EP4264649B1 - Elektronische schaltvorrichtung zum entmagnetisieren von ferromagnetischem material - Google Patents

Elektronische schaltvorrichtung zum entmagnetisieren von ferromagnetischem material Download PDF

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EP4264649B1
EP4264649B1 EP21834781.3A EP21834781A EP4264649B1 EP 4264649 B1 EP4264649 B1 EP 4264649B1 EP 21834781 A EP21834781 A EP 21834781A EP 4264649 B1 EP4264649 B1 EP 4264649B1
Authority
EP
European Patent Office
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recharging
circuit
resonant
demagnetising
switch
Prior art date
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EP21834781.3A
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French (fr)
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EP4264649C0 (de
EP4264649A1 (de
Inventor
Albert Maurer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maurer Magnetic AG
Original Assignee
Maurer Magnetic AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/006—Methods and devices for demagnetising of magnetic bodies, e.g. workpieces, sheet material

Definitions

  • the invention relates to an electronic switching device for demagnetizing ferromagnetic material by means of a resonance oscillation with an extended decay time.
  • This comprises a voltage source and a conductor loop connected thereto, in which a demagnetizing oscillating circuit is arranged to form a decaying, alternating magnetic field in which ferromagnetic material can be demagnetized during a decay time.
  • the switching device can be operated with a controller for controlling the voltage source and all switches.
  • demagnetizing ferromagnetic bodies Various devices are known for demagnetizing ferromagnetic bodies. Alternating magnetic fields with degressive amplitude are usually used. These magnetic fields are generated using conductor coils, also called demagnetizing coils, through which an electric current flows according to the desired strength of the magnetic field.
  • the demagnetizing coil and the body to be demagnetized are usually in a fixed position relative to one another during the demagnetizing process.
  • the aim is to generate a sinusoidal current waveform.
  • the easiest way to achieve this is with an electrical oscillating circuit that operates in resonance, as described at the beginning.
  • a crucial disadvantage of such demagnetization circuits is the too rapid reduction of the amplitude for the demagnetization current, which results in a lack of effect of this circuit in the demagnetization process.
  • This reduction which is defined by the decrement in current and voltage in the oscillating circuit, is predetermined in the structure of the demagnetization coil for physical and material-technical reasons. It consists of the losses given by the copper resistance of the Demagnetizing coil, defined by its dimensions and structure as well as by the hysteresis and eddy current losses in the body to be demagnetized.
  • the EP 0597181 also deals with a method for demagnetizing magnetic materials in a decaying alternating magnetic field.
  • a parallel resonant circuit comprising two coils and a capacitor into which energy is fed synchronously with the magnetic interaction in order to extend the decay time.
  • a complex circuit with a sine-square converter, a square wave generator and a monoflop is proposed in order to introduce energy in a clocked manner from a recharging capacitor into the capacitor of the parallel resonant circuit.
  • the switching device according to the invention can be operated with a single power source and/or that it does not require components that include integrated circuits (IC).
  • IC integrated circuits
  • the demagnetizing oscillating circuit, the recharging oscillating circuit and the recharging storage can be charged by the voltage source at the beginning of the process, which is then decoupled by a switch.
  • the resonant oscillation of the demagnetizing oscillating circuit is then started and periodically, preferably after the resonant circuit voltage has passed through zero, one or more recharging pulses from the recharging oscillating circuit are introduced into the resonant oscillation.
  • the recharging oscillating circuit is finally charged again by the recharging storage so that it is ready to emit the next pulse. This is repeated until the recharging storage is exhausted. Thanks to these energy bursts, the decay time of the resonant oscillation is extended.
  • This device makes it possible to get by with just one voltage source. It is important here that a second oscillating circuit is used as the recharging oscillating circuit.
  • this second oscillating circuit which only performs one half oscillation at a time, the charge can be swapped using a polarity reversal switch so that it can emit recharging pulses in a positive and negative direction, although it is always charged equally by the recharging storage.
  • a polarity reversal switch could be arranged between the recharging storage and the recharging oscillating circuit, which always charges the recharging oscillating circuit in an alternating direction.
  • ICs integrated circuits
  • the Fig. 1 shows a schematic representation of an electronic circuit 10 according to the invention for demagnetizing ferromagnetic material.
  • the circuit 10 comprises a demagnetizing coil 41 and an oscillating circuit capacitor 42, which are connected via an oscillating circuit switch 43 to form a demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the oscillating circuit switch 43 is open.
  • the demagnetizing oscillating circuit 40 is connected via a conductor loop 30 to a power source 20, which can charge the oscillating circuit capacitor 42.
  • the charging process can be interrupted via an oscillating circuit charging switch 31.
  • the oscillating circuit charging switch 31 is opened and the charging current is interrupted.
  • the oscillating circuit switch 43 is closed, a resonance oscillation is set in motion: the oscillating circuit capacitor 42 discharges via the demagnetizing coil 41.
  • the current in the oscillating circuit corresponds to an oscillation running freely at the natural frequency with an exponentially decaying amplitude.
  • Fig. 2 shows the resonance oscillation in this demagnetizing oscillating circuit 40 in the form of the curves of oscillating circuit voltage A and demagnetizing current B over time t.
  • the oscillating circuit switch 43 is opened again and the circuit 10 is available for a next demagnetizing cycle, which begins again by closing the oscillating circuit charging switch 31.
  • Fig. 3 shows a section of the process of swinging out of Fig. 2 with a resonant circuit voltage A and a demagnetizing current B, whereby recharging pulses C are introduced at regular intervals using a recharging current shown above.
  • the latter are bipolar current pulses that are fed in at the time immediately after the zero crossing D of the resonant circuit voltage A.
  • the additional energy fed in delays the decay, and the amplitudes of the resonant circuit voltage A and demagnetizing current B thus drop more slowly.
  • This principle is well known, but it has been shown that its implementation is complicated in terms of circuit technology.
  • Embodiments according to the invention are described in general form in Fig. 4 and in a preferred version in Fig. 5 shown.
  • Components 40, 50 and 60 are shown as examples in electronic components. Optionally, only some of them can be designed in this form.
  • Fig. 4 shows an electronic circuit 10 for demagnetizing ferromagnetic material by means of a resonance oscillation with an extended decay time. It comprises a voltage source 20 and a conductor loop 30 connected thereto, in which a demagnetizing oscillating circuit 40 is connected to form a decaying, alternating magnetic field in which ferromagnetic material can be demagnetized during a decay time t.
  • This demagnetizing oscillating circuit 40 can be constructed as in Fig. 1 As an example, this was described in Fig. 5 shown in this way. However, other arrangements of demagnetizing oscillating circuits 40 are also known. Together with the oscillating circuit charging switch 31, which is arranged in series with the demagnetizing oscillating circuit 40 in the conductor loop 30, the Fig. 1 The demagnetization procedure described must be carried out.
  • the electronic circuit 10 also comprises a recharge oscillating circuit 50 in the conductor loop 30, which is arranged parallel to the demagnetizing oscillating circuit 40 and the oscillating circuit charging switch 31. It is used for the pulse-like recharge of a charging current into the demagnetizing oscillating circuit 40 when the oscillating circuit charging switch 31 is briefly closed.
  • Energy stored in the recharge circuit 50 can be introduced into the demagnetizing circuit 40 at regular intervals as short recharge pulses C.
  • short refers to the much shorter time period t compared to an entire period of resonance oscillation in the demagnetizing circuit 40, as in Fig. 2 and 3 shown.
  • the natural frequency of the recharging oscillating circuit 50 is at least 10, preferably at least 100 times greater than the natural frequency of the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the conductor loop 30 of the electronic circuit 10 further comprises a recharge storage 60 which is arranged in parallel to the voltage source 20, the recharge oscillating circuit 50 and the demagnetizing oscillating circuit 40. It is intended to supply energy to the recharge oscillating circuit 50 during the decay time t.
  • a recharge switch 32 is arranged in the conductor loop 30 which, when it is opened, interrupts the charging current from the voltage source 20 and from the recharge storage 60 to the recharge oscillating circuit 50 and to the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the electronic circuit 10 in the conductor loop 30 includes a charging switch 33 which, when opened, interrupts the connection from the voltage source 20 to the recharge storage 60, the recharge oscillating circuit 50 and the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the charging switch 33 therefore decouples the voltage source 20 from the rest of the electronic circuit 10.
  • a controller 70 controls all switches 31, 32, 33, 43, 53 during operation and can, by opening and closing switches 31, 32, 53, introduce recharge pulses C from the recharge oscillation circuit 50 into the demagnetization oscillation circuit 40 to extend the decay time until the energy from the recharge storage 60 is used up.
  • a rectifier diode 34 is arranged in the conductor loop 30 in series with the voltage source 20 and the charging switch 33 in such a way that it can prevent feedback from the recharge storage 60, the recharge oscillating circuit 50 and the demagnetizing oscillating circuit 40 into the voltage source 20 during use.
  • the demagnetization process can begin. Until the end of this process, no further energy is introduced from the voltage source 20.
  • the charging switch 33 remains open during this time, and the voltage source 20 therefore remains decoupled from the rest of the circuit 10.
  • the recharge storage 60 contains all the energy that can be recharged until the end of the resonance oscillation of the demagnetizing oscillation circuit 40. It comprises, for example, a storage capacitor 62, as in Fig. 5 This means that only a single voltage source 20 is required.
  • the capacity of the storage capacitor 62 is at least twice as large, preferably at least three times as large as that of the resonant circuit capacitor 42.
  • All switches 31, 32, 33 are controlled by the controller 70, which preferably also controls the voltage source 20. In addition, further switches can be controlled by this controller 70.
  • the controller 70 can be separate from the circuit 10 or part of it.
  • the oscillating circuit charging switch 31 is opened briefly after the resonance oscillation in the demagnetizing oscillating circuit 40 has begun and the oscillating circuit voltage A has passed through the zero point D.
  • the recharging oscillating circuit 50 now emits its recharging pulse C to the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the oscillating circuit charging switch 31 is closed again.
  • the recharge oscillating circuit 50 is charged by a current flowing from the recharge storage 60.
  • the recharge switch 32 is closed again.
  • the recharge oscillating circuit 50 is ready to deliver another recharge pulse C to the demagnetizing oscillating circuit 40 after the next zero crossing of the oscillating circuit voltage A.
  • the control 70 briefly opens the oscillating circuit charging switch 31 again at the right time, much shorter than a quarter period of the resonance oscillation.
  • the recharge oscillating circuit 50 preferably comprises, as in Fig. 5 shown, a recharging coil 51 and a recharging capacitor 52 arranged in series with it. When charging and discharging the recharging capacitor 52, a half-oscillation of the recharging oscillating circuit 50 is carried out.
  • a polarity reversal switch 53 can preferably be arranged parallel to the recharging coil 51 and the recharging capacitor 52, for reversing the polarity of the charge in the recharging capacitor 52 during a half-oscillation. After every second charge of the recharging capacitor 52, the polarity reversal switch 53 is opened during a half-oscillation so that the polarity in the recharging capacitor 52 changes.
  • a cross switch can be provided between the recharge storage 60 and the recharge oscillating circuit 50 in order to charge the recharge capacitor 52 in the opposite direction every second charge.
