Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht.

Ein Impulsdraht im Sinne der vorliegenden Erfindung wird auch als Wieganddraht bezeichnet, ist magnetisch bistabil und weist im Allgemeinen einen hartmagnetischen Mantel sowie einen weichmagnetischen Kern auf. Unter Einwirkung eines externen Magnetfelds invertiert sich eine Magnetisierungsrichtung des Impulsdrahts schlagartig, wodurch in einer den Impulsdraht radial umschließenden Drahtwicklung ein kurzer Spannungspuls erzeugt werden kann, der über die beiden Enden der Drahtwicklung abgegriffen werden kann. Dieser Effekt wird als Wiegand- Effekt bezeichnet und ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt.

Aus der DE 10 2017 002 939 B3 ist eine Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht bekannt, wobei der Draht nacheinander durch mehrere Spannfutter geführt. Die Anordnung ist derart ausgebildet, dass der Draht durch die Spannfutter zuerst in eine erste Richtung tordiert wird und anschließend in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung tordiert wird. Die offenbarte Anordnung erlaubt jedoch keine kontinuierliche Durchführung des Drahts, da der Draht zum Tordieren in den Spannfuttern eingeklemmt werden muss. Die Anordnung ermöglicht daher nur einen relativ geringen Drahtdurchsatz. Ferner wird der Draht im Bereich der Klemmung durch die Spannfutter einerseits nicht tordiert und andererseits relativ stark beschädigt, sodass diese Bereiche des Drahts nicht genutzt werden können. Die Anordnung schafft daher nur eine verhältnismäßig geringe Ausbeute an nutzbarem Impulsdraht aus einer vorgegebenen Drahtmenge.

Aus der DE 28 19 305 Al ist eine weitere Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht bekannt, wobei der Draht nacheinander in eine erste Richtung und in eine entgegengesetzte zweite Richtung tordiert wird. Auch diese Anordnung ermöglicht jedoch keine kontinuierliche Durchführung des Drahts und somit nur einen relativ geringen Drahtdurchsatz. Ferner kann auch bei dieser Anordnung auf Grund von untordierten und beschädigten Haltebereichen nur eine verhältnismäßige geringe Ausbeute an nutzbarem Impulsdraht erzielt werden.

Es stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, eine Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht mit einem relativ hohen Durchsatz und mit einer relativ hohen Ausbeute von als Impulsdraht nutzbarem Drahtanteil zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht umfasst mindestens zwei Umlenkrollen. Unter einer Umlenkrolle ist im vorliegenden Zusammenhang ein Körper zu verstehen, der mindestens abschnittsweise kreiszylinderförmig ausgebildet ist, wobei eine Zylinderachse des kreiszylinderförmigen Abschnitts die Drehachse des Körpers bildet. Unter einer Umlenkrolle ist im vorliegenden Zusammenhang also neben einer Umlenkrolle im klassischen Sinne insbesondere auch eine Walze zu verstehen. Die Umlenkrollen sind vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet, weisen also vorzugsweise eine axiale Ausdehnung auf, die deutlich geringer ist als ein Durchmesser ihres kreiszylinderförmigen Abschnitts. Die Umlenkrollen weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 10 mm bis 30 mm auf. Die Umlenkrollen umfassen vorzugsweise eine Drahtführungsvorrichtung, die auf einer Mantelfläche des kreiszylinderförmigen Abschnitts ausgebildet ist, und sich entlang des gesamten Umfangs der Umlenkrolle erstreckt. Die Drahtführungsvorrichtung kann beispielsweise durch eine auf der Mantelfläche ausgebildete Rille gebildet sein oder durch zwei parallele Stege gebildet sein, die in radialer Richtung von der Mantelfläche hervorstehen und in Umfangsrichtung der Umlenkrolle verlaufen.

Die Umlenkrollen weisen eine feststehende Drehachse auf, also eine Drehachse, deren räumliche Ausrichtung unveränderlich ist. Dies bedeutet einerseits, dass eine Position der Umlenkrollen bezogen auf eine senkrecht zu ihrer Zylinderachse stehende Transversalebene festgelegt ist, und andererseits, dass die räumliche Ausrichtung der Transversalebene der Umlenkrollen festgelegt ist, also insbesondere, dass die Umlenkrollen um keine andere Achse als ihre Drehachse drehbar oder kippbar sind. Vorzugsweise sind die Umlenkrollen derart angeordnet, dass auch ihre Position in axialer Richtung, also parallel zu ihrer Zylinderachse, festgelegt ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht ist eingerichtet, den Draht nacheinander über die mindestens zwei Umlenkrollen zu führen. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Anordnung derart eingerichtet, dass der Draht zwischen den einzelnen Umlenkrollen mit einer entlang einer Längsachse des Drahts wirkenden Zugspannung beaufschlagt ist. In jedem Fall ist die erfindungsgemäße Anordnung eingerichtet, den Draht derart über die einzelnen Umlenkrollen zu führen, dass der Draht durch zwei aufeinanderfolgende Umlenkrollen jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen umgelenkt wird. Wird der Draht durch eine Umlenkrolle im Uhrzeigersinn umgelenkt, dann wird er durch die im Drahtverlauf unmittelbar nachfolgende Umlenkrolle gegen den Uhrzeigersinn umgelenkt. Wird der Draht durch eine Umlenkrolle gegen den Uhrzeigersinn umgelenkt, dann wird er durch die im Drahtverlauf unmittelbar nachfolgende Umlenkrolle im Uhrzeigersinn umgelenkt. Der Draht wird also durch die Umlenkrollen der erfindungsgemäßen Anordnung abwechseln „hin und her" gebogen.

