtung und einem Bauteil in Form einer Schiene im Gebrauch;
- 9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Entmagnetisieren eines langen Bauteils in Form eines Rohres;
- 10 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Nahtransporteinrichtung und einem Bauteil in Form eines Rohres im Gebrauch.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Eine aus der Stahlindustrie bekannte Lösung gemäss 1 besteht im mehrfachen Umschlingen des Bauteils 2, hier in Form eines Stangenmaterials, mit einem flexiblen Kabel. Dieses Kabel ist so zu einer Spule 12 gewickelt, die mit einer Wechselstromquelle 15 gespeist wird und das Stangenmaterial kontinuierlich abfährt, wie mit einem Pfeil angedeutet ist. In der bewickelten Zone der Spule 12 entsteht ein magnetischer Fluss entsprechend den Flusslinien 18, welche das Bauteil 2 magnetisch durchfluten.
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Der Magnetfluss des in der weiteren Umgebung wirkenden Magnetfeldes der Erde 20 wird im ferromagnetischen Material des Bauteils 2 gesammelt und tritt dort als Anteil eines inneren Magnetismus 21 in Erscheinung. Dieser innere Magnetfluss 21 setzt sich zusammen aus dem im Material dauermagnetisch enthaltenen Magnetismus (Remanenz) und einem Anteil, der von dem in der Umgebung herrschenden Magnetfeld bewirkt ist.
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Der vom Wechselstrom in der Spule 12 erzeugte Magnetwechselfluss 18 verringert sich mit dem Durch- und Wegführen des Materials mit entmagnetisierender Wirkung. Ein solches Verfahren ist aber nicht praktikabel, weil das mehrfache Umschlingen des Bauteils 2 aufwendig ist, weil das Bauteil 2 allseitig zugänglich sein muss, und schliesslich, weil der Verlauf des Magnetwechselflusses keine vollständige Entmagnetisierung zulässt.
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In der 2 ist eine Lösung beschrieben, welche mit einem einseitigen Zugang zum Bauteil 2 auskommt. Der von der Stromquelle 15 gelieferte Wechselstrom durchfliesst hier ein Spulenpaar 12, 13, das auf den Magnetpolen nahe den Stirnflächen 9, 10 eines jochförmigen, ferromagnetischen Kerns 7 angebracht ist. Die Stirnflächen 9, 10 sind somit beide in dieselbe Richtung ausgerichtet und beide dem Bauteil 2 zugewandt. Der im Bauteil 2 entstehende magnetische Magnetwechselfluss 18 folgt im Wesentlichen den Flusslinien durch den ferromagnetischen Kern 7 und durch die beiden Stirnflächen 9, 10, resp. durch die Magnetpole. Eine solche Anordnung wird in der Praxis zum Magnetisieren eines Seils bei der magnetinduktiven Seilprüfung eingesetzt, wobei Stromquelle 15 und Spule 12, 13 durch Dauermagnete in den Magnetpolen nahe der Stirnflächen 9, 10 ersetzt werden können. Auch hier bewegt sich das Bauteil 2 relativ zum Kern 7 kontinuierlich, wie durch einen Pfeil in der 2 dargestellt.
