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Zylindrische Wälzmaschine
Zylindrische Wälzmaschinen wurden bisher für annähernd konstante Drehzahl gebaut. Ihre Konstruktion wird prinzipiell an Hand der Fig. l der Zeichnung erläutert, die einen Schnitt senkrecht zur Maschinenachse zeigt. 1 bedeutet den Ständer, in dem ein Gleichpolfeld erzeugt wird und der an beiden Enden je eine aussenliegende Wälzbahn 6 trägt, 2 den Wälzer, der an seinen beiden Enden je eine Wälzscheibe 7 trag", die topfartig ist und die Wälzbahn 6 von aussen umgreift. Im Punkt 4 berühren sich Wälzscheibe und Wälzbahn.
Läuft das Gleichpolfeld entgegen dem Uhrzeiger, so wird der Wälzer nacheinander von den Phasen U,-W, V,-U, W,-V, U usw. nach aussen gezogen und gegen die Wälzbahn gepresst, so dass er in der Richtung nach seiner neuen Gleichgewichtslage rollt oder sich wälzt (Wälzer). Dabei wandert der Mindestluftspalt 3, wo die grösste Kraftliniendichte und daher die grösste Zugkraft auftritt, und der dieser Lage entsprechende Berührungspunkt 4 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn ; der Mindestluftspalt eilt jedoch etwas nach, weil der Wälzer vom Gleichpolfeld gezogen wird.
Da der Umfang des Innenrandes der Wälzscheibe 7 auf der Wälzbahn 6 abrollt, ergibt sich geometrisch der gemeinsame Weg s nach einer Umdrehung des Drehfeldes zu
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daher
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Die Verdrehung ou des Wälzers verhält sich zur Verdrehung 2'rudes Drehