EP0854408A2

EP0854408A2 - Elektromagnet mit einer Stromversorgung

Info

Publication number: EP0854408A2
Application number: EP98100624A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Weinbuch; Thomas Dipl.-Ing. Zrenner
Original assignee: Wagner KG
Current assignee: Wagner KG
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 1998-07-22
Also published as: DE29700618U1; EP0854408A3

Abstract

Elektromagnet (4) mit einer Stromversorgung, wobei die Stromversorgung mindestens ein Leistungsteil (6) mit einem Regler oder einem Treiber (2) für eine Stromquelle (3) aufweist und die Stromquelle (3) durch mindestens eine Leitung (11) mit dem Elektromagneten (4) verbunden ist, wobei an dem Leistungsteil (6) ausgangsseitig eine Strommeßvorrichtung (1) vorgesehen ist und die Strommeßvorrichtung (1) auf den Regler oder Treiber (2) einwirkt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet mit einer Stromversorgung, wobei die Stromversorgung mindestens ein Leistungsteil mit einem Regler oder Treiber für die Stromquelle aufweist und die Stromquelle durch mindestens eine Leitung mit dem Elektromagneten verbunden ist.

Die vorbeschriebenen Elektromagneten werden zum Beispiel in Hubmagneten verwendet, wo durch die Verwendung der anziehenden magnetischen Kräfte magnetisierbare Werkstücke, beispielsweise Eisen oder Schrott, von dem an einem Kranseil befestigten Hubmagneten aufgehoben und transportiert werden können. Es ist auch bekannt, die Elektromagnete als Spannmagnete in Spanntischen zu verwenden, bei welchen die ebenfalls magnetisierbaren Werkstücke oder Werkstückhalter während der Bearbeitung festgehalten werden.

Für die vorgenannten Elektromagnete ist es typisch, daß die resultierende Kraft zwischen dem Magneten und dem Werkstück im Prizip direkt proportional von der in den Elektromagneten eingeprägten Stromstärke ist. Oftmals ist es auch günstig, wenn das Werkstück nicht mit der vollen Haltekraft an den Elektromagnet gespannt wird, sondern mit einer entsprechend geringeren Haltekraft nur von dem Elektromagneten gehalten wird. Dies ist zum Beispiel dann günstig, wenn das Werkstück auf dem Spanntisch noch genau positioniert werden soll, jedoch ein leichtes Verrutschen des Werkstückes auf dem Spanntisch vermieden werden soll. Ist dann beispielsweise das Werkstück genau positioniert, erreicht der Elektromagnet seine maximale Haltekraft, um dann auch bei der zum Beispiel zerspannenden Bearbeitung an dem Werkstück eine zuverlässige und exakte Positionierung des Werkstückes bezüglich des Bearbeitungswerkzeuges sicherzustellen.

Der Benutzer hat hierbei die Möglichkeit, in einer Mehrzahl von sogenannten Haltekraftstufen von dem Werk voreingestellte oder selbstdefinierte Haltekräfte für die verschiedenen Einsatzzwecke des Magneten auszuwählen. Die Steuerungung übersetzt hierbei die vorgewählten Haltekraftstufen in entsprechende Stromstärken und bewirkt, daß diese Stromstärken in dem Leistungsteil ausgangsseitig auch dem Elektromagneten zugeleitet werden.

Bei den bekannten Elektromagneten mit einer Stromversorgung ist es jedoch nicht möglich, direkt zu ermitteln, mit welcher Kraft oder mit welcher Haltekraftstufe ein Elektromagnet betrieben wird. Es ist nur möglich, indirekt oder mittelbar durch die Einstellung der Haltekraftstufe auf die mögliche Haltekraft des Magneten zu schließen. Die vorbeschriebenen Elektromagnete werden zum Beispiel im Verbund mit größerer Anlagen oder Bearbeitungsmaschinen verwendet, und es besteht die Gefahr, daß bei einer unrichtigen Information, wenn also die Steuerung eine Haltekraftstufe mit einer gewissen Haltekraft vorgibt, diese aber von dem Magnet nicht realisiert wird, das Werkstück während der Bearbeitung verrutscht oder sonstige Schäden auftreten, was unweigerlich zu einem Unterbruch der Bearbeitung in den Bearbeitungszentren oder der Anlage führen muß.

Bei den bekannten Vorrichtungen wurde bislang nur kontrolliert, ob ein Elektromagnet an der Stromversorgung auch angeschlossen worden ist. Im Fall, daß der Elektromagnet einen Windungsschluß aufweist, wird dabei ein falsches Signal erzeugt, nämlich daß trotz eines elektrisch "angeschlossenen" Elektromagneten eine Haltekraft nicht besteht, da der Strom durch den Windungsschluß kurzgeschlossen ist und nicht durch die Spule fließt und somit auch kein Magnetfeld erzeugen kann.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Betrieb von Elektromagneten, wie eingangs beschrieben, sicherer zu gestalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Elektromagneten wie eingangs beschrieben und schlägt vor, daß an dem Leistungsteil ausgangsseitig eine Strommeßvorrichtung vorgesehen ist und die Strommeßvorrichtung auf den Regler oder Treiber einwirkt.

