DE202019005976U1

DE202019005976U1 - Magnetische Hebevorrichtung mit Polschuhen mit beabstandeten Vorsprüngen

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Publication number: DE202019005976U1
Application number: DE202019005976.8U
Authority: DE
Original assignee: Magswitch Technology Inc
Current assignee: Magswitch Technology Inc
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: EP3746261A1; JP2021512489A; EP3746261A4; EP3746261C0; EP4321468A2; US11931846B2; US20240058911A1; US20210031317A1; EP3746261B1; ES2964415T3; JP7450543B2; US11780039B2; US20230373043A1; US20220001501A1; WO2019148159A1; US11772214B2; JP2024038210A; EP4321468A3

Abstract

Magnetische Kopplungsvorrichtung (1100) zur magnetischen Kopplung an ein ferromagnetisches Werkstück (27'), umfassend:
ein Gehäuse (1102) mit einer vertikalen Achse (1106);
einen Permanentmagneten (14) mit einem Nordpol und einem Südpol, wobei der Permanentmagnet (14) entlang der vertikalen Achse (1106) zwischen einer abgesenkten Position und einer angehobenen Position beweglich ist;
einen ersten Polschuh (16', 102', 200', 300', 400'), der mit dem Gehäuse gekoppelt ist,
wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') an einer ersten Seite des Dauermagneten (14) positioniert ist;
einen zweiten Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400''), der mit dem Gehäuse (1102) gekoppelt ist, wobei der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') an einer zweiten Seite des Dauermagneten (14) positioniert ist; und
eine Aktuatorbaugruppe (1104), die operativ mit dem Permanentmagneten (14) gekoppelt ist, um die Bewegung des Permanentmagneten (14) entlang der vertikalen Achse (1106) zu erleichtern, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') jeweils einen ersten Abschnitt (168, 202, 302), der in der Nähe des Gehäuses positioniert ist, und einen unteren Abschnitt (208, 308) mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406), die durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen (46, 210, 310, 410) getrennt sind, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) gemeinsam eine Werkstückkontaktfläche (17, 170, 212, 312, 412) des jeweiligen ersten Polschuhs (16', 102', 200', 300', 400'') und zweiten Polschuhs (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf magnetische Vorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Polschuhe für schaltbare magnetische Vorrichtungen.
HINTERGRUND
Eine schaltbare magnetische Vorrichtung kann verwendet werden, um die magnetische Vorrichtung mit einem oder mehreren ferromagnetischen Körpern magnetisch zu verbinden. Eine schaltbare magnetische Vorrichtung kann einen oder mehrere Magnete umfassen, die relativ zu einem oder mehreren stationären Magneten drehbar sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen und abzuschirmen. Die schaltbare magnetische Vorrichtung kann abnehmbar an einem ferromagnetischen Körper (z. B. einem Werkstück) angebracht werden, indem die magnetische Vorrichtung zwischen einem „Ein“- und einem „Aus“-Zustand umgeschaltet wird, z. B. zum Heben von Objekten, zur Materialhandhabung, zum Halten von Materialien, zum magnetischen Verriegeln oder Koppeln von Objekten untereinander und für andere Anwendungen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Polschuhe für eine schaltbare magnetische Vorrichtung. In Ausführungsformen umfassen die Polschuhe eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die die Erzeugung flacher Magnetfelder in einem ferromagnetischen Werkstück erleichtern, das mit der magnetischen Vorrichtung bewegt werden soll, wobei das flache Magnetfeld eine ausreichende Haltekraft hat, um das gekoppelte ferromagnetische Werkstück anzuheben und das ferromagnetische Werkstück während des Transports gegen Scherkräfte zu halten. So können schaltbare magnetische Vorrichtungen einschließlich der Polschuhe zum Entstapeln dünner Materialien verwendet werden. Beispielhafte Ausführungsformen sind die Folgenden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine magnetische Vorrichtung zur magnetischen Kopplung an einen ferromagnetischen Körper: ein Gehäuse mit einer zentralen Bohrung, eine Mehrzahl von Polsektoren, die innerhalb einer Umhüllung der zentralen Bohrung angeordnet sind und eine Werkstückkontaktfläche der magnetischen Vorrichtung bilden, wobei jeder Polsektor der Mehrzahl von Polsektoren eine Mehrzahl von beabstandeten Polabschnitten umfasst, die in entsprechenden Abständen angeordnet sind, wobei eine Aussparung einer Mehrzahl von Aussparungen jeden Polabschnitt von der Mehrzahl von Polabschnitten trennt, wobei ein erster Sektor der Mehrzahl von Sektoren einen ersten Pol der magnetischen Vorrichtung bildet und ein zweiter Sektor der Mehrzahl von Sektoren einen zweiten Pol der magnetischen Vorrichtung bildet, mindestens einen ersten Permanentmagneten, der von dem Gehäuse getragen wird und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, mindestens einen zweiten Permanentmagneten, der von dem Gehäuse getragen wird und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, wobei der mindestens eine zweite Permanentmagnet relativ zu dem ersten Permanentmagneten beweglich ist, und einen Aktuator, der operativ mit dem mindestens einen zweiten Permanentmagneten gekoppelt ist, um den mindestens einen zweiten Permanentmagneten relativ zu dem mindestens einen ersten Permanentmagneten zu bewegen, wobei die magnetische Vorrichtung einen ersten Magnetkreis mit dem mindestens einen ersten Permanentmagneten und dem mindestens einen zweiten Permanentmagneten durch die Mehrzahl von Polsektoren herstellt, wenn der mindestens eine zweite Permanentmagnet durch den Aktuator in einer ersten Position relativ zu dem mindestens einen ersten Permanentmagneten positioniert wird, und einen zweiten Magnetkreis mit dem ersten Permanentmagneten und dem zweiten Permanentmagneten, wenn der zweite Permanentmagnet durch den Aktuator in einer zweiten Position relativ zu dem mindestens einen ersten Permanentmagneten positioniert wird.
In einem Beispiel davon umfasst der mindestens eine erste Permanentmagnet eine erste Platte, die von dem Gehäuse getragen wird, wobei die erste Platte eine erste Mehrzahl von beabstandeten Permanentmagnetabschnitten umfasst, die jeweils eine Nordpolseite und eine Südpolseite und eine erste Mehrzahl von Polabschnitten aufweisen, die zwischen benachbarten Permanentmagnetabschnitten der ersten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angeordnet sind, wobei die erste Platte eine gleiche Anzahl von Permanentmagnetabschnitten und Polabschnitten umfasst und die erste Mehrzahl von Permanentmagneten so angeordnet ist, dass jeder Polabschnitt der ersten Mehrzahl von Polabschnitten einer der Nordpolabschnitte ist, der an die Nordpolseite von zwei Permanentmagnetabschnitten der ersten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angrenzt, und einer der Südpolabschnitte, der an die Südpolseite von zwei Permanentmagnetabschnitten der ersten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angrenzt, ist und wobei der mindestens eine zweite Permanentmagnet eine zweite Platte umfasst, die von dem Gehäuse getragen wird, wobei die zweite Platte eine zweite Mehrzahl von beabstandeten Permanentmagnetabschnitten umfasst, die jeweils eine Nordpolseite und eine Südpolseite und eine zweite Mehrzahl von Polabschnitten aufweisen, die zwischen benachbarten Permanentmagnetabschnitten der zweiten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angeordnet sind, wobei die zweite Platte eine gleiche Anzahl von Permanentmagnetabschnitten und Polabschnitten umfasst und die zweite Mehrzahl von Permanentmagneten so angeordnet ist, dass jeder Polabschnitt der ersten Mehrzahl von Polabschnitten entweder ein Nordpolabschnitt ist, der an die Nordpolseite von zwei Permanentmagnetabschnitten der zweiten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angrenzt, oder ein Südpolabschnitt, der an die Südpolseite von zwei Permanentmagnetabschnitten der zweiten Mehrzahl von Permanentmagnetabschnitten angrenzt, wobei die zweite Platte einen Dreheingriffsabschnitt umfasst.
In einem anderen Beispiel dreht der Aktuator den mindestens einen zweiten Permanentmagneten relativ zu dem mindestens einen ersten Permanentmagneten.
In einem weiteren Beispiel handelt es sich bei dem Aktuator um einen Drehaktuator oder einen Linearaktuator.
In einem weiteren Beispiel verschiebt der Aktuator den mindestens einen zweiten Permanentmagneten linear relativ zu dem mindestens einen ersten Permanentmagneten.
In einem weiteren Beispiel ist der mindestens eine zweite Permanentmagnet in einem zweiten Gehäuse angeordnet, das in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse durch den Aktuator drehbar ist, um den mindestens einen zweiten Permanentmagneten zu drehen.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine magnetische Vorrichtung zur magnetischen Kopplung an einen ferromagnetischen Körper: ein Gehäuse mit einer zentralen Bohrung, eine Mehrzahl von Polsektoren, die innerhalb einer Umhüllung der zentralen Bohrung angeordnet sind und eine Werkstückkontaktfläche der magnetischen Vorrichtung bilden, wobei jeder der Mehrzahl von Polsektoren eine Mehrzahl von beabstandeten Polabschnitten umfasst, die in entsprechenden Abständen angeordnet sind, wobei eine Aussparung einer Mehrzahl von Aussparungen jeden Polabschnitt der Mehrzahl von Polabschnitten trennt, wobei ein erster Sektor der Mehrzahl von Sektoren einen ersten Pol der magnetischen Vorrichtung bildet und ein zweiter Sektor der Mehrzahl von Sektoren einen zweiten Pol der magnetischen Vorrichtung bildet, mindestens einen ersten Permanentmagneten, der von dem Gehäuse getragen wird und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, und einen Aktuator, der operativ mit dem mindestens einen ersten Permanentmagneten gekoppelt ist, um den mindestens einen ersten Permanentmagneten relativ zu einer Basis des Gehäuses zu bewegen, wobei die magnetische Vorrichtung einen ersten Magnetkreis durch die Mehrzahl von Polsektoren herstellt, wenn der mindestens eine erste Permanentmagnet durch den Aktuator in einer ersten Position relativ zu der Basis des Gehäuses positioniert wird, und einen zweiten Magnetkreis im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses, wenn der mindestens eine erste Permanentmagnet durch den Aktuator in einer zweiten Position relativ zu der Basis des Gehäuses positioniert wird.
In einem Beispiel davon verläuft der erste Magnetkreis durch den ersten Sektor und den zweiten Sektor, um den ferromagnetischen Körper mit der magnetischen Vorrichtung zu koppeln, und der zweite Magnetkreis ist im Wesentlichen in mindestens einem Abschnitt des Gehäuses eingeschlossen.
In einem anderen Beispiel ist jede Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen so bemessen, dass der ferromagnetische Körper daran gehindert wird, in die jeweilige Aussparung einzudringen.
In einem weiteren Beispiel weist jede Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen ein entsprechendes Profil auf, das sich zwischen den benachbarten Polabschnitten erstreckt, wobei das entsprechende Profil eine kontinuierliche Neigung aufweist.
In einem weiteren Beispiel hat mindestens eine Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen eine Tiefe, die im Wesentlichen der Dicke des mit der magnetischen Vorrichtung zu koppelnden ferromagnetischen Körpers entspricht.
In einem weiteren Beispiel hat jede der Aussparungen eine Tiefe, die im Wesentlichen der Dicke des mit der magnetischen Vorrichtung zu koppelnden ferromagnetischen Körpers entspricht.
In einem weiteren Beispiel hat mindestens eine der Aussparungen eine Breite, die im Wesentlichen der Dicke des mit der magnetischen Vorrichtung zu koppelnden ferromagnetischen Körpers entspricht.
In einem weiteren Beispiel hat jede der Aussparungen eine Breite, die im Wesentlichen der Dicke des mit der magnetischen Vorrichtung zu koppelnden ferromagnetischen Körpers entspricht.
In einem weiteren Beispiel hat mindestens eine der Aussparungen eine Breite, die im Wesentlichen der Tiefe der mindestens einen Aussparung entspricht.
In einem weiteren Beispiel ist jeder Polsektor der Mehrzahl von Polsektoren ein einzelner einheitlicher Polsektor.
In einem weiteren Beispiel erstreckt sich jeder Polsektor der Mehrzahl von Polsektoren unterhalb des Gehäuses, so dass das Gehäuse von dem ferromagnetischen Körper beabstandet ist, wenn die Werkstückkontaktflächen des ersten Sektors und des zweiten Sektors den ferromagnetischen Körper berühren.
In einem weiteren Beispiel umfasst die magnetische Vorrichtung ferner ein komprimierbares Element, das zwischen jedem Polabschnitt der Mehrzahl von Polabschnitten angeordnet ist.
In einem weiteren Beispiel bildet die Werkstückkontaktfläche eine nichtlineare Werkstückkontaktfläche.
In einem weiteren Beispiel bildet die Werkstückkontaktfläche eine lineare Werkstückkontaktfläche.
In einem weiteren Beispiel ist der Aktuator ein hydraulischer Aktuator, ein pneumatischer Aktuator oder ein elektrischer Aktuator.
In einem weiteren Beispiel trägt jeder Polsektor der Mehrzahl von Polsektoren eine komprimierbare Komponente, die so positioniert ist, dass sie mit dem ferromagnetischen Körper in Kontakt steht, wenn der ferromagnetische Körper mit der magnetischen Vorrichtung gekoppelt ist.
In einem weiteren Beispiel wird die magnetische Kopplungsvorrichtung von mindestens einer Vorrichtung getragen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem mechanischen Portal, einem Kranzug, einer stationären Halterung und Roboterhalterung besteht.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Befestigen einer magnetischen Vorrichtung an einem ferromagnetischen Körper vorgesehen, wobei die magnetische Vorrichtung so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Magnetkreis und einen zweiten Magnetkreis bildet, und wobei die magnetische Vorrichtung ein Gehäuse mit einer zentralen Bohrung, mindestens einen ersten Permanentmagneten, der von dem Gehäuse getragen wird und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, und mindestens einen zweiten Permanentmagneten, der von dem Gehäuse getragen wird und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, wobei der mindestens eine zweite Permanentmagnet relativ zu dem ersten Permanentmagneten beweglich ist, und eine Mehrzahl von Polsektoren umfasst, die innerhalb einer Umhüllung der zentralen Bohrung angeordnet sind und eine Werkstückkontaktfläche der magnetischen Vorrichtung bilden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Kontaktieren des ferromagnetischen Körpers mit einem ersten Sektor der Mehrzahl von Polsektoren, wobei der erste Sektor eine Mehrzahl von beabstandeten Polabschnitten aufweist, die in entsprechenden Abständen angeordnet sind und gemeinsam die Kontaktfläche des ersten Sektors bilden, Kontaktieren des ferromagnetischen Körpers mit einem zweiten Sektor der Mehrzahl von Sektoren, wobei der zweite Sektor eine Mehrzahl von beabstandeten Polabschnitten aufweist, die gemeinsam die Kontaktfläche des zweiten Sektors bilden, und
Übergang der magnetischen Vorrichtung von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand.
In einem Beispiel davon verläuft der erste Magnetkreis im Wesentlichen durch den ersten Sektor und den zweiten Sektor, um den ferromagnetischen Körper mit der magnetischen Vorrichtung zu koppeln, und der zweite Magnetkreis ist im Wesentlichen in mindestens einem Abschnitt des Gehäuses eingeschlossen.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine magnetische Kopplungsvorrichtung zur magnetischen Kopplung an ein ferromagnetisches Werkstück: ein Gehäuse mit einer vertikalen Achse, die sich zwischen einem oberen Abschnitt des Gehäuses und einem unteren Abschnitt des Gehäuses erstreckt, ein oder mehrere ferromagnetische Teile, die an oder in der Nähe eines oberen Abschnitts des Gehäuses angeordnet sind, eine Polplatte, die von dem Gehäuse getragen wird, wobei die Polplatte eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, die gemeinsam eine Werkstückkontaktfläche für das ferromagnetische Werkstück bilden, eine Magnetplatte, die von dem Gehäuse getragen wird, wobei die Magnetplatte mehr als einen Permanentmagnetabschnitt und eine Mehrzahl von Polabschnitten umfasst, wobei jeder Permanentmagnetabschnitt des einen oder der mehreren Permanentmagnetabschnitte benachbart zu zwei Polabschnitten der Mehrzahl von Polabschnitten angeordnet ist, so dass die Polabschnitte der Mehrzahl von Polabschnitten eines sind von: einem Nordpolabschnitt, der benachbart zu einer Nordpolseite von mindestens einem Permanentmagnetabschnitt des einen oder der mehreren Permanentmagnetabschnitte ist, und einem Südpolabschnitt, der benachbart zu einer Südpolseite von mindestens einem Permanentmagnetabschnitt des einen oder der mehreren Permanentmagnetabschnitte ist und wobei die Magnetplatte innerhalb des Gehäuses entlang der vertikalen Achse linear in mindestens jeweils einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand verschiebbar ist, die Magnetplatte benachbart zu dem einen oder den mehreren ferromagnetischen Teilen angeordnet ist, so dass die magnetische Kopplungsvorrichtung einen ersten Magnetkreis durch das eine oder die mehreren ferromagnetischen Teile aufbaut und ein erstes Magnetfeld an der Werkstückkontaktfläche der magnetischen Kopplungsvorrichtung bereitstellt, wenn sich die Magnetplatte in dem ersten Zustand befindet, und die Magnetplatte beabstandet von dem einen oder den mehreren ferromagnetischen Teilen angeordnet ist, so dass die magnetische Kopplungsvorrichtung ein zweites Magnetfeld an der Werkstückkontaktfläche bereitstellt, wenn sich die Magnetplatte in dem zweiten Zustand befindet, wobei das zweite Magnetfeld eine Magnetfeldstärke ungleich Null hat.
Weitere Aspekte und optionale und/oder bevorzugte Ausführungsformen werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A zeigt eine schematische Vorderansicht einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung in einem ausgeschalteten Zustand.
1B zeigt eine schematische Vorderansicht der in 1A dargestellten beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung in eingeschaltetem Zustand.
1C zeigt eine schematische Seitenansicht der in 1A und 1 B dargestellten schaltbaren magnetischen Vorrichtung.
2A zeigt eine schematische Seitenansicht einer anderen beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung.
2B zeigt eine schematische Draufsicht auf den in 2A dargestellten schaltbaren Magneten.
3 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer beispielhaften schaltbaren magnetische Vorrichtung mit Polschuhen.
4 zeigt eine isometrische Ansicht der in 3 dargestellten schaltbaren magnetischen Vorrichtung im zusammengebauten Zustand.
5A zeigt eine Frontalschnittansicht der in 3 und 4 dargestellten schaltbaren magnetischen Vorrichtung und des Magnetkreises, der entsteht, wenn sich die Vorrichtung in einem „ausgeschalteten“ Zustand befindet.
5B zeigt eine Frontalschnittansicht der in 3 und 4 dargestellten schaltbaren magnetischen Vorrichtung und des Magnetkreises, der entsteht, wenn sich die Vorrichtung in einem „eingeschalteten“ Zustand befindet.
6 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Polschuhs.
7A zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts eines anderen beispielhaften Polschuhs und 7B zeigt eine Detailansicht eines Abschnitts des in 7A dargestellten beispielhaften Polschuhs.
8 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts eines anderen beispielhaften Polschuhs.
9A-9B zeigt eine weitere beispielhafte Polplatte.
1 0A-1 0B zeigt eine weitere beispielhafte Polplatte.
11A zeigt eine Vorderansicht einer anderen beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung.
11 B zeigt eine Seitenansicht der in 11 A dargestellten schaltbaren magnetischen Vorrichtung.
12 zeigt eine Verarbeitungssequenz eines Verwendungsverfahrens für eine beispielhafte schaltbare magnetischen Vorrichtung mit Polschuhen.
13 zeigt ein Robotersystem mit einer schaltbaren magnetischen Vorrichtung.
14 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften magnetischen Kopplungsvorrichtung mit einer oberen Anordnung und einer unteren Anordnung, die jeweils eine Mehrzahl von Permanentmagneten und Polabschnitten enthalten, die in einer linearen Anordnung angeordnet sind, wobei sich die magnetische Kopplungsvorrichtung in einem eingeschalteten Zustand befindet.
15 zeigt die Magnetkopplungsvorrichtung von 14 in einem ausgeschalteten Zustand.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht der beiden Instanzen einer beispielhaften Platte mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten und Polabschnitten,
17 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der Platte von 16,
18 zeigt eine zusammengesetzte Draufsicht auf die Platte von 16,
19 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer anderen beispielhaften magnetischen Kopplungsvorrichtung mit Polschuhen,
20 zeigt eine perspektivische, zusammengesetzte Ansicht der magnetische Kopplungsvorrichtung von 19,
21 zeigt eine zusammengesetzte Ansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung von 19 von unten,
22 zeigt eine Querschnittsansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung von 19,
23 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen magnetischen Kopplungsvorrichtung mit Polabschnitten in einem beispielhaften eingeschalteten Zustand, die mit einem ferromagnetischen Werkstück gekoppelt sind,
24 zeigt eine Querschnittsansicht der in 23 dargestellten magnetischen Kopplungsvorrichtung in einem beispielhaften ausgeschalteten Zustand, der über einem Stapel mehrerer ferromagnetischer Werkstücke angeordnet ist,
25 zeigt eine Ansicht von unten auf die magnetische Kopplungsvorrichtung von 23,
26 zeigt eine Querschnittsansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung von 23 mit Polschuhen in einem beispielhaften eingeschalteten Zustand, die an ein ferromagnetisches Werkstück gekoppelt sind, und
27 zeigt eine Querschnittsansicht der in 26 dargestellten magnetischen Kopplungsvorrichtung in einem beispielhaften ausgeschalteten Zustand, die über einem Stapel mehrerer ferromagnetischer Werkstücke angeordnet ist.
28A zeigt eine Seitenschnittansicht einer anderen beispielhaften magnetischen Kopplungsvorrichtung in einem beispielhaften ersten, ausgeschalteten Zustand, die auf einem Stapel ferromagnetischer Werkstücke angeordnet ist.
28B zeigt eine Frontalschnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung von 28A.
29 zeigt eine Frontalschnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in einem zweiten, eingeschalteten Zustand.
30 zeigt eine Frontalschnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in einem dritten, eingeschalteten Zustand.
31 zeigt eine Explosionsdarstellung der magnetischen Kopplungsvorrichtung der 28A-28B.
Die 32A-32B zeigen einen oberen Schnitt durch die magnetische Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in verschiedenen Positionen auf einem ferromagnetischen Werkstück.
33 zeigt eine Verarbeitungssequenz eines Verfahrens zur Verwendung einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung mit Polabschnitten.

Während der offengelegte Gegenstand für verschiedene Modifikationen und alternative Formen geeignet ist, sind spezifische Ausführungsformen beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden ausführlich beschrieben. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Offenbarung auf die beschriebenen besonderen Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, die Offenbarung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich der Offenbarung fallen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf schaltbare magnetische Vorrichtungen. Beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtungen sind in US-Patent Nr. 7,012,495 mit dem Titel SWITCHABLE PERMANENT MAGNETIC DEVICE, US-Patent Nr. 7,161,451 mit dem Titel MODULAR PERMANENT MAGNET CHUCK, US-Patent Nr. 8,878,639 mit dem Titel MAGNET ARRAYS, US Provisional Patent Application No. 62/248,804 , eingereicht am 30. Oktober 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A ROTARY ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0007-01-US-E, und U.S. Provisional Patent Application No. 62/252,435 , eingereicht am 07. November 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A LINEAR ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0006-01-US-E, beschrieben, deren gesamte Offenbarungen hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Die hier dargestellten Beispiele stellen beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtungen mit einem ersten Permanentmagneten und einem zweiten Permanentmagneten dar, der relativ zum ersten Permanentmagneten beweglich ist, ähnlich den beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtungen des '495-Patents, das hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Permanentmagnete können jeweils zylindrische, einheitliche zweipolige Körper aus einem einzigen Typ von Seltenerdmagnetmaterial sein, wie z. B. NdFeB oder SmCo. Es können weitere Arten von schaltbaren magnetischen Vorrichtungen eingesetzt werden. Jede Art von schaltbarer magnetischer Vorrichtung umfasst mindestens einen ersten Permanentmagneten, der relativ zu einem zweiten Permanentmagneten beweglich ist. Ferner können beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtungen eine erste Mehrzahl von Permanentmagneten umfassen, die relativ zu einer zweiten Mehrzahl von Permanentmagneten beweglich sind. Zusätzlich können beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtungen mindestens einen ersten Permanentmagneten umfassen, der in einem ersten Gehäuse angeordnet ist, das als Polverlängerung des mindestens einen ersten Permanentmagneten wirkt, wobei das erste Gehäuse relativ zu einem zweiten Gehäuse mit mindestens einem zweiten Permanentmagneten beweglich ist, der in dem zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse als Polverlängerung des mindestens einen zweiten Permanentmagneten wirkt.
Ferner können beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtungen eine erste Mehrzahl von Permanentmagneten umfassen, die relativ zu einer zweiten Mehrzahl von Permanentmagneten beweglich sind. Zwei Beispiele sind in den 15-18 dargestellt. Beispielhafte Systeme sind in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/248,804 , eingereicht am 30. Oktober 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A ROTARY ACTUATION SYSTEM, unter der Nummer MTI-0007-01-US-E, und in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/252,435 , eingereicht am 07. November 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A LINEAR ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0006-01-US-E, und US-Patent Nr. 7,161,451 , beschrieben, deren gesamte Offenbarungen hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen werden.