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Diese Anordnung lässt mittels Wechselstrom in der Spule 12, 13 einen Magnetwechselfluss 18 erzeugen. Ein solches Verfahren lässt, wie Versuche ergeben haben, eine Entmagnetisierung zu, aber die von aussen induzierten Magnetfelder lassen sich nur sehr eingeschränkt kompensieren.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 kann demnach an Hand der 3 und 4 wie folgt beschrieben werden. Sie eignet sich zum Entmagnetisieren eines ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils 2 beliebiger Länge 4 mit gleichförmigem Profil 3 mit einer Längsachse 5. Das Profil 3 weist einseitig entlang seiner Länge 4 eine zugängliche Oberfläche 6 auf. Die Vorrichtung 1 umfasst einen stabförmigen, ferromagnetischen Kern 7 mit einer umlaufenden Mantelfläche 8, welche von einer vorderen Stirnfläche 9 und einer hinteren Stirnfläche 10 abgeschlossen wird. Die vordere Stirnfläche 9 wird im Gebrauch dem Bauteil 2 zugewandt. Diese Stirnflächen 9, 10 sind voneinander abgewandt ausgerichtet. Ihre Flächennormalen zeigen in entgegengesetzte Richtungen. Um die Mantelfläche 8 ist mindestens eine Spule 12 gewickelt, welche mit ihren Enden 14 mit einer Stromquelle 15 verbunden ist, die einen Wechselstrom (AC) erzeugen kann. Dieser Wechselstrom induziert im Gebrauch einen Magnetwechselfluss 18 in den ferromagnetischen Kern 7, der an den beiden Stirnflächen 9, 10 und im nicht umspulten Bereich der Mantelfläche 8, ein- und austritt. Erfindungsgemäss ist eine Spule 13 um die Mantelfläche 8 des ferromagnetischen Kerns 7 gewickelt, welche mit ihren Enden 14 mit einer Stromquelle 16 verbunden ist, die einen Gleichstrom (DC) erzeugen kann, zum Überlagern des Magnetwechselflusses 18 mit einem durch den Gleichstrom induzierten gleichförmigen Magnetgleichfluss 19 durch den ferromagnetischen Kern 7, der an den beiden Stirnflächen 9, 10 ein- resp. austritt. Je nach Breite der Spulen treten die durch sie erzeugten Flusslinien auch im nicht umspulten Bereich der Mantelfläche 8, ein- und aus.
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Wie in 3 dargestellt, kann die mindestens eine Spule 12 eine Wechselstromspule 12 sein und die Spule 13 zum Beaufschlagen mit Gleichstrom eine von der Wechselstromspule 12 verschiedene Gleichstromspule 13. Vorzugsweise ist die Wechselstromspule 12 näher an der vorderen Stirnfläche 9 angeordnet als die Gleichstromspule 13. In jedem Fall aber verlaufen die Wicklungen der beiden Spulen 12, 13 parallel zueinander, sie kreuzen sich nicht orthogonal. Dadurch verlaufen auch die durch sie erzeugten Feldlinien des Magnetwechselflusses 18 und des Magnetgleichflusses 19 an jeder Stelle jeweils parallel zueinander, auch sie kreuzen sich nicht orthogonal. Dies geht auch aus 3 hervor.
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Alternativ dazu lässt sich, wie in 4 dargestellt, durch Hinzufügen eines geeigneten schaltungstechnischen Aufbaus 17, die auf zwei Spulen 12, 13 und zwei Stromquellen 15, 16 verteilte Funktion zum Induzieren eines Magnetwechselfeldes 18 überlagert von einem Magnetgleichfeld 19, auch mit einer einzigen Stromquelle 15 oder 16 und mit einer einzigen Spule 12 oder 13 erfüllen. Durch diese Spule fliesst somit ein mit einem DC Offset überlagerter Wechselstrom.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wirkt der von den einer oder zwei Spulen 12, 13 umwickelte ferromagnetische Kern 7 mit seiner vorderen Stirnfläche 9 auf das zu entmagnetisierende Bauteil 2. Die Spule 12 ist von einem dem Entmagnetisieren dienenden Wechselstrom durchflossen, der von der Quelle 15 eingespeist wird. Der Wechselstrom ist konstant gehalten und stellt sicher, dass der unter der vorderen Stirnfläche 9 des ferromagnetischen Kerns 7 liegende Bereich des Bauteils 2 magnetisch vollständig gesättigt wird. Die Spule 12, 13 ist von einem den verbleibenden Magnetismus kompensierenden Gleichstrom durchflossen, der von der Quelle 15, 16 eingespeist wird. Dieser Gleichstrom ist variabel und wird nach Massgabe des verbleibenden Restmagnetismus vor der Entmagnetisierung eingestellt, während dem Verfahren aber dann konstant gehalten. Das Bauteil 2 bewegt sich relativ zur Vorrichtung 1 kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit vt , wie durch einen Pfeil in der 3 dargestellt.
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Die dem Bauteil 2 abgewandte, hintere Stirnfläche 10 des ferromagnetischen Kerns 7 ragt aus dem von den Spulen 12 und 13 überdeckten Abschnitt des Kerns 7 heraus. In diesem von keiner Spule 12, 13 umwickelten hinteren Bereich 11 des Kerns 7 sammeln sich die Magnetflüsse 18, 19, wie aus den Flusslinien 18, 19 schematisch hervorgeht. In diesem hinteren Bereich 11 kann der ferromagnetische Kern 7 eine grössere Querschnittsfläche Qh aufweisen als die Querschnittsfläche Qs in einem von einer der Spulen 12, 13 umwickelt Bereich, um den Verlauf und die Verteilung des Magnetwechselflusses 18 zu beeinflussen. Diese Vergrösserung kann, wie in 4 dargestellt, symmetrisch ausgestaltet sein. Alternativ dazu kann die hintere Querschnittsfläche Qh auch nur in eine Richtung, vorzugsweise entgegen der Bewegungsrichtung vergrössert ausgestaltet sein.
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Die 5 und 6 zeigen ein Bauteil 2 mit einem Querschnitt 3 in Form einer schematischen Eisenbahnschiene im Querschnitt resp. in der Perspektive, über dem in einem Abstand a der ferromagnetische Kern 7 der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 angeordnet ist und sich während der Entmagnetisierung mit der Geschwindigkeit vt relativ zum Bauteil 2 in Pfeilrichtung bewegt. Die Querschnittsfläche Qv des ferromagnetischen Kerns 7 im Bereich der vorderen Stirnfläche 9 ist vorzugsweise grösser als die Querschnittsfläche QB des Bauteils 2 an der Stelle, an der magnetisiert werden soll.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Breite BK des ferromagnetischen Kerns 7 auf der Stirnfläche 9, die im Betrieb quer zur Längsachse 5 des Bauteils 2 ausgerichtet ist, breiter ist als die entsprechende gesamte Breite BB des Bauteils 2, die sich unter der zugänglichen Oberfläche 6 erstreckt.
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Wie bereits erwähnt kann das Bauteil 2 eine Strassenbahnschiene sein, wie in 7 dargestellt ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, dargestellt in 8, umfasst die Vorrichtung 1 eine Nahtransporteinrichtung 22, welche einerseits im Betrieb den bevorzugten Abstand a zwischen der vorderen Stirnfläche 9 des ferromagnetischen Kerns 7 und der Oberfläche 6 des zu entmagnetisierenden Bauteils 2 gewährleistet, der auch bei den im Betrieb induzierten Magnetkräften innerhalb eines vorgegebenen Bereichs a1 ≤ a ≤ a2 bleibt, und andererseits eine translatorische Relativbewegung vt zwischen der Vorrichtung 1 und dem Bauteil 2 entlang seiner gesamten Länge 4 zulässt.
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Dieser Abstand a soll kleiner sein als die Wurzel der Querschnittsfläche QB des Bauteils 2, wie in 5 dargestellt. Zudem soll dieser Abstand a grösser sein als zu erwartende Unebenheiten der Oberfläche 6 des Bauteils 2, auf seiner gesamten Länge 4. Insbesondere Krümmungen des Bauteils 2 können eine grosse Auswirkung auf den Abstand a haben, wenn die Nahtransporteinrichtung 22 auf dem Bauteil 2 fährt. Berührungen zwischen dem Kern 7 und dem Bauteil sollten vermieden werden, damit kein Abschleifen und bremsendes Anhaften des Kerns 7 am Bauteil 2 erfolgt.
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Wenn das Bauteil 2, wie in 8 dargestellt, eine Schiene ist, ist die Nahtransporteinrichtung 22 vorzugsweise als Schienenwagen 23 ausgestaltet mit einer Anhängerkupplung 24. Ein Zugfahrzeug, angekoppelt an dieser Anhängerkopplung 24, kann den Schienenwagen 23 entlang den Schienen in der gewünschten Geschwindigkeit gleichmässig ziehen. Der ferromagnetische Kern 7 ist dann fest am Schienenwagen 23 angebracht, sodass der Abstand a zum Bauteil 2, demnach zur Schiene, eingehalten wird. Die Nahtransporteinrichtung 22 darf insbesondere keine ferromagnetischen Komponenten im magnetischen Wirkungsbereich zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 aufweisen. Wenn Stahlräder als Rollmaterial der Nahtransporteinrichtung 22 verwendet werden, so sollen diese gebührend vom Kern 7 beabstandet sein.
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Auf dieser Nahtransporteinrichtung 22 können zudem auch die eine oder mehrere Stromquellen 15, 16 angeordnet sein, die beispielsweise einen Generator umfassen. Weitere Komponenten wie der schaltungstechnische Aufbau 17, nicht dargestellt in 8, können zugefügt werden, wenn die Vorrichtung 1 mit einer einzigen Spule 12 betrieben werden soll.