Die Strommeßvorrichtung ist hierbei so angeordnet, daß sie direkt den wirklich von der Stromquelle an den Elektromagneten fließenden Strom mißt. Der Widerstand der Stromquelle und der Widerstand des Elektromagneten sind hierbei so bemessen, daß im Fall eines Kurzschlusses oder Windungsschlusses eine Erhöhung des Stromflusses erfolgt und der erhöhte Stromfluß von der Strommeßvorrichtung aufgenommen wird und derart den Regler beeinflußt, daß die Stromquelle abgeschaltet wird. Durch eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, unmittelbar auf das Vorliegen eines Kurzschlusses der Leitung oder des Elektromagneten diesen abzuschalten. Dadurch wird zum einen eine weitere Beschädigung des Elektromagneten vermieden und zum anderen der gefährliche Betrieb des nicht zuverlässig funktionierenden Hub- oder Spannmagneten unterbunden. Im Falle, daß der Elektromagnet im Verbund mit weiteren Anlagen eingesetzt wird, wird dann auch gleichzeitig ein entsprechendes Fehlersignal gesetzt, um die angeschlossenen Einheiten entsprechend von dem nicht sachgerechten Zustand des Elektromagneten zu unterrichten und einen entsprechenden weiteren Verfahrensablauf bei der Bearbeitung der von dem Magneten gehaltenen Werkstücken zu unterbinden.

Es ist hierbei günstig, daß die Stromversorgung ein Steuerungsteil und ein Leistungsteil aufweist und das Steuerungsteil den Regler ansteuert, wobei von der Strommeßvorrichtung ein Signal auf das Steuerungsteil ableitbar ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, daß die Strommeßvorrichtung mittelbar über das Steuerungsteil auf den Regler bzw. die Stromquelle einwirkt.

Es ist günstig, wenn die Strommeßvorrichtung über einen Überstromschalter auf den Regler wirkt und die Stromversorgung gegebenenfalls unterbricht. Der Überstromschalter ist zum Beispiel als ein dynamischer Schalter ausgebildet, das bedeutet, daß beispielsweise die Stromquelle variable Stromstärken liefert und der Überstromschalter Veränderungen des gelieferten Stromes zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses oder Windungsschlusses entdeckt und daraufhin die Stromversorgung unterbricht.

Auch ist es von Vorteil, wenn das Steuerungsteil den von der Strommeßvorrichtung erzeugten Istwert mit einem in einem Sollwertspeicher hinterlegten Stromsollwert einschließlich einem Toleranzbereich vergleicht und über den Regler die Stromversorgung unterbricht, falls der Istwert außerhalb des Toleranzbereiches um den Sollwert ist. Es ist für den Benutzer möglich, gewisse Stromstärken über die Haftkraftstufen vorzuwählen. Dies kann zum Beispiel durch das Ein- oder Ausschalten von zusätzlichen Widerständen im Stromkreis händisch erfolgen. In gleicher Weise kann dies aber auch durch eine Software erreicht werden, die eine entsprechende Stromquelle direkt ansteuert. Durch Versuch ist hierbei zu ermitteln, welche resultierende Kraft einer einstellbaren Stromstärke entspricht. Eine solche Kalibrierung oder Eichung wird beispielsweise von dem Benutzer oder auch werkseitig durchgeführt. Die Strommeßvorrichtung wird nun dazu verwendet, den über die Haftkraftstufe vorgewählten Strom zu kontrollieren. Wird nun zum Beispiel aufgrund eines Fehlers in der Treiberstufe oder eines Kurzschlusses oder Leckstromes im Magneten ein Stromfluß detektiert, der außerhalb des Toleranzbereiches ist, so wird durch den laufenden Abgleich des Istwertes mit dem Sollwert diese Unregelmäßigkeit erkannt und gegebenenfalls die Stromversorung unterbrochen, da ein einwandfreier Betrieb des Magneten nicht sichergestellt ist. Wahlweise kann, wenn der Elektromagnet beispielsweise in einer größeren Anlage integriert ist, ein entsprechendes Fehlersignal an diese Anlage abgegeben werden. Durch eine solche Ausgestaltung wird eine sehr hohe Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Elektromagneten erreicht. Es wird sowohl eine Sicherung gegen Kurzschlüsse bzw. Überströme vorgesehen wie auch der konkret fließende Strom und die daraus resultierende, angenommene Haftkraft kontrolliert. Im Fall, daß hier ein Fehler auftritt, wird der Fehler direkt gemessen und beeinflußt unmittelbar die Stromquelle und setzt gegebenenfalls ein entsprechendes Signal an die übergeordnete Anlagensteuerung ab, das dort entsprechend verwendet wird.

