EP1103350A2 - Machine tool with electromagnet for mounting on a ferromagnetic workpiece - Google Patents
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- EP1103350A2 EP1103350A2 EP00121732A EP00121732A EP1103350A2 EP 1103350 A2 EP1103350 A2 EP 1103350A2 EP 00121732 A EP00121732 A EP 00121732A EP 00121732 A EP00121732 A EP 00121732A EP 1103350 A2 EP1103350 A2 EP 1103350A2
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- B25H1/00—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby
- B25H1/0021—Stands, supports or guiding devices for positioning portable tools or for securing them to the work
- B25H1/0057—Devices for securing hand tools to the work
- B25H1/0064—Stands attached to the workpiece
- B25H1/0071—Stands attached to the workpiece by magnetic means
Definitions
- the invention relates to a machine tool with an electromagnet for attachment to a ferromagnetic workpiece, with a switching device with at least two switching states, a working state in which the electromagnet and a Drive device of the machine tool are activated, and a holding state in which the electromagnet, but not the Drive device is activated.
- Such machine tools are usually Power tools, especially drills, with the help a magnetic stand on the workpiece to be machined from ferromagnetic Material can be attached.
- Power tools especially drills
- Such machine tools for example when working on electricity pylons, used in steel construction, when working on beams etc. e.g. to create holes with high Torque must be worked.
- the machine tool mentioned at the outset has a base plate in which an electromagnetic coil for attaching a Drill stand provided when the coil is excited on the workpiece is.
- the coil is controlled via a switching arrangement, whereby responsive to the magnetic flux of the coil, the Power supply to the machine tool in the absence of a predetermined magnetic flux interruption switches are provided are.
- Such a safety device can avoid that the machining process of the workpiece begins, before the electromagnet is activated, but it has been shown that the electromagnet heats up considerably during long periods of work can, especially when performing a variety of machining operations the electromagnet is constantly switched on remains because the machine tool between the individual machining operations not accepted or only removed with great effort or can be removed. Unless a larger number of Machining operations are necessary, such machine tools remain often even several days or weeks in one Workpiece, the electromagnet constantly during this time must remain switched on to ensure fixation on the workpiece. This is with a significant energy consumption connected.
- the invention has for its object the disadvantages of To avoid prior art, in particular one excessive heating of the electromagnet can be counteracted and energy consumption should be reduced as much as possible should.
- the electromagnet from an AC voltage source on hold fed a one-way rectifier while the electromagnet is fed in the working state via a two-way rectifier.
- one simple switch is usually sufficient to switch between one-way and two-way rectification.
- the electromagnet is only in the holding state with a half wave of rectified AC voltage controlled while in working state via the two-way rectifier Both half waves are used to drive the electromagnet to be supplied with pulsating DC voltage.
- the rectifier is expedient in this embodiment formed as a bridge rectifier, the electromagnet between the positive pole and the negative pole of the bridge rectifier is connected and in a branch of the bridge rectifier a switch for switching between working position and stop position is provided.
- the electromagnet is from an AC voltage source via a bridge rectifier fed, with the bridge rectifier on the input side a diode is connected upstream and a switch for Bridging the diode in the working state is provided.
- Such an embodiment is advantageous if a bridge rectifier is used as a complete component, so that the insertion a switch for switching between working position and stop position in a branch of the bridge rectifier not possible.
- the Diode only a half-wave can be used while bridging the diode both half-waves can be used.
- the electromagnet is made from a plurality of individual magnets, being in the holding state only some of the individual magnets are energized is smaller than the majority of the individual magnets which are supplied with voltage in the working state.
- a reduction in the holding force can also be achieved in this way and power consumption in the stopped state, e.g. in this state only one of two individual magnets is energized becomes.
- the electromagnet in the holding state consists of the electromagnet in the holding state only with a series resistor To apply tension.
- an electrical or electronic control element is provided be over which the electromagnet in the holding state with a reduced Electricity is operated.
- Fig. 1 is a circuit for an electromagnet according to the invention for fastening a machine tool to a ferromagnetic workpiece designated overall by the number 10.
- the electromagnet 30 is made via a bridge rectifier 20 an AC voltage source 12, 14 fed.
- the bridge rectifier 20 has four diodes 22, 24, 26, 28 on that to the bridge rectifier circuit in a known manner 20 are interconnected.
- the electromagnet 30 is with its two ends between the negative pole 32 and the positive pole 34 of the bridge rectifier 20 connected.
- one AC connection of the bridge rectifier 20 immediately is connected to the supply voltage pole 14 is the other AC connection of the bridge rectifier 20 via a On / off switch 16 connected to the supply voltage pole 12.
- the other connection of the on / off switch 16 immediately connected to the anode of the diode 26 is the negative pole 32 of the bridge rectifier 20 leading diode 22 over a further on / off switch 18 with the on / off switch 16 connected.
- Both switches 16, 18 together form a switching device, which is labeled with the letter S.
- the circuit 10 now works as follows:
- the switching device S has a total of three switching states, which are caused by the positions of the switches 16, 18.
