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Elektromagnetische Maschine, die ein durch Stoss wirkendes hin-und hergehendes
Organ besitzt.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine elektromagnetische Maschine, welche ein durch Stoss wirkendes hin-und hergehendes Organ besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Organ durch den
Anker eines Mehrphasenmotors bewegt wird, dessen Feldgeschwindigkeit während jedes Hubes des
Organs durch Änderung der Frequenz des den Motor speisenden mehrphasigen Stromes derart geändert wird, dass sie zu-oder abnimmt, je nachdem das Organ eine beschleunigte oder eine verzögerte Bewegung ausführen soll.
In dieser Weise wird in jedem Augenblick die Feldgeschwindigkeit der Ankergeschwindigkeit angepasst, und die relative Schlüpfungsgeschwindigkeit innerhalb enger Grenzen gehalten. Dabei ist die Feldgeschwindigkeit bei der Beschleunigung des stossweise arbeitenden Organs vorteilhaft etwas grösser als die Ankergeschwindigkeit (positive Schlüpfung, Motorwirkung) ; bei der Verzögerung dagegen ist die Feldgeschwindigkeit vorteilhaft etwas kleiner als die Ankergeschwindigkeit (negative Schlüpfung,
Bremswirkung).
Vorzugsweise wird man die Amplitude der Spannung an den Masehinenklemmen mit der Frequenz des Mehrphasenstromes verändern, so dass das Verhältnis dieser beiden Grössen konstant bleibt, zum Zwecke konstante Strom-und Feldstärke in der Stossmaschine und somit einen ungefähr konstanten Wirkungsgrad von bedeutender Höhe zu erhalten, unabhängig von der Geschwindigkeit des durch Stoss arbeitenden Organs.
Ist die Stossmaschine nicht zu gross, so kann man die Änderung der Periodenzahl und der Spannung während eines Hubes des Stossorgans durch entsprechende schnelle Änderung der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Teile des Generators oder des Frequenzumformers, welche die Stossmaschine direkt speisen, erzeugen. Bei grösseren Stossmaschinen, welche sehr beträchtliche Energiezufuhr brauchen, fallen diese rotierenden Teile umfangreich und schwer aus, und deren schnelle Beschleunigung und Verzögerung ist schwierig auszuführen.
Es sollen daher für grosse Stossmaschinen andere Einrichtungen angewendet werden, z. B. Einrichtungen mit einem Generator, welcher mit konstanter Geschwindigkeit rotiert und dessen Frequenz durch die Drehgeschwindigkeit einer verhältnismässig kleiner Erregermaschine bestimmt wird.
Auf beiliegender Zeichnung sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen des Erfindunggegenstandes dargestellt.
Die Fig. 1, 2 und 3 beziehen sich auf einen Schmiedehammer grosser Leistung. A ist der elektromagnetische Hammer mit einer dreiphasigen Wicklung a und a'auf jeder Ständerhälfte. Zwischen der Ständerhälfte bewegt sich der kurzgeschlossene Anker J, der mit dem Hammerbär verbunden ist. B ist ein kompensierter dreiphasiger Wechselstromkollektorgenerator mit Fremderregung und mit konstanter Drehgeschwindigkeit. Die Arbeitswicklung auf dem Generator, die den Hauptstrom führt, ist auf dem Stator (bs) sowie auf dem Rotor (b,.) verteilt, wobei beide Teile untereinander über Bürsten und Kollektor so verbunden sind, dass ihre gegenseitigen Wirkungen sich vollständig aufheben.
Es kann daher keine transformatorische Wirkung zwischen der Arbeitswicklung und der auf dem Stator angebrachten Erregerwicklung b'auftreten. In dieser Weise wird die ganze Leistung, die zum Betriebe des Hammers nötig ist, von dem Antriebsmotor C entnommen, und die Leistung im Erregerkreis ist nur ein kleiner Teil
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der Arbeitsleistung. Man kann somit eine kleine synchrone Erregermaschine E verwenden, deren Bewegüngsriehtüng und- Bewegungsgeschwindigkeit sehr leicht geändert werden können.
Die Frequenz des Erregerstromes bestimmt die Frequenz des Hauptstromes des Generators, und die Stärke des Erregerstromes bestimmt die Spannung des Generators. Um die Stärke des Hauptstromes und die Zugkraft auf den Hammer konstant zu halten, soll man die Spannung des Generators proportional seiner Frequenz ändern, wozu die Proportionalität des Stromes und der Frequenz des Erregers E erforderlich ist. Dies ist dadurch erreicht, dass der Erreger E durch eine zweite Gleichstromerregermaschine F erregt wird, die mit E gekuppelt ist. Dabei ist die Spannung der Maschine E proportional mit dem zweiten Grade deren Drehgeschwindigkeit und Frequenz, und der Strom proportional mit der Frequenz. Es ist dabei vorausgesetzt, dass die Maschinen B und B nicht gesättigt sind.
Die Erregermaschinen E und F werden durch den Gleichstrommotor H getrieben, welcher durch den Gleichstromgenerator D nach Leonardschaltung gespeist wird. Der Drehsinn und die Drehgeschwindigkeit des Motors H werden mit Hilfe des Umschalters 1 und des Widerstandes 3 im Erregerkreise der Maschine D gesteuert. Zur schnellen Verzögerung und Anhalten des Motors H dient der Kurzschluss-
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eine kleine Leistung erforderlich ist, fallen die Maschinen S und D auch klein aus.
Zur genaueren Untersuchung der Arbeitsweise des Hammers sind in Fig. 3 die Spannung-und Geschwindigkeitskurven dargestellt. Die verschiedenen Teile der voll ausgezogenen Kurve e stellen die Werte der einer Phase der Hammerwicklung und annähernd die Phasenspannung an den Hammerklemmen dar. Die gestrichelten Geraden E zeigen die Amplituden der EMK im Hammer, die Geraden VI und VII die Bewegungsgeschwindigkeiten des Ankers und des Magnetfeldes, die Geraden-die Feldstärke im Hammer und die Kurven T-die Änderung der Schwingungsdauer des Stromes.
Die Strecke 1--2 der Kurven, (Fig. 3) entspricht dem Arbeitshub des Hammers, wenn der Anker mit Kraft nach unten getrieben wird. Dabei wachsen die Frequenz, die Spannungsamplitude, die Feldgeschwindigkeit und die Ankergesehwindigkeit linear an, bis der Schlag stattfindet (Punkt 2). Diese gleichförmige Beschleunigung wird durch entsprechende Beschleunigung des Motors H erreicht, wozu eine ständige Veränderung der Spannung und somit auch des Erregerstromes der Maschine D erforderlich ist. Dies kann man dadurch erreichen, dass der Hebel des Widerstandes 3 von der Welle des Motors H -angetrieben wird. Gleichförmige Beschleunigung des Motors H kann man auch auf elektrischem Wege erreichen. indem man den Generator D mit zwei Erregerwicklungen versieht, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Dabei ist eine Wicklung für Fremderregung an das Netz und die andere für Selbsterregung an die 1\faschinenldemmen geschaltet. Bei dieser Anordnung kann man durch entsprechende Widerstandeinstellung in beiden Erregerkreisen ein gleichförmiges Anwachsen der Spannung und somit der Drehgeschwindigkeit des Motors H erreichen.
Im Punkte 2 wird der Erregerkreis der Maschine D geöffnet und der Kurzschlusskreis mit ausgeschaltete : n Widerstand 4 gesehlossen, wobei der leichte Motor H und somit auch das sich bewegende Feld im Generator und im Hammer plötzlich anhalten. Gleichzeitig hält auch der Anker an, da er an den zu bearbeitenden Gegenstand anstosst. Beide Geschwindigkeitskurven VI und VII faXen naeh der Nulllinie ab.
Die Strecke 2-3 bezeichnet eine Zwischenzeit. Im Punkte 3 schliesst der Umschalter 1 den Erregerkreis der Gleieisttommasehine, aber in der entgegengesetzten Richtung und mit eingeschaltetem grösseren
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und der Anker fängt seine Rückbewegung nach oben an. Da die Geschwindigkeiten ihr Zeichen wechseln, sind die Geschwindigkeitskurven hier unter der Nullinie aufgetragen.
Im Punkte 4, in der Mitte der Rückbewegung, hört die Beschleunigung des Motors H auf, und seine Bewegung wird verzögert, was der Strecke 4-5 entspricht. Die Verzögerung des Motors kann durch entsprechende Bewegung des Widerstandshebels 3 in entgegengesetzter Richtung bewirkt werden. Sie kann auch auf rein elektrischem Wege erreicht werden, indem man im Punkte 4 den Erregungskreis der Maschine D wieder öffnet und den Kreis G schliesst, doch mit eingeschaltetem Widerstand 4. Durch passende Einstellung der Widerstände 4 und 5 kann man eine bestimmte und konstante Verzögerung des Motors H erreichen.
Auf den Strecken 1-2 und 3-4, wo der Anker beschleunigt wird, zieht das Feld den Anker nach sich hin, und die Feldgesehwindigkeit VII ist immer grösser als die Ankergesehwindigkeit FI. Auf der Strecke 4-5 dagegen wird der Anker durch das Feld gebremst, und die Ankergeschwindigkeit ist grösser als die Feldgeschwindigkeit. Dabei wirkt der Hammer als Generator und elektrische Energie wird dem Netz zurückgegeben.
Die Grösse des Widerstandes 6 im Erregerkreise der Maschine F bestimmt die Stärke des Erregerstromes des Generators B, und somit auch die Feldstärke und die Zugkraft des Hammers.
Alle Steuerbewegungen der Schalter und Widerstandshebel können bei einzelnen Schlägen des Hammers von Hand, und bei dauernder Arbeit von mehreren Schlägen automatisch erzeugt werden.
Dazu wird ein System von Relais gebraucht, die. entweder durch Strom (z. B. in der unteren Lage des
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Ankers, wenn der Hammerstrom durch den Schlag rasch anwächst) oder durch automatische, mit dem Hammeranker verbundene Schalter betätigt werden. An Bequemlichkeit, Sicherheit und Schnelligkeit ist das elektrische Steuern jeder andern Steuermethode freilich überlegen.
Der Generator B kann vom Stator, sowie auch vom Motor durch Schleifringe erregt werden.
Ferner kann man höhere Phasenzahl, sowie auch Ringschaltung anstatt Sternschaltung verwenden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform besitzt das Stossorgan eine geradlinige Bewegung. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist dieses Stossorgan durch einen schwingenden Hebel gebildet, der durch einen Asynchronmotor bewegt wird, welcher selbst einen mehrphasigen Strom variabler Frequenz erhält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetische Maschine, die ein durch Stoss wirkendes hin-und hergehendes Organ besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Organ durch einen Anker (J) eines Mehrphasenmotors bewegt wird, dessen Feldgeschwindigkeit während jedes Hubes des Organs durch Änderung der Frequenz des den Motor speisenden mehrphasigen Stromes derart geändert wird, dass sie zu-oder abnimmt, je nachdem das Organ eine beschleunigte oder eine verzögerte Bewegung ausführen soll.
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