DE1959742B2 - Verfahren und Einrichtung zum Orientieren von elektrisch leitenden Körpern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Orientieren von elektrisch leitenden, vorzugsweise unmagnetischen Körpern in einem inhomogenen magnetischen Wechselfeld, durch das sie unter freier Bewegungsmöglichkeit bewegt werden, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Techniken dieser Art werden verwendet bei der Automatisierung von Fertigungsvorgängen, insbesondere bei der automatischen Montage von Maschinen, Apparaten und Geräten, wo die Einzelteile orientiert zugeführt werden müssen.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus dem UdSSR-Erfinderschein 1 81 481 bekannt. Bei dieser bekannten Ausbildung beruht die orientierende Wirkung auf der Wechselwirkung der durch das genannte inhomogene magnetische Wechselfeld induzierten Wirbelströme mit einem gleichzeitig in Querrichtung angelegten magnetischen Gleichfeld.

Bei diesem bekannten Verfahren kann nur erreicht werden, daß die Körper eine bestimmte Ausrichtung annehmen, ohne daß gleichzeitig auch ihre Lage im Raum, z. B. genau auf der Mittellinie des Förderweges, sichergestellt werden könnte. Außerdem können die Körper nicht nach einem baulichen Merkmal, z. B. einem Vorsprung, einer Bohrung, einem einseitigen Schlitz, einer unsymmetrischen Gefügeverschiedenheit od. dgl., orientiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der angegebenen Nachteile und die Schaffung eines Verfahrens sowie einer zugehörigen Einrichtung, mit denen elektrisch leitende, vorzugsweise unmagnetische Körper orientiert und in eine bestimmte Lage im Raum gebracht werden können. Dabei soll die Orientierung und Lagefixierung auch in bezug auf mehrere Ebenen möglich sein, sowie eine Orientierung unter der Einwirkung von verschiedenartigen Inhomogenitäten des Feldes, wenn der Körper durch eine Reihe von nacheinander angeordneten Magnetsystemen fällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Induktion des inhomogenen magnetischen Wechselfeldes sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert. Bei einer solchen Ausbildung wirkt auf den Körper nicht nur ein ausrichtendes Moment, sondern es entstehen Kraftwirkungen, die je nach der Ausgangsposition des Körpers verschieden gerichtet sein können. Dadurch wird eine Orientierung ohne Rutschen, Rinnen oder sonstige mechanische Hilfsmittel möglich.

Es ist zweckmäßig, wenn die Frequenz des das inhomogene magnetische Wechselfeld erzeugenden Wechselstromes aus der Bedingung eines vorgegebenen Verhältnisses vom induktiven zum Wirkwiderstand des zu orientierenden Körpers gewählt wird.

Zur Durchführung des Verfahrens dient in weiterer Ausbildung der Erfindung eine Einrichtung mit mindestens einem Elektromagneten mit einer wechselstromgespeisten Wicklung und einem Magnetleiter, zwischen dessen Polen sich die Orientierungszone befindet, wobei die Form der Pole und ihre Anordnung zueinander so ausgeführt sind, daß sich ein inhomogenes magnetisches Wechselfeld mit einer Induktion bildet, die sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert.

Zweckmäßigerweise weist jeder Pol des Elektromagneten mindestens einen V-förmigen Ausschnitt an der Seite der Orientierungszone auf.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn mindestens zwei Elektromagnete mit wechselstromgespeisten Wicklungen und C-förmigen Magnetleitern vorgesehen sind, deren Anordnung zueinander veränderbar ist. Zur Orientierung in mehreren Ebenen hat die Einrichtung zweckmäßigerweise einen Elektromagneten mit einem

Magnetleiter, der aus an gemeinsame übereinander angeordnete Pole geschlossenen C-förmigen Kernen mit wechselstromgespeisten Wicklungen besteht, wobei der obere Pol mindestens eine öffnung zum Einführen von zu orientierenden Körpern in die Oriemierungszone und der untere Pol mindestens eine öffnung zum Herausführen der orientierten Körper aufweist.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der aus an gemeinsame Pole geschlossenen C-förmigen Kernen bestehenden Magnetleiter mehrstufig mit Polschuhen in jeder Stufe ausbildet ist.

Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die Pole der mit öffnungen versehenen Magnetleiter in der Form von mit ihren kleineren Grundflächen zueinander gewandten Pyramidenstümpfen ausgebildet sind, wobei die '⁵ Form jeder zum Herausführen der zu orientierenden Körper aus der Orientierungszone bestimmten öffnung der Form des orientierten Körpers in Draufsicht entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer Orientierungseinrichtung mit zwei Polschuhen, deren jeder einen V-förmigen Ausschnitt aufweist;

Fig. 2 die Verteilung des magnetischen Feldes im Raum zwischen den Polen und die Richtung der auf den Körper in verschiedenen Abschnitten der Orientierungszone wirkenden Kräfte;

Fig. 3 Polschuhe für eine Einrichtung nach F ig. !,bei ^M denen die V-förmigen Ausschnitte derart zur Vertikalen geneigt sind, daß sie nach oben erweitern;

F i g. 4 Polschuhe für eine Einrichtung nach F i g. 1 mit je zwei V-förmigen Ausschnitten;

Fig. 5 die Ansicht einer Einrichtung mit zwei Elektromagneten aus C-förmigen Magnetleitern;

F i g. 6 eine Anordnung mit vier C-förrnigcn Magnctleitern, deren räumliche Lage zueinander verändert werden kann;

Fig. 7 die Ansicht einer Einrichtung mit einem ·»<> Elektromagneten, dessen Magnetleiter sich aus an gemeinsame Pole geschlossenen C-förmigen Kernen zur Orientierung der Körper in einem Magnetfluß zusammensetzt;

Fig. 8 eine Einrichtung ähnlich der von Fig. 7 zur +5 Orientierung der Körper mit zwei Magnetflüssen gleichzeitig;

Fig. 9 eine Einrichtung mit einem mehrstufigen Magnetleiter und Polschuhen in jeder Stufe.

Das Prinzip der Orientierung von elektrisch leitenden Körpern besteht darin, daß ein Körper 1 (F i g. 1) in den Raum zwischen den Polen eingeführt und der Einwirkung des hier vorhandenen inhomogenen magnetischen Wechselfeldes ausgesetzt wird. Das inhomogene magnetische Wechselfeld wird dabei durch einen Elektromagneten erzeugt, der aus einer mit Wechselstrom gespeistenWicklung 2, einem Magnetleiter 3 und Polschuhen 4 und 5 besteht. Zwischen deren Polen befindet sich die Orientierungszone. Dabei soll die Feldstärke des inhomogenen magnetischen Wechselfel- *>o des sich zur Mitte der Orientierungszone hin vermindern.

In der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung weisen die Polschuhe 4 und 5 zu diesem Zweck je einen sich zur Orientierungszone öffnenden V-förmigen Ausschnitt ^h> auf. Diese Form der Polschuhe 4, 5 führt zu einer ausgeprägten Fixierungsebene, die, wie aus F i g. 2 ersichtlich, in der Mittenebene des Zwischenpolraums zwischen den voneinander entfernten Gipfeln der V-förmigen Ausschnitte gebildet ist. Die induktion ist in diesem Bereich des Zwischenpolraums geringer als auf beiden Seiten zwischen den einander nahekommenden Spitzen der V-förmigen Ausschnitte, wo es zu einer Konzentration der magnetischen Feldlinien kommt.

Man kann das Moment der auf den zu orientierenden Körper 1 wirkenden Kräfte durch Änderung der Frequenz des Wechselstromes, der das inhomogene magnetische Feld erzeugt, nach einem beliebigen bekannten Verfahren ändern. Es kann z. B. eine solche Frequenz gewählt werden, bei der der induktive und der Wirkwiderstand des Körpers 1 gleich sind; dabei wird das Moment der auf den zu orientierenden Körper 1 wirkenden Kräfte maximal.

Die V-förmigen Ausschnitte in Polschuhen 4 und 5 können unter einem Winkel zur Vertikalen, wie in F i g. 3 gezeigt, ausgeführt werden. Dabei wird eine Orientierungszone mit einer Ausweitung nach oben gebildet, was die Orientierung des Körpers in einem bestimmten Punkt des Raums gewährleistet. Beispielsweise ist in F i g. 3 ein bügelartig ausgebildeter Körper 6 gezeigt. Solche Körper 6 werden in diesem nach oben divergierenden Zwischenpolraum aus einer beliebigen Ausgangslage in die in F i g. 3 gezeigte Lage gebracht.

Die Größe des öffnungswinkels des V-förmigen Ausschnittes und seine Neigung in bezug auf die Vertikale werden aus der Bedingung einer ausgeprägten Fixierungsebene in Abhängigkeit vom eingestellten Abstand zwischen den Polen gewählt.

