DE102008007896A1

DE102008007896A1 - Entmagnetisierverfahren

Info

Publication number: DE102008007896A1
Application number: DE102008007896A
Authority: DE
Inventors: Albert Maurer; Marek Rohner
Original assignee: Individual
Current assignee: Maurer Magnetic Ag Ch
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: CH698521B1; US7457095B2; CN101286405A; US20080197950A1; DE102008007896B4; CN101286405B

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Entmagnetisierung von ferromagnetischen Bauteilen in einem Wechselfeld eines von außen angeregten elektrischen Serieschwingkreises. Eine Speisespannung wird mit einer Anregungsfrequenz (f) parallel zu einer Entmagnetisierspule mit einer Leerinduktivität des Serieschwingkreises angelegt, woraus ein Wechselstrom (I) durch den Serieschwingkreis (1) fließt, welcher ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Bei geeigneter Wahl der Anregungsfrequenz (f) in der Art, dass das Produkt aus der Anregungsfrequenz (f) in Hz multipliziert mit der Leerinduktivität (LO) in Henry f . LO >= 0,22 Hz . H ist, liegt die Anregungsfrequenz in einem Arbeitsbereich (5) und der Serieschwingkreis (1) kann ohne weitere Regelungstechnik zur Entmagnetisierung von Bauteilen, welche durch den Innenraum der Entmagnetisierspule (2) geführt werden und dabei einen Füllgrad bilden, eingesetzt werden. Wenn die Anregungsfrequenz (f) entsprechend gewählt ist, ist ein Dauerbetrieb möglich, bei welchem selbst bei hohem Füllgrad die Resonanzfrequenz (f<SUB>R</SUB>) des Serieschwingkreises (2) nicht erreicht werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Entmagnetisieren von ferromagnetischen Bauteilen in einem magnetischen Wechselfeld eines von aussen angeregten elektrischen Serieschwingkreises mit einer zugehörigen Resonanzfrequenz, bestehend aus mindestens einer Entmagnetisierspule mit einer Leerinduktivität, welche in Reihe mit mindestens einem ersten Kondensator mit einer zugehörigen Kapazität und parallel zu einer Spannungsquelle geschaltet ist, wobei eine Speisespannung mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz und fester Spannungsamplitude anlegbar ist.
Stand der Technik
Zum Entmagnetisieren von ferromagnetischen Teilen werden langgestreckte Spulen eingesetzt, durch welche das zu entmagnetisierende Material kontinuierlich hindurch befördert wird. Die Spule wird dabei an eine Wechselspannung konstanter Frequenz und Amplitude angeschlossen, die in der Regel direkt vom Netz bezogen wird. Das zu entmagnetisierende Material wird beim Eintritt in die Spule einem zunehmenden Magnetfluss wechselnder Richtung ausgesetzt, bis in der Spulenmitte ein Maximum des Feldes erreicht ist. Das Material wird dabei zyklisch alternierend vom Magnetfeld durchflutet. Nach Erreichen dieses Maximums nimmt die Amplitude des alternierenden Magnetfeldes allmählich ab, was auf bekannte Weise den entmagnetisierenden Effekt bewirkt.
Das die Spule durchfliessende Magnetfeld induziert in ihr eine elektrische Spannung, welche der angelegten Speisespannung entgegenwirkt. Diese Rückwirkung verhält sich proportional zur angelegten Frequenz gemäss dem Gesetz der magnetischen Induktion. Sie ist zudem abhängig von der Masse des ferromagnetischen Materials in der Spule. Dieser Einfluss ist nicht linear, indem die betreffende Zunahme der Induktivität begrenzt ist durch die magnetische Sättigung im betreffenden Material.
Die Spule stellt demzufolge eine variable Induktivität dar, deren Wert von der Beschickung mit dem zu entmagnetisierenden Material abhängt. Damit sind zwei Probleme verbunden, mit deren Lösung sich die vorliegende Erfindung befasst.
Das erste Problem entsteht durch die mit der Funktion der Spule im direkten Zusammenhang stehende Induktivität. Um einen bestimmten Strom entsprechend einer bestimmten Stärke des magnetischen Feldes zu erreichen, muss die Speisespannung der Spule entsprechend der Frequenz wesentlich höher sein als bei Speisung durch Gleichstrom. Die von der speisenden Quelle abgegebene Leistung, in der Terminologie der Wechselströme als Scheinleistung bezeichnet, ist viel höher als die effektiv wirksame Leistung, welche als Wirkleistung bezeichnet wird. Die Spannungsquelle muss deshalb bezüglich Spannung und Strom proportional zur Frequenz eine viel höhere Leistung abgeben als dies bei Gleichstrom zum Erzeugen eines entsprechenden Magnetfeldes notwendig wäre.
Für kleine Entmagnetisierspulen mit einer Scheinleistung bis etwa 5 kVA ist die direkte Speisung ab Netzspannung üblich. Der damit verbundene Verbrauch an Blindstrom wird mit bekannten Mitteln wie bei anderen induktiven Verbrauchern kompensiert. Für höhere Leistungen kann die Spule über einen Umrichter mit reduzierter Frequenz gespeist werden, beispielsweise mit 20 Hz. Damit vermindert sich der Bedarf an Spannung und Scheinleistung. Weil der Entmagnetisiervorgang eine bestimmte Anzahl von Schwingungen ein Abklingen des Magnetfeldes erfordert, dauert er bei tieferer Frequenz entsprechend länger. Der mögliche Durchsatz einer Entmagnetisierspule verhält sich deshalb proportional zur eingesetzten Frequenz. Die Reduktion der Frequenz als Massnahme zur Reduktion der benötigten Scheinleistung führt deshalb auch zu einem entsprechend verringerten Durchsatz.
Eine zweite Lösung besteht in der Ergänzung der Spule mit einem Kondensator zu einem Serieschwingkreis gemäss 2. Der mit der Spule in Serie geschaltete Kondensator wird so dimensioniert, dass bei der speisenden Frequenz die Resonanz eintritt. Die durch die Rückwirkung des Magnetfeldes entstehende induktive Spannung wird dabei durch den Kondensator aufgebracht. Die speisende Quelle liefert lediglich eine Wirkleistung entsprechend dem ohmschen Widerstand der Spule, (gem. 1). Damit wird der Leistungsbedarf der Spule unabhängig von der Frequenz, die nun ausschliesslich mit Rücksicht auf den Entmagnetisiervorgang selbst gewählt werden kann. Diese Lösung lässt sich aber bei festgelegter Frequenz nur realisieren, wenn die Induktivität der Spule konstant bleibt, was beim Beschicken mit Material nicht gewährleistet ist. Diese Lösung bedarf also besonderer Massnahmen zur Anpassung der Speisefrequenz.
Die in Abhängigkeit von der Beschickung und dem zu entmagnetisierenden Material stehende Induktivität der Spule stellt das zweite Problem dar. Bei Speisung mit konstanter Spannung und Frequenz nimmt der aufgenommene Strom der Spule in Abhängigkeit von ihrer Beschickung ab, was zu veränderten Bedingungen des Entmagnetisierprozesses führt. In der Praxis werden direkt ab Netz gespeiste Entmagnetisierspulen deshalb nur schwach, d. h. mit im Vergleich zur Spulengrösse geringen Materialquerschnitten ausgenützt.
Andererseits ist in der europäischen Patentanmeldung 05 027 030.5 ein Verfahren beschrieben, das eine Speisung über Umrichter und Seriekondensator vorsieht, wobei die Frequenz automatisch der Resonanzfrequenz des Serieschwingkreises nachgeführt wird. Damit wird die unterschiedliche Induktivität der Entmagnetisierspule durch automatisches Nachführen der Frequenz berücksichtigt und beide Probleme sind gelöst, jedoch auf Kosten eines beträchtlichen Aufwandes für die Schaltung.
Die DE 30 059 27 benutzt die weiterentwickelte Regelungstechnik dazu, dass die Frequenz der Speisespannung, welche an einen Schwingkreis mit einem Kondensator und einer Entmagnetisierspule angelegt wird, jeweils ständig nachgeregelt auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises eingestellt wird. Diese Weiterentwicklungen waren nur durch die verbesserte Regelungstechnik möglich, wobei die Regelung auf die Resonanzfrequenz auf den maximal möglichen Stromfluss durch die Entmagnetisierspule führt und damit zu maximal grossen magnetischen Wechselfelder.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine demgegenüber wesentlich einfachere Schaltung, welche einerseits den grossen Bedarf an Scheinleistung der Entmagnetisierspule deckt und andererseits deren variable Induktivität derart berücksichtigt, dass für den Entmagnetisiervorgang reproduzierbare Bedingungen geschaffen werden, unabhängig von der Beschickung.
Durch dieses Verfahren kann ohne zusätzlichen technischen Aufwand in Form von Steuer- Regelkreisen oder ein/ausschalt-Sequenzen für befüllte/leere Spulen, eine Entmagnetisierspule mit einem Füllgrad von 0 bis nahezu 100% unter weitgehend konstanten Prozessbedingungen betrieben werden. Der Magnetfluss der Entmagnetisierspule wird dadurch bestmöglich ausgenutzt. Die Entmagnetisierspule kann das Material eng umschliessen und in den Dimensionen verhältnismässig klein gehalten werden. Dadurch ergibt sich eine in Bezug auf Energieeffizienz optimale Entmagnetisierung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines störsicheren und nahezu wartungsfreien Verfahrens zur Entmagnetisierung.
Ein Verfahren, welches die oben beschriebenen Aufgaben löst, besitzt die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor, deren Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt die Strom/Frequenz-Charakteristik, sowie die Impedanz/Frequenz-Charakteristik eines Serieschwingkreises gemäss dem Stand der Technik, während
2 eine schematische Schaltung eines Serieschwingkreises für das erfindungsgemässe Verfahren darstellt.
3 verdeutlicht die Position des Arbeitsbereiches in der Strom/Frequenz-Kurve eines Serieschwingkreises mit leerer Entmagnetisierspule und
4 zeigt erreichbare Wechselstromamplituden in einem von aussen mit einer Speisespannung angeregten Serieschwingkreis, entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren, sowie die Amplitude des Wechselstroms in einem Spulenkreis, in Abhängigkeit vom Füllgrad.
5 zeigt den fliessenden Wechselstrom, die zugehörige Gesamtinduktivitätsänderung, sowie die Variation der Speisespannung als Funktion der Zeit relativ zueinander.
Beschreibung
Das hier vorgestellte Entmagnetisierverfahren nutzt das magnetische Wechselfeld einer stromdurchflossenen Entmagnetisierspule 2 mit einer Leerinduktivität L0 aus, welche Teil eines Serieschwingkreises 1 ist und in Reihe mit mindestens einem ersten Kondensator 4 mit einer Kapazität C geschaltet ist. Die Entmagnetisierspule 2 besteht aus einer Mehrzahl von Windungen, die vorteilhaft möglichst eng gewickelt sind, damit hohe magnetische Feldstärken erreichbar sind und kann je nach Ausführungsform eine zylindrische oder rechteckige Bauform aufweisen. Die Entmagnetisierspule 2 weist einen hohlen Innenraum auf, durch welchen die zu entmagnetisierenden Bauteile in Richtung der Spulenlängsachse hindurchbewegt werden können. In weiteren Ausführungsformen kann die Entmagnetisierspule 2 aus einer Mehrzahl von getrennt gewickelten Entmagnetisierspulen 2 aufgebaut sein, welche miteinander in der Art geschaltet sind, dass die Gesamtzahl der Entmagnetisierspulen 2 ein magnetisches Feld bilden. In diesen Ausführungsformen werden die zu entmagnetisierenden ferromagnetischen Bauteile entsprechend durch die Innenräume der Gesamtzahl der vorhandenen Entmagnetisierspulen 2 geführt.
Der Serieschwingkreis 1 weist bekanntermassen eine Impedanz Z auf, welche sich aus dem ohmschen Widerstand R der Bauteile und Zuleitungen, sowie aus der Gesamtinduktivität L, die sich aus der Leerinduktivität L0 der leeren Entmagnetisierspule 2 und zusätzlichen Induktivitäten bestimmt und der Gesamtkapazität des Serieschwingkreises 1, wobei die Kapazität C des ersten Kondensators 4 und zusätzliche Kapazitäten einen Beitrag liefern, errechnen lässt. Wie üblich ist der gesamte ohmsche Widerstand des Serieschwingkreises 1 symbolisch durch den Widerstand R gekennzeichnet.
Parallel zur Entmagnetisierspule 2 und damit an einen Pol der Entmagnetisierspule 2 und an einen Pol des ersten Kondensators 4 wird eine Spannungsquelle 3 angeklemmt, welche eine konstante Wechselspannung, die Speisespannung U, mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz f liefert. Da für das vorliegende Verfahren keine aktive Regelung benötigt wird, werden keine hohen Anforderungen an die Spannungsquelle 3 gestellt. Die Spannungsquelle 3 muss eine konstante Spitze-Spitze Spannungsamplitude liefern und die Anregungsfrequenz f der Speisespannung muss in einem Frequenzbereich von annähernd 1 Hz bis 100 Hz frei auf einen konstanten Wert einstellbar sein, um die Spannungsquelle 3 für die gewünschten Entmagnetisierprozesse bei Anregungsfrequenzen f von 1 Hz bis zu 100 Hz einzusetzen. Experimente haben optimale Ergebnisse bei Anregungsfrequenzen f von 2 Hz bis 50 Hz geliefert.
Die 1 stellt eine bekannte Strom/Frequenz-Kurve K eines Serieschwingkreises 1 dar, wobei ein fliessender Wechselstrom I je nach Wahl der Anregungsfrequenz f erreicht wird. Deutlich ist die Resonanzfrequenz f_R erkennbar, bei welcher der fliessende Strom I im Serieschwingkreis 1 ein Strommaximum I_R annimmt, da die Impedanz für f = f_R ein Minimum erreicht. Die Resonanzfrequenz f_R ist proportional zum Kehrwert des Produktes aus Leerinduktivität L0 multipliziert mit der Kapazität C. Mit dieser Berechungsvorschrift kann die Resonanzfrequenz f_R bekanntermassen abgeschätzt werden.
Werden Bauteile durch den Innenraum der Entmagnetisierspule 2 geführt, so wird der Innenraum der Entmagnetisierspule 2 bis zu einem gewissen Füllgrad gefüllt, so dass sich die Gesamtinduktivität L, die sich aus der Leerinduktivität L0 der leeren Entmagnetisierspule 2 und einer Zusatzinduktivität L1 der zugeführten Bauteile zusammensetzt, entsprechend erhöht, woraus eine Abnahme der Resonanzfrequenz fR des Serieschwingkreises 1 resultiert, was in einer Verschiebung der Strom/Frequenz-Kurve K sichtbar ist. Da sich die Induktivität L1 der zugeführten Bauteile während der Entmagnetisierung ebenfalls verändert, führt dieser Effekt, zu einer dynamischen Verschiebung der Resonanzfrequenz fR während des Entmagnetisierprozesses.
Während bisher verwendete Entmagnetisiervorrichtungen die Anregungsfrequenz f exakt und kontinuierlich auf die variierende Resonanzfrequenz f_R geregelt haben, um den maximal möglichen Strom, also das Strommaximum I_R durch die Entmagnetisierspule 2 zu erreichen, geht das hier vorgeschriebene Verfahren einen anderen Weg. Die Anregungsfrequenz f wird während des gesamten Entmagnetisiervorganges auf einem konstanten Wert unterhalb der Resonanzfrequenz f_R in einem Arbeitsbereich 5 gehalten.
Das Strommaximum I_R und damit das maximale Magnetfeld kann nicht erreicht werden, solange die Anregungsfrequenz f innerhalb des Arbeitsbereiches 5 liegt. Experimente haben gezeigt, dass der in den bisher benutzten Entmagnetisierverfahren auftretende Maximalstrom I_R nicht zwingend für gute Entmagnetisierergebnisse nötig ist und eine ausreichende Durchsättigung der Bauteile schon bei niedrigeren Magnetfeldstärken erreicht werden.
Bei dem hier vorliegenden Entmagnetisierverfahren wird eine Anregungsfrequenz f für eine gegebene Entmagnetisierspule 2 mit bekannter Leerinduktivität L0 und mindestens einem ersten Kondensator 4 mit bekannter Kapazität C derart eingestellt, dass die Grösse des Produktes aus der Anregungsfrequenz f in Hz multipliziert mit der Leerinduktivität L0 in Henry f·L0 ≥ 0,22 [Hz·H] ist.
Wenn der Serieschwingkreis mit einer Speisespannung U und einer Anregungsfrequenz f, welche innerhalb des Arbeitsbereiches 5 liegt, so dass f·L0 grösser oder gleich 0,22 [Hz·H] ist, von aussen angeregt, dann erreicht die mögliche Wechselstromamplitude I nicht den Maximalstrom I_R, selbst bei Befüllung des Innenraumes der Entmagnetisierspule 2. Die Folge ist ein stabiler Stromfluss durch den Serieschwingkreis 1 in dem Arbeitsbereich 5 der Anregungsfrequenz f aus 3 unterhalb der Resonanzfrequenz f_R im induktiven Bereich der Strom/Frequenz-Kurve aus 1.
Solange eine Anregungsfrequenz f gewählt wurde, welche mit der Leerinduktivität L0 multipliziert ein Produkt f·L0 ≥ 0,22 [Hz·H] ergibt, liegt der Wert der Anregungsfrequenz in dem Arbeitsbereich 5 und damit selbst bei einer Befüllung des Innenraums der Entmagnetisierspule 2 von bis zu 90% immer unterhalb der Resonanzfrequenz f_R, wodurch selbst bei maximal anliegender Speisespannung U der Maximalstrom I_R nicht erreicht wird. Dadurch, dass der Maximalstrom I_R nicht erreicht wird, wird die Spannungsquelle 3 am Serieschwingkreis 1 im optimalen Arbeitspunkt betrieben.
Wenn die Spannungsamplitude an der Spannungsquelle 3 und die Anregungsfrequenz f der Speisespannung U auf einen gewünschten Wert entsprechend dem Produkt f·L ≥ 0,22 [Hz·H] eingestellt wurde, arbeitet die Spannungsquelle 3 im Dauerbetrieb und an den Serieschwingkreis 1 ist eine konstante Wechselspannung angelegt, welche einen alternierenden Wechselstrom I im Serieschwingkreis 1 zur Folge hat, welcher beim Durchgang durch die Entmagnetisierspule 2 ein alternierendes Magnetfeld erzeugt. Bis auf die Abstimmung der Anregungsfrequenz f auf den Arbeitsbereich 5 vor Beginn der Entmagnetisierung ist keine weitere Anpassung des Serieschwingkreises 1 nötig, das bedeutet, dass keine aktive Regelung der Spannungsquelle und keine Veränderung der elektronischen Bauteile nötig ist, wodurch ein störungssicherer und nahezu wartungsfreier Betrieb möglich ist.
Wenn der Serieschwingkreis 1 von aussen mittels der Spannungsquelle 3 angeregt wird, wird der Innenraum der Entmagnetisierspule 2 ständig bis zu einem Füllgrad von etwa 90% gefüllt. Dazu werden zu entmagnetisierende ferromagnetische Bauteile von einer Seite axial in die Entmagnetisierspule 2, oder entsprechen in eine Mehrzahl von Entmagnetisierspulen 2, eingebracht. Nachdem sie den Innenraum gequert haben, verlassen die Bauteile die Entmagnetisierspule 2 wieder. Die Bauteile können beispielsweise auf einer Fördereinrichtung liegend automatisiert einzeln und einmalig, oder mit einer Endlosfördereinrichtung mehrmalig durch den Innenraum der mindestens einen Entmagnetisierspule 2 geführt werden. Auch eine von Hand durchgeführte Zuführung der zu entmagnetisierenden Bauteile ist möglich.
Während des Entmagnetisiervorganges durchdringt das Magnetfeld der Entmagnetisierspule 2 das Bauteil je nach Wandstärke des Bauteils mehr oder weniger stark. Die Elementarmagnete im Inneren des Bauteils werden dabei dem äusseren Magnetfeld entsprechend wechselnd ausgerichtet.
