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Netzanschlussgerät für elektromagnetische Spannplatten oder dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Netsanschlusagerit für elektromagnetische Spannplatten
oder dergleichen mit einen Transformator sowie einem Gleichrichteraggregat.
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Elektromagnetische Spannplatten werden in vielen Fällen zum Halten
magnetischer Werkstücke während ihrer Bearbeitung verwendet. Die Erregerwicklung
der Platten wird aus dem Netz über einen Transformator und einen Qleichrichter ist
in Beücken-oder Graetzschaltung, gespeist.
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Schwierigkeiten bereitet der nach den Abschalten im Werkstück verbleibende
Restmagnetismus. Bei vielen Werkstücken ist er nicht kritisch, er erschwert aber
eine leichte Trennung von Spannplatte und Werkstück und beeinträchtigt oft dessen
Weiter-Verarbeitung sowie Verwendung.
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Die Haftkraft zwischen einer Spannplatte und dem Werkstück sowie dessen
Restmagnetismus sind die Folge von unterschiedlichen Ursachen und Materialeigenschaften.
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Eine wichtige Rolle spielt der magnetische Widerstand. Im Werkstück
kann er eine Funktion des Reinheitsgrades bzw. der L*-gierungsanteile sein0 Unlegierter
Stahl hat den geringsten magnu tischen Widerstand und deshalb die grösste Haftfähigkeit
und die geringste Remanenz. Je höher die L.gierungsanteile sind, um so niedriger
ist die Haftkraft und um so stärker der remanente Magne tismus .
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Einen Einfluß übt auch die Oberflächenbeschaffenheit von Werkstück
und Spannplatte aus. Eine grosse Rauhigkeit beeinträchtigt die Übertragung von Kraftlinien
sowohl beim Spannen als auch beim Entmagnetisieren.
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Auch die Stärke eines Werkstückes wirkt sich auf den magnetischen
Widerstand aus, da der Widerstand abhängig ist vom Querschnitt des Werkstücks zwischen
zwei Mbgnotpõlen. Starke Werkstücke bieten den Kraftlinien einen ausreichenden Eisenpfad
an, wohingegen bei wannen Werkstücken viele Kraftlinien sich ihren Weg durch Luft
suchen müssen, was den magnetischen Widerstand vergrdssert und die Hafträhigkeit
herabsetzt.
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Hier lässt sich durch die Variation der Polteilung Abhilfe schaffen:
für starke Werkstücke reicht eine grobe Polteilung der Spannplatten aus, für dünne
Werkstücke ist eine kleine Polteilung erforderlich, mit der auch Sättigungserscheinungen
begegnet werden kann.
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Um all diese Faktoren zu berücksichtigen, sind zahlreiche Spannplatten
sowie Netsanschluss- und Entmagnetisierungsgerät entwickelt worden, die alle mit
mehr oder weniger grossen Toleranzen arbeiten Laugen in jedem Fall überschaubare
magnetische Verh ältnisse vor, könnte man beispielsweise das Spannen und Entmagnetisieren
nach Massgabe der jeweiligen Hysteresisschleire vornehmen. Zum Entmagnetisieren
eines Werkstücks wäre nur eine langsame Gogenmagnetisierung bis auf die Höhe der
Koerzitivkraft erforderlich.
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Diese ist in der Praxis jedoch unbekannt.
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In einem bekannt gewordenen Spanngerät wird daher nach den Abschalten
ein Gegenfeld nach Gutdünken erzeugt1 um das Ablösen des Werkstücks ton der Spannplatte
ohne dessen Beschädigung zu erleichtern. Hierdurch gelingt es jedoch nicht, den
Restmagnetismus zu löschen, insbesondere, wenn es sich um hochlegierte Stähle handelt
Zur
Löschung des Restmagnetismus sind Platten- bzw. Tunnel-Entmagnetisierungsgeräte
entwickelt worden, auf welche die bearbeitoten Werkstücke aufgelegt oder durch welche
sie langsam, oft auf einem Fliessband, hindurchbewegt werden.
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Zwar erreicht man hiermit eine zufriedenstellende Entmagnetisierung,
jedoch ist der Aufwand nicht unbeträchtlich. Ausser der sowieso vorhandenen Spannplatteneinrichtung
mit Netsanschlussteil muss eine zusätzliche Entmagnetisierungsvorrichtung mit eigenem
Netzanschlussteil angeschafft werden. Hinzu kommen deren Platzbedarf und zahlreiche
zusätzliche Arbeitsgänge für den Transport der Werkstücke von der Spannplatte zur
Entmagnetisierungsvorrichtung.
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Bekannt geworden sind schliesslich auch Entmagnetisierungsgerate,
die zum vor handenen Netzanschlussteil zusätzlich an die Spannplatte anschliessbar
sind und durch welche sich in wenigen Sekunden die Spannplatte und auch das Werkstück
entmagnetisieren lassen. Diese Geräte preisen oft Handschalter zum Auslösen einer
mehrfachen mmagnetisierung sowie Anzapfungen an der Sekundärwicklung des Transformators
zum stufenweisen Herabsetzen der Treiberspannung für die Ummagnetisierungsströme
auf. Das Uimagnetisieren erfolgt nach Gutdünken und ist ungenau, da keine Kontrolle
des Restmagnetismus möglich ist und die Bedienungsperson oft auch nicht die erforderliche
Yorbildung mitbringt.
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Infolgedessen muss die notwendige Löschung des Restmagnetismus unter
einen tolerierbaren Wert, etwa bei Kugellagern, doch noch auf einem besonderen zusätzlichen
Entmagnetisierungsgerät nachgeholt werden.
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Geräte der vorgenannten Art, bei denen der Handschalter bei spielsweise
durch einen selbsttätig arbeitenden Magnstschalter ersetzt ist, verteuern die zur
Ezitmagnetisierung und Ldschung des Restmagnetismus erforderlichen Massnahmen, ohne
dass sich dadurch bessere Ergebnisse erzielen lassen.
