Gegarandeerde maximale veiligheid

Elektro-permanente hefmagneten

We realiseren het ons zeker niet dagelijks, maar zonder magnetisme zou onze wereld er totaal anders uit zien. Zeker binnen ons vakgebied is magnetisme de basis waarop alles rust. Zonder magnetisme geen elektriciteit en dus ook geen elektronica en elektrotechniek. Magneten zijn dus onontbeerlijk, maar soms zouden we willen dat ze meer te sturen zijn. Permanente magneten zijn statisch en star en elektromagneten bieden veel flexibiliteit, maar vreten energie. Voor veel toepassingen zou het handig zijn als er magneten zijn die de voordelen van beide in zich hebben. We hebben het dan over Elektro-permanente magneten.

Voor het verplaatsen van ijzeren voorwerpen zijn magneten heel handig. Het meest bekende voorbeeld is de elektromagneet waarmee de schroothandelaar werkt om oud ijzer te laden en te lossen. Minder bekend is de toepassing van magnetische transportbanden die o.a. gebruikt worden in de fabriek van een bekend batterijmerk. De ijzeren hulzen en de complete batterijen worden hiermee zowel in horizontale als in verticale richting van productiemachine naar productiemachine getransporteerd.
In beide gevallen worden producten van ferromagnetische materialen met magnetisme vastgehouden, hetgeen in vele gevallen grote voordelen heeft ten opzichte van grijpers. Materiaal wordt minder snel beschadigd omdat een magneet immers niets fijn kunnen knijpen. Daar staat tegenover dat met name het loslaten van het product met een magneet lastiger is. Bij het gebruik van een permanente magneet moet de last veelal letterlijk losgescheurd worden en bij een elektromagneet moet voorkomen worden dat door bijvoorbeeld het uitvallen van de netspanning de last losgelaten wordt als dat niet gewenst is. Speciale voorzieningen moeten dan ook getroffen worden om te zorgen dat het hefsysteem te allen tijde veilig is. Daarbij maakt het niet uit of het om een geheel handbediend takelsysteem van een scheepswerf gaat of een compleet robotsysteem in een geautomatiseerde productielijn. Met name in deze laatste toepassing zien we dan ook dat er vanwege de veiligheid gekozen wordt voor grijpers en niet voor magnetische systemen. Toch is dat niet nodig, want met het juiste magneetsysteem, kan het ook veilig.

Aan en uit
De ideale oplossing voor heel veel applicaties is de permanente magneet die we aan of uit kunnen schakelen. Dit lijkt echter een onderdeel dat niet kan bestaan, maar de werkelijkheid is anders. Door slim gebruik te maken van een combinatie van sterke permanente magneten (magnetisch hard materiaal) en elektrisch te polariseren magnetisch zachte materialen kunnen we permanente magneten maken die aan en uit te zetten zijn.
De werking van een dergelijke magneet is vrij gemakkelijk uit te leggen. Wanneer we twee staafmagneten naast elkaar houden met beide dezelfde polarisatierichting, dan versterken de beide velden elkaar en is het totaalveld twee maal zo groot. Draaien we één van de magneten om, dan werken de velden elkaar tegen en verdwijnt het uitwendige veld. De totale magneet, is dan niet meer in staat om ferromagnetische materialen aan te trekken.
Gebruiken we dit principe, maar vervangen we één van de twee magneten door een elektromagneet, dan hebben we een magneetsysteem gemaakt dat uit te schakelen is. De elektromagneet wordt dan gebruikt om tijdelijk het veld van de permanente magneet op te heffen zodat het op te tillen voorwerp losgelaten wordt.
Een dergelijke simpele elektro-permanente magneet is vrij simpel te maken van een standaard elektromagneet waarmee een branddeur open gehouden wordt. Door de kern van deze magneet deels weg te frezen en in de vrij gekomen ruimte een ronde neodymiummagneet te monteren, hebben we een dergelijke magneet gemaakt. Nadeel van deze magneet is dat hij altijd magnetisch is, behalve als de elektromagneet aangestuurd wordt. Daarbij moet de stroom door de elektromagneet goed geregeld worden, want is de stroom te groot, dan komen we in een situatie terecht dat het veld van de elektromagneet groter is dan van de permanente magneet en wordt het materiaal weer aangetrokken. Voor pick and place toepassingen kunnen beide nadelen lastig zijn. Daar staat tegenover dat bij een goed ingesteld systeem de reactiesnelheid hoog is.
Het kan ook anders, want als we voor de kern van de elektromagneet magnetisch zacht materiaal gebruiken dat gemakkelijk te magnetiseren is, dan kunnen we dit materiaal gemakkelijk ompolen om zo de gewenste veldrichting voor aantrekken en loslaten te krijgen (afbeelding 1). Er zijn zelfs elektro-permanente-magneten die geheel zijn opgebouwd met magnetisch zacht materiaal en geen permanente magneten bevatten. Deze hebben als nadeel dat het demagnetiseren tijd kost waardoor ze niet echt snel zijn.