  • an electronic circuit 10 described here is used to demagnetize ferromagnetic material during a decay time.
  • the demagnetizing resonant circuit 40, the recharging resonant circuit 50 and the recharging storage 60 are charged by the voltage source 20, while the charging switch 33, the recharging switch 32 and the resonant circuit charging switch 31 are closed.
  • the switches 31, 32, 33 are then opened again.
  • the resonance oscillation is started at its natural frequency and with a decaying amplitude, for example by closing the oscillating circuit switch 43.
  • a magnetic, periodic demagnetizing alternating field is established.
  • the recharge oscillating circuit 50 is charged by the recharge storage 60. The last two steps are repeated until the energy supply in the recharge storage 60 is exhausted.
  • each first recharge pulse C is followed by one or more further short recharge pulses C with the same sign and are transmitted to the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • the total duration of the series of recharge pulses C is at most one quarter, preferably at most one eighth, of an oscillation period of the demagnetizing oscillating circuit 40.
  • Each first recharge pulse C preferably flows into the resonant oscillation of the demagnetizing oscillation circuit 40 directly after a zero crossing of the oscillation circuit voltage A. Since the oscillation circuit voltage A changes sign as a result, the sign of each next first recharge pulse C must also be changed accordingly.
  • the charge in the recharging capacitor 52 is reversed.
  • the polarity reversal switch 53 is closed, causing a resonant oscillation of the capacitor 52 and the recharging coil 51 in the recharging oscillating circuit 50, which is interrupted again after a half oscillation by opening the polarity reversal switch 53.
  • Each first recharging pulse C therefore preferably begins exactly half a period of the resonant oscillation of the demagnetizing oscillating circuit 40 later than the previous first recharging pulse C.
  • a ferromagnetic workpiece is brought into the effective range of the demagnetizing oscillating circuit 40 in order to demagnetize it. If necessary, the process described here can be repeated several times.
  • the circuit 10 described here and the method carried out with it allow a simple and safe demagnetization of ferromagnetic bodies.
  • the circuit consists of simple components that enable a safe, trouble-free process.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltvorrichtung zum Entmagnetisieren von ferromagnetischem Material durch eine Resonanz-Schwingung mit einer verlängerten Abklingzeit. Diese umfasst eine Spannungsquelle und eine damit verbundene Leiterschleife, in der ein Entmagnetisier-Schwingkreis angeordnet ist zur Bildung eines abklingenden, magnetischen Wechselfeldes, in welchem ferromagnetisches Material während einer Abklingzeit entmagnetisiert werden kann. Die Schaltvorrichtung ist mit einer Steuerung zum Steuern der Spannungsquelle und aller Schalter betreibbar.
    • Stand der Technik
  • Zum Entmagnetisieren ferromagnetischer Körper sind verschiedene Einrichtungen bekannt. In der Regel werden magnetische Wechselfelder mit degressiver Amplitude eingesetzt. Erzeugt werden diese magnetischen Felder mit Leiterspulen, auch Entmagnetisierspulen genannt, durch die ein elektrischer Strom entsprechend der gewünschten Stärke des Magnetfeldes fliesst. Die Entmagnetisierspule und der zu entmagnetisierende Körper befinden sich während des Entmagnetisiervorgangs in der Regel in gegenseitig fester Position zueinander.
  • Um das vollständige Eindringen des Magnetfeldes wechselnder Polarität in den zu entmagnetisierenden Körper während dieses Vorganges in kürzest möglicher Zeit und mit geringstmöglichem Energieverbrauch zu gewährleisten, wird angestrebt, einen sinusförmigen Stromverlauf zu erzeugen. Am einfachsten wird dies mit einem in Resonanz arbeitenden elektrischen Schwingkreis, wie eingangs beschrieben, erreicht.
  • Die Vorteile dieser Schaltung liegen im besonders einfachen Aufbau, in der sicheren Einhaltung einer degressiven Amplitude für den Entmagnetisierstrom und in der nahezu verlustlosen Umsetzung der eingespeisten Energie in den Entmagnetisiervorgang. Solche Entmagnetisierschaltungen, die auf dem freien Ausschwingen eines Schwingkreises beruhen, sind beispielsweise in US 4599673 und in EP 0021274 beschrieben.
  • Ein entscheidender Nachteil solcher Entmagnetisierschaltungen ist der zu schnelle Abbau der Amplitude für den Entmagnetisierstrom, wodurch eine mangelnde Wirkung dieser Schaltung im Entmagnetisierprozess entsteht. Dieser Abbau, der durch das Dekrement in Strom und Spannung im Schwingkreis definiert ist, ist aus physikalischen und materialtechnischen Gründen im Aufbau der Entmagnetisierspule vorgegeben. Er setzt sich aus den Verlusten zusammen, gegeben durch den Kupferwiderstand der Entmagnetisierspule, definiert durch deren Dimensionen und Aufbau sowie aus den Hysterese- und Wirbelstromverlusten im zu entmagnetisierenden Körper.
  • Die EP 0597181 befasst sich auch mit einem Verfahren zum Entmagnetisieren magnetischer Werkstoffen in einem abklingenden magnetischen Wechselfeld. Ein Parallelschwingkreis umfassend zwei Spulen und einen Kondensator, in welchen synchron zur magnetischen Wechselwirkung Energie eingespeist wird, um die Abklingzeit zu verlängern. Um dies zu erreichen, wird eine aufwändige Schaltung mit einem Sinus-Rechteck Wandler, einen Rechteckgenerator sowie einem Monoflop vorgeschlagen, um Energie getaktet von einem Nachladekondensator in den Kondensator des Parallelschwingkreises einzubringen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung basierend auf der eingangs genannten elektronischen Schaltvorrichtung zu beschreiben, welche eine verlängerte Abklingzeit aufweist, zudem aber eine praktikable Lösung aufzeigt, die sich mit einer geringen Anzahl von Schaltungskomponenten und einer vergleichsweise einfach aufgebauten Steuerung verwirklichen lässt.
  • Zudem ist es wünschenswert, dass die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung mit einer einzigen Stromquelle betreibbar ist und/oder dass sie ohne Bauteile auskommt, die integrierte Schaltkreise (IC) umfassen.
  • Die Aufgaben werden durch eine elektronische Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäss umfasst eine eingangs beschriebene Schaltvorrichtung zudem
    • einen Schwingkreis-Ladeschalter in der Leiterschleife, in Serie mit dem Entmagnetisier-Schwingkreis,
    • einen Nachlade-Schwingkreis in der Leiterschleife, parallel zum Entmagnetisier-Schwingkreis und zum Schwingkreis-Ladeschalter angeordnet, zum pulsartigen Nachladen eines Ladestroms in den Entmagnetisier-Schwingkreis bei jeweils geschlossenem Schwingkreis-Ladeschalter,
    • einen Nachlade-Speicher, der parallel zur Spannungsquelle, zum Nachlade-Schwingkreis und zum Entmagnetisier-Schwingkreis angeordnet ist, zur Energieversorgung des Nachlade-Schwingkreises während der Abklingzeit,
    • einen Nachladeschalter in der Leiterschleife zum Unterbrechen eines Ladestroms von der Spannungsquelle und vom Nachlade-Speicher zum Nachlade-Schwingkreis und zum Entmagnetisier-Schwingkreis,
    • einen Ladeschalter zum Unterbrechen der Spannungsquelle zum Nachlade-Speicher, zum Nachlade-Schwingkreis und zum Entmagnetisier-Schwingkreis,
    wobei im Betrieb mittels einer Steuerung durch Öffnen und Schliessen der Schalter Nachladeimpulse vom Nachlade-Schwingkreis in den Entmagnetisier-Schwingkreis gebracht werden können, zur Verlängerung der Abklingzeit, bis die Energie aus dem Nachlade-Speicher aufgebraucht ist.
  • Mit einer solchen Sachaltvorrichtung können zu Beginn des Verfahrens der Entmagnetisier-Schwingkreis, der Nachlade-Schwingkreis und der Nachladespeicher durch die Spannungsquelle geladen werden, welche anschliessend durch einen Schalter entkoppelt wird. Anschliessend wird die Resonanz-Schwingung des Entmagnetisier-Schwingkreises in Gang gesetzt und periodisch, vorzugsweise jeweils nach dem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung, ein oder mehrere Nachladeimpulse aus dem Nachlade-Schwingkreis in die Resonanz-Schwingung eingebracht. Der Nachlade-Schwingkreis wird schliesslich wieder durch den Nachladespeicher geladen, damit er bereit ist, den nächsten Impuls abzugeben. Dies wird solange wiederholt, bis der Nachladespeicher erschöpft ist. Dank dieser Energieschübe verlängert sich die Abklingzeit der Resonanz-Schwingung.
  • Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, mit nur einer Spannungsquelle auszukommen. Von Bedeutung ist hier, dass als Nachlade-Schwingkreis ein zweiter Schwingkreis verwendet wird. In diesem, der jeweils nur eine Halbschwingung durchführt, lässt sich mit einem Umpolschalter die Ladung vertauschen, sodass er Nachladeimpulse in positiver und negativer Richtung abgeben kann, obwohl er durch den Nachlade-Speicher stets gleich geladen wird. Alternativ könnte auch ein Umpolschalter zwischen dem Nachlade-Speicher und dem Nachlade-Schwingkreis angeordnet sein, der den Nachlade-Schwingkreises stets in alternierender Richtung lädt.
  • Es werden keine integrierten Schaltungen (IC) verwendet, wodurch die Störanfälligkeit verringert und die Lebensdauer und damit die Zuverlässigkeit dieser Schaltung erhöht ist.
  • Weitere, erfindungsgemässe Ausführungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer elektronischen Schaltung zum Erzeugen einer abklingenden Resonanzschwingung;
    Fig. 2
    eine Darstellung einer abklingenden Resonanzschwingung nach Fig. 1 im zeitlichen Verlauf;
    Fig. 3
    einen Ausschnitt der Schwingung aus Fig. 2 unter dem Einfluss von Nachladeimpulsen;
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen elektronischen Schaltung zum Erzeugen einer verlängerten abklingenden Resonanzschwingung;
    Fig. 5
    die Schaltung nach Anspruch 4 in bevorzugter Ausgestaltung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemässe elektronische Schaltung 10 zum Entmagnetisieren von ferromagnetischem Material.
  • Die Schaltung 10 umfasst eine Entmagnetisierspule 41 und einen Schwingkreiskondensator 42, die über einen Schwingkreisschalter 43 zu einem Entmagnetisier-Schwingkreis 40 verbunden sind. Zu Beginn des Prozesses ist der Schwingkreisschalter 43 geöffnet. Der Entmagnetisier-Schwingkreis 40 ist über eine Leiterschleife 30 mit einer Stromquelle 20 verbunden, welche den Schwingkreiskondensator 42 aufladen kann. Über einen Schwingkreis-Ladeschalter 31 kann der Ladevorgang unterbrochen werden.
  • Ist dieser Ladevorgang mit der Schwingkreisspannung A abgeschlossen, wird der Schwingkreis-Ladeschalter 31 geöffnet und damit der Ladestrom unterbrochen. Nach dem Schliessen des Schwingkreisschalters 43 wird eine Resonanzschwingung in Gang gesetzt: Der Schwingkreiskondensator 42 entlädt sich über die Entmagnetisierspule 41. Der im Schwingkreis herrschende Strom entspricht einer in der Eigenfrequenz frei auslaufenden Schwingung mit exponentiell abklingender Amplitude. Fig. 2 zeigt die Resonanzschwingung in diesem Entmagnetisier-Schwingkreis 40 in Form der Verläufe von Schwingkreisspannung A und Entmagnetisierstroms B über die Zeit t. Nach dem Abklingen der Amplituden von Schwingkreisspannung A und Entmagnetisierstrom B wird der Schwingkreisschalter 43 wieder geöffnet und die Schaltung 10 steht für einen nächsten Entmagnetisier Zyklus zur Verfügung, der durch das Schliessen des Schwingkreis-Ladeschalters 31 wieder beginnt.
  • Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Vorgang des Ausschwingens aus Fig. 2 mit einer Schwingkreisspannung A und einem Entmagnetisierstrom B, wobei mit einem darüber dargestellten Nachladestrom in regelmässigen zeitlichen Abständen Nachladeimpulse C eingeleitet werden. Letztere sind bipolare Stromimpulse, die jeweils zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Nulldurchgang D der Schwingkreisspannung A eingespeist werden. Durch die zusätzlich eingespeiste Energie verzögert sich das Ausschwingen, die Amplituden von Schwingkreisspannung A und Entmagnetisierstrom B fallen somit langsamer ab. Dieses Prinzip ist bekannt, es hat sich aber gezeigt, dass die Realisation davon schaltungstechnisch umständlich ist.
  • Erfindungsgemässe Ausführungen sind in allgemeiner Form in Fig. 4 und in einer bevorzugten Version in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 sind die Komponenten 40, 50 und 60 als Beispiele in elektronischen Bauteilen dargestellt. Es können wahlweise nur einzelne davon in dieser Form ausgestaltet sein.
  • Fig. 4 zeigt eine elektronische Schaltung 10 zum Entmagnetisieren von ferromagnetischem Material durch eine Resonanz-Schwingung mit einer verlängerten Abklingzeit. Sie umfasst eine Spannungsquelle 20 und eine damit verbundene Leiterschleife 30, in der ein Entmagnetisier-Schwingkreis 40 angeschlossen ist, zur Bildung eines abklingenden, magnetischen Wechselfeldes, in welchem ferromagnetisches Material während einer Abklingzeit t entmagnetisiert werden kann. Dieser Entmagnetisier-Schwingkreis 40 kann so aufgebaut sein, wie in Fig. 1 beschrieben wurde. Als Beispiel wurde dies in Fig. 5 so dargestellt. Es sind aber auch andere Anordnungen von Entmagnetisier-Schwingkreisen 40 bekannt. Zusammen mit dem Schwingkreis-Ladeschalter 31, der in Serie mit dem Entmagnetisier-Schwingkreis 40 in der Leiterschleife 30 angeordnet ist, kann das in Fig. 1 beschriebene Entmagnetisier-Verfahren durchgeführt werden.
  • Die elektronische Schaltung 10 umfasst zudem einen Nachlade-Schwingkreis 50 in der Leiterschleife 30, der parallel zum Entmagnetisier-Schwingkreis 40 und zum Schwingkreis-Ladeschalter 31 angeordnet. Er dient dem pulsartigen Nachladen eines Ladestroms in den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 bei jeweils kurzzeitig geschlossenem Schwingkreis-Ladeschalter 31. Wie oben zur Fig. 1 beschrieben kann Energie, die im Nachlade-Schwingkreis 50 gespeichert ist, in regelmässigen zeitlichen Abständen als kurze Nachladeimpulse C in den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 eingeleitet werden. Der Begriff «kurz» bezieht sich auf die viel kürzere Zeitdauer t im Vergleich zu einer gesamten Periode der Resonanzschwingung im Entmagnetisier-Schwingkreis 40, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt.
  • Vorzugsweise ist die Eigenfrequenz des Nachlade-Schwingkreises 50 um mindestens 10, vorzugsweise um mindestens 100 mal grösser ist als die Eigenfrequenz des Entmagnetisier-Schwingkreises 40.
  • Weiter umfasst die Leiterschleife 30 der elektronischen Schaltung 10 einen Nachlade-Speicher 60, der parallel zur Spannungsquelle 20, zum Nachlade-Schwingkreis 50 und zum Entmagnetisier-Schwingkreis 40 angeordnet ist. Er ist zur Energieversorgung des Nachlade-Schwingkreises 50 während der Abklingzeit t vorgesehen. Zudem ist ein Nachladeschalter 32 in der Leiterschleife 30 angeordnet, der, wenn er geöffnet ist, den Ladestrom von der Spannungsquelle 20 und vom Nachlade-Speicher 60 zum Nachlade-Schwingkreis 50 und zum Entmagnetisier-Schwingkreis 40 unterbricht.
  • Schliesslich umfasst die elektronische Schaltung 10 in der Leiterschleife 30 einen Ladeschalter 33, der beim Öffnen die Verbindung von der Spannungsquelle 20 zum Nachlade-Speicher 60, zum Nachlade-Schwingkreis 50 und zum Entmagnetisier-Schwingkreis 40 unterbricht. Der Ladeschalter 33 entkoppelt demnach die Spannungsquelle 20 vom Rest der elektronischen Schaltung 10.
  • Eine Steuerung 70 steuert im Betrieb alle Schalter 31, 32, 33, 43, 53 und kann durch Öffnen und Schliessen der Schalter 31, 32, 53 Nachladeimpulse C vom Nachlade-Schwingkreis 50 in den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 einbringen, zur Verlängerung der Abklingzeit, bis die Energie aus dem Nachlade-Speicher 60 aufgebraucht ist.
  • Vorzugsweise ist in der Leiterschleife 30 in Serie zur Spannungsquelle 20 und zum Ladeschalter 33 eine Gleichrichterdiode 34 derart angeordnet, dass sie während dem Gebrauch eine Rückspeisung vom Nachlade-Speicher 60, vom Nachlade-Schwingkreis 50 und vom Entmagnetisier-Schwingkreis 40 in die Spannungsquelle 20 verhindern kann.
  • Bei geschlossenen Schaltern Ladeschalter 33, Nachladeschalter 32 und Schwingkreis-Ladeschalter 31 werden der Entmagnetisier-Schwingkreis 40, der Nachlade-Schwingkreises 50 und der Nachlade-Speicher 60 geladen. Anschliessend werden die genannten Schalter 33, 32 und 31 wieder geöffnet.
  • In diesem Zustand kann der Entmagnetisier-Vorgang beginnen. Bis zum Ende dieses Vorgangs wird keine weitere Energie mehr von der Spannungsquelle 20 eingebracht. Der Ladeschalter 33 bleibt während dieser Zeit geöffnet, die Spannungsquelle 20 bleibt daher vom Rest der Schaltung 10 entkoppelt.
  • Im Nachlade-Speicher 60 befindet sich zu diesem Zeitpunkt die gesamte Energie, die bis zum Ende des Ausschwingens der Resonanz-schwingung des Entmagnetisier-Schwingkreises 40 nachgeladen werden kann. Er umfasst beispielsweise einen Speicherkondensator 62, wie in Fig. 5 dargestellt. So kann erreicht werden, dass nur eine einzige Spannungsquelle 20 gebraucht wird. Vorzugsweise ist die Kapazität des Speicherkondensators 62 mindestens doppelts so gross, vorzugsweise mindestens dreimal so gross ist wie die des Schwingkreiskondensators 42.
  • Gesteuert werden alle Schalter 31, 32, 33 durch die Steuerung 70, die vorzugsweise auch die Spannungsquelle 20 steuert. Zudem können weitere Schalter durch diese Steuerung 70 gesteuert werden. Die Steuerung 70 kann getrennt von der Schaltung 10 oder Teil von ihr sein.
  • Wie bereits zu Fig. 3 beschrieben, wird der Schwingkreis-Ladeschalter 31 kurzzeitig geöffnet, nachdem die Resonanzschwingung im Entmagnetisier-Schwingkreises 40 begonnen hat und die Schwingkreisspannung A den Nullpunkt D durchlaufen hat. Der Nachlade-Schwingkreis 50 gibt nun seinen Nachladeimpuls C an den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 ab. Der Schwingkreis-Ladeschalter 31 wird wieder geschlossen.
  • Nun wird durch Öffnen des Nachladeschalters 32 der Nachlade-Schwingkreis 50 geladen, indem ein Strom vom Nachlade-Speicher 60 fliesst. Wenn der Nachlade-Schwingkreis 50 wieder geladen ist, wird der Nachladeschalter 32 wieder geschlossen. Jetzt ist der Nachlade-Schwingkreis 50 wieder bereit, nach dem nächsten Nulldurchgang der Schwingkreisspannung A im Entmagnetisier-Schwingkreis 40 einen weiteren Nachladeimpuls C an diesen abzugeben. Durch die Steuerung 70 wird zum richtigen Zeitpunkt der Schwingkreis-Ladeschalter 31 wieder kurzzeitig geöffnet, viel kürzer als eine viertel Periode der Resonanzschwingung.
  • Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Energie im Nachlade-Speicher 60 erschöpft ist.
  • Es ist darauf zu achten, dass die Nachladeimpulse C jeweils die richtigen Vorzeichen haben. Dieses müssen alternierend wechseln. Der Nachlade-Schwingkreis 50 umfasst vorzugsweise, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Nachladespule 51 und einen in Serie dazu angeordneten Nachladekondensator 52. Beim Laden und Entladen des Nachladekondensators 52 wird demnach jeweils eine Halbschwingung des Nachlade-Schwingkreises 50 durchgeführt. Um die Polarität zu wechseln, kann vorzugsweise parallel zur Nachladespule 51 und zum Nachladekondensator 52 ein Umpolschalter 53 angeordnet sein, zum Umpolen der Ladung im Nachladekondensator 52 während einer Halbschwingung. Nach jeder zweiten Ladung des Nachladekondensators 52 wird der Umpolschalter 53 während einer Halbschwingung geöffnet, damit sich sie Polarität im Nachladekondensator 52 ändert.
  • Alternativ kann auch ein Kreuz-schalter zwischen dem Nachlade-Speicher 60 und dem Nachlade-Schwingkreis 50 vorgesehen sein, um den Nachladekondensator 52 bei jeder zweiten Ladung in umgekehrter Richtung zu laden.
  • Im erfindungsgemässen Verfahren zur Erzeugung eines abklingenden elektromagnetischen Feldes wird eine hier beschriebene elektronischen Schaltung 10 verwendet, um ferromagnetisches Material während einer Abklingzeit zu entmagnetisieren. Zuerst werden der Entmagnetisier-Schwingkreis 40, der Nachlade-Schwingkreis 50 und der Nachlade-Speicher 60 durch die Spannungsquelle 20 geladen, während der Ladeschalter 33, der Nachladeschalter 32 und der Schwingkreis-Ladeschalter 31 geschlossenen sind.
