DE1921544C3 - Lasthebemagnet für plattenförmige Werkstücke aus magnetisierbarem Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lasthebemagneten für plattenförmige Werkstücke aus magnetisierbarem Werkstoff, mit zwei an Stromquellen anschließbaren Erregerspulen, die koaxial in einem zylindrischen Joch mit ebener Unterseite und ringförmigen Polflächen angeordnet sind.

Eine Magnetanordnung mit diesen Merkmalen, die als Werkstückspannvorrichtung vorgesehen ist, ist aus der US-PS 15 68 024 bekannt. Dort soll die koaxiale Anordnung der Erregerspulen dazu dienen, über der gesamten Fläche des Magneten eine möglichst gleichförmige Haltekraft zu gewährleisten.

Übliche Lasthebemagneten dagegen weisen nur eine Erregerspule auf. Sie werden zum Transport von Platten aus magnetisierbarem Werkstoff, wie weichem Stahl, mit Hilfe eines Hebezeuges, in das der Lasthebemagnet eingehängt ist, verwendet. In diesen Fällen ist es ein Vorteil, wenn sowohl ganze Stapel von Platten transportiert als auch dünne Platten einzeln vom Stapel gehoben werden können. Letzteres ist bei den bekannten Lasthebemagneten z. B. möglich, wenn man zunächst eine Anzahl Platten vom Stapel hebt und dann den Strom zur Magnetspule ein oder mehrmals kurz unterbricht, so daß die unteren Platten abfallen und zuletzt nur noch eine Platte am Magneten hängt.

Dieses bekannte Abtrennverfahren hat jedoch mehrere Nachteile. Es ist unter anderem zeitraubend, und die Platten können beim Herunterfallen beschädigt werden. Bei automatischen Kränen ist auch eine verhältnismäßig umfangreiche elektronische Ausrüstung erforderlich, um ein zufriedenstellendes Abtrennen der oberen Platten von den restlichen Platten im Stapel zu gewährleisten. Hinzu kommt, daß bei Einstellung und Bedienung dieser Ausrüstung auf die Plattenstärke besondere Rücksicht genommen werden muß.

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, daß &5 man die Klemmenspannung für die Magnetspulen und damit die Tragfähigkeit des Lasthebemagneten nach und nach herabsetzt, bis der Magnet nur noch eine

544 ₂

Platte hebt Um eine wesentliche Herabsetzung der Tragfähigkeit zu erzielen, ist jedoch auch eine wesentliche Herabsetzung der Klemmenspannung für die Magnetspulen und damit des s.ch ergebenden Magnetfeldes nötig. Da sich aber die Kraftlinien des geschwächten Magnetfeldes über das ganze Polflachenareal verteilen und die Tragfähigkeit des Lasthebemauneten sich umgekehrt proportional zum Polflächenareal verhält, bedeutet eine solche Herabsetzung der Klemmenspannung für die Magnetspulen ein Moment großer Unsicherheit. ...

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lasthebemagneten mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile nicht vorliegen, d. h.. bei dem die Handhabung vereinfacht und zugleich sicherer ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist zum Umpolen der Stromrichtung in einer der Erregerspulen, durch eine zwischen beiden Spulen angeordnete, vom Magnetfluß beider Spulen durchsetzte Zwischenpolfläche und durch eine derartige Anordnung und Bemessung der Spulen, daß bei entsprechender Polung des Stromflusses in dem Zwischenpol-Jochabschnitt die von beiden Spulen jeweils erzeugten magnetischen Feldstärken im wesentlichen gleich und entgegengesetzt gerichcet sind.