Es ist auch vorgesehen, daß die Zuordnung einer Stromstärke für eine gewisse Haftkraftstufe, zum Beispiel durch ein entsprechendes Programm, frei- bzw. benutzerdefinierbar durchführbar ist. Neben der freien Vereinbarung der Stromstärke bezüglich einer Haftkraftstufe ist natürlich auch die Angabe eines entsprechenden Toleranzbereiches durch den Benutzer möglich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuerungsteil einen Mikroprozessor umfaßt, welcher mindestens auf einen Programmspeicher und einen Datenspeicher lesend bzw. schreibend zugreift und das Programm im Zusammenwirken mit dem Prozessor eine oder mehrere der nachstehenden Funktionalitäten ermöglicht. Es ist möglich, daß an dem Programm Betriebsparameter wie der Stromsollwert bzw. einen Toleranzbereich um den Stromsollwert in Abhängigkeit der Haltekraftstufen und Zeiträume für das Halten gewisser Stromstärken bzw. Haltekraftstufen eingebbar sind. Wie bereits beschrieben, können individuell angepaßte Spannkraftverläufe vorgesehen werden. Diese können zum Beispiel in Versuchen gefunden werden. Bei einer automatischen Verarbeitungslinie ist es dabei von Vorteil, wenn der Steuerung des Elektromagneten auch mitgeteilt werden kann, wie lang eine gewisse Haltkraftstufe bzw. die entsprechende Stromstärke anliegen soll.

Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Steuerung auch eine entsprechende Kommunikation mit den anderen Aggregaten in einer Maschinenlinie aufbaut und unterhält. Je nach Einsatzbereich werden die entsprechenden Steuerimpulse, also das Umsteuersignal vom "Halten aber noch Verrutschen" auf "Festhalten für Bearbeitung" von einer übergeordneten Steuerung gegeben. Die Vorortsteuerung wird aber dann von dem Steuergerät des Elektromagneten übernommen.

Über den vorgenannten Betriebsparameter ist es aber auch möglich, eine Sollhaltekraft als Betriebsparameter einzustellen, wobei dann das Programm auf die hierfür notwendigen Stromsollwerte zurückrechnet. Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem eingeprägten Strom in den Elektromagneten und die dadurch erzeugte Haltekraft. Dieser Umstand kann nun ausgenutzt werden, um einen speziellen diskreten Kraftbetrag vorzuwählen, wobei dann die Steuerung die notwendigen Schritte unternimmt, damit diese Kraft auch vom Magneten erzeugt wird.

Da der Elektromagnet unter Umständen schnell an die unterschiedlichsten Einsätze angepaßt werden muß, ist es günstig, daß das Programm bzw. der Mikroprozessor in der Lage ist mehrere unterschiedliche Betriebsparametersätze zu verwalten, um Umrüstzeiten möglichst gering zu halten. Natürlich ist es dabei möglich, die verschiedenen Betriebsparametersätze einzugeben bzw. entsprechend auszuwählen.

Für die Dokumentation ist vorgesehen, daß die wirklich anliegenden Iststromstärken, insbesondere als Funktion der Zeit, im Datenspeicher abgelegt werden, wobei das System diese Werte erfaßt und entsprechend verwaltet oder aufbereitet.

Von Vorteil ist ein dauernder Abgleich der Stromsollwerte mit den Stromistwerten, wobei im Falle, daß der Istwert außerhalb des Toleranzbereiches um den Stromsollwert liegt, eine Notfallroutine aufgerufen und abgearbeitet wird. Die Notfallroutine kann hierbei zu einem kontrollierten Abschalten des Elektromagneten führen, wobei natürlich im Maschinenverbund oder in einer Maschinenlinie den angeschlossenen Aggregaten bzw. der übergeordneten Steuerung rechtzeitig ein entsprechendes Signal mitgeteilt wird. Oftmals kündigt sich der Ausfall des Elektromagneten durch ungenaue, nämlich zu geringe Haltekräfte an, und es kann für Wartungszwecke das System entsprechend langsam heruntergefahren werden, ohne größeren Schaden anzurichten.

Für eine komfortable Eingabe und Veränderung der Betriebsparameter, sowie für das Auslesen des Datenspeichers, insbesondere für die Diagnose bzw. Ferndiagnose ist vorgesehen, daß der Mikroprozessor bzw. die Software über eine Schnittstelle bzw. ein Computer mit einem externen Modern zudammenwirkt, um mit Hilfe dieses Computers auf diese Daten zugreifen zu können. Mit einem externen Computer kann dabei auch eine entsprechende Auswertung der gesammelten Daten erfolgen.

Die Steuerung bzw. das Programm im Zusammenhang mit dem Mikroprozessor übernimmt auch eine Ansteuerung der Stromquelle entsprechend der gewählten Stromstärke. Es ist hierbei gleichbedeutend, ob die Steuerungs- und Leistungsteile zusammengefaßt, integriert sind oder beide Elemente, wie ebenfalls beschrieben, getrennt voneinander aufgebaut sind und modular zusammenwirken.