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Hinzu kommt, dass durch das Jeweilige Verringern der Treiberspannungen
auch
die Magnetisierungskurven von Stufe zu Stufe flacher werden mit dem Brgebnis, dass
die Magnetisierungszeiten gleich bleiben oder sich sogar ton Stufe zu Stufe steigern,
rodurch die relativ Itr lange Entmagnetisierungszeit der bekannten weräte bedingt
ist.
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Mit der voriegenden Erfindung sollte ein Netzanschlussgerät für Spannplatten
geschaffen werden, welches besondere Zusatzgeräte zum Löschen des Restmagnetismus
im Werkstück entbehrlich macht.
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Das Netzanschlussgerät sollte mit einem einzigen Transformator und
einem einzigen Gleichrichteraggregat sowohl für das Spannen als auch für den Löschvorgang
des Restmagnetismus suskommen. Vor alle: sollte die Gesemt-Entmagnetisierungszeit
gegenüber beRannten Geraten wesentlich verkirzt werden.
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5 wurde gefunden, da- sich dieses in einfacher reise erreichen lässt
durch an ein Steuergerät angesehlossene Uapolschalter, die die Spannplatte für die
Dauer des Zustandes "Spannen" willkürlich an eine der Polaritäten anlegen und die
nach einem @ommando "Entmagnetisieren" Umpolungen der Spannplatte mit vom Steuergerät
gesteuerter, stufenweise sich verringernder Dauer vornehmen.
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mit der Erfindung lässt sich der Spannzustand beliebig lange bei @@llkürlich
ge@ählter Polarität aufrechterhalten. Mit demselben Tra@sformator und demselben
Gleichrichteraggregat erfolgt anschliessend die Entmagnetisierung von Werkstück
und Spannplatte und dait die Löschung des Restmagnetismus. folge der stufenweise
ab@ehmenden polungszeiten bei gleichbleibender Treiberspannung wird eine stufenweise
Abnahme der Ummagnetisierungsfeldstärken erreicht, weil der Magnetisierungsstrom
nach Massgabe seiner durch Induktivität von Spannplatte und werkstück vorgegebenen
Magnetisierungskurve aufeinanderfolgend nur auf inner niedrigere Werte ansteigen
kann.
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Erfindungsgemäss lassen sich die aufeinanderfolgenden Pblungszeiten
bis auf jeden gewünschten Wert kürzen. Diese zunehmende Verringerung der Dauer der
Umpolungen bewirkt prinzipiell das gleiche wie beispielsveise das stufenweise Herabsetren
der
Traiberspannungen bei konstant blsibender Polungszeit, beispielsweise
durch Anzapfungen der Transformator-Sekundärwicklung.
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Als wesentlichen Vorteil erbalf nan Jedoch lit der Erfindung eins
beträchtliche Verkürzung der Gesamt-Entmagnetisierungszeit.
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Dieser Effekt lässt sich noch steigern, wenn die Treiberspaunung für
die Spannplatte während des Entmagnetisierens höher wird als während dea Spannens.
Hierdurch erhöht sich dis Steilheit der Masnetisierungskurvs. Die notwendigen Magnetisierungsfeldstarken
werden bei den einzelnen Umpolungen friher erreicht Das Ansteigen der Treiberspannungen
kann durch Umschalten auf eine höhere Sekundärwindungszahl oder beispielsweise durch
Beeinflussung der Gleichrichterstromventile im Phasenanschnittsverfahren erfolgen.
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Zusätzlich ergibt sich erfindungsg@@äss eine beschtliche Kosten-@@nkung.
durch eine wesentliche Vereinfachung der Schaltung, die eine Erhöhung der Betriebssicherheit
snr Folge hat. So verda zum Beispiel ein einfacherer billigerer Transformator verwendet
und aufwendige und störanfällige Schaltmittel eingespart. Durch die Verwendung rein
statischer Schaltmittel kann zudem dem Metzgerät eine praktisch unbegrenste L@b@nsdauer
gegeben werden.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Umpolschalter
zwischen dem Gleichrichteraggregat und der Spennplatte angeordnet.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Umpolschelter steuerbare
Stromventile des Gleichrichteraggregets. Dieses Ausführungsbeispiel zeich@et sich
durch besomdere Einfachheit aus.
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Die Umpolschalter und/oder die stenerbaren Stromventile im Gleichrichteraggregat
können programmgesteuerts Schalter sein, die mit einer en sich bekam@ten Auswerteinrichtung
für Schaltprogr@@@e in Wirkverbindung stehen. Derartige Auswerteimrichtun-@@@ für
Schaltprogramme können lochstreif@@leser, Lochkartemleser oder @@ch Magmetkartemleser
oder dergl@ich@@ @@im. Die
Schaltprogramme für die Umpolschalter
lassen sich auf diese Weise je nach den verwendsten Materialien der Werkstücke in
Aufzeichnungsträger einbringen, die gegebenenfalls mit den Werkstücken mitgeliefert
warden.
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Zum Schalten der Umpolschalter und/oder der steuerbaren Stromventile
iM Gleichrichteraggregat können auch Schieberegister bzw. Impulsgeneratoren mit
Frequenzentersetzung vorgesehen verden. Diese Geräte arbeiten nit fest vorgegebenen
Takten, die die Aufeinanderfolge der Schaltungen der Umpolschalter bestimmen, In
einen weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung lassen sich zum Schalten der Umpolschalter
und/oder der steuerbaren Stromventile im Gleichrichteraggregat Vergleicherschaltungen
verwenden, die von den jeweiligen tieichständen einer ersten, relativ langsam schaltenden
Schaltanordnung und einer zweiten, relativ schnell schaltenden Schaltanordnung gesteuert
werden. Als Schaltanordnungen können an sich bekannte regelbare Iapulsgenerotoren,
Schieberegister bzw. Zäbiketten oder dergleichen zur Anwendung gelangen.