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In einer alternativen Ausführung gemäss 9 oder 10 umfasst die Vorrichtung 1 eine Nahtransporteinrichtung 22, die zusätzlich zur Längsbewegung vt auch eine rotative Relativbewegung vr zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 um die Längsachse 5 des Bauteils 2 zulässt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 2 ein Rohr, das entmagnetisiert werden soll. Die Nahtransporteinrichtung 22 ist vorzugsweise ortsfest angebracht und fixiert auch das Bauteil 2, beispielsweise auf vier oder mehr dafür vorgesehenen Rollen 25, in einem vorgegebenen Abstand a zum ferromagnetischen Kern 7. Das Bauteil 2 stützt sich auf diesen Rollen 25 der Nahtransporteinrichtung 22 ab und wird spiralförmig darauf fortbewegt. Die Rollen 25 können demnach angetrieben werden, um das Bauteil 2 einerseits um seine eigene Längsachse 5 zu drehen und bei jeder Drehung gleichzeitig einen Versatz um etwa die Breite BL des ferromagnetischen Kerns 7 in Richtung der Längsachse 5 zu erreichen. Zusätzliche, nicht dargestellte Lager, Stützen oder Aufhängungen können das Bauteil 2 zusätzlich stabilisieren. Alternativ dazu kann die Nahtransporteinrichtung 22 nicht ortsfest sein, sondern das Bauteil 2 entlang seiner Länge 4 abfahren, während das Bauteil 2 seinerseits gleichmässig gedreht wird. Wichtig ist, dass der vorgegebene Abstand a zwischen dem Bauteil 2 und dem ferromagnetischen Kern 7 stets eingehalten wird. Zu diesem Zweck können auch Gleiter mit oder ohne Rollen aus nicht ferromagnetischem Material eingesetzt werden, die diesen Abstand a gewährleisten. Diese können auch unmittelbar zwischen den Bauteil 2 und dem Kern 7 angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist das Profil 3 der vorderen Stirnfläche 9 des ferromagnetischen Kerns 7 dem Profil 3 der zugänglichen Oberfläche 6 des Bauteils 2, hier der Krümmung des Rohres 2 angepasst, wie aus 10 hervorgeht. Durch die Anpassung der Profile 3 kann der Abstand a zwischen dem Bauteil 2 und dem Kern 7 in einem optimalen Bereich gehalten werden, was das Eindringen des Magnetflüsse 18, 19 verbessern kann. Die Breite BB des rotierenden Objekt 2, die hier durch seinen Durchmesser bestimmt ist, muss schmaler sein als die Breite BK des ferromagnetischen Kerns 7. Dies ist auch in 10 so dargestellt. 9 ist in dieser Hinsicht mehr schematisch zu verstehen.
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Im erfindungsgemässen Verfahren zum Entmagnetisieren eines ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils 2 beliebiger Länge 4 mit einer Längsachse 5, das mindestens einseitig entlang seiner Länge 4 eine zugängliche Oberfläche 6 aufweist, wird eine oben beschriebene Vorrichtung 1 mit einer Nahtransporteinrichtung 22 verwendet. Dazu werden zunächst ein konstanter Wechselstrom AC erzeugt, der einen Magnetwechselfluss 18 durch den ferromagnetischen Kern 7 induziert, der an den beiden Stirnflächen 9, 10 ein- und austritt sowie ein konstanter Gleichstrom DC, der einen den Magnetwechselfluss 18 überlagernden, gleichförmigen Magnetgleichfluss 19 durch den ferromagnetischen Kern 7 induziert, der ebenfalls an den beiden Stirnflächen 9, 10 ein- resp. austritt. Die Nahtransporteinrichtung 22 gewährleistet stets einen Abstand a zwischen der vorderen Stirnfläche 9 und der Oberfläche 6 des zu entmagnetisierenden Bauteils 2 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zwischen a1 und a2 und verursacht eine translatorische Relativbewegung vt zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 entlang seiner gesamten Länge 4, während der Wechselstrom und der Gleichstrom konstant gehalten werden. Die translatorische Relativbewegung vt ist, je nach Frequenz des Wechselstroms, etwa zwischen 1-3 m/s.