Durch das abwechselnde hin-und-her-Biegen wird in einem Randbereiche des Drahts eine wechselnden Zug-Druck-Belastung erzeugt, wohingegen ein Kern des Drahts weitestgehend unbelastet bleibt. Hierdurch wird eine interne Verspannung des Drahts sowohl in radialer als auch in axialer Drahtrichtung erzeugt, wodurch in dem Draht hartmagnetische Bereiche und weichmagnetische Bereiche ausgebildet werden, was wiederum die magnetische-bistabilen Eigenschaften bewirkt und somit aus dem den Draht einen magnetisch bistabilen Impulsdraht macht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der Draht im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge homogen bearbeitet, sodass im Wesentlichen die gesamte Länge des durch die Anordnung verarbeiteten Drahts als Impulsdraht verwendbar ist. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung an keiner Stelle ein Festhalten oder Klemmen des Drahts erforderlich, sodass der Draht kontinuierlich und ohne Beschädigungen der Drahtoberfläche durch die Anordnung geführt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht also die Herstellung von magnetisch bistabilem Impulsdraht mit einer relativ hohen Ausbeute von als Impulsdraht nutzbarem Drahtanteil und mit einem relativ hohen Durchsatz.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anordnung mindestens drei Umlenkrollen, die derart angeordnet sind, dass sich Orthogonalprojektionen auf eine erste Ebene von mindestens zwei der Umlenkrollen überlappen, und dass sich Orthogonalprojektionen auf eine senkrecht zu der ersten Ebene stehende zweite Ebene von mindestens zwei der Umlenkrollen überlappen. Dies bedeutet, dass mindestens zwei der Umlenkrollen in einer senkrecht auf der ersten Ebene stehende Richtung nebeneinanderliegend angeordnet sind, und dass mindestens zwei der Umlenkrollen in einer senkrecht auf der zweiten Ebene stehende Richtung nebeneinanderliegend angeordnet sind. Die Umlenkrollen können beispielsweise derart angeordnet sein, dass mindestens zwei der Umlenkrollen in einer horizontalen Richtung nebeneinanderliegend angeordnet sind, und dass mindestens zwei der Umlenkrollen in einer vertikalen Richtung übereinanderliegend angeordnet sind. Grundsätzlich können die beiden zueinander senkrechten Ebenen beziehungsweise die beiden zueinander senkrechten Richtungen jedoch beliebig im dreidimensionalen Raum orientiert sein. Dadurch, dass die Rollen in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen nebeneinanderliegend angeordnet sind, ist für die Umlenkrollen nur ein relativ geringer Bauraum erforderlich. Dies schafft eine besonders kompakte Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anordnung eine gerade Anzahl von Umlenkrollen, sodass der Draht durch die Umlenkrollen gleich oft in die erste Umfangsrichtung und in die entgegengesetzte zweite Umfangsrichtung verbogen wird. Dies ermöglicht eine zuverlässige und effiziente Herstellung des Impulsdrahts.

Die Stärke der durch die Umlenkrolle im Draht erzeugte Druck- beziehungsweise Zugbelastung ist direkt proportional zum Rollendurchmesser der jeweiligen Umlenkrolle. Die Umlenkrollen weisen daher vorzugsweise unterschiedliche Rollendurchmesser auf, um eine gezielte Abfolge von unterschiedlichen Zug-Druck-Belastungen im Draht erzeugen zu können. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige und effiziente Herstellung des Impulsdrahts.

Besonders bevorzugt sind die Umlenkrollen derart ausgebildet, dass jede Umlenkrolle einen Rollendurchmesser aufweist, der größer oder gleichgroß ist wie der Rollendurchmesser der jeweils im Drahtverlauf nachfolgenden Umlenkrolle, sodass die durch die jeweilige Umlenkrolle im Draht erzeugte Druck- beziehungsweise Zugbelastung beim Durchlaufen der Anordnung immer weiter ansteigt. Durch das kontinuierlich Erhöhen der Belastung ist es möglich, ein finales Belastungsniveau zu erreichen, welches zu Beginn ein Reißen des Drahts verursacht hätte. Das hohe finale Belastungsniveau ermöglicht wiederum das Erzeugen besonders ausgeprägter Verspannungen im Draht und somit die Herstellung von Impulsdraht mit besonders ausgeprägten magnetisch-bistabilen Eigenschaften.

Vorzugsweise sind die Umlenkrollen derart angeordnet, dass die Drehachsen von mindestens zwei der Umlenkrollen in einem Winkel zueinander verlaufen. Beispielsweise können die Umlenkrollen auf verschiedenen Seiten einer, beispielsweise rechteckigen, Umlenkrollenhaltevorrichtung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung der Umlenkrollen und somit eine besonders kompakte Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anordnung eine Umlenkrollenhaltevorrichtung mit einer Vielzahl von Umlenkrollenbefestigungselementen, die derart ausgebildet sind, dass die Umlenkrollen über die Vielzahl von Umlenkrollenbefestigungselementen an verschiedenen Positionen der Umlenkrollenhaltevorrichtung befestigbar sind. Die Umlenkrollenbefestigungselemente können beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein, in die ein entsprechender Lagerzapfen der Umlenkrollen eingesteckt werden kann, oder können als hervorstehende Lagerzapfen ausgebildet sein, die in ein entsprechendes Drehlager einer Umlenkrolle eingesteckt werden können. Die Umlenkrollenbefestigungselemente sind im Wesentlichen identisch ausgebildet, sodass eine entsprechend ausgebildete Umlenkrolle an jeder der Umlenkrollenbefestigungselemente befestigt werden kann. Die Umlenkrollenhaltevorrichtung mit der Vielzahl von Umlenkrollenbefestigungselementen ermöglicht einerseits eine relative variable Positionierung der Umlenkrollen zueinander und andererseits einen einfachen Austausch der Umlenkrollen, beispielsweise zur Verwendung von Umlenkrollen mit unterschiedlichen Durchmessern. Dies erlaubt auf einfache Weise eine relativ variable Anpassung der im Draht durch die Umlenkrollen jeweils erzeugten Belastung und ermöglicht somit beispielsweise eine relativ einfache Anpassung der Anordnung an verschiedene Drahttypen. Dies schafft eine besonders vielseitig einsetzbare Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Draht derart über zwei Umlenkrollen geführt wird, dass der Draht durch die zwei Umlenkrollen abwechselnd in entgegengesetzte Umfangsrichtungen umgelenkt und dabei nicht tordiert wird. Durch das abwechselnde hin-und-her-Biegen werden, wie oben bereits beschrieben, interne Verspannung im Draht erzeugt, was wiederum die magnetische-bistabilen Eigenschaften bewirkt und somit aus dem den Draht einen magnetisch bistabilen Impulsdraht macht.

Da der Draht hierbei im Wesentlichen entlang seiner gesamten Länge homogen bearbeitet wird und an keiner Stelle festgehalten oder eingeklemmt wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von magnetisch bistabilem Impulsdraht mit einer relativ hohen Ausbeute von als Impulsdraht nutzbarem Drahtanteil und mit einem relativ hohen Durchsatz.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht sowie ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Seite einer Umlenkrollenhaltevorrichtung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht, auf der mehrere Umlenkrollen angeordnet sind, und

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Seite der Umlenkrollenhaltevorrichtung aus Figur 1, auf der ebenfalls mehrere Umlenkrollen angeordnet sind.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei nebeneinanderliegende Seiten einer Anordnung 10 zur Herstellung eines magnetisch bistabilen Impulsdrahts aus einem Draht 12. Die Anordnung 10 umfasst eine feststehende Umlenkrollenhaltevorrichtung 14 mit einer ersten Umlenkrollenhaltefläche 16 und einer zweiten Umlenkrollenhaltefläche 18, die jeweils im Wesentlichen planar sind. Die beiden Umlenkrollenhalteflächen 16,18 sind senkrecht zueinander angeordnet.

Auf jeder der beiden Umlenkrollenhalteflächen 16,18 sind achtzehn Umlenkrollenbefestigungselemente 20 angeordnet, an denen jeweils eine Umlenkrolle befestigbar ist. Die Umlenkrollenbefestigungselemente 20 können beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein, in die ein Lagerzapfen einer Umlenkrolle eingesteckt werden kann. Die Umlenkrollenbefestigungselemente 20 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet und in einer 6x3-Matrix mit gleichem Zeilen- und Spaltenabstand auf der jeweiligen Umlenkrollenhaltefläche 16,18 positioniert.

Die Anordnung 10 umfasst acht Umlenkrollen 22a-22h die jeweils derart an einem der Umlenkrollenbefestigungselemente 20 befestigt sind, dass sie um eine feststehende Drehachse 24 drehbar sind. Die Umlenkrollen 22a-22d sind auf der ersten Umlenkrollenhaltefläche 16 angeordnet, und die Umlenkrollen 22e-22h sind auf der zweiten Umlenkrollenhaltefläche 18 angeordnet. Die Drehachsen 24 der Umlenkrollen 22a-22d verlaufen also senkrecht zu den Drehachsen 24 der Umlenkrollen 22e-22h.

Die Umlenkrolle 22b weist einen Rollendurchmesser 25b auf, der kleiner ist als ein Rollendurchmesser 25a der Umlenkrolle 22a. Die Umlenkrolle 22c weist einen Rollendurchmesser 25c auf, der kleiner ist als der Rollendurchmesser 25b der Umlenkrolle 22b. Die Umlenkrolle 22d weist einen Rollendurchmesser 25d auf, der kleiner ist als der Rollendurchmesser 25c der Umlenkrolle 22c. Die Umlenkrolle 22e weist einen Rollendurchmesser 25e auf, der gleichgroß ist wie der Rollendurchmesser 25d der Umlenkrolle 22d. Die Umlenkrolle 22f weist einen Rollendurchmesser 25f auf, der kleiner ist als der Rollendurchmesser 25e der Umlenkrolle 22e. Die Umlenkrolle 22g weist einen Rollendurchmesser 25g auf, der kleiner ist als der Rollendurchmesser 25f der Umlenkrolle 22f. Die Umlenkrolle 22h weist einen Rollendurchmesser 25h auf, der kleiner ist als der Rollendurchmesser 25g der Umlenkrolle 22g.

Die Umlenkrollen 22a-22d sind derart auf der ersten Umlenkrollenhaltefläche 16 angeordnet, dass sich Orthogonalprojektionen 26 auf eine horizontale Ebene 28 von mindestens zwei der Umlenkrollen 22a-22d überlappen, und dass sich Orthogonalprojektionen 30 auf eine vertikale Ebene 32 von mindesten zwei der Umlenkrollen 22a-22d überlappen. Im Speziellen überlappen sich bezogen auf die horizontale Ebene 28 die Orthogonalprojektion 26a-26d aller vier Umlenkrollen 22a-22d, und überlappen sich bezogen auf die vertikale Ebene 32 die Orthogonalprojektion 30a, 30d der beiden Umlenkrollen 22a, 22d sowie die Orthogonalprojektion 30c, 30d der beiden Umlenkrollen 22c, 22d.

Die Anordnung 10 ist eingerichtet, den Draht 12 nacheinander über alle acht Umlenkrollen 22a-22h zu führen. Im Speziellen ist die Anordnung 10 eingerichtet, den Draht 12 in einer ersten Umfangsrichtung 34 (hier: gegen den Uhrzeigersinn) um die erste Umlenkrolle 22a zu führen, den Draht 12 in einer der ersten Umfangsrichtung 34 entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung 36 (hier: im Uhrzeigersinn) um die zweite Umlenkrolle 22b zu führen, den Draht 12 in der ersten Umfangsrichtung 34 um die dritte Umlenkrolle 22c zu führen, den Draht 12 in der zweiten Umfangsrichtung 36 um die vierte Umlenkrolle 22d zu führen, den Draht 12 in der ersten Umfangsrichtung 34 um die fünfte Umlenkrolle 22e zu führen, den Draht 12 in der zweiten Umfangsrichtung 36 um die sechste Umlenkrolle 22f zu führen, den Draht 12 in der ersten Umfangsrichtung 34 um die siebte Umlenkrolle 22g zu führen, und den Draht 12 in der zweiten Umfangsrichtung 36 um die achte Umlenkrolle 22h zu führen.

Die Anordnung 10 ist also derart eingerichtet, dass der Draht 12 beim Durchlaufen der Anordnung 10 durch zwei aufeinanderfolgende Umlenkrollen 22a-22h jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 34,36 umgelenkt wird. Der Draht 12 wird folglich beim Durchlaufen der Anordnung 10 abwechselnd gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn gebogen, also kontinuierlich „hin und her" gebogen und dadurch in einem radialen Randbereich plastisch verformt, wobei der Draht 12 auf Grund der feststehenden Drehachsen 24 der Umlenkrollen 22a-22h nicht signifikant tordiert wird.

Bezugszeichenliste

10 Anordnung

12 Draht 14 Umlenkrollenhaltevorrichtung

16 erste Umlenkrollenhaltefläche

18 zweite Umlenkrollenhaltefläche

20 Umlenkrollenbefestigungselemente

22 Umlenkrollen 24 Drehachsen

25 Rollendurchmesser

26 Orthogonalprojektionen

28 horizontale Ebene

30 Orthogonalprojektionen 32 vertikale Ebene

34 erste Umfangsrichtung

36 zweite Umfangsrichtung