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Eine vorteilhafte Schaltung ergibt sich, wenn die ersten und zweiten
Schaltanordnungen stufenweise gegensinnig zueinander schalten. Dabei kann die relativ
langsa- schaltende erste Sch.ltanordm:ng das jeweilige Schaltende und das Rücksetzen
der relativ rasch schaltenden zweiten Schaltanordnung und damit das Ansprschen der
Vergleicherschaltung mit @tufenweise sich verringernder Schaltdauer bestimmen. Die
relativ rasch schaltende zweite Schaltanerdnung benötigt bei dieser Anordnung von
Schaltatufs zu Schaltstufe der relativ langsam schaltenden arsten Schaltanordnung
immer weniger Schaltschritte.
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Die Vergleicher@chaltung kann auch durch den Vergleich der Ladezustände
eines ersten stufenweise @ntladbaren Kondensators und eines zweiten, awt das jeweilige
Entlade potential des ersten Kondensators aufladbaren zweiten Konden@ators gesteuert
werden.
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abei lassen sich Fn Dntladekreis des ersten Kondensators Potentiometer
bzw. Zeitglieder zum Anpassen der Sntladezeit anordnen.
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Auch das kufladan des zweiten Tonderiaators lässt sich in ereinstimmung
mit der Erfindung regeln bzw. einstellen.
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Die Ausgangsimpulse der Vergleicherschaltung steuern die Umpolschalter.
In einer Ausführungsfor@ der Erfindung ist die Vergleicherschaltung über zwei bistabile
Schaltelemente, bzw. ein bistabiles Schaltelement in Verbindung mit einem Schwellwertschalter
sowie durch diese schaltbare Torschaltungen itt Steuer-bzw. Zündvorrichtungen für
die Umpolschalter und/oder die steuerbaren Stro@@ventile im Gleichrichteraggregat
verbunden.
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Das Poückschalten der Umpolschalter kann durch einen Stromindiketor
in der Versorgungsleitung für die Spannplatte eingeleitet wserden. Der Stromindikator
gibt bei stromlosem Versorgungskreis ein Signal ab, welches ausser der Ruckpolung
der Umpoloschalter eine Schaltfolge der relativ rasch schaltenden Schaltanordnungen
sowie das fladen des zweiten Vergleichskondensators einleitet.
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In einer Verwirklichung der Erfindung sind die Umpolschalter und/oder
die steuerbaren Stro@ventile Ahyristoren. Eines der bistabilen Schaltelemente kann
ein dynamisches Flip-PIop, das andere ein RS-Flip-Flop sein. ie Erfindung ist jedoch
nicht an diese speziellen Schaltelemente getunden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen entnehmen, die auf die Zeichnung Bezug ni@@t.
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Es zeigt: Figur 1 eine Hysteresiskurve, Figur 2 ein Umpolungsdiagraumt
Figur 3 eine erst. Anschlussmbglichkeit der Spannplatte über Uspolschalters Figur
4 eine zweite Anschlussmöglichkeit einer Spannplatte über Umpolschalter, Figur 5
eine andere Anschlussmöglicbkeit der Spannplatte über Umpolschalter, Figur 6 noch
eine Anschlussmöglichkeit der Spannplatte über Unpolschaltert Figur 7 eine zusätzliche
Anschlussmöglichkeit der Spannplatte über Umpolachalter Figur 8 ein Prinzipschaltbild
und Figur 9 ein mögliches Ausfthrungsbeispiel der Erfindung.
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Die Erfindung wird zunächst prinzipiell an den Figuren 1 und 2 erläutert.
Figur 1 stellt schematisch eine übliche Hysteresiskurve eines WerxstUcks während
des Magnetisierens und des Entmagnetisierens zur Löschung des Restmagnetisrnus dar.
Die Magnetisierungskurve G-A ist nur zur Demonstration angenommen und gestrichelt
gezeichnet. In der Praxis gelangt jedes Werkstück mit einer unbekannten Anfangsmagnetisierung
auf die Spannplatte.
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Ungeachtet dessen wird nachfolgend davon ausgegangen, dass durch das
Festspannen im werkstück in diesem eine Induktion A erzeugt wird.
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Nach Beendigung der Bearbeitung und nach dem Abschalten der Spannplatte
sinkt deren Feldstärke H auf Null ab. Die Induktion im Werkstück gelangt dabei jedoch
nur von Punkt A auf den Remanenzpunkt R1. Würde das Werkstück jetzt - gegebenenfalls
mit Gewalt - von der Spannplatte gelöst werden, verbliebe ein Restmagnetismus
im
Werkstück. Der Remanenzpunkt R1 ist im wesentlichen abhilngig von der Legierung
des Werkstueck.
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UM die Remanenz zu beseitigen, wird die Spannplatte umgepolt.
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Ihre Feldstärke K (Koerzitivkraft) würde ausreichen, die Induktion
im Werkstück zu beseitigen. Min kann jedoch das Verschwinden der Induktion nur mit
beträchtlichen Aufwand feststellen, zumal in der Regel Werkstücke mit unterschiedlichen
magnetischen Eigenschaften und unbekannten Ausgangsinduktionen bearbeitet werden
müssen. Um daher ganz sicher die Löschung des Restmagnetismus zu gewährleisten,
wird die Umpol-Feldstärke zunächst gesteigert, bis eine Induktion bei Punkt 8 erreicht
ist. Daraufhin erfolgen weitere UMpolungen der Spamaplatte mit abnehmender Feldstärke,
wodurch sich gemäss Figur 1 ein Ummagnetisierungsverlauf entlang des Kurvenzugs
B, C, D, E, F zsw. bis G ergibt.
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Durch diese Nethode kann der Punkt G, bei dem keine Induktion im Werkstück
mehr vorhanden ist1 mit beliebiger Genauigkeit erreicht werden.
