DE2701057C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten von unmagnetischen, elektrisch leitenden Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von unmagnetischen, elektrisch leitenden Bauteilen mit Hilfe von durch ein magnetisches Wechselfeld erzeugten elektrodynamischen Kräften, wobei induzierte, einander teilweise überdeckende Ströme auftreten, sowie eine zum Durchführen eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Bei einem bekannten Verfahren (SU-Urheberschein 3 55 997) zum Aufteilen von asymmetrischen unmagnetischen, elektrisch leitenden Bauteilen werden diese Bauteile einem symmetrischen magnetischen Wechselfeld ausgesetzt, das einen zur Symmetrieachse hin gerichteten Gradienten aufweist und die Bauteile je nach ihrer Ausrichtung aufteilt. De, Gradient wird dabei durch eine Einengung des Luftspaltes eines Elektromagneten in Abhängigkeit von der Entfernung zur Symmetrieachse erreicht. Die damit verbundene Vergrößerung des Luftspaltes mit wachsender Entfernung von der Symmetrieachse führt jedoch zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstandes und damit zu einer unerwünschten Vergrößerung des Leistungsbedarfs sowie zu einer Verkleinerung der an den Bauteilenden induzierten Ströme und damit zu einer Verringerung der erzielten Kraftwirkung. Die gleiche Ursache hat außerdem eine Vergrößerung des ungenutzten Luftvolumens mit hoher elektromagnetischer Energiedichte zur Folge. Darüber hinaus eignet sich das bekannte Verfahren auch nur zum ausgerichteten Verschieben von asymmetrischen Bauteilen, weil die Aufteilung der Bauteile je nach Ausrichtung in symmetrischen Magnetfeldern erfolgt.

Bei einer in der DE-AS 19 64 505 beschriebenen Vorrichtung zum Orientieren von elektrisch leitenden unmagnetischen Körpern beruht die Ausrichtwirkung für die Bauteile auf einer inhomogenen Feldverteilung, die dadurch erzielt wird, daß in ein magnetisches Wechselfeld ferromagnetische Konzentrationskörper eingebracht werden, die in Abmessungen und Anordnung auf die auszurichtenden Körper abgestimmt sind. Der Ausrichtvorgang wird also mit Hilfe bewegter Teile der Vorrichtung erhalten.

Ein aus der DE-AS 19 64 660 bekanntes Verfahren

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zum Trennen und Orientieren von elektrisch leitenden Körpern erzielt die Richtwirkung mit Hilfe unterschiedlicher Magnetflüsse, die ihre Quelle in getrennten elektromagnetischen Einrichtungen haben und in verschiedener Weise auf die zu behandelnden Körper zur Einwirkung gebracht werden. Die Durchführung dieses Verfahrens verlangt also einen erheblichen apparativen Aufwand für die gesonderte Erzeugung der unterschiedlichen Magnetflüsse.

Bei einem älteren Verfahrensvorschlag (DE-OS 26 09 957) werden unmagnetische elektrisch leitende Bauteile für ihre Montage der Einwirkung elektrodynamischer Kräfte ausgesetzt, die in einem magnetischen Wechselfeld unter Zusammenwirken von einander teilweise überlappenden Kreisströmen entstehen, die durch dieses Wechselfeld in den zu montierenden Bauteilen induziert werden. Mit diesem Verfahren lassen sich die Bauteile nur in Richtung der Montageachse und nur bis zu ihrer Verbindung an zugeordneten Oberflächen verschieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie sich sowohl einzelne als auch in einem kontinuierlichen Strom zugeführte unrr.agne tische, elektrisch leitende Bauteile von symmetrischer oder asymmetrischer Gestalt mit Hilfe elektrodynamischer Kräfte in einem Magnetfeld in einer beliebigen gewünschten Richtung ausgerichtet verschieben lassen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist; eine bevorzugte Vorrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens ist im Patentanspruch 3 gekennzeichnet; im übrigen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen de. Erfindung im einzelnen aus Unteransprüchen.

Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, daß unmagnetischen, aber elektrisch leitenden Bauteilen eine gewollte Bewegung mit Hilfe von elektrodynamischen Kräften aufgeprägt wird, die sich aus dem Zusammenwirken von geschlossenen elektrischen Strömen ergeben, die mit Hilfe eines magnetischen Wechselfe'les in den betroffenen Bauteilen einerseits und in in bestimmter geometrischer Beziehung dazu gehaltenen geschlossenen Leiterkreisen andererseits induziert werden. Dieses Grundprinzip kann zum einen zur Erzielung geradliniger Bewegungen von Bauteilen. zum anderen aber auch zum Verdrehen solcher Bauteile ausgenutzt werden, wobei sich d:ese beiden Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung lediglich durch die jeweilige geometrische Beziehung zwischen den zu bewegenden Bauteilen einerseits und den damit zusammenwirkenden Leiterkreisen andererseits voneinander unterscheiden.

Das eifindungsgemäße Verfahren zum Ausrichten unmagnetischer, elektrisch leitender Bauteile ermöglicht es, beliebige, sowohl symmetrische als auch asymmetrische unmagnetische Bauteile berührungsfrei in einer gewünschten Richtung ausgerichtet zu verschieben. Das Verfahren eignet sich besonders zum ausgerichteten Verschieben von Bauteilen, die in einem Fluß zugeführt werden, es kann aber auch beim ausgerichteten Verschieben von einzelnen unmagnetischen leitenden Bauteilen mit gutem Erfolg eingesetzt werden.

Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens lassen sich aus bekannten Teilen aufbauen, die in der Elektroindustrie Verwendung finden. Sie sind sehr betriebssicher und bedürfen keines hochqualifizierter Bedienungspersonals.