- On the first switching state of the switching device S is the off state, which is present when the switch 16 is in the position OFF, so that the bridge rectifier 20 and the electromagnet 30 are de-energized.
- a second switching state of the Switching device S is the stop state that is present when switch 16 is in the ON position and switch 18 is in the position is OFF.
- a third switching state of the switching device S is the working state, which results when both switches 16, 18 are closed are.
- the diode 22 of the bridge rectifier 20 powered, so that another Branch of the bridge rectifier 20 is powered by way of the switches 16, 18, the diode 22, the electromagnet 30 and the diode 28 is given, so that the bridge rectifier 20 is now fully used and the Electromagnet 30 is fed from a two-way rectifier, i.e. that both half-waves of the supply voltage are used.
- Such a circuit 10 can be used for a machine tool be with a magnetic base on a ferromagnetic Workpiece (not shown) to be held.
- a ferromagnetic Workpiece (not shown) to be held.
- the electromagnet 30 is located near the surface of the magnetic base Arrangement so that when current flows through the electromagnet 30 the machine tool with its magnetic base on a ferromagnetic Workpiece is tightened so that the machine tool too position and hold in the working position.
- the machine tool is designed as a power tool, there is also Possibility of using such a machine tool with another Drive, e.g. to be equipped with a compressed air drive.
- the circuit 10 according to the invention now has the advantage that the Power consumption of the electromagnet 30 compared to the holding state the current consumption of the electromagnet 30 in the working state is reduced by about 50% since only one is in the holding state Half wave of the AC voltage is used while in working condition both half-waves can be used. This leads to a significantly lower heating of the electromagnet 30, what is particularly noticeable in continuous operation. Likewise there is a drastic reduction in energy consumption, since the power consumption when stopped is reduced by about 50% is. Nevertheless, even in the holding state, the magnetization curve results of the core material of the electromagnet 30 a Holding force of approximately 75% of the holding force of the electromagnet 30 in working condition.
- This value in the holding state is completely sufficient to the machine tool in question before an operation to be positioned exactly on the workpiece or between different ones To hold work processes on the workpiece.
- First during the machining process itself is the full magnetic Flow of the electromagnet 30 is necessary in order to be sufficient Safety reserve against loosening from the workpiece or against a slipping due to the machining forces available to have.
- the machine tools 40, 50 and 60 are Drills equipped with a magnetic base by means of whose the drilling machine when an electromagnet is excited can be fixed on a workpiece.
- the machine tool 40 has a drive shaft that by means of a universal motor is driven, which in Fig. 2 with the Reference numeral 42 is indicated.
- a switching device is again used to control the circuit S provided that a two-pole main switch 16, 17 and includes a motor switch 18.
- the two-pole main switch 16, 17 is connected to the two supply voltage poles 12, 14 via a Mains plug can be connected.
- the two outputs of the two-pole main switch 16, 17 are in turn connected to a bridge rectifier 20 between whose negative pole 32 and positive pole 34 are connected to an electromagnet 30 is.
- the bridge rectifier 20 in turn consists of four diodes 22, 24, 26, 28, which in a known manner, as in Fig. 1 explained, are connected.
- the diode 22 is on the Output of the motor switch 18 connected as On / off switch is formed.
- the universal motor 42 is also connected, which via a speed control 44 and the second pole 17 of the Main switch 16, 17 with the other pole 14 of the supply voltage source connected is.
- the motor switch 18 is used to switch the motor 42 on and off, at the same time switching the electromagnet 30 between stop state and working state.
- FIG. 3 A further modification of the machine tool 40 according to FIG. 2 is shown in Fig. 3 and generally designated by the number 50.
- the only difference from the embodiment according to FIG. 2 is that instead of a single pole motor switch 18 a two-pole motor switch 18, 19 is now provided.
- the motor 42 via the pole 16 of the main switch 16, 17 with the first pole 12 connects the AC voltage source, connects the second pole 19 of the engine switch, with the pole 18 of the engine switch is coupled for joint actuation, the cathode of the diode 22 via the first pole 16 of the main switch 16, 17 with the pole 12 of the AC voltage source.
- Machine tool 50 is shown in FIG. 4 and overall designated with the number 60.
- the electromagnet 30 is between the positive pole 34 and the negative pole 32 of the bridge rectifier 62 connected.
- the bridge rectifier 62 is connected to an AC input at the output of the second pole 17 of the main switch 16, 17, which is connected to the pole 14 of the mains voltage, while the other AC input of the bridge rectifier 62 via the pole 16 of the main switch 16, 17 and a diode 64 is connected to the other pole 12 of the mains voltage.
- a two-pole motor switch 18, 19 The motor 42 is above the first Pole 18 of the motor switch to the output of the first pole 16 of the main switch 16, 17 connected.
- the second pole 19 of the motor switch is on the input side with the first pole 18 connected and connected to the cathode of the diode 64 on the output side, the one with the input side of the bridge rectifier 62 is connected.
- the switching device S, the main switch 16, 17 and the Motor switch 18, 19 includes, in turn, as before using described by Fig. 1, three switching states.
- In the first switching state are both the main switch 16, 17 and the engine switch 18, 19 in the OFF position.
- the motor switch is added 18, 19 closed, so in this third switching state the diode 64 through the second pole 19 of the motor switch 18, 19 bridges, so that the bridge rectifier 62 now is coupled to the mains voltage and thus both half-waves the AC voltage used for the electromagnet 30 become.
- 5 and 6 are two further circuit variants of the Invention shown schematically with which the current by the electromagnet 30 in the holding state compared to the Can reduce current in the working state.
- the circuit 70 is used to supply the electromagnet 30 a DC voltage source with poles 72 and 74 is provided.
- the electromagnet 30 is a series resistor 76 and On / off switch 16 with both poles 72, 74 of the DC voltage source connected.
- Parallel to the series resistor 76 is a single-pole on / off switch 78 connected through which the Series resistor 76 can be bridged.
- FIG. 6 A modification of the circuit 10 is shown in FIG. 6 and overall designated with the number 80.
- the second single magnet 84 is via a single-pole on / off switch 86 between the positive pole 34 and the Minus pole 32 of the bridge rectifier 20 connected.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Elektromagneten zur Befestigung an einem ferromagnetischen Werkstück, mit einer Schalteinrichtung mit mindestens zwei Schaltzuständen, einem Arbeitszustand, in dem der Elektromagnet und eine Antriebseinrichtung der Werkzeugmaschine aktiviert sind, und einem Haltezustand, in dem der Elektromagnet, nicht jedoch die Antriebseinrichtung, aktiviert ist. The invention relates to a machine tool with an electromagnet for attachment to a ferromagnetic workpiece, with a switching device with at least two switching states, a working state in which the electromagnet and a Drive device of the machine tool are activated, and a holding state in which the electromagnet, but not the Drive device is activated.
Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der DE 31 00 933 C2 bekannt.Such a machine tool is known from DE 31 00 933 C2.
Bei solchen Werkzeugmaschinen handelt es sich in der Regel um Elektrowerkzeuge, insbesondere Bohrmaschinen, die mit Hilfe eines Magnetständers an dem zu bearbeitenden Werkstück aus ferromagnetischem Material befestigt werden können. Solche Werkzeugmaschinen werden beispielsweise bei Arbeiten an Stromspannungsmasten, im Stahlbau, beim Arbeiten an Trägern usw. eingesetzt, z.B. um Bohrungen zu erzeugen, bei denen mit hohem Drehmoment gearbeitet werden muß.Such machine tools are usually Power tools, especially drills, with the help a magnetic stand on the workpiece to be machined from ferromagnetic Material can be attached. Such machine tools for example when working on electricity pylons, used in steel construction, when working on beams etc. e.g. to create holes with high Torque must be worked.
Die eingangs erwähnte Werkzeugmaschine weist eine Grundplatte auf, in der eine elektromagnetische Spule zur Befestigung eines Bohrständers bei Erregung der Spule an dem Werkstück vorgesehen ist. Die Spule wird über eine Schaltanordnung angesteuert, wobei auf den magnetischen Fluß der Spule ansprechende, die Stromzufuhr zur Werkzeugmaschine beim Fehlen einer vorgegebenen magnetischen Flußdichte unterbrechende Schalter vorgesehen sind.The machine tool mentioned at the outset has a base plate in which an electromagnetic coil for attaching a Drill stand provided when the coil is excited on the workpiece is. The coil is controlled via a switching arrangement, whereby responsive to the magnetic flux of the coil, the Power supply to the machine tool in the absence of a predetermined magnetic flux interruption switches are provided are.
Durch eine derartige Sicherheitseinrichtung läßt sich zwar vermeiden, daß der Bearbeitungsvorgang des Werkstückes beginnt, bevor der Elektromagnet aktiviert ist, jedoch hat sich gezeigt, daß sich der Elektromagnet bei längerem Arbeiten stark erwärmen kann, insbesondere, wenn bei der Durchführung einer Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen der Elektromagnet ständig eingeschaltet bleibt, da die Werkzeugmaschine zwischen den einzelnen Bearbeitungsvorgängen nicht oder nur mit großem Aufwand abgenommen bzw. entfernt werden kann. Sofern eine größere Anzahl von Bearbeitungsvorgängen notwendig ist, verbleiben derartige Werkzeugmaschinen häufig sogar mehrere Tage oder Wochen an einem Werkstück, wobei der Elektromagnet während dieser Zeit ständig eingeschaltet bleiben muß, um die Fixierung am Werkstück zu gewährleisten. Dies ist mit einem erheblichen Energieverbrauch verbunden.Such a safety device can avoid that the machining process of the workpiece begins, before the electromagnet is activated, but it has been shown that the electromagnet heats up considerably during long periods of work can, especially when performing a variety of machining operations the electromagnet is constantly switched on remains because the machine tool between the individual machining operations not accepted or only removed with great effort or can be removed. Unless a larger number of Machining operations are necessary, such machine tools remain often even several days or weeks in one Workpiece, the electromagnet constantly during this time must remain switched on to ensure fixation on the workpiece. This is with a significant energy consumption connected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, wobei insbesondere einer übermäßigen Erwärmung des Elektromagneten entgegengewirkt werden soll und der Energieverbrauch möglichst reduziert werden soll.The invention has for its object the disadvantages of To avoid prior art, in particular one excessive heating of the electromagnet can be counteracted and energy consumption should be reduced as much as possible should.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Werkzeugmaschine gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, durch die der magnetische Fluß des Elektromagneten im Haltezustand gegenüber dem magnetischen Fluß des Elektromagneten im Arbeitszustand reduziert ist.This object is achieved in a machine tool solved according to the type mentioned in that means are provided through which the magnetic flux of the electromagnet in the holding state against the magnetic flux of the Electromagnet is reduced in the working state.