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Wenn bei den Umpolungen der Spannplatte das jeweilige Herabsetzen
der Magnetisierungsfeldstärken durch entsprechendes Herabsetzen der Treiberspannungen
für den Magnetisierungsstrom verursacht wird, ergibt sich eine ständig zunehmende
Verflachung der jeweiligen Magnetisierungskurven und damit eine Vergrösserung der
Zeitspannen, innerhalb derer sich die Nagnetiaierungsfelder gegen die Induktivitäten
von Spannplatte und Werkstück aufbauen können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt di. Erkenntnis sugrunde, dass sich
die kleiner werdenden I-agnotisierungsfeldstMrken bei gleichbleibender Treiberspannung
für die Spannplatte auch durch eine stufenweise sich verringernde Einschaltdauer
der Uapolw schalter erreichen lassen. Zur Erläuterung sind in Figur 2 unten ein
Einschaltdiagramm der UMpolschalter und darüber der Verlauf der Umpol-Feldstärken
aufgetragen. Im links dargestellten
Bereich S ist der Zustand "Spannen"
angedeutet, der beliebig lange mit einer Induktion A andauern kann. Nur der Demonstration
wegen sei angenommen, dass das Werkstück eine Magnetisierungskurve NI besitzt.
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Nach dem Abschalten der Spannplatte ergibt sich eine erste Schaltertotzeit
Tol innerhalb der die Nagnetisierungsfeldstärke nach Massgabe der Induktivität vom
Punkt A auf Null absinkt.
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Danach wird ein erster Umpolschalter für eine Zeitspanne U1 geschlossen,
innerhalb der die gewünschte Gegeninduktion B erreicht wird. Nach dem Abschalten
ergibt sich eine zweite Schalttetnelt To2, uorauRhin ein zweiter Umpolschalter für
eine Zeitspanne U2 geschlossen wird. ltierbei wird die Induktion C erreicht. Dieses
Umpolen wird so lange fortgesetzt, bis der Punkt G (Figur 1) mit der gewünschten
Annäherung erreicht ist.
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Figur 2 zeigt deutlich, dass die Umpolungen mit stufenweise sich verringernder
Dauer erfolgen.
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Der Qesamtkurvenverlauf I ergibt sich, wenn eine Nagnetisierungs kennlinie
MI vorausgesetzt wird.
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Würde man beim Umpolen der Spannplatte die Treiberspannung für den
Magnetisierungsstrom erhöhen ergäbe sich die strichpunktierte Hagnet isierungskurve
MII, die steiler als die Kurve MI verläuft.
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Hiermit ergäbe sich ein Kurvenverlauf II, der strichpunktiert in die
Figur 2 eingetragen ist. Plan erkennt, dass sich hierbei die Dauer der einzelnen
Umpolungen gegenüber der Kurve I wesentlich verkürzt, woraus sich aine wesentlich
kürzere Gesamtmagnetisierungsseit ergibt.
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Zum Vergleich ist noch eine sehr flache Magnetisierungskurve MIII
angedeutet, auf der bei herabgesetzter Treiberspannung die Induktion C erreicht
würde. Der Verlauf der Kurve MIII zeigt, wie sehr sich die gesamte Entmagnetisierungszeit
erhöhen würde, wenn mit stufenweise herabgesetzter Treiberspannung gearbeitet würde.
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Figur 3 lässt eine erste Anschiussmöglicbkeit der Spannplatte am Umpolschalter
erkennen. Ein Transformator 1 ist über einen Schalter an ein Wechselstromnets angeschlossen
und speist ein Gleichrichteraggregat 2 in Brücken- bzw. Grastzschaltung. Zwei Umpolschalter
3 und 4 liegen zwischen dem Gleichrichteraggregat 2 und der Spannplatte 5. In Figur
1 ist eine Verbindung über den Umpolschalter 4, eine Leitung 6, eine Leitung 7 sowie
über den Umpolschalter 3 hergestellt. Die Spannplatte 5 befindet sich im Spannzustand.
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Sie würde sich ebenso im Spannzustand befinden, wenn die Umpolschalter
3 und i in ihre untere Schaltstellung umgeschaltet hätten. Die Verbindung verlief
dann vom knpolschalter 4 über eine Leitung 8, die Spannplatte 5, eine Leitung 9
und den U-polschalter 3. Der Spannsustand der Spaneplatte 5 ist unabhängig von der
Richtung des sie durchfliessonden Stromes.
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Durch die Trennlinien in den Verbindungsleitungen zwischen dem Gleichrichteraggregat
2 und den Unpolschaltern 3 und 4 soll angedeutet sein, dass die Art des Gleichrichters
von nur geringer Bedeutung zu sein braucht. Die rechts neben den Trennungslinien
angedeutete Schaltung kann praktisch an jedes geeignete Gleichrichteraggregat angeschlossen
werden.
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Die Umpolschalter 3 und 4 sind - lediglich der Demonstration wegen
- als mechanischer Umschalter mit einem magnetischen Iraftantrieb dargestellt. Der
Kurvenzug neben dem Symbol für den magnetischen Kraftantrieb des Umpolschalters
3 deutet an, dass dit Umpolschalter 3 und 4 während eines Umschaltzyklus mit ständig
abnehmonden Schliessz.iten schaltbar sind.
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Figur 4 zeigt eine weitere Anschlussmöglichkeit der Spaunplatte über
Umpolschalter, Die Umpolschalter 3', 3'' sowie il, 4" sind wiederum zwischen dem
Gleichrichteraggregat 2' und der Spannungsplatte angeordnet.
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Anstelle der mechanischen Uinpolschalter 5 und 4 sind jedoch steuerbare
Stromventile 3', 3'', 4', 4'' vorgesehen. Dieses hat den Vorteil, dass die Steuerung
der Umpolungen elektronisch vorgenommen werden kann.
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Figur 4 lässt erkennen, dass auch die Stromventile 200' des Gleichrichteraggregats
2'' steuerbare Stromventile sein können.