Nachstehend wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein unmagnetisches, elektrisch leitendes Bauteil und einen Leiterkreis in einem magnetischen Wechselfeld,

Fig.2 in isometrischer Darstellung ein unmagnetisches, elektrisch leitendes Bauteil und vier Leiterkreise in einem magnetischen Wechselfeld,

Fig.3 einen Schnitt HI-III in Fig.2, wobei zwei Leiterkreise wirksam sind,

Fig.4 wie in Fig.3, wobei jedoch zwei andere Leiterkreise wirksam sind,

F i g. 5 in isometrischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel zum ausgerichteten Verschieben von Bauteilen nach einer von drei Richtungen,

Fig.6 in isometrischer Darstellung ein asymmetrisches unmagnetisches, elektrisch leitendes Bauteil und vier Kurzschluß-Leiterkreise in einem magnetischen Wechselfeld,

Fi g. 7 in isometrischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel zum ausgerichteten Ve; schieben unmagnetischer asymmetrischer, elektrisch leiten jer Bauteile,

Fig.8 in isometrischer Darstellung ein asymmetrisches unmagnetisches, elektrisch leitendes Bauteil und zwei Leiterkreis-Schablonen in einem magnetischen Wechielfeld,

Fig.9 in isometrischer Darstellung ein mögliches Ausführungsbeispiel fur die Leiterkreis-Schablonen,

Fig. 10 in isometrischer Darstellung eine Vorrichtung zum ausgerichteten Verschieben flacher asymmetrischer unmagnetischer, elektrisch leitender Bauteile über eine Oberfläche,

Fig. 11 in isometrischer Darstellung eine mehrteilige Platte.

Fig. 12 ein Prinzipschaltbild für die Spulen an der Platte von Fig. Γι,

Fig. 13 schematisch die Wirkfläche der mehrteiligen Platte,

Fig. 14 ein Auslührungsbeispiel zum ausgerichteten Verschieben von Bauteilen mit zwei mehrteiligen Platten,

Fig. 15 ein Ausl'ührungsbeispiel /.um ausgerichteten Verschieben von Bauteilen mit einer beweglichen mehrteiligen Platte,

Fig. 16 in isometrischer Darstellung einen Abschnitt einer einlagigen mehrteiligen Platte,

F i g. 17 den Verlauf der Kraft Fbeim ausgerichteten Verschieben eines Bauteils über die Oberfläche der in Fig. 16 dargestellten Platte in Richtung der X-Achse,

Fig. 18 in isometrischer Darstellung einen Abschnitt einer zweiiagiger. mehrteiligen Platte,

Fig. 19 den Verlauf der Kraft Fbeim ausgerichteten Verschieben eines Bauteils über die Oberfläche der in F i g. 18 dargestellten Platte in Richtung der X-Achse,

Fig. 20 in isometrischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel mit einer dreilagigen mehrteiligen Piatte.

Fig. 21 in isometrischer Darstellung einen Abschnitt einer dreilagigen mehrteiligen Platte.

Das Prinzip ''es Verfahrens zum Ausrichten unmagnetischer, elektrisch leitender Bauteile wird am Beispiel der Fig. I erläutert, wo im Querschnitt ein plattenförmiges unmagnelisches, elektrisch leitendes Bauteil 1 und ein geschlossener Leiterkreis 2 in einem magnetischen Wechselfeld der Induktion B gezeigt sind.

Das Verfahren hestebt darin, daß ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, dessen Induktionsvektor B senkrecht zur gewünschten Verschiebungsrichlung

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gerichtet ist. Diesem magnetischen Wechselfeld wird ein Bauteil t auf beliebige bekannte Weise zugeführt. In das gleiche magnetische Wechseifeld wird auch ein geschlossener Leiterkreis 2 gebrach! und darin starr befestigt. Dabei ist der Leiterkreis 2 derart angeordnet, daß seine Ebene senkrecht zur Richtung des Induktionsvektors ödes magnetischen Wechselfeldes und in bezug auf die geometrische Mitte des Bauteils 1 in Richtung der gewünschten Verschiebung versetzt ist. Im Bauteil I wird im magnetischen Wechselfeld ein Strom /Ί und im l.eiterkreis 2 ein Strom ;> induziert Beim teilweisen Überdecken der Ebenen, die von den Strömen /Ί und /.· umfaßt sind, treten elektrodynamische Kräfte auf. die bestrebt sind, die Ströme /Ί und /> zusammenzulegen oder symmetrisch zueinander (Gleichgewichtslage) anzuordnen. Da der l.eiterkreis 2 im magnetischen Wechseifeld starr befestigt ist. fangt das Bauteil I an sich iintrr dom F.infliiß einer in fit:.! durch einen Pfeil dargestellten elckuodynamischen Kraft /in Pfeilrich-'ung (gewiinschte Verschiebungsrichtiing) zu verschieben. Dabei wird die Induktion /? hinreichend zum Entstehen der Kraft /gewählt, du· dem Bauteil I eine Beschleunigung erteilt, bei der das letztere über die (ileichgewichtslage hinaus gelangt, und. nachdem es die Kraft /·' mit entgegengesetztem Vorzeichen überwunden hat. über die Grenzen des magnetischen Wechselfeldes hinaus wandert.

Die in Richtung tier gewünschten Verschiebung am Bauteil 1 angreifende Kraft /-' nimmt zu. wenn zwei identische geschlossene I.eiterkreise, die symmetrisch zueinander von den entgegengesetzten Seiten des Bauteils I angeordnet sind, im magnetischen Wechselfeld angeordnet werden.

1 ι g. 2 zeig' in isometrischer Darstellung ein unmagnetischcs. elektrisch leitendes Bauteil 1 mit zwei Paaren um I.eiterkreisen 2, 3 und 4, 5. Die l.eiterkreisc 2, 3 sind symmetrisch zueinander auf entgegengesetzten Seilen des Bauteils 1 angeordnet und in bezug auf die geometrische Mitte des letzteren in gleicher Richtung ■.ersetzt, wahrend die Leiterkreise 4, 5 ebenfalls symmetrisch zueinander auf entgegengesetzten Seiten des Bauteils 1 angeordnet und in bezug auf dessen geometrische Mitte in Gegenrichtung versetzt sind. Die Leiterkreise 2 und 3 sind elektrisch hintereinandergeschaliet und mit einem Schalter 6 versehen. Die Leiterkreise 4 und 5 sind auch untereinander in Reihe geschaltet und mit einem Schalter 7 versehen.

F i g. 3. die einen Schnitt TII-III in F ι g. 2 darstellt, zeigt einen Fall, wo der Schalter 6 geschlossen ist und Strome /_- und k. die mit dem Strom /· im Bauteil 1 zusammenwirken, in den Leiterkreisen 2 und 3 induziert werden. Als Ergebnis dieser Wechselwirkung tritt eine elektrodynamische Kraft F auf. die auf das Bauteil 1 einwirkt und dessen Verschiebung in einer in F i g. 3 mit Pfeil bezeichneten Richtung (in F i g. 3 nach links) verursacht.

Zum Unterschied von F i g. 3 zeigt Fig. 4 einen Fall, wo der Schalter 6 geöffnet und die Leiterkreise 2 und 3 nicht geschlossen sind, während der Schalter 7 geschlossen ist und Ströme L und /V. die mit dem Strom /; Im Bauteil 1 zusammenwirken, in den Leiterkreisen 4 und 5 induziert werden. Dabei tritt eine elektrodynamische Kraft Fa¹Jf. die die Verschiebung des Bauteils 1 in einer der in Fig. 3 gezeigten entgegengesetzten Richtung fin F ι g. 4 nach reehis) hervorruft.

F i g. 5 zeiet ein Ausführungsbeispiel zum ausgerichteten Verschieber von Bauteilen nach einer von drei möglicher, Richtungen.

Die Einrichtung enthält einen C-förmigen Elektromagneten 8 mit Erregerwicklungen 9 und 10, die an eine (in Fig. 5 nicht dargestellte) Wechselstromquelle angeschlossen sind. Die Pole des Elektromagneten 8

ί sind gespaltet ausgeführt, und auf diese sind zwei Paare Leiterkreise 2,3 und 4,5, die jeweils mit Schaltern 6 und 7 versehen sind, aufgesetzt. Die Einrichtung enthält eine Rüttelrinne Il zum Zuführen der Bauteile 1 in den Wirkbereich des magnetischen Wechselfeldes des

ίο Elektromagneten 8 und Rinnen 12, 13 und 14 zum Abtransport der Bauteile 1. Die Rinnen 12 und 14 sind rechtwinklig zur Rüttelrinne 11 gerichtet, die Rinne 13 stellt eine Verlängerung der letzteren dar.

Wenn die Bauteile 1 durch die Rinne 12 abtranspor-

r, tiert werden müssen, werden die Leiterkreise 2 und 3 mit dem Schalter 6 geschlossen. Ströme, die in dem im Raum zwischen den Polen befindlichen Bauteil 1 induziert werden, wirken mit den Strömen h und i_s, die in den I.eiterkreisen 2 und 3 fließen, zusammen, wodurch

>n das Mauteil 1 mit einer gewissen Geschwindigkeit in einer in F ι g. 5 mit Pfeil A bezeichneten Richtung in die Rinne 12 ausgestoßen wird. Der weitere Abtransport der Bauteile 1. die in die Rinne 12 (bzw. Π oder 14) gelangten, erfolgt durch bekannte Mittel, z. B. durch , Vibrationsverschiebung.

Müssen dementsprechend die Bauteile 1 zur Rinne 14 abtransportiert werden, so wird der Schalter 6 geöffnet und der Schalter 7 geschlossen, und die Bauteile 1 werden in die Rinne 14 ausgestoßen.

in Müssen die Bauteile 1 durch die Rinne 13 abtransportiert werden, so können beide Schalter 6 und 7 geschlossen bzw. geöffnet werden. Dabei findet keine Richtungsänderung der Bauteile 1 statt. In diesem Fall kann selbstverständlich das magnetische Wechselfeld

r auch einfach abgeschaltet werden.

Das Wesen de;; vorliegenden Verfahrens sowie ein Aiisfulirungsbeispiel für eine Vorrichtung zu seiner Durchführung sind oben anhand von nur zwei Paaren von I.eiterkreisen 2, 3 und 4, 5 erläutert, was die

4ri Möglichkeit bietet, die Bauteile nur nach drei Richtungen aufzuteilen. Es liegt offen zutage, daß bei Bedarf die Anzahl der Paare von Leiterkreisen (und dementsprechend die Anzahl der Teile der unterteilten Pole der Vorrichtung nach F i g. 5) viel größer sein kann, und

dadurch wird die Anzahl von möglichen Richtungen (die Anzahl der Ableitungsrinnen), nach denen die Bauteile verteilt werden können, vergrößert.

Oben wurden die Beispiele des ausgerichteten Verschicbens unmagnetischer elektrisch leitender (symmetrischer) Bauteile ohne Asymmetriekriterie- behandelt.

Das vorliegende Verfahren bietet die Möglichkeit, auch asymmetrische unmagnetische elektrisch leitende Bauteile ausgerichtet zu verschieben.