In den 1A-1C ist eine beispielhafte schaltbare magnetische Vorrichtung 10 dargestellt. Die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 umfasst einen oberen Permanentmagneten 12 und einen unteren Permanentmagneten 14, die in einem Gehäuse 28 übereinander angeordnet sind. Der Permanentmagnet 12 umfasst einen Südpolabschnitt (S-Polabschnitt) 18 und einen Nordpolabschnitt (N-Polabschnitt) 20. In ähnlicher Weise umfasst der Permanentmagnet 14 einen N-Polabschnitt 22 und einen S-Polabschnitt 24. Das Gehäuse 28 kann aus mehreren Komponenten bestehen, die zusammen ein Gehäuse bilden. Darüber hinaus kann das Gehäuse 28 Einrichtungen aufweisen, die den Permanentmagneten 12 von dem Permanentmagneten 14 beabstandet halten, oder Abstandshalter enthalten, wie z. B. den Abstandshalter 13 in der dargestellten Ausführungsform, der den Permanentmagneten 12 relativ zu dem Permanentmagneten 14 beabstandet hält. Der Abstandshalter 13 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, um den Permanentmagneten 12 von dem Permanentmagneten 14 zu isolieren.
Die Polschuhe 16', 16" sind mit dem Gehäuse 28 gekoppelt. Die Polschuhe 16', 16" sind aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und sind über Teile des Gehäuses 28 magnetisch mit den Magneten 12, 14 gekoppelt. Ein unterer Abschnitt jedes Polschuhs 16', 16" umfasst eine Werkstückkontaktfläche 17', 17", die mit einem Werkstück 27 in Kontakt gebracht werden kann, z. B. einer oberen Platte 27' aus ferromagnetischem Material eines Stapels von Platten 27', 27" und 27" aus dem ferromagnetischen Material. Die Werkstückkontaktflächen 17', 17" der Polschuhe 16', 16" arbeiten mit den Magneten 12, 14 über die Polschuhe 16', 16" und das Gehäuse 28 zusammen, um erste und zweite Pole der Magnete 12, 14 zu bilden. In einem Beispiel bildet ein einzelner einheitlicher Polschuh jeden der Polschuhe 16', 16". In einem anderen Beispiel bildet eine Mehrzahl von Polschuhen jeden der einheitlichen Polschuhe 16', 16".
In einigen Ausführungsformen ist der Permanentmagnet 14 relativ zum Gehäuse 28 fixiert und der Permanentmagnet 12 ist innerhalb des Gehäuses 28 relativ zum Permanentmagnet 14 beweglich, um die Ausrichtung der Magnetabschnitte 18, 20 des Permanentmagneten 12 relativ zu den Magnetabschnitten 22, 24 des Permanentmagneten 14 zu verändern. In der dargestellten Ausführungsform ist der Permanentmagnet 12 relativ zum Permanentmagneten 14 drehbar.
Die schaltbare magnetische Vorrichtung 10, die auf der Konfiguration der Permanentmagneten 12, 14 basiert, baut zwei verschiedene Magnetkreise auf. Insbesondere baut die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 einen ersten Magnetkreis auf, der als Ein-Zustand der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 bezeichnet wird, wenn der Permanentmagnet 12 so gedreht wird, dass der S-Polabschnitt 18 des Permanentmagneten 12 an den S-Polabschnitt 24 des Permanentmagneten 14 angrenzt und der N-Polabschnitt 20 des Permanentmagneten 12 an den N-Polabschnitt 22 des Permanentmagneten 14 angrenzt (dargestellt in 1B). Im eingeschalteten Zustand werden ein oder mehrere Werkstücke 27, die aus einem ferromagnetischen Material, wie Eisen oder Stahl, hergestellt sind, von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 aufgrund einer Schließung des Magnetkreises von den ausgerichteten N-Polabschnitten 20, 22 des oberen bzw. unteren Magneten 12, 14, durch das Gehäuse 28 und den Polschuh 16', durch eine oder mehrere Werkstückplatten 27, durch den Polschuh 16" und das Gehäuse 28 und zu den ausgerichteten S-Polabschnitten 18, 24 des oberen bzw. unteren Magneten 12, 14 gehalten. Die Werkstückkontaktfläche 17' des Polschuhs 16' fungiert als Nordpol der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10. Die Werkstückkontaktfläche 17" des Polschuhs 16" fungiert als Südpol der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10.
Wie hier näher erläutert, führen die Größe und Form der Polschuhe 16', 16" dazu, dass der erste Magnetkreis im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist und eine ausreichende Haltekraft aufweist, um die Werkstückplatte 27' in Richtung 33 relativ zu den übrigen Werkstückplatten 27 vertikal anzuheben. Auf diese Weise kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 dazu dienen, die Werkstückplatten 27 zu entstapeln. Natürlich kann in einigen Ausführungsformen ein Teil des magnetischen Flusses, der von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 an die Werkstückplatten 27 geleitet wird, in die untere Platte 27" der Werkstückplatten 27 eindringen, aber nicht in einem Ausmaß, das dazu führt, dass die untere Platte 27" von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 zusammen mit der Werkstückplatte 27' angehoben wird. Wenn der erste Magnetkreis im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist, bedeutet dies, dass die Menge des magnetischen Flusses von der schaltbaren magnetischen Hebevorrichtung 10, die in die untere Platte 27" eindringt, unter einem Niveau liegt, das dazu führen würde, dass die untere Platte 27" von der schaltbaren magnetischen Hebevorrichtung 10 zusammen mit der Werkstückplatte 27' vertikal in Richtung 33 angehoben wird.
Die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 stellt einen zweiten Magnetkreis her, der als Aus-Zustand der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 bezeichnet wird, wenn der Permanentmagnet 12 so gedreht wird, dass der S-Polabschnitt 18 des Permanentmagneten 12 an den N-Polabschnitt 22 des Permanentmagneten 14 angrenzt und der N-Polabschnitt 20 des Permanentmagneten 12 an den S-Polabschnitt 24 des Permanentmagneten 14 angrenzt (dargestellt in 1A). Im Aus-Zustand werden ein oder mehrere Werkstücke 27, die aus einem ferromagnetischen Material, wie Eisen oder Stahl, hergestellt sind, nicht von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 aufgrund eines geschlossenen Magnetkreises zwischen der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 und den Werkstückteilen 27 gehalten, weil der ausgerichtete S-Polabschnitt 18 des Magneten 12 und der N-Polabschnitt 22 des Magneten 14 und der ausgerichtete N-Polabschnitt 20 des Magneten 12 und der S-Polabschnitt 24 des Magneten 14. Mit anderen Worten, die Ausrichtung der Magnete 12, 14 führt zu einem abgeschirmten Magnetkreis im Wesentlichen innerhalb der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10, wodurch das externe Magnetfeld zusammenbricht. In einem Beispiel werden mindestens 96 % des von den Magneten 12, 14 erzeugten magnetischen Flusses in der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 zurückgehalten, wenn sich die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 im ausgeschalteten Zustand befindet. In einem anderen Beispiel werden mindestens 99 % des von den Magneten 12, 14 erzeugten Magnetflusses an den Werkstückkontaktflächen 17', 17" zurückgehalten.
Zurück zu 1A: Die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 umfasst einen Eingriffsabschnitt 30 und einen Aktuator 32. Der Eingriffsabschnitt 30 koppelt den Aktuator 32 mit dem Permanentmagneten 12, so dass der Aktuator 32 den Permanentmagneten 12 relativ zum Permanentmagneten 14 neu ausrichten kann. Beispielhafte Eingriffsabschnitte 30 umfassen eine oder mehrere Aussparungen im Permanentmagneten 12 und/oder einem Gehäuse, das den Permanentmagneten 12 trägt, einen oder mehrere Vorsprünge, die sich vom Permanentmagneten 12 und/oder einem Gehäuse, das den Permanentmagneten 12 trägt, erstrecken, und/oder ein oder mehrere Gestänge oder Zahnradsysteme, die mit dem Permanentmagneten 12 und/oder einem Gehäuse, das den Permanentmagneten 12 trägt, gekoppelt sind. Zu den beispielhaften Aktuatoren gehören Drehaktuatoren und Linearaktuatoren, von denen jeder durch den Eingriffsabschnitt 30 dem Permanentmagneten 12 eine Drehung verleihen kann.
Beispielhafte Eingriffsabschnitte und Aktuatoren sind offenbart in US-Patent Nr. 7,012,495 mit dem Titel SWITCHABLE PERMANENT MAGNETIC DEVICE, US-Patent Nr. 7,161,451 mit dem Titel MODULAR PERMANENT MAGNET CHUCK, US-Patent Nr. 8,878,639 mit dem Titel MAGNET ARRAYS, US Provisional Patent Application No. 62/248,804 , eingereicht am 30. Oktober 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A ROTARY ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0007-01-US-E, und U.S. Provisional Patent Application No. 62/252,435 , eingereicht am 07. November 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A LINEAR ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0006-01-US-E, deren gesamte Offenbarungen hier ausdrücklich durch Bezugnahme einbezogen werden.
In Ausführungsformen ist der Aktuator 32 mit einem elektronischen, pneumatischen oder hydraulischen Steuergerät 34 gekoppelt, das den Betrieb des Aktuators 32 und damit die Ausrichtung des Permanentmagneten 12 relativ zum Permanentmagneten 14 durch den Eingriffsabschnitt 30 steuert. Wie in 1A dargestellt, umfasst das Steuergerät 34 einen Prozessor 36 mit einem zugehörigen computerlesbaren Medium, z. B. einem Speicher 38. Der Speicher 38 enthält eine Magnetkoppler-Zustandslogik 40, die, wenn sie vom Prozessor 36 ausgeführt wird, das elektronische Steuergerät 34 veranlasst, den Drehaktuator 32 anzuweisen, den Permanentmagneten 12 zu bewegen, so dass die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 entweder in den Ein-Zustand oder in den Aus-Zustand versetzt wird. Der hier verwendete Begriff „Logik“ umfasst Software und/oder Firmware, die auf einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, feldprogrammierbaren Gate-Arrays, digitalen Signalprozessoren, festverdrahteter Logik oder Kombinationen davon ausgeführt werden. Daher kann in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen verschiedene Logik in jeder geeigneten Weise implementiert werden und würde in Übereinstimmung mit den hier offengelegten Ausführungsformen bleiben. Ein nicht-transitorisches, maschinenlesbares Medium, das Logik enthält, kann zusätzlich als in jeder greifbaren Form eines computerlesbaren Trägers verkörpert angesehen werden, wie z. B. Festkörperspeicher, Magnetplatten und optische Platten, die einen geeigneten Satz von Computerbefehlen und Datenstrukturen enthalten, die einen Prozessor veranlassen würden, die hier beschriebenen Techniken auszuführen. Diese Offenbarung zieht andere Ausführungsformen in Betracht, bei denen die Zustandslogik des Magnetkopplers nicht mikroprozessorgesteuert ist, sondern so konfiguriert ist, dass sie den Betrieb der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 auf der Grundlage eines oder mehrerer Sätze von festverdrahteten Anweisungen und/oder Softwareanweisungen steuert, die im Speicher 38 gespeichert sind. Ferner kann das Steuergerät 34 in einem einzigen Gerät enthalten sein oder aus einer Mehrzahl von Geräten bestehen, die miteinander vernetzt sind, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen ändert das elektronische Steuergerät 34 den Zustand der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 als Reaktion auf ein von einer Eingabevorrichtung 42 empfangenes Eingangssignal. Zu den beispielhaften Eingabegeräten gehören Schalter, Knöpfe, Berührungsbildschirme, Mikrofone, Detektoren, Steuerungen und andere Geräte, mit denen ein Bediener einen taktilen, akustischen oder visuellen Eingabebefehl geben kann. In einer Ausführungsform ist beispielsweise die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 an ein Armende eines Roboterarms gekoppelt und die Eingabevorrichtung 42 ist eine Netzwerkschnittstelle, über die das Steuergerät 34 Anweisungen von einer Robotersteuerung empfängt, wann die schaltbare magnetische Vorrichtung in einen Ein- oder Aus-Zustand versetzt werden soll. Zu den beispielhaften Netzwerkschnittstellen gehören eine kabelgebundene Netzwerkverbindung und eine Antenne für eine drahtlose Netzwerkverbindung. Während sich die oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine elektronische, pneumatische oder hydraulische Betätigung beziehen, kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 in alternativen Ausführungsformen auch manuell betätigt werden. Zu den beispielhaften manuellen Betätigungselementen gehören Griffe, Knöpfe und andere Vorrichtungen, die von einem menschlichen Bediener betätigt werden können.
Wie in 1C dargestellt, umfassen die Polschuhe 16', 16" (der abgebildete Polschuh 16") eine Mehrzahl von Vorsprüngen 44 und Aussparungen 46, die die Vorsprünge 44 trennen. In Ausführungsformen können die Polschuhe 16', 16" eine beliebige Anzahl von Aussparungen 46 und eine beliebige Anzahl von Vorsprüngen 44 aufweisen, die auf jeder Seite der Aussparungen 46 angeordnet sind. Die Mehrzahl der Aussparungen 46 ist so bemessen, dass die Werkstücke 27 daran gehindert werden, in die jeweiligen Aussparungen 46 einzudringen. Somit wird durch die Vorsprünge 44 gemeinsam eine Kontaktfläche 17 für ein Werkstück 27 gebildet. In einem Beispiel hat jeder der Polschuhe 16', 16" eine erste Anzahl von Vorsprüngen 44 und eine zweite Anzahl von Aussparungen 46, die zwischen der ersten Anzahl von Vorsprüngen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl mindestens zwei beträgt. In einer Variante davon ist die zweite Anzahl mindestens drei. In einer weiteren Variante ist die zweite Anzahl mindestens fünf.
Infolge der Vorsprünge 44 und Aussparungen 46 erzeugt die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 ein externes Magnetfeld 50 (dargestellt in 1 B), das näher an der Kontaktfläche 17 konzentriert ist als ein externes Magnetfeld, das von der gleichen magnetischen Vorrichtung 10 erzeugt würde, wenn die Polschuhe 16', 16" nicht die Vorsprünge 44 und Aussparungen 46 enthalten würden. Genauer gesagt, wie in 1B dargestellt, geht das externe Magnetfeld 50 im Wesentlichen durch das erste Werkstück 27', während im Wesentlichen nichts von dem Magnetfeld 50 durch das zweite Werkstück 27'' und/oder das dritte Werkstück 27''' geht. Während das Magnetfeld 50 zeigt, dass im Wesentlichen kein Magnetfeld 50 durch das zweite Werkstück 27'' hindurchgeht, kann ein Teil des Magnetfeldes 50 in das zweite Werkstück 27'' eindringen. Umgekehrt, wenn die Polschuhe 16', 16'' nicht die Vorsprünge 44 und Aussparungen 46 aufweisen würden, würde das äußere Magnetfeld 50 wahrscheinlich tiefer in den Stapel von Werkstückbleche 27 in die zweite Werkstückplatte 27'' und/oder die dritte Werkstückplatte 27''' eindringen. Dies würde die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die obere Werkstückplatte 27' von der zweiten Werkstückplatte 27'' entstapelt werden könnte.

Die Tabellen 1 und 2 veranschaulichen die durchschnittliche Losbrechkraft von schaltbaren magnetischen Vorrichtungen an Werkstücken mit unterschiedlichen Dicken. Insbesondere zeigt Tabelle 1 schaltbare magnetische Vorrichtungen mit einem ersten Magnettyp, wobei eine erste schaltbare magnetische Vorrichtung der schaltbaren magnetischen Vorrichtungen mit einem ersten Magnettyp Polschuhe hat, die keine Vorsprünge 44 haben, und eine zweite schaltbare magnetische Vorrichtung 10 der schaltbaren magnetischen Vorrichtungen mit einem ersten Magnettyp Polschuhe 16', 16'' hat, die Vorsprünge 44 haben. Tabelle 2 veranschaulicht schaltbare magnetische Vorrichtungen mit einem zweiten Magnettyp, wobei eine erste schaltbare magnetische Vorrichtung der schaltbaren magnetischen Vorrichtungen mit einem zweiten Magnettyp Polschuhe aufweist, die keine Vorsprünge 44 haben, und eine zweite schaltbare magnetische Vorrichtung 10 der schaltbaren magnetischen Vorrichtungen mit einem zweiten Magnettyp Polschuhe 16', 16'' aufweist, die Vorsprünge 44 haben

Tabelle 1 - Durchschnittliche Losbrechkraft von magnetischen Vorrichtungen an Werkstücken unterschiedlicher Dicke, wobei die magnetischen Vorrichtungen einen ersten Magnettyp aufweisen
Dicke des Werkstücks (mm)	Magnetische Vorrichtung mit Polschuhen ohne Vorsprünge (Kg)	Magnetische Vorrichtung mit Polschuhen mit Vorsprüngen (Kg)
0,5	9,37	11,47
1,0	26,30	27,80
2,0	47,80	40,87
3,0	62,73	44,77
4,0	63,87	45,57
5,0	64,77	46,73
6,0	65,73	47,63
10,0	66,23	48,47

Tabelle 1 - Durchschnittliche Losbrechkraft für magnetische Vorrichtungen an Werkstücken mit unterschiedlichen Dicken, wobei die magnetischen Vorrichtungen einen zweiten Magnettyp aufweisen
Dicke des Werkstücks (mm)	Magnetische Vorrichtung mit Polschuhen ohne Vorsprünge (Kg)	Magnetische Vorrichtung mit Polschuhen mit Vorsprüngen (Kg)
0,5	7,87	9,33
1,0	22,67	24,50
2,0	43,63	37,10
3,0	56,83	40,77
4,0	57,37	41,37
5,0	57,97	41,77
6,0	58,40	42,13
10,0	58,77	42,40

Wie aus den Daten hervorgeht, hat die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit Polschuhen 16', 16'' mit Vorsprüngen 44 eine höhere durchschnittliche Losbrechkraft bei dünneren Werkstücken als die schaltbare magnetische Vorrichtung mit Polschuhen ohne Vorsprünge. Darüber hinaus weist die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit Polschuhen 16', 16'' mit Vorsprüngen 44 mit zunehmender Dicke des Werkstücks eine geringere durchschnittliche Losbrechkraft auf.
Da das Magnetfeld 50 in der Nähe der Kontaktfläche 17 der Polschuhe 16', 16'' konzentriert ist, bietet eine schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit den Polschuhen 16', 16'' mit Vorsprüngen 44 und Aussparungen 46 bessere Entstapelungsfähigkeiten als die gleiche schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit Polschuhen ohne die Vorsprünge und Aussparungen. Beispielsweise kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit den Polschuhen 16', 16'' mit den Vorsprüngen 44 und Aussparungen 46 besser in der Lage sein, dünnes Blech (z. B. 0,5 mm Blech, 1 mm Blech, 2 mm Blech und/oder ähnliches) zu entstapeln als die gleiche schaltbare magnetische Vorrichtung 10 mit Polschuhen ohne die Vorsprünge 44 und Aussparungen 46.
Darüber hinaus können die Abmessungen der Vorsprünge 44 und Aussparungen 46 so gestaltet werden, dass sie unterschiedliche Magnetfeldstärken in der Nähe der Kontaktfläche 44 erzeugen. Das heißt, eine zusätzliche Konzentration des Magnetfelds 50 in der Nähe der Kontaktfläche 17 der Polschuhe 16', 16'' kann durch eine Verlängerung der Polschuhe 16', 16'' relativ zum Gehäuse 28 und damit relativ zu den Magneten 12, 14 erreicht werden. In Ausführungsformen können die oberen und unteren Magnete 12, 14 und das Gehäuse 28, das als Polverlängerungsstück für die Magnete 12, 14 dient, eine äußere Umhüllung aufweisen, die durch eine Höhe 52 (siehe 1B) des Gehäuses 28, eine Breite 54 (siehe 1B) des Gehäuses 28, die sich auf jeder Seite einer Mittellinie 55 der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 erstreckt, und eine Länge 58 (siehe 1C) des Gehäuses 28 definiert ist. Wie in 1B gezeigt, ist der Polschuh 16' auf einer Seite der Mittellinie 55 der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 angeordnet und der Polschuh 16'' ist auf einer gegenüberliegenden Seite der Mittellinie 55 der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 angeordnet. In einem Beispiel erstrecken sich die Polschuhe 16', 16'' über die Höhe 52, die Breite 54 und/oder die Länge 58 der Umhüllung des Gehäuses 28 hinaus. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Polschuhe 16', 16'' über die Höhe 52 (niedriger als das Gehäuse 28, siehe 1 B), die Breite 54 (außerhalb des Gehäuses 28 positioniert, siehe 1 B) und die Länge 58 (sowohl vor als auch hinter dem Gehäuse 28, siehe 1C) der Umhüllung des Gehäuses 28.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand 60 (dargestellt in 1A) zwischen dem Boden des Gehäuses 28 und der Kontaktfläche 17 der Polschuhe 16', 16'' und/oder die Länge 62 der Polschuhe 16', 16'' (dargestellt in 1C) variiert werden, um unterschiedliche Magnetfeldstärken in der Nähe der Kontaktfläche 17 zu erzeugen, wie nachstehend in Bezug auf die 11A, 11 B erläutert.
Während die in Bezug auf die 1A-1C offenbarten Ausführungsformen einen oberen Magneten 12 und einen unteren Magneten 14 umfassen, kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 in alternativen Ausführungsformen mehr als einen oberen Magneten 12 und mehr als einen unteren Magneten 14 umfassen. Ein solches Beispiel ist in 2A und 2B dargestellt.
2A ist eine schematische Seitenansicht einer anderen beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10' und 2B ist eine schematische Ansicht des schaltbaren Magneten 10' von oben. Wie in den 2A und 2B dargestellt, umfasst die schaltbare magnetische Vorrichtung 10' eine Mehrzahl von oberen Permanentmagneten 12 und eine Mehrzahl von unteren Permanentmagneten 14, beispielsweise drei obere Magnete 12', 12'', 12''' und drei untere Magnete 14', 14'', 14'''. Die oberen und unteren Magnete 12', 14' bilden einen ersten Satz von Magneten 56'. Die oberen und unteren Magnete 12'', 14'' bilden einen zweiten Satz von Magneten 56''. Die oberen und unteren Magnete 12''', 14''' bilden einen dritten Satz von Magneten 56'''. Die Magnetsätze 56', 56'', 56''' sind voneinander getrennt.
Jeder Satz von Magneten 56', 56'', 56''' erzeugt ein Magnetfeld, das sich von den jeweiligen N-Polen der Sätze von Magneten 56', 56'', 56''' durch die Polschuhe 16', 16'' zu den jeweiligen Südpolen der Sätze von Magneten 56', 56'', 56''' ausbreitet. In Ausführungsformen, in denen sich die magnetische Vorrichtung 10' in einem eingeschalteten Zustand befindet, erstreckt sich das Magnetfeld durch das Werkstück 27', wenn das Werkstück 27' in Kontakt mit der Kontaktfläche 17 der Polschuhe 16', 16'' ist. Wenn sich die magnetische Vorrichtung 10' in einem ausgeschalteten Zustand befindet, ist das Magnetfeld im Wesentlichen auf das Innere der magnetischen Vorrichtung 10' beschränkt. Während die Polschuhe 16', 16'' in alternativen Ausführungsformen so dargestellt sind, dass sie die Magnetsätze 56', 56'', 56''' überspannen, kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10' mehrere Polschuhe 16', 16'' umfassen, die gemeinsam die Magnetsätze 56', 56'', 56''' überspannen. Zusätzlich oder alternativ kann die schaltbare magnetische Vorrichtung 10' 2, 4, 5, usw. Sätze von Magneten 56', 56'', 56''' enthalten.
Während die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 als gestapelt beschrieben wird, können andere schaltbare magnetische Vorrichtungen, deren Magnete nicht gestapelt sind, in Verbindung mit den Polschuhen 16', 16'' verwendet werden. Beispielhafte nicht gestapelte schaltbare magnetische Vorrichtungen sind in der US-Patentanmeldung Nr. 15/803,753 , eingereicht am 4. November 2017, mit dem Titel MAGNET ARRAYS beschrieben, deren gesamte Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Zusätzliche Details einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung 100 werden im Folgenden in Bezug auf die 3 und 4 diskutiert. Insbesondere ist 3 eine schematische Explosionsdarstellung einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung 100 mit ferromagnetischen Polschuhen 102', 102'' und 4 ist eine isometrische Ansicht der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 100 in einem zusammengebauten Zustand. Weitere Einzelheiten zu der magnetischen Vorrichtung 100 sind in der vorläufigen US-Anmeldung Serial No. 62/517,057 , eingereicht am 8. Juni 2017, mit dem Titel ELECTROMAGNET-SWITCHABLE PERMANENT MAGNET DEVICE enthalten, deren gesamte Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bei der Erörterung der 3 und 4 wird auch auf 5A Bezug genommen, die eine Frontalschnittansicht der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 100 und des Magnetkreises darstellt, der erzeugt wird, wenn sich die Vorrichtung in einer ersten Konfiguration, d.h. im Aus-Zustand, befindet. Außerdem wird auf 5B verwiesen, die eine Frontalschnittansicht der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 100 darstellt, wenn sich die magnetische Vorrichtung 100 in einer zweiten Konfiguration, d. h. im Ein-Zustand, befindet.
Die magnetische Vorrichtung 100 kann eine Mehrzahl von Konfigurationen aufweisen, die zum Aufbau unterschiedlicher Magnetkreise führen. Zum Beispiel kann das Umschalten der magnetischen Vorrichtung 100 von einer zweiten Konfiguration (dargestellt in 3 und 5A), in der die magnetische Vorrichtung 100 einen zweiten Magnetkreis aufbaut, in eine erste Konfiguration (dargestellt in 5B), in der die magnetische Vorrichtung 100 einen ersten Magnetkreis aufbaut, einen ferromagnetischen Körper über die Polschuhe 102', 102'' mit der magnetischen Vorrichtung 100 koppeln, wie unten erläutert.
Die magnetische Vorrichtung 100 umfasst ein zentrales Gehäuse 104. Das zentrale Gehäuse 104 umfasst zwei ferromagnetische (z. B. Stahl-) Gehäuseteile 106, 108, die durch Befestigungselemente (nicht dargestellt) verbunden werden können. Die Gehäusekomponenten 106, 108 können zusätzlich oder alternativ mit anderen Methoden und Materialien verbunden werden (z. B. Epoxidharze, Fixierungsmerkmale (Vorsprünge, Vertiefungen, Abschrägungen, geformte Keilnuten und/oder Ähnliches) usw.). Die Gehäusekomponente 106 kann hier als obere Gehäusekomponente 106 und die Gehäusekomponente 108 kann hier als untere Gehäusekomponente 108 bezeichnet werden. Ferner können die Polschuhe 102', 102'' mit dem Gehäuse 104 durch Befestigungsmittel (nicht dargestellt) verbunden sein.
In bestimmten Ausführungsformen können die Gehäusekomponenten 106, 108 aus einem rechteckigen parallelepipedischen Block aus ferromagnetischem Material mit geringer Reluktanz bestehen. Ein zylindrischer Hohlraum 110 kann sich durch die obere Gehäusekomponente 106 und ein zylindrischer Hohlraum 112 kann sich durch die untere Gehäusekomponente 108 erstrecken. Die zylindrischen Hohlräume 110, 112 können senkrecht zu den oberen Flächen 114, 116 der jeweiligen Gehäuseteile 106, 108verlaufen. Der zylindrische Hohlraum 110 kann hier als oberer zylindrischer Hohlraum 110 bezeichnet werden und der zylindrische Hohlraum 112 als unterer zylindrischer Hohlraum 112. In bestimmten Ausführungsformen können die zylindrischen Hohlräume 110, 112 jeweils Magnete 118, 120 aufnehmen. Der Magnet 118 kann hier als oberer Magnet 118 bezeichnet werden und der Magnet 120 als unterer Magnet 120.
Das obere Gehäuseteil 106 hat zwei Seitenwände 124', 124'' und das untere Gehäuseteil 108 hat zwei Seitenwände 126', 126''. In Ausführungsformen können die Seitenwände 124', 124'' der oberen Gehäusekomponente 106 und die Seitenwände 126', 126'' der unteren Gehäusekomponente 108 eine Dicke aufweisen, die das von den Magneten 118, 120 innerhalb der Gehäusekomponenten 106, 108 erzeugte Magnetfeld enthält, wenn sich die magnetische Vorrichtung 100 in der ersten Konfiguration befindet (dargestellt in 5A).
In Ausführungsformen hat der obere Magnet 118 eine N-S-Achse 128 und der untere Magnet 120 eine N-S-Achse 130. Bei den Magneten 118 und 120 kann es sich um NdFeB-Magnete handeln, und die aktive magnetische Masse und die magnetischen Eigenschaften der Magnete 118 und 120 können gleich und/oder gleich innerhalb der erreichbaren Fertigungstoleranzen und Permanentmagnetisierungstechnologien sein.
In Ausführungsformen wird der untere Magnet 120 im unteren zylindrischen Hohlraum 112 so aufgenommen und gegen Drehung fixiert, dass sich die N-S-Achse 130 von der Seitenwand 126' zur Seitenwand 126'' erstreckt. Infolgedessen werden die Seitenwände 126', 126'' entsprechend dem aktiven Magnetpol neben ihnen magnetisiert. Das heißt, die Seitenwand 126' wird als N-Pol magnetisiert, während die Seitenwand 126'' zu einem S-Pol wird. Da sich der obere Magnet 118 frei um die Achse 122 drehen kann, würde im Gegensatz die Polarität der Seitenwände 124', 124'' in Abwesenheit der Polschuhe 102', 102'' durch die relative Drehposition und Ausrichtung des oberen Magneten 118 bestimmt.
Wie oben erwähnt, ist der obere Magnet 118 so konfiguriert, dass er aus der in 3 gezeigten Ausrichtung gedreht werden kann. In Ausführungsformen kann der obere Magnet 118 um 180-185 Grad in eine Drehposition gedreht werden, in der sein N-Pol mit dem N-Pol des unteren Magneten 120 übereinstimmt und umgekehrt die S-Pole übereinander liegen (siehe 5B). Wenn die N-S-Achsen 128, 130 parallel ausgerichtet sind, werden beide Seitenwände 124', 126' mit der gleichen magnetischen Nordpolarität magnetisiert, ebenso wie der angrenzende Polschuh 102'. Außerdem werden die Seitenwände 124'', 126'' mit derselben magnetischen Polarität nach Süden magnetisiert wie der angrenzende Polschuh 102''. Durch diese Neuausrichtung des oberen Magneten 118 entsteht ein „aktiver“ Arbeitsluftspalt an der unteren axialen Werkstückkontaktfläche 132', 132'' der Polschuhe 102', 102'', wodurch ein geschlossener Magnetkreis mit geringem magnetischem Widerstand gebildet werden kann. Insbesondere entsteht und endet der geschlossene Magnetkreis mit geringer Reluktanz in den Magneten 118, 120, durch die Seitenwände 124', 124'', 126', 126'', die Polschuhe 102', 102'' und einen ferromagnetischen Körper, der möglicherweise die beiden Werkstückkontaktflächen 132', 132'' der Polschuhe 102', 102'' berührt. Dieser Zustand kann hier als Ein-Zustand der magnetischen Vorrichtung 100 bezeichnet werden (siehe 5B). Umgekehrt wird in dem Zustand, in dem die N-S-Achsen 128, 130 antiparallel ausgerichtet sind, ein geschlossener Magnetkreis innerhalb der magnetischen Vorrichtung 100 gebildet und kann als die magnetische Vorrichtung 100 in einem Aus-Zustand bezeichnet werden (siehe 5A).
Der obere zylindrische Hohlraum 110 kann eine glatte Wandoberfläche und einen Durchmesser haben, der es dem oberen Magneten 118 ermöglicht, darin aufgenommen zu werden, so dass er mit minimaler Reibung um die N-S-Achse 128 rotieren und vorzugsweise einen minimalen Luftspalt aufrechterhalten kann. In einigen Ausführungsformen kann eine reibungsmindernde Beschichtung auf den oberen zylindrischen Hohlraum 110 aufgebracht werden. Der untere zylindrische Hohlraum 112 kann eine aufgeraute Wandoberfläche und einen Durchmesser haben, der eine Presspassung mit dem unteren Magneten 120 bietet, so dass der untere Magnet 120, wenn er im unteren zylindrischen Hohlraum 112 montiert ist, seine Rotationsausrichtung beibehält und unter den Betriebsbedingungen der magnetischen Vorrichtung 100 an einer axialen und rotierenden Verschiebung gehindert wird. Zusätzlich oder alternativ können andere Mechanismen verwendet werden, wie z. B. Kleben oder zusätzliche zusammenwirkende formschlüssige Komponenten (nicht dargestellt), um den unteren Magneten 120 im unteren zylindrischen Hohlraum 112 zu sichern.
Am Boden des unteren zylindrischen Hohlraums 112 kann eine kreisförmige Scheibe 134 aus ferromagnetischem Material angeordnet sein. Die kreisförmige Scheibe 134 kann den unteren Magneten 120 tragen. In Ausführungsformen kann die kreisförmige Scheibe 134 eingepresst oder anderweitig befestigt werden, um das untere Ende des unteren zylindrischen Hohlraums 112 zu schließen und den unteren zylindrischen Hohlraum 112 und den unteren Magneten 120 gegen Verunreinigungen an einer Arbeitsfläche 136 der magnetischen Vorrichtung 100 abzudichten. Die ferromagnetische Beschaffenheit der kreisförmigen Scheibe 134 kann bei der Vervollständigung des Magnetkreises helfen, indem sie zusätzliches magnetisierbares Material zwischen den Seitenwänden 126', 126'' bereitstellt, so dass das Feld des unteren Magneten 120 ausschließlich mit dem magnetischen Material koppelt, das in der unteren Gehäusekomponente 108 und den Polschuhen 102', 102'' bereitgestellt wird, um entweder im ein- oder ausgeschalteten Zustand einen Magnetkreis zu bilden. Dadurch kann die magnetische Vorrichtung 100 im eingeschalteten Zustand mit größerer Haltekraft arbeiten und im ausgeschalteten Zustand jegliche Haltekraft aufheben.
In bestimmten Ausführungsformen kann eine Stützstruktur 138 zwischen den Magneten 118, 120 angeordnet sein. Die Stützstruktur 138 kann den oberen Magneten 118 im oberen zylindrischen Hohlraum 110 abstützen. Zusätzlich oder alternativ kann die Stützstruktur 138 die Einhaltung eines bestimmten axialen Abstands zwischen der unteren kreisförmigen Fläche des oberen Magneten 118 und der oberen kreisförmigen Fläche des unteren Magneten 120 erleichtern. In Ausführungsformen kann die Stützstruktur 138 eine kreisförmige Bodenplatte 140 aus nichtmagnetisierbarem metallischem Material, ein Drehlager 142 und eine kreisförmige nichtmagnetische obere Platte 144 umfassen. In Ausführungsformen liegt die Bodenplatte 140 auf der oberen Fläche des unteren Magneten 120 auf und verschließt das obere offene Ende des unteren zylindrischen Hohlraums 112. In einigen Ausführungsformen kann die Bodenplatte 140 in das offene Ende des unteren zylindrischen Hohlraums 112 eingepasst werden. Das Drehlager 142 kann in einer entsprechend dimensionierten zylindrischen Vertiefung (oder Sitz) in einer oberen Fläche der Bodenplatte 140 sitzen. Der Durchmesser der oberen Platte 144 ist so bemessen, dass sie sich innerhalb des unteren axialen Endes des oberen zylindrischen Hohlraums 110 drehen kann. Das heißt, die obere Platte 144 kann einen ähnlichen Durchmesser haben wie der obere Magnet 118, der mit seiner unteren axialen Endfläche auf der oberen Platte 144 sitzt. In Ausführungsformen kann eine obere Fläche der oberen Platte 144 mit einer gleitfördernden PTFE-Beschichtung beschichtet sein und eine untere Fläche der oberen Platte 144 kann einen Vorsprung oder Achsstummel (nicht dargestellt) enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann der Achsstummel innerhalb des Innenringlagerteils des Rotationslagers 142 sitzen. Zusätzlich oder alternativ kann eine nicht magnetisierbare runde Kappe (z. B. aus Aluminium) an der oberen Gehäusekomponente 106 angebracht werden, um den oberen zylindrischen Hohlraum 110 abzudecken.
In Ausführungsformen kann die Stützstruktur 138 durch eine andere Art von Anordnung ersetzt werden, bei der der obere Magnet 118 mittels eines Halteklammerrings (nicht abgebildet) gegen eine Welle 146 gesichert ist, während er sich frei drehen kann, wobei der Halterklammerring in einer Ringnut (nicht abgebildet) in der Nähe des unteren Endes der Welle 146 befestigt ist.
Bei einigen Ausführungsformen durchdringt die Welle 146 ein Loch 148 im oberen Magneten 118, so dass sich der obere Magnet 118 koaxial um die Welle 146 drehen kann. In Ausführungsformen ragt die Welle 146 senkrecht aus einem zentralen Nabenabschnitt 152 einer Kappenkomponente 150 heraus, so dass die Positionierung der Welle 146 durch den Einbau der Kappenkomponente 150 mit dem oberen Magneten 118 zusammenwirkt, um dessen konzentrische Drehung innerhalb des zylindrischen Hohlraums der oberen Gehäusekomponente 106 sicherzustellen. In den dargestellten Ausführungsformen ist die Welle 146 ein zylindrischer Stift, der an die Kappenkomponente 150 geschweißt oder anderweitig befestigt ist.
In Ausführungsformen kann die Kappenkomponente 150 nicht magnetisierbar sein und eine rechteckige Platte 154 mit einem bogenförmigen Fenster 156 umfassen. In bestimmten Ausführungsformen kann die rechteckige Platte 154 so bearbeitet werden, dass sie eine ähnliche Grundfläche wie die Gehäuseteile 106, 108 hat, d. h. rechteckig ist. Die einander gegenüberliegenden Enden des bogenförmigen Fensters 156 bilden „harte Anschläge“ für ein drehfestes Blockelement 158, das am oberen Magneten 118 befestigt ist, so dass sich das Blockelement 158 während der Drehung des oberen Magneten 118 innerhalb des bogenförmigen Fensters 156 bewegen kann, wenn die magnetische Vorrichtung 100 zwischen den Konfigurationen wechselt. In Ausführungsformen kann das bogenförmige Fenster 156 einen Verriegelungsmechanismus 160 umfassen, der einen Zwischenrotationszustand des oberen Magneten 118 zwischen den harten Anschlägen, die von den Enden des bogenförmigen Fensters 156 bereitgestellt werden, festhält. Auf diese Weise kann der obere Magnet 118 in einer Zwischenrotationsposition in Bezug auf den unteren Magneten 120 gesichert werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Verriegelungsmechanismus 160 in der oberen Gehäusekomponente 106 oder einem anderen Teil der magnetischen Vorrichtung 100 enthalten sein.
In einer Ausführungsform ist die Welle 146 mit einem Aktuator 32 verbunden, der den oberen Magneten 118 in verschiedene Positionen relativ zum unteren Magneten 120 bewegt. In der dargestellten Ausführungsform umgeben ein oder mehrere Magnetspulenkörper 162 das obere Gehäuse 106 und richten den oberen Magneten 118 relativ zum unteren Magneten 120 durch einen oder mehrere Ströme aus, die durch den Magnetspulenkörper 162 fließen. Der Magnetspulenkörper 162 kann aus lackbeschichteten Drahtwicklungen bestehen, die aufgewickelt (oder auf andere Weise angeordnet) sind. In Ausführungsformen können die lackbeschichteten Drähte aus einem oder mehreren leitfähigen Materialien bestehen (z. B. Kupfer, Silber, Gold und/oder dergleichen).
Die Kappenkomponente 150 kann ferner so konfiguriert sein, dass sie verschiedene elektronische Steuer- und Leistungskomponenten trägt/einhaust, die mit dem Magnetspulenkörper 162 verbunden und erforderlich sind, um diesen mit Strom zu versorgen, um den oberen Magneten 118 zu drehen, wie weiter unten beschrieben wird. Alternativ kann die Kappenkomponente 150 Kontaktleitungen zum Anschluss an eine Stromversorgung (nicht dargestellt) enthalten, die den Magnetspulenkörper 162 mit Strom versorgt. In Ausführungsformen kann die Kappenkomponente 150 an der oberen Gehäusekomponente 106 mit Schrauben oder anderen Arten von Befestigungselementen befestigt werden.
In Ausführungsformen kann eine Stromversorgung (nicht dargestellt) über eine geeignete Steuerschaltung an den Magnetspulenkörper 162 angeschlossen werden, um den Magnetspulenkörper 162 mit Strom zu versorgen. Als Reaktion auf die Stromzufuhr zum Magnetspulenkörper 162 erzeugt der Magnetspulenkörper 162 ein Magnetfeld. In einigen Ausführungsformen ist das vom Magnetspulenkörper 162 erzeugte Magnetfeld so ausgerichtet, dass es ein Drehmoment auf den oberen Magneten 118 ausübt. Das Drehmoment dreht die N-S-Achse 128 des oberen Magneten 118 von einer ersten Konfiguration (dargestellt in 5A) in die zweite Konfiguration (dargestellt in 5B). Zusätzlich oder alternativ kann der obere Magnet 118 in verschiedenen Zwischenkonfigurationen durch die Verriegelungsmechanismen 160 angehalten werden.
In bestimmten Ausführungsformen können die Magnete 118 und 120 unterschiedliche Magnetisierungs- und Koerzitivkraft-Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann der untere Magnet 120 aus einem Permanentmagneten mit hoher Koerzitivfeldstärke bestehen, der durch einen externen magnetisierenden Einfluss nicht leicht entmagnetisiert werden kann, und der obere Magnet 118 kann aus einem Magnetelement mit mittlerer oder niedriger Koerzitivfeldstärke bestehen. Dementsprechend kann das vom Magnetspulenkörper 162 erzeugte Magnetfeld den oberen Magneten 118 stärker beeinflussen als den unteren Magneten 120.
In einigen Ausführungsformen kann der Magnetspulenkörper 162 mehrere Magnetspulenkörper umfassen. Beispielsweise kann der Magnetspulenkörper 162 zwei Magnetspulenkörper umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind und sich von einer Ecke des oberen Gehäuseteils 106 diagonal über eine Oberseite des oberen Gehäuseteils 106 zur gegenüberliegenden Ecke des oberen Gehäuseteils 106 und unter das obere Gehäuseteil 106 erstrecken, um eine Wicklung zu vollenden. Die jeweiligen Spulen können auf gegenüberliegenden Diagonalen über die obere Gehäusekomponente 106 und die Kappenkomponente 150 gewickelt werden, wobei eine Spule über die andere gewickelt wird, so dass sie in der Draufsicht auf die obere Gehäusekomponente 106 ein „X“ von Windungen bilden. Während die magnetische Vorrichtung 100 hier als durch den Magnetspulenkörper 162 elektrisch betätigt beschrieben wird, kann die magnetische Vorrichtung 100 mit einem elektrischen Aktuator durch eine mechanische Verbindung, wie z. B. einem Motor, einem pneumatischen Aktuator, einem hydraulischen Aktuator oder einem manuellen Aktuator, in Ausführungsformen betätigt werden.
Wie dargestellt, können in die Seitenwände 124', 124'', 126', 126'' Gewindebohrungen 164 eingebracht werden. Die Gewindebohrungen 164 können die Befestigung der Polschuhe 102', 102'' an den Gehäuseteilen 106, 108 durch Befestigungsschrauben oder -bolzen (nicht dargestellt) erleichtern. Das heißt, die Befestigungsschrauben oder -bolzen können durch versenkte Durchgangsbohrungen 166 der Polschuhe 102', 102'' eingeführt werden, deren Abstand dem der Gewindebohrungen 164 entspricht. Beide Gehäuseteile 106, 108 können so mit den Polschuhen 102', 102'' verbunden werden, dass ein im Wesentlichen spaltfreier, widerstandsarmer magnetischer Kreisweg zwischen den Magneten 118, 120, den Seitenwänden 124', 124'', 126', 126'' und den Polschuhen 102', 102'' entsteht.
Die Polschuhe 102', 102'' bilden eine ferromagnetische Werkstückkontaktfläche für die Magnetvorrichtung 100. In Ausführungsformen können die Polschuhe 102', 102'' aus einem ferromagnetischen Material mit geringer magnetischer Reluktanz bestehen. Während die Polschuhe 102', 102'' eine parallelepipedische, plattenartige Form aufweisen, können die Polschuhe 102', 102'' auch andere Formen haben, die auf der Form eines Werkstücks basieren, an dem die magnetische Vorrichtung 100 befestigt wird. Ein Beispiel istdie in 9A-9B gezeigte zylindrische Form, die der zylindrischen Form eines Werkstücks, z. B. eines Rohrs, entspricht. Ein weiteres Beispiel ist die in den 1 0A-1 0B dargestellte V-Form, die an Kanten oder Ecken eines Werkstücks angepasst ist.
Wie dargestellt, umfassen die Polschuhe 102', 102'' Abschnitte 168', 168'', die in der Nähe der Gehäuseabschnitte 106, 108 angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, sind diese Abschnitte 168', 168'' über eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungen (z. B. Schrauben usw.) an den Gehäuseabschnitten 106, 108 befestigt. Außerdem umfassen die Polschuhe 102', 102'' eine Mehrzahl von Überständen 170', 170'', die hier auch als Vorsprünge bezeichnet werden. Die Mehrzahl der Überständen 170', 170'' bilden jeweils gemeinsam die Werkstückkontaktflächen der Polschuhe 102', 102''. In Ausführungsformen erzeugen Polschuhe 102', 102'', die eine Mehrzahl von Vorsprüngen 170', 170'' aufweisen, ein flacheres Magnetfeld als Polschuhe mit einer flachen Werkstückkontaktfläche, wie in den hier aufgeführten Beispielen erläutert.
6 ist eine Seitenansicht eines Teils eines beispielhaften Polschuhs 200, der entweder als Polschuh 132' oder als Polschuh 132'' der magnetischen Vorrichtung 100 dienen kann. Der Polschuh 200 umfasst einen ersten Abschnitt 202, der in der Nähe des Gehäuses (z. B. des Gehäuses 104) einer magnetischen Vorrichtung (z. B. der magnetischen Vorrichtung 100) positioniert werden kann. Der Polschuh 200 kann auch Bohrungen 204 umfassen, die sich durch den Polschuh 200 erstrecken, um den Polschuh 200 über einen Befestigungsmechanismus (z. B. Befestigungsschrauben, usw.) lösbar an einem Gehäuse einer magnetischen Vorrichtung zu befestigen. Darüber hinaus umfasst der Polschuh 200 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 206, die an einem unteren Abschnitt 208 des Polschuhs 200 angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 206 ist durch Aussparungsabschnitte 210 getrennt. Darüber hinaus bildet die Mehrzahl der Vorsprünge 206 gemeinsam eine Werkstückkontaktfläche 212 des Polschuhs 200.
Wie zuvor beschrieben, erzeugt eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh 200 aufgrund der Mehrzahl von Vorsprüngen 206 im Polschuh 200 ein stärkeres Magnetfeld in der Nähe der Werkstückkontaktfläche 212 als eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh, der ein bündiges, durchgehendes, niedrigeres Profil aufweist. Das Magnetfeld, das in der Nähe der Werkstückkontaktfläche 212 erzeugt wird, kann hier als das flache Magnetfeld bezeichnet werden. Darüber hinaus erzeugt eine magnetische Vorrichtung, die einen Polschuh 200 umfasst, durch die Mehrzahl von Vorsprüngen 206 am Polschuh 200 ein schwächeres Magnetfeld in größerer Entfernung vom Polschuh 200 als eine magnetische Vorrichtung, die einen Polschuh mit einem bündigen durchgehenden unteren Profil umfasst. Das Magnetfeld, das in größerer Entfernung vom Polschuh 200 erzeugt wird, kann hier als Fernfeld oder Tiefenmagnetfeld bezeichnet werden, das vom Polschuh 200 erzeugt wird. Anders ausgedrückt, eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh 200, der Vorsprünge 206 aufweist, hat eine stärkere Haftkraft in der Nähe der Werkstückkontaktfläche 212 als eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh mit einer bündigen, durchgehenden Fläche, die keine Vorsprünge 206 aufweist.
In Ausführungsformen können das flache Magnetfeld und das Fernfeldmagnetfeld eines Polschuhs 200 von der Art des Polschuhs 200 abhängen. Insbesondere kann das flache Magnetfeld das Magnetfeld sein, das von der Werkstückkontaktfläche 212 bis zu einem Abstand von der Werkstückkontaktfläche 212 erzeugt wird, der ungefähr der Breite 214 der Vorsprünge 206 entspricht. Wenn zum Beispiel die Breite 214 der Vorsprünge 206 2 mm beträgt, dann ist das flache Magnetfeld das Magnetfeld, das von der Werkstückkontaktfläche 212 bis zu einer Tiefe von 2 mm von der Werkstückkontaktfläche 212 erzeugt wird. Außerdem ist das in diesem Beispiel erzeugte Fernfeld das Magnetfeld, das in einer Tiefe von mehr als 2 mm von der Werkstückkontaktfläche 212 erzeugt wird.
Da eine magnetische Vorrichtung 100 aufgrund der Vorsprünge 206 des Polschuhs 200 ein stärkeres Magnetfeld in der Tiefe und ein schwächeres Magnetfeld in der Ferne erzeugt, kann die magnetische Vorrichtung 100 zum Entstapeln dünner ferromagnetischer Körper besser verwendet werden als eine magnetische Vorrichtung 100 mit einem Polschuh ohne die Vorsprünge 206. Das heißt, eine magnetische Vorrichtung 100 mit einem Polschuh ohne die Vorsprünge 206 kann ein stärkeres Fernfeldmagnetfeld erzeugen, das dazu führt, dass mehrere dünne ferromagnetische Körper mit der magnetischen Vorrichtung gekoppelt werden. Bei dem Versuch, einen einzigen dünnen ferromagnetischen Körper aus einer gestapelten Anordnung von dünnen ferromagnetischen Körpern zu erhalten, ist dies ein unerwünschtes Ergebnis. Anstatt eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh ohne die Vorsprünge 206 zu verwenden, um ferromagnetische Körper zu entstapeln, kann daher ein Polschuh 200 mit den Vorsprüngen 206 verwendet werden.
In Ausführungsformen führen unterschiedliche Breiten 214 der Vorsprünge 206 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die durch dieselbe magnetische Vorrichtung erzeugt werden. Um ein bevorzugtes flaches Magnetfeld für einen bestimmten ferromagnetischen Körper zu erzeugen, können die Breiten 214 der Vorsprünge 206 eine Breite innerhalb von etwa +/-25 % der Dicke des zu entstapelnden ferromagnetischen Körpers haben. Wenn zum Beispiel eine magnetische Vorrichtung 2 mm dicke ferromagnetische Platten entstapelt, könnten die Breiten 214 der Vorsprünge 206 ungefähr 2 mm betragen (z. B. 2 mm +/- 25 %). In Ausführungsformen wird dadurch ein starkes, flaches Magnetfeld zwischen 0 mm und 2 mm Tiefe von der Kontaktfläche 212 erzeugt. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Körper mit Dicken unterhalb der Grenze geben. Das heißt, für ferromagnetische Körper mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Vorsprünge 206 mit Breiten 214 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht weniger als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für einen ferromagnetischen Körper mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Breiten 214 der Vorsprünge 206 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25 % von ½* X mm liegen. Beträgt die Dicke des ferromagnetischen Körpers jedoch X mm oder mehr, so können die Breiten 214 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
In mindestens einer Ausführungsform kann, wenn eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh 200 an ferromagnetische Körper mit unterschiedlichen Dicken gekoppelt wird, ein Polschuh 200 mit einer Breite 214 verwendet werden, die dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Körper entspricht, um die Notwendigkeit eines Polschuhwechsels zu verringern. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Körper unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 214 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
In Ausführungsformen führen unterschiedliche Tiefen 216 und/oder Breiten 218 der Aussparungen 210 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die durch dieselbe magnetische Vorrichtung 100 erzeugt werden. Um ein geeignetes flaches Magnetfeld für einen bestimmten ferromagnetischen Körper zu erzeugen, könnten die Tiefen 216 und/oder Breiten 218 der Aussparungen 210 ungefähr gleich sein (z.B. +/-25%) wie die Breiten 214 der Vorsprünge 206. Wenn beispielsweise die Breiten 214 der Vorsprünge 206 2 mm betragen, könnten die Tiefen 216 und/oder Breiten 218 der Aussparungen 210 ungefähr 2 mm betragen (z. B. 2 mm +/-25 %). In Ausführungsformen wird dadurch ein starkes, flaches Magnetfeld zwischen 0 mm und 2 mm Tiefe von der Kontaktfläche 212 erzeugt. Ähnlich wie oben kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Körper geben, deren Dicke geringer als die Grenze ist. Das heißt, für ferromagnetische Körper mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Tiefen 216 und Breiten 218 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht kleiner als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für einen ferromagnetischen Körper mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Tiefen 216 und Breiten 218 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25% von ½* X mm liegen. Beträgt die Dicke des ferromagnetischen Körpers jedoch X mm oder mehr, dann können die Tiefen 216 und Breiten 218 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen (z. B.+/-25 %).
Ähnlich wie oben kann, wenn eine magnetische Vorrichtung 100 mit einem Polschuh 200 ferromagnetische Körper mit unterschiedlichen Dicken koppelt, ein Polschuh 200 mit Tiefen 216 und/oder Breiten 218 von Aussparungen 210 verwendet werden, die dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Körper entsprechen, um die Notwendigkeit zu verringern, die Polschuhe zu wechseln. Darüber hinaus kann eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Körper unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Tiefen 216 und Breiten 218 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
Wie oben dargelegt, kann der Polschuh 200 lösbar mit einem Gehäuse einer magnetischen Vorrichtung verbunden werden. Wenn daher die Vorsprünge 206 des Polschuhs 200 nicht die geeigneten Breiten 214, Tiefen 216 und/oder Breiten 218 für den ferromagnetischen Körper aufweisen, an den die magnetische Vorrichtung 100 gekoppelt ist, kann der Polschuh 200 durch einen besser geeigneten Polschuh 200 ersetzt werden.
7A ist eine Seitenansicht eines Teils eines anderen beispielhaften Polschuhs 300, der entweder als Polschuh 132' oder Polschuh 132'' der magnetischen Vorrichtung 100 dienen kann, und 7B zeigt eine Detailansicht eines Teils des in 7A dargestellten beispielhaften Polschuhs. Ähnlich wie der in 6 dargestellte Polschuh 200 umfasst der Polschuh 300 einen ersten Abschnitt 302, der in der Nähe eines Gehäuses (z. B. des Gehäuses 104) einer magnetischen Vorrichtung (z. B. der magnetischen Vorrichtung 100) angeordnet werden kann. Der Polschuh 300 kann auch Bohrungen 304 umfassen, die sich durch den Polschuh 300 erstrecken, um den Polschuh 300 über einen Befestigungsmechanismus (z. B. Befestigungsschrauben, usw.) lösbar am Gehäuse 104 der magnetischen Vorrichtung 100 zu befestigen. Darüber hinaus umfasst der Polschuh 300 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 306, die an einem unteren Abschnitt 308 des Polschuhs 300 angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 306 ist durch einen Aussparungsabschnitt 310 getrennt. Die Mehrzahl der Vorsprünge 306 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 312 des Polschuhs 300.
Ähnlich wie oben führt die Variation der Breiten 314 der Vorsprünge 306 und/oder der Tiefen 316 und/oder der Breiten 318 der Aussparungen 310 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die durch dieselbe magnetische Vorrichtung 100 erzeugt werden. In Ausführungsformen könnten die Breiten 314 der Vorsprünge und/oder die Tiefen 316 und/oder die Breiten 318 der Aussparungen 310 ungefähr gleich sein (z.B. +/-25%) wie die Dicke des ferromagnetischen Körpers, der mit der magnetischen Vorrichtung 100 gekoppelt werden soll, um ein geeignetes flaches Magnetfeld für einen bestimmten ferromagnetischen Körper zu erzeugen. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Körper mit Dicken unterhalb der Grenze geben. Das heißt, für ferromagnetische Körper mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Breiten 314, Tiefen 316 und/oder Breiten 318 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht weniger als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für einen ferromagnetischen Körper mit einer Dicke von ½ * X mm zu erzeugen, können die Breiten 314, die Tiefen 316 und/oder die Breiten 318 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25 % von ½ * X mm liegen. Wenn jedoch die Dicke des ferromagnetischen Körpers X mm oder mehr beträgt, dann können die Breiten 314, die Tiefen 316 und/oder die Breiten 318 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
Wenn eine magnetische Vorrichtung, die den Polschuh 300 enthält, an ferromagnetische Körper mit unterschiedlichen Dicken gekoppelt wird, kann alternativ ein Polschuh 300 mit Breiten 314, Tiefen 316 und/oder Breiten 318 verwendet werden, die ungefähr dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Körper entsprechen, um die Notwendigkeit eines Polschuhwechsels zu verringern. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Körper unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 314, Tiefen 316 und/oder Breiten 318 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
In bestimmten Ausführungsformen haben die oberen Abschnitte 319 des Polschuhs 300 ein kontinuierliches Neigungsprofil (die Neigung ist an allen Punkten definiert, keine scharfen Ecken). Beispielhaft können die oberen Ecken 319 des Polschuhs 300 einen abgerundeten Schulterabschnitt 320 aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass eine magnetische Vorrichtung 100 mit einem Polschuh 300, der eine abgerundete Schulter 320 aufweist, eine höhere Magnetflussübertragung auf einen ferromagnetischen Körper hat als eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh mit scharfen Ecken. Dementsprechend umfassen in mindestens einer Ausführungsform die oberen Ecken 319 des Polschuhs 300 abgerundete Schulterabschnitte 320. In einem Beispiel kann der Krümmungsradius 322 des abgerundeten Schulterabschnitts 320 vorzugsweise zwischen 1 % und 75 % der Höhe 323 des Polschuhs 300 liegen. In einem anderen Beispiel kann der Krümmungsradius 322 vorzugsweise zwischen 25 % und 75 % der Höhe 323 des Polschuhs 300 liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Krümmungsradius 322 vorzugsweise im Bereich von 40-60 % der Höhe 323 des Polschuhs 300 liegen.
Bezugnehmend auf 7B können die Aussparungsabschnitte 310 zwischen den Vorsprüngen 306 zusätzlich oder alternativ an ihren oberen Enden ein kontinuierliches Neigungsprofil aufweisen (die Neigung ist an allen Punkten definiert, keine scharfen Ecken). Ähnlich wie bei einer abgerundeten Schulter 320 kann eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh 300, der gekrümmte Aussparungsabschnitte 310 aufweist, eine höhere Magnetflussübertragung auf einen ferromagnetischen Körper haben als eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh, der Aussparungsabschnitte mit scharfen Ecken aufweist. In Ausführungsformen kann der Krümmungsradius 324 der gekrümmten Aussparungsabschnitte 310 etwa ½ der Breite 318 der Aussparungen 310 betragen, um eine hohe Magnetflussübertragung zu gewährleisten. Testdaten haben gezeigt, dass eine Verbesserung von mehr als 3 % durch ein Neigungsprofil der Aussparungsabschnitte 310 erzielt werden kann, das ½ der Breite 318 der Aussparungen 324 beträgt.
8 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts eines anderen beispielhaften Polschuhs 400, der entweder als Polschuh 132' oder als Polschuh 132'' der magnetischen Vorrichtung 100 dienen kann. Ähnlich wie die in den 6 und 7A-7B dargestellten Polschuhe 200 und 300 umfasst der Polschuh 400 einen ersten Abschnitt 402, der in der Nähe eines Gehäuses (z. B. des Gehäuses 104) einer magnetischen Vorrichtung (z. B. der magnetischen Vorrichtung 100) angeordnet werden kann. Der Polschuh 400 kann auch Bohrungen 404 umfassen, die sich durch den Polschuh 400 erstrecken, um den Polschuh 400 über einen Befestigungsmechanismus (z. B. Befestigungsschrauben, usw.) lösbar an einem Gehäuse einer magnetischen Vorrichtung zu befestigen. Darüber hinaus umfasst der Polschuh 400 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 406, die an einem unteren Abschnitt 408 des Polschuhs 400 angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 406 ist durch Aussparungsabschnitte 410 getrennt. Die Mehrzahl der Vorsprünge 406 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 412 des Polschuhs 400.
Ähnlich wie oben führen unterschiedliche Breiten 414 der Vorsprünge 406 und/oder die Tiefen 416 und/oder Breiten 418 der Aussparungen 410 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die von derselben magnetischen Vorrichtung 100 erzeugt werden. In Ausführungsformen könnten die Breiten 414 der Vorsprünge 406 und/oder die Tiefen 416 und/oder die Breiten 418 der Aussparungen 410 ungefähr gleich (z.B. +/-25%) wie die Dicke des ferromagnetischen Körpers sein, um ein geeignetes flaches Magnetfeld für einen bestimmten ferromagnetischen Körper zu erzeugen. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Körper geben, deren Dicke unter der Grenze liegt. Das heißt, für ferromagnetische Körper mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Breiten 414, Tiefen 416 und/oder Breiten 418 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht kleiner als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für einen ferromagnetischen Körper mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Breiten 414, die Tiefen 416 und/oder die Breiten 418 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25 % von ½* X mm liegen. Wenn jedoch die Dicke des ferromagnetischen Körpers X mm oder mehr beträgt, dann können die Breiten 414, die Tiefen 416 und/oder die Breiten 418 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
Wenn eine magnetische Vorrichtung mit einem Polschuh 400 an ferromagnetische Körper mit unterschiedlichen Dicken gekoppelt wird, kann alternativ ein Polschuh 400 mit Breiten 414, Tiefen 416 und/oder Breiten 418 verwendet werden, die dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Körper entsprechen, um die Notwendigkeit eines Polschuhwechsels zu verringern. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Körper unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 414, Tiefen 416 und/oder Breiten 418 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
In Ausführungsformen kann der Polschuh 400 auch komprimierbare Elemente 420 enthalten, die zwischen den Vorsprüngen 406 in den vertieften Abschnitten 410 angeordnet sind. In Ausführungsformen werden die komprimierbaren Elemente 420 komprimiert, wenn die magnetische Vorrichtung 100 einschließlich des Polschuhs 400 an einen ferromagnetischen Körper gekoppelt wird. Aufgrund der Kompression der komprimierbaren Elemente 420 entsteht eine Haftreibung zwischen den komprimierbaren Elementen 420 und dem ferromagnetischen Körper, die potenziell größer ist als die Haftreibung zwischen den Vorsprüngen 406 und dem ferromagnetischen Körper. Daher kann ein ferromagnetischer Körper, der mit einer magnetischen Vorrichtung 100 gekoppelt ist, die den Polschuh 400 enthält, weniger leicht rotieren und sich verschieben, als wenn der ferromagnetische Körper mit einem Polschuh gekoppelt wäre, der nicht die komprimierbaren Elemente 420 enthält. In Ausführungsformen können die komprimierbaren Elemente 420 aus einem elastischen Material wie Isoprenpolymeren, Polyurethan, Nitrilkautschuk und/oder ähnlichem bestehen.
9A-9B zeigen eine weitere beispielhafte Polplatte 500, die entweder als Polschuh 132' oder als Polschuh 132'' der Magnetvorrichtung 100 verwendet werden kann. Ähnlich wie die in den 6, 7A-7B und 8 dargestellten Polplatten 200, 300, 400 umfasst die Polplatte 500 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 502, die an einem unteren Abschnitt 504 der Polplatte 500 angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 502 ist durch Aussparungsabschnitte 506 getrennt. Die Mehrzahl der Vorsprünge 502 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 508 der Polplatte 500.
Wie dargestellt, ist die Werkstückkontaktfläche 508 nicht planar. In Ausführungsformen kann die nicht-planare Werkstückkontaktfläche 508 die Kopplung einer magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 an ein ferromagnetisches Werkstück mit einer nichtplanaren Oberfläche erleichtern. Zum Beispiel kann eine magnetische Kopplungsvorrichtung 100, die eine Polplatte 500 enthält, zur Kopplung der magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 mit einer oder mehreren Arten von Stangen, Wellen, usw. (z. B. einer Nockenwelle) verwendet werden. Während die Werkstückkontaktfläche 508 eine gekrümmte Oberfläche 510 aufweist, kann die Werkstückkontaktfläche 508 jede andere Art von nicht ebener Oberfläche haben. Beispielsweise kann die Werkstückkontaktfläche 508 eine ähnliche Kontur aufweisen wie ein ferromagnetisches Teil, an das die magnetische Kopplungsvorrichtung mit den Werkstückkontaktflächen 508 gekoppelt werden soll.
Trotz einer nicht planaren Werkstückkontaktfläche 508 führen unterschiedliche Breiten 512 der Vorsprünge 502 und/oder die Tiefen 514 und/oder Breiten 516 der Aussparungen 506 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die von derselben magnetischen Kopplungsvorrichtung erzeugt werden. In Ausführungsformen könnten die Breiten 512 der Vorsprünge 552 und/oder die Tiefen 514 und/oder die Breiten 516 der Aussparungen 506 ungefähr gleich sein (z.B. +/-25%) wie die Dicke des ferromagnetischen Werkstücks, um ein geeignetes flaches Magnetfeld für ein bestimmtes ferromagnetisches Werkstück zu erzeugen. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Werkstücke geben, deren Dicke unter dieser Grenze liegt. Das heißt, für ferromagnetische Werkstücke mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Breiten 512, Tiefen 514 und/oder Breiten 516 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht weniger als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für ein ferromagnetisches Werkstück 102 mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Breiten 512, Tiefen 514 und/oder Breiten 516 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25% von ½* X mm liegen. Wenn jedoch die Dicke des ferromagnetischen Werkstücks X mm oder mehr beträgt, dann können die Breiten 512, die Tiefen 514 und/oder die Breiten 516 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Werkstücks entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
Wenn eine magnetische Kopplungsvorrichtung mit Polplatte 500 an ferromagnetische Werkstücke mit unterschiedlichen Dicken angekoppelt wird, kann alternativ eine Polplatte 500 mit Breiten 512, Tiefen 514 und/oder Breiten 516 verwendet werden, die dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Werkstücke entspricht, um die Notwendigkeit eines Polplattenwechsels zu verringern. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Werkstücke 102 unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 512, Tiefen 514 und/oder Breiten 516 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
10A-10B zeigen eine weitere beispielhafte Polplatte 550, die entweder als Polschuh 132' oder als Polschuh 132'' der magnetischen Vorrichtung 100 verwendet werden kann. Ähnlich wie die in den 6, 7A-7B, 8, 9A-9B dargestellten Polplatten 200, 300, 400, 500 umfasst die Polplatte 550 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 552, die an einem unteren Abschnitt 554 der Polplatte 550 angeordnet sind. Jeder Vorsprung der Vorsprünge 552 ist durch Aussparungsabschnitte 556 getrennt. Die Mehrzahl der Vorsprünge 552 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 558 der Polplatte 550.
Wie dargestellt, ist die Werkstückkontaktfläche 558 nicht planar. In Ausführungsformen kann die nicht-planare Werkstückkontaktfläche 558 die Kopplung einer magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 an ein ferromagnetisches Werkstück mit einer nichtplanaren Oberfläche erleichtern. Zum Beispiel kann eine magnetische Kopplungsvorrichtung, die eine Polplatte 550 enthält, zum Koppeln der magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 an eine oder mehrere Kanten, Ecken, usw. eines ferromagnetischen Werkstücks verwendet werden. Während die Werkstückkontaktfläche 558 zwei nach unten geneigte Flächen 560 umfasst, die sich von einem Mittelpunkt 562 aus erstrecken, kann die Werkstückkontaktfläche 558 jede andere Art von nicht ebener Oberfläche aufweisen. Beispielsweise kann die Werkstückkontaktfläche 558 eine ähnliche Kontur aufweisen wie ein ferromagnetisches Teil, an das die magnetische Kopplungsvorrichtung mit den Werkstückkontaktflächen 558 gekoppelt werden soll.
Trotz einer nicht planaren Werkstückkontaktfläche 558 führen unterschiedliche Breiten 564 der Vorsprünge 552 und/oder die Tiefen 566 und/oder Breiten 568 der Aussparungen 556 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die von derselben magnetischen Kopplungsvorrichtung erzeugt werden. In Ausführungsformen könnten die Breiten 564 der Vorsprünge 552 und/oder die Tiefen 566 und/oder die Breiten 568 der Aussparunggen 556 ungefähr gleich (z.B. +/-25%) wie die Dicke des ferromagnetischen Werkstücks sein, um ein geeignetes flaches Magnetfeld für ein bestimmtes ferromagnetisches Werkstück zu erzeugen. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Werkstücke geben, deren Dicke unter dieser Grenze liegt. Das heißt, für ferromagnetische Werkstücke mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Breiten 564, Tiefen 566 und/oder Breiten 568 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht weniger als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für ein ferromagnetisches Werkstück mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Breiten 564, Tiefen 566 und/oder Breiten 568 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25% von ½* X mm liegen. Wenn jedoch die Dicke des ferromagnetischen Werkstücks X mm oder mehr beträgt, dann können die Breiten 564, Tiefen 566 und/oder Breiten 568 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Werkstücks entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
Wenn eine magnetische Kopplungsvorrichtung mit einer Polplatte 550 an ferromagnetische Werkstücke 102 mit unterschiedlichen Dicken gekoppelt wird, kann alternativ eine Polplatte 550 mit Breiten 564, Tiefen 566 und/oder Breiten 568 verwendet werden, die dem Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Werkstücke entspricht, um die Notwendigkeit eines Polplattenwechsels zu verringern. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewandt werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Werkstücke unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 564, Tiefen 566 und/oder Breiten 568 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
11A ist eine Vorderansicht einer beispielhaften schaltbaren Magnetvorrichtung 600 und 11 B ist eine Seitenansicht der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 600. Die magnetische Vorrichtung 600 umfasst Polschuhe 602', 602'' und ein Gehäuse 604. In Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung 600 einige oder alle der gleichen Merkmale und/oder Funktionen wie die magnetische Vorrichtung 100 aufweisen und die Polschuhe 602', 602'' können einige oder alle der gleichen Merkmale und/oder Funktionen wie die Polschuhe 102', 102'' aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Polschuhe 602', 602'' einige oder alle dieselben Merkmale wie die in den 6, 7 und 8 dargestellten Polschuhe 200, 300, 400 aufweisen. Beispielsweise umfassen die Polschuhe 602', 602'' einen ersten Abschnitt 606, der in der Nähe des Gehäuses 604 positioniert werden kann. Die Polschuhe 602', 602'' können auch Bohrungen 608 aufweisen, die sich durch die Polschuhe 602', 602'' erstrecken, um die Polschuhe 602', 602'' über einen Befestigungsmechanismus (z. B. Befestigungsschrauben usw.) lösbar am Gehäuse 604 zu befestigen. Darüber hinaus umfassen die Polschuhe 602', 602'' eine Mehrzahl von Vorsprüngen 610, die an einem unteren Abschnitt 612 der Polschuhe 602', 602'' angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 610 ist durch einen Aussparungsabschnitt 614 getrennt. Die Mehrzahl der Vorsprünge 610, die im Polschuh 602' enthalten sind, bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 616' des Polschuhs 602', und die Mehrzahl der Vorsprünge, die im Polschuh 602'' enthalten sind, bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 616'' des Polschuhs 602''.
Darüber hinaus führen unterschiedliche Breiten 618 der Vorsprünge 622 und/oder Tiefen 620 und/oder Breiten 622 der Aussparungen 614 zu unterschiedlichen flachen Magnetfeldern, die durch dieselbe magnetische Vorrichtung 600 erzeugt werden. In Ausführungsformen könnten die Breiten 618 der Vorsprünge 622 und/oder die Tiefen 620 und/oder die Breiten 622 der Aussparungen 614 ungefähr gleich (z.B. +/-25%) wie die Dicke des ferromagnetischen Körpers sein, um ein geeignetes flaches Magnetfeld für einen bestimmten ferromagnetischen Körper zu erzeugen. In mindestens einer Ausführungsform kann es jedoch eine Grenze für die Erzeugung eines bevorzugten flachen Magnetfeldes für einige ferromagnetische Körper geben, deren Dicke unter der Grenze liegt. Das heißt, für ferromagnetische Körper mit einer Dicke von weniger als X mm kann ein bevorzugtes flaches Magnetfeld durch Breiten 618, Tiefen 620 und/oder Breiten 622 erzeugt werden, die an einer unteren Grenze von X mm liegen, aber nicht kleiner als die untere Grenze sind. Das heißt, um ein bevorzugtes Magnetfeld für einen ferromagnetischen Körper mit einer Dicke von ½* X mm zu erzeugen, können die Breiten 618, die Tiefen 620 und/oder die Breiten 622 an der unteren Grenze von X mm statt +/-25% von ½* X mm liegen. Wenn jedoch die Dicke des ferromagnetischen Körpers X mm oder mehr beträgt, dann können die Breiten 618, die Tiefen 620 und/oder die Breiten 622 ungefähr der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen (z. B. +/-25 %). Beispiele für eine Untergrenze können im Bereich von 0 mm bis 2 mm liegen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und nicht als einschränkend zu verstehen.
Wenn die magnetische Vorrichtung 600 zur Kopplung mit ferromagnetischen Körpern unterschiedlicher Dicke verwendet wird, können alternativ die Breiten 618 der Vorsprünge 622 und/oder die Tiefen 620 und/oder die Breiten 622 der Aussparungen 614, die einen Durchschnitt der Dicke der ferromagnetischen Körper darstellen, verwendet werden, um die Notwendigkeit zu verringern, die Polschuhe zu wechseln. Ähnlich wie oben kann jedoch eine Untergrenze (z. B. 2,0 mm) angewendet werden, so dass, wenn die durchschnittliche Dicke der ferromagnetischen Körper unter der Untergrenze liegt (d. h. <2,0 mm), die Breiten 618, Tiefen 620 und/oder Breiten 622 so konfiguriert werden können, dass sie die Untergrenze (d. h. 2,0 mm) darstellen.
Während die abgebildeten Polschuhe 602', 602'' keine abgerundeten Schultern (z. B. die abgerundete Schulter 320) und/oder einen gekrümmten Aussparungsabschnitt (z. B. den gekrümmten Aussparungsabschnitt 310) aufweisen, können die Polschuhe 602', 602'' in alternativen Ausführungsformen eines oder beide dieser Merkmale aufweisen. Während die abgebildeten Polschuhe 602', 602'' keine komprimierbaren Elemente (z. B. die komprimierbaren Elemente 420) aufweisen, können die Polschuhe 602', 602'' in alternativen Ausführungsformen eines oder beide dieser Merkmale aufweisen.
Wie dargestellt, haben die Polschuhe 602', 602'' die jeweiligen Dicken 624', 624''. In Ausführungsformen können unterschiedliche Dicken 624', 624'' unterschiedliche flache Magnetfelder und Fernfeldmagnetfelder durch die magnetische Vorrichtung 600 erzeugen. Das heißt, ähnlich wie die Breiten 618 der Vorsprünge 610, Dicken 624', 624'', die ungefähr gleich der Dicke eines ferromagnetischen Körpers sind, mit dem die magnetische Vorrichtung 600 gekoppelt ist, um ein geeignetes flaches Magnetfeld zum Entstapeln des ferromagnetischen Körpers zu erzeugen. Wenn die magnetische Vorrichtung 600 beispielsweise 2 mm dicke ferromagnetische Platten entstapelt, könnten die Dicken 624', 624'' ungefähr 2 mm betragen (z. B. 2 mm+/-25 %). In Ausführungsformen wird dadurch ein starkes, flaches Magnetfeld zwischen 0 mm und 2 mm erzeugt. In Ausführungsformen können die Polschuhe 602', 602'' entweder aus Edelstahl 304 bestehen und/oder Aluminium enthalten, das zumindest einen Teil der Polschuhe 602', 602'' umgibt, um den Polschuhen 602', 602'' strukturelle Integrität zu verleihen. In Ausführungsformen kann dies besonders vorteilhaft sein, wenn die Polschuhe 602', 602'' eine geringe Dicke 624', 624'' aufweisen (z. B. weniger als oder gleich 5 mm).
Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse 604 einen Versatz 626 zu den Werkstückkontaktflächen 616', 616'' aufweisen. In Ausführungsformen kann der Versatz 626 von dem durch die magnetische Vorrichtung 600 erzeugten Magnetfeld abhängen. Das heißt, in Ausführungsformen kann der Versatz 626 ein Prozentsatz der flachen Magnetfeldtiefe sein, die von der magnetischen Vorrichtung 600 erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Versatz 626 ein Prozentsatz der Dicke des Werkstücks sein. Wenn die magnetische Vorrichtung 600 beispielsweise so konfiguriert ist, dass sie ein flaches Magnetfeld innerhalb des Werkstücks mit einer Tiefe von X mm erzeugt und/oder an ein Werkstück mit einer Dicke von X mm koppelt, dann kann der Versatz 626 ein Prozentsatz (größer oder kleiner als 100%) von X sein. In einem Beispiel kann der Versatz 626 vorzugsweise im Bereich von 100% bis 700% der Tiefe des flachen Magnetfelds liegen. In einem anderen Beispiel kann der Versatz 626 vorzugsweise im Bereich von 200% bis 600% der Tiefe des flachen Magnetfeldes liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Versatz 626 vorzugsweise im Bereich von 300 % bis 500 % der Tiefe des flachen Magnetfeldes liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Versatz 626 vorzugsweise im Bereich von 350% bis 400% der Tiefe des flachen Magnetfeldes liegen.
Zusätzlich oder alternativ können sich die Polschuhe 602', 602'' entlang der Richtung 628 in Abständen 630, 632 über eine Vorderfläche 634 bzw. eine Rückfläche 636 des Gehäuses 604 hinaus erstrecken. Anders ausgedrückt, kann die Breite 637 der Polschuhe 602', 602'' länger sein als die Tiefe 638 des Gehäuses 604. Durch die Verlängerung über die Vorder- und Rückseiten 634, 636 hinaus wird die Kontaktfläche zwischen den Werkstückkontaktflächen 616', 616'' und einem ferromagnetischen Körper vergrößert. Die vergrößerte Kontaktfläche der Werkstückkontaktflächen 616', 616'' kann die Haltekraft und/oder Scherkraft der magnetischen Vorrichtung 600 erhöhen. In einem Beispiel können der Abstand 630, der Abstand 632 und/oder die Breite 637 in Abhängigkeit von dem ferromagnetischen Körper, den die magnetische Vorrichtung 600 koppelt, variieren. Das heißt, abhängig von einer bevorzugten Haltekraft für einen ferromagnetischen Körper können der Abstand 630, der Abstand 632 und/oder die Breite 637 variiert werden, um die bevorzugte Haltekraft zu erreichen. Ein weiteres Beispiel ist, dass der Abstand 630, der Abstand 632 und/oder die Breite 637 ein Prozentsatz (größer oder kleiner als 100%) der Tiefe 638 des Gehäuses 604 sein kann. In einem Beispiel kann der Abstand 630 und/oder der Abstand 632 vorzugsweise im Bereich von 25% bis 75% der Tiefe 638 des Gehäuses 604 liegen. In einem anderen Beispiel kann der Abstand 630 und/oder der Abstand 632 vorzugsweise im Bereich von 35 % bis 65 % der Tiefe 638 des Gehäuses 604 liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Abstand 630 und/oder der Abstand 632 vorzugsweise im Bereich von 45 % bis 55 % der Tiefe 632 des Gehäuses 604 liegen.
Die Dicke 640 der Polschuhe 602', 602'' kann ebenfalls variiert werden. Ähnlich wie bei der Vergrößerung der Breite 637 der Polschuhe 602', 602'' wird durch die Vergrößerung der Dicke 640 der Polschuhe 602', 602'' die Kontaktfläche zwischen den Werkstückkontaktflächen 616', 616'' und einem ferromagnetischen Körper vergrößert. Die vergrößerte Kontaktfläche der Werkstückkontaktflächen 616', 616'' kann die Haltekraft und/oder Scherkraft der magnetischen Vorrichtung 600 erhöhen. Dementsprechend kann die Dicke 640 in Abhängigkeit von der gewünschten Haltekraft der magnetischen Vorrichtung 600 variiert werden. In einem Beispiel kann die Dicke 640 ungefähr der Dicke eines ferromagnetischen Körpers entsprechen, den die magnetische Vorrichtung 600 koppelt. In einem anderen Beispiel kann die Dicke 640 im Verhältnis zur Breite 637 variieren. Das heißt, je nach ferromagnetischem Körper, den die magnetische Vorrichtung 600 koppelt, kann es vorteilhaft sein, eine Oberfläche der Kontaktfläche 616', 616'' und damit eine Haltekraft der magnetischen Vorrichtung 600 beizubehalten. Wenn also die Breite 637 vergrößert wird, kann die Dicke 640 verringert werden und umgekehrt. Wenn also eine Haltekraft und ein breiterer Polschuh 616', 616'' für einen ferromagnetischen Körper bevorzugt werden, kann die bevorzugte Haltekraft durch Verringern der Dicke 640 und Vergrößern der Breite 637 beibehalten werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann jedes der Merkmale der Polschuhe 16, 132, 200, 300, 400, 500, 550 und 602 in Verbindung miteinander verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können alle Vorsprünge und Aussparungen der Polschuhe 16, 132, 200, 300, 400, 500, 550 und 602 in die Gehäuse der magnetischen Vorrichtungen 10, 100, 600 integriert werden, anstatt mit ihnen gekoppelt zu sein.
Wenn die Vorsprungsbreiten und Aussparungstiefen/-breiten eine Untergrenze überschreiten und die Vorsprungsbreiten und Aussparungstiefen/-breiten der Polschuhe annähernd der Dicke des ferromagnetischen Körpers entsprechen, erzeugen Polschuhe mit diesen Merkmalen die stärkste Haltekraft für einen ferromagnetischen Körper, der annähernd die gleiche Dicke wie die Vorsprungsbreiten und Aussparungstiefen/-breiten hat, wie oben beschrieben.
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zur Verwendung einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung mit Polschuhen. Das Verfahren 700 umfasst das Inkontaktbringen eines ferromagnetischen Körpers mit einem ersten Polschuh, wie in Block 702 dargestellt. In Ausführungsformen kann der erste Polschuh lösbar an einem Gehäuse einer magnetischen Vorrichtung angebracht sein. Außerdem kann die magnetische Vorrichtung in der Lage sein, zwei verschiedene Magnetkreise aufzubauen. Der erste Magnetkreis kann als die magnetische Vorrichtung in einem Ein-Zustand und der zweite Magnetkreis als die magnetische Vorrichtung in einem Aus-Zustand bezeichnet werden.
In Ausführungsformen können der erste Polschuh, das Gehäuse und die magnetische Vorrichtung die gleichen oder ähnliche Merkmale aufweisen wie die oben dargestellten Polschuhe 16, 102, 200, 300, 400, 500 oder 602, die Gehäuse 28, 104, 604 und die magnetischen Vorrichtungen 10, 100 bzw. 600. Beispielsweise kann der ferromagnetische Körper von einer Werkstückkontaktfläche des ersten Polschuhs kontaktiert werden, wobei die Werkstückkontaktfläche des ersten Polschuhs eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Vorrichtung Folgendes umfassen: einen ersten Permanentmagneten, der im Gehäuse angebracht ist und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, und einen zweiten Permanentmagneten mit einem aktiven N-S-Polpaar. In Ausführungsformen kann der zweite Permanentmagnet drehbar in dem Gehäuse in einer gestapelten Beziehung mit dem ersten Permanentmagneten angeordnet sein, wobei der zweite Permanentmagnet zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position drehbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Vorrichtung eine Mehrzahl von Magnetkreisen aufbauen, die unterschiedliche Stärken von Magnetkreisen zwischen der magnetischen Vorrichtung und einem ferromagnetischen Körper erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 700 das Inkontaktbringen eines ferromagnetischen Körpers mit einem zweiten Polschuh, wie in Block 704 dargestellt. In Ausführungsformen ist der zweite Polschuh an demselben Gehäuse befestigt, an dem auch der erste Polschuh befestigt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann sich die magnetische Vorrichtung in der ersten Konfiguration befinden, wenn der ferromagnetische Körper von dem zweiten Polschuh berührt wird.
In Ausführungsformen umfasst das Verfahren 700 den Übergang der magnetischen Vorrichtung vom Aus-Zustand in einen Ein-Zustand, wie in Block 706 dargestellt. In Ausführungsformen kann der Übergang der magnetischen Vorrichtung aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand das Betätigen (z.B. Drehen) des zweiten Permanentmagneten von einer ersten Position in eine zweite Position umfassen. Wenn sich die magnetische Vorrichtung in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird der Magnetkreis durch das Werkstück gebildet.
In 13 ist ein beispielhaftes Robotersystem 700 dargestellt. Obwohl in 13 ein Robotersystem 700 dargestellt ist, können die in diesem Zusammenhang beschriebenen Ausführungsformen auch auf andere Maschinentypen angewendet werden (z. B. Kranzug, Pickand-Place-Maschinen, usw.).
Das Robotersystem 700 umfasst ein elektronisches Steuergerät 770. Das elektronische Steuergerät 770 enthält zusätzliche Logik, die im zugehörigen Speicher 774 zur Ausführung durch den Prozessor 772 gespeichert ist. Ein Roboterbewegungsmodul 702 ist enthalten, das die Bewegungen eines Roboterarms 704 steuert. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Roboterarm 704 ein erstes Armsegment 706, das relativ zu einer Basis um eine vertikale Achse drehbar ist. Das erste Armsegment 706 ist über ein erstes Gelenk 710 beweglich mit einem zweiten Armsegment 708 verbunden, wobei das zweite Armsegment 708 relativ zum ersten Armsegment 706 in eine erste Richtung gedreht werden kann. Das zweite Armsegment 708 ist über ein zweites Gelenk 712 beweglich mit einem dritten Armsegment 711 gekoppelt, wobei das dritte Armsegment 711 relativ zum zweiten Armsegment 708 in eine zweite Richtung gedreht werden kann. Das dritte Armsegment 711 ist über ein drittes Gelenk 716, durch das das vierte Armsegment 714 relativ zum dritten Armsegment 711 in eine dritte Richtung gedreht werden kann, und ein Drehgelenk 718, durch das die Ausrichtung des vierten Armsegments 714 relativ zum dritten Armsegment 711 verändert werden kann, beweglich mit einem vierten Armsegment 714 verbunden. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 ist in der Abbildung am Ende des Roboterarms 704 befestigt. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 wird verwendet, um ein Werkstück 27 (nicht dargestellt) mit dem Roboterarm 704 zu koppeln. Obwohl die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 abgebildet ist, kann jede der hier beschriebenen magnetischen Kopplungsvorrichtungen und jede Anzahl der hier beschriebenen magnetische Kopplungsvorrichtungen mit dem Robotersystem 700 verwendet werden.
In einer Ausführungsform bewegt das elektronische Steuergerät 770 durch den Prozessor 772, der das Roboterbewegungsmodul 702 ausführt, den Roboterarm 704 in eine erste Position, in der die magnetische Kopplungsvorrichtung 100 das Werkstück an einer ersten Stelle berührt. Das elektronische Steuergerät 770, das über den Prozessor 772 ein magnetisches Kopplungszustandsmodul 776 ausführt, weist die magnetische Vorrichtung 10 an, den oberen Magneten 12 relativ zum unteren Magneten 14 zu bewegen, um die pplungsvorrichtung 10 in den Ein-Zustand zu versetzen und das Werkstück mit dem Robotersystem 700 zu koppeln. Das elektronische Steuergerät 770 des Prozessors 772, das das Roboterbewegungsmodul 702 ausführt, bewegt das Werkstück von der ersten Position zu einer zweiten, gewünschten, beabstandeten Position. Sobald sich das Werkstück an der gewünschten zweiten Position befindet, weist das elektronische Steuergerät 770 durch den Prozessor 772, der das magnetische Kopplungszustandsmodul 776 ausführt, die magnetische Vorrichtung 10 an, den oberen Magneten 12 relativ zum unteren Magneten 14 zu bewegen, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 in einen Aus-Zustand zu versetzen, um das Werkstück vom Robotersystem 700 zu entkoppeln. Das elektronische Steuergerät 770 wiederholt dann den Vorgang zum Koppeln, Bewegen und Entkoppeln eines weiteren Werkstücks.
In einer Ausführungsform umfassen die offengelegten magnetischen Vorrichtungen einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung einer Eigenschaft des zwischen der magnetischen Vorrichtung und dem mit der magnetischen Vorrichtung zu koppelnden Werkstück vorhandenen Magnetkreises. Weitere Einzelheiten zu beispielhaften Sensorsystemen sind in der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/490,705 mit dem Titel SMART SENSE EOAMT enthalten, die am 27. April 2017 eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Wie bereits erwähnt, können anstelle der Permanentmagnete 12, 14 oder der Permanentmagnete 130, 132 auch andere Konfigurationen von Magneten verwendet werden. In den 14 und 15 ist eine Seitenschnittansicht einer beispielhaften magnetische Kopplungsvorrichtung 800 der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 umfasst eine obere Baugruppe 802 und eine untere Baugruppe 804. Jede der Baugruppen 802 und 804 umfasst eine Mehrzahl von beabstandeten Permanentmagneten 806 und eine Mehrzahl von Polabschnitten 808. Jeder der mehreren voneinander beabstandeten Permanentmagneten 806 ist als einzelner Permanentmagnet dargestellt, kann jedoch mehrere Permanentmagnete und/oder mindestens einen in einem Gehäuse angeordneten Permanentmagneten umfassen.
Jeder Permanentmagnet 806 hat eine nordpolige Seite (N) und eine südpolige Seite (S). Die Permanentmagnete 806 und die Polabschnitte 808 der oberen Baugruppe 802 und der unteren Baugruppe 804 sind jeweils in einer linearen Anordnung angeordnet, wobei einer der Polabschnitte 808 zwischen zwei der Permanentmagnete 806 positioniert ist. Ferner sind die Permanentmagnete 806 so angeordnet, dass jeder der beiden Permanentmagnete 806, die den Polabschnitt 808 zwischen sich berühren, entweder mit seiner Nordpolseite (N) oder seiner Südpolseite (S) den Polabschnitt 808 berührt. Wenn die Nordpolseiten (N) der benachbarten Permanentmagnete 806 einen Polabschnitt 808 berühren, wird der Polabschnitt 808 als Nordpolabschnitt bezeichnet. Wenn die Südpolseiten (S) der benachbarten Permanentmagnete 806 einen Polabschnitt 808 berühren, wird der Polabschnitt 808 als Südpolabschnitt bezeichnet.
In Ausführungsformen ersetzt die untere Baugruppe 804 den Permanentmagneten 14 der magnetische Kopplungsvorrichtung 10 oder den Permanentmagneten 130 der magnetische Kopplungsvorrichtung 100 und wird relativ zum Gehäuse 28 stationär gehalten, und die obere Baugruppe 802 ersetzt den Permanentmagneten 12 der magnetische Kopplungsvorrichtung 10 oder den Permanentmagneten 132 der magnetische Kopplungsvorrichtung 100. Die obere Baugruppe 802 ist relativ zur unteren Baugruppe 804 in den Richtungen 810 und 812 verschiebbar, um die Ausrichtung der Permanentmagnete 806 und der Poltabschnitte 808 der oberen Baugruppe 802 relativ zu den Permanentmagneten 806 und den Polabschnitten 808 der unteren Baugruppe 804 zu ändern. Die Permanentmagnete 806 der unteren Baugruppe 804 sind aufgrund der Polabschnitte 814 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 800 von einem Werkstück 27' beabstandet. Zusätzlich ist ein Abstandshalter (nicht dargestellt) zwischen den Permanentmagneten der oberen Baugruppe 802 und der unteren Baugruppe 804 vorgesehen.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 befindet sich in einem eingeschalteten Zustand, wenn die Südpolabschnitte 808 der unteren Baugruppe 804 mit den Südpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 und die Nordpolabschnitte 808 der unteren Baugruppe 804 mit den Nordpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 ausgerichtet sind (siehe 14). Im eingeschalteten Zustand wird das Werkstück 27' durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 gehalten, da ein Magnetkreis von den ausgerichteten Nordpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 und der unteren Baugruppe 804 durch das Werkstück 27' und zu den ausgerichteten Südpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe und der unteren Baugruppe 804 geschlossen wird, wie durch die magnetischen Flusslinien 816 dargestellt. Die Größe und Form der Polabschnitte 814 führen dazu, dass der erste Magnetkreis im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist und eine ausreichende Haltekraft aufweist, um die Werkstückplatte 27' in Richtung 818 relativ zum Rest der Werkstückplatten 27 vertikal anzuheben. Auf diese Weise kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 dazu dienen, die Werkstückplatten 27 zu entstapeln. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil des magnetischen Flusses, der den Werkstückplatten 27 durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 zugeführt wird, in die untere Platte 27'' der Werkstückplatten 27 eindringen, jedoch nicht in einem Ausmaß, das dazu führt, dass die untere Platte 27'' durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 zusammen mit der Werkstückplatte 27' angehoben wird. Somit bedeutet, wie hier verwendet, der erste Magnetkreis, der im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist, dass die Menge des magnetischen Flusses von der schaltbaren magnetischen Hebevorrichtung 800, die in die untere Platte 27'' eintritt, wenn überhaupt, unter einem Niveau liegt, das dazu führen würde, dass die untere Platte 27'' durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 zusammen mit der Werkstückplatte 27' vertikal in Richtung 818 angehoben wird.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 800 befindet sich in einem Aus-Zustand, wenn die Südpolabschnitte 808 der unteren Baugruppe 804 mit den Nordpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 ausgerichtet sind und die Nordpolabschnitte 808 der unteren Baugruppe 804 mit den Südpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 ausgerichtet sind (siehe 15). Im ausgeschalteten Zustand wird ein Werkstück 27' nicht von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 800 gehalten, da ein Magnetkreis innerhalb der oberen Baugruppe 802 und der unteren Baugruppe 804 von den ausgerichteten Nordpolabschnitten 808 der oberen Baugruppe 802 zu den Südpolabschnitten 808 der unteren Baugruppe 804 und von den ausgerichteten Nordpolabschnitten der oberen Baugruppe 802 zu den Südpolabschnitten 808 der unteren Baugruppe 804 geschlossen ist.
In Ausführungsformen können die Polabschnitte 808 auch die gleichen oder ähnliche Merkmale wie die Polschuhe 102, 200, 300, 400, 500, 602 aufweisen (z. B. die gleichen oder ähnlichen: Breiten, Breiten und/oder Tiefen der Aussparungen, abgerundete Schulterabschnitte, eine gekrümmte Werkstückkontaktfläche, ein komprimierbares Element zwischen jedem der Polabschnitte 808, usw.).
In den 16-18 ist eine weitere beispielhafte magnetische Baugruppe 900 der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die magnetische Baugruppe 900 umfasst eine obere Platte 912 und eine untere Platte 914. Jede der Platten 912 und 914 enthält eine Mehrzahl von beabstandeten Permanentmagneten 930 und eine Mehrzahl von Polabschnitten 950. Jeder der mehreren voneinander beabstandeten Permanentmagneten 930 ist als einzelner Permanentmagnet dargestellt, kann jedoch mehrere Permanentmagnete und/oder mindestens einen in einem Gehäuse angeordneten Permanentmagneten umfassen. Beispielhafte Platten sind im US-Patent Nr. 7,161,451 und in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/248,804 , eingereicht am 30. Oktober 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A ROTARY ACTUATION SYSTEM, unter der Nummer MTI-0007-01-US-E beschrieben.
Zurückkommend zu dem Beispiel von 16-18, hat jeder Permanentmagnet 930 eine Nordpolseite 932 und eine Südpolseite 934. Die Permanentmagnete 930 und die Polabschnitte 950 der Platte 912 und der Platte 914 sind jeweils so angeordnet, dass sie eine geschlossene Form bilden, wobei einer der Polabschnitte 950 zwischen zwei der Permanentmagnete 930 angeordnet ist. Ferner sind die Permanentmagnete 930 so angeordnet, dass jeder der beiden Permanentmagnete 930, die den Polabschnitt 950 dazwischen berühren, entweder mit seiner Nordpolseite oder mit seiner Südpolseite den Polabschnitt 950 berührt. Wenn die Nordpolseiten der benachbarten Permanentmagnete 930 einen Polabschnitt 950 berühren, wird der Polabschnitt 950 als Nordpolabschnitt bezeichnet. Wenn die Südpolseiten der benachbarten Permanentmagnete 930 einen Polabschnitt 950 berühren, wird der Polabschnitt 950 als Südpolabschnitt bezeichnet.
Die obere Platte 912 und die untere Platte 914 enthalten jeweils eine gleiche und gerade Anzahl von Permanentmagnetabschnitten und eine gleiche Anzahl von Polabschnitten 950. In einer Ausführungsform sind die Permanentmagnete 930 und die Polabschnitte 950 sowohl in der oberen Platte 912 als auch in der unteren Platte 914 in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet.
In Ausführungsformen ersetzt die untere Platte 914 den Permanentmagneten 14 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 10 oder den Permanentmagneten 130 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 und wird relativ zum Gehäuse 28 stationär gehalten, und die obere Platte 912 ersetzt den Permanentmagneten 12 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 10 oder den Permanentmagneten 132 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 100 und dreht sich relativ zur unteren Platte 914. Zusätzlich oder alternativ kann die untere Platte in die unten in Bezug auf die 19-22 beschriebene magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 eingebaut werden.
Die obere Platte 912 ist in den Richtungen 990, 992 um eine zentrale Achse 994 relativ zur unteren Platte 914 drehbar, um die Ausrichtung der Permanentmagnete 930 und der Polabschnitte 950 der oberen Platte 912 relativ zu den Permanentmagneten 930 und den Polabschnitten 950 der unteren Platte 914 zu ändern.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 900 befindet sich in einem eingeschalteten Zustand, wenn die Südpolabschnitte 950 der unteren Platte 914 mit den Südpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 und die Nordpolabschnitte 950 der unteren Platte 914 mit den Nordpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 ausgerichtet sind. Im eingeschalteten Zustand wird das Werkstück 27 durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 gehalten, da ein Magnetkreis von den ausgerichteten Nordpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 und der unteren Platte 914 durch das Werkstück 27 und zu den ausgerichteten Südpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 und 914 geschlossen ist.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 befindet sich in einem Aus-Zustand, wenn die Südpolabschnitte 950 der unteren Platte 914 mit den Nordpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 ausgerichtet sind und die Nordpolabschnitte 950 der unteren Platte 914 mit den Südpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 ausgerichtet sind. Im ausgeschalteten Zustand wird ein Werkstück 27 nicht von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 10 gehalten, da ein Magnetkreis innerhalb der oberen Platte 912 und der unteren Platte 914 von den ausgerichteten Nordpolabschnitten 950 der oberen Platte 912 zu den Südpolabschnitten 950 der unteren Platte 914 und von den ausgerichteten Nordpolabschnitten der oberen Platte 912 zu den Südpolabschnitten 950 der unteren Platte 914 geschlossen ist.
In 16 ist die obere Platte 912 relativ zu der unteren Platte 914 beabstandet dargestellt. Die untere Platte 914 ist im Allgemeinen identisch mit der oberen Platte 912. Die obere Platte 912 kann relativ zur unteren Platte 914 gedreht werden, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 10 in einen Ein- oder Aus-Zustand zu versetzen.
In 17 ist die obere Platte 912 dargestellt. Die obere Platte 912 umfasst eine zylindrische Basiskomponente 920 mit einer zentralen Öffnung 922 und einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen 924. Jede der sich radial erstreckenden Öffnungen 924 ist so bemessen und geformt, dass sie einen Permanentmagneten 930 aufnehmen kann. Jeder Permanentmagnet 930 hat eine Nordseite 932, eine Südseite 934, eine radial nach innen gerichtete Seite 936, eine radial nach außen gerichtete Seite 938, eine Oberseite 940 und eine Unterseite.
In 18 ist eine Draufsicht auf die obere Platte 912 dargestellt. Die zylindrische Basiskomponente 920 umgibt jede der Nordseiten 932, der Südseiten 934, der radial nach innen gerichteten Seite 936 und der radial nach außen gerichteten Seite 938 des Permanentmagneten 930. In einer Ausführungsform sind die Öffnungen 924 keine Durchgangsöffnungen, sondern tiefe Blindöffnungen an der Unterseite der zylindrischen Basiskomponente 920, so dass die zylindrische Basiskomponente 920 auch die Oberseite 940 der Polabschnitte 950 umgibt. In der dargestellten Ausführungsform ist die zylindrische Basiskomponente 920 ein einziges integrales Bauteil. In einer Ausführungsform besteht die zylindrische Basiskomponente 920 aus zwei oder mehr Komponenten, die miteinander verbunden sind.
Wie in 18 dargestellt, sind die Permanentmagnete 930 so angeordnet, dass die Nordseiten 932 benachbarter Magnete einander zugewandt sind und die Südseiten 934 benachbarter Magnete 930 einander zugewandt sind. Diese Anordnung führt dazu, dass die Abschnitte 950 der zylindrischen Basiskomponente 920 zwischen den Permanentmagneten 930 als Polverlängerungen für den Permanentmagneten 930 wirken. In Ausführungsformen sind die Basiskomponente 920 und damit die Polabschnitte 950 aus Stahl gefertigt. Andere geeignete ferromagnetische Materialien können für die Basiskomponente 920 verwendet werden.
In den 19-22 ist eine weitere beispielhafte magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 der vorliegenden Offenbarung dargestellt. In 19 ist eine Explosionsansicht der magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 dargestellt. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 umfasst die in den 16-18 dargestellte Magnetbaugruppe 900 mit einem zusätzlichen Abstandshalter 1002, der zwischen den Permanentmagneten der oberen Platte 912 und der unteren Platte 914 angeordnet ist. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Gehäuse 1004, das eine kreisförmige Grundfläche aufweist. Eine kreisförmige Bohrung 1006 erstreckt sich axial von der Unterseite zur Oberseite des Gehäuses 1004. Die obere Platte 912 und die untere Platte 914 sind in der Bohrung 1006 aufgenommen.
Die beispielhafte magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 umfasst eine Aktuatorbaugruppe 1008, um die Drehung der oberen Platte 912 relativ zu der unteren Platte 914 zu erleichtern. Im dargestellten Beispiel umfasst die Aktuatorbaugruppe 1008 eine Welle 1010, die aus einer zentralen Bohrung 1012 der zylindrischen Basiskomponente 920 der oberen Platte 912 in eine zentrale Bohrung 1014 eines Drehaktuators 1016 der Aktuatorbaugruppe 1008 ragt. Der Drehaktuator 1016 ist über Stifte 1018 mit der zylindrischen Basiskomponente 920 gekoppelt. Wenn der Drehaktuator 1016 gedreht wird, wird die Drehung des Drehaktuators 1016 über die Stifte 1018 auf die zylindrische Basiskomponente 920 übertragen und führt zu einer Drehung der oberen Platte 912 relativ zu der unteren Platte 914. Die Welle 1010 ermöglicht eine konzentrische Drehung des Drehaktuators 1016 und der zweiten Platte 912 um eine zentrale Achse 1020.
Die Aktuatorbaugruppe 1008 kann einen Ring 1022 enthalten, der eine konzentrische Drehung des Drehaktuators 1016 um die zentrale Achse 1020 ermöglicht. Der Ring 1022 passt in eine Kappenkomponente 1024. Der Ring 1022 kann eine Spielpassung mit einer Innenfläche der Kappenkomponente 1024 bilden, um die Drehung des Rings 1022 innerhalb der Kappenkomponente 1024 zu erleichtern. Der Ring 1022 umfasst auch eine zentrale Bohrung 1026, die über einen Teil 1028 des Drehaktuators 1016 passt. Der Ring 1022 kann über Stifte 1030 mit dem Drehaktuator 1016 verbunden sein. Alternativ dazu kann sich der Ring 1022 relativ zum Drehaktuator 1016 frei drehen.
Die Drehung des Drehaktuators 1016 kann durch eine Drehmomentabtriebswelle (nicht dargestellt) erreicht werden, die in und durch eine zentrale Bohrung 1031 der Kappenkomponente 1024 eingeführt und von der zentralen Bohrung 1014 des Drehaktuators 1016 aufgenommen wird. Das Ende der Drehmomentabtriebswelle greift in innere Rippen (nicht dargestellt) der zentralen Bohrung 1014 ein, so dass eine konzentrische Drehung der Drehmomentabtriebswelle in eine konzentrische Drehung des Drehaktuators 1016 umgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, ist der Drehaktuator 1016 über Stifte 1018 mit dem Basisteil 920 verbunden. Wenn der Drehaktuator 1016 durch die Drehmomentabtriebswelle gedreht wird, führt die Drehung des Drehaktuators 1016 zu einer Drehung des oberen Tellers 920.
Wie in den 20-22 gezeigt, ist die Basiskomponente 920 durch nicht-ferromagnetische Teile 1036 in eine Mehrzahl von Sektoren 1034 unterteilt. Jeder Sektor 1034 der Werkstückkontaktfläche 1040 umfasst beabstandete Vorsprünge 1038, die durch Aussparungen 1039 getrennt sind (siehe 22). Wie dargestellt, befinden sich die beabstandeten Vorsprünge 1038 innerhalb einer vertikalen Umhüllung 1041, die durch die zentrale Bohrung 1006 definiert ist. Die beabstandeten Vorsprünge 1038 können einstückig als Bodenfläche der Polabschnitte 950 der Basiskomponente 920 ausgebildet sein. Alternativ können die beabstandeten Vorsprünge 1038 mit einer Bodenfläche der Polabschnitte 950 verbunden sein. Während das dargestellte Beispiel vier beabstandete Vorsprünge 1038 zeigt, können andere Ausführungsformen zwei oder mehr beabstandete Vorsprünge 1038 aufweisen.
Die voneinander beabstandeten Vorsprünge 1038 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 1040. Das heißt, in Ausführungsformen bilden die beabstandeten Vorsprünge 1038 die Werkstückkontaktfläche 1040 der Polabschnitte 950 der Basiskomponente 920. Als solche können die beabstandeten Vorsprünge 1038 hier auch als Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1038 bezeichnet werden. In Ausführungsformen können ein zentraler Vorsprung 1042 und/oder die nicht-ferromagnetischen Teile 1036 in der Werkstückkontaktfläche 1040 enthalten sein.
Die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1038 befinden sich in unterschiedlichen radialen Abständen 1044 von dem zentralen Vorsprung 1042 des Basisteils 920. In Ausführungsformen können die radialen Abstände 1044 ein Vielfaches der Dicke der Werkstückplatten 27 sein. Wenn beispielsweise die Dicke der Werkstückplatten 27 X mm beträgt, können die radialen Abstände 1044 n * X (+/-25%) betragen, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1038 können auch die gleichen oder ähnliche Merkmale wie die Polschuhe 102, 200, 300, 400, 500, 602 aufweisen (z. B. die gleichen oder ähnliche: Breiten, Breiten und/oder Tiefen der Aussparungen, abgerundete Schulterabschnitte, eine gekrümmte Werkstückkontaktfläche, ein komprimierbares Element zwischen jeder der Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1038, usw.).
Da die Polabschnitte der Werkstückkontaktflächen 1038 voneinander beabstandet sind, können sie viele der gleichen Vorteile haben wie die oben beschriebenen Polschuhe 16', 16''. Das heißt, sie können ein flaches Magnetfeld erzeugen, das zum Entstapeln der Werkstückplatten 27 nützlich ist. Wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 beispielsweise eingeschaltet ist, ist der von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1000 erzeugte Magnetkreis im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt und von ausreichender Haltekraft, um die Werkstückplatte 27' in Richtung 1046 (von 22) relativ zu den übrigen Werkstückplatten 27 vertikal anzuheben. Auf diese Weise kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1000 dazu dienen, die Werkstückplatten 27 zu entstapeln. Natürlich kann in einigen Ausführungsformen ein Teil des magnetischen Flusses, der von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 10 für die Werkstückplatten 27 bereitgestellt wird, in die untere Platte 27'' der Werkstückplatten 27 eindringen, jedoch nicht in einem Ausmaß, das dazu führt, dass die untere Platte 27'' von der schaltbaren magnetischen Vorrichtung 1000 zusammen mit der Werkstückplatte 27' angehoben wird. Somit bedeutet, wie hier verwendet, der erste Magnetkreis, der im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist, dass die Menge des magnetischen Flusses von der schaltbaren magnetischen Hebevorrichtung 1000, die in die untere Platte 27'' eintritt, wenn überhaupt, unter einem Niveau liegt, das dazu führen würde, dass die untere Platte 27'' durch die schaltbare magnetische Hebevorrichtung 1000 zusammen mit der Werkstückplatte 27' vertikal in Richtung 1046 angehoben wird.
In den 23-27 ist eine weitere beispielhafte magnetische Kopplungsvorrichtung 1100 der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1100 umfasst die untere Platte 14. Alternativ könnte der untere Permanentmagnet 14 durch den oberen Permanentmagneten 12, den oberen Magneten 118, den unteren Magneten 120, die obere Platte 912, die untere Platte 914 oder Stabmagnete ersetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Kopplung 1100 ein Parallelepiped sein und/oder eine rechteckige Grundfläche haben, anstatt zylindrisch zu sein und/oder eine kreisförmige Grundfläche zu haben.
Ein Gehäuse 1102 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1100 beherbergt den unteren Permanentmagneten 14 und eine Aktuatorbaugruppe 1104. Die Aktuatorbaugruppe 1104 erleichtert die Bewegung des unteren Permanentmagneten 14 entlang der Achse 1106. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Aktuatorbaugruppe 1104 insbesondere eine Verbindungsstange 1108, die den unteren Permanentmagneten 14 mit einer Krone 1110 verbindet. Das heißt, die Verbindungsstange 1108 erstreckt sich von dem unteren Permanentmagneten 14 durch eine zentrale Bohrung 1112 eines Zwischenelements 1114 zu der Krone 1110. In einem Beispiel bilden die Verbindungsstange 1108 und die zentrale Bohrung 1112 eine Spielpassung. Der Kranz 1110 und die Innenwände des Gehäuses 1102 können auch eine Spielpassung bilden. Zumindest in einigen Ausführungsformen wirkt das Zwischenelement 1114 als Kurzschlussplatte, so dass der durch den Magneten 14 erzeugte Magnetkreis hauptsächlich im Gehäuse 1102 enthalten ist.
In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform enthält das Gehäuse 1102 zwei Öffnungen 1118. Durch die Öffnungen 1118 kann Gas und/oder Flüssigkeit zugeführt werden, um die Aktuatorbaugruppe 1104 von einer in 23 gezeigten ersten Position in eine in 24 gezeigte zweite Position und umgekehrt zu bewegen. Insbesondere durch die Zufuhr von Gas und/oder Flüssigkeit durch den Anschluss 1118A in einen Gehäuseabschnitt 1120 oberhalb der Krone 1110 übt das Gas und/oder die Flüssigkeit Druck auf eine obere Fläche 1122 der Krone 1110 aus, wodurch eine nach unten gerichtete Kraft auf die Aktuatorbaugruppe 1104 ausgeübt wird. Als Reaktion darauf bewegt sich die Aktuatorbaugruppe 1104 entlang der Achse 1106 nach unten, so dass der untere Permanentmagnet 14 in der Nähe der Basis 1127 des Gehäuses 1102 positioniert wird. Wenn der Permanentmagnet 14 in der Nähe der Basis 1127 des Gehäuses 1102 positioniert ist, wird im Wesentlichen ein Magnetkreis durch das Werkstück 27' gebildet (siehe 23), wodurch die Werkstückplatte 27' von den Werkstückplatten 27'', 27''' entstapelt werden kann, wie weiter unten näher erläutert.
Alternativ kann durch die Zufuhr von Gas und/oder Flüssigkeit durch den Anschluss 1118B und in einen Gehäuseteil 1124 unterhalb der Krone 1110 das Gas und/oder die Flüssigkeit Druck auf eine untere Fläche 1126 der Krone 1110 ausüben, wodurch eine nach oben gerichtete Kraft auf die Aktuatorbaugruppe 1104 ausgeübt wird. Als Reaktion darauf bewegt sich die Aktuatorbaugruppe entlang der Achse 1106 nach oben, so dass der untere Permanentmagnet 14 von der Basis 1127 des Gehäuses 1102 entfernt und/oder getrennt wird. Wenn der untere Permanentmagnet 14 von der Basis 1127 des Gehäuses 1102 entfernt und/oder getrennt ist, befindet sich ein Magnetkreis im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses 1102 (siehe 24), wodurch die magnetische Kopplungsvorrichtung 1110 von den Werkstückplatten 27 getrennt werden kann.
Während das dargestellte Beispiel ein Zwischenelement 1112 zeigt, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1100 in alternativen Ausführungsformen kein Zwischenelement 1114 enthalten. In diesen Ausführungsformen muss jedoch möglicherweise mehr Gas und/oder Flüssigkeit in den Gehäuseabschnitt 1124 eingeleitet werden, um eine Bewegung der Aktuatorbaugruppe 1104 nach oben weg von der Basis 1127 des Gehäuses 1102 zu bewirken.
In alternativen Ausführungsformen kann die Aktuatorbaugruppe 1104 entlang der Achse 1106 mit Hilfe eines linearen Aktuators 1128 bewegt werden, der mit einem Eingriffsteil 1130 gekoppelt ist, das mit der Aktuatorbaugruppe 1104 verbunden ist. Der Aktuator 1128 und/oder eine Vorrichtung, die das Gas und/oder die Flüssigkeit durch die Anschlüsse 1118 bereitstellt, kann mit einem Steuergerät (z. B. dem Steuergerät 34) verbunden sein, das den Betrieb und damit die Position der Aktuatorbaugruppe 1104 steuert. Alternativ kann der lineare Aktuator 1128 auch elektrisch und/oder manuell betätigt werden.
Wie in 25 dargestellt, kann das Gehäuse 1102 eine kreisförmige Basis 1132 aufweisen. Bei der in 25 gezeigten Ausführungsform kann die Basis 1132A durch ein nicht ferromagnetisches Teil 1136 in zwei Sektoren 1134 unterteilt sein, so dass ein ausreichender Abstand zwischen dem N-Pol und dem S-Pol besteht, um einen Kurzschluss des Magnetkreises zu verhindern. Jeder Sektor 1134 der Basis 1132A enthält beabstandete Vorsprünge 1138, die durch Aussparungen 1139 getrennt sind (siehe 24). Wie dargestellt, befinden sich die beabstandeten Vorsprünge 1138 innerhalb einer vertikalen Umhüllung 1141 des Gehäuses 1102. Die beabstandeten Vorsprünge 1138 können mit dem Boden 1127 des Gehäuses 1102 verbunden sein. Die Basis 1132A kann zwei oder mehr beabstandete Vorsprünge 1138 aufweisen.
Die beabstandeten Vorsprünge 1138 bilden zusammen eine Werkstückkontaktfläche 1140 (siehe 24) der Basis 1132A. Als solche können die beabstandeten Vorsprünge 1138 hier auch als Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 bezeichnet werden. Ein zentraler Vorsprung 1142 und/oder das nicht-ferromagnetische Teil 1136 können in der Werkstückkontaktfläche1140 der Basis 1132A enthalten sein.
Die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 befinden sich in unterschiedlichen radialen Abständen 1144 von dem zentralen Vorsprung 1140. In Ausführungsformen können die radialen Abstände 1144 ein Vielfaches der Dicke der Werkstückplatten 27 sein. Beträgt die Dicke der Werkstückplatten 27 beispielsweise X mm, so können die radialen Abstände 1144 n * X (+/-25%) betragen, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 können auch die gleichen oder ähnliche Merkmale wie die Polschuhe 102, 200, 300, 400, 500, 602 aufweisen (z. B. die gleichen oder ähnliche: Breiten, Breiten und/oder Tiefen der Aussparungen, abgerundete Schulterabschnitte, eine gekrümmte Werkstückkontaktfläche, ein komprimierbares Element zwischen jeder der Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138, usw.). Während die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 als kreisförmig dargestellt sind, können sie alternativ auch geradlinig sein.
Da die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 voneinander beabstandet sind, können sie viele der gleichen Vorteile haben wie die oben beschriebenen Polschuhe 16', 16'' und/oder die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1038. Das heißt, sie können ein flaches Magnetfeld erzeugen, das zum Entstapeln der Werkstückplatten 27 nützlich ist. Wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1100 beispielsweise in einem eingeschalteten Zustand befindet (siehe 23), ist der von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1100 erzeugte Magnetkreis im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt und von ausreichender Haltekraft, um die Werkstückplatte 27' in Richtung 1146 (von 23) relativ zu den restlichen Werkstückplatten 27 vertikal anzuheben. Auf diese Weise kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1100 dazu dienen, die Werkstückplatten 27 zu entstapeln. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil des magnetischen Flusses, der den Werkstückplatten 27 durch die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 zugeführt wird, in die untere Platte 27'' der Werkstückplatten 27 eindringen, jedoch nicht in einem Ausmaß, das dazu führt, dass die untere Platte 27'' durch die schaltbare magnetische Vorrichtung 10 zusammen mit der Werkstückplatte 27' angehoben wird. Somit bedeutet, wie hier verwendet, der erste Magnetkreis, der im Wesentlichen auf die Werkstückplatte 27' der Werkstückplatten 27 beschränkt ist, dass die Menge des magnetischen Flusses von der schaltbaren magnetischen Hebevorrichtung 1100, die in die untere Platte 27'' eintritt, wenn überhaupt, unter einem Niveau liegt, das dazu führen würde, dass die untere Platte 27'' durch die schaltbare magnetische Hebevorrichtung 1100 zusammen mit der Werkstückplatte 27' vertikal in Richtung 1146 angehoben wird.
Wie bereits erwähnt, kann der untere Permanentmagnet 14 durch den oberen Permanentmagneten 12, den oberen Magneten 118, den unteren Magneten 120, die obere Platte 912 oder die untere Platte 914 ersetzt werden. In den Fällen, in denen der untere Permanentmagnet 14 durch die obere Platte 912 oder die untere Platte 914 ersetzt wird, kann die Basis 1132A durch die in 21 dargestellte Basis ersetzt werden.
In noch anderen Ausführungsformen können die Polabschnittwerkstückkontaktflächen 1138 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1100 durch die Polschuhe 16', 16'' ersetzt werden, wie in den 26 und 27 gezeigt. In Ausführungsformen können die Polschuhe 16', 16'' auch die gleichen oder ähnliche Merkmale wie die Polschuhe 102, 200, 300, 400, 500, 602 aufweisen (z. B. die gleichen oder ähnliche: Breiten, Breiten und/oder Tiefen der Ausnehmungen, abgerundete Schulterabschnitte, eine gekrümmte Werkstückkontaktfläche, ein komprimierbares Element zwischen jedem der beabstandeten Teilvorsprünge, usw.).
Eine weitere beispielhafte magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 der vorliegenden Offenbarung ist in den 28A-30 dargestellt. 28A zeigt eine Seitenschnittansicht einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ersten, ausgeschalteten Zustand und 28B zeigt eine Frontschnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200. 29 zeigt eine vordere Schnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in einem zweiten, eingeschalteten Zustand. 30 zeigt eine Frontalschnittansicht der magnetischen Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in einem dritten, eingeschalteten Zustand.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 kann zwischen einem ersten, ausgeschalteten Zustand (dargestellt in den 28A-28B), einem zweiten, eingeschalteten Zustand (dargestellt in 29) und/oder einem dritten, eingeschalteten Zustand geschaltet werden. Wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einen Ein-Zustand geschaltet wird, durchläuft ein von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 erzeugtes Magnetfeld ein oder mehrere ferromagnetische Werkstücke 1202 und koppelt die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 an ein oder mehrere der ferromagnetischen Werkstücke 1202. Wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einen Aus-Zustand geschaltet wird, ist das von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 erzeugte Magnetfeld in erster Linie auf die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 beschränkt und daher koppelt die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 nicht mehr an eines oder mehrere der ferromagnetischen Werkstücke 1202. Der Aus-Zustand und der Ein-Zustand werden im Folgenden näher erläutert.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 kann als End-of-Arm-Einheit („EOAMT“) für ein Robotersystem, wie z. B. das Robotersystem 700 (siehe 13), verwendet werden, kann aber auch mit anderen Hebe-, Transport- und/oder Trennsystemen für ferromagnetische Werkstücke 1202 eingesetzt werden. Zu den beispielhaften Hebe- und Transportsystemen gehören Robotersysteme, mechanische Portale, Kranzüge und weitere Systeme, die ferromagnetische Werkstücke 1202 anheben und/oder transportieren. Darüber hinaus kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 auch als Teil einer stationären Vorrichtung verwendet werden, um mindestens ein Teil für einen Vorgang wie Schweißen, Inspektion und andere Vorgänge zu halten.
Wie in 28A gezeigt, ist die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 auf ferromagnetischen Werkstücken 1202 positioniert und umfasst eine Werkstückkontaktfläche 1204, die so konfiguriert ist, dass sie die ferromagnetischen Werkstücke 1202 berührt und mit ihnen in Eingriff kommt. Die Werkstückkontaktfläche 1204 kann eine Polplatte 1206 sein. In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Polplatte 1206 eine Mehrzahl von beabstandeten Vorsprüngen 1208, wie in 28B dargestellt. In anderen Ausführungsformen weist die Polplatte 1206 keine beabstandeten Vorsprünge 1208 auf. Die beabstandeten Vorsprünge 1208 können es erleichtern, mehr magnetischen Fluss in der Nähe der Werkstückkontaktfläche 1204 zu konzentrieren, so dass, wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem eingeschalteten Zustand ist, der magnetische Fluss der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 hauptsächlich durch das erste ferromagnetische Werkstück 1202' verläuft. Beispielhafte Aspekte der Polplatte 1206 und der Vorsprünge 1208 werden im Folgenden erörtert.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 umfasst auch ein Gehäuse 1210, das eine Magnetplatte 1212 trägt. Die Magnetplatte 1212 erzeugt das Magnetfeld, das es der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 ermöglicht, mit ferromagnetischen Werkstücken 1202 zu koppeln, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem eingeschalteten Zustand befindet. In mindestens einer Ausführungsform ist die Magnetplatte 1212 eine laminierte Magnetplatte, die eine Mehrzahl von beabstandeten Permanentmagnetabschnitten 1214 und eine Mehrzahl von Polabschnitten 1216 umfasst, wie in 28B gezeigt. Jeder der mehreren voneinander beabstandeten Permanentmagnetabschnitte 1214 enthält einen oder mehrere Permanentmagnete. In einer Ausführungsform umfasst jeder Permanentmagnetabschnitt 1214 einen einzelnen Permanentmagneten. In einer anderen Ausführungsform umfasst jeder Permanentmagnetabschnitt 1214 eine Mehrzahl von Permanentmagneten. Jeder Permanentmagnetabschnitt 1214 ist diametral magnetisiert und hat eine Nordpolseite und eine Südpolseite.
Jeder Polabschnitt 1216A befindet sich zwischen zwei Permanentmagnetabschnitten 1214 und die Polabschnitte 1216B sind neben einem Permanentmagnetabschnitt 1214 angeordnet. Ferner sind die Permanentmagnetabschnitte 1214 so angeordnet, dass jeder der beiden Permanentmagnetabschnitte 1214, die den dazwischen liegenden Polabschnitt 1216A berühren, entweder mit seiner Nordpolseite oder mit seiner Südpolseite den Polabschnitt 1216A berührt. Wenn die Nordpolseiten der benachbarten Permanentmagnetabschnitte 1214 einen Polabschnitt 1216A berühren, wird der Polabschnitt 1216A als Nordpolteil bezeichnet. Wenn die Südpolseiten der benachbarten Permanentmagnetabschnitte 1214 einen Polabschnitt 1216A berühren, wird der Polabschnitt 1216A als Südpolabschnitt bezeichnet. Ähnlich verhält es sich bei den Polabschnitten 1216B: Wenn die Südpolseite eines Permanentmagnetabschnitts 1214 den Polabschnitt 1216B berührt, wird der Polabschnitt 1216B als Südpolabschnitt bezeichnet. Umgekehrt wird der Polabschnitt 1216B als Nordpolabschnitt bezeichnet, wenn die Nordpolseite eines Permanentmagnetabschnitts 1214 den Polabschnitt 1216B berührt.
In den gezeigten Ausführungsformen sind die Permanentmagnetabschnitte 1214 entlang einer horizontalen Achse 1218 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die Permanentmagnetabschnitte 1214 jedoch auch kreisförmig angeordnet sein. Während die dargestellte Ausführungsform die Magnetplatte 1212 mit sechs Permanentmagnetabschnitten 1214 und sieben Polabschnitten 1216 zeigt, können andere Ausführungsformen mehr oder weniger Permanentmagnetabschnitte 1214 und Polabschnitte 1216 aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Magnetplatte 1212 beispielsweise einen Permanentmagnetabschnitt 1214 und zwei Polabschnitte 1216 umfassen, wobei ein Polabschnitt 1216 auf jeder Seite des Permanentmagnetabschnitts 1214 angeordnet ist.
Aufgrund der Konfiguration der Magnetplatte 1212 und der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 einen größeren magnetischen Fluss auf eines oder mehrere der ferromagnetischen Werkstücke 1202 übertragen als herkömmliche Ausführungsformen. Dies führt dazu, dass die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in der Lage ist, mehr und/oder schwerere ferromagnetische Werkstücke 1202 pro magnetischem Volumen zu heben, das in der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 enthalten ist. Zum Beispiel kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 eine Haltekraft von mehr als oder gleich 0,35 Gramm ferromagnetischer Werkstücke 1202 pro Kubik-mm Volumen der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 haben. Als weiteres Beispiel kann die magnetische Kppplungsvorrichtung 1200 eine Haltekraft von mehr als oder gleich 0,8 Gramm ferromagnetischer Werkstücke 1202 pro Kubik-mm des Volumens des Gehäuses 1210 der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 aufweisen.
Um die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 zwischen einem ersten, ausgeschalteten Zustand und einem zweiten, eingeschalteten Zustand umzuschalten, ist die Magnetplatte 1212 entlang einer Achse 1220 in einem inneren Hohlraum 1222 des Gehäuses 1204 linear verschiebbar. In Ausführungsformen ist die Achse 1220 eine vertikale Achse 1220. Alternativ kann die Achse 1220 auch eine andere als eine vertikale Achse sein. Die Achse 1220 erstreckt sich zwischen einem ersten Endabschnitt 1224 des Gehäuses 1204 und einem zweiten Endabschnitt 1226 des Gehäuses 1210. In zumindest einigen Ausführungsformen ist der erste Endabschnitt 1224 ein oberer Abschnitt des Gehäuses 1210 und der zweite Endabschnitt 1226 ist ein unterer Abschnitt des Gehäuses 1210 und kann hier als solcher bezeichnet werden. In zumindest einigen anderen Ausführungsformen ist der erste Endabschnitt 1224 jedoch ein anderer Abschnitt des Gehäuses 1210 als der obere Abschnitt des Gehäuses 1210 und der zweite Endabschnitt 1226 ist ein anderer Abschnitt des Gehäuses 1210 als der untere Abschnitt des Gehäuses 1210. Wenn die Magnetplatte 1212 in der Nähe des oberen Abschnitts 1224 des Gehäuses 1210 angeordnet ist, befindet sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ersten, ausgeschalteten Zustand. Wenn die Magnetplatte 1212 in der Nähe des unteren Abschnitts 1226 des Gehäuses 1210 angeordnet ist, befindet sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem zweiten, eingeschalteten Zustand. Zusätzlich zu einem ersten, ausgeschalteten Zustand und einem zweiten, eingeschalteten Zustand kann die Magnetplatte 1212 in einer oder mehreren Zwischenpositionen zwischen dem oberen Abschnitt 1224 und dem unteren Abschnitt 1226 angeordnet sein, wie in 30 gezeigt. Eine Zwischenposition kann hier als dritter, eingeschalteter Zustand bezeichnet werden. Der dritte, eingeschaltete Zustand kann einen geringeren magnetischen Fluss an der Werkstückkontaktfläche 1204 erzeugen als der zweite, eingeschaltete Zustand, wie unten erläutert.
Um die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 zu verschieben, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand und umgekehrt zu bringen, umfasst die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 einen Aktuator 1228. In mindestens einer Ausführungsform ist der Aktuator 1228 über einen Eingriffsabschnitt 1230 und eine nicht ferromagnetische Montageplatte 1232 mit der Magnetplatte 1212 gekoppelt. Das heißt, der Aktuator 1228 ist mit dem Eingriffsabschnitt 1230 gekoppelt, der mit der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 gekoppelt ist, und die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 ist mit der Magnetplatte 1212 gekoppelt und in Kontakt mit ihr. Der Aktuator 1228 ist so konfiguriert, dass er eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt 1230 ausübt, und als Reaktion darauf verschiebt sich der Eingriffsabschnitt 1230 entlang der vertikalen Achse 1220, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand und umgekehrt zu überführen. Das heißt, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand zu überführen, übt der Aktuator 1228 eine nach unten gerichtete Kraft auf den Eingriffsabschnitt 1230 aus, die auf die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und die Magnetplatte 1212 übertragen wird. Daraufhin bewegt sich die Magnetplatte 1212 vom oberen Teil 1224 zum unteren Teil 1226. Umgekehrt, um die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand zu überführen, übt der Aktuator 1228 eine nach oben gerichtete Kraft auf den Eingriffsabschnitt 1230 aus, die auf die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und die Magnetplatte 1212 einwirkt. Als Reaktion darauf bewegen sich die Magnetplatte 1212 und die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 vom unteren Teil 1226 zum oberen Teil 1224.
Um die Magnetplatte 1212 in einen dritten, eingeschalteten Zustand zu bringen, kann der Aktuator 1228 eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt 1230 ausüben, um die Magnetplatte 1212 vom oberen Abschnitt 1224 zum unteren Abschnitt 1226 oder umgekehrt zu bewegen. Dann, wenn die Magnetplatte 1212 von dem oberen Abschnitt 1224 zu dem unteren Abschnitt 1226 oder umgekehrt übergeht, kann eine Bremse 1234, die innerhalb des Gehäuses 1210 und/oder innerhalb des Aktuators 1228 angeordnet ist, mit der Magnetplatte 1212, der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 und/oder dem Eingriffsabschnitt 1230 in Eingriff kommen und die Magnetplatte 1212 in einem dritten, eingeschalteten Zustand anhalten, wie in 30 dargestellt ist.
Beispielhafte Aktuatoren 1228 umfassen elektrische Aktuatoren, pneumatische Aktuatoren, hydraulische Aktuatoren und andere geeignete Vorrichtungen, die eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt 1230 ausüben. Ein beispielhafter pneumatischer Linearaktuator ist in 31 dargestellt und wird in diesem Zusammenhang näher erläutert. Ein beispielhafter elektrischer Aktuator ist ein Elektromotor mit einem „ausgerollten“ Stator und Rotor, der mit dem Eingriffsabschnitt 1230 gekoppelt ist. Andere beispielhafte Eingriffsteile und Aktuatoren sind in dem US-Patent Nr. 7,012,495 mit dem Titel SCHALTBARE PERMANENTMAGNETISCHE VORRICHTUNG, dem US-Patent Nr. 7,161,451 mit dem Titel MODULAR PERMANENT MAGNET CHUCK, dem US-Patent Nr. 8,878,639 mit dem Titel MAGNET ARRAYS, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/248,804 , eingereicht am 30. Oktober 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A ROTARY ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0007-01-US-E, und U.S. Provisional Patent Application No. 62/252,435 , eingereicht am 07. November 2015, mit dem Titel MAGNETIC COUPLING DEVICE WITH A LINEAR ACTUATION SYSTEM, Aktenzeichen MTI-0006-01-US-E, beschrieben, deren gesamte Offenbarungen hier ausdrücklich durch Bezugnahme einbezogen werden.
Zusätzlich oder alternativ kann der Aktuator 1228 ein Steuergerät 1236 und/oder einen Sensor 1238A enthalten. Das Steuergerät 1236 umfasst einen Prozessor 1240 mit einem zugehörigen computerlesbaren Medium, z. B. einem Speicher 1242. Der Speicher 1242 enthält eine Steuerlogik 1244, die, wenn sie vom Prozessor 1240 ausgeführt wird, das elektronische Steuergerät 1236 veranlasst, den Aktuator 1228 anzuweisen, die Magnetplatte 1212 so zu bewegen, dass sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ausgeschalteten Zustand, einem zweiten eingeschalteten Zustand und/oder einem dritten eingeschalteten Zustand befindet. Beispielsweise kann der Sensor 1238A eine Position des Aktuators 1228 erfassen, und als Reaktion auf eine vom Sensor 1238A erfasste vorbestimmte Position, die einer Position der Magnetplatte 1212 entspricht, weist die Steuerlogik 1244 den Aktuator 1228 an, die Ausübung einer Kraft auf die Magnetplatte 1212 zu beenden, wenn die Magnetplatte 1212 eine gewünschte Position erreicht.
In mindestens einer Ausführungsform ist der Aktuator 1228 ein Schrittmotor, und die Drehbewegung des Aktuators 1228 wird über eine Kupplung (z. B. ein Getriebe) zwischen einer Welle des Aktuators 1228 und dem Eingriffsteil 1230 in eine lineare Bewegung des Eingriffsteils 1230 umgesetzt. In diesen Ausführungsformen zählt der Sensor 1238A die Impulse, die zum Antrieb des Schrittmotors verwendet werden, und bestimmt anhand der Anzahl der Impulse eine Position der Welle des Schrittmotors, die in eine Position der Magnetplatte 1212 übersetzt wird. Die Position der Welle, d. h. der Winkel, wird dann in die Höhe des Spalts 1250 übersetzt. Das heißt, der Magnetteller 1212 wird relativ zur vertikalen Achse 1220 um die Schritte, die der Motor durch Zählen der Anzahl der Impulse zurücklegt, in eine bestimmte Position bewegt. In einem anderen Beispiel ist ein Schrittmotor vorgesehen, der einen Encoder mit dem Schrittmotor integriert, um zu überprüfen, ob der richtige Betätigungswinkel eingehalten wird.
Als weiteres Beispiel kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 einen Sensor 1238B enthalten. Der Sensor 1238B kann die Position der Magnetplatte 1212 innerhalb des Gehäuses 1210 messen. Zu den beispielhaften Sensoren 1238B gehören optische Sensoren, die an der Magnetplatte 1212 angebrachte Reflexionsstreifen überwachen. Andere Sensorsysteme können verwendet werden, um die Position der Magnetplatte 1212 zu bestimmen.
Als weiteres Beispiel kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 einen oder mehrere Sensoren 1238C enthalten (dargestellt in 28B). Bei den Sensoren 1238C kann es sich um Magnetflusssensoren handeln, die im Allgemeinen an einer oder mehreren Positionen über der Polplatte 1206 angeordnet sind. Zu den beispielhaften Magnetflusssensoren gehören Hall-Effekt-Sensoren. Die Sensoren 1238C messen den Streufluss in der Nähe von einem oder mehreren Nord- und Südpolen der Polplatte 1206. Die Menge des Streuflusses an jedem Sensor 1238C variiert je nach der Position der Magnetplatte 1212 relativ zur Polplatte 1206 und je nach der Menge des Flusses, der durch die Nord- und Südpole der Polplatte 1206, die Werkstückkontaktfläche 1204 und das ferromagnetische Werkstück 1202 fließt. Durch Überwachen des magnetischen Flusses an Stellen gegenüber der Werkstückkontaktfläche 1204 der Nord- und Südpole der Polplatte 1206 kann die relative Position der Magnetplatte 1212 bestimmt werden. In Ausführungsformen wird die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 auf ferromagnetischen Werkstücken 1202 positioniert und die von den Sensoren 1238C gemessenen magnetischen Flüsse, während sich die Magnetplatte 1212 von einem ausgeschalteten Zustand in einen zweiten, eingeschalteten Zustand bewegt, werden als Funktion der Position der Magnetplatte 1212 aufgezeichnet. Jeder der Magnetflüsse wird einer gewünschten Position der Magnetplatte 1212 zugeordnet. Ein beispielhaftes Erfassungssystem mit Sensoren 1238C ist in US-Patentanmeldung Nr. 15/964,884 mit dem Titel Magnetic Coupling Device with at least one of a Sensor Arrangement and a Degauss Capability offenbart, die am 27. April 2018 eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsformen ändert das Steuergerät 1236 den Zustand der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 als Reaktion auf ein von einer E/A-Vorrichtung 1246 empfangenes Eingangssignal. Zu den beispielhaften Eingabegeräten gehören Tasten, Schalter, Hebel, Wählscheiben, Touch-Displays, pneumatische Ventile, Softkeys und Kommunikationsmodule. Zu den beispielhaften Ausgabegeräten gehören optische Anzeigen, akustische Anzeigen und ein Kommunikationsmodul. Zu den beispielhaften visuellen Anzeigen gehören Displays, Lichter und andere visuelle Systeme. Zu den beispielhaften Audioanzeigen gehören Lautsprecher und andere geeignete Audiosysteme. In Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 1200 einfache visuelle Statusanzeigen in Form einer oder mehrerer LEDs, die vom Prozessor 1240 der Steuerlogik 1244 angesteuert werden, um anzuzeigen, wann ein vordefinierter Status der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 vorhanden oder nicht vorhanden ist (z. B. rote LED leuchtet, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ersten, ausgeschalteten Zustand befindet, grüne LED blinkt schnell, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem zweiten, eingeschalteten Zustand befindet und die Nähe eines ferromagnetischen Werkstücks 1202 erkannt wird, grüne LED blinkt langsamer, während die gelbe LED leuchtet, wenn das ferromagnetische Werkstück 1202 außerhalb des beabsichtigten spezifischen Bereichs auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202 kontaktiert wird (z. B. teilweise vollständiger magnetischer Arbeitskreis), und gelbe LED ist aus, während die grüne LED konstant leuchtet, was anzeigt, dass die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 innerhalb der Schwellenwerte eingreift, was einen sicheren Zustand der magnetischen Kopplung anzeigt.
In einer Ausführungsform ist beispielsweise die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 an ein Armende eines Roboterarms gekoppelt, und die E/A-Vorrichtung 1246 ist eine Netzwerkschnittstelle, über die die Steuerung 1236 Anweisungen von einer Robotersteuerung erhält, wann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einen ersten Aus-Zustand, einen zweiten Ein-Zustand oder einen dritten Ein-Zustand versetzt werden soll. Zu den beispielhaften Netzwerkschnittstellen gehören eine kabelgebundene Netzwerkverbindung und eine Antenne für eine drahtlose Netzwerkverbindung. Während sich die oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine elektronische, pneumatische oder hydraulische Betätigung beziehen, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in alternativen Ausführungsformen auch manuell von einem menschlichen Bediener betätigt werden.
Die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 kann auch ein oder mehrere ferromagnetische Teile 1248 enthalten, die an oder in der Nähe eines oberen Abschnitts 1224 des Gehäuses 1200 angeordnet sind, wie in 28A dargestellt. In mindestens einer Ausführungsform sind die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und die ferromagnetischen Teile 1248 innerhalb des Gehäuses 1210 so angeordnet, dass sich die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 zwischen den ferromagnetischen Teilen 1248 befindet und mit diesen in Kontakt steht, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in der ersten, ausgeschalteten Position befindet. Außerdem können die oberen Abschnitte der Magnetplatte 1212 mit den unteren Abschnitten der ferromagnetischen Teile 1248 in Kontakt sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können sich die ferromagnetischen Teile 1248 an den Seiten der Magnetplatte 1212 entlang erstrecken. In diesen Ausführungsformen können die ferromagnetischen Teile 1248 die Streuung der Magnetplatte 1212 verringern, indem sie das von der Magnetplatte 1212 erzeugte Magnetfeld zusätzlich absorbieren.
Die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Material (z. B. Aluminium, austenitische Edelstähle, usw.). Wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ersten, ausgeschalteten Zustand befindet und die Magnetplatte 1212 und die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 am oder in der Nähe des oberen Abschnitts 1218 des Gehäuses 1204 positioniert sind, werden ein oder mehrere Schaltkreise zwischen der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1212, den ferromagnetischen Teilen 1248 und der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 erzeugt, wie in 28B dargestellt. Wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem ersten, ausgeschalteten Zustand befindet, befindet sich außerdem ein Spalt 1250 (aus 28A), der Luft und/oder eine andere Substanz mit geringer magnetischer Suszeptibilität im inneren Hohlraum 1216 umfasst, zwischen der Polplatte 1206 und der Magnetplatte 1212 und trennt diese. Infolgedessen erstreckt sich wenig oder kein magnetischer Fluss von der Magnetplatte 1212 zur Werkstückkontaktfläche 1204 und durch die ferromagnetischen Werkstücke 1202, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im ersten, ausgeschalteten Zustand befindet. Daher kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von den ferromagnetischen Werkstücken 1202 getrennt werden. Darüber hinaus wird der meiste, wenn nicht sogar der gesamte magnetische Fluss von der Magnetplatte 1212 aufgrund der Schaltkreise zwischen der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1212, den ferromagnetischen Teilen 1248 und der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 innerhalb des Gehäuses 1210 gehalten.
Ein zusätzlicher Vorteil der Einbeziehung ferromagnetischer Teile 1248 ist, dass der Abstand des Spalts 1250 zwischen der Unterseite der Magnetplatte 1212 und der Polplatte 1206 geringer sein kann, als wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 keine nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und ferromagnetische Teile 1248 enthielte. Das heißt, ein oder mehrere Kreise, die zwischen der Magnetplatte 1212, den ferromagnetischen Teilen 1248 und der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 gebildet werden, erleichtern es, den größten Teil, wenn nicht sogar den gesamten magnetischen Fluss von der Magnetplatte 1212 innerhalb des Gehäuses 1210, in der Nähe der Magnetplatte 1212 und weg von der Polplatte 1206, einzuschließen. Somit ist der von der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 auf die ferromagnetischen Werkstücke 1202 übertragene Magnetfluss nicht ausreichend, um eines oder mehrere der ferromagnetischen Werkstücke 1202 anzuheben. Anders ausgedrückt, kann der magnetische Fluss an der Unterseite der Polplatte 1206 effektiv null sein und daher wird effektiv kein magnetischer Fluss durch die magnetische Kopplungsvorrichtung 1202 auf die ferromagnetischen Werkstücke 1202 übertragen, was die erforderliche Gesamthöhe reduziert, die die Magnetplatte 1212 zurücklegen muss (siehe Höhe 1282 unten), wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1202 zwischen einem Aus-Zustand und einem oder mehreren Ein-Zuständen wechselt.
Umgekehrt, wenn die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und die ferromagnetischen Teile 1248 nicht in der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1202 enthalten wären, würde weniger magnetischer Fluss von der Magnetplatte 1212 im Gehäuse 1210 und/oder in der Nähe der Magnetplatte 1212 eingeschlossen werden. Und weil weniger magnetischer Fluss in der Nähe der Magnetplatte 1212 eingeschlossen wäre, müsste der Spalt 1250 zwischen der Unterseite der Magnetplatte 1212 und der Polplatte 1206 größer sein, damit sich der magnetische Fluss nicht durch die Polplatte 1206 nach unten erstreckt und die magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 mit einem oder mehreren der ferromagnetischen Werkstücke 1202 koppelt. Da der Spalt 1250 in der dargestellten Ausführungsform kleiner ist, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 kleiner sein als andere magnetische Kopplungsvorrichtungen, die diese Merkmale nicht aufweisen.
Beispielsweise kann der Abstand 1250, den die Magnetplatte 1212 beim Übergang vom ersten, ausgeschalteten Zustand in den zweiten, eingeschalteten Zustand zurücklegt, weniger als oder gleich 8 mm betragen. Umgekehrt kann die Magnetplatte 1212 beim Übergang vom zweiten, eingeschalteten Zustand in den ersten, ausgeschalteten Zustand weniger als oder gleich 8 mm zurücklegen.
Ein weiterer Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist, dass der Aktuator 1228 weniger Energie aufwenden muss, um die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 innerhalb des Gehäuses 1210 zu bewegen, da der Spalt 1250 kleiner ist. Ein weiterer Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Magnetplatte 1212 bricht, wenn der Aktuator 1228 die Magnetplatte 1212 von der ersten, ausgeschalteten Position in die zweite, eingeschaltete Position verschiebt und die Magnetplatte 1212 mit dem Polstück 1206 in Kontakt kommt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Magnetplatte 1212 während des Übergangs aufgrund des verringerten Spalts 1250 weniger Schwung aufbaut. Ein weiterer Vorteil der dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass bei einem Ausfall der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200, während sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem Aus-Zustand befindet, die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 aufgrund der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 und der ferromagnetischen Teile 1248 nicht in einen Ein-Zustand übergehen wird. Somit ist die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 sicherer als eine magnetische Kopplungsvorrichtung, die bei einem Ausfall der magnetischen Kopplungsvorrichtung von einem ausgeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand übergeht. Umgekehrt könnte die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 ohne die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 und/oder die ferromagnetischen Teile 1248 eher in den Ein-Zustand übergehen, da in dem Aus-Zustand kein Magnetkreis vorhanden ist.
Wie oben erwähnt, befindet sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem zweiten, eingeschalteten Zustand, wenn die Magnetplatte 1206 am oder in der Nähe des unteren Abschnitts 1226 des Gehäuses 1204 positioniert ist. Wie in 29 dargestellt, erstreckt sich der Magnetfluss von der Magnetplatte 1206 durch eines oder mehrere der ferromagnetischen Werkstücke 1202, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im zweiten, eingeschalteten Zustand befindet. Somit ist die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 so konfiguriert, dass sie mit einem oder mehreren ferromagnetischen Werkstücken 1202 koppelt, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im ersten, eingeschalteten Zustand befindet. Während die magnetischen Flusslinien so dargestellt sind, dass sie durch beide ferromagnetischen Werkstücke 1202', 1202'' verlaufen, verlaufen die magnetischen Flusslinien in einigen Ausführungsformen hauptsächlich nur durch das ferromagnetische Werkstück 1202'. Wenn die magnetischen Flusslinien hauptsächlich durch das erste ferromagnetische Werkstück 1202' verlaufen, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 verwendet werden, um die ferromagnetischen Werkstücke 1202 zu entstapeln und voneinander zu trennen.
Um zu erleichtern, dass die magnetischen Flusslinien in erster Linie nur durch das erste ferromagnetische Werkstück 1202' verlaufen, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem zweiten, eingeschalteten Zustand befindet, kann die Magnetplatte 1212 abnehmbar und austauschbar sein, so dass Magnetplatten 1212 unterschiedlicher Stärke, Höhe und/oder Breite mit der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 verwendet werden können. Die Stärke, Höhe und/oder Breite der Magnetplatte 1212 kann basierend auf der Dicke des ferromagnetischen Werkstücks 1202 ausgewählt werden, so dass die ferromagnetischen Werkstücke 1202 angemessen entstapelt und voneinander getrennt werden können, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in der zweiten, eingeschalteten Position befindet.
Zusätzlich oder alternativ kann die Polplatte 1206 abnehmbar und austauschbar sein, so dass verschiedene Arten von Polplatten 1206 mit der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 verwendet werden können. Beispielsweise kann die Polplatte 1206 auf der Grundlage der Art des ferromagnetischen Werkstücks 1202 ausgewählt werden, mit dem die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 gekoppelt wird. Zum Beispiel kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 mit Oberflächen der Klasse A umgehen, die nicht zerkratzt oder beschädigt werden können. Infolgedessen kann eine Polplatte 1206 mit Gummi (oder einem anderen Material, das die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das ferromagnetische Werkstück 1202 zerkratzt oder beschädigt wird), die an der Kontaktfläche des Werkstücks angeordnet ist, ausgewählt und in die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 eingebaut werden. Als weiteres Beispiel kann eine Polplatte 1206 mit unterschiedlichen Vorsprüngen und/oder Lücken auf der Grundlage der Dicke des ferromagnetischen Werkstücks 1202, mit dem die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 gekoppelt wird, ausgewählt werden. Weitere Beispiele für die Relevanz der Vorsprünge und/oder Lücken werden oben in Bezug auf die 6-11B näher erläutert.
Wie weiter unten in Bezug auf 31 näher erläutert, ist das Gehäuse 1204 so konfiguriert, dass die Magnetplatte 1212 und/oder die Polplatte 1206 leicht entfernt und ausgetauscht werden können.
Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einen oder mehrere Zwischenzustände übergehen, wie oben beschrieben. Zum Beispiel kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einen dritten, eingeschalteten Zustand übergehen, wie in 30 dargestellt. Der dritte, eingeschaltete Zustand liegt vor, wenn sich die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 zwischen der Position der Magnetplatte 1212, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im ersten, ausgeschalteten Zustand befindet, und der Position der Magnetplatte 1212, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im zweiten, eingeschalteten Zustand befindet, befindet. In Ausführungsformen, in denen dieselbe Magnetplatte 1212 verwendet wird, gelangt weniger magnetischer Fluss durch die Werkstückkontaktfläche 1204 und in die ferromagnetischen Werkstücke 1202, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im dritten, eingeschalteten Zustand befindet, als wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 im zweiten, eingeschalteten Zustand befindet, wie in 30 dargestellt. Das heißt, unter der Annahme, dass die Magnetplatte 1212 in den in 29 und 30 dargestellten Ausführungsformen die gleiche Stärke hat, verlaufen die magnetischen Flusslinien durch beide ferromagnetischen Werkstücke 1202', 1202'' in 29, während die magnetischen Flusslinien nur durch das ferromagnetische Werkstück 1202' in 30 verlaufen. Durch die Möglichkeit, sich in einem dritten, eingeschalteten Zustand zu befinden, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in der Lage sein, ferromagnetische Werkstücke 1202 unterschiedlicher Dicke zu entstapeln, ohne die Magnetplatte 1212 durch eine Magnetplatte anderer Stärke ersetzen zu müssen.
Wie oben erwähnt, umfasst die Polplatte 1206 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 1208. Jeder der Vorsprünge 1208 wirkt als Polverlängerung für einen jeweiligen Polabschnitt der Polteile 1216. Das heißt, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem zweiten oder dritten, eingeschalteten Zustand befindet, erstreckt sich der jeweilige Nord- oder Südpol der Polteile 1216 durch einen jeweiligen Vorsprung 1208 nach unten. Es entsteht dann ein Magnetkreis, der von einem N-Polabschnitt 1216 durch einen entsprechenden N-Polvorsprung 1208, durch ein oder mehrere ferromagnetische Werkstücke 1202, durch einen S-Polvorsprung 1208 und durch einen S-Polabschnitt 1216 verläuft. Jeder Permanentmagnetabschnitt erzeugt einen dieser Magnetkreise, wenn sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in einem eingeschalteten Zustand befindet. Wie oben in Bezug auf die 6-11 A näher erläutert, wirken sich die Größe der Vorsprünge 1208 und der Abstand zwischen ihnen auf die Flussübertragung auf die ferromagnetischen Werkstücke 1202 aus und ermöglichen ein effektiveres Entstapeln der ferromagnetischen Materialien 1202 und eine erhöhte Haltekraft. Zum Beispiel sollte in zumindest einigen Ausführungsformen die Größe der Vorsprünge (z.B. Breite und Höhe) und der Abstand dazwischen ungefähr der Dicke der ferromagnetischen Werkstücke 1202 entsprechen, um die höchste Konzentration des magnetischen Flusses zu erreichen, der durch ein ferromagnetisches Werkstück 1202' der ferromagnetischen Werkstücke 1202 übertragen wird, und daher die größte Wahrscheinlichkeit zu haben, das ferromagnetische Werkstück 1202' von den ferromagnetischen Werkstücken 1202'', 1202''' entstapeln zu können.
Um die N- und S-Vorsprünge 1208 zu trennen, kann die Polplatte 1206 Schlitze aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein oder mehrere nicht-ferromagnetische Teile 1252 (dargestellt in 28B) aufnehmen. Die nicht-ferromagnetischen Teile 1252 können in entsprechenden Umhüllungen 1254 (dargestellt in 28B) zwischen jedem der Vorsprünge 1208 angeordnet werden. Aufgrund der nicht-ferromagnetischen Teile 1252 erstreckt sich der von den Permanentmagnetabschnitten 1214 erzeugte Magnetkreis im Wesentlichen nicht durch die nicht-ferromagnetischen Teile 1252, so dass die N- und S-Vorsprünge voneinander getrennt sind. Darüber hinaus führen die Vorsprünge 1208, wie oben erwähnt, dazu, dass der magnetische Fluss von der Magnetplatte 1212 näher an der Werkstückkontaktfläche 1204 liegt, als wenn die Polplatte 1206 nicht eine Mehrzahl von Vorsprüngen 1208 aufweisen würde. Verschiedene Aspekte der Vorsprünge 1208, die es ermöglichen, dass der Magnetfluss von der Magnetplatte 1212 näher an der Werkstückkontaktfläche 104 konzentriert wird, wurden oben in Bezug auf die 6-11 A diskutiert. In alternativen Ausführungsformen können die Vorsprünge 1208 und die dazwischen befindlichen Aussparungen direkt in das Gehäuse 1210 integriert sein.
In ist eine Explosionszeichnung der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 dargestellt. Wie dargestellt, umfasst das Gehäuse 1210 einen unteren Teil 1210A, der lösbar an einem oberen Teil 1210B befestigt werden kann. Der untere Teil 1210A kann mit einer oder mehreren Schrauben 1256 an dem oberen Teil 1210B befestigt werden. Die Schrauben 1256 können einen einfachen Zugang zu den Komponenten der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1210 ermöglichen, die innerhalb des Gehäuses 1210 angeordnet sind (siehe unten).
Vor dem Zusammenfügen des unteren Abschnitts 1210A und des oberen Abschnitts 1210B nimmt der untere Abschnitt 121 0A eine Polplatte 1206 auf. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der untere Abschnitt 1210A Aussparungen/Ausschnitte 1258, die so konfiguriert sind, dass sie Laschen 1260 der Polplatte 1206 aufnehmen. Die Laschen 1260 erleichtern die richtige Positionierung der Polplatte 1206 im unteren Abschnitt 1210A. Die korrekte Positionierung der Polplatte 1206 kann den einfachen Austausch der Polplatte 1206 erleichtern, falls eine Polplatte 1206 mit anderen Vorsprüngen 1208 als die aktuell installierte Polplatte 1206 gewünscht wird. Zum Beispiel kann der untere Abschnitt 1210A des Gehäuses 1210 durch Entfernen der Schrauben 1256 vom oberen Abschnitt 1210B getrennt werden. Dann kann die Polplatte 1206 aus dem unteren Abschnitt 1210A entfernt werden. Danach kann eine andere Polplatte 1206 mit anderen Vorsprüngen 1208 in den unteren Abschnitt 1210A eingesetzt werden, so dass die Laschen 1260 von den Aussparungen/Ausschnitten 1258 aufgenommen werden. Schließlich können die Schrauben 1256 verwendet werden, um den unteren Abschnitt 1210A an dem oberen Abschnitt 1210A zu befestigen. Die Laschen 1260 können aus einem ferromagnetischen Material bestehen.
Zusätzlich oder alternativ zum Austausch der Polplatte 1206 erleichtert die Konstruktion der magnetischen Kopplungsvorrichtung 1200 auch den einfachen Ausbau und Austausch der Magnetplatte 1212. Zum Beispiel ist die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232, wie dargestellt, über eine oder mehrere Schrauben 1261 mit der Magnetplatte 1212 verbunden. Nachdem der untere Abschnitt 1210A vom oberen Abschnitt 1210B entfernt wurde, kann die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 abgesenkt werden, so dass die Schrauben 1261 zugänglich sind. Sobald die Schrauben 1261 gelöst sind, kann die Magnetplatte 1212 von der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 getrennt und gegen eine andere Magnetplatte 1212 ausgetauscht werden. Die neue Magnetplatte 1212 kann mit den Schrauben 1261 an der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 befestigt werden. Danach können der untere Abschnitt 1210A und der obere Abschnitt 1210B mit den Schrauben 1256 miteinander verbunden werden.
In manchen Fällen muss die Magnetplatte 1212 ersetzt werden, wenn sie kaputt oder beschädigt ist. In anderen Fällen muss die Magnetplatte 1212 möglicherweise durch eine Magnetplatte 1212 ersetzt werden, die ein stärkeres oder schwächeres Magnetfeld erzeugt. Wie oben beschrieben, kann das Ersetzen der Magnetplatte 1212 durch eine Magnetplatte 1212 mit einem stärkeren oder schwächeren Magnetfeld das Entstapeln der ferromagnetischen Werkstücke 1202 erleichtern. Zum Beispiel kann eine erste Magnetplatte 1212 genügend magnetischen Fluss durch die ersten und zweiten ferromagnetischen Werkstücke 1202', 1202'' erzeugen, um beide ferromagnetischen Werkstücke 1202', 1202'' anzuheben. Es kann jedoch wünschenswert sein, das erste ferromagnetische Werkstück 1202' von dem zweiten ferromagnetischen Werkstück 1202'' zu trennen. In diesen Fällen kann eine zweite Magnetplatte 1212, die schwächer als die erste Magnetplatte 1212 ist und nur einen ausreichenden magnetischen Fluss durch die ferromagnetischen Werkstücke 1202 erzeugt, um das erste ferromagnetische Werkstück 1202' anzuheben, die erste Magnetplatte 1212 ersetzen.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein unterer ABschnitt 1228A des Aktuators 1228 mit einer oder mehreren Schrauben 1262 mit dem Gehäuse 1210 verbunden. Der untere Abschnitt 1228A dient somit als Abdeckung des Gehäuses 1210. Ferner sind ferromagnetische Teile 1248 mit einem unteren Abschnitt 1228A des Aktuators 1228 unter Verwendung der einen oder mehreren Schrauben 1262 verbunden. Wenn die Magnetplatte 1212 und die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 zu einem oberen Abschnitt des Gehäuses 1210 bewegt werden und sich die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 in der ersten, ausgeschalteten Position befindet, ist die Magnetplatte 1212 in Kontakt mit den ferromagnetischen Teilen 1248 angeordnet. Das heißt, es besteht ein Kontakt zwischen den äußeren Teilen der Magnetplatte 1212 und den ferromagnetischen Teilen 1248, wie dargestellt.
Magnetkreise werden dann von N-Polabschnitten 1216 der Magnetplatte 1212 durch eines der ferromagnetischen Werkstücke 1248, durch die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232, durch das andere ferromagnetische Werkstück 1248 und zu S-Polabschnitten 1216 der Magnetplatte 1212 gebildet. Die Schaltung bringt eine Reihe von Vorteilen für die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 mit sich, die oben erläutert wurden.
Wie dargestellt, ist die nicht-ferromagnetische Montageplatte 1232 mit einer Schraube 1266 an den Eingriffsabschnitt 1230 gekoppelt. Der Eingriffsabschnitt 1230 umfasst einen ersten Abschnitt 1230A und einen zweiten Abschnitt 1230B, wobei in mindestens einigen Ausführungsformen der erste Abschnitt 1230A eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der zweite Abschnitt 1230B. In mindestens einer Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt 1230A durch einen Kanal 1268 im unteren Abschnitt 1228A und ist über die Schraube 1266 mit der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 verbunden. Aufgrund der Kopplung des Eingriffsabschnitts 1230 mit der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 führt eine Verschiebung des Eingriffsabschnitts 1230 entlang der vertikalen Achse 1220 zu einer Verschiebung der nicht-ferromagnetischen Montageplatte 1232 und der Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220.
Um den Eingriffsabschnitt 1230 entlang der vertikalen Achse 1220 zu verschieben, kann der Aktuator 1228 pneumatisch betätigt werden. Zum Beispiel kann das Gehäuse 1228B des Aktuators Anschlüsse 1274 enthalten, darunter einen ersten Anschluss 1274A und einen zweiten Anschluss 1274B. Wenn über einen Luftkompressor oder auf andere Weise Luft in den Anschluss 1274A eingeleitet wird, erhöht sich der Druck im Gehäuse 1228B des Aktuators und über dem zweiten Abschnitt 1230B, was dazu führt, dass sich der Eingriffsabschnitt 1230 entlang der vertikalen Achse 1220 nach unten bewegt. Die Verschiebung des Eingriffsabschnitts 1230 führt dazu, dass sich die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 nach unten bewegt, so dass die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem ersten, ausgeschalteten Zustand in einen zweiten, eingeschalteten Zustand oder einen dritten, eingeschalteten Zustand oder von einem dritten, eingeschalteten Zustand in einen zweiten, eingeschalteten Zustand übergeht. Um die in die Öffnung 1274A im Gehäuse 1228B des Aktuators und oberhalb des Eingriffsabschnitts 1230 zugeführte Luft einzuschließen, kann der Aktuator 1228 eine Abdeckung (nicht dargestellt) enthalten, die über eine oder mehrere Schrauben 1276 am Gehäuse 1228B des Aktuators befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ kann Luft aus dem Anschluss 1274B entnommen werden, um den Druck unterhalb des zweiten Abschnitts 1230B relativ zu dem Druck oberhalb des zweiten Abschnitts 1230B zu verringern, was dazu führt, dass sich der Eingriffsabschnitt 1230 entlang der vertikalen Achse 1220 nach unten bewegt.
Umgekehrt steigt der Druck im Gehäuse 1228B des Aktuators und unter dem zweiten Abschnitt 1230B, wenn Luft in den Anschluss 1274B geleitet wird, was dazu führt, dass sich die Platte entlang der vertikalen Achse 1220 nach oben bewegt. Die Verschiebung des Eingriffsabschnitts 1230 führt dazu, dass sich die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 nach oben bewegt, so dass die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 von einem zweiten, eingeschalteten Zustand in einen dritten, eingeschalteten Zustand oder einen ersten, ausgeschalteten Zustand oder von einem dritten, eingeschalteten Zustand in einen ersten, ausgeschalteten Zustand übergeht. Zusätzlich oder alternativ kann Luft aus dem Anschluss 1274A abgezogen werden, um den Druck über dem zweiten Abschnitt 1230B relativ zu dem Druck unter dem zweiten Abschnitt 1230B zu verringern, was dazu führt, dass sich der Eingriffsabschnitt 1230 entlang der vertikalen Achse 1220 nach oben bewegt.
In zumindest einigen anderen Ausführungsformen können die Öffnungen 1274A, 1274B durch das Gehäuse 1210B hindurch ausgebildet sein und Druck oder eine Druckminderung kann auf die Oberseite der Magnetplatte 1212 oder die Unterseite der Magnetplatte 1212 ausgeübt werden, um die Magnetplatte 1212 entlang der vertikalen Achse 1220 zu verschieben.
Die 32A-32B zeigen einen oberen Schnitt durch die magnetische Kopplungsvorrichtung der 28A-28B in verschiedenen Positionen auf einem ferromagnetischen Werkstück 1202. In 32A ist die nicht ferromagnetische Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' dargestellt. Wie dargestellt, wurde die gesamte Grundfläche der Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' platziert. Wie hier verwendet, kann der Begriff Grundfläche als die Oberfläche der Magnetplatte 1212 definiert werden, d. h. die Breite 1280 mal die Höhe 1282. Vorzugsweise sollte die gesamte Grundfläche der Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' platziert werden, da so die größte Menge an Fluss von der Magnetplatte 1212 auf das ferromagnetische Werkstück 1202' übertragen wird. Wenn die gesamte Grundfläche der Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' platziert ist, kann die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 so konfiguriert sein, dass sie mehr als oder gleich 22,0 Gramm ferromagnetische Werkstücke 1202 pro Quadrat-mm Fläche der Grundfläche der Magnetplatte 1212 anhebt.
Während es vorteilhaft ist, die gesamte Grundfläche der Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' zu platzieren, wird die Magnetplatte 1212 oft auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' platziert, wie in 32B gezeigt. Dies kann vorkommen, wenn die magnetische Kopplungsvorrichtung 1200 an einem Armende für ein Robotersystem, wie z. B. das Robotersystem 700 (aus 13), angebracht ist, bei dem die Platzierung der Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' mit Hilfe von Computervision oder einem anderen automatisierten Verfahren durchgeführt wird.
Für den Fall, dass die Magnetplatte 1212 auf dem ferromagnetischen Werkstück 1202' platziert wird, wie in 32B gezeigt, kann die Konfiguration der Magnetplatte 1212 einige Vorteile bieten. Insbesondere kann die Wahrscheinlichkeit geringer sein, dass sich die Magnetplatte 1212 vom ferromagnetischen Werkstück 1202' ablöst, wenn die Magnetplatte 1212 das ferromagnetische Werkstück 1202' anhebt, verglichen mit anderen magnetischen Kopplungsvorrichtungen. Das heißt, wenn die Magnetplatte 1212, wie in 32B gezeigt, auf das ferromagnetische Werkstück 1202' aufgesetzt wird, befindet sich nur der am weitesten links liegende Permanentmagnetabschnitt 1214 vom ferromagnetischen Werkstück 1202', da die Magnetplatte 1212 mehrere Permanentmagnetabschnitte enthält. Daher sind immer noch fünf andere Magnetkreise zwischen der Magnetplatte 1212 und dem ferromagnetischen Werkstück 1202' gebildet. Somit kann die Magnetplatte 1212 immer noch mit einer Kapazität von etwa 83 % (5/6=.83) arbeiten. Im Vergleich dazu würde, wenn die Magnetplatte 1212 nur einen Permanentmagnetabschnitt 1214 enthielte, ein Drittel des Magnetkreises nicht mit dem ferromagnetischen Werkstück 1202' gebildet werden, da 12/3 des Polabschnitts außerhalb des ferromagnetischen Werkstücks 1202' liegen. So kann die Magnetplatte 1212 mit einer Kapazität von etwa 66 % betrieben werden.
33 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1300 zur Verwendung einer beispielhaften schaltbaren magnetischen Vorrichtung mit Polsektoren. Das Verfahren 1300 umfasst das In-Kontakt-Bringen eines ferromagnetischen Körpers mit einem ersten Polsektor, wie in Block 1302 dargestellt. In Ausführungsformen kann der erste Polsektor an einer Basis eines Gehäuses einer magnetischen Vorrichtung befestigt werden. Darüber hinaus kann die magnetische Vorrichtung in der Lage sein, zwei verschiedene Magnetkreise aufzubauen. Der erste Magnetkreis kann als die magnetische Vorrichtung in einem Ein-Zustand und der zweite Magnetkreis als die magnetische Vorrichtung in einem Aus-Zustand bezeichnet werden.
In Ausführungsformen können der erste Polsektor, das Gehäuse und die magnetische Vorrichtung die gleichen oder ähnliche Merkmale aufweisen wie die oben dargestellten Polsektoren 1034, 1134, die Gehäuse 1002, 1102 bzw. die magnetischen Vorrichtungen 1000, 1100. Zum Beispiel kann der ferromagnetische Körper von einer Werkstückkontaktfläche des ersten Polsektors kontaktiert werden, wobei die Werkstückkontaktfläche des ersten Polsektors eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist.
Die magnetische Vorrichtung kann Folgendes umfassen: mindestens einen ersten Permanentmagneten, der in dem Gehäuse angeordnet ist und ein aktives N-S-Polpaar aufweist, und mindestens einen zweiten Permanentmagneten mit einem aktiven N-S-Polpaar. In Ausführungsformen kann der mindestens eine zweite Permanentmagnet drehbar innerhalb des Gehäuses in einer gestapelten Beziehung mit dem mindestens einen ersten Permanentmagneten angeordnet sein, wobei der mindestens eine zweite Permanentmagnet zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position drehbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Vorrichtung eine Mehrzahl von Magnetkreisen aufbauen, die unterschiedliche Stärken von Magnetkreisen zwischen der magnetischen Vorrichtung und einem ferromagnetischen Körper erzeugen.
Alternativ kann die magnetische Vorrichtung mindestens einen ersten Permanentmagneten umfassen, der relativ zu einer Basis des Gehäuses beweglich ist. Zusätzlich oder alternativ kann die magnetische Vorrichtung eine Mehrzahl von Magnetkreisen aufbauen, die unterschiedliche Stärken von Magnetkreisen zwischen der magnetischen Vorrichtung und einem ferromagnetischen Körper erzeugen. In Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung einen Magnetkreis erzeugen, der im Wesentlichen in seinem Gehäuse eingeschlossen ist, wenn der mindestens eine erste Permanentmagnet von der Basis des Gehäuses entfernt und/oder getrennt ist.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1300 das Inkontaktbringen eines ferromagnetischen Körpers mit einem zweiten Sektor, wie in Block 1304 dargestellt. In Ausführungsformen ist der zweite Polsektor an demselben Gehäuse befestigt, an dem der erste Polsektor befestigt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann sich die magnetische Vorrichtung in der ersten Konfiguration befinden, wenn der ferromagnetische Körper von dem zweiten Polsektor berührt wird.
In Ausführungsformen umfasst das Verfahren 1300 den Übergang der magnetischen Vorrichtung aus dem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand, wie in Block 1306 dargestellt. In Ausführungsformen kann der Übergang der magnetischen Vorrichtung aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand das Betätigen (z.B. Drehen oder lineares Verschieben) des mindestens einen zweiten Permanentmagneten von einer ersten Position in eine zweite Position umfassen. Wenn sich die magnetische Vorrichtung in einem eingeschalteten Zustand befindet, wird der Magnetkreis durch das Werkstück gebildet.
Jede der oben beschriebenen magnetischen Kopplungsvorrichtungen kann in Kombination mit einer mechanischen Hebevorrichtung verwendet werden, die ein ferromagnetisches Werkstück von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort hebt und transportiert. Beispiele für mechanische Hebevorrichtungen sind mechanische Portale, Kranzüge, stationäre Vorrichtungen, Robotervorrichtungen, usw.
An den beschriebenen Ausführungsbeispielen können verschiedene Änderungen und Ergänzungen vorgenommen werden, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Zum Beispiel, während die oben beschriebenen Ausführungsformen sich auf bestimmte Merkmale beziehen, umfasst der Umfang dieser Erfindung auch Ausführungsformen mit verschiedenen Kombinationen von Merkmalen und Ausführungsformen, die nicht alle der beschriebenen Merkmale enthalten. Dementsprechend soll der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen, zusammen mit allen Äquivalenten davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7012495 [0033, 0043, 0172]
US 7161451 [0033, 0035, 0043, 0130, 0172]
US 8878639 [0033, 0043, 0172]
US 62248804 [0033, 0035, 0130]
US 62/252435 [0033, 0035, 0043, 0172]
US 62/248804 [0043, 0172]
US 15803753 [0056]
US 62/517057 [0057]
US 62490705 [0123]
US 15964884 [0176]

Claims

Magnetische Kopplungsvorrichtung (1100) zur magnetischen Kopplung an ein ferromagnetisches Werkstück (27'), umfassend: ein Gehäuse (1102) mit einer vertikalen Achse (1106); einen Permanentmagneten (14) mit einem Nordpol und einem Südpol, wobei der Permanentmagnet (14) entlang der vertikalen Achse (1106) zwischen einer abgesenkten Position und einer angehobenen Position beweglich ist; einen ersten Polschuh (16', 102', 200', 300', 400'), der mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') an einer ersten Seite des Dauermagneten (14) positioniert ist; einen zweiten Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400''), der mit dem Gehäuse (1102) gekoppelt ist, wobei der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') an einer zweiten Seite des Dauermagneten (14) positioniert ist; und eine Aktuatorbaugruppe (1104), die operativ mit dem Permanentmagneten (14) gekoppelt ist, um die Bewegung des Permanentmagneten (14) entlang der vertikalen Achse (1106) zu erleichtern, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') jeweils einen ersten Abschnitt (168, 202, 302), der in der Nähe des Gehäuses positioniert ist, und einen unteren Abschnitt (208, 308) mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406), die durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen (46, 210, 310, 410) getrennt sind, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) gemeinsam eine Werkstückkontaktfläche (17, 170, 212, 312, 412) des jeweiligen ersten Polschuhs (16', 102', 200', 300', 400'') und zweiten Polschuhs (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') bilden.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 1, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') jeweils eine erste Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) und eine zweite Anzahl von Aussparungen (46, 210, 310, 410) aufweisen, die zwischen der ersten Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl mindestens zwei beträgt.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 1, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') jeweils eine erste Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) und eine zweite Anzahl von Ausnehmungen (46, 210, 310, 410) aufweisen, die zwischen der ersten Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl mindestens drei beträgt.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 1, wobei der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') jeweils eine erste Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) und eine zweite Anzahl von Ausnehmungen (46, 210, 310, 410) aufweisen, die zwischen der ersten Anzahl von Vorsprüngen (44, 206, 306, 406) angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl mindestens fünf beträgt.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ferromagnetische Werkstück (27') auf ein anderes ferromagnetisches Werkstück (27'') gestapelt ist und der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') so konfiguriert sind, dass sie das ferromagnetische Werkstück (27') von dem ferromagnetischen Werkstück (27'') entstapeln.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Breite der Mehrzahl von Vorsprüngen des ersten Polschuhs (16', 102', 200', 300', 400') und des zweiten Polschuhs (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') innerhalb von etwa +/- 25 % einer Dicke des ferromagnetischen Werkstücks (27') liegt.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Tiefe (216) oder eine Breite (218) der Mehrzahl von Aussparungen (210) des ersten Polschuhs (16', 102', 200', 300', 400') und des zweiten Polschuhs (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') etwa +/-25 % gleich der Breite (214) der Mehrzahl von Vorsprüngen (206) ist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 6 und 7, wobei die Breite der Mehrzahl von Vorsprüngen für den ersten Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') und den zweiten Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') etwa 2 mm +/-25% beträgt.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl der erste Polschuh (300') als auch der zweite Polschuh (300'') einen oberen Abschnitt (319) mit einem kontinuierlichen Neigungsprofil aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 9, wobei der obere Abschnitt sowohl des ersten Polschuhs (300') als auch des zweiten Polschuhs (300'') einen abgerundeten Schulterabschnitt (320) aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 10, wobei der abgerundete Schulterabschnitt (320) einen Krümmungsradius (322) in einem Bereich von 1 % bis 75 % einer Höhe (323) des jeweiligen ersten Polschuhs (300') und zweiten Polschuhs (300'') aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 10, wobei der abgerundete Schulterabschnitt (320) einen Krümmungsradius (322) in einem Bereich von 25%-75% einer Höhe (323) des jeweiligen ersten Polschuhs (300') und zweiten Polschuhs (300'') aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 10, wobei der abgerundete Schulterabschnitt (320) einen Krümmungsradius (322) in einem Bereich von 40%-60% einer Höhe des jeweiligen ersten Polschuhs (300') und zweiten Polschuhs (300'') aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Aussparungen des ersten Polschuhs (300') und des zweiten Polschuhs (300'') einen oberen Abschnitt mit einem kontinuierlichen Neigungsprofil aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach Anspruch 14, wobei der obere Abschnitt der Mehrzahl von Aussparungen einen gekrümmten Teil mit einem Krümmungsradius von der Hälfte einer Breite der jeweiligen Aussparung aufweist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einer Mehrzahl von komprimierbaren Elementen (420), die in entsprechenden Aussparungen der Mehrzahl von Aussparungsabschnitten (410) in dem jeweiligen ersten Polschuh (400') und dem zweiten Polschuh (400'') positioniert sind.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl der erste Polschuh (16', 102', 200', 300', 400') als auch der zweite Polschuh (16'', 102'', 200'', 300'', 400'') lösbar mit dem Gehäuse verbunden sind.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein im Gehäuse positioniertes Zwischenelement (1114) umfasst, wobei ein erster Magnetkreis gebildet wird, der hauptsächlich im Gehäuse enthalten ist und das Zwischenelement und den Permanentmagneten einschließt, wenn sich der Permanentmagnet in der angehobenen Position befindet, und ein zweiter Magnetkreis im Wesentlichen durch das ferromagnetische Werkstück gebildet wird, wenn sich der Permanentmagnet in der abgesenkten Position befindet.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktuatorbaugruppe (1104) eine pneumatische Aktuatorbaugruppe ist, welche eine Krone (1110) aufweist, die zwischen einem ersten Anschluss (1118A) im Gehäuse und einem zweiten Anschluss (1118B) im Gehäuse positioniert ist.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Aktuatorbaugruppe (1104) eine pneumatische Aktuatorbaugruppe ist, welche eine Krone (1110), die zwischen einem ersten Anschluss (1118A) im Gehäuse und einem zweiten Anschluss (1118B) im Gehäuse positioniert ist, und eine Verbindungsstange (1108) aufweist, die den Permanentmagneten (14) mit der Krone (1110) verbindet.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem oder mehreren Sensoren zur Bestimmung einer Eigenschaft eines zwischen der Magnetvorrichtung und dem mit der Magnetvorrichtung zu koppelnden ferromagnetischen Werkstück vorhandenen Magnetkreises.
Magnetkupplungsvorrichtung (1100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Seite des Permanentmagneten (14) dem Nordpol des Permanentmagneten (14) entspricht und die zweite Seite des Permanentmagneten (14) dem Südpol des Permanentmagneten (14) entspricht.