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Hiermit lassen sich die Stromversorgungsverhältnisse für die Spannplatte
5 variieren. Beispiels weise sind geeignet ansteuerbare Stromventile 200' in der
Lage, während des Spannens eine erste Treiberspannung für die Spannplatte 5 zu liefern,
wohingegen während das Entspannens, beispielsweise durch Phasenanschnittssteuerung,
die Spannung erhöht werden kann.
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Figur 5 zeigt eine andere Anschlussmöglichkeit der Spannplatte über
Umpolschalter 200', 200''. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Unpolnchalter
200', 200'' steuerbare Stromventile des Gleichrichteraggregats 2'. Figur 5 zeigt
eine Einphasengleichrichtung, die in man chen Anwendungsfällen von Vorteil sein
kann.
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Figur 6 zeigt eine andere Nöglichkeit, die Spannplatte an Unpolsohalter
anzuschliessen. Die Sekundärwicklung eines Transforntators 11 besitzt eine Mittelanzapfung
16, die mit einer Spannplatte 15 in Verbindung steht. Der andere Anschluss der Spannplatte
ist über die Phasen II1 und 112 sowie über ein allgemein mit 12 bezeichnetes Gleichrichteraggregat
an die Phasenanschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators 11 angeschlossen.
Im Gleichrichteraggregat 12 sind steuerbar. Stromventile vorgesehen, In der Phase
If liegen prallelgeschaltete, gegensinnig gepolte Stromventile 13 und 14, die steuerbar
sind.
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rn der Phase 112 hingegen sind die parallelgeschalteten und gegensinnig
gepolten steuerbaren Stromventile 130 und 14Q angeordnet. Wenn gleich;eitig die
Stromventile 13 und 130 auf Durchlase geschaltet werden, ergibt sich der Spannungs-
bzw. Stromverlauf 13, 130, wohingegen bei der Öffnung der Stromventile 14
und
140 sich der Stromverlauf 14, 140 mit entgegengesetzter Polarität einstellt Vor
der Spannplatte ist ein Stromindikator 17 angedeutet, dessen Bedeutung später erläutert
wird.
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Die Schaltung nach Figur 6 kann als Einphasen-Doppelweg- oder -Gegentakt
oder auch Zweiphasenschaltung bezeichnet werden.
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Figur 7 schliesslich zeigt eine weitere Anschlussrnb,glichkeit der
Spannplatto 4. Das Gleichrichteraggregat 12' enthält eine Brückenschaltung aus steuerbaren
Stromventilen, dies in jedem Brückenzweig parallelgeschaltet und gegensinnig zueinander
gepolt sind In Figur 8 ist ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Schaltanordnung
dargestellt.
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Ein Steuergerät 50 ist an eine Stromversorgung angeschlossen und kann
an Eingängen 44', 51' und 45' Eingabebefehle "Spannen", Entspannen ohne Entmagnetisierung"
sowie '2Entspannen mit Entmagnetisierung" empfangen. An einer Xontrollanzeige 505
wird das ordnungsgemässe Funktionieren der Stromversorgung angezeigt.
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Eine Kontrollanzeige 506 gibt Aufschluss über den richtigen Spannzustand.
Diese Kontrollanzeigen können mit an sich bekannten Mitteln erfolgen und werden
deshalb nachstehend nicht im oinzelnen beschrieben.
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Im schematisch durch ein Kästchen dargestellten Steuergerät 50' können,
je nach Ausführungsbeispiel, verschiedene Vorrichtungen zum Schalten der Umpolschalter
angeordnet sein.
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In einemAusfUhrungsbeispiel sind die Umpolschalter 3. 4, 3', 3 " 4',
4'' und/oder die steuerbaren Stromventile 200', 13, 14, 130, 140, 200 " im Gleichrichteraggregat
2', 2", 12, 12' programmgesteuerte Sohalter, die mit einer an eich bekannten Auswerteinrichtung
501
für Schaltprogramme in Wirkverbindung stehen.
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Diese Auswerteinrichtung kann beispielsweise ein Lochkarten- bzw.
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Lochatreifenleser sein. Die Schaltprogramme für verschiedene Materialien
bzw. verschiedene Werkstücke werden dann in Lochkarten festgehalten, die über die
Auswerteinrichtung, die Umpolachalter oder die steuerbaren Stromventile steuern,
ohne dass eine Eingriffsmöglichkeit in den Programmablauf möglich ist.
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Die Schaltbefehle fiir die Umpolschalter 3. 4, 3', 3"r 4', 4 " und/oder
die steuerbaren Stromventile 200', 13, 14, 130, 140, 200'' im Gleichrichteraggregat
können auch von einem Schieberegister 502 bzw. einem Impulsgenerator 503 mit Frequenzuntersetzung
geliefert werden. Die hierfür erforderlichen Schaltmassnahmen lassen sich ohne sonderliche
Schwierigkeiten realisieren.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zum Schalten
der Umpolschalter 3, i, 3', 3 ", 4', 4 " und/oder der steuerbaren Stromventile 200',
13, 14, 130, 140, 200'' @ im Gleichriohteraggregat 2', 12, 12' eine Vergleicherschaltung
504 vorgesehen, die von den jeweiligen Gleichständen einer ersten, relativ langsam
schaltenden Schaltanordnung und einer zweiten, relativ schnell schaltenden Schaltanordnung
gesteuert wird. Die ersten und zweiten Schaltanordnungen können regelbare Impulsgeneratoren
503'1 bzw. 503'2 sein. Als erste und zweite Schaltanordnungen können auch Schieberegister
502'1 und 502'2 bzw. Zählketten Verwindung finden.
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Eine besonders vorteilhafte Steuerung der Vergleicherschaltung 504
erreicht man dann, wenn die ersten und zweiten Sohaltanordnungen 502' und 503' stufenweise
gegensinnig zueinander schalten.
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Im einzelnen kann die relativ langsam schaltende erste Schaltanordnung
50211 bzw. 503'1 das jeweilige Schaltende und das Rücksetzen der relativ rasch schaltenden
zweiten Schaltanordnung 502'2' 503'2 und damit das Ansprechen der Vergleicherschaltung
504 mit stufenweise sich verringernder Schaltdauer bestimmen.