Dies sei am Beispiel eines plattenförmigen Bimetallbauteils erläutert. Das Bismetallbauteil ist bekanntlich ein elektrodynamisches Analogon zu einem asymmetrischen Bauteil, weil das Vorhandensein von öffnung. Gewinde. Schlitz usw. zur Verminderung der Äquiva-

M) lentleitfähigkeit des Bauteils führt, was eben als bimetallisches Analogon zusammengefaßt wird. Das Verfahren kann auch auf andersförmige asymmetrische Bauteile ausgedehnt werden. Am Beispiel einer Platte kann jedoch das Wesen des Verfahrens einfacher und

es anschaulicher dargestellt werden.

Ein asymmetrisches unmagnetisches, elektrisch leitendes Bauteil 15 (Fig. 6) wird in ein magnetisches Wechselfeld gebracht dessen Induktionsvektor B

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senkrecht zur gewünschten Verschiebungsrichtung des Bauteils 15 gerichtet ist. Vier Leiterkreise 2, 3, 4 und 5 werden in dai gleiche magnetische Wechselfeld gebracht und darin starr befestigt. Die Leiterkreise 2,3, 4 und 5 sind in bezug auf das Bauteil IS ähnlich wie für F i g. 2 beschrieben angeordnet, in diesem Fall müssen jedf.f-a die Paare der Leiterkreise 2,3 und 4,5 in bezug auf eine Ebene, die durch die geometrische Mitte des Bauteils IS geht und parallel zur Richtung des Induktionsvektors fl des magnetischen "Vechselfeldes ist, unbedingt symmetrisch angeordnet werden. In den Leiterkreisen 2, 3, 4 und 5 und im Bauteil 15 werden etwa gleichphasige Ströme h, h, ü, H und /'n induziert. Bekanntlich werden gleichgerichtete Ströme angezogen und entgegengesetzte abgestoßen. Oder, was genau dasselbe ist, parallele Windungen mit gleicher Stromrichtung werden angezogen und mit entgegengesetzter Stromrichter!" sb^sstoQe™. Sei O!s!chh^pi* ^**^c Ph^aeiinverschiebungswinkels sind alle Ströme in Fig.6 zu einem beliebigen Zeitpunkt nach ein und derselben Seite gerichtet. Bei einer kleinen Phasenungleichheit kann man sagen, daß die in einer beliebigen Halbperiode gemittelten Werte der Ströme h, h, U, k '15 in Richtung übereinstimmen. Daher ziehen sich die Ströme h. 'j, it, is, 'is immer untereinander an. Da aber die Leiterkreise 2 bis 5 starr befestigt sind, kann sich nur das Bauteil 15 verschieben. Es sei betont, daß bekannte Mittel zur Gewährleistung einer zuverlässigen Phasengleichheit der induzierten Ströme im Leiterkreis und im Bai ,eil eingesetzt werden können. Es kann z. B. eine Kette aus Induktivität und Kapazität, die in Reihe geschaltet sind, in den Strom eingeführt werden. Infolge der unterschiedlichen Leitfähigkeit des Werkstoffes des Bauteils 15 ist der Strom /'15 immer etwas in Richtung des Endes des Bauteils 15 mit besserer Leitfähigkeit verschoben. Bekanntlich ist die Kraftstoffwechselwirkung zwischen den Strömen dem Abstandsquadrat umgekehrt proportional. In der in Fig. 6 gezeigten Stellung wird daher der Strom /15 stärker an die Ströme h und /3 angezogen, und das Bauteil 15 verschiebt sich schnell beim entsprechenden Wert der Induktion B in Richtung der Ströme h, h, passiert die Gleichgewichtslage auf Kosten der zu erreichenden Geschwindigkeit und springt aus dem Wirkungsbereich des magnetischen Wechselfeldes.

F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum ausgerichteten Verschieben asymmetrischer unmagnetischer elektrisch leitender Bauteile.

Die Einrichtung enthält einen Elektromagneten mit flachen Polen 16 und 17, die mit zum Anschluß an eine (in F i g. 7 nicht dargestellte) Wechselstromquelle bestimmten Wicklungen 18 und 19 versehen sind.

Die Leiterkreise 2,3,4 und 5 sind in die Pole 16 und 17 eingearbeiteten Nuten 20 befestigt Dies bietet die Möglichkeit, die Größe des Luftspaltes zu vermindern und die Energieveriuste herabzusetzen. F i g. 7 zeigt das Bauteil 15 im Raum zwischen den Polen 16 und 17.

Die Vorrichtung arbeitet in Obereinstimmung mit dem für F i g. 6 beschriebenen Verfahren.

Im Fall eines plattenförmigen (dünnen) Bauteils können die Leiterkreise nur an einem der flachen Pole

16 und 17 Platz finden. Für ein relativ dickes Bauteil ist es zweckmäßig, die Leiterkreise an beiden Polen 16 und

17 anzuordnen. Am universellsten sind radialsymmetrische Feider, die durch die Verwendung von zylinderförmigen Polen mit symmetrisch eingebauten Leiterkreisen, die längs eines Begrenzungskreises dieser Pole angeordnet sind, angenähert erzeugt werden können.

Diese Felder können in den Spalten von C- und andersförmigen Elektromagneten erzeugt werden.

Für den Fall, daß den Leiterkreisen ein Verlauf gegeben ist, der dem des durch das magnetische Wechselfeld im asymmetrischen Bauteil induzierten Stroms ähnlich ist, kann der Strom asymmetrischer unmagnetischer, elektrisch leitender Bauteile in gewünschter Richtung transportiert werden, wobei asymmetrische Bauteile im Strom nach der Anordnung des Asymmetriekriteriums gleichzeitig in die Sollstellung ausgerichtet werden.

Erläutert sei das Wesen dieses Ausführungsbeispiels am Beispiel eines Flachen Bauteils 21 (Fig. 8), das der Form nach einem Rotationskörper ähnlich ist und zwei asymmetrisch angeordnete Schlitze aufweist.

