EP1103350B1 - Machine tool with electromagnet for mounting on a ferromagnetic workpiece - Google Patents
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- EP1103350B1 EP1103350B1 EP20000121732 EP00121732A EP1103350B1 EP 1103350 B1 EP1103350 B1 EP 1103350B1 EP 20000121732 EP20000121732 EP 20000121732 EP 00121732 A EP00121732 A EP 00121732A EP 1103350 B1 EP1103350 B1 EP 1103350B1
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- electromagnet
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- pole
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25H—WORKSHOP EQUIPMENT, e.g. FOR MARKING-OUT WORK; STORAGE MEANS FOR WORKSHOPS
- 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
- 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, and means by which the current of the electromagnet in the holding state is reduced with respect to the current of the electromagnet in the working state.
- Such a machine tool is from the DE 31 00 933 C2 known.
- machine tools are usually to power tools, in particular drills, which can be fixed by means of a magnetic stator to the workpiece to be machined from ferromagnetic material.
- power tools in particular drills
- Such machine tools are used, for example, when working on power pylons, in steel construction, when working on supports, etc., e.g. to create holes where you have to work with high torque.
- the machine tool mentioned above has a base plate in which an electromagnetic coil is provided for fastening a drill stand when the coil is excited on the workpiece.
- the coil is driven via a switching arrangement, responsive to the magnetic flux of the coil, the power supply to the machine tool in the absence of a predetermined magnetic flux density interrupting switches are provided.
- the electromagnet can heat up significantly during prolonged work, especially when in the implementation of a variety of machining operations of the solenoid constantly remains switched on because the machine tool between the individual processing operations can not be removed or removed only with great effort. If a larger number of Machining operations is necessary, such machine tools often remain even several days or weeks on a workpiece, the electromagnet must remain constantly turned on during this time to ensure the fixation on the workpiece. This is associated with a significant energy consumption.
- a motor control for an electromagnetic tool in which a magnetizable base member can be switched to a small magnetic flux holding state and a high magnetic flux working state.
- a resistor limits the magnetic flux, whereas the resistance to the working state is shorted.
- the invention has for its object to avoid the disadvantages of the prior art, in particular, the energy consumption should be reduced as possible.
- the holding force is completely sufficient to ensure a secure positioning of the machine tool on the workpiece, in particular during work interruptions.
- the full holding torque of the electromagnet must be available only in working condition.
- the electromagnet is fed from an AC voltage source in the hold state via a half-wave rectifier, while the electromagnet is energized in the working state via a full-wave rectifier.
- the electromagnet in the hold state is driven only with a half-wave of the rectified AC voltage, while in the working state on the full-wave rectifier both half-waves are used to supply the electromagnet with pulsating DC voltage.
- the second half-wave is used to apply the full holding power as a safety reserve during this time.
- the rectifier is expediently designed as a bridge rectifier, wherein the electromagnet is connected between the positive pole and the negative pole of the bridge rectifier and in a branch of the bridge rectifier, a switch for switching between working position and holding position is provided.
- the electromagnet is fed from an AC voltage source via a Brükken Eisenrichter, the bridge rectifier on the input side, a diode is connected upstream and a switch for bridging the diode is provided in the working state.
- Such an embodiment is advantageous when a bridge rectifier is used as a complete component, so that the insertion of a switch for switching between working position and holding position in a branch of the bridge rectifier is not possible.
- only one half-wave can be used by connecting the diode, while both half-waves are used in bridging the diode.
- the electromagnet consists of a plurality of individual magnets, wherein in the holding state, only a portion of the individual magnets is subjected to voltage which is smaller than the plurality of individual magnets, which are acted upon in the working state with voltage.
- Another way to reduce the current through the electromagnet in the holding state is to apply the electromagnet in the hold state only via a series resistor with voltage.
- the series resistor can be bypassed in the working state.
- an electrical or electronic control element can be provided, via which the electromagnet is operated in the holding state with a reduced current.
- Fig. 1 is a circuit for an electromagnet according to the invention for attaching a machine tool to a ferromagnetic workpiece indicated generally by the numeral 10.
- the electromagnet 30 is fed via a bridge rectifier 20 from an AC voltage source 12, 14.
- the bridge rectifier 20 has four diodes 22, 24, 26, 28, which are connected in a known manner to the bridge rectifier circuit 20.
- the electromagnet 30 is connected at its two ends between the negative pole 32 and the positive pole 34 of the bridge rectifier 20. While one AC terminal of the bridge rectifier 20 is directly connected to the supply voltage pole 14, the other is AC power connection of the bridge rectifier 20 via an on / off switch 16 connected to the supply voltage pole 12. While the other terminal of the on / off switch 16 is connected directly to the anode of the diode 26, leading to the negative terminal 32 of the bridge rectifier 20 diode 22 is connected via a further on / off switch 18 to the on / off switch 16. Both switches 16, 18 together form a switching device, which is designated by the letter S.
- the circuit 10 now works as follows:
- the switching device S has a total of three switching states, which are due to the positions of the switches 16, 18.
- a first switching state of the switching device S is the off state, which is present when the switch 16 is in the OFF position, so that the bridge rectifier 20 and the electromagnet 30 are de-energized.
- a second switching state of the switching device S is the holding state, which is present when the switch 16 is in the ON position and the switch 18 is in the OFF position.
- a third switching state of the switching device S is the working state, which results when both switches 16, 18 are closed.
- the diode 22 of the bridge rectifier 20 is supplied with voltage, so that another branch of the bridge rectifier 20 is supplied with power, the is given by the path through the switches 16, 18, the diode 22, the electromagnet 30 and the diode 28, so that the bridge rectifier 20 is now fully utilized and the solenoid 30 is fed from a full-wave rectifier, ie that both half-waves of the supply voltage used become.
- switch 18 can of course also be installed in another branch of the bridge rectifier 20.
- Such a circuit 10 can be used for a machine tool, which is to be held with a magnetic base on a ferromagnetic workpiece (not shown).
- the electromagnet 30 is in a near-surface arrangement, so that when current through the electromagnet 30, the machine tool is attracted with its magnetic base to a ferromagnetic workpiece, so as to position the machine tool and hold in the working position.
- machine tool is designed as a power tool
- another drive e.g. equipped with a pneumatic drive
- the circuit 10 according to the invention has the advantage that the power consumption of the electromagnet 30 is reduced in the holding state compared to the power consumption of the electromagnet 30 in the working state by about 50%, since only one half-wave of the AC voltage is used in the holding state, while both half-waves are used in the working state , This leads to a significantly lower heating of the electromagnet 30, which is particularly noticeable in continuous operation. Likewise results in a drastic reduction in energy consumption, since the power consumption in the hold state is reduced by about 50%. Nevertheless, even in the holding state due to the magnetization curve of the core material of the electromagnet 30, a holding force of about 75% of the holding force of the electromagnet 30 in the working state.
- This value in the hold state is sufficient to accurately position the machine tool in question before a work on the workpiece or hold between different operations on the workpiece. Only during the machining process itself, the full magnetic flux of the electromagnet 30 is necessary to have a sufficient safety margin against a release from the workpiece or against slipping due to the machining forces available.
- machine tools 40, 50 and 60 are drilling machines, which are equipped with a magnetic base, by means of which the drill is fixed upon excitation of an electromagnet on a workpiece.
- the machine tool 40 has a drive shaft which is driven by means of a universal motor, which in Fig. 2 indicated by the reference numeral 42.
- a switching device S which comprises a two-pole main switch 16, 17 and a motor switch 18.
- the two-pole main switch 16, 17 can be connected to the two supply voltage poles 12, 14 via a power plug.
- the two outputs of the two-pole main switch 16, 17 are in turn connected to a bridge rectifier 20, between the negative pole 32 and positive pole 34, an electromagnet 30 is connected.
- the bridge rectifier 20 again consists of four diodes 22, 24, 26, 28, which in a known manner, as in Fig. 1 explained, are connected.
- the diode 22 is connected to the output of the motor switch 18, which is designed as an on / off switch.
- the universal motor 42 is also connected, which is connected via a speed control 44 and the second pole 17 of the main switch 16, 17 to the other pole 14 of the supply voltage source.
- the motor switch 18 is used to turn on / off the motor 42, at the same time hereby the switching of the electromagnet 30 between holding state and working state.
- FIG. 3 Another modification of the machine tool 40 according to Fig. 2 is in Fig. 3 represented and designated in total by the numeral 50.
- the only difference to the execution according to Fig. 2 is that instead of a single-pole motor switch 18 now a two-pole motor switch 18, 19 is provided. While the first pole 18 of the motor switch 18, 19 connects the motor 42 via the pole 16 of the main switch 16, 17 with the first pole 12 of the AC voltage source, the second pole connects 19 of the motor switch, which is coupled to the pole 18 of the motor switch for joint operation, 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.
- Fig. 4 Another modification of the previously based on Fig. 3 described machine tool 50 is in Fig. 4 represented and designated overall by the numeral 60.
- the bridge rectifier 62 does not consist of four individual diodes, but is designed as a complete component.
- the electromagnet 30 is connected between the positive pole 34 and the negative pole 32 of the bridge rectifier 62.
- 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 at the other pole 12 of the mains voltage is connected.
- the motor 42 For switching on and off of the motor 42, which is connected via the speed control 44 via the second pole 17 of the main switch 16, 17 to the pole 14 of the mains voltage, serves a two-pole motor switch 18, 19.
- the motor 42 is above the first pole 18th of the motor switch connected to the output of the first pole 16 of the main switch 16, 17.
- the second pole 19 of the motor switch is connected on the input side to the first pole 18 and connected on the output side to the cathode of the diode 64, which is connected to the input side of the bridge rectifier 62.
- the switching device S which includes the main switch 16, 17 and the motor switch 18, 19, in turn, as previously with reference to Fig. 1 described, three switching states.
- both the main switch 16, 17 and the motor switch 18, 19 are in the OFF position. If the main switch 16, 17 is turned on while the motor switch 18, 19 is in the OFF position, the bridge rectifier 62 is supplied on the input side with alternating voltage, but only one half cycle of the alternating voltage is used by the upstream diode 64.
- FIGS. 5 and 6 two further circuit variants of the invention are shown schematically, with which the current can be reduced by the electromagnet 30 in the holding state against the current in the working state.
- a DC voltage source with the poles 72 and 74 is provided for supplying the electromagnet 30.
- the electromagnet 30 is connected via a series resistor 76 and a On / off switch 16 connected to both poles 72, 74 of the DC voltage source.
- the electromagnet 30 can only be traversed by a smaller current due to the series resistor 76, the current is increased when the switch 78 is closed, so as to achieve an increased holding force of the electromagnet 30 in the working state.
- FIG Fig. 6 A modification of the circuit 10 is shown in FIG Fig. 6 represented and designated by the numeral 80 in total.
- the electromagnet 30, which now consists of two individual magnets 82, 84 connected in parallel, is in turn connected between the negative pole 32 and the positive pole 34 of a bridge rectifier 20, whose input side is connected to the first pole 12 of an alternating voltage source via a single pole on / off switch 16 with its other input is directly connected to the second pole 14 of the AC voltage source.
- While 82 of the individual magnets 82, 84 is connected directly between the negative pole 32 and the positive pole 34 of the bridge rectifier 20, the second single magnet 84 is connected via a single-pole on / off switch 86 between the positive pole 34 and the negative pole 32 of the bridge rectifier 20.
- resistor 76 and switch 78 could be in Fig. 5 be replaced by an electronic switch.
Description
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, und mit Mitteln, durch die der Strom des Elektromagneten im Haltezustand gegenüber dem Strom des Elektromagneten im Arbeitszustand reduziert ist.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, and means by which the current of the electromagnet in the holding state is reduced with respect to the current of the electromagnet in the working state.