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Wenn beispielsweise die erste Schaltanordnung um einen Schritt weiterschaltet.
gibt sie damit den Endzustand der zweiten, relatit rasch schaltenden Schaltanordnung
vor. Diese Sohaltanordnung läuft von einer Nullstellung um so viel Schalt schritte
wetter bis bis den von der ersten Schaltanordnung vorgegebenen Schaltschritt erreicht.
Bei diesem Gleichstand wird der Vergleicher ausgelöst. Die relativ rasch schaltende
Schaltanordnung wird auf Null zurückgesetzt und steht für einen zweiten Lauf in
Bereitschaft. Durch ein weiteres Signal, beispielsweise durch einen Impuls des Stromindikators
17', kann das Weiterschalten der ersten Schaltanordnung um eine weitere Stufe sowie
- mit Zeitverzögerung - das Anlaufen der zweiten Schaltanordnung eingeleitet werden.
Die zweite Schaltanordnung hat nun eine geringere Anzahl Schattstufen zu durchlaufen,
bis sie diejenige Schaltstufe erreicht, dio durch die erste Schaltanordnung vorgegeben
wird. Durch dieses Wechselspiel der beiden Schaltanordnungon lässt sich die Vergleicherschaltung
stufenweise mit sich verringernder Schaltdauer erregen.
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Im Steuergerät sind Stelleingriffe 411' sowie 48' vorgesehen, durch
die die Umpoldauer U (Figur 2) bzw. die Totzeit T 0 zwischen den einzelnen Umpolungen
beeinflusst werden kann. Die Umpoldauer liest sich beispielsweise durch Veränderung
der Schaltgeschwindigkeit der zweiten Schaltanordnung mit an sich bekannten Mitteln
herbeiführen. Die Beeinflussung der Totzeiten zwischen den einzelnen Uhpolangen
kann beispielsweise durch ein Zeitglied beeinflusst werden, welches mit dem Stromindikator
17' gekoppelt ist. Durch diese Massnahme kann die erfindungsgemässe Schaltanordnung
an unterschiedliche Materialien der Werkstücke, aber aucit an vorgegebene Zeit spannen
des Entmagnetisierens angepaßt werden0 Auf eine weiter unten beispielsweise erläuterte
Art wirken die im Steuergerät angegebenen Schaltanordnungen 501, 502, 503 und 504
auf Steuer- bzw. Zündvorrichtungen 29, 30; 301, 302 bzw. 303 für die Umpolschalter
und/oder dio steuerbaren Stromventile im
Gleichrichteraggregat
ein. In Figur 8 sind schematisch optische Zünderreger 301, Zündübertrager 302 sowie
Schützen 303 angedeutet. Die optischen Zünder 301 sowie die Zündübertrager 302 zünden
die steuerbaren Stromventile, wohingegen die Schützen 303 zum Schalten der mechanischen
Umpolschalter vorgesehen sind. Die unterschiedlichen Umpolschalter und/oder steuerbaren
Stromventile sind schematisch zwischen den Zündeinrichtungen 301, 3029 303 sowie
der Spannplatte 15' in Figur 8 angedeutet. Mit 13' sind steuerbar. Stromventile
9 vorzugsweise Iyristoren und mit 3' elektromechanisch betriebene Umschalter angedeutet.
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Diese Unpalschalter bzw. steuerbaren Stromventile liegen zwischen
einer Stromversorgung 11' und der Spannplatte 15'.
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Zwischen der Stromversorgung 11' und der Spannplatte 15' können auch
Stromventile mit Phasenanschnittssteuerung 131 vorgesehen sein. Hiermit lässt sich
die Spannkraft der Spannplatte regulieren und die Treiberspannung für die Spannplatte
15' vorgeben.
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Die Phasenanschnittssteuerung 131 kann beispielsweise während des
Zustandes Spannen" auf einem relativ niedrigen Wert gehalten und für den Zustand
Entspannen mit Entmagnetisierung" auf einen hheren Wert eingeregelt werden. Durch
die höhere Treiberspannung wird - wie in Verbindung mit Figur 2 erläutert worden
ist - eine Verktirzung der Gesamtentmagnetisierungszeit möglich.
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Die ordnungsgemässe Verbindung der anhand der Figur 8 erläuterten
Schaltelemente wird jedem Fachmann leicht möglich sein, wenn nachfolgend anhand
der Figur 9 ein spezielles Ausführungsbeispiel näher erläutert wird.
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In Figur 9 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
welches beispielsweise mit einer Anordnung nach Figur 6 zusammenwirkt. Ohne am Kern
der Erfindung etwas zu ändern, kann das Steuergerdt 50 nach Figur 9 auch mit einer
Anordnung nach Figur 3 bzw. einer der Anordnungen nach den
Figuren
4, 5 und 7 zusamaenwirken. Nach Figur 9 wird zum Schalten der Umpolschalter 3, 4
(Figur 3) bzw. 13, 14 und 130. 140 (Figur 6) und/odor der in den anderen Figuren
dargestellten Stromventile im Qleichrichteraggregat eine Vergleicherschaltung 36
verwendet, die durch den Vergleich der Ladezustände eines ersten, stufenweise entladbaren
Kondensators 35 und eines zweiten, auf das jeweilige Entladepotential des ersten
Kondensators 35 aufladbaren zweiten Kondensators 40 gesteuert wird. Im Steuergerät
50 arbeitet die Vergleicherschaltung 36 über zwei bistabile Schaltelemente 20, 24
bzw. ein bistabiles Schaltelement in Verbindung mit einem nicht dargestellten Schwellwertschalter
24' sowie durch diese schaltbare Torschaltungen 27. 28 mit Steuer-bzw. Zündvorrichtungen
29, 30 für die Uknpolschalter und/oder die steuerbaren Stromventile im Gleichrichteraggregat
zusammen.