Veilig
Gesteld mag worden dat elektro-permanente magneten doorslaggevende voordelen hebben. De belangrijkste is dat een korte stroompuls voldoende is om de magnetische kracht permanent te activeren. De last blijft voor onbepaalde tijd verankerd aan het hefmagneetsysteem met een constante kracht. Na activering is er geen verdere stroom nodig, alleen voor deactivering. Dit maakt het systeem uiterst efficiënt en veilig. Bij een plotselinge stroomuitval is er geen permanente voeding of bufferbatterij vereist.
Dat dit veilig kan, bewijst het elektro-permanent hefmagneetsystemen Tretel van S.P.D. Magnetic Solutions (afbeelding 2), een bedrijf dat een onderdeel vormt van het Schunk-concern. Dit systeem is speciaal ontworpen om op een uiterst veilige manier grote platen ijzer en staal te verplaatsen. Het plaatmetaal wordt via het hefmagneetsysteem opgetild zonder dat er vervorming of schade ontstaat. De operator kan daarbij de diepte van het magneetveld nauwkeurig instellen. Hierdoor kan hij één plaat van een stapel afpakken, zonder de rest van de stapel op te tillen. Ook blijft er geen restmagnetisme achter.
Het Tretel-systeem is leverbaar in talloze uitvoeringen met een maximaal draagvermogen tot 27.000 kg. Toepassingsspecifieke oplossingen zijn ook mogelijk. Het hefmagneetsysteem is geschikt voor het heffen van zowel vlakke als ronde lasten.
De overdracht wordt dus veilig en soepel uitgevoerd, waardoor zowel de handling als de op- en overslagtijd wordt gereduceerd. De optionele telescopische balk heeft uitschuifbare armen die worden bediend door een hydraulische pomp en biedt de mogelijkheid om de te magnetiseren modules te selecteren op basis van de grootte van de belasting. Dankzij de standaard meegeleverde afstandsbediening kan één operator alle handelingen uitvoeren terwijl hij op veilige afstand van de lading blijft.

Groot en klein
Alleen al het feit dat je probleemloos lasten van 27 ton kunt optillen met een elektro-permanente magneet, laat zien dat deze technologie dus absoluut veilig is, zelfs in het geval van stroomuitval, zonder dat daarvoor een back-upbatterijsysteem nodig is. De last blijft onbeperkt verankerd aan de lift zonder enige wijziging van de klemkracht. Dit systeem is bovendien energiebesparend omdat het alleen stroom nodig heeft tijdens de Mag- en Demag-cycli. Nu is het zo dat Schunk met Tretel laat zien dat zware lasten geen probleem zijn, maar het aantal toepassingen voor veel kleinere belastingen is misschien wel veel groter. Robots en zeker ook cobots die in een productielijn staan en kleine voorwerpen van ijzer of staal moeten verplaatsen, kunnen dankbaar gebruik maken van deze techniek (afbeelding 3). Met magnetisme is het namelijk vaak veel gemakkelijker om een voorwerp te pakken dan met een ander grijpersysteem.
Speciaal voor kleine voorwerpen heeft Schunk een groot aantal elektro-permante magneten in vele vormen en uitvoeringen. Hiermee kunnen ze dit soort magneten dus aanbieden van klein tot heel groot.