Durch die Reduzierung des magnetischen Flusses im Haltezustand wird der Energieverbrauch reduziert und gleichzeitig einer Erwärmung des Elektromagneten entgegengewirkt.By reducing the magnetic flux when stopped energy consumption is reduced while heating counteracted the electromagnet.
Es hat sich gezeigt, daß selbst bei reduziertem Stromfluß durch den Elektromagneten die Haltekraft völlig ausreicht, um eine sichere Positionierung der Werkzeugmaschine am Werkstück insbesondere bei Arbeitsunterbrechungen zu gewährleisten. Das volle Haltemoment des Elektromagneten muß lediglich im Arbeitszustand zur Verfügung stehen. It has been shown that even with reduced current flow through the holding force of the electromagnet is sufficient to achieve a Safe positioning of the machine tool on the workpiece in particular to ensure in the event of work interruptions. The full The holding torque of the electromagnet only has to be in the working state be available.
Selbst bei reduziertem Stromfluß durch den Elektromagneten wird infolge der Magnetisierungskennlinie nur ein relativ geringer Rückgang der Haltekraft verzeichnet.Even with reduced current flow through the electromagnet due to the magnetization characteristic only a relatively small one Decline in holding power recorded.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromagnet aus einer Wechselspannungsquelle im Haltezustand über einen Einweggleichrichter gespeist, während der Elektromagnet im Arbeitszustand über einen Zweiweggleichrichter gespeist ist.In an advantageous development of the invention, the electromagnet from an AC voltage source on hold fed a one-way rectifier while the electromagnet is fed in the working state via a two-way rectifier.
Infolge der Induktivität des Elektromagneten wird der Strom durch den Elektromagneten, selbst bei Verwendung eines Einweggleichrichters, zu keinem Zeitpunkt zu Null.As a result of the inductance of the electromagnet, the current by the electromagnet, even when using a one-way rectifier, at no time to zero.
Auf diese Weise wird die Stromreduzierung durch den Elektromagneten mit besonders einfachen Mitteln erreicht, wobei ein einfacher Schalter in der Regel ausreichend ist, um eine Umschaltung zwischen Einweg- und Zweiweggleichrichtung zu ermöglichen.In this way the current is reduced by the electromagnet achieved with particularly simple means, one simple switch is usually sufficient to switch between one-way and two-way rectification.
Auf diese Weise wird der Elektromagnet im Haltezustand lediglich mit einer Halbwelle der gleichgerichteten Wechselspannung angesteuert, während im Arbeitszustand über den Zweiweggleichrichter beide Halbwellen genutzt werden, um den Elektromagneten mit pulsierender Gleichspannung zu versorgen.In this way, the electromagnet is only in the holding state with a half wave of rectified AC voltage controlled while in working state via the two-way rectifier Both half waves are used to drive the electromagnet to be supplied with pulsating DC voltage.
Es hat sich gezeigt, daß infolge der Hysterese des Elektromagneten trotz der Reduzierung der Effektivspannung noch ca. 75 % an Haltekraft zur Verfügung stehen.It has been shown that due to the hysteresis of the electromagnet despite the reduction in the effective voltage, approx. 75% of the holding force is available.
Dies ist völlig ausreichend, um die Werkzeugmaschine an dem zu bearbeitenden Werkstück zu befestigen und ausreichend präzise zu positionieren. Erst bei der tatsächlichen Bearbeitung des Werkstückes im Arbeitszustand wird die zweite Halbwelle genutzt, um während dieser Zeit die volle Haltekraft als Sicherheitsreserve aufzubringen.This is completely sufficient to attach the machine tool to the to fix the workpiece to be machined and sufficiently precise to position. Only when the actual processing of the Workpiece in the working state, the second half-wave is used, to have the full holding force during this time as a safety reserve to apply.
Bei dieser Ausführung ist der Gleichrichter zweckmäßigerweise als Brückengleichrichter ausgebildet, wobei der Elektromagnet zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des Brückengleichrichters angeschlossen ist und in einem Zweig des Brückengleichrichters ein Schalter zur Umschaltung zwischen Arbeitsstellung und Haltestellung vorgesehen ist.The rectifier is expedient in this embodiment formed as a bridge rectifier, the electromagnet between the positive pole and the negative pole of the bridge rectifier is connected and in a branch of the bridge rectifier a switch for switching between working position and stop position is provided.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Elektromagnet aus einer Wechselspannungsquelle über einen Brükkengleichrichter gespeist, wobei dem Brückengleichrichter eingangsseitig eine Diode vorgeschaltet ist und ein Schalter zur Überbrückung der Diode im Arbeitszustand vorgesehen ist.According to a further embodiment of the invention, the electromagnet is from an AC voltage source via a bridge rectifier fed, with the bridge rectifier on the input side a diode is connected upstream and a switch for Bridging the diode in the working state is provided.