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Das Magnetfeld kann auch auf dem Bauteil 2 selber eingeschaltet werden. Vorzugsweise wird aber vor der Induzierung der Magnetflüsse 18, 19 die Vorrichtung 1 in eine Entfernung des Bauteils 2 gebracht, in der die spätere magnetische Wirkung auf das Bauteil 2 kleiner ist als ein in der Umgebung herrschendes Fremdfeld 20. Anschliessend werden der Wechselstrom AC und der Gleichstrom DC angelegt zum Erzeugen der Magnetflüsse 18, 19. Erst dann wird die Vorrichtung 1 in die Nähe des Bauteils 2 gebracht. Die Nahtransporteinrichtung 22 gewährleistet nun stets einen Abstand a zwischen der vorderen Stirnfläche 9 und der Oberfläche 6 des zu entmagnetisierenden Bauteils 2 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zwischen a1 und a2. Zudem verursacht die Nahtransporteinrichtung 22 eine translatorische Relativbewegung vt zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 entlang seiner gesamten Länge 4.
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In einer bevorzugten Anwendung wird, nachdem die Entmagnetisierung bis zum Ende des Bauteils 2 durchgeführt wurde, die Vorrichtung 1 in eine Entfernung des Bauteils 2 gebracht, in der die magnetische Wirkung auf das Bauteil 2 kleiner ist als ein in der Umgebung herrschendes Fremdfeld 20, beispielsweise das Erdmagnetfeld. Anschliessend werden die Wechsel- und Gleichströme durch die Spulen 12, 13 ausgeschaltet, sodass keine weiteren Magnetflüsse, 18, 19 mehr induziert werden. Dadurch wird gewährleistet, dass auch im letzten Streckenabschnitt des Bauteils 2 keine Restmagnetisierung übrigbleibt.
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In einem erweiterten bevorzugten Verfahren wird eine Vorrichtung 1 verwendet, deren Nahtransporteinrichtung 22 zusätzlich auch eine rotative Relativbewegung vr zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 um die Längsachse 5 des Bauteils 2 zulässt. In diesem Verfahren dreht sich das Bauteil 2 relativ zur Vorrichtung 1 spiralförmig, indem die Nahtransporteinrichtung 22 zusätzlich zur translatorischen Relativbewegung vt zwischen dem ferromagnetischen Kern 7 und dem Bauteil 2 entlang seiner gesamten Länge 4 auch eine rotative Relativbewegung vr um die Längsachse 5 des Bauteils 2 verursacht. Die so abgefahrene Spirale hat dabei eine Steighöhe, welche etwa der Breite BL des ferromagnetischen Kerns 7 in Richtung der Längsachse 5 im Bereich der vorderen Stirnfläche 9 entspricht. Die Fahrgeschwindigkeit vt ist in diesem Fall etwa ähnlich wie im früher beschriebenen Fall und hängt von der Wechselstromfrequenz ab.
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Beim Entmagnetisieren distanziert sich das angelegte Magnetwechselfeld 18 mit dem Korrekturfeld, das vom Magnetgleichfeld 19 verursacht wird, von einer entmagnetisierten Stelle. In der Folge nimmt die Flussdichte an dieser Stelle ab und geht gegen null, während das externe Feld 20 und insbesondere der innere Magnetfluss 21, wie in 1 beschrieben, konstant bleibt. Da das Abklingen, wegen dem angelegten DC Strom, asymmetrisch verläuft, gibt es immer wieder einen „Stoss“ in eine Richtung, möglichst entgegen dem externen Feld 20. Je stärker der innere Magnetfluss 21 durch dieses externe Feld 20 ist, desto höher muss der Gleichstrom eingestellt werden, damit der Gegenstoss beim „Einfrieren“ die durch das externe Feld 21 erzwungene Ausrichtung der Elektromagnete möglichst kompensiert. Auf diese Art ist es möglich, die Restmagnetisierung auf einen geringen, tolerierbaren Wert zu reduzieren, obwohl das Bauteil beim Einfrieren nicht durch eine Abschirmung vom externen Feld geschützt ist und sich somit ein innerer Magnetfluss 21 ausbildet.
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Nach der Entmagnetisierung wird der verbleibende Restmagnetismus am Bauteil 2 gemessen. Sollte dieser höher als ein vorgegebener Toleranzwert sein, wird das Verfahren so lange mit entsprechend korrigierten DC Stromstärken wiederholt, bis dieser Restmagnetismus diesen vorgegebenen Toleranzwert unterschritten hat.
