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Verfahren und Gerät zum Entmagnetisieren ferromagnetischer Werkstoffe.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entaagnetisieren ferromagnetischer
Werkstoffe mit Hilfe eines umpolenden Magnetfeldes abwehmender Feldstärke, das mittels
einer Wechseispannung üblicher Netzfrequenz erzeugt wird, deren Halbwellen mittels
kontaktloser Schaltelemente, z. B.
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Thyristoren, an die Entmagnetisierungsvorrichtung, z.B.
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die Entmagnetisierungsspule, bzw. an den dieser vorgeschalteten Transformator
angeschaltet werden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät für die
automatische Aushebung dieses Verfahrens.
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Die Abnahme der Beldstärke des Magnetfeldes während des Entmagnetisierungsvorganges
erfolgt vorzugsweise nach einer e-Funktion. Sie kann außer durch Herabsetzung der
Amplitude des Magnetfeldes während des Entmagnetisierungsvorganges auch dadurch
verwirklicht werden, daß die zu entmagnetisierenden Werkstücke bei konstant gehaltener
Amplitude des Entmagnetisierungsstromes stetig aus dem Entmagnetisierungsfeld-herausbewegt
werden. Nach diesem zuletzt genannten Verfahren arbeiten die bekannten Geräte für
die kontinuierliche Durch führung der ritmagnetisierung, bei denen das zu entmagnetisierende
Werkstück auf dem Pließband durch das Spulenfeld einer mit konstantem Entmagnetisierungsstrom
gespeisten Entmagne tis ierungsvo rr ic htung hindurc hge führt werden. Bei den
bekannten Geräten für intermittierenden Betrieb, in denen das zu entmagnetisierende
Werkstück zeitweise im Stillstand verbleibt, wird die Amplitude des Entmagnetisierungsstromes
w ahrend des Stillstandes stufenweise über Widerstände oder Regeltransformatoren
und mechanische Kontakte herabgesetzt.
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rtir intermittiernden Betrieb ist es auch bereits bekannt geworden,
zwecks Verkürzung der Entmagnetisierungszeit die Verringerung der Feldstärke des
Entmagnetisierungsfeldes dadurch zu beschleunigen, daß zusätzlich zur Verringerung
des Entmagnetisiexungsstromes noch die Frequenz des Entmagnetisierungsfeldes erhöht
wird. Hierbei wird ausgenutzt, daß die Eindringtiefe des Magnetfeldes mit steigender
Srequenz sinkt.
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Da mechanische Kontakte stets einer Abnutzung-unterworfen sind, besteht
bei den bekannten Geräten, bei denen die Entmagnetisierungsströme über mechanische
Kontakte geleitet werden und die Frequenzerhöhung auf mechanischem Wege erfolgt
(z.B. durch Nockenscheiben oder ähnliche bewegliche Kontakte) eine nicht unbeträchtliche
Unsicherheit hinsichtlich Kontaktgabe und Lebensdauer. Das wirkt sich vor allem
beim Einsatz solcher Geräte im Dauerbetrieb äußerst nachteilig aus. Zudem ist der
Wirkungsgrad dieser Geräte bei erheblichem Materialaufwand schlecht. tberdies haben
mechanische Kontakteinrichtungen besonders beim Schalten hoher Ströme gewisse Schaltzeiten,
was die Entmagnetisierungsfrequenz nach oben hin begrenzt.
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Um diese mit mechanischen Kontakten verbundenen Nachteile zu vermeiden,
hat man bereits Entmagnetisierungsgeräte eingeführt, bei denen die Entmagnetisierungsströme
mittels kontaktloser Schaltelemente, z.B. Thyristoren, geschaltet werden. Bei Geräten,
die für eine Entmagnetisierfrequenz von 50 Hz ausgelegt sind, werden die Thyristoren
zum Beginn des Entmagnetisierungsvorganges jeweils zu einem Zeitpunkt eingeschaltet,
für den sichergestellt ist, daß nahezu die vollen positiven und negativen Halbwellen
der Wechselspannung an der Entmagnetisierspule bzw. den Entmagnetisierkontakten
anliegen. Im Verlauf des Entmagnetisierungsvorganges wird dann der Schaltzeitpunkt
der Thyristoren in
bekannter Weise allmählich so weit verschoben,
daß immer kleinere Anteile der positiven und negativen Spannungshalbwellen an der
Spule bzw. den Kontakten anliegen, bis der Entmagnetisierungsstrom schließlich auf
den Wert 'Null" abgesunken ist. Meist ist zwischen die Schaltanordnung und die Spule
bzw. die Kontakte noch ein Transfornator geschaltet.