Eine solche Ausführung ist vorteilhaft, wenn ein Brückengleichrichter als Komplettbauteil verwendet wird, so daß die Einfügung eines Schalters zur Umschaltung zwischen Arbeitsstellung und Haltestellung in einen Zweig des Brückengleichrichters nicht möglich ist. In diesem Fall kann durch Vorschaltung der Diode nur eine Halbwelle genutzt werden, während bei der Überbrückung der Diode beide Halbwellen genutzt werden.Such an embodiment is advantageous if a bridge rectifier is used as a complete component, so that the insertion a switch for switching between working position and stop position in a branch of the bridge rectifier not possible. In this case, the Diode only a half-wave can be used while bridging the diode both half-waves can be used.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung besteht der Elektromagnet aus einer Mehrzahl von Einzelmagneten, wobei im Haltezustand nur ein Teil der Einzelmagnete mit Spannung beaufschlagt ist, der kleiner als die Mehrzahl der Einzelmagnete ist, die im Arbeitszustand mit Spannung beaufschlagt sind. According to a further embodiment of the invention, the electromagnet is made from a plurality of individual magnets, being in the holding state only some of the individual magnets are energized is smaller than the majority of the individual magnets which are supplied with voltage in the working state.
Auch auf diese Weise läßt sich eine Reduzierung der Haltekraft und des Stromverbrauches im Haltezustand erreichen, indem z.B. in diesem Zustand nur ein einziger von zwei Einzelmagneten bestromt wird.A reduction in the holding force can also be achieved in this way and power consumption in the stopped state, e.g. in this state only one of two individual magnets is energized becomes.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Stroms durch den Elektromagneten im Haltezustand besteht darin, den Elektromagneten im Haltezustand lediglich über einen Vorwiderstand mit Spannung zu beaufschlagen.Another way to reduce the current through the The electromagnet in the holding state consists of the electromagnet in the holding state only with a series resistor To apply tension.
Dagegen kann der Vorwiderstand im Arbeitszustand überbrückt werden.In contrast, the series resistor can be bridged in the working state become.
Schließlich kann gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ein elektrisches oder elektronisches Steuerelement vorgesehen sein, über das der Elektromagnet im Haltezustand mit einem reduzierten Strom betrieben wird.Finally, according to a further embodiment of the invention an electrical or electronic control element is provided be over which the electromagnet in the holding state with a reduced Electricity is operated.
Hierzu sind zahlreiche elektrische oder elektronische Steuerelemente, z.B. geschaltete Dioden, Transistorschalter oder dergleichen denkbar.There are numerous electrical or electronic controls for this, e.g. switched diodes, transistor switches or the like conceivable.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and those below Features to be explained not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erste Schaltung zur erfindungsgemäßen Ansteuerung eines Elektromagneten, anhand derer das Prinzip der Erfindung verdeutlicht wird;
- Fig. 2
- die Schaltung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in Prinzipdarstellung;
- Fig. 3
- eine abgewandelte Ausführung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
- Fig. 4
- eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine und
- Fig. 5,6
- zwei weitere Prinzipschaltungen von abgewandelten Ausführungen der Erfindung.
- Fig. 1
- a first circuit for controlling an electromagnet according to the invention, on the basis of which the principle of the invention is illustrated;
- Fig. 2
- the circuit of a machine tool according to the invention in a schematic diagram;
- Fig. 3
- a modified embodiment of a machine tool according to the invention;
- Fig. 4
- a further modification of a machine tool according to the invention and
- Fig. 5.6
- two further basic circuits of modified versions of the invention.
In Fig. 1 ist eine Schaltung für einen erfindungsgemäßen Elektromagneten
zur Befestigung einer Werkzeugmaschine an einem
ferromagnetischen Werkstück insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.In Fig. 1 is a circuit for an electromagnet according to the invention
for fastening a machine tool to a
ferromagnetic workpiece designated overall by the
Der Elektromagnet 30 ist über einen Brückengleichrichter 20 aus
einer Wechselspannungsquelle 12, 14 gespeist.The
Der Brückengleichrichter 20 weist vier Dioden 22, 24, 26, 28
auf, die in bekannter Weise zu der Brückengleichrichterschaltung
20 zusammengeschaltet sind. Der Elektromagnet 30 ist mit
seinen beiden Enden zwischen dem Minuspol 32 und dem Pluspol 34
des Brückengleichrichters 20 angeschlossen. Während der eine
Wechselstromanschluß des Brückengleichrichters 20 unmittelbar
mit dem Speisespannungspol 14 verbunden ist, ist der andere
Wechselstromanschluß des Brückengleichrichters 20 über einen
Ein-/Ausschalter 16 mit dem Speisespannungspol 12 verbunden.