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Eines der bistabilen Schaltelemente ist ein dynamisches Flip-Flop
20 und das andere ein Rs-Flip-Flop 24. Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern,
können für diese bistabilen Schaltelemente auch beliebige andere äquivalente Anordnungen
verwendet werden.
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Die Ausgänge 201, 202 des dynamischen Flip-Flops 20 sind an Je einen
Eingang 270, 280 von Torachaltungen 27 und 28 angeschlossein, an deren anderen Eingängen
271, 281 der RUckst.llausgang 26 des RS-Flip-Flops anliegt.
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Der Setzeingang 23 des RS-Fllp-Flops 23 ist mit dem Stro.indikator
17 verbunden. Der Mckstelleingang as des ?lip-Flops 22 ist mit dem Steuereingang
21 des dynamischen Plip-Flops 20 parallelgeschaltet und liegt am Ausgang 37 der
Vergleicherschaltung 36 an.
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An die Ausgänge der Toschaltungen 27, 28 sind Relais ag und 30 angeschlossen.
Ebenso gut können optische Koppler 301 (Fig, 8) oder Zundübertrager 302 (Figur 8)
vorgesehen sein. Die Relais 29 und 30 liegen über eine Leitung 31 an der Speise
leitung 32 des Steuergeräts 50 an.
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Die Relais 29 und 30 steuern die rechts unten in Figur 9 angedeuteten
Einschalter 293 und 304 nach Figur 3 bzw. die schematisch angedeuteten Stromventile
29zip 131301 2914 und 30140 der Figur 6 an.
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Die Verrleicherschaltung 36 besitzt zwei Eingänge 38 und 390 Der Eingang
38 ist einerseits an eine Konstant stromquelle 41 angeschlossen -und steht andererseits
mit dem zweiten Kondensator 40 in Schaltverbindung. Dieser ist an einen Entladestromkreis
42 mit einem Steuerglied 43-430 angeschlossen, welches mit dem Setzausgang 24 des
RS-Flip-Flops 22 in Verbindung steht.
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Der zweite Eingang 39 der Vergleicherschaltung 36 liegt an dem ersten,
stufenweise entladbaren Kondensator 35 an Der Entladestromkreis 47 dieses Kondensators
35 enthält ein Zeitglied 48, 480 sowie ein Potentiometer 49 und steht mit dem Setzausgang
24 des RS-Flip-Flops 22 in Schaltverbindung.
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Die Konstantstromquelle 41 zum Aufladen des zweiten Kondensators 40
enthält ein Potentiometer 411.
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Der erste Kondensator 35 wird einer den Selbsthaltestroinkreis eines
Relais 46 aufgeladen. In diesem Selbsthaltestromkreis liegt ausser dem Selbsthaltekontakt
461 des Relais 46 noch ein Arbeitskontakt 171 des Stromindikators 17. Der Stromindikator
17 gibt erfindungsgomäss bei stromlosem Versorgungskreis ein Signal ab, dessen Bedeutung
später erläutert wird.
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Das Relais 46 wird über einen Einschalter Spannen 44 sowie einen Einschalter
entspannen mit Entmagnetisierung" 45 geschaltet, dessen Öffnung auf eine weiter
unten erläuterte Weise einen automatisch ablaufenden Entmabnetisierungszyklus einleitet
Ein weiterer Schalter "Entspannen ohne Entmagnetisierung" 51 ist über eine Diode
an den ersten Kondensator 35 angeschlossen, der sich nach dem Schliessen des Schalters
vollständig entläd,
so dass ein Entspannen ohne Entmagnetisiening
stattfindet.
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Die beiden Flip-Flops 2Q und 24 sind eingangsseitig so geschaltet,
dass jeweils nur eine Steuer- bzw. Zündvorrichtung 29, 30 bzw, 301, 3020 303 aktiviert
werden kann und dass zwischen den durch sie ausgelösten Umpolungen mit stufenweise
verringerter Dauer U1, U2, U3 (Figur 2) vom Stromfluss durch die Spannplatte 5,
15 abhängige Totzeiten To1, To2, To3 usw. (Figur 3) entstehen.
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Da die Schaltanordnung 50 nach Figur 9 mit Kondensatorenentladungen
arbeitet, nimmt die Dauer U1, U2 U3 ... der Umpolungen stufenweise nach einer e-Funktion
ab, so dass die prozentuale Reduzierung der Umpolungen konstant ist.
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Durch Beeinflussung des Zeitgliedes 48 bzw. des Potentiometers 49,
aber auch durch Beeinflussung des Potentiometers 411 kann die Dauer U1, U2, U3 ...
der Umpolungen frei gewählt und eingestellt werden.
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Durch das Potentiometer 411 kann im wesentlichen die Aufladezeit des
zweiter Kondensators 40 eingestellt werden. Damit wird die Dauer der Totzeiten To
bestimmt. Das Potentiometer 411 kann erfindungsgemäss auch so ausgebildet sein,
dass mit ihm nur die Dauer der ersten Totzeit willkürlich eingestellt wird.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Figur 9 ist folgende: Dio Schalter
44 und 45 sind in ihrer Normalstellung gezeigt.
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Nach Schliessen des Schalters 44 wird der Spannvorgang der Spannplatte
eingeschaltet. Zunächst zieht das Relais 46 an und schliesst seinen Selbsthaltekontakt
4610 Sobald Strom durch die Stromplatte 15 fliesst, gibt der Strom fühler 17 einen
Impuls ab, durch welchen der Kontakt 171 geschlossen wird. Das Relais 46 arbeitet
nun in Selbsthalteschaltung und der Schalter 44 kann öffnen.
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Ueber die ISontakte 461 und 171 läd sich der Kondensator 35 auf.