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Bei diesen bekannten Geräten wirkt sich jedoch der kurzzeitig nach
dem Einschalten auftretende Einschalt-Stromstoß nachteilig aus, der sich den WEchselstromhalbwellen
als verhältnismäßig hoher GleichStromanteil überlagert. Durch diesen Gleichstromanteil
kännen die Werkstücke kurz nach dem Einschalten des Entmagnetisiergerätes so stark
aufmagnetisiert werden, daß eine anschlieinde einwandfreie Entmagnetisierung nicht
mehr möglich ist, wofür zwei Gründe maßgebend sein können, nämlich erstens der Umstand,
daß die Wechselstromhalbwellen in ihrer Amplitude kleiner sind als die aufmagnetisierende
tberlagerung aus Wechselstromhalbwelle und Gleichstromimpuls, und zweitens die geringe
Eindringtiefe der reinen Wechs elstromhalbwellen.
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Wegen dieser Abhängigkeit der Eindringtiefe des Magnetfeldes von der
Frequenz darf diese einen gewissen Maximalwert nicht übersteigen, wenn auch der
Kern des Werkstückes entmagnetisiert werden soll. Eine Atmagnetisierungsfrequenz
von 50 Hz ist nur bei kleineren Teilen anwendbar, während dickere und
größere
Werkstücke wegen des magnetischen Skineffektes damit nicht mehr einwandNrei entmagnetisiert
werden können.
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Bei Stücken mit größerem Querschnitt muß also mit niederiger Frquenz
gearbeitet werden.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren und
ein Gerät zu schaffen, mit dem, auagehend von einer Wechselspannung üblicher Netzfrequenz,
ohne größeren technischen Aufwand bei Stücken größeren Durchmessers mit niedrigerer
Frequenz entuagnetisiert werden kann, wobei auch auf höhere Frequenzen umgestellt
werden kann, bei dem überdies die Nachteile mechanischer Schaltorgane durch Verwendung
kontaktloser Schaltelemente eliminiert werden können, ohne daß dafür die Gefahr
einer zu starken AuSmagnetisierung der Werkstücke zu Beginn der Qhtmagnetisierung
in Kauf genommen werden müßte und mit dem bei verringertem mechanischen und elektrischen
Aufwand die Entmagnetisierung innerhalb kürzester Zeit und mit vergrößerter Betriebssicherheit
zu bewirken ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch ermöglicht worden, daß von den Halbwellen der den Ennagnetisierungsstrom
erzeugenden Wechselspannung üblicher Netzfrequenz (Speisespannung) nur jede (2n
+ 1) - te Halbwelle (wobei "n" eine positive'ganze Zahl ist) mittels
der
kontaktlosen Schaltelemente an die Entmagnetisierungsvorrichtung zur Erzeugung einer
Halbwelle des Entmagnetisierungsstromes weitergeleitet wird, sodaß der Entmagnetisierungsstrom
zwischen seinen einzelnen aufeinander folgenden Halbwellen jeweils erneut eingeschaltet
wird und dadurch bei jedem Umpolen des Sntmagnetisierungsatromes ein durch das Einschalten
hervorgerufener Gleichstromimpuls sich der erzeugten Wechselstromhalbwelle im Sinne
einer Stromverstärkung überlagert.
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Das Gerät gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Taktgeber-Steuereinheit
zum Steuern der Zündimpulse der kontaktlosen Schaltelemente, welche nur bei jeder
(2n + 1) - ten Halbwelle der Speisewechselspannung ein Ausgangs-Signal abgibt, welches
die Zuleitung eines Zündimpulses zu den kontaktlosen Schaltelementen bewirkt.
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Diese Taktgeber-Steuereinheit besteht im wesentlichen aus einem Zähler,
der jede Halbwelle der Speisewechselspannung zählt, jedoch nur nach jeder (2n +
1) - ten Halbwelle ein Ausgangssignal abgibt.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken ist ein variabler Geber für
die Steuereinheit vorgesehen, mit dem die Zeitkonstante einer Phasenanschnittssteuerung
der Zündimpulse für die kontaktlosen Schaltelemente einstellbar ist.
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Ein weiterer-Erfindungsvorschlag sieht vor, das Gerät mit einem Geber
für das Taktgeber-Steuergerät auszurüsten, mit dem diesen auf einen bestimmten gewünschten
Wert für "n" zwecks Einstellung der Frequenz einstellbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen: Fig. 1:'ein schematisches Blockschaltbild eines Sntmagnetisierungegerätes
gemäß der Erfindung, Fig. 2: Kurvenbilder zur Darstellung des Verlaufes der zur
Erzeugung des Magnetisieriingsstromes verwendeten Wech-und selspannundes damit gemäß
der Erfindung erzeugten Magffl netisierungestromes.
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und Pig. 3 ein Schaltbild eines Taktgebers für ein Gerät gemäß der
Erfindung.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird nachstehend zunächst
das Verfahren gemäß der Erfindung anhand der Fig.
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2 erläutert.
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Die Kurve 1 zeigt den Verlauf einer Wechselspannung üblicher Netzfrequenz
(50 Hz), wie sie bei dem Verfahren und dem Gerät gemäß der Erfindung zur Erzeugung
des Magnetisierungsstromes benutzt wird. Würde man die Halbwellen dieser Wechselspannung
ohne Unterbrechung alle an die Entmagnetisierungsvorrichtung
weiterleiten,
so ergäbe sich ein Entmagnetisierungsstrom, dessen Wechselstromanteil durch die
Kurve 2 wiedergegeben ist. Die auftretende Phasenverschiebung von etwa 900 zwischen
Speisespannung gemäß Kurve 1 und Entmagnetisierungsstrom ergibt sich unter Berücksichtigung
des Umstandes, daß die praktisch vorkommenden Bntmagnetisierungsstromkreise oder
Entmagnetisierungsspulen eine vorwiegend induktive Last darstellen0 Es sei nun angenommen,
daß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein twert für "n'L gewählt
wird, der gleich 1 ist.- Damit wird der Wert (2n + 1) gleich 3, was bedeutet, daß
nur jede dritte Halbwelle der Netzwechselspannung ausgenutzt wird für die Erzeugung
des Entmagnetisierungsstromes, während die dazwischen liegenden Halbwellen der Wechselspannung
nicht ausgenutzt werden. Bei Fig. 2 ist davon ausgegangen worden, daß die erste
positive Halbwelle der Spannung an die Entmagnetisiervorrichtung angeschaltet wird,
daß die nächst folgende negative und die nächst folgende positive Halbwelle ausgeschaltet
werden, die diesen folgende negative Halbwelle erneut angeschaltet wird, wonach
wiederum die beiden folgenden Halbwellen ausgeschaltet werden usw. Es folgen einander
somit positive und negative Entmagnetierungsstrom-Halbwellen in einem zeitlichen
Abstand, der dreimal so groß ist wie der zeitliche Abstand der Halbwellen der erzeugenden
Wechselspannung0 Infolge der Anschaltvorgänge wird sich bei jeder an die Entmagnetisierungsvorrichtung
angeschalteten
WEchselspannungshalbwelle ein Gleichstromimpuls
gemäß den Kurven 3 einstellen, der ja nach Zeitkonstante des Stromkreises und Frequenz
mehr oder weniger schnell nach einer e - Funktion bis auf Null abklingt. Die tberlagerung
der Gleichstromimpulse 3 und der Wechselstromimpulse 2 ergibt C den wirksamen Entmagnetisierungsstrom
gemäß den Kurvenzügen 4, dessen Impulsamplitude um etwa den Faktor 1,6 größer ist
als einer Halbwelle des Wechselstromanteiles des Entmagnetisierungsstromes und dessen
Frequenz um den Faktor 1 (2n+1) gegenüber der Frequenz der erzeugenden Wechselspannung
verkleinert ist, bei dem angenommenen Ausführungsbeispiel also 1/3 der Netzfrequenz,
d.i. 16-2/3 Hz beträgt. Durch die 3 Frequenzverminderung wird die Eindringtiefe
des Entmagnetisierungsfeldes vergrößert, sodaß die Erfindung die En9nagnetisierung
größerer Werkstücke im Vergleich zu den bekannten Verfahren und Geräten ermöglicht.