Während der andere Anschluß des Ein-/Ausschalters 16 unmittelbar
mit der Anode der Diode 26 verbunden ist, ist die zum Minuspol
32 des Brückengleichrichters 20 führende Diode 22 über
einen weiteren Ein-/Ausschalter 18 mit dem Ein-/Ausschalter 16
verbunden. Beide Schalter 16, 18 bilden zusammen eine Schalteinrichtung,
die mit dem Buchstaben S bezeichnet ist.The
Die Schaltung 10 funktioniert nun folgendermaßen:The
Die Schalteinrichtung S besitzt insgesamt drei Schaltzustände,
die durch die Stellungen der Schalter 16, 18 bedingt sind. Ein
erster Schaltzustand der Schalteinrichtung S ist der Auszustand,
der dann vorliegt, wenn der Schalter 16 in der Stellung
AUS ist, so daß der Brückengleichrichter 20 und der Elektromagnet
30 stromlos sind. Ein zweiter Schaltzustand der
Schalteinrichtung S ist der Haltezustand, der vorliegt, wenn
der Schalter 16 in der Stellung EIN ist und der Schalter 18 in
der Stellung AUS ist. In diesem Fall besteht eine Verbindung
zwischen dem Speisespannungspol 12 über den Schalter 16, die
Diode 26, den Elektromagneten 30 und die Diode 24 zum Speisespannungspol
14. Es handelt sich in diesem Fall um eine Einweggleichrichtung,
d.h. daß nur eine Halbwelle der Wechselspannung
genutzt wird.The switching device S has a total of three switching states,
which are caused by the positions of the
Ein dritter Schaltzustand der Schalteinrichtung S ist der Arbeitszustand,
der sich ergibt, wenn beide Schalter 16, 18 geschlossen
sind. In diesem Fall wird auch die Diode 22 des Brükkengleichrichters
20 mit Spannung versorgt, so daß ein weiterer
Zweig des Brückengleichrichters 20 mit Strom versorgt ist, der
durch den Weg über die Schalter 16, 18, die Diode 22, den Elektromagneten
30 und die Diode 28 gegeben ist, so daß der Brükkengleichrichter
20 nunmehr vollständig genutzt wird und der
Elektromagnet 30 aus einem Zweiweggleichrichter gespeist wird,
d.h. daß beide Halbwellen der Speisespannung genutzt werden.A third switching state of the switching device S is the working state,
which results when both switches 16, 18 are closed
are. In this case, the
Es versteht sich, daß der Schalter 18 natürlich auch in einem
anderen Zweig des Brückengleichrichters 20 eingebaut sein kann.It is understood that the
Eine derartige Schaltung 10 kann für eine Werkzeugmaschine genutzt
werden, die mit einem Magnetfuß an einem ferromagnetischen
Werkstück (nicht dargestellt) gehalten werden soll. In
dem Magnetfuß befindet sich der Elektromagnet 30 in oberflächennaher
Anordnung, so daß bei Strom durch den Elektromagneten
30 die Werkzeugmaschine mit ihrem Magnetfuß an ein ferromagnetisches
Werkstück angezogen wird, um so die Werkzeugmaschine zu
positionieren und in der Arbeitsposition festzuhalten.Such a
Obwohl es grundsätzlich vorteilhaft ist, wenn die Werkzeugmaschine als Elektrowerkzeug ausgeführt ist, besteht auch die Möglichkeit, eine solche Werkzeugmaschine auch mit einem anderen Antrieb, z.B. mit einem Druckluftantrieb auszustatten.Although it is basically advantageous if the machine tool is designed as a power tool, there is also Possibility of using such a machine tool with another Drive, e.g. to be equipped with a compressed air drive.
Die erfindungsgemäße Schaltung 10 hat nun den Vorteil, daß der
Stromverbrauch des Elektromagneten 30 im Haltezustand gegenüber
dem Stromverbrauch des Elektromagneten 30 im Arbeitszustand um
etwa 50 % reduziert ist, da im Haltezustand lediglich eine
Halbwelle der Wechselstromspannung genutzt wird, während im Arbeitszustand
beide Halbwellen genutzt werden. Dies führt zu
einer deutlich geringeren Erwärmung des Elektromagneten 30, was
sich insbesondere im Dauerbetrieb bemerkbar macht. Gleichfalls
ergibt sich eine drastische Reduzierung des Energieverbrauches,
da der Stromverbrauch im Haltezustand um etwa 50 % reduziert
ist. Dennoch ergibt sich selbst im Haltezustand infolge der Magnetisierungskurve
des Kernmaterials des Elektromagneten 30 eine
Haltekraft von etwa 75 % der Haltekraft des Elektromagneten
30 im Arbeitszustand. Dieser Wert im Haltezustand reicht völlig
aus, um die betreffende Werkzeugmaschine vor einem Arbeitsvorgang
am Werkstück genau zu positionieren bzw. zwischen verschiedenen
Arbeitsvorgängen am Werkstück festzuhalten. Erst
während des Bearbeitungsvorgangs selbst ist der volle magnetische
Fluß des Elektromagneten 30 notwendig, um eine ausreichende
Sicherheitsreserve gegen ein Lösen vom Werkstück oder gegen
ein Verrutschen infolge der Bearbeitungskräfte zur Verfügung zu
haben.The
In den Figuren 2 bis 4 ist nunmehr die praktische Anwendung
einer derartigen Schaltung für eine Werkzeugmaschine 40, 50
bzw. 60 dargestellt.In Figures 2 to 4 is now the practical application
of such a circuit for a
Dabei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.Corresponding reference numbers are used for corresponding parts used.