Eine solche Werkzeugmaschine mit einem Elektromagneten ist aus der
Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der
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.In such machine tools are usually to power tools, in particular drills, which can be fixed by means of a magnetic stator to the workpiece to be machined from ferromagnetic material. Such machine tools are used, for example, when working on power pylons, in steel construction, when working on supports, etc., e.g. to create holes where you have to work with high torque.
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 above has a base plate in which an electromagnetic coil is provided for fastening a drill stand when the coil is excited on the workpiece. The coil is driven via a switching arrangement, responsive to the magnetic flux of the coil, the power supply to the machine tool in the absence of a predetermined magnetic flux density interrupting switches are provided.
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 wird mit einem erheblichen Energieverbrauch verbunden.By such a safety device can indeed avoid that the machining process of the workpiece begins before the solenoid is activated, however, it has been found that the electromagnet can heat up significantly during prolonged work, especially when in the implementation of a variety of machining operations of the solenoid constantly remains switched on because the machine tool between the individual processing operations can not be removed or removed only with great effort. If a larger number of Machining operations is necessary, such machine tools often remain even several days or weeks on a workpiece, the electromagnet must remain constantly turned on during this time to ensure the fixation on the workpiece. This is associated with a significant energy consumption.
Aus der eingangs genannten
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, wobei insbesondere der Energieverbrauch möglichst reduziert werden soll.The invention has for its object to avoid the disadvantages of the prior art, in particular, the energy consumption should be reduced as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Werkzeugmaschine gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Elektromagnet aus einer Wechselspannungsquelle im Haltezustand über einen Einweggleichrichter gespeist ist und dass der Elektromagnet im Arbeitszustand über einen Zweiweggleichrichter gespeist ist.This object is achieved in a machine tool according to the aforementioned type in that the electromagnet is fed from an AC voltage source in the hold state via a half-wave rectifier and that the electromagnet is energized in the working state via a full-wave rectifier.
Durch die Reduzierung des magnetischen Flusses im Haltezustand wird der Energieverbrauch reduziert und gleichzeitig eine Erwärmung des Elektromagneten entgegengewirkt.By reducing the magnetic flux in the holding state of the energy consumption is reduced while counteracting heating of 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 a reduced current flow through the electromagnet, the holding force is completely sufficient to ensure a secure positioning of the machine tool on the workpiece, in particular during work interruptions. The full holding torque of the electromagnet must be available only in working condition.
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 only a relatively small decrease in the holding force is recorded due to the magnetization characteristic.
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 embodiment of the invention, the electromagnet is fed from an AC voltage source in the hold state via a half-wave rectifier, while the electromagnet is energized in the working state via a full-wave 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 through the electromagnet, even when using a half-wave 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 reduction is achieved by the electromagnet with particularly simple means, with a simple switch is usually sufficient to allow a switch between one-way and full-wave 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 in the hold state is driven only with a half-wave of the rectified AC voltage, while in the working state on the full-wave rectifier both half-waves are used to supply the electromagnet 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 of the effective voltage, approximately 75% of the holding force is still 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 quite sufficient to attach the machine tool to the workpiece to be machined and sufficiently precise to position. Only in the actual processing of the workpiece in the working state, the second half-wave is used to apply the full holding power as a safety reserve during this time.
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.In this embodiment, the rectifier is expediently designed as a bridge rectifier, wherein the electromagnet is connected between the positive pole and the negative pole of the bridge rectifier and in a branch of the bridge rectifier, a switch for switching between working position and holding 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 fed from an AC voltage source via a Brükkengleichrichter, the bridge rectifier on the input side, a diode is connected upstream and a switch for bridging the diode is provided in the working state.
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 when a bridge rectifier is used as a complete component, so that the insertion of a switch for switching between working position and holding position in a branch of the bridge rectifier is not possible. In this case, only one half-wave can be used by connecting the diode, while both half-waves are used in bridging the diode.
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 consists of a plurality of individual magnets, wherein in the holding state, only a portion of the individual magnets is subjected to voltage which is smaller than the plurality of individual magnets, which are acted upon in the working state with voltage.