Das Bauteil 21 wird in ein magnetisches Wechselfeld zwischen zwei Leiterkreis-Schablonen 22 angeordnet. Hip im Wprh<;plfplH hpfestigl sind. Die I.eiterkreis-Schablonen 22 haben eine Form, die der des Bauteils 21 ähnlich ist, und sind gleichachsig derart angeordnet, daß sich ihre Schlitze untereinander befinden. In dem magnetischen Wechselfeld, dessen Induktionsvektor B zu den Ebenen der Leiterkreis-Schablonen 22 und zur Ebene des Bauteils 21 senkrecht gerichtet ist, werden im Bauteil 21 und in den Leiterkreis-Schablonen 22 geschlossene Ströme /'21 und /2; induziert, wobei die Wechselwirkung ihrer Magnetfelder zum Auftreten eines Kräftemoments führt, das das Bauteil 21 wendet. Wenn die Ströme /21 und /22 vollkommen zusammenfallen H. h. die Asymmetriekriterien des Bauteils 21 und der Leiterkreis-Schablonen 22 befinden sich genau untereinander, ist das Wendemoment M gleich Null, und die Lage wird geordnet und stabil.

Wenn die Leiterkreis-Schablonen 22 jeweils aus mehreren mit Schaltern versehenen Spulen bestehend ausgeführt werden, so kann das wie oben beschrieben ausgerichtete asymmetrische unmagnetische elektrisch leitende Bauteil 21 aus dem Wirkungsbereich des magnetischen Wechselfeldes in gewünschter Richtung herausgeführt werden.

Fig. 9 zeigt in isometrischer Darstellung ein mögliches Ausführungsbeispiel für Leiterkreis-Schablonen zum ausgerichteten Verschieben des Bauteils 21, deren jede aus zwei Spulen 23 und 24 besteht, die miteinander mit Hilfe eines Überbrücken 25 starr verbunden sind. Jede von Spulen 23 und 24 ist mit einem Schalter 26 versehen. Die Form der Spulen 23 und 24 ist derart ausgewählt, daß. die durch das magnetische Wechselfeld darin induzierten Ströme ta und h* eine Form aufweisen, die der des Stroms, der im Bauteil 21 induziert wird, ahnlich ist. Die Leiterkreis-Schablonen sind auf einer gemeinsamen Grundplatte 27 befestigt

Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Die Leiterkreis-Schablonen sind in ihrer Ebene zwischen den Polen eines (z. B. C-förmigen, in F i g. 9 nicht dargestellten) Elektromagneten schwingfähig angeordnet Dabei wird der Schwingungsausschlag unter der Bedingung des teilweisen Überdeckens der in den Leiterkreis-Schablonen und im Bauteil 21 induzierten Ströme ausgewählt Durch solche Schwingungen wird der Vorgang des Ausrichtens von Bauteilen 21 begünstigt Es wird ein magnetisches Wechselfeld angeschlossen, dessen Induktionsvektor B senkrecht zu den Ebenen der Leiterkreis-Schalbonen gerichtet ist Alle Schalter 26 werden geschlossen, und das Bauieii 21 wird in den Raum zwischen den Leiterkreis-Schablonen gebracht Dabei wird es nach der Anordnung der Asymmetriekriterien derart ausgerichtet wie oben beschrieben wurde.

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ίο

Danach werden ζ. B. die Spulen 23 mit Hilfe der Schalter 26 abgeschaltet. Dabei greift am Bauteil 21 eine in F i g. 9 mit großem Pfeil bezeichnete Kraft Fan, und das Bauteil 2t verschiebt sich in der nach der Anordnung der Asymmetriekriterien ausgerichteten Stellung in Pfeilrichtung, wobei es einer (in F i g. 9 nicht dargestellten) Auffangvor/ichtung zugeführt wird.

Bei abgeschalteten Spulen 23 und geschlossenen Spulen 24 wird das Bauteil 21 in einer der in F i g. 9 mit Pfeil bezeichneten entgegengesetzten Richtung aus dem Raum zwischen den Polen ausgestoßen.

Fig. 10 zeigt in isometrischer Darstellung eine Vorrichtung zum ausgerichteten Verschieben und Feststellen an der Oberfläche von flachen unmagnetischen. elektrisch leitenden Bauteilen.

Die Vorrichtung enthält eine Quelle für ein magnetisches Wechselfeld, die als Solenoid 28 mit einer zum Anschluß an eine (in Fig. 10 nicht dargestellte) Wechselstromquelle bestimmten Wicklung 29 ausge-ιϋιιΓΐ i5i. ιίΤι ffirtgMciiSCticn »τcCi'iScitciu ucs .MJicnüiuS to ist eine mehrteilige Platte 30 angeordnet, in deren jedem Teil 31 eine unabhängige elektrische Spule 32 mit Anschlußdrähten 33 und 34 angebracht ist. Die Anschlußdrähte 33 der Spulen 32 sind jeweils mit dem Kontakt 35 des Schaltpultes 36 verbunden, während die Anschlußdrähte 34 zusammengeschaltet und geerdoi sind. Das Schaltpult 36 ist in Form eines Satzes von Kontakten 35 ausgeführt, deren Anzahl und Anordnung mit der Anzahl und Anordnung der Teile 31 der Platte 30 übereinstimmen. Fig. 10 zeigt an der Oberfläche der Platte 31 ein auszurichtendes Bauteil 37. während das Schaltpult 36 zur Erleichterung der Programmeinstellung mit einer Schablone 38 versehen ist, deren Form der des auszurichtenden Bauteils 37 ähnlich ist.

Fig. Il /.eigt vergrößert in isometrischer Darstellung die mehrteilige Platte 30 mit den Spulen 32, das auszurichtende Bauteil 37 ist in gestrichelten Linien angedeutet.

Fig. 12 zeigt das Prinzipschaltbild für die .Spulen 32 und Kontakte 35 des Schaltpultes 36.

In F i g. 13 ist die Wirkfläche einer mehrteiligen Platte mit dem Umriß des auszurichtenden Bauteils (ausgezogene Linie) und mit dtfi Umrissen der gewünschten Anordnung des Bauteils auf der Platte (gestrichelte Linie) durch mit arabischen Ziffern numerierte Kästchen schematisch dargestellt. Fig. 13 ist zur Erläuterung des Grundsatzes des ausgerichteten Oberflächenverschiebens eines flachen unmagnetischen, elektrisch leitenden Bauteils angeführt.

C>ie Vorrichtung (Fig. 10, 11, 12 und 13) arbeitet wie folgt:

Das Bauteil 37 wird auf beliebige bekannte Weise der mehrteiligen Platte 30 zugeführt, worauf die Schablonen 38, die die jeweiligen Spulen 32 der mehrteiligen Platte 30 durch Andrücken der Kontakte 35 schließt, zu dessen Einstellen auf eine gesicherte Lage am geeigneten Platz am Schaltpult 36 angebracht wird. Dabei werden jeweils Ströme /15, /ie, '11, hi, hi und ha in den geschlossenen Spulen 32 (in Fig. 13 mit punktierter Linie umrissen) induziert Außerdem wird ein Strom kr auch im Bauteil 37 induziert; die ungeschlossenen Spulen 32 sind stromlos. Bekanntlich werden gleichgerichtete Ströme angezogen und die entgegengerichteten abgestoßen, und durch die differentiale Wechselwirkung zwischen den einzelnen Strömen der mehrteiligen Platte 30 und den Teilen des im Bauteil 37 induzierten Stromes hi greift also am Bauteil 37 ein Kräftemoment ia, das das Bauteil 37 in die gewünschte Stellung wendet (die Richtung des Momentes ist in Fig. 13 mit großem Pfeil bezeichnet). Beim Zusammenlegen des Systems der in den Spulen 32 induzierten Ströme in, /ie, /u, /17. '22 und /28 mit dem im Bauteil 37 induzierten Strom /37 wird das am Bauteil 37 angreifende Integralmoment gleich Null, und das Bauteil 37 richtet sich in die erforderliche Lage aus. Zur Verstärkung der Kraftwirkung auf die auszurichtenden Bauteile 37 dient die in Fig. 14 dargestellte Vorrichtung, bei der die Quelle für das magnetische Wechselfeld in Form eines C-förmigen Elektromagneten 39 mit Wicklung 40 ausgeführt ist, wobei neben der mehrteiligen Platte 30, die als Polkranz des Elektromagneten 39 ausgebildet ist, eine weitere, ebenfalls mit unabhängigen Spulen versehene mehrteilige Platte 41 an seinem zweiten Polkranz angeordnet ist. In diesem Fall schließt die am Schaltpult 36 befindliche Schablone 38 gleichzeitig sowohl erforderliche obere als at;h untere Spulen, wobei die Wirkungsweise der Vorrichtungerhalten bleibt.

nuaiuin ι

zum Feststellen und ausgerichteten Verschieben von größenverschiedenen Bauteilen bestimmt und unterscheidet sich von der in Fig. 14 gezeigten Vorrichtung dadurch, daß bei ihr die mehrteilige Platte 42 in drei Abschnitte a, b und c aufgeteilt ist, die der Reihe nach hintereinander angeordnet sind und sich durch Anzahl und Abmessungen der Teile 31 voneinander unterscheiden. Der Abschnitt a mit geringerer Anzahl der Teile ist zum ausgerichteten Verschieben von großen Bauteilen,

jo der Abschnitt c mit größerer Anzahl der Teile zum Feinausrichten von kleinen Bauteilen bestimmt. Diese mehrteilige Platte 42 ist zum Wechsel der Abschnitte a, b und cam Polkranz des Elektromagneten 39 hin- und hergehend verschiebbar angeordnet.

Fig. 16 zeigt in isometrischer Darstellung einen Abschnitt der einlagigen mehrteiligen Platte, die sich aus den Spulen 32 zusammensetzt, deren halbe Längenmessung dem Radius R eines ringförmigen Bauteils 43 gleich ist.

Die Anschlußdrähte jeder Spule 32 sind an die jeweiligen Kontakte 35 des Srhaltpultes 36 angeschlossen, die das Schließen und Unterbrechen de ' Stromkreises der Spule 32 zum geeigneten Zeitpunkt, gewährleisten. Beim Einbringen dieser einlagigen mehrteiligen Platte mit dem darauf befindlichen Bauteil 43 in ein magnetisches Wechselfeld, dessen Induktionsvektor senkrecht zur Ebene der einlagigen mehrteiligen Platte gerichtet ist, greift am Bauteil 43 eine Kraft Fan.

In Fig. 17 ist mit Kurven σ'der Verlauf der Kraft F beim Verschieben des Bauteils 43 auf der einlagigen mehrteiligen Platte in Richtung der X-Achse dargestellt. Auf der .Y-Achse ist auch ein Querschnitt durch die einlagige mehrteilige Platte und das Bauteil 43 von Fig. 16 dargestellt Mit F\ ist der Mittelwert der elektrodynamischen Kraft, die auf das Bauteil 43 bei dessen Verschieben über die Oberfläche der einlagigen mehrteiligen Platte in Richtung der A^Achse einwirkt bezeichnet Aus Fig. 17 ist ersichtlich, daß die Kraft F gleich Null ist, nachdem das Bauteil 43 mit der Spule 32 zusammenfällt

In diesem Fall bedeutet das, daß die Lage des Bauteils 43 erst dann gesteuert werden kann, wenn der Radius des Bauteils 43 die halbe Längenabmessung der Spule 32 überschreitet

es Fig. 18 zeigt in isometrischer Darstellung einen Abschnitt eines weiteren Ausfflhrungsbeispieis der mehrteiligen Platte, die im Gegensatz zu der obenbeschriebenen zweitägig ausgebildet ist Die erste Lage

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setzt lieh aus den Spulen 32 zusammen und ist ähnlich wie die in F i g. 16 gezeigte einlagige mehrteilige Platte ausgeführt. Die zweite Lage ist ähnlich wie die erste ausgeführt, aus der gleichen Anzahl der Spulen 32 zusammengesetzt, unmittelbar unter der ersten Lage angeordnet, aber in bezug darauf in Richtung der X-Achse um die halbe Längenabmessung der Spule 32 verschoben.

In Fig. 19 ist mit Kurven d und e der Verlauf der Kraft F, die am Bauteil 43 bei dessen Verschieben über die Oberfläche einer zweilagigen mehrteiligen Platte in Richtung der X-Achse angreift, dargestellt. Auf der X-Achse ist außerdem ein Querschnitt durch die zwcilagige mehrteilige Platte und das Bauteil 43 von Fig. 18 dargestellt. Mit F\₂ ist der Mittelwert der r, elektrodynamischen Kraft, die auf da* Bauteil 43 bei dessen Verschieben auf der zweilagigen mehrteiligen Platte in Richtung der X-Achse einwirkt, bezeichnet. Vergleichsweise zeigt Fig. 19 auch den Mittelwert F\ ist jeweils mittels Schaller 50,51,52 an das Schaltpult ."S angeschlossen.

Die dreilagige mehrteilige Platte ist am Pol eines dreizackförmigen Elektromagneten 53 mit einer zum Anschluß an eine (in Fig. 20 nicht dargestellte) Wecliselstromquelle bestimmten Erregerwicklung 54 angeordnet.

Die in Fig. 20 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Das Bauteil 37 wird der Oberfläche der dreitägigen mehrteiligen Platte zugeführt und die Schablone 38 am Schaltpult 36 in eine Stellung gebracht, die der Stellung ähnlich ist, welche das Bauteil 37 auf der dreilagigen mehrteiligen Platte einnimmt. Die Erregerwicklung 54 wird an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Der Bediener verschiebt die Schablone 38 über die Kontaktfläche des Schaltpultes 36 zum Abschnitt Jer Soilage des Bauteils 37. Je nach der Bewegungsrichtung der Schablone 38 schließt der Bediener durch

dessen Verschieben auf der einlagigen mehrteiligen Platte angreia.

Bei der Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes auf die zweilagigc mehrteilige Platte mit dem Bauteil 43 greift die Kraft F gemäß Fig. 18 beim Schließen des Stromkreises der Spule 32 der ersten Lage am Bauteil 43 an. Beim Öffnen des Stromkreises der Spule 32 der ersten Lage und beim jeweiligen Schließen des Stromkreises der Spule 32 der zweiten Lage erfährt das Bauteil 43 die laximale Kraftwirkung lings der X-Achse (s. F i g. 19).

Beim nächstfolgenden öffnen des Stromkreises der Spule 32 der zweiten Lage und beim Schließen der Spule 32 der ersten Lage erfährt das Bauteil 43 sich längs der X-Achse bewegend, wieder die maximale Kraftwirkung usw. Aus Fig. 18 und 19 ist ersichtlich, daß sich durch die zweilagige Ausführung der mehrteiligen Platte die Möglichkeit bietet, die wirksame Kontrolle auch jener Bauteile durchzuführen, deren Außenabmessungen der Umrißfläche der Spulen 32 entsprechen oder kleiner als diese sind, wodurch sich die Auflösungsmöglichkeiten von derartigen Einrichtungen erweitern. Außerdem ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel der zweilagigen mehrteiligen Platte, den Mittelwert der an dem zu steuernden Bauteil angreifenden elektrodynamischen Kraft F wesentlich zu erhöhen. Wie aus dem Diagramm (Fig. 19)ersichtlich,ist F1.2 > Fiumca.30%.

Durch die dreilagige Ausführung der mehrteiligen Platte bietet sich — unter Berücksichtigung dessen, daß die dritte Lage sich in bezug auf die erste und zweite Lage in Richtung der zweiten Koordinatenachse f>9um den Wert R verschiebt, — die Möglichkeit, das Auflösungsvermögen der Einrichtung über die gesamte Ebene der dreilagigen mehrteiligen Platte auf dieselbe Weise zu erhöhen.

Fig.20 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer mehrteiligen Platte, die aus drei Lagen 44,45,46 besteht, die in bezug aufeinander um die Größe der halben Längenabmessung der Spule, d.h. um R, verschoben sind. Die Lage 45 ist in Richtung der X-Achse und die w> Lage 46 in Richtung der K-Achse verschoben. Die Anschlußdrähte der Spulen sind über Kabel 47, 48, 49 mit dem Schaltpult 36 verbunden. Jedes Kabel 47,48,49 illJVV Ct-IISCIMUCS ,

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52 eine der Lagen 44,45 oder 46 an die Kontakte 35 des Schaltpultes 36 an, so daß das Öffnen der Spulen der Lagen 44 und 46 und Schließen der Spulen der Lage 45 (wie F i g. 20 zeigt) gewährleistet wird.