Bei den Werkzeugmaschinen 40, 50 und 60 handelt es sich um
Bohrmaschinen, die mit einem Magnetfuß ausgestattet sind, mittels
dessen die Bohrmaschine bei Erregung eines Elektromagneten
an einem Werkstück festlegbar ist.The
Die Werkzeugmaschine 40 besitzt eine Antriebswelle, die mittels
eines Universalmotors angetrieben wird, der in Fig. 2 mit der
Bezugsziffer 42 angedeutet ist. The
Zur Steuerung der Schaltung ist wiederum eine Schalteinrichtung
S vorgesehen, die einen zweipoligen Hauptschalter 16, 17 und
einen Motorschalter 18 umfaßt. Der zweipolige Hauptschalter 16,
17 ist an die beiden Speisespannungspole 12, 14 über einen
Netzstecker anschließbar.A switching device is again used to control the circuit
S provided that a two-pole
Die beiden Ausgänge des zweipoligen Hauptschalters 16, 17 sind
wiederum mit einem Brückengleichrichter 20 verbunden, zwischen
dessen Minuspol 32 und Pluspol 34 ein Elektromagnet 30 angeschlossen
ist. Der Brückengleichrichter 20 besteht wiederum aus
vier Dioden 22, 24, 26, 28, die in bekannter Weise, wie in Fig.
1 erläutert, angeschlossen sind. Dabei ist die Diode 22 an den
Ausgang des Motorschalters 18 angeschlossen, der als
Ein-/Ausschalter ausgebildet ist. An den Ausgang des Motorschalters
18 ist ferner der Universalmotor 42 angeschlossen,
der über eine Drehzahlsteuerung 44 und den zweiten Pol 17 des
Hauptschalters 16, 17 mit dem anderen Pol 14 der Speisespannungsquelle
verbunden ist.The two outputs of the two-pole
Der Motorschalter 18 dient zum Ein-/Ausschalten des Motors 42,
wobei gleichzeitig hiermit die Umschaltung des Elektromagneten
30 zwischen Haltezustand und Arbeitszustand erfolgt.The
Eine weitere Abwandlung der Werkzeugmaschine 40 gemäß Fig. 2
ist in Fig. 3 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 50 bezeichnet.
Der einzige Unterschied zu der Ausführung gemäß Fig.
2 besteht darin, daß anstelle eines einpoligen Motorschalters
18 nunmehr ein zweipoliger Motorschalter 18, 19 vorgesehen ist.
Während der erste Pol 18 des Motorschalters 18, 19 den Motor 42
über den Pol 16 des Hauptschalters 16, 17 mit dem ersten Pol 12
der Wechselspannungsquelle verbindet, verbindet der zweite Pol
19 des Motorschalters, der mit dem Pol 18 des Motorschalters
zur gemeinsamen Betätigung gekoppelt ist, die Kathode der Diode
22 über den ersten Pol 16 des Hauptschalters 16, 17 mit dem Pol
12 der Wechselspannungsquelle.A further modification of the
Im übrigen sind Aufbau und Funktionsweise der Werkzeugmaschine
50 vollständig identisch mit derjenigen der Werkzeugmaschine 40
gemäß Fig. 2.Otherwise, the structure and functionality of the
Eine weitere Abwandlung der zuvor anhand von Fig. 3 beschriebenen
Werkzeugmaschine 50 ist in Fig. 4 dargestellt und insgesamt
mit der Ziffer 60 bezeichnet. Im Unterschied zu der Ausführung
gemäß Fig. 3 besteht hierbei der Brückengleichrichter 62 nicht
aus vier Einzeldioden, sondern ist als ein Komplettbauteil ausgebildet.
Wiederum ist der Elektromagnet 30 zwischen dem Pluspol
34 und dem Minuspol 32 des Brückengleichrichters 62 angeschlossen.