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.Also in this way, a reduction of the holding force and the power consumption in the holding state can be achieved by e.g. in this state, only a single one of two individual magnets is energized.
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 electromagnet in the holding state is to apply the electromagnet in the hold state only via a series resistor with voltage.
Dagegen kann der Vorwiderstand im Arbeitszustand überbrückt werden.In contrast, the series resistor can be bypassed in the working state.
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 can be provided, via which the electromagnet is operated in the holding state with a reduced current.
Hierzu sind zahlreiche elektrische oder elektronische Steuerelemente, z.B. geschaltete Dioden, Transistorschalter oder dergleichen denkbar.For this purpose, numerous electrical or electronic controls, e.g. switched diodes, transistor switch 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 features mentioned above and those yet to be explained not only in the particular combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of 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 driving an electromagnet according to the invention, based on which the principle of the invention is illustrated;
- Fig. 2
- the circuit of a machine tool according to the invention in a schematic representation;
- 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 principle circuits of modified embodiments of the invention.
In
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 due to 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. 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 fundamentally advantageous when the machine tool is designed as a power tool, it is also possible to use such a machine tool also with another drive, e.g. equipped with a pneumatic 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
Dabei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.Corresponding reference numerals are used for corresponding parts.
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.In the
Die Werkzeugmaschine 40 besitzt eine Antriebswelle, die mittels eines Universalmotors angetrieben wird, der in
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.For controlling the circuit, in turn, a switching device S is provided which comprises 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
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
Im übrigen sind Aufbau und Funktionsweise der Werkzeugmaschine 50 vollständig identisch mit derjenigen der Werkzeugmaschine 40 gemäß
Eine weitere Abwandlung der zuvor anhand von
Die Schalteinrichtung S, die den Hauptschalter 16, 17 und den Motorschalter 18, 19 umfaßt, besitzt wiederum, wie zuvor anhand von
In den
Wiederum werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.Again, corresponding reference numerals are used for corresponding parts.
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.In 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
Eine Abwandlung der Schaltung 10 ist in
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.While 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.When the
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
Claims (6)
- Power tool comprising an electromagnet (30) for securing to a ferromagnetic workpiece, comprising a switching device (S) having at least two switching states, a working state, wherein the electromagnet (30) and a drive device (42) of the power tool (40, 50, 60) are activated, and a holding state, in which the electromagnet (30) is activated, but not the drive device (42), and further comprising means (18, 19, 64, 76, 78, 86), whereby the current of the electromagnet in the holding state is reduced when compared with the current of the electromagnet (30) in the holding state, characterized in that the electromagnet (30) is powered by an alternating power source (12, 14) in the holding state via a one-way rectifier (24, 26), and in that the electromagnet (30) is powered via a two-way rectifier (22, 24, 26, 28) when being in the working state.
- The power tool of claim 1, characterized in that the rectifier is configured as a bridge rectifier (20), in that the electromagnet (30) is connected between the positive pole (34) and the negative pole (32) of the bridge rectifier (20), and in that a switch (18, 19) for switching between the working state and the holding state is provided within a path of the bridge rectifier (20).
- The power tool of claim 1, characterized in that the rectifier is configured as a bridge rectifier (62) which on its input side is preceded by a diode (64), and in that a switch (19) is provided for shortening the diode (64) in the working state.
- The power tool of any of the preceding claims, characterized in that the electromagnet (30) comprises a plurality (n) of single magnets (82, 84), and in that in the holding state only a part (m) of the single magnets (82, 84) is powered, the part being smaller than the magnitude (n) of the single magnets (82, 84) which are powered with voltage when being in the working state.
- The power tool of any of the preceding claims, characterized in that the electromagnet (30) is powered with a voltage via a pre-resistance (76) when being in the holding state.
- The power tool of any of the preceding claims, characterized in that an electric or electronic control element (78) is provided for controlling the electromagnet (30) in the holding state with a smaller power than in the working state.
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