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In der Werkstoffindustrie kommt es immer wieder vor, dass ohne Berührung eine Kraft auf ein Werkstück auszuüben ist. Beispielsweise wird zur Herstellung von Aluminium ein sogenannter Schwebebandofen eingesetzt, bei welchem ein Aluminiumblech „schwebend“ durch eine Kühlstrecke befördert wird, um ohne Beeinträchtigung der Struktur (insbesondere der Oberflächen) abkühlen zu können. Insbesondere im sehr heißen Zustand ist ein Aluminiumblech noch sehr empfindlich und durch die schwebende Förderung können Kontakte des Aluminiumbleches mit Komponenten des Schwebebandofens in diesem empfindlichen Zustand vermieden werden.
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Das Aluminiumblech wird in der Kühlstrecke des Schwebebandofens üblicherweise parallel zum Boden (in einer im Folgenden auch x-Richtung genannten Vorschubrichtung) befördert und die (in einer im folgenden auch z-Richtung genannten Richtung wirkende) Schwerkraft drückt es nach unten. Damit das Aluminiumblech nicht nach unten fällt, ist es eine Möglichkeit, das Aluminiumblech entgegen der Schwerkraft mehrfach mit Luft anzuströmen, so dass ein Luftpolster unter dem Aluminiumblech gebildet wird und der „Schwebezustand“ erreicht wird.
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Es hat sich herausgestellt, dass mit zunehmender Länge der Anlage in einer Vorschubrichtung entlang der Kühlstrecke das Problem entsteht, das Blech in einer waagerechten Richtung quer zur Vorschubrichtung in Blechebene (im Folgenden y-Richtung genannt) zu stabilisieren. Ein mögliches Problem ist, dass sich durch den freien/reibungsfreien „Schwebezustand“ das Aluminiumblech leicht unerwünscht in y-Richtung verschiebt.
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Hier sollen eine besonders vorteilhafte Vorrichtung und ein besonders vorteilhaftes Verfahren beschrieben werden, (um) eine Kraft auf ein Blech in Blechebene auszuüben. Das Verfahren ist unter anderem in Kontext der Vorrichtung anwendbar.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit der im Folgenden beschriebenen Vorrichtung und dem im Folgenden beschriebenen Verfahren und deren bevorzugte Ausführungsvarianten.
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Hier beschrieben werden soll eine Vorrichtung zur kontaktlosen Ausübung einer Kraft auf ein elektrisch leitfähiges Blech in Richtung einer Blechebene mit einem Linearmotor, insbesondere zur kontaktlosen Ausübung einer Kraft auf schwebendes Blech in einer Kühlstrecke eines Schwebebandofens, wobei der Linearmotor dazu geeignet ist, einen elektrischen Strom mit einem resultierenden magnetischen Feld in dem Blech zu induzieren, welches mit einem von einem elektrischen Strom in dem Linearmotor resultierenden magnetischen Feld derart wechselwirkt, dass die Kraft zwischen dem Linearmotor und dem Blech entsteht.
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Besonders bevorzugt ist, wenn die Kraft eine Steuerkraft zur Korrektur einer Position in y-Richtung oder zum Halten einer Position des Bleches ist.
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In weiteren Ausführungsvarianten kann die Kraft auch zur Förderung des Bleches genutzt werden. Die Kraft kann dann auch als Vorschubkraft zum Antrieb des Bleches bezeichnet werden.
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Die Vorrichtung kann eine Baueinheit sein, die integral mit weiteren Komponenten einer Maschine zu Herstellung, Bearbeitung oder Verarbeitung eines Bleches (beispielsweise einem Schwebebandofen) verbunden ist und besonders bevorzugt im Rahmen einer Ersterstellung einer solchen Maschine in diese Maschine integriert wird. Die Vorrichtung kann auch eine Nachrüstvorrichtung sein, mit welcher eine solche bestehende Maschine nachgerüstet werden kann, um eine verbesserte Bahn-Stabilisierung eines schwebenden Bleches zu realisieren.
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Das elektrisch leitfähige Blech ist insbesondere ein Aluminiumblech. Bevorzugt ist das Blech nur leitfähig, jedoch nicht (ferro-)magnetisch. Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, dass sie auch die Ausübung von Kräften auf nicht (ferro-)magnetische Bleche ermöglicht. Die Blechebene ist entlang der Oberflächen des Bleches ausgerichtet. Bevorzugt wird mit der Blechebene eine mittlere Ebene zwischen den beiden Oberflächen des Bleches bezeichnet. In der Blechebene wirkt die beschriebene Kraft.
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Damit, dass der Linearmotor dazu geeignet ist die beschriebenen elektrischen Ströme und magnetischen Felder hervorzurufen, ist insbesondere auch gemeint, dass der Linearmotor selbst und/oder auch durch seine Anordnung relativ zu weiteren Komponenten dazu eingerichtet ist die entsprechenden Effekte (elektrische Ströme und magnetische Felder) hervorzurufen.
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Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Linearmotor derart ausgerichtet, dass die Kraft eine Wirkrichtung aufweist, die zumindest teilweise senkrecht zur einer Vorschubrichtung des Bleches ausgerichtet ist.
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In möglichen weiteren Anwendungsgebieten der beschriebenen Vorrichtung ist es auch möglich den Linearmotor derart auszurichten, dass die Wirkrichtung zumindest teilweise parallel zu einer Vorschubrichtung des Bleches ausgerichtet ist und die Kraft eine Bewegung des Bleches in Vorschubrichtung hervorruft oder zumindest unterstützt. Bei solchen Anwendungen der beschriebenen Vorrichtung wird die Kraft als Antriebskraft oder als Vorschubkraft genutzt.
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Mit dem Begriff „kontaktlos“ ist insbesondere gemeint, dass keine Berührungen zwischen dem Blech und der Vorrichtung (insbesondere dem Linearmotor), bevorzugt aber auch keine Berührungen des Bleches mit weiteren festen Komponenten einer Maschine im Bereich des Linearmotors auftreten.
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Der Schwebezustand des Bleches ist bevorzugt durch andere Komponenten einer Maschine gewährleistet als die hier beschriebene Vorrichtung, beispielsweise durch Luftauslässe unterhalb des Bleches, durch welche das Blech von unten mit Luft angeströmt wird, so dass ein Luftpolster unter dem Blech entsteht auf welchem das Blech aufliegt.
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Eine Kühlstrecke eines Schwebebandofens hat bevorzugt einen Anfang und ein Ende. An dem Anfang ist das Blech heiß. An dem Ende ist das Blech abgekühlt. Sowohl am Anfang als auch am Ende existiert üblicherweise eine Walze oder Rolle auf welcher das Blech aufliegt. Zwischen dem Anfang und dem Ende schwebt das Blech - beispielsweise auf dem weiter oben schon beschriebenen Luftpolster - und wird mit der Vorschubrichtung vorwärts (das heißt vom Anfang zum Ende) gefördert. Besonders bevorzugt existiert zwischen dem Anfang und dem Ende keine Berührung/kein Kontakt des Bleches mit weiteren festen Komponenten im oben genannten Sinne. Bevorzugt handelt es sich bei dem Blech um ein endloses Blechband. Die Kühlstrecke hat beispielsweise eine Länge in einem Bereich von 50 bis 100 m [Meter]. Durch die hier beschriebene Vorrichtung wird es möglich das Blech auch in langen Kühlstrecken sehr gut zu stabilisieren.
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Der Linearmotor ist ein elektrischer Motor, dessen Prinzip bekannt ist. Ein solcher Linearmotor funktioniert prinzipiell wie eine üblicher elektrischer Rotationsmotor, wobei der bei einem Rotationsmotor rund aufgebaute Stator hier linear aufgebaut ist. Dies bedeutet gewissermaßen, dass der Stator „abgewickelt“ in einer Ebene aufgebaut ist. Der Rotor des elektrischen Rotationsmotors entfällt und ist durch einen linear wirkenden Aktor ersetzt, wobei auf den Aktor durch magnetische Felder eine Kraft ausgeübt werden kann, wobei diese magnetischen Felder durch elektrische Ströme in dem Linearmotor hervorgerufen werden. Üblicherweise wird der Begriff „Linearmotor“ nur zur Bezeichnung des Stators verwendet. Der Aktor ist ein (externes) Teil, welches durch den Stator bzw. den Linearmotor in Bewegung versetzt wird und/oder auf welches eine Kraft ausgeübt wird. Bei der hier beschriebenen Ausführungsvariante fungiert das Blech als Aktor. Durch die elektrischen Ströme im Linearmotor bzw. im Stator werden auch elektrische Ströme im Blech induziert, welche wiederum magnetische Felder hervorrufen. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen elektrischen Strömen und magnetischen Feldern vom Linearmotor (Stator) und vom Blech (Aktor) erzeugen zusammen die resultierende Kraft. Im Folgenden wird der für die beschriebene Vorrichtung besonders geeignete hier bevorzugte Aufbau eines Linearmotors noch erläutert.
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Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung, wenn der Linearmotor derart ausgerichtet ist, dass die Kraft in einer waagerechten Ebene wirkt.
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Üblicherweise bedeutet dies, dass auch die Blechebene waagerecht ausgerichtet ist. In einer waagerechten Ebene kann mit der beschriebenen Vorrichtung und der von dieser erzeugten Kraft eine besonders gute Steuerung bzw. Stabilisierung des Bleches erreicht werden.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der Linearmotor mindestens zwei Wicklungspakete aufweist, welche einen wirksamen Wicklungsabschnitt bilden, wobei der wirksame Wicklungsabschnitt jeweils von einem Hinleiter und einem Rückleiter von jedem der Wicklungspakete gebildet wird. Jeder Hinleiter und jeder Rückleiter wird wiederum von einer Vielzahl von Wicklungen des jeweiligen Wicklungspaketes gebildet. Der Wicklungsabschnitt spannt eine wirksame Fläche auf in welcher der Linearmotor geeignet ist auf einen Aktor (im vorliegenden Fall auf das Blech) zu wirken.
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Die Wicklungspakete werden jeweils durch Wicklungen eines Wicklungsleiters gebildet. Jedes Wicklungspaket umfasst bevorzugt n Wicklungen, wobei n bspw. größer 20 bevorzugt größer 50 ist. Jede Wicklung eines Wicklungspaketes durchläuft den wirksamen Wicklungsabschnitt und damit einen Hinleiter und einen Rückleiter. Zwischen dem Hinleiter und dem Rückleiter sind Verbindungsabschnitte der Wicklungspakete angeordnet, die üblicherweise auch als Wicklungsköpfe bezeichnet werden.
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Als „wirksamer Wicklungsabschnitt“ wird der Bereich bezeichnet in welchen Stromflüsse die (für den Betrieb des Linearmotors) gewünschten elektromagnetischen Effekte hervorrufen, die dann auch für die Entstehung der gewünschten resultierenden Kräfte verantwortlich sind.
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Auf der dem Blech gegenüberliegenden Seite der Wicklungspakete ist bevorzugt ein Abschirmpool angeordnet, welcher bevorzugt aus einem Material wie Elektroblech ausgeführt ist. Der Abschirmpool hat verschiedene Effekte. Zum einen schirmt er den Linearmotor nach unten elektromagnetisch ab. Zum anderen bewirkt der Abschirmpool eine Konzentration und eine Verstärkung des elektromagnetischen Feldes, welches von dem Linearmotor erzeugt wird. Diese Konzentration und Verstärkung wird auf der Seite der Wicklungspakete bewirkt, auf der das Blech anwesend ist, auf welches die Kraft ausgeübt werden soll. So kann die wirkende Kraft besonders effektiv in das Blech eingebracht werden.
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Besonders bevorzugt ist, wenn das Verhältnisse eines Paketabstandes zwischen dem Hinleiter und dem Rückleiter eines Wicklungspaketes parallel zur Wirkrichtung und eines Luftspaltes zwischen dem Blech von einer Oberfläche der Wicklungspakete zwischen 50 und 0,5, bevorzugt zwischen 25 und 1 liegt.
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Weiter bevorzugt ist, wenn der Luftspalt zwischen dem Blech und der Oberfläche mindestens 5 cm [Zentimeter] beträgt.
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Besonders bevorzugt beträgt der Luftspalt sogar mindestens 8 cm, beispielsweise 10 cm.
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Die Größe des Luftspaltes ist üblicherweise notwendig, um einen Kontakt des Bleches mit weiteren festen Komponenten sicher zu vermeiden. Ein Luftspalt von mindestens 5 cm ist beispielsweise in der Kühlstrecke eines Schwebebandofens vorteilhaft. In dem Luftspalt existiert das weiter oben schon beschriebene Luftpolster bzw. das Luftpolster wird dort erzeugt. Das Luftpolster und dessen Effekte wirken in Z-Richtung und beeinflussen damit nicht die hier beschriebenen Kräfte und Effekte.
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Der Paketabstand beschreibt insbesondere den Abstand zwischen Hinleiter und Rückleiter eines Wicklungspaketes, wobei zur Bestimmung des Paketabstandes insbesondere der Abstand von der jeweiligen Mitte des Hinleiters und des Rückleiters gemessen wird. Zur Klarstellung sei hier noch ausgeführt, dass der Hinleiter und der Rückleiter jeweils etwa im rechten Winkel zum Paketabstand verlaufen.
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Das hier beschriebene Verhältnis aus Paketabstand und Luftspalt gibt insbesondere an, dass der Paketabstand bevorzugt wesentlich größer ist als der Luftspalt, besonders bevorzugt aber in keinem Fall kleiner als 0,5. Der Paketabstand definiert zu einem wesentlichen Anteil wie großteilig oder kleinteilig das magnetische Feld ist, welches von dem Linearmotor erzeugt wird. Um an der Position des Bleches (durch den Luftspalt beabstandet von den Wicklungspaketen) einen geeigneten elektromagnetischen Effekt zur Erzeugung der Kraft zu erreichen, ist es wichtig, dass das magnetische Feld nicht zu kleinteilig ist. Je großteiliger das elektrische Feld ist um so größer ist der Abstand von den Wicklungspaketen in welchem noch Kräfte erzeugt werden können. Um für die Erzeugung von Kräften in dem Blech bzw. zwischen dem Blech und dem Linearmotor einen guten Wirkungsgrad zu haben, ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis nicht kleiner als 1 bevorzugt nicht kleiner als 2 ist. Größere Verhältnisse als 25 oder sogar 50 sind aus technischer Sicht weniger nützlich, weil mit zunehmendem Verhältnis Bereiche identischer Felder entstehen, so dass die Induktion von elektrischen Strömen im Blech, die zur Erzeugung der Kraft geeignet sind, zunehmend unterbleibt.
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Weiter bevorzugt ist, wenn entlang einer Wirkrichtung der Kraft ein Hinleiter eines ersten Wicklungspaketes zwischen einem Hinleiter und einem Rückleiter eines zweiten Wicklungspaketes angeordnet ist.
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Entlang der Wirkrichtung überlappen sich also bevorzugt ein erstes Wicklungspaket und ein zweites Wicklungspaket.
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Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Sensor, welcher dazu eingerichtet ist eine Auslenkung des Bleches in einer Wirkrichtung zu erkennen sowie einen Regler, welcher zur Ansteuerung des Linearmotors unter Verwendung der Auslenkung als Regelgröße eingerichtet ist.
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Der Sensor kann ein beliebiger Sensor zur Erfassung einer Auslenkung sein. Ein Beispiel ist ein optischer Sensor, welcher eine Auslenkung des Blechs erkennt, beispielsweise anhand einer Verschiebung einer Blechkante.
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Der Regler ist bevorzugt auf einem Steuergerät implementiert. Die Ansteuerung des Linearmotors über den Regler erfolgt bevorzugt nicht direkt, sondern über eine Stromquelle, an die der Regler angeschlossen ist. Der Regler und die Stromquelle sind bevorzugt so ausgeführt, dass die Wirkrichtung der Kraft positiv (in eine Richtung) oder negativ (in die entgegengesetzte Richtung) verlaufen kann. Durch eine andere Vorgabe der Ströme mit der Stromquelle des Linearmotors kann dies erreicht werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung mehrere zumindest teilweise parallel zueinander angeordnete Linearmotoren aufweist, welche jeweils dazu eingerichtet sind, Kräfte auf das Blech auszuüben.