Der Brückengleichrichter 62 liegt mit einem Wechselstromeingang
am Ausgang des zweiten Pols 17 des Hauptschalters
16, 17, der mit dem Pol 14 der Netzspannung verbunden ist, während
der andere Wechselstromeingang des Brückengleichrichters
62 über den Pol 16 des Hauptschalters 16, 17 und eine Diode 64
an den anderen Pol 12 der Netzspannung angeschlossen ist. Zur
Ein- und Ausschaltung des Motors 42, der über die Drehzahlsteuerung
44 über den zweiten Pol 17 des Hauptschalters 16, 17
an den Pol 14 der Netzspannung angeschlossen ist, dient ein
zweipoliger Motorschalter 18, 19. Der Motor 42 ist über den ersten
Pol 18 des Motorschalters an den Ausgang des ersten Pols
16 des Hauptschalters 16, 17 angeschlossen. Der zweite Pol 19
des Motorschalters ist eingangsseitig mit dem ersten Pol 18
verbunden und ausgangsseitig an die Kathode der Diode 64 angeschlossen,
die mit der Eingangsseite des Brückengleichrichters
62 verbunden ist.Another modification of that previously described with reference to FIG. 3
Die Schalteinrichtung S, die den Hauptschalter 16, 17 und den
Motorschalter 18, 19 umfaßt, besitzt wiederum, wie zuvor anhand
von Fig. 1 beschrieben, drei Schaltzustände. Im ersten Schaltzustand
befinden sich sowohl der Hauptschalter 16, 17 als auch
der Motorschalter 18, 19 in der Stellung AUS. Wird der Hauptschalter
16, 17 eingeschaltet, während der Motorschalter 18, 19
sich in der Position AUS befindet, so wird der Brückengleichrichter
62 eingangsseitig mit Wechselspannung versorgt, wobei
durch die vorgeschaltete Diode 64 jedoch nur eine Halbwelle der
Wechselspannung benutzt wird. Wird nun zusätzlich der Motorschalter
18, 19 geschlossen, so wird in diesem dritten Schaltzustand
die Diode 64 durch den zweiten Pol 19 des Motorschalters
18, 19 überbrückt, so daß der Brückengleichrichter 62 nunmehr
mit der Netzspannung gekoppelt ist und somit beide Halbwellen
der Wechselspannung für den Elektromagneten 30 genutzt
werden.The switching device S, the
In den Fig. 5 und 6 sind zwei weitere Schaltungsvarianten der
Erfindung schematisch dargestellt, mit denen sich der Strom
durch den Elektromagneten 30 im Haltezustand gegenüber dem
Strom im Arbeitszustand reduzieren läßt.5 and 6 are two further circuit variants of the
Invention shown schematically with which the current
by the
Wiederum werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.Again, corresponding reference numerals are used for corresponding parts used.
Bei der Schaltung 70 ist zur Versorgung des Elektromagneten 30
eine Gleichspannungsquelle mit den Polen 72 und 74 vorgesehen.
Der Elektromagnet 30 ist über einen Vorwiderstand 76 und einen
Ein-/Ausschalter 16 mit beiden Polen 72, 74 der Gleichspannungsquelle
verbunden. Parallel zum Vorwiderstand 76 ist ein
einpoliger Ein-/Ausschalter 78 angeschlossen, durch den der
Vorwiderstand 76 überbrückt werden kann.The
Während bei geöffnetem Schalter 78 der Elektromagnet 30 infolge
des Vorwiderstandes 76 lediglich von einem geringeren Strom
durchflossen werden kann, wird der Strom bei geschlossenem
Schalter 78 erhöht, um so im Arbeitszustand eine erhöhte Haltekraft
des Elektromagneten 30 zu erreichen.While with the
Eine Abwandlung der Schaltung 10 ist in Fig. 6 dargestellt und
insgesamt mit der Ziffer 80 bezeichnet. Der Elektromagnet 30,
der nunmehr aus zwei parallel zueinander angeschlossenen Einzelmagneten
82, 84 besteht, ist wiederum zwischen dem Minuspol
32 und dem Pluspol 34 eines Brückengleichrichters 20 angeschlossen,
der eingangsseitig über einen einpoligen
Ein-/Ausschalter 16 mit dem ersten Pol 12 einer Wechselspannungsquelle
bzw. mit seinem anderen Eingang unmittelbar mit dem
zweiten Pol 14 der Wechselspannungsquelle verbunden ist.A modification of the
Während einer 82 der Einzelmagnete 82, 84 unmittelbar zwischen
dem Minuspol 32 und dem Pluspol 34 des Brückengleichrichters 20
angeschlossen ist, ist der zweite Einzelmagnet 84 über einen
einpoligen Ein-/Ausschalter 86 zwischen dem Pluspol 34 und dem
Minuspol 32 des Brückengleichrichters 20 angeschlossen.During a 82 of the
Bei geschlossenem Hauptschalter 16 und geöffnetem Schalter 86
wird somit lediglich der Einzelmagnet 82 von Strom durchflossen,
während bei zusätzlich geschlossenem Schalter 86 beide
Einzelmagneten 82, 84 von Strom durchflossen sind. With
Es versteht sich, daß darüber hinaus zahlreiche andere Varianten
denkbar sind, um im Haltezustand den Stromfluß durch den
Elektromagneten gegenüber dem Stromfluß im Arbeitszustand zu
reduzieren, um so die Erwärmung und den Energieverbrauch herabzusetzen.
Beispielsweise könnten der Widerstand 76 und der
Schalter 78 in Fig. 5 durch einen elektronischen Schalter ersetzt
sein.It is understood that there are numerous other variations
are conceivable to keep the current flowing through the
Electromagnets to the current flow in the working state too
reduce so as to reduce heating and energy consumption.
For example,
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