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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entmagnetisieren und/oder Einstellen einer vorgebbaren Restmagnetisierung von Objekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Objekte, beispielsweise Bauteile verschiedenster Größenordnung aus 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. Gleichzeitig kann es wünschenswert sein, bestimmten Bauteilen einen vorgebbaren Restmagnetismus einzuprägen.
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Vor der Weiterverarbeitung und/oder zum Abschluss der Bearbeitung kann es daher wünschenswert sein, die Objekte zu Entmagnetisieren und/oder eine vorgebbare Restmagnetisierung einzustellen.
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Solche Verfahren zum Entmagnetisieren von Objekten bzw. zur Einstellung eines vorgebbaren Restmagnetismus eines Objekts werden üblicherweise mit zumindest einer Entmagnetisierspule durchgeführt. Diese Entmagnetisierspule wird von einem Wechselstrom ausgehend von einer Stromquelle durchflossen, der über eine Steuerung gesteuert werden kann. Durch den Wechselstrom in der Entmagnetisierspule werden Wechselfeldverläufe in der Entmagnetisierspule erzeugt. Diese Wechselfeldverläufe weisen üblicherweise eine Kette von Entmagnetisierpulsen mit alternierender Polung auf. Die Amplitude der Entmagnetisierpulse nimmt im Verlauf ab, sodass sich eine abfallende Einhüllende der Entmagnetisieramplituden (Entmagnetisierkurve) ergibt.
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Zum Entmagnetisieren von Objekten werden die Objekte diesen Wechselfeldverläufen ausgesetzt, indem die Objekte in einem Wechselwirkungsbereich der Entmagnetisierspule angeordnet werden. Durch die Umpolung im Wechselfeldverlauf mit abnehmender Amplitude der Entmagnetisierpulse wird eine zufällige Orientierung der magnetischen Momente im Objekt erreicht.
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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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Darüber hinaus ist es aus der
EP 1 791 138 B1 bekannt, mit einem kondensatorfreien Stromkreis einen Wechselstromimpuls zu erzeugen.
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Nachteilig an den vorbekannten Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass komplexe Aufbauten notwendig sind und sich hohe Spannungen ergeben, die sicherheitstechnisch abgefangen werden müssen
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Der folgenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entmagnetisieren und/oder Einstellen einer vorgebbaren Restmagnetisierung von Objekten vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Handhabung auszeichnen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 9 bis 11. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung miteinbezogen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entmagnetisieren und/oder Einstellen einer vorgebbaren Restmagnetisierung von Objekten wird, wie an sich bekannt, unter Einsatz zumindest eines gesteuerten Wechselfeldverlaufs mit zumindest einem Entmagnetisierpuls in einer Entmagnetisierspule durchgeführt. Der Wechselfeldverlauf weist eine einstellbare Wechselstromfrequenz und eine einstellbare Amplitude auf. Das zu bearbeitende Objekt ist dabei in einem Wechselwirkungsbereich der Entmagnetisierspule angeordnet.
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Wesentlich ist, dass mittels eines Leistungsmoduls in den gesteuerten Wechselfeldverlauf zumindest eine Gleichstromsequenz eingespeist wird.
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Von den Begriffen Gleichstrom beziehungsweise Gleichstromsequenz ist im Rahmen dieser Beschreibung ebenfalls eine nur in einer Polung wirkende, aber schwankende bzw. inkonstante Stromsequenz umfasst.
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Der erfindungsgemäße gesteuerte Wechselfeldverlauf weist also keine stetig abfallende Einhüllende auf. Vielmehr ist nach einer wählbaren Anzahl von Entmagnetisierpulsen eine Gleichstromsequenz vorgesehen. Dabei sind Amplitude, Verlauf und Dauer der Gleichstromsequenz steuerbar. Im Anschluss an die Gleichstromsequenz folgen weiter die Entmagnetisierimpulse des gesteuerten Wechselfeldverlaufs bis zu einem Abklingen der Entmagnetisierimpulse. Optional kann auch eine zweite Gleichstromsequenz oder mehrere Gleichstromsequenzen innerhalb eines Wechselfeldverlaufs eingestreut werden.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik vorbekannten Verfahren mit Schwingkreis-Lösungen besteht nicht das Problem, dass der Kondensator des Schwingkreises bei einer Gleichstromansteuerung sperren und aufgeladen werden würde.
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Dies ermöglicht ein sehr feines und gezieltes Einstellen der Magnetisierung des Objekts. Diese kann sowohl auf null gestellt werden, so dass das Objekt entmagnetisiert wird. Es ist jedoch auch möglich, dem zu entmagnetisierenden Objekt einen wählbaren Restmagnetismus mitzugeben: Durch die Gleichstromsequenz werden die magnetischen Domänen in dem Objekt gezielt magnetisch ausgerichtet.
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Dabei erfolgt durch die Entmagnetisierpulse mit alternierender Polung zunächst ein symmetrisches Entmagnetisieren der verschiedenen magnetischen Bereiche (Weisssche Bezirke) in dem Objekt. Die Entmagnetisierpulse weisen vorzugsweise einen Sinus-Verlauf auf. Während der Gleichstromsequenz (gleichbleibende Polung) erfolgt eine assymetrische Ausrichtung der magnetischen Bereiche. Im Anschluss an die Gleichstromsequenz kann weiter ein symmetrisches Entmagnetisieren mittels der folgenden Entmagnetisierpulse erfolgen. Bei den folgenden geringeren Amplituden werden vermehrt die schwächer verankerten Bereiche entmagnetisiert. Bei den Entmagnetisierpulsen mit höheren Amplituden werden verstärkt die stärker verankerten Bereiche entmagnetisiert.
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Dies trifft auch für die Wirkung der Gleichstromsequenzen zu. Eine Gleichstromsequenz bei höheren Amplituden wirkt auf die stärker verankerten Bereiche, während eine Gleichstromsequenz mit einer geringen Amplitude, d. h. zeitlich später im Wechselfeldverlauf, auf die schwächer verankerten Bereiche wirkt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit die Wirkung der Gleichstromsequenzen auf die verschieden verankerten Bereiche gezielt gesteuert werden.
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Vorzugsweise ist das Leistungsmodul mit einem Frequenzumrichter als Stromquelle ausgebildet. Insbesondere bevorzugt wird die zumindest eine Gleichstromsequenz bzw. die Gleichstromsequenzen über die Gleichstrom-Bremsfunktion des Frequenzumrichters in den Wechselfeldverlauf, d. h. in der Kette der Entmagnetisierpulse, eingespeist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in einfacher Art und Weise anhand von vorbekannten, auf dem Markt erhältlichen Komponenten eine gezielte Steuerung des Wechselfeldverlaufs mit den Gleichstromsequenzen erfolgen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Amplitude und Zeitdauer der Gleichstromsequenz mittels der Spannungssollwert-Vorgabe des Frequenzumrichters eingestellt. Vorzugsweise entspricht die Amplitude der Gleichstromsequenz der Amplitude des Entmagnetisierpulses innerhalb der Einhüllenden der Entmagnetisierkurve, der durch die Gleichstromsequenz ersetzt wird. Die Amplitude der Gleichstromsequenz ist also festgelegt durch die Amplitude des eigentlich in der Reihenfolge auftauchenden Entmagnetisierpulses. Alternativ liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, für die Gleichstromsequenz eine höhere oder niedrigere Amplitude vorzugeben. Die Amplitude kann alternativ als Funktion der Zeit variieren, sodass sich eine Gleichstromsequenz mit einer variierenden Amplitude und einer konstanten Polung ergibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Strom-Amplitude einer Gleichstromsequenz zwischen ca. 1A bis 50A, vorzugsweise zwischen 5A bis 40A, insbesondere bevorzugt zwischen 10A und 30A. Durch eine solche Gleichstromsequenz werden in typischen Entmagnetisierspulen Gleichfelder zwischen ca. 5kA/m und 100kA/m erzeugt. Die Dauer einer Gleichstrom-Sequenz liegt typischerweise zwischen 300ms und 3'000ms, vorzugsweise zwischen 500ms und 2'000ms, insbesondere bevorzugt zwischen 1'000ms und 2'000ms. Die vor und nach der Gleichstromsequenz aktive Entmagnetisiersequenz weist ähnliche Strom- bzw. Feldstärken auf. Die Frequenz liegt typischerweise zwischen 0,5Hz und 50Hz, vorzugsweise zwischen 2 Hz und 30 Hz, insbesondere bevorzugt zwischen 10 Hz und 20 Hz.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Amplitude der Gleichstromsequenz vorzugsweise konstant und verlässt die aus dem Stand der Technik bekannte abfallende Einhüllende der Entmagnetisierkurve. Die Gleichstromsequenz weist selbstverständlich immer die gleiche konstante Polarität auf.
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Nach dem Ende der Gleichstromsequenz folgt vorzugsweise die nächste Halbwelle des Entmagnetisierpulses mit der gleichen Polarität wie die Gleichstromsequenz. Die Amplituden der folgenden Schwingungen sind stetig fallend und folgen wieder der Einhüllenden der Entmagnetisierkurve.
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Wechselfeld und Gleichstromsequenz überlagern sich vorzugsweise also nicht. Vielmehr wechseln sich die Schwingungsphasen der Entmagnetisierpulse des Wechselfelds und die Gleichstromsequenzen ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Leistungsmodul derart ausgebildet, dass die Steuerung den Frequenzumrichter vorzugsweise über die Digitaleingänge oder per Bussignal des Frequenzumrichters für den Start des Wechselfeldverlaufs und den Start der Gleichstromsequenz erfolgt.
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Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entmagnetisieren und/oder Einstellen einer vorgebbaren Restmagnetisierung von Objekten umfasst, wie an sich bekannt, zumindest eine Entmagnetisierspule und zumindest ein Leistungsmodul zu einer Erzeugung von zumindest einem gesteuerten Wechselfeldverlauf in der Entmagnetisierspule. Dabei weist der zumindest eine gesteuerte Wechselfeldverlauf zumindest einen Entmagnetisierpuls der Entmagnetisierspule mit einer einstellbaren Wechselstromfrequenz und Amplitude des Wechselfeldverlaufs auf. Das zu entmagnetisierende Objekt ist in einem Wechselwirkungsbereich der Entmagnetisierspule anordenbar.
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Wesentlich ist, dass das Leistungsmodul eine Steuerung und eine Stromquelle umfasst, die zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet sind, dass innerhalb des gesteuerten Wechselfeldverlaufs zumindest eine Gleichstromsequenz einspeisbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet und weist ebenso die bereits genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Stromquelle als Frequenzumrichter ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in einfacher Art und Weise anhand von vorbekannten, auf dem Markt erhältlichen Komponenten eine gezielte Steuerung des Wechselfeldverlaufs mit den Gleichstromsequenzen erfolgen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Wendeschaltung zum Ändern der Polarität der Gleichstromsequenz auf. Während die Entmagnetisierpulse einen Polaritätswechsel mit der einstellbaren Wechselstromimpulsfrequenz in der Kette durchlaufen, ist die Polarität der Gleichstromsequenz gleichbleibend. Die Wendeschaltung erlaubt es, die Polarität der Gleichstromsequenz in dem Wechselfeldverlauf zu ändern. Vorzugsweise weist die Wendeschaltung zwei Relais auf, insbesondere bevorzugt zwei Halbleiter-Relais. Vorzugsweise ist die Steuerung des Leistungsmoduls zur Steuerung der Wendeschaltung ausgebildet.
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Die Erfindung ermöglicht es, Objekte zu entmagnetisieren und/oder Objekten einen wählbaren Restmagnetismus einzuprägen. Eine Anwendung ist die Erstellung magnetischer Signaturen im Rahmen der Erfindung. Auch bei Anwendungen, bei denen ein störender induzierter Magnetismus kompensiert werden muss, lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzen.
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Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Schaltbilds der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- 2 einen Verlauf des Entmagnetisierpulses.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Steuerschaltung zur Stromsteuerung der Entmagnetisierspule.
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Die Vorrichtung weist ein Leistungsmodul 2 mit einer Steuerung 2a und einem Frequenzumrichter 2b auf. Weiter ist eine Wendeschaltung 3 und eine Entmagnetisierspule 4 vorgesehen.
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Das Leistungsmodul mit Frequenzumrichter 2b und Steuerung 2a ist zur Stromsteuerung der Entmagnetisierspule 4 ausgebildet. In der Entmagnetisierspule 4 werden gesteuerte Wechselfeldverläufe (vgl. 2) erzeugt.
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Die Stromquelle 2b ist als Frequenzumrichter ausgebildet und weist eine Funktion zur autonomen Steuerung von Spannung und Frequenz auf.
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In dem Leistungsmodul 2 sind Steuerung 2a und Stromquelle 2b zusammenwirkend zur Steuerung 2a und Erzeugung von Wechselfeldverläufen in der Entmagnetierspule 4 ausgebildet. Dazu wird ausgehend von dem Frequenzumrichter 2b als Stromquelle ein Wechselstromimpuls in die Entmagnetisierspule 4 eingespeist.
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Fließt der Wechselstromimpuls durch die Entmagnetisierspule 4 bildet sich ein magnetisches Wechselfeld aus. Durch den Wechselstrom in der Spule werden Wechselfeldverläufe in der Entmagnetisierspule 4 erzeugt. Diese Wechselfeldverläufe weisen üblicherweise eine Kette von Entmagnetisierpulsen mit alternierender Polung auf. Die Amplitude der Entmagnetisierpulse nimmt im Verlauf ab, sodass sich eine abfallende Einhüllende der Entmagnetisieramplituden (Entmagnetisierkurve) ergibt.
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Ein im Wechselwirkungsbereich der Entmagnetisierspule 4 angeordnetes Objekt (nicht dargestellt) kann durch die Wechselwirkung mit dem magnetischen Wechselfeld der Entmagnetisierspule 4 entmagnetisiert werden oder dem Objekt kann wahlweise ein vorgebbarer Restmagnetismus eingeprägt werden.
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Vorliegend ist in 2 ein erfindungsgemäßer Wechselfeldverlauf mit einer Gleichstromsequenz dargestellt. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen und auf der y-Achse der Strom I in der Entmagnetisierspule.
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Der Wechselfeldverlauf weist zunächst eine Kette von Entmagnetisierpulsen 11 mit alternierender Polung auf. Die Amplitude der Entmagnetisierpulse nimmt im Verlauf ab und folgt einer abfallenden Einhüllende der Entmagnetisieramplituden (Entmagnetisierkurve).
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Nach 3,5 Perioden wird mittels des Leistungsmoduls 2 eine Gleichstromsequenz 12 eingeschaltet. Die Gleichstromsequenz wird mittels der Gleichstrom-Bremsfunktion des Frequenzumrichters 2b erzeugt. Dauer und Amplitude der Gleichstromsequenz können frei gewählt werden. Nach dem Abschalten der Gleichstromsequenz wird wieder ein Wechselstrom in die Spule eingespeist, sodass der Wechselfeldverlauf 13 fortgesetzt wird. Die Amplituden der Entmagnetisierpulse folgen dabei wieder der abfallenden Einhüllende der Entmagnetisieramplituden (Entmagnetisierkurve).
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Beispielhaft weist der Wechselfeldverlauf vorliegend die folgenden Parameter auf: Die Strom-Amplitude der Gleichstromsequenz liegt bei ca. 10A, was in der Entmagnetisierspule ein Gleichfeld von ca. 45kA/m erzeugt. Die Dauer der Gleichstrom-Sequenz liegt bei ca. 500ms. Die vor und nach der Gleichstromsequenz aktive Entmagnetisiersequenz der Entmagnetisierpulse weist eine Frequenz von ca. 2Hz auf.
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Zwischen der Amplitude der Gleichstromsequenz und dem ersten Amplitudenmaximum des folgenden Wechselfeldverlaufs ergibt sich eine Differenz 14, die abhängig von der Zeitdauer der Gleichstromsequenz ist.
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Durch die eingeschobene Gleichstromsequenz ergibt sich der Effekt, dass durch die in diesem Zeitraum fehlende Umkehrung der Polarität eine eingeprägte magnetische Asymmetrie in Richtung der Gleichstromsequenz entsteht. Darüber hinaus werden bei einer zunehmenden Dauer der Gleichstromsequenz im Material zunehmend tiefer liegende magnetische Domänen erreicht (im Vergleich zu der Eindringtiefe des Wechselfelds) und entsprechend der Gleichstromsequenz ausgerichtet. Die Frequenz der folgenden Entmagnetisiersequenz spielt insofern eine Rolle, dass die Wirkung der Gleichstromsequenz größer ist, je höher die Frequenz des folgenden Anschnitts des Wechselfeldverlaufs. Es gilt je höher die Frequenz des Wechselfeldes, desto geringer ist die Eindringtiefe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1353342 A1 [0007]
- EP 1791138 B1 [0008]