Neben den vorgenannten Funktionalitäten, insbesondere zum Halten eines Werkstückes, ist auch das Lösen des Werkstückes von dem Elektromagneten von Bedeutung, was bei bekannten Permanentmagneten durch eine periodische, mit der Amplitude fallenden Umsteuerung oder Umpolung erfolgt. Diese sogenannte Entmagnetisierungsphase kann in gleicher Weise durch das Programm vorgegeben werden. Hierbei ist es möglich, die Entmagnetisierungsstromstärken als Betriebsparameter einzugeben, auszuwählen bzw. zu verändern. Die Entmagnetisierungsstromstärken werden hierbei in Abhängigkeit der Zeit angelegt bzw. abgelegt. Auch ist hier für Diagnosezwecke vorgesehen, diese Daten, die Soll- und die Istwerte, in einem Datenspeicher für Auswertungen vorzuhalten.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abgleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert in regelmäßigen Abständen bzw. kontinuierlich erfolgt. Durch eine solche Ausgestaltung ist es möglich, nicht nur zu gewissen diskreten Zeitpunkten den Betriebszustand des Magneten zu kontrollieren, sondern auch dynamische Veränderungen des Elektromagneten zu erkennen, um gegebenenfalls den Elektromagneten abzustellen oder aber ein entsprechendes Fehlersignal zu erzeugen, um die Benutzung des Elektromagneten beispielsweise zu beenden. Eine solche Ausgestaltung ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn während des Betriebes des Elektromagneten ein Fehler entsteht. Ein Fehlverhalten kann zum Beispiel dadurch herrühren, daß aufgrund der Wärmeentwicklung in dem Elektromagneten die Isolierung der Spulenleitungen Schaden nimmt und eine unter Umständen kleine Leckstelle, die noch innerhalb des Toleranzbereiches lag, sich dann erweitert und zu einem Windungsschluß führt. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird während des Betriebes ein optimaler sichererer Betriebsstatus erreicht und überwacht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuerungsteil den von der Strommeßvorrichtung erzeugten Istwert in einen Istwertspeicher, insbesondere mit anderen Daten zum Beispiel der Meßzeit, ablegt. Durch eine solche Ausgestaltung wird eine Dokumentation des angelegten Magnetstromes erreicht, die dazu dient, das dynamische Verhalten des Magneten zu untersuchen. Es ist zum Beispiel möglich, diesen Speicher durch entsprechende Programme auszulesen und diese Informationen als I-t-Diagramm darzustellen. Neben der Verwendung der Meßzeit, zum Beispeil ab dem Einschalten des Magneten, ist es auch möglich, weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise die Haftkraftstufen oder die Temperaturentwicklung an dem Magneten, zu dokumentieren. Es ist möglich, die Dokumentation in einem festgelegten Zyklus durchzuführen. Der Taktzyklus kann hierbei mit der regelmäßigen Abgleichung des Soll- und Istwertes gekoppelt sein oder hiervon getrennt sein.

Es ist vorgesehen, daß die Strommeßvorrichtung durch einen in die Leitung geschalteten seriellen oder parallelen Widerstand, insbesondere einem Shuntwiderstand, gebildet ist. Es wird hierbei ein dem Stromfluß proportionaler Spannungsabfall an diesem Widerstand, zum Beispiel einen Nebenwiderstand, gemessen und als Signal der Strommeßvorrichtung entsprechend weiterverarbeitet.

Es ist günstig, wenn als Strommeßvorrichtung ein Hallsensor vorgesehen ist. Die Verwendung eines Hallsensores hat den Vorteil, daß für einen großen Meßbereich eine exakte Strommessung möglich ist. Der Hallsensor, der hierbei auf den Halleffekt zurückgreift, dient hierbei als potentialfreie Strommeßvorrichtung, der zum Beispiel als kompaktes, flaches Bauteil ausführbar ist. Der Sensor weist hierzu eine Bohrung auf, durch die die Leitung, die den zu messenden Strom führt, geleitet wird. Der Hallsensor, bzw. allgemein die Stromüberwachung, kann sowohl in der Stromzuleitung als auch in der Stromableitung vorgesehen sein.

Neben der Verwendung eines Stromshuntes, also eines Nebenwiderstandes oder eines Hall-Effekt-Stromwandlers als Strommeßvorrichtung, ist auch die Verwendung eines Stromtransformators als Strommeßvorrichtung möglich.

Es ist vorgesehen, daß das Leistungsteil eine Strom-/Spannungversorgung für die Strommeßvorrichtung den Hallsensor und/oder den Überstromschalter aufweist. Für den Betrieb des Hallsensors ist ein Magnetfeld notwendig, welches senkrecht zu der Leitungsrichtung des durch den Hallsensor geführten stromführenden Kabels anliegt. Für die Erzeugung dieses Magnetfeldes wird aus der Strom-/Spannungsversorgung des Leistungsteiles Strom entnommen. Als Überstromschalter wird zum Beispiel ebenfalls eine Referenzspannung von der Stromspannungsversorgung abgegriffen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Steuerungsteil und das Leistungsteil in einem auch modular ausgestalteten Steuergerät zusammengefaßt sind und das Steuerungsgerät als Umpolsteuergerät ausgebildet ist, um gespannte Magnete bzw. von dem Elektromagnet gehaltene magnetisierte Werkstücke zu entspannen bzw. zu entmagnetisieren. Durch die modular aufgebaute Stromversorgung ist es möglich, zum Beispiel an ein standardisiertes Steuerungsteil eine Vielzahl unterschiedlicher Leistungsteile, beispielsweise für verschiedene Stromstärken, anzuschließen. Es ist auch vorgesehen, ein Steuerungteil mit mehreren Leistungsteilen zu verbinden, zum Beispiel eine Mehrzahl von Leistungsteilen mit einem gemeinsamen Steuerungsteil zu betreiben. Der modulare Aufbau hat aber auch den Vorteil, daß die Wartung der Stromversorgung erleichtert wird, da nur die jeweils schadhafte Baugruppe ausgetauscht werden muß. Wird nun beispielsweise von der Strommeßvorrichtung ein Fehler insbesondere in dem Leistungsteil bzw. der Stromquelle des Leistungsteiles diagnostiziert, so wird durch diese bevorzugte Ausgestaltung der Wartungsaufwand reduziert, da nicht mehr die ganze Stromversorgung gewechselt werden muß, sondern nur der mit einem Fehler behaftete Leistungsteil.