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Bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Gerät ist
an eine Stromversorgung ii eine Leistungseinheit 12 angeschlossen, die in bekannter
Weise mittels antip parallel geschalteter Thyristoren die einzelnen Wechselstromhalbwellen
schaltet. Diese Wechselstromhalbwellen werden an einen Hochstrom-ransformator 13
oder an eine Entmagnetisierungsspule 15 weitergeleitet. Der DHochstrom"Transformator
13 dient vorzugsweise zur direkten Durchflutung von Werkstücken mit Hilfe der Hochstromkontakte
14.
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Eine Taktgeber-Steuereinheit 16 dient zur Zündung der Thyristoren
in der Leistungseinheit 12 in einem dem Verfahren gemäß der Erfindung entsprechenden
Rhythmus. Der Taktgeber 16 besteht im wesentlichen aus einem Zähler, der mit Zündimpulsen
im RhYthmus der erzeugenden Frequenz gespeist wird, jedoch nur nach jeder (2n +
1) - ten Halbwelle ein Ausgangssignal abgibt, welches bewirkt, daß die Zündimpulse
während einer Halbwelle den Thyristoren zugeleitet werden. Dabei kann für "n" jeder
einer positiven, ganzen Zahl entsprechende Wert gewählt werden, also 1, 2, 3 usw.
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Wird der Zähler so eingestellt, daß er jeweils bis 3 zählt, so wird
nach beispielsweise einer positiven Halbwelle die nächste negative und die nächste
positive Halbwelle des erzeugenden Wechselstromes nicht ausgenutzt, dagegen bei
der dann folgenden negativen Halbwelle der Entmagnetisierungsstrom wieder erneut
eingeschaltet, um die daran anschließende positive und negative Halbwelle wieder
auszusetzen.
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Die nächste Halbwelle, die eingeschaltet wird, ist wiederum eine positive
Halbwelle, wonach sich der geschilderte Zyklus wiederholt.
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Bei Anschluß des Gerätes an eine Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die
wirksame Enimagnetiserungefte ruenz dann nur noch 50/3 Hz = 16 2/3 Hz. Durch diese
Frequenrverminderung weist das Entmagnetisierungsgerät gemäß der Erfindung zusätzlich
zum
Vorteil der Stromerhöhung noch den Vorteil einer größeren Eindringtiefe (geringerer
Skineffekt) auf. Dadureh kann das Gerät für wesentlich größere Werkstücke bzw. Werke
stücke mit größerer Wandstärke eingesetzt werden ana dies mit den bekannten, an
50 Hz- Wechselspannung angeschlossenen Geräten möglich ist.
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Fig. 3 ist ein Schaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform eines
Taktgebers, der nach jedem dritten eingehenden Impuls einen Impuls abgibt und somit
die erzeugende Frequenz drittelt. Der Taktgeber ist mit Thyristoren Ti, T2 und T3
ausgerüstet sowie mit einer Diode Di, Widerständen Ri, R2,o...
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R6, einem Regelwiderstnad R7, Kondensatoren Ci, 2 und a3 und den integrierten
Schaltkreisen IC1, 102.
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Zur Verringerung der während des Entmagnetisierungsvorganges auf das
Werkstück einwirkenden Stärke des umpolenden Magnetfeldes kann das Werkstück entweder
allmählich aus dem Entmagnetisierungsfeld herausbewegt werden, oder im Einflußbereich
des Feldes bleiben, dessen Amplitude in diesem- Fl mit Hilfe einer Phasenanschnittsteuerung
der Thyristoren bis auf Null verringert werden muß. Zur Einstellung der Zeitkonstante
dies er allmählichen Amplituden-Verringerung dient ein Geber 17 (Fig.1), Mittels
eines Gebers 18 der rCaktgeber-Steuere inhei t kann aie Frequenz eingestellt werden.