  • Anschliessend werden die genannten Schalter 31, 32, 33 wieder geöffnet. Die Resonanzschwingung wird in ihrer Eigenfrequenz und mit abklingender Amplitude gestartet, indem beispielsweise der Schwingkreisschalter 43 geschlossen wird. Ein magnetisches, periodisches Entmagnetisier-Wechselfeld stellt sich ein.
  • Als nächstes wird durch kurzzeitiges Schliessen und Öffnen des Schwingkreis-Ladeschalters 31 ein kurzer, erster Nachladeimpuls C in Form eines Nachladestroms vom Nachlade-Schwingkreis 50 in den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 eingebracht.
  • Dann wird durch ein kurzzeitiges Schliessen und Öffnen des Nachladeschalters 32 der Nachlade-Schwingkreis 50 durch den Nachlade-Speicher 60 geladen. Die letzten beiden Schritte werden wiederholt, bis der Energievorrat im Nachlade-Speicher 60 erschöpft ist.
  • In einem bevorzugten Verfahren folgen auf jeden ersten Nachladeimpuls C ein oder mehrere weitere kurze Nachladeimpulse C mit demselben Vorzeichen und werden auf den Entmagnetisier-Schwingkreis 40 übertragen. Die Gesamtdauer der Serie von Nachladeimpulsen C betragen höchstens ein Viertel, vorzugsweise höchstens ein Achtel einer Schwingungsperiode des Entmagnetisier-Schwingkreises 40.
  • Jeder erste Nachladeimpuls C fliesst vorzugsweise direkt nach einem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung A in die Resonanzschwingung des Entmagnetisier-Schwingkreises 40 ein. Da die Schwingkreisspannung A dadurch das Vorzeichen ändert, muss entsprechend auch das Vorzeichen jedes nächsten ersten Nachladeimpulses C geändert werden.
  • Um dies zu erreichen, wird die Ladung im Nachladekondensator 52 umgepolt. Dies kann erreicht werden, indem der Nachlade.-Schwingkreis 50 mit einem Umpolschalter 53 versehen wird. Bei geöffnetem Nachladeschalter 32 und geöffnetem Schwingkreis-Ladeschalter 31 wird der Umpolschalter 53 geschlossen, wodurch sich eine Resonanzschwingung des Kondensators 52 und der Nachladespule 51 im Nachlade-Schwingkreis 50 einstellt, welche nach einer Halbschwingung durch Öffnen des Umpolschalters 53 wieder unterbrochen wird. Jeder erste Nachladeimpuls C setztet daher vorzugsweise genau eine halbe Periode der Resonanzschwingung des Entmagnetisier-Schwingkreises 40 später ein als der vorhergehende erste Nachladeimpuls C.
  • Zu oder vor Beginn des Verfahrens wird ein ferromagnetisches Werkstück in den Wirkungsbereich des Entmagnetisier-Schwingkreises 40 gebracht wird, um es zu entmagnetisieren. Im Bedarfsfall kann der hier beschriebene Vorgang mehrmals wiederholt werden.
  • Die hier beschriebene Schaltung 10 und das damit durchgeführte Verfahren erlauben eine einfache und sichere Entmagnetisierung von ferromagnetischen Körpern. Die Schaltung besteht aus einfachen Komponenten, die einen sicheren, störungsfreien Prozess ermöglichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Elektronische Schaltung; Schaltung
    20
    Spannungsquelle
    30
    Leiterschleife
    31 Schwingkreis-Ladeschalter
    32 Nachladeschalter
    33 Ladeschalter
    34 Gleichrichterdiode
    40
    Entmagnetisier-Schwingkreis
    41 Entmagnetisierungsspule
    42 Schwingungskondensator
    43 Schwingkreisschalter
    50
    Nachlade-Schwingkreis
    51 Nachladespule
    52 Nachladekondensator
    53 Umpolschalter
    60
    Nachlade-Speicher
    62 Speicherkondensator
    70
    Steuerung
    A
    Schwingkreisspannung
    B
    Entmagnetisierstrom
    C
    Nachladeimpuls
    D
    Nulldurchgang, Nullpunkt
    t
    Zeit

Claims (15)

  1. Elektronische Schaltung (10) zum Entmagnetisieren von ferromagnetischem Material durch eine Resonanz-Schwingung mit einer verlängerten Abklingzeit, umfassend
    a) eine Spannungsquelle (20) und eine damit verbundene Leiterschleife (30),
    b) einen Entmagnetisier-Schwingkreis (40) in der Leiterschleife (30), zur Bildung eines abklingenden, magnetischen Wechselfeldes, in welchem ferromagnetisches Material während einer Abklingzeit (t) entmagnetisiert werden kann,
    c) einen Schwingkreis-Ladeschalter (31) in der Leiterschleife (30), in Serie mit dem Entmagnetisier-Schwingkreis (40),
    d) einen Nachlade-Schwingkreis (50) in der Leiterschleife (30), parallel zum Entmagnetisier-Schwingkreis (40) und zum Schwingkreis-Ladeschalter (31) angeordnet, zum pulsartigen Nachladen eines Ladestroms in den Entmagnetisier-Schwingkreis (40) bei jeweils geschlossenem Schwingkreis-Ladeschalter (31),
    e) einen Nachlade-Speicher (60), der parallel zur Spannungsquelle (20), zum Nachlade-Schwingkreis (50) und zum Entmagnetisier-Schwingkreis (40) angeordnet ist, zur Energieversorgung des Nachlade-Schwingkreises (50) während der Abklingzeit (t),
    f) einen Nachladeschalter (32) in der Leiterschleife (30) zum Unterbrechen eines Ladestroms von der Spannungsquelle (20) und vom Nachlade-Speicher (60) zum Nachlade-Schwingkreis (50) und zum Entmagnetisier-Schwingkreis (40),
    g) einen Ladeschalter (33) zum Unterbrechen der Spannungsquelle (20) zum Nachlade-Speicher (60), zum Nachlade-Schwingkreis (50) und zum Entmagnetisier-Schwingkreis (40), wobei die Spannungsquelle (20) und alle Schalter (31, 32, 33) durch eine Steuerung (70), die getrennt von der Schaltung (10) oder Teil davon sein kann, angesteuert werden können, und wobei im Betrieb durch Öffnen oder Schliessen der Schalter (31, 32, 33) Nachladeimpulse (C) vom Nachlade-Schwingkreis (50) in den Entmagnetisier-Schwingkreis (40) eingebracht werden können, zur Verlängerung der Abklingzeit, bis die Energie aus dem Nachlade-Speicher (60) aufgebraucht ist.