Die Polschuhe können mit zwei und mehr V-förmigen Ausschnitten, wie es in Fig.4 gezeigt ist, versehen werden. In diesem Fall kann der Körper nach mehreren, beispielsweise konstruktiven Merkmalen orientiert werden. In Fig. 4 ist beispielsweise ein zylindrischer Körper mit einem dielektrischen Gehäuse 7 gezeigt, in dessen Innern eine elektrisch leitende unmagnetische Armatur eingebaut ist, die aus einem Stab 8 mit zwei Scheiben 9 und 10 besteht. Derartige Körper können nach der in ihrem Innern verborgenen Armatur orientiert werden. Der Abstand zwischen den Gipfeln der Ausschnitte jedes Polschuhes 4, 5 wird zu diesem Zweck entsprechend der Entfernung zwischen den Scheiben 9 und 10 der Armatur gewählt. Ein solcher Zwischenpolraum kann für eine gleichzeitige Orientierung der Körper in mehreren Flüssen angewendet werden, wenn die Abmessung der Körper dem Abstand zwischen den öffnungen der V-förmigen Ausschnitte entspricht sowie wenn die Körper nur nach einem Merkmal orientiert werden müssen.

Das beschriebene Verfahren zur Orientierung von elektrisch leitenden Körpern kann auch mit Hilfe einer Einrichtung verwirklicht werden, in der das inhomogene magnetische Feld durch zwei Elektromagnete mit C-förmigen Magnetleitern 11 und 12 (Fig. 5) mit wechselstromgespeisten Wicklungen 13 bzw. 14 erzeugt wird. Die Elektromagnete sind so zueinander angeordnet, daß gleichnamige Pole einander gegenüberliegen und in der Orientierungszone ein gemeinsames magnetisches Feld erzeugen.

Im vorliegenden Fall stellt der zu orientierende Körper einen unsymmetrischen Stab 15 dar, der an einem Ende ein Gewinde aufweist, wodurch die Enden eines solchen Stabes 15 verschiedene elektrische Leitfähigkeit haben und sich nach einem der Enden orientieren.

Mit Hilfe von zwei Elektromagneten kann die erforderliche Inhomogenität des Magnetfeldes in der

Orientierungszone gewährleistet werden, wenn die unteren gleichnamigen Pole der Elektromagnete in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der etwas größer als der Durchmesser des zu orientierenden Körpers ist, und die oberen gleichnamigen Pole auf eine Entfernung auseinandergebracht werden, die die zuverlässigste Orientierung sicherstellt. Als Ergebnis der Einwirkung eines solchen fächerförmigen inhomogenen Magnetfeldes wirken verschieden große elektrodynamische Kräfte Fi und F2 an den Enden des orientierenden Körpers, die den Körper aus der Orientierungszone hinauszudrängen suchen, wodurch der zu orientierende Körper in die in F i g. 5 gestrichelt eingezeichnete Lage gedreht wird. Durch gegenseitige Drehung und Entfernung der Elektromagnete in ihrer Ebene kann leicht der Charakter des Magnetfeldes in dieser Ebene den Bedürfnissen angepaßt werden.

Zur Bildung einer Orientierurigszone mit einem räumlichen inhomogenen Magnetfeld ist es zweckmäßig, mehr als zwei C-förmige Elektromagnete anzuwenden. In F i g. 6 ist eine Variante der Einrichtung gezeigt, die aus vier Elektromagneten mit den Magnetleitern 16, 17, 18,19 und Wicklungen 20, 21, 22, 23 besteht, die an eine Einphasen-Wechselstromquelle oder an verschiedene Quellen angeschlossen sind, wobei im letzteren Fall Felder mit verschiedener Frequenz gebildet werden. Die Elektromagnete sind mit Hilfe der Halter 24, 25, 26 und 27 sowie der Stützen 28, 29, 30 und 31 an einer Grundplatte 32 so angebracht, daß ihre Anordnung zueinander geändert werden kann. Bei einer solchen Anordnung der Elektromagnete wird nicht nur die Orientierung von beispielsweise als quadratische Hauben ausgebildeten Körpern nach ihrer Stirnfläche, sondern auch ihre Drehung nach den Kanten gewährleistet. Bei der Ausbildung der Einrichtung gemäß Fig. 7 besteht der Elektromagnet aus einem Magnetleiter, der aus an gemeinsame Pole 33 und 34 geschlossenen C-förmigen Kernen 35 zusammengesetzt ist. Die Pole 33 und 34 sind übereinander angeordnet. Jeder Kern 35 trägt eine aus wenigen Schichten bestehende Wicklung 36.

Der obere Pol 33 weist eine Öffnung für die Einführung des Körpers 37 in die Orientierungszone und der untere Pol 34 eine öffnung für das Herausführen des orientierten Körpers 37 auf, wobei die Form der unteren öffnung der Form des Körpers 37 in Draufsicht entspricht.

Die Pole 33 und 34 sind als mit ihren kleineren Grundflächen zueinander gewandte Pyramidenstümpfe ausgebildet, wodurch die Konzentration des Magnetflusses auf dem Umfang der möglichen Anfangslage des Körpers 37 vergrößert wird. Eine solche Ausführung des Magnelleiters gewährleistet in der Orientierungszone ein inhomogenes trichterförmiges Magnetfeld, das eine wirksame Orientierung der Körper 37 auf ihrem kurzen Fallweg ermöglicht. Durch die Anordnung der Kerne 35 auf dem ganzen Umfang der Pole 33 und 34 kann eine gleichmäßigere Verteilung des Magnetflusses in der Orientierungszone erreicht werden. Der Magnetleiter kann in einer solchen Einrichtung aus einzelnen Anbaukernen 35 zusammengesetzt werden. Mit Hilfe eines kleinen Satzes Kerne mit verschiedenen Abmessungen können verschiedene Einrichtungen für derartige Zwecke bequem zusammengebaut werden.

Die zuletzt beschriebene Einrichtung kann auch ausgebildet werden zur gleichzeitigen Orientierung von verschiedenen unsymmetrischen Körpern, die in getrennten Flüssen zugeführt werden. F i g. 8 zeigt, wie für die Orientierung von zwei Körpern 38 und 39 in der Einrichtung zwei Orientierungszonen gebildet werden, von denen jede gleichartig mit der auf Fig. 7 dargestellten Orientierungszone ist.

Außerdem kann der Magnetleiter einer solchen Einrichtung mehrstufig ausgebildet werden. Eine derartige Ausführung des Magnetleiters kommt dann in Frage, wenn man den Körper in einem einzigen Zwischenpolraum nicht endgültig orientieren kann.

In Fig. 9 ist eine Einrichtung dargestellt, in der der Magnetleiter zweistufig ausgebildet ist. Diese Einrichtung kann z. B. für die Orientierung von kreuzförmigen Körpern 40 dienen. In der ersten Stufe wird ein solcher Körper 40 zuverlässig längs des Fallwegs ausgerichtet und in der zweiten Stufe in der Orientierungszone zwischen den Polen 33' und 34' gedreht und nach dem kreuzförmigen Profil in einer bestimmten vorgegebenen Lage orientiert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Orientieren von elektrisch leitenden, vorzugsweise unmagnetischen Körpern in einem inhomogenen magnetischen Wechselfeld, durch das sie unter freier Bewegungsmöglichkeit bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktion des inhomogenen magnetischen Wechselfeldes sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des das inhomogene magnetische Wechselfeld erzeugenden Wechselstromes aas der Bedingung des vorgegebenen Verhältnisses vom induktiven zum Wirkwiderstand '5 des zu orientierenden Körpers gewählt wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elektromagnet mit einer wechselstromgespeisten Wicklung (2) und einem Magnetleiter (3) vorgesehen isi, zwischen dessen Polen (4, 5) sich die Orientierungszone befindet, wobei die Form der Pole und ihre Anordnung zueinander so ausgeführt sind, daß sich ein inhomogenes magnetisches Wechselfeld mit einer Induktion bildet, die sich zum Mittelteil der Orientierungszone hin vermindert.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol (4, 5) des Elektromagneten mindestens einen V-förmigen Ausschnitt an der Seite der Orientierungszone aufweist.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektromagneie mit wechselstromgespeisten Wickhingen (13, 14) und C-förmigen Magnetleitern (11, 12) vorgesehen sind, deren Anordnung zueinander veränderbar ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet mit einem Magnetleiter (35) versehen ist, der aus an gemeinsame übereinander angeordnete Pole (33, 34) geschlossenen C-förmigen Kernen mit wechselstromgespeiüten Wicklungen besteht, wobei der obere Pol (33) mindestens eine Öffnung zum Einführen von zu orientierenden Körpern (37, 38, 39, 40) in die Orientierungszone und der untere Pol (34) mindestens eine Öffnung zum Herausführen der orientierten Körper aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- ^Μ zeichnet, daß der aus an gemeinsame F'ole geschlossenen C-förmigen Kernen bestehenden Magnetleiter (35) mehrstufig mit Polschuhen in jeder Stufe ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (33,33', 34 und 34') der mit Öffnungen versehenen Magnetleiter (35) in der Form von mit ihren kleineren Grundflächen zueinander gewandten Pyramidenstümpfen ausgebildet sind, wobei die Form jeder zum Herausführen der zu orientierenden Körper (37,38,39,40) aus der Orientierungszone bestimmten Öffnung der Form des orientierten Körpers in Draufsicht entspricht.