Im Betrieb hat dann der Lasthebemagnet eine verhältnismäßig hohe Tragfähigkeit, wenn die beiden Spulen so mit Strom versorgt werden, daß sie in den an der Polfläche haftenden Platten Magnetfelder mit der gleichen radialen Richtung erzeugen. Diese Felder ergeben zusammen ein außen um den Zwischenpol verlaufendes, aber durch den Außen- und Innenpol des Magneten gehendes Feld von hoher Stärke und großer Eindringtiefe. Wird die Stromversorgung der einen Spule umgepolt, so erzeugen die beiden Spulen in den Platten Magnetfelder mit entgegengesetzt zueinander verlaufenden radialen Richtungen. Diese Felder subtrahieren sich zu einem konzentriert durch die Zwischenpolfläche und durch die Polflächen des Außen- und des Innenpols verlaufenden Feld von geringerer Stärke und geringerer Fähigkeit, die Platten zu durchdringen. Der Unterschied im Verlauf der Magnetfelder in den beiden Fällen läßt sich dazu ausnutzen, entweder einen ganzen Stapel von Platten aus magnetisierbarem Werkstoff zu tragen oder nur die obere dünne Platte von den übrigen Platten im Stapel abzuheben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten ist die Größe der Zwischenpolfläche gleich einem Viertel der Polflächengröße des beide Erregerspulen umschließenden magnetischen Kreises.

Die Erfindung sei nachstehend an einem Beispiel und an Hand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 einen diametralen Schnitt durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten nach Anspruch 2,

Fig.2 bis 5 schematisch magnetische Kreisläufe in der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform bei vier verschiedenen Kombinationen der Stromversorgung der Magnetspulen des Hebemagneten,

F i g. 6 Kurven für die Tragkraft W der in F i g. 1 gezeigten Magnetausführung als Funktion der Plattenstärke T bei der in Fig.4 bzw. 5 gezeigten Stromversorgung der Magnetspulen und

F i g. 7 Kurven einer unten näher beschriebenen,

Trennkraft genannten Kraft S bei variierender Klemmenspannung des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten und Verlauf der Magnetfelder nach Fig.4 bzw. nach Fig-5.

Der in F i g. 1 gezeigte Lasthebemagnet hat zwei s gleichachsige Magnetspulen, eint Innenspule 1 und eine Außenspule 2, die je für sich an eine nicht gezeigte Gleichstromquelle angeschlossen werden können und in einem zylindrischen Joch 3 aus magnetisierbarem Werkstoff gelagert sind. Dieses joch hat eine ebene Unterseite 4 mit ringförmigen Polflächen für einen Innenpol 5 und einen Außenpol 6. Der Lasthebemagnet ist außerdem mit nicht abgebildeten Einhänggliedern für die Befestigung an einem Hebezeug versehen. Zwischen den gieichachsigen Magnetspulen 1 und 2 ist ein für den magnetischen Kreislauf X bzw. Y beider Spulen gemeinsam dienender Zwischenpol 7 aus magnetisierbarem Werkstoff eingeschaltet, desst.i winkelrecht zu den magnetischen Feldlinien in der in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform verlaufender magnetischer Querscnnitt Qm zweckmäßigerweise wesentlich kleiner bemessen ist als die Querschnitte Q und Q_y des beide Spulen 1 und 2 umschließenden magnetischen Kreislaufes. Die Magnetspulen 1 und 2 sind so bemessen, daß sie nach Anschluß an die nicht gezeigte Stromquelle in der Hauptsache jeweils die gleiche Anzahl Amperewindungen aufweisen.

Wenn ein erfindungsgemäßer Lasthebemagnet der in F i g. 1 gezeigten Art dazu verwendet werden soll, entweder einen ganzen Stapel von Platten aus magnetisierbarem Werkstoff zu heben oder nur die obere dünne Platte von den übrigen Platten im Stapel abzuheben, muß das Eindringen der magnetischen Felder in das zu hebende Gut in der Tiefe variiert werden. Dieses Eindringen hängt von folgenden drei Faktoren ab·

1. dem magnetischen Widerstand in dem zu hebenden Gut,

2. dem den Magnetspulen erzeugten Fluß und

3. dem Areal und der Ausführung der Polflächen.

Der Faktor 1 steht für jedes vorliegende Werkstück fest und'läßt sich nicht ändern.

Der Faktor 2 läßt sich durch Änderung der Anzahl der Amperevindungen der Magnetspulen innerhalb der Grenzen Null und Maximum ändern.