Es ist günstig, daß die Strommeßvorrichtung die Stromstärke sowohl der Magnetisierung als auch der Entmagnetisierung aufnimmt. Durch eine kontinuierliche Überwachung der Stromstärke ist es möglich, das Ein- und Ausschaltverhalten des Magneten durch die Dokumentation einer I-t-Kennlinie zu studieren. Gerade der Entmagnetisierungsvorgang, der mit Hilfe des umpolbaren Steuergerätes durchgeführt werden kann und zu einer möglichst weitgehenden Entmagnetisierung des Werkstückes bzw. des Magneten führt, ist mathematisch nur sehr aufwendig oder gar nicht zu erfassen. Da aber die Entmagnetisierung direkt die Herstellungs- bzw. Bearbeitungszeiten des Werkstückes betreffen, können durch eine optimale Anpassung der Entmagnetisierungskurve an das Werkstück letztendlich die Durchlaufzeiten des Werkstückes durch eine mit einem Magnetspanntisch versehenen Bearbeitungsstation erheblich verringert werden, wodurch letztendlich die Effizienz steigerbar ist. Durch Versuche wird ein optimaler Entmagnetisierungszyklus entwickelt. Die Form der I-t-Kurve gibt hierbei Aufschluß über die Entmagnetisierungsverhaltens des Magneten und des davon gehaltenen Werkstückes. Durch einen Vergleich der aufgenommenen I-t Kurve mit einer entsprechenden Kalibrierungskurve ist es möglich, Materialveränderungen oder Beeinträchtigungen des Magneten auf elektronischer Weise zu erkennen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Natürlich ist es möglich, die Überwachung der I-t Kurve ebenfalls kontinuierlich durchzuführen, um einen im Betrieb auftretenden Fehler frühzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Im Fall, daß ein Hubmagnet mit einem erfindungsgemäßen Elektromagnet bzw. einem damit verbundenen Steuerungsgerät verwendet wird, wird auch hier ein entsprechender Vorteil erreicht.

Des weiteren sieht die Erfindung vor, daß als Elektromagnet ein Elektropermanentmagnet dient und die Stromquelle für das Spannen des Elektropermanentmagneten Stromimpulse erzeugt. Ein Elektropermanentmagnet entwickelt eine Permanentmagneteigenschaft, also eine dauerhafte stromlose magnetische Eigenschaft durch ein einmaliges Einschalten des Elektromagneten. Es handelt sich hierbei um die Kopplung eines Permanentmagneten mit einem Elektromagneten. Der eingeschaltete Elektromagnet bewirkt in dem Permanentmagnet eine verbleibende dauerhafte Magnetisierung, wie diese zum Beispiel bei normalen Permanentmagneten typisch ist. Zum Magnetisieren werden kurze Rechteck-Stromimpulse verwendet. Diese magnetische Eigenschaft wird durch entsprechende Entmagnetisierungsimpulse schrittweise wieder zerstört, um dadurch ein Entspannen bzw. Lösen des Magneten von dem Werkstück oder dem Hebegut zu erreichen. Der Vorteil in der Verwendung Von Elektropermanentmagneten liegt darin, daß die dazu notwendigen Stromimpule deutlich höher liegen können wie bei dauerbetriebenen Elektromagneten, da die Hitzeentwicklung deutlich geringer ist. Auf der anderen Seite kann aber gerade in den relativ hohen Stromspitzen das Auftreten von Überströmen vorkommen, die die elektronische Schaltung und/oder den Elektropermanentmagneten zerstören können. Die vorgesehene Strommeßvorrichtung bewirkt auch hier ein sicheres und zuverlässiges Betreiben des Elektromagneten.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: in einem Blockschaltbild das Leistungsteil einer Stromversorgung eines erfindungsgemäßen Elektromagneten,
Fig. 2: ein I-t-Diagramm des Spann- bzw. Entmagnetisierungsvorganges eines erfindungsgemäßen Elektromagneten,
Fig. 3: ein Kraft-/Haftkraftstufendiagramm und
Fig. 4: eine gesamte Stromversorgung eines erfindungsgemäßen Elektromagneten.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie die werkseitige oder aber auch benutzerabhängige Haftkraftstufenauswahl vorzunehmen ist. Da die Stromversorgung für eine Vielzahl unterschiedlicher Magnete verwendbar ist und diese Magnete auch unterschiedliche Aufgaben erfüllen ist es notwendig, daß die Magnete individuell einstellbar sind. Die Steuerung sieht deswegen vor, daß in mehreren Haftkraftstufen (X-Achse, HKS) , zum Beispiel sechs, acht oder sechszehn Haftkraftstufen, verschiedene, in einem Eichvorgang zu ermittelnde Haftkräfte (F_rel) eingestellt werden. Bei diesem Eichvorgang wird in dem Istwertspeicher der Steuerungung eine entsprechende Stromstärke abgelegt.