  2. Schaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entmagnetisier-Schwingkreis (40) eine Entmagnetisierspule (41) und einen Schwingkreisschalter (43) in Serie dazu, und einen parallel zu diesen angeordneten Schwingkreiskondensator (42) umfasst.
  3. Schaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nachlade-Speicher (60) einen Speicherkondensator (62) umfasst.
  4. Schaltung (10) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Speicherkondensators (62) mindestens doppelts so gross, vorzugsweise mindestens dreimal so gross ist wie die des Schwingkreiskondensators (42).
  5. Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz des Nachlade-Schwingkreises (50) um mindestens 10, vorzugsweise um mindestens 100 mal grösser ist als die Eigenfrequenz des Entmagnetisier-Schwingkreises (40).
  6. Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlade-Schwingkreis (50) eine Nachladespule (51) und einen zu diesem in Serie angeordneten Nachladekondensator (52) umfasst.
  7. Schaltung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Nachlade-Schwingkreis (50) parallel zur Nachladespule (51) und zum Nachladekondensator (52) ein Umpolschalter (53) angeordnet ist, zum Umpolen der Ladung im Nachladekondensator (52) in einer Halbschwingung, bei geöffneten Nachladeschalter (32) und Schwingkreis-Ladeschalter (31).
  8. Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leiterschleife (30) in Serie zur Spannungsquelle (20) und zum Ladeschalter (33) eine Gleichrichterdiode (34) derart angeordnet ist, dass sie während dem Gebrauch eine Rückspeisung vom Nachlade-Speicher (60), vom Nachlade-Schwingkreis (50) und vom Entmagnetisier-Schwingkreis (40) in die Spannungsquelle (20) verhindern kann.
  9. Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (20) die einzige Spannungsquelle in der Schaltung (10) ist.
  10. Verfahren zur Erzeugung eines abklingenden elektromagnetischen Feldes unter Verwendung einer elektronischen Schaltung (10) und einer Steuerung (70), die getrennt von der Schaltung (10) oder Teil davon sein kann, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in diesem Feld ferromagnetisches Material während einer Abklingzeit (t) entmagnetisiert werden kann, mit den folgenden Schritten
    a) Aufladen des Entmagnetisier-Schwingkreises (40), des Nachlade-Schwingkreises (50) und des Nachlade-Speichers (60) durch die Spannungsquelle (20), während der Ladeschalter (33), der Nachladeschalter (32) und der Schwingkreis-Ladeschalter (31) geschlossenen sind,
    b) Öffnen des Ladeschalters (33), des Nachladeschalters (32) und des Schwingkreis-Ladeschalters (31) und in Gang setzen einer Resonanzschwingung im Entmagnetisier-Schwingkreis (40), die sich mit ihrer Eigenfrequenz und mit abklingender Amplitude einstellt uns ein magnetisches, periodisches Entmagnetisier-Wechselfeld erzeugt,
    c) Kurzzeitiges Schliessen und Öffnen des Schwingkreis-Ladeschalters (31), wodurch ein im Vergleich zur Resonanzschwingung kurzer, erster Nachladeimpuls (C) vom Nachlade-Schwingkreis (50) in den Entmagnetisier-Schwingkreis (40) einfliesst,
    d) Kurzzeitiges Schliessen und Öffnen des Nachladeschalters (32), zum Laden des Nachlade-Schwingkreises (50) durch den Nachlade-Speicher (60),
    e) Wiederholen der Schritte c) und d), bis der Energievorrat im Nachlade-Speicher (60) erschöpft ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) anschliessend an den ersten Nachladeimpuls ein oder mehrere weitere kurze Nachladeimpulse (C) mit demselben Vorzeichen auf den Entmagnetisier-Schwingkreis (40) übertragen werden, wobei die Gesamtdauer dieser Nachladeimpulse höchstens ein Viertel, vorzugsweise höchstens ein Achtel einer Schwingungsperiode der Resonanzschwingung beträgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nachladeimpuls (C) unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Schwingkreisspannung (A) in der Resonanzschwingung des Entmagnetisier-Schwingkreises (40) einfliesst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) bei jeder Wiederholung des Schrittes c) das Vorzeichen des ersten Nachladeimpulses (C) wechselt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 mit Rückbezug auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung im Nachladekondensator (52) umgepolt wird, indem bei geöffnetem Nachladeschalter (32) und geöffnetem Schwingkreis-Ladeschalter (31) der Umpolschalter (53) geschlossen wird, wodurch sich eine Resonanzschwingung des Kondensators (52) und der Nachladespule (51) im Nachlade-Schwingkreis (50) einstellt, welche nach einer Halbschwingung durch Öffnen des Umpolschalters (53) wieder unterbrochen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder folgende Schritt c) jeweils genau nach einer halben Periode der Resonanzschwingung einsetzt.
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