Der Faktor 3 ist weitgehend bei der Bemessung des Lasthebemagneten festzusetzen, und zwar so, daß eine maximale Tragkraft W für einen ganzen Stapel Platten und eine optimale Trennkraft S(d. h. die geringste Kraft, die bei einem zentralen Zug angewendet werden muß, um eine einem Plattenstapel entsprechende dicke Platte von der oberen, unmittelbar an der Unterseite des Lasthebemagneten anliegenden Platte zu trennen) erzielt werden. Eine Trennkraft wird mit einem Dynamometer gemessen. In die Gesamtkraft einbezogen ist das Gewicht der dicken Platte.

Die magnetische Flußverteilung in einem Hebemagneten nach Fig. 1 wird in der Hauptsache durch die Größe des Luftspaltes zwischen Magnetunterseite und Werkstück bestimmt. Besteht an allen drei Polflächen ein einheitlicher Luftspalt, wenn ein Werkstück an der Unterseite des Magneten anliegt, sind die magnetischen Widerstände in den drei Luftspalten am Außenpol, Zwischenpol und Innenpol dem zugehörigen Polflächenareal ungefähr proportional.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten nach Anspruch 2 wird ein in der Praxis zufriedenstellendes Verhältnis zwischen der Tragkraft Wdes Hebemagneten, wenn die Magnetspulen 1 und 2 die in Fig.5 gezeigten Magnetfelder erzeugen, und der Trennkraft S, die auftritt, wenn die beiden Spulen die in F i g. 4 gezeigten Magnetfelder erzeugen, erzielt.

Fig.2 bis 5 zeigen die Feldlinienverteilung bei verschiedenen Kombinationen der Stromversorgung der beiden Magnetspulen 1 und 2 unter dieser Voraussetzung.

Mit den mit üblicher Signatur in Fig.2 bis 5 gezeigten Stromrichtungen erhalten die Polflächen die mit N und S bezeichneten Nord- und Südpole. Die eingezeichneten Zahlenwerte geben die relative Flußverteilung zwischen den Polflächen und einem an diesen anliegenden plattenförmigen Werkstück 8 an, vorausgesetzt, daß das Werkstück nicht über die magnetische Sättigungsgrenze des Werkstoffes hinaus magnetisiert wird.

F i g. 2 zeigt Pole und relative Flußverteilung, wenn nur die Innenspule 1 mit Strom versorgt wird und ein Feld X mit dem relativen Flußwert 5 im plattenförmigen Werkstück 8 erzeugt.

F i g. 3 zeigt Pole und relative Flußverteilung, wenn nur die Außenspule 2 mit Strom versorgt wird und ein Feld V mit ebenfalls dem relativen Flußwert 5 in dem plattenförmigen Werkstück 8 erzeugt

F i g. 4 zeigt Pole und relative Flußverteilung, wenn sowohl die Innenspule 1 als auch die Außenspule 2 mit Strom versorgt werden und die erzeugten Felder X'und Vein resultierendes relativ schwaches Feld X'- V"mit einem relativen Flußwert 1 in dem plattenförmigen Werkstück 8 erzeugen.

F i g. 6 zeigt Pole und relative Flußverteilung, wenn sowohl die Innenspule 1 als auch die Außenspule 2 mit Strom versorgt werden und die erzeugen Felder X" und Y" ein resultierendes verhältnismäßig starkes Feld X"+ Y" mit einem relativen Flußwert 9 in dem plattenförmigen Werkstück 8 erzeugen.

Vergleicht man Fig.4 und 5 miteinander, wird ersich'lich, daß im ersteren Falle das resultierende Feld im Zwischenpol 7 in der Größe zwei relativen Einheiten entspricht und das Feld X'+ V"durch den Zwischenpol 7 verläuft, der an seiner Polfläche einen Südpol hat, wogegen der Innenpol und der Außenpol an ihren Polflächen einen Nordpol haben.