In Fig. 3 sind beispielhaft 2 Eichkurven (mit Kreisen und Dreiecken gekennzeichnet) angegeben.

Nachdem dieses Eichungs- bzw. Konfigurierungsverfahren abgeschlossen ist, wird im normalen Betrieb entsprechend der gewünschten Funktion eine Haltekraftstufe ausgewählt, wobei dann die Steuerung die entsprechende Stromstärke-Information an das Leistungsteil übermittelt und das Leistungsteil diese Stromstärke am Ausgang zur Verfügung stellt. Bei den bislang bekannten Elektromagneten bestand nun keine Möglichkeit zu kontrollieren, welche Stromstärke nun wirklich durch den Elektromagneten fließt. Im Fall, daß nun ein Defekt in der Leistungsendstufe oder ein Windungsschluß im Magnet stattfindet, wurde bislang der Steuerung, die nur Stellungen der Haltekraftstufe kontrollierte, suggeriert, daß der gewünschte Strom anliegt, in Wahrheit jedoch der Magnet die entsprechende Kraft nicht entwickelte.

Der erfindungsgemäße Elektromagnet sieht nun vor, daß eine Strommeßvorrichtung 1 vorgesehen ist, die über einen Treiber 2 auf die Leistungsquelle 3 einwirkt.

Die Strommeßvorrichtung 1, dies ist zum Beispiel wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Hallsensor 10, befindet sich auf der Leitung 11, welche die Stromquelle 3 mit dem Elektromagneten 4 verbindet. Die Strommeßvorrichtung 1 ist hierbei so angeordnet, daß sie direkt den von der Stromquelle 3 zu dem Elektromagneten 4 fließenden Strom mißt und kontrolliert. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Elektromagnet 4 mit der Stromquelle 3 durch zwei Leitungen verbunden.

Die Stromversorgung des Elektromagneten 4 besteht erfindungsgemäß aus den beiden Komponenten Steuerungsteil 5 und Leistungsteil 6. Es ist vorgesehen, das Steuerungsteil 5 und das Leistungsteil 6 modular, getrennt voneinander aufzubauen. Durch eine solche Ausgestaltung wird die Flexibilität aber auch die Wartungsfreundlichkeit der Stromversorgung erhöht.

Das Leistungsteil 6 umfaßt hierbei einen Treiber 2, welcher auf die Stromquelle 3 wirkt. Der Treiber oder Regler 2 ist hierbei über die Eingangsleitungen 52 mit dem Steuerungteil 5 verbunden.

Die Stromquelle 3 besteht aus zwei Elementen, nämlich einen eingangsseitig vorgesehenen Gleichrichter 30 und eine hinter dem Gleichrichter 30 vorgesehene Leistungsstufe 31, auf die der Regler oder Treiber 2 einwirkt und die entsprechend gewünschte Stromstärke einstellt. Für die Realisierung dieser Baugruppen werden übliche Bauelemente verwendet. Die Gestaltung kann sowohl in digitaler wie auch in analoger oder in gemischter Weise ausgeführt sein.

Eingangsseitig 32 ist der Gleichrichter 30 mit einem Netzanschluß 33 versehen.

Für den in diesem Ausführungsbeispiel gewählten Hallsensor 10 ist eine eigene Spannungs-/Stromversorgung 7 vorgesehen, die zum Beispiel auch mit dem Gleichrichter 30 bzw. einem nicht gezeigten Netzteil verbunden ist. Der Hallsensor 10 baut ein zu der Leitungsrichtung senkrechtes Magnetfeld auf, der für die Erzeugung des Magnetfeldes 11 notwendige Strom wird aus der Stromversorgung 7 abgeleitet. Aufgrund des Halleffektes wird eine zu dem in der Leitung 11 fließender Strom I proportionales Spannungssignal von dem Leitungspaar 12 abgegriffen. Das von der Strommeßvorrichtung 1 erzeugte Signal wird über die Leitung 12 mit einem Meßgleichrichter 60 verbunden. Der Meßgleichrichter 60 bereitet zum Beispiel das durch die Leitungen 12 übermittelnde Signal der Strommeßvorrichtung 1 auf und leitet sie über die Ausgangsleitung 61 an das Steuerungteil 5 zurück.