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Die Nahtransporteinrichtung 22 kann auch eine feste Einrichtung sein wie ein Roboterarm, eine Werkzeugmaschine oder ein Portal.
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Es hat sich bei Untersuchungen zur vorliegenden Erfindung gezeigt, dass beim Entmagnetisieren von aufmagnetisierten Körpern, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, ein langsames Abklingen der beiden angelegten Magnetfelder 18, 19 von grosser Bedeutung ist. Die Magnetfeldlinien, wie sie in 1 entstehen, eignen sich prinzipiell dazu, weil die Feldlinien 18 mit der Distanz zur Spule 12 graduell abnehmen. Leider ist diese Vorrichtung nur für umwickelbare Objekte geeignet.
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In der Vorrichtung nach 2 ist dies nicht der Fall. Die Feldlinien 18 verlaufen alle vom Objekt 2 in die Stirnflächen 9, 10, die beide dem Objekt zugewandt sind. Die Dichte der Feldlinien konzentriert sich auf einen engen Bereich und nimmt dann sehr schnell ab. Ausserhalb des Jochs sind kaum noch welche messbar. Daher eignen sich Joche nicht für die Lösung der dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Diese leisten eine gute Arbeit zum Magnetisieren im Bereich innerhalb der beiden Pole, weil die Feldlinien dort sehr stark sind.
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Der Vorteil an der vorliegenden Ausführung liegt daher insbesondere darin, dass eine Stabdrossel verwendet wird, wie in 3 dargestellt, umfassend einen stabförmigen ferromagnetischen Kern 7, der an seiner Mantelfläche 8 mit einer oder zwei Spulen 12, 13 umwickelt ist. Die dadurch erzeugten Magnetfeldlinien 18, 19 sind auf der der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung im dem Kern 7 nahe gelegenen Bereich sehr konzentriert, was wichtig ist, damit der ferromagnetische Körper bis zur Sättigungsflussdichte aufgeladenen wird. Danach lässt die Feldstärke kontinuierlich aber langsam nach, sodass die Dipole in ungeordneten Zuständen wieder einfrieren. Um diesen Effekt zu verstärken, ist der Kern 7 gem. 4 auf der hinteren Stirnfläche 10 vergrössert ausgestaltet, zumindest auf der in Fahrtrichtung vt abgewandter Seite, wie bereits beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bauteil
- 3
- Profil
- 4
- Länge
- 5
- Längsachse
- 6
- Oberfläche, zugängliche Oberfläche
- 7
- Kern, ferromagnetischer Kern
- 8
- Mantelfläche
- 9
- Vordere Stirnfläche
- 10
- Hintere Stirnfläche
- 11
- Hinterer Bereich des Kerns
- 12
- Spule, Wechselstromspule
- 13
- Spule, Gleichstromspule
- 14
- Ende einer Spule
- 15
- Stromquelle, Stromquelle zum Erzeugen von Wechselstrom
- 16
- Stromquelle zum Erzeugen von Gleichstrom
- 17
- Schaltungstechnischer Aufbau
- 18
- Magnetwechselfluss
- 19
- Magnetgleichfluss
- 20
- Magnetfluss eines äusseren Magnetfeldes (Erdmagnetfeld)
- 21
- Innerer Magnetfluss
- 22
- Nahtransporteinrichtung
- 23
- Schienenwagen
- 24
- Anhängerkupplung
- 25
- Rolle
- AC
- Wechselstrom
- DC
- Gleichstrom
- a
- Abstand Bauteil - Kern
- a1 ...
- a2 Bereich, in dem a zulässig ist (a1 ≤ a ≤ a2)
- vt
- translatorische Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Bauteil entlang seiner gesamten Länge
- vr
- rotative Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Kern und dem Bauteil um seine Längsachse
- Qh
- Querschnittsfläche des Kerns im hinteren Bereich
- Qs
- Querschnittsfläche des Kerns im Bereich einer Spule
- Qv
- Querschnittsfläche des Kerns im Bereich der vorderen Stirnfläche
- QB
- Querschnittsfläche des Bauteils
- BK
- Breite des ferromagnetischen Kerns quer zur Längsachse
- BL
- Breite des ferromagnetischen Kerns entlang der Längsachse
- BB
- Breite des Bauteils unter der zugänglichen Oberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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