In 4 ist eine Strom/Füllgrad-Kurve für einen Serieschwingkreis 1, welche mit RLC bezeichnet ist aufgeführt, die eine maximal erreichbare Wechselstromamplitude bei einem Füllgrad von etwa 50% zeigt. Dieser Anstieg ist mit der Verschiebung der Resonanzkurve nach links bei Erhöhung der Gesamtinduktivität L erklärbar, wodurch das Niveau des Stromes erhöht wird. Wenn die Anregungsfrequenz f entsprechend f·L ≥ 0,22 [Hz·H] gewählt ist, wird die Resonanz bei Erhöhung des Füllgrades nicht erreicht. Da die Zusatzinduktivität L1 der zugeführten Bauteile durch den Entmagnetisierprozess kontinuierlich verringert wird wandert die Resonanzkurve beziehungsweise die Resonanzfrequenz weiter nach rechts zu höheren Frequenzen.
Im Vergleich zum Serieschwingkreis ist die Strom/Füllgrad-Kurve RL eines Spulenkreises ohne Kondensator im Vergleich in 4 gezeigt. Da die Zunahme der Gesamtinduktivität L durch in den Innenraum der Entmagnetisierspule 2 eingebrachte Bauteile entsprechend der Formel für die Impedanz eines solchen Spulenkreises zu einer starken Zunahme des Widerstandes führt, sinkt die fliessende Wechselstromamplitude schon bei einem Füllgrad von 10% signifikant ab. Diese Messungen sprechen klar für den Einsatz eines Serieschwingkreises 1 mit mindestens einem ersten Kondensator 4, welcher im Bereich eines Füllgrades von 10% bis etwa 50% optimale Entmagnetisierergebnisse liefert.
Aufgrund von ferromagnetischen Eigenschaften besitzen die Bauteile eine Zusatzinduktivität L1, welche die Gesamtinduktivität L erhöht. Während des Dauerbetriebes der Speisespannung U resultiert ein Wechselstrom I, welcher durch die Entmagnetisierspule 2 fliesst, woraus ein Magnetfeld resultiert, welches die Bauteile durchflutet, wodurch die Zusatzinduktivität L1 verringert wird. Je nach Grösse des augenblicklich fliessenden Wechselstromes I kann die Gesamtinduktivität L bei maximaler Durchflutung der ferromagnetischen Bauteile auf die minimal mögliche Leerinduktivität L0 herabgesetzt werden. Dieser periodische Vorgang ist in der 5 für einen kurzen Zeitraum dargestellt, in welchem die Bauteile den Innenraum der Entmagnetisierspule 2 ausfüllen.
Sobald das Bauteil von der Entmagnetisierspule 2 entfernt wird, verringert sich das wirkende Magnetfeld, wodurch der Restmagnetismus des Bauteils gegen Null verringert wird.
Die Bauteile können je nach Ausführungsform in einer Zuführrichtung parallel zur Längsachse einer oder mehrerer gleich ausgerichteter Entmagnetisierspulen 2 geführt werden, wobei die Bauteile durch die Entmagnetisierspulen 2 hindurchgeführt werden. Versuche haben gezeigt, dass auch eine Zuführrichtung der Bauteile, welche mit der Längsachse der mindestens einen Entmagnetisierspule 2 einen von Null verschiedenen Winkel einschliesst, zu guten Entmagnetisierergebnissen führt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die Entmagnetisierspule 2 mit einem ersten Kondensator 4 bestimmter Kapazität C zu einem Serieschwingkreis 1, (gem. 2), ergänzt und dieser mit einer Spannungsquelle 3 von fester Speisespannung U und Anregungsfrequenz f kontinuierlich betrieben. Die zu entmagnetisierenden Teile werden einzeln, gruppenweise oder in einem stetigen Strom mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch die Entmagnetisierspule 2 gefördert. Der Serieschwingkreis 1 ist, (gem. 3), auf die speisende Anregungsfrequenz f derart abgeglichen, dass seine Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz f_R ohne Beschickung um einen bestimmten Betrag höher liegt als die speisende Anregungsfrequenz f.