Um die Spulen sämtlicher Lagen der mehrteiligen Platte dem Steuerungobjekt — d. h. dem Bauteil — zum Aufrechterhalten der Gleichheit der Kraftwirkung des Bauteils mit jeder einzelnen Spule in verschiedenen Lagen zu nähern, werden die Spulenwindungen der nachfolgenden Lagen zwischen die Spulenwindungen von allen vorhergehenden Lagen eingeführt. Fig. 21 zeigt in isometrischer Darstellung ein Ausführungsbci spiel aieser Ausführung der dreilagigen mehrteiligen Platte. Bei dieser Ausführung der dreilagigen mehrteiliger Platte wirkt das Bauteil 55 unmittelbar mit der Spule 32' der erster, Lage zusammen und entfernt sich von der Spule 32" der zweiten Lage und der Spule 32" der dritten '.age praktisch um die Stärke des Wicklungsdrahtes Jer Spule 32', was etwa 0,2 bis 0,5 mm beträgt. Die Fig. 21 zeigt ein Schema der gegenseitigen Anordnung von einzelnen Spulen 32', 32", 32'", jede von denen ihren Schalter 35', 35", 35'" besitzt. Ihre Kontakte sind am Schaltpult (in Fig. 21 nicht dargestellt) montiert.

Andere Spulen der dreilagigen mehrteiligen Platte sind ähnlich wie die in F i g. 21 behandelten angeordnet. d. h. die Windungen der Spulen 32" sind in oezug auf die der Spulen 32' um die Größe der halben Längenabmessung nach der X-Achse und die Windungen der Spulen 32'" in bezug auf die der Spulen 32' -.nd 32" nach der y-Achse verschoben.

In Fig. 21 ist der Windungsschritt zur anschaulicheren Darstellung schematisch vergrößert. In realer Ausführung beträgt seine Größe zwei Durchmesser des Wicklungsdrah tes.

Der Wickelraum ist mit Ferritmasse gefüllt, wodurch sich eine einheitliche dreilagige mehrteilige Platte ausbildet

Derartige Vorrichtungen erscheinen aussichtsreich beim kontaktlosen Manipulieren der Lage bzw. Stellung von Bauteilen, darunter auch von über die Curie-Temperatur erwärmten Stahiknüppeln während ihrer Bearbeitung.

Hierzu tO Statt Zticteungen

Claims (11)

Patentansprüche: 27 Ol 057

1. Verfahren zum Ausrichten von unmagnetischen, elektrisch leitenden Bauteilen mit Hilfe von durch ein magnetisches Wechselfeld erzeugten elektrodynamischen Kräften, wobei induzierte, einander teilweise überdeckende Ströme auftreten, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bauteile in ein magnetisches Wechselfeld eingebracht werden, dessen Induktionsvektor senkrecht zur Bewegungsebene der Bauteile gerichtet ist, und

daß in diesem magnetischen Wechselfeld wenigstens ein geschlossener Leiterkreis fest angeordnet wird, dessen Ebene senkrecht zum Induktionsvektor des magnetischen Wechselfeldes verläuft und dessen geometrische Mitte gegenüber der des jeweiligen Bauteils versetzt ist

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß den Leiterkreis-Schablonen eine Schwingbewegung in ihrer Ebene aufgeprägt wird.

3. Vorrichtung zum Durchfühlen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei in einem magnetischen Wechselfeld in zu dessen Induktionsvektor (B) senkrechten Ebenen symmetrisch zueinander auf entgegengesetzten Seiten eines auszurichtenden Bauteils (1) angeordnete Leiterkreise (2,3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Leiterkreisen (2, 3) in bezug auf eine zur Richtung des Induktionsvektors (B) des magnetische.·. Wechselfeldes parallele und die geometrische Mitte des auszurichtenden Bauteils (1) in dessen ursprünglicher Lage enthaltende Ebene symmetrisch identische und in i'rer Anzahl entsprechende weitere Leiterkreise (4, S) zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterkreis-Schablonen (22) eine der Form des durch das magnetische Wechselfeld in einem auszurichtenden Bauteil (21) induzierten Stromes (/21) ähnliche Form aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch

eine im Wirkbereich des magnetischen Wechselfeldes befindliche mehrteilige Platte (30), in deren jedem Teil (31) eine elektrische Spule (32) angeordnet ist, und durch

ein Schaltpult (36) mit einem Satz von Kontakten (35) deren Anzahl und Anordnung mit einer Anzahl und Anordnung der Teile (31) der mehrteiligen Platte (30) übereinstimmen, wobei jede Spule (32) mit einem der Anschlußdrähte (33) an den zugeordneten Kontakt (35) des Schaltpultes (36) und mit dem anderen Anschlußdraht (34) an Erde angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltpult (36) mit einer Schablone (38) versehen ist, deren Verlauf dem durch das magnetische Wechselfeld in den auszurichtenden Bauteilen (37) induzierten Strom (in) ähnlich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, mit einem C-förmigen Elektromagneten als Quelle für das magnetische Wechselfeld, gekennzeichnet durch eine zusätzliche mehrteilige Platte (41) ähnlich der ersten mehrteiligen Platte (30), wobei die mehrteiligen Platten (30, 41) gegenüberliegend an den Polen des Elektromagneten (39) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

zeichnet,

daß die mehrteilige Platte (30, 41, 42) mehrlagig ausgeführt ist,

daß alle Lagen (44, 45, 46) einander ähnlich ausgebildet sind, und

daß jede nachfolgende Lage (45) in bezug auf die vorhergehende Lage (44) in Richtung einer der die Bewegungsebene der Bauteile (37) bildenden Achsen X, Kund die halbe Längenabmessung der Spule (3:2) verschoben ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spulen (32", 32'") der nachfolgenden Lagen zwischen den Windungen der Spulen (32') von allen vorhergehenden Lagen durchgeführt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (32) über Schalter (59, 51, 52) derart mit den Kontakten (35) des Schaltpultes (36) verbunden sind, daß das Schließen der Schalter (51) der Spulen (32) der einen Lage (45) das öffnen der Schalter (50, 52) der Spulen (32) anderer Lagen (44,46) ermöglicht.