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Ebenso wird der zweite Kondensator 40 über die Konstant stromquelle
41 aufgeladen. Da Strom durch die Spannplatte 15 fgiesst, gibt der Stromindikator
17 keinen Impuls an den Setzeingang 23 des RSBFl4p-Flops 22 ab. Es liegen daher
Öffnungssignale vom Ruckstelleingang 26 des RS-Flip-Flops 22 an den Eingangen 271
und 281 der Torschaltungen 27 und 28 an. Welches der Tore öffnet, hängt vom Jexrelligen
Schaltzustand des dynamischen Flip-Flops 20 ab. Es sei lediglich zur Demonstration
angenommen, dass die Torschaltung 27 öffnet und das Relais 29 einschaltet. Dieses
ist in Figur 2 angedeutet. Das Relais 29 schaltet die Stromventile 13 und 130 auf
Durchlass, wodurch die Spannplatte 15 für die Einschaltdauer des Relais 29 im Spannzustand
S verharrt.
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Wenn die Bearbeitung des Werkstücks beendet ist, wird der Schalter
45 Entspannen mit Entmagnetisierung" betätigt0 Das Relais 46 fällt ab, der Selbsthaltekontakt
461 öffnet und schaltet den Kondensator 35 von der Betriebsspannung U8 ab. Die Konstantstromquelle
41 ist so eingeregelt, dass der erste Kondensator 35 während des Spannens S etwas
höher aufgeladen ist als der zweite Kondensator 40. Erst durch das Öffnen des Schalters
45 erreichen die Potentiale der beiden Kondensatoren praktisch Gleichstand.
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Hierdurch wird ein Impuls an die Vergleicherschaltung 36 abgegeben,
an deren Ausgang 37 ein Schaltimpuls erscheint, der über den Riickstelleingang 25
das RS-Flip-Flop 22 zurückstellt und das dynamische Flip-Flop 20 in seinen anderen
Schaltzustand gibt.
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Hierdurch wird der Eingang 280 der Torschaltung 28 vorbereitet.
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Zunächst aber sind infolge des Rückkippens des RS-Flip-Flops 22 beide
Torschaltungen 27 und 28 gesperrt, so dass das Relais 29 abfällt und nun beide Relais
29 und 30 im abgefallenen Zustand verharren. Dieser Zustand ist in Figur 2 dargestellt.
Durch das Abschalten des Relais 29 sinkt die Magnetisierungsfeldstärke H der Spannplatte
in der Zeit Tol (Figur 2) auf Null, die Induktion fällt dabei vom Punkt A auf den
Remanenzpunkt R1 in Figur 1 ab.
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Durch den Ausgangsimpuls am Setzausgang 24 des ltS-Flip-Flops 22 wird
das Steuerglied 43 für den Schalter 430 im Entladekreis 42 des Kondensators 40 beeinflusst,
so dass sich dieser vollständig entläd. Ebenso wird der Entladekreis 47 des Kondensators
35 beeinflusst, so dass sich dieser über das Zeitglied 48 und den Schalter 480 um
einen durch dieses vorwählbaren Betrag entladet.
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Die Entladezeit kann dabei durch das Potentiometer 49 variiert werden.
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Während der ganzen Zeit fließt infolge der Induktivität ton Spannplatte
und Werkstück noch ein abklingender Strom durch die Wicklung der Spannplatte, Sobald
dieser den Wert Null erreicht, gibt der Stromindikator 17 einen Impuls an den Setzeingang
23 des RS-Flip-Flops 22 ab. Das Flip-Flop kippt in seinen anderen Zustand und schaltet
dabei über den Eingang 281 das vorbereitete Gatter 28 und damit das Relais 30 ein,
was in Figur 2mit U1 angedeutet ist. Durch das Relais 30 werden die Stromventile
14 und .140 auf Durchlass gesteuert, so dass nun die Spannplatte 15 rär; die Dauer
U1 in entgegengesetzter Richtung erregt wird. Hierdurch erreicht die Induktion in
der Spannplatte über den Punkt K (Figur 1 Koerzitivkraft? den Punkt B.
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Während dieser Zeit hat sich der zweite Kondensator 40 über die Konttantstromquelle
41 so weit aufgeladen, dass sein Potential das Potential des Kondensators 35 erreicht.
Hierdurch wird wieder die Vergleicherschaltung 36 erregt, deren Impuls am Ausgang
37 das dynamische Flip-Flop 20 in seinen ersten Schaltzustand zurückkippt und über
den Rückstelleingang 35 das RS-Flip-Flop 22 zurückstellt. Hierdurch wird die Torschaltung
28 geschlossen, das Relais 30 abgeschaltet und die Torschaltung 27 durch den Eingang
270 rorberoitet. Gleichzeitig entläd sich der zweite Kondensator 4o über den vom
Steuerglied 43 im Entladestroureis 42 geschlossenen Schalter 430 vollständig und
der Kondensator 35 verringert seinen Ladezustand nach Massgabe deap Einstellung
des ZeitSliedes 48. Die Induktion in der Spannplatte sinkt vom Punkt B auf den zweiten
Remanenzpunkt R2.
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Sobald der Stromindikator 17 wieder den Nulldurchgang des Spannplattenstromes
anzeigt, gibt 17 einen Signalimpuls an den Stelleingang 23 ab, wodurch das Flip-Flop
22 kippt. Die Schaltabfolge wiederholt sich, das Steuerglied 43 öffent den Schalter
430 und der zweite Kondensator 40 kann sich aufladen, bis sein Potential dem neuen
abgesenkten Potential des Kondensators 35 entspricht. Die Vergleicherschaltung 36
gibt dann einen Impuls ab, wodurch ein erneutes Kippen des dynamischen Flip-Flops
20 und ein RUckstellen des Flip-Flops 22 verursacht wird.
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Die beschriebenen Schaltabläufe setzen sich mit abnehmenden Schaltzeiten
so lange fort, bis der Kondensator 35 entladen ist.
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Mit der Erfindung lässt sich, beispielsweise durch das Zeitglied 48,
jeder gewünschte Entiagnetisierungszustand erreichen.