Der Meßgleichrichter 60 besitzt einen weiteren Ausgang 62 der mit dem Überstromschalter 63 verbunden ist, der hier zum Beispiel als Schmitt-Trigger ausgebildet ist. Die Aufgabe des Überstromschalters ist es, bei Kurzschluß in dem Elektromagnet 4 über die Leitung 64 auf den Regler 2 einzuwirken und zum Beispiel die Leistungsstufe 31 abzuschalten. Es ist auch möglich, diese Funktion des Abschaltens bei Überstrom über ein in dem Steuerungsteil 5 sitzende Schaltung zu bewirken, um über die Eingangsleitungen 52 den Regler 2 entsprechend anzusteuern. Es ist hier günstig, diese Schaltung in dem Leistungsteil vorzusehen, da dadurch die Schaltzeiten zwischen der Strommeßvorrichtung 1, dem Überstromschalter 63 und dem Regler 2 sehr gering sind und das Erkennen eines Überstromes schnell zu einem Abschalten der Stromquelle 3 führt. Auch ist vorgesehen, nach dem Überstromschalter 63 eine Potentialtrennung, zum Beispiel eine optische Kopplung oder dergleichen vorzusehen. Der Überstromschalter 63 ist mit der Stromspannungsversorgung 7 verbunden.

In Fig. 4 ist in einem weiteren Bockschaltbild das Zusammenwirken des Steuerungsteiles 5 und des Leistungsteiles 6 in einem entsprechenden Steuergerät oder Umpolsteuergerät gezeigt. Das von der Strommeßvorrichtung 1 aufgenommene Signal wird über die Leitung 12, 61 zu dem Steuerungsteil 5 geleitet. Es ist auch möglich, direkt die Strommeßvorrichtung 1 mit dem Steuerungsteil 5 zu verbinden. Hierzu dient die Leitung 12' welche direkt in die Leitung 61 mündet.

Das Steuerungsteil 5 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei unterschiedliche Möglichkeiten auf, wie auf den Treiber 2 Einfluß genommen werden kann, um eine entsprechende Stromstärke für den Elektromagneten 4 zu bewirken. Es ist zum Beispiel vorgesehen, daß eine Auswahl für die Haftkraftstufe 50 besteht, die in einem entsprechenden Sollwertspeicher 51 einen Sollwert für die Stromstärke auswählt. Dieser Sollwert wird auf eine der Steuerleitungen 52 zu dem Treiber 2 des Leistungsteiles 6 übermittelt. Dort bewirkt der Treiber 2 über die Steuerleitung 20, daß die Leistungsstufe 31 am Ausgang die gewünschte Stromstärke abgibt. Gleichzeitig wird dieses Sollsignal auf den Eingang eines Komperators 53 gelegt, welcher diesen Sollwert mit dem über die Leistung 61 angeschlossenen Istwert der Stromstärke der Strommeßvorrichtung 1 vergleicht. Es ist hierbei möglich, daß dem Sollwert 51 auch ein Toleranzintervall zugeordnet ist, innerhalb dessen der Istwert der Strommeßvorrichtung 1 liegen kann. Liegt der gemessene Istwert außerhalb dieses Intervalls, so liegt eine Störung entweder in der Stromquelle 3 oder in dem Elektromagneten 4 vor. In beiden Fällen wird über die zweite Steuerleitung 52 a der Treiber oder Regler 2 so beeinflußt, daß die Stromquelle 3 abgeschaltet wird. Da die erfindungsgemäßen Magnete Teil einer größeren Anlage sein können ist auch vorgesehen, daß bei Auftreten eines solchen Fehlers ein entsprechendes Fehlersignal an die Maschinensteuerung abgegeben wird. Dies wird dann auch zum Beispiel von der Steuerleitung 52 a abgeleitet.

Neben der Haftkraftstufenauswahl 50 ist zum Beispiel auch vorgesehen, über ein Programm oder anderen numerischen Daten einen gewünschten Stromstärke-Zeit-Verlauf auf den Elektromagneten 4 einzuprägen. Dies geschieht zum Beispiel mit entsprechenden Steuerelementen 54, die wie oben beschrieben auf den Komperator 53 als auch auf den Treiber 2 wirken.

Es ist natürlich auch möglich, den Komperator 53 nicht als Bauelement, sondern als programmtechnische Abfrage auszubilden. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es dann günstig, daß das von der Strommeßvorrichtung 1 gelieferte Signal durch einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert wird.

Die Daten der Strommeßvorrichtung 1 werden nicht nur auf den Komperator 53 gelenkt, sondern auch in einem Istwertspeicher 55 gespeichert. Es besteht somit die Möglichkeit, die hier aufgenommenen Daten für weitere Dokumentationen oder Untersuchungen, zum Beispiel über entsprechende Schnittstellen 56 mit einem Computer auszuwerten.

Die Programmauswahl 57 wird zum Beispiel auch durch einen Mikroprozessor oder einen Computer gesteuert und/oder unterstützt. Mit Hilfe der Programmauswahl 57 und den Steuerungelementen 54 ist es möglich zum Beispiel ein, wie in Fig. 2 dargestelltes Entmagnetisierungsverfahren durchführbar. Das dargestellte I-t Diagramm unterscheidet hierbei eine Spannphase (A) und eine Entmagnetisierphase (B). Die Spannphase ist in drei Abschnitte unterteilt: Einschaltphase (a), Magnet gespannt (b) und Ausschaltphase (c). Nach dem Abschalten verbleibt eine Restmagnetisierung in dem Magneten (insbesondere in einem Elektropermanentmagneten) und in dem gehaltenen Werkstück. Um eine Entmagnetisierung sowohl des Magneten als auch des von dem Magneten gehaltenen Werkstückes oder Schrott zu erreichen wird alternierend mit verringernder Amplitude Strom zum Beispiel als Rechteckimpulse in den Magnet eingeprägt. Aufgrund der gegenläufigen Lorentzkraft vergeht eine gewisse Zeit, bis die Stromstärke voll durch den Magnet fließt. Beim Abschalten des Magneten klingt der Strom mit einer entsprechenden Abklingzeit ab. Durch die Tatsache, daß die I-t Kennlinie in dem Speicher 55 aufnehmbar ist, ist es leicht möglich, insbesondere die Entmagnetisierphase B zu optimieren und somit die Effizienz der Gesamtanlage, die einen erfindungsgemäßen Magneten besitzt, zu steigern.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims

Elektromagnet mit einer Stromversorgung, wobei die Stromversorgung mindestens ein Leistungsteil, mit einem Regler oder Treiber für eine Stromquelle aufweist und die Stromquelle durch mindestens eine Leitung mit dem Elektromagneten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Leistungsteil (6) ausgangsseitig eine Strommeßvorrichtung (1) vorgesehen ist und die Strommeßvorrichtung (1) auf den Regler (2) oder Treiber einwirkt.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung ein Steuerungsteil (5) und ein Leistungsteil (6) aufweist und das Steuerungsteil (5) den Regler (2) ansteuert, wobei von der Strommeßvorrichtung (1) ein Signal auf das Steuerungsteil (5) ableitbar ist.
Elektromagnet nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßvorrichtung (1) über einen Überstromschalter (63) auf den Regler (2) wirkt und die Stromversorgung des Elektromagneten gegebenenfalls unterbricht.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsteil (5) den von der Strommeßvorrichtung (1) erzeugten Istwert mit einem in einem Sollwertspeicher (51) hinterlegten Stromsollwert einschließlich einem Toleranzbereich vergleicht und über den Regler (2) die Stromversorgung unterbricht, falls der Istwert außerhalb des Toleranzbereiches um den Sollwert ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen regelmäßigen bzw. kontinuierlichen Abgleich des Soll- und Istwertes.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsteil (5) den von der Strommeßvorrichtung (1) erzeugten Istwert in einen Istwertspeicher (55), insbesondere mit anderen Daten zum Beispiel der Meßzeit, ablegt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßvorrichtung (1) durch einen in die Leitung (11) geschalteten seriellen, parallelen Widerstand, insbesondere einen Shuntwiderstand, oder einen Hallensensor (10) gebildet ist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsteil (6) eine Strom-/Spannungsversorgung (7) für die Strommeßvorrichtung den Hallsensor (10) und/oder den Überstromschalter (63) aufweist.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsteil (5) und das Leistungsteil (6) in einem auch modular ausgestalteten Steuergerät zusammengefaßt sind und das Steuergerät als Umpolsteuergerät ausgebildet ist, um gespannte Elektromagnete bzw. von dem Elektromagnet gehaltene magnetisierte Werkstücke zu entspannen bzw. zu entmagnetisieren.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßvorrichtung (1) die Stromstärke sowohl der Magnetisierung als auch der Entmagnetisierung aufnimmt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromagnet ein Elektropermanentmagnet dient und die Stromquelle für das Spannen des Elektropermanentmagneten Stromimpulse erzeugt.
Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsteil einen Microprozessor umfaßt, welcher mindestens auf einen Programmspeicher und einen Datenspeicher lesend bzw. schreibend zugreift und das Programm im Zusammenwirken mit dem Prozessor eine oder mehrere der nachstehenden Funktionalitäten ermöglicht:

a) Eingabe der Betriebsparameter, wie Stromsollwert bzw. Toleranzbereich um den Stromsollwert in Abhängigkeit der Haltkraftstufen und Zeiträume für das Halten gewisser Stromstärken bzw. Haltkraftstufen.

b) Eingabe der Sollhaltekraft als Betriebsparameter, wobei das Programm auf den hierfür notwendigen Stromsollwert zurückrechnet.

c) Eingabe, Auswahl und Verwaltung von mehreren unterschiedlichen Betriebsparametersätzen.

d) Erfassen, Verwalten und Ablegen von Ist-Stromstärken, als Funktion der Zeit in Datenspeichern.

e) Dauernder Abgleich der Stromsollwerte mit den Stromistwerten, wobei im Falle, daß der Ist-Wert außerhalb des Toleranzbereiches um den Stromsollwert liegt, eine Notfallroutine aufgerufen und abgearbeitet wird.

f) Eingabe und Veränderung der Betriebsparameter sowie Auslesen der Datenspeicher über eine Schnittstelle bzw. ein Modem, mit Hilfe eines externen Computers.

g) Ansteuerung der Stomquelle entsprechend der gewählten Soll-Stromstärke.

h) Eingabe, Auswahl, Veränderung und Aufzeichnung der Entmagnetisierungsstromstärke insbesondere als Betriebsparameter in Abhängigkeit der Zeit.

i) Kommunikation mit weiteren Aggegaten in einer Maschinenlinie.
Hubmagnet oder Spannmagnet mit einem Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.