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Bevorzugt sind die Linearmotoren exakt parallel zueinander angeordnet. Die Linearmotoren sind beispielsweise entlang einer Kühlstrecke eines Schwebebandoffens an bzw. unter dem Blech hintereinander angeordnet. Besonders bevorzugt existiert zwischen den Linearmotoren ein gleichmäßiger Abstand, so dass mit jedem Linearmotor in einem bestimmten Bereich des (schwebenden) Bleches die notwendige Kraft zur Stabilisierung des Bleches aufgebracht werden kann. So können Bleche auch in einem sehr langen Schwebebandofen gut stabilisiert werden.
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Außerdem vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die mehreren Linearmotoren entlang einer Vorschubrichtung des Bleches hintereinander angeordnet und dazu eingerichtet sind entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Kräfte auf das Blech auszuüben, so dass eine stabile Bahn des Bleches entlang der Vorschubrichtung des Bleches gewährleistet werden kann.
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Bevorzugt sind die Linearmotoren entlang der Vorschubrichtung abwechselnd in unterschiedliche Richtungen zu einer (in x-Richtung verlaufenden) Mittellinie des Bleches versetzt angeordnet. Besonders bevorzugt überlappt ein erster Linearmotor mit einer ersten Kante eines Bleches und ein in Vorschubrichtung nächster (zweiter) Linearmotor mit einer gegenüberliegenden zweiten Kante des Bleches und so geht es wechselweise entlang der Vorschubrichtung weiter.
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Mit einer Überlappung von Blech und Linearmotor ist jeweils gemeint, dass der Linearmotor von oben betrachtet nur teilweise von dem Blech abgedeckt wird. Somit wird das Blech von einem von dem Linearmotor erzeugten Feld auch nur teilweise durchdrungen. Die Wirkrichtung der Kraft des jeweiligen Linearmotors ist bevorzugt hin zu dem Teil des Linearmotors ausgerichtet, welcher vom Blech abgedeckt wird. Die Kraft wirkt damit einer (möglichen) Auslenkung hin zum Linearmotor entgegen. Die Überlappung hat den Effekt, dass durch eine Auslenkung die Überdeckung von Blech und Linearmotor zunimmt. Hierdurch steigt bei einer konstanten Bestromung des Linearmotors die wirkende Kraft. Dieser Anstieg der Kraft wirkt (passiv) einer Auslenkung entgegen. Aufgrund der Struktur des Bleches (insbesondere der Biegesteifigkeit des Bleches in Wirkrichtung) und der von den Linearmotoren aufgebrachten Kräfte stellt sich somit entlang der Vorschubrichtung eine ganz leicht schlangenlinienförmige stabile Bahn des Bleches ein. Hierfür ist keine aktive Regelung der Linearmotoren notwendig, sondern die Linearmotoren können jeweils mit konstanten Betriebsbedingungen betrieben werden.
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Durch diese besondere Ausführungsvariante wird es möglich, ohne Sensor eine (passive) Stabilisierung einer Bahn des Bleches zu erreichen, ohne dass Sensoren zur Überwachung einer Bahn und/oder einer Position des Bleches erforderlich sind. Sofern Sensoren fehleranfällig sind, können diese Fehler effektiv ausgeschlossen werden.
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Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung, wenn diese eine Stromquelle zur Bestromung des Linearmotors mit einem niederfrequenten Wechselstrom umfasst, dessen Frequenz in einem Frequenzbereich mit mindestens 10 Hz [Hertz] Breite zwischen einer unteren Grenze und einer oberen Grenze steuerbar ist, wobei der Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 100 Hz liegt.
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Besonders bevorzugt hat der Frequenzbereich, in welchem die Frequenz der Stromquelle steuerbar ist, eine Breite von mehr als 20 Hz. Ganz besonders bevorzugt liegt der Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 25 Hz und hat damit eine Breite von 25 Hz. Die Abstufungen mit der die Frequenz steuerbar ist, beträgt bevorzugt 1 Hz oder weniger. Innerhalb eines Frequenzbereichs zwischen 0 Hz und 25 Hz existieren somit bevorzugt mindestens 25 mögliche einstellbare Frequenzen. Ganz besonders bevorzugt existiert sogar eine kontinuierliche oder eine quasikontinuierliche (nur in unwesentlichem Maße diskontinuierliche) Einstellbarkeit der Frequenz.
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Die Stromquelle ist darüber hinaus bevorzugt in der Lage Ströme mit mehr als 50 A [Ampere], besonders bevorzugt mehr als 100 A, bereitzustellen.
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Die von der Stromquelle bereitgestellten Ströme für die Wicklungspakete des Linearmotors sind bevorzugt phasenversetzt mit einer Phase α für das erste Wicklungspaket und mit einer Phase β für das zweite Wicklungspaket. Bevorzugt existiert zwischen den Phasen ein Phasenversatz von 90°. Das durch diese Stromquelle erzeugte magnetische Feld kann auch als Drehfeld bezeichnet werden.
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Eine Veränderung der Frequenz ƒ bewirkt eine veränderte Geschwindigkeit des magnetischen Wanderfeldes und damit eine veränderte Spannungsinduktion im Blech. Die Frequenz wird bevorzugt im beschriebenen Bereich gewählt um eine besonders effektive Spannungsinduktion im Blech und damit auch eine besonders effektive Krafterzeugung zu gewährleisten.
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Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zum Positionieren eines Bleches, insbesondere eines schwebenden Bleches in einer Kühlstrecke eines Schwebebandofens mit einer beschriebenen Vorrichtung.
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Die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterten besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar.
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Besonders bevorzugt weist das Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Erkennen einer Auslenkung des Bleches in einer Wirkrichtung des Linearmotors mit einem Sensor,
- b) Bestimmen eines Regeleingriffs zur Korrektur einer Bahn oder einer Position des Blechs unter Verwendung der Auslenkung als Regelgröße mit einem Regler, und
- c) Durchführen des Regeleingriffs mit dem Linearmotor.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Positionierung oder Bahnbeeinflussung durch mehrere entlang einer Vorschubrichtung des Bleches hintereinander angeordnete Linearmotoren, welche entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Kräfte auf das Blech ausüben, so dass eine stabile Bahn des Bleches entlang der Vorschubrichtung gewährleistet ist. Hierbei sind keine Sensoren zur Erkennung der Bahn/Position des Bleches erforderlich.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besondere Ausführungsbeispiele auf die die Erfindung nicht beschränkt ist. Insbesondere die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
- 1 eine beschriebene Vorrichtung in einer dreidimensionalen schematischen Ansicht;
- 2: eine beschriebene Vorrichtung in einem Querschnitt entlang einer Wirkrichtung;
- 3: eine erste Variante einer Anordnung von beschriebenen Vorrichtungen an einer Kühlstrecke; und
- 4: eine zweite Variante einer Anordnung von beschriebenen Vorrichtungen an einer Kühlstrecke.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 umfassend einen Linearmotor 6, welcher dazu eingerichtet ist auf ein Blech 3 eine Kraft 2 mit einer Wirkrichtung 7 auszuüben, die in einer Blechebene 27 des Bleches 3 liegt. Der Linearmotor 6 weist zwei Wicklungspakete 10 auf, nämlich ein erstes Wicklungspaket 17 und ein zweites Wicklungspaket 18. Die Wicklungspakete 10 sind beide an eine Stromquelle 24 angeschlossen mit welcher ein elektrischer Strom durch die Wicklungspakete 10 geleitet werden kann. Die Wicklungspakete 10 spannen zusammen den wirksamen Wicklungsabschnitt 11 auf. In dem wirksamen Wicklungsabschnitt 11 laufen elektrische Leiter der Wicklungspakete 10 parallel zueinander. In dem wirksamen Wicklungsabschnitt 11 rufen die elektrischen Leiter der Wicklungspakete 10 die wirksamen elektromagnetischen Kräfte zur Erzeugung der Kraft 2 hervor. Der wirksame Wicklungsabschnitt 11 wird von Hinleitern 12 und Rückleitern 13 der Wicklungspakete 10 gebildet. Der Hinleiter 12 und der Rückleiter 13 eines Wicklungspaketes 10 sind außerhalb des wirksamen Wicklungsabschnittes 10 durch sogenannte Wicklungsköpfe 22 miteinander verbunden. Elektromagnetische Effekte, die durch den elektrischen Stromfluss durch die Wicklungsköpfe 22 hervorgerufen werden, sind für die Entstehung der gewünschten Effekte (der Kraft 2) zu vernachlässigen, weil diese Kräfte sich im wesentlichen aufheben.
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In 1 zu erkennen ist, dass das erste Wicklungspaket 17 und das zweite Wicklungspaket 18 sich überlappen. Das heißt, dass ein Rückleiter 13 des zweiten Wicklungspaketes 18 zwischen dem Hinleiter 12 und dem Rückleiter 13 des ersten Wicklungspaketes 17 angeordnet ist oder umgekehrt. Unterhalb der Wicklungspakete 10 befindet sich ein Abschirmpol 26, der den Linearmotor 6 nach unten abschirmt und der bevorzugt aus Elektroblech oder einem ähnlichen Material ausgeführt ist. Mit Hilfe des Abschirmpols 26 wird auch bewirkt, dass das magnetische Feld des Linearmotors 6 sich nach oben konzentriert (und damit dort) wo das Blech 3 angeordnet ist und wo die gewünschten Effekte (Kraft 2 in Wirkrichtung 7) erzeugt werden sollen.
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2 zeigt die Vorrichtung 1 bzw. den Linearmotor 6 in einem Querschnitt entlang der Wirkrichtung 7. Hier zu erkennen ist auch ein Schnitt durch die Wicklungspakete 10, 17, 18, so dass jeweils die Hinleiter 12 und die Rückleiter 13 angeschnitten sind. Zu erkennen ist auch der angeschnittene Abschirmpol 26 unterhalb der Wicklungspakete 10 sowie das Blech 3 oberhalb Wicklungspakete 10. Das Blech 3 weist die Blechebene 27 auf, welche hier eine waagerechte Ebene 9 ist. In dieser Blechebene 27 bzw. dieser waagerechten Ebene 9 wirkt die Kraft 2 mit der Wirkrichtung 7 auf das Blech 3. Das Blech 3 ist mit einem Luftspalt 15 von einer Oberfläche 16 der Wicklungspakete 10 beabstandet. Zwischen den Hinleitern 12 und den Rückleitern 13 der Wicklungspakete 10 existiert jeweils ein Paketabstand 14. Dieser Paketabstand 14 steht in einem bestimmten Verhältnis zur Breite des Luftspaltes 15, welcher oben auch definiert ist. Üblicherweise ist der Paketabstand 14 größer als die Breite des Luftspaltes 15, bevorzugt sogar deutlich größer.
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Die 3 und die 4 zeigen jeweils bevorzugte Anwendungen von beschriebenen Vorrichtungen 1 mit Linearmotoren 6 in einer Kühlstrecke 4 eines Schwebebandofens 5. Vor dem Anfang und nach dem Ende der Kühlstrecke 4 wird das Blech 3 gestützt, beispielsweise durch eine Rolle oder eine Walze. In der Kühlstrecke 4 schwebt das Blech 3 auf einem Luftpolster 25, welches beispielsweise durch eine Andüsung des Bleches 3 mit Luft von unten aufgebaut wird. Das Blech 3 wird in der Kühlstrecke 4 mit einer Vorschubrichtung 8 nach vorne bewegt. Die Linearmotoren 6 weisen jeweils eine Stromquelle 24 auf mit welcher die Linearmotoren 6 mit Strom versorgt werden.
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3 zeigt Linearmotoren 6, die mit Reglern 21 gesteuert werden, wobei die Regler 21 die Stromquellen 24 der Linearmotoren 6 ansteuern. Zum Betrieb der Regler 21 sind Sensoren 19 vorhanden, die beispielsweise optisch eine Auslenkung 20 des Bleches 3 aus einer stabilen Bahn 23 erkennen können und zur Einregelung des Bleches 3 zurück in die stabile Bahn 23 dann mit Hilfe der Linearmotore 6 eine Kraft 2 mit einer Wirkrichtung 7 auf das Blech ausüben können, wobei die Wirkrichtung 7 je nach Richtung der Auslenkung 20 umkehrbar ist.
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4 zeigt Linearmotoren 6, die zur Stabilisierung des Bleches 3 in einer stabilen Bahn 23 ungeregelt (das heißt konstant) betrieben werden können. Mit einem konstanten Betrieb ist hier gemeint, dass ein konstanter, nicht von einem Regler gezielt angepasster Wechselstrom auf den jeweiligen Linearmotor 6 von der Stromquelle 24 aufgebracht wird, welcher nicht in Abhängigkeit von weiteren Parametern verändert (insbesondere nicht geregelt) wird. Die Linearmotoren 6 sind jeweils teilweise überlappend mit dem Blech 3 angeordnet, so dass bei einer Verschiebung des Bleches 3 entgegen der jeweiligen Wirkrichtung 7 der Kraft 2 eine Vergrößerung der Überlappung von Blech 3 und Linearmotor 6 auftritt welche in einer Vergrößerung der Kraft 2 resultiert und damit das Blech 3 in die stabile Bahn 23 zurück lenkt. Durch die in 4 dargestellte Ausführungsvariante werden dauerhaft Kräfte auf das Blech 3 ausgeübt, welche entlang der Vorschubrichtung 8 unterschiedliche Wirkrichtungen 7 aufweisen. Dadurch verläuft die stabile Bahn 23 bei dieser Ausführungsvariante etwas geschwungen. Dies ist jedoch in einem Maße der Fall, welches den Betrieb der Kühlstrecke 4 nicht negativ beeinflusst. Durch diese Ausführungsvariante können Sensoren zur Erkennung der Bahn/Position des Bleches entfallen.
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Durch die Erfindung ist eine besonders effektive Methode vorgestellt worden, auf Bleche Kräfte in Richtung einer Blechebene auszuüben und Bleche in Richtung der Blechebene zu bewegen. Diese Methode kann wie beschrieben zum Beispiel in der Kühlstrecke eines Schwebebandofens angewendet werden, um sehr lange schwebende Blechstrecken zu stabilisieren. Dies ermöglicht unter anderem die Errichtung längerer Kühlstrecken. Hierdurch wird es möglich die Vorschubgeschwindigkeit in einem Schwebebandofen zu erhöhen und gleichzeitig eine bestimmte Kühlleistung in einer Kühlstrecke aufrecht zu erhalten.
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Die beschriebene Vorrichtung ist in einer Kühlstrecke eines Schwebebandofens einfach umsetzbar. Sie erzeugt keinen mechanischen Verschleiß durch bewegliche oder rotierende Teile Die Höhe des magnetischen Feldes kann beeinflusst werden, so dass auch auf unterschiedliche Luftspaltbreiten Rücksicht genommen werden kann. Die Erzeugbarkeit der Kraft weist eine hohe Dynamik auf, weil keine trägen Massen transportiert werden müssen. Durch eine geeignete Wahl von der Frequenz des Wechselstroms von der Stromquelle können elektrische Verluste klein gehalten werden. Eine Erwärmung des Blechs durch die auftretenden induzierten Ströme, welche der gewünschten Kühlung entgegen wirkt ist klein im Verhältnis zur Kühlleistung in der Kühlstrecke, insbesondere wenn ein Arbeitspunkt des Linearmotors mit der Stromquelle entsprechend den hier enthaltenen Angaben richtig gewählt wird. Unerwünschte elektromagnetische Effekte des Linearmotors können durch den Abschirmpol reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kraft
- 3
- Blech
- 4
- Kühlstrecke
- 5
- Schwebebandofen
- 6
- Linearmotor
- 7
- Wirkrichtung
- 8
- Vorschubrichtung
- 9
- Waagerechte Ebene
- 10
- Wicklungspaket
- 11
- Wirksamer Wicklungsabschnitt
- 12
- Hinleiter
- 13
- Rückleiter
- 14
- Paketabstand
- 15
- Luftspalt
- 16
- Oberfläche
- 17
- Erstes Wicklungspaket
- 18
- Zweites Wicklungspaket
- 19
- Sensor
- 20
- Auslenkung
- 21
- Regler
- 22
- Wicklungskopf
- 23
- Stabile Bahn
- 24
- Stromquelle
- 25
- Luftpolster
- 26
- Abschirmpol
- 27
- Blechebene