In dem zweiten Fall (Fig. 5) entspricht das resultierende Feld 9 relativen Einheiten in den Außen- und Innenpolen und verläuft zwischen dem Außenpol 6, der ein Nordpol ist, und dem Innenpol 5, der ein Südpol ist, wogegen die beiden Felder X"- Y" sich jedenfalls annähernd im Zwischenpol 7 gegenseitig aufheben.

Die Tragkraft W des Lasthebemagneten läßt sich bekanntlich mit zufriedenstellender Annäherung nach der folgenden Formel ermitteln:

a) Angewandt auf Fall F i g. 4 ergibt sich nach dieser Formel eine relative Gesamttragkraft

= l8 relative KrafteinheiW= 1²/1 +22/l/4 +
ten.

b) Wird der Zwischenpol 7 ausgelassen und die Klemmspannung für die beiden Magnetspulen so herabgesetzt, daß die Flußwerte im Außenpol 6 und

im Innenpol 5 eine relative Einheit sind, ergibt sich IV= IVl +1 Vl =2 relative Krafteinheiten,

was beweist, daß sich für das gleiche relative Magnetfeld in der zu hebenden Platte 8 die neunfache Tragkraft des Hebemagneten erzielen läßt, wenn man den Magneten erfindungsgemäß mit einem Zwischenpol 7 ausstattet.

c) Auf Fall Fig.5 angewandt, ergibt sich nach der Formel eine relative Gesamttragkraft des Magneten von

W=9V1 +9Vl = 162 relative Krafleinheiten,

was eine Verneunfachung der Tragkraft des Hebemagneten im Fall Fig.5 gegenüber Fall F i g. 4 bedeutet.

d) Wird der Zwischenpol im Fall Fig.5 ausgelassen, wird das die Tragkraft W des Hebemagneten wesentlich beeinflussen, was die ausgeführten Versuche bestätigt haben. Zurückzuführen ist das darauf, daß sich die Felder im Zwischenpol 7, wie in F i g. 5 gezeigt, gegenseitig aufheben.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich die Schlußfolgerung, daß sich beim Wenden des Magnetisierungsstromes in einer der Magnetspulen 1 oder 2 des erfindungsgemäßen Lasthebemagneten, d. h. von Fall F i g. 5 zu Fall F i g. 4, die Tragkraft Wdes Hebemagneten von 162 auf 18 relative Krafteinheiten ändert.

Im Fall Fig.4 wird der relative Flußwert des plattenförmigen Werkstückes 8 eine relative Einheit ausmachen. Das bedeutet, daß die Felder so verhältnismäßig klein sind, daß sie in der Hauptsache in der oberen, mit, wie unter a) ermittelt, 18 relativen Krafteinheiten von Hebemagneten gehaltenen Platte auftreten und nicht wesentlich in eine darunterliegende Platte eindringen.

Wird kein Zwischenpol 7 verwendet, d. h. wie bei den bekannten Hebemagneten, bewirkt eine Herabsetzung der Klemmspannung des Hebemagneten, bis der relative Flußwert in Außenpol und Innenpol einer relativen Einheit entspricht, daß die obere Platte eines Plattenstapels, wie unter b) nachgewiesen, lediglich von zwei relativen Krafteinheiten festgehalten wird. d. h. nur mit einem Neuntel der vom erfindungsgemäßen Lasthebemagneten erzeugten Kraft, mit der wesentlich größeren Gefahr, daß die obere Platte im Stapel nicht haften bleibt, sondern mit dem übrigen Teil des Stapels herunterfällt.

Die obengenannten theoretischen Berechnungen haben sich durch Versuche bestätigt, deren Ergebnisse auf den Kurvenblättern 6 und 7 angegeben sind.

Fig.6 zeigt Kurven gemessener Werte für die Tragkraft W für die Ausführung des im obigen Beispiel erwähnten Hebemagneten im Zusammenhang mit unterschiedlichen Plattenstärken Tin der Praxis, wobei bemerkt sei, daß ein Hebemagnet derselben Art, jedoch ohne Zwischenpol, unter denselben Verhältnissen und mit gemäß F i g. 5 stromversorgten Magnetspulen 1 und 2 eine maximale Tragkraft von rund 2500 kg bei einer Plattenstärke von 50 mm aufweist und die Tragkraft mit der Plattenstärke, wie in Kurve A gezeigt, variiert.

Eine weitere Kurve B zeigt, daß der erfindungsgemäße Lasthebemagnet rund 10% weniger maximale Tragkraft hat, nämlich etwa 2200 kg bei einer Plattenstärke von 50 mm, als ein Hebemagnet ohne Zwischenpol (Kurve A). Werden die Magnetspulen t und 2 gemäß Fig.4 mit Strom versorgt, hat der erfindungsgemäße Hebemagnet, wie Kurve C zeigt, eine Tragkraft von rund 200 kg. Die Kurve C zeigt zudem, daß die Tragkraft im Fall Fig.4 ziemlich unabhängig von der Plattenstärke ist.

F i g. 7 zeigt ermittelte Kurven für die Trennkraft 5 eines erfindungsgemäßen Hebemagneten bei einer konstanten Gleichspannung von 110 Volt als Funktion der Stärke der oberen Platte. Die Kurve D zeigt, daß bei dieser Gleichspannung und einer Magnetisierung des Hebemagneten entsprechend Fig.5 die Trennkraft 5 unter 50 kg beträgt, wenn die Plattenstärke Γ mehr als 15 mm beträgt. Beträgt die Plattenstärke dagegen weniger als 15 mm, ist bei einer Magnetisierung, entsprechend Fig.4, eine wesentlich höhere Trennkraft erforderlich, und zwar bis zu 550 kg und 850 kg bei Plattenstärke 7" von 5 bzw. 3 mm. Inwieweit dann mehr als eine Platte gehoben wird, hängt somit von der Länge und Breite der Platte ab. da die unter der ersten befindliche Platte mitfolgt, wenn ihr Eigengewicht weniger als 550 bzw. 850 kg beträgt. Mittels eines erfindungsgemäßen Lasthebemagneten wird dagegen die Trennkraft bei Verbindung der beiden Magnetspulen gemäß Fig. 4 sehr gering sein, wie Kurve £ zeigt, d. h.. eine 3 mm starke Platte von rund 1.3 m² wird sich ohne weiteres von einer noch so starken zweiten Platte bzw. einem willkürlich großen Stapel von 3 mm starken Platten heben lassen.

Entsprechende Versuche mit einem Lasthebemagneten ohne Zwischenpol, d. h. wie die bekannten Lasthebemagneten, haben ergeben, daß man die Spannung der Magnetspulen wesentlich unter 20 Volt herabsetzen kann, um eine Trennkraft Svon weniger als 100 kg bei einer 3 mm starken Platte zu erzielen, die Tragkraft W aber gleichzeitig bei 20 Volt lediglich rund 50 kg betragen wird. Der bekannte Lasthebemagnet wird somit den Plattenstapel verlieren, ehe sich die obere 3 mm starke Platte vom Stapel gelöst hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

J 1921 Patentansprüche:

1. Lasthebemagnet für plattenförmige Werkstük-

ke aus magnetisierbarer!! Werkstoff, mit zwei an Stromquellen anschließbaren Erregerspulen, die koaxial in einem zylindrischen Joch mit ebener Unterseite und ringförmigen Polflächen angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zum Umpolen der Stromrichtung in einer der Erregerspulen, durch eine zwischen beiden Spulen angeordnete, vom Magnetfluß beider Spulen durchsetzte Zwischenpolfläche und durch eine derartige Anordnung und Bemessung der Spulen, daß bei entsprechender Polung des Stromflusses in dem Zwischenpol-Jochabschnitt die von beiden Spulen jeweils erzeugten magnetischen Feldstärken im wesentlichen gleich und entgegengesetzt gerichtet sind.

2. Lasthebemagnet nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Größe der Zwischenpolfläche ein Viertel der Polflächengröße des beide Erregerspulen umschließenden Magnetkreises beträgt.