Mit dieser besonderen Einstellung als Merkmal der Erfindung lässt sich die Schaltung einerseits mit gutem Wirkungsgrad, d. h. einem geringen Überschuss an Scheinleistung, andererseits mit vom Durchsatz an Material unabhängigen Bedingungen für den Entmagnetisierprozess betreiben. Dies beruht auf dem Zusammenwirken der folgenden Effekte. Entsprechend dem Verlauf des Scheinwiderstandes des Serie-Resonanzkreises in der Umgebung des Resonanzpunktes erhöhen sich Spannung U und Strom I der Entmagnetisierspule 2 mit deren Beaufschlagung durch das zu entmagnetisierende Material. Der Grund dafür ist die mit dieser Beaufschlagung zunehmende Gesamtinduktivität L, welche eine Senkung der Eigenfrequenz f_R und damit eine Annäherung des Resonanzpunktes des Serieschwingkreises 1 an die speisende Anregungsfrequenz f bewirkt.
Im Unterschied zur Speisung mit konstanter Spannung, wo der Spulenstrom mit zunehmender Belastung durch das zu entmagnetisierende Material abnimmt, steigen nun Spannung und Strom bei zunehmender Belastung, bis etwa 50% Füllgrad (gem. 4) an. Dieser Anstieg ist einerseits begrenzt durch den Verlauf der Resonanzkurve selbst, andererseits durch die magnetische Sättigung des eingebrachten Materials. Dieser zweite Effekt, der bei starker Füllung der Entmagnetisierspule 2 durch das zu entmagnetisierende Material vorherrschend ist, gewährleistet gleichzeitig einen einwandfreien Entmagnetisierprozess mit einem Minimum an residuellem Magnetismus.
Wird eine Entmagnetisierspule 2 nach dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben und mit ferromagnetischem Material befüllt, so nehmen Wechselstrom I, Induktivität L₀ und Speisespannung U die in (5) dargestellten Formen an. Die Induktivität L₀ entspricht der Induktivität der Luftspule. L₁ entspricht der Induktivitätszunahme infolge des ungesättigten ferromagnetischen Materials.
In allen Fällen, wo die Eindringtiefe des magnetischen Feldes bei einer Anregungsfrequenz f von 50 Hz genügt, kann somit die direkte Speisung der Entmagnetisierspule 2 mit einem ersten Kondensator 4 in Serie erfolgen, sofern dieser auf eine Eigenfrequenz f_R des frei schwingenden Serieschwingkreises 1 bei unbeaufschlagter Entmagnetisierspule 2 abgestimmt ist, die im Bereich 70 Hz liegt.
Experimente haben gezeigt, dass gute Entmagnetisierergebnisse erzielt werden, wenn die Güte Q der Entmagnetisierspule 2, welche durch den Quotienten der Leerinduktivität der leeren Entmagnetisierspule 2 mit der Einheit Henry geteilt durch den ohmschen Widerstand R in der Einheit Ohm des Serieschwingkreises 1 bevorzugterweise in einem Bereich 0,04 < Q < 0,4 [H/Ohm] liegt. Bei Verwendung von Kupfer oder Aluminium als Spulenmaterial der Entmagnetisierspule 2 liegt die Güte Q in einem Bereich von 0,005 bis 0,4 H/Ohm und bevorzugterweise in einem Bereich von 0,005 bis 0,2 H/Ohm.
Zahlenbeispiel
Eine klassische RL-Konfiguration bestehend aus einer Spule und parallel geschaltener Wechselspannungsquelle: Induktivität der Spule ist L₀ = 44 mH, ohmscher Widerstand 0.7 Ohm, Betriebsspannung 130 VAC (Effektivwert) und Betriebsfrequenz 25 Hz. In unbeladenem Zustand fliesst durch die Spule ein Strom von 18.7 A und erzeugt ein entsprechendes Magnetfeld.
Bei Befüllung mit ferromagnetischem Material zu ~ 7.5% Füllgrad sinkt der Strom und das korrespondierende Magnetfeld auf 11.15 A (Effektivwert).
Bei Befüllung mit ferromagnetischem Material zu ~ 82% Füllgrad sinkt der Strom und das korrespondierende Magnetfeld auf 3.9 A (Effektivwert).
Wenn gemäss vorliegender Erfindung ein seriell zur Spule geschaltener Kondensator 4 mit C = 330 uF eingesetzt wird, ergeben sich folgende Werte: Bei unbeladener Spule von L₀ = 44 mH und 0.7 Ohm und einer Betriebsspannung von 232 VAC (Effektivwert). und 25 Hz fliessen 18.7 A (Effektivwert).
Bei Befüllung mit ferromagnetischem Material zu ~ 7.5% Füllgrad, steigt der Strom und das korrespondierende Magnetfeld auf 21.9 A (Effektivwert).
Bei Befüllung mit ferromagnetischem Material zu ~ 82% Füllgrad, sinkt der Strom und das korrespondierende Magnetfeld auf 16.1 A (Effektivwert).

1: Serieschwingkreis
Z: Impedanz des Schwingkreises
f_R: Resonanzfrequenz
R: ohmscher Widerstand
I_R: Strommaximum, Maximalstrom
2: Entmagnetisierspule
L0: Leerinduktivität der leeren Entmagnetisierspule
L1: Zusatzinduktivität der zugeführten Bauteile
L: Gesamtinduktivität (L = L0 + L1)
K: Strom/Frequenz-Kurve
3: Spannungsquelle
f: Anregungsfrequenz der Speisespannung
I: Wechselstrom
U: Speisespannung
4: rster Kondensator
C: Kapazität
5: Arbeitsbereich
RLC: Strom/Füllgrad-Kurve für einen Serieschwingkreis 1
RL: Strom/Füllgrad-Kurve eines von aussen angeregten Spulenkreises

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 05027030 [0009]
- DE 3005927 [0010]

Claims

Verfahren zum Entmagnetisieren von ferromagnetischen Bauteilen in einem magnetischen Wechselfeld eines von aussen angeregten elektrischen Serieschwingkreises (1) mit einer zugehörigen Resonanzfrequenz (f_R), bestehend aus mindestens einer Entmagnetisierspule (2) mit einer Leerinduktivität (L0), welche in Reihe mit mindestens einem ersten Kondensator (4) mit einer zugehörigen Kapazität (C) und parallel zu einer Spannungsquelle (3) geschaltet ist, wobei eine Speisespannung (U) mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) und fester Spannungsamplitude anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Anregungsfrequenz (f) derart festgelegt wird, dass das Produkt aus der Anregungsfrequenz (f) in Hz multipliziert mit der Leerinduktivität (L0) in Henry f·L0≥ 0,22 Hz·H ist, wodurch die Anregungsfrequenz (f) unterhalb der Resonanzfrequenz (f_R) in einem Arbeitsbereich (5) begrenzt wird, bevor b) die Spannungsquelle (3) mit einer konstanten Spannungsamplitude und der festgelegten Anregungsfrequenz (f) in Betrieb genommen wird und c) die zu entmagnetisierenden Bauteile in einem kontinuierlichen Betrieb durch die Entmagnetisierspule (2) bewegt werden, wobei die Bauteile in einem definierten Füllgradbereich im Inneren der Entmagnetisierspule (2) liegen müssen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Güte Q der Entmagnetisierspule (2) mit Q = L0/R [H/Ohm] bevorzugterweise zwischen 0.04 < Q < 0.4 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile jeweils in Richtung parallel zur Längsachse der Entmagnetisierspule (2) in die Entmagnetisierspule (2) hinein und heraus bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführrichtung der Bauteile mit der Längsachse der Entmagnetisierspule (2) einen von Null verschiedenen Winkel einschliesst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenz (f) der Speisespannung (U) in einem Frequenzbereich von 1 Hz bis 100 Hz liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenz (f) der Speisespannung (U) bevorzugterweise in einem Frequenzbereich von 2 Hz bis 50 Hz liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad grösser als 10% ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad bevorzugterweise annähernd gleich 50% ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Festlegung der Anregungsfrequenz (f) im Dauerbetrieb betrieben wird, wobei die Speisespannung (U) ohne Regelung und Manipulation konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu entmagnetisierenden Bauteile mittels einer Fördereinrichtung automatisiert einzeln und einmalig, oder mit einer Endlosfördereinrichtung mehrmalig durch den Innenraum der mindestens einen Entmagnetisierspule (2) geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu entmagnetisierenden Bauteile von Hand durch den Innenraum der mindestens einen Entmagnetisierspule (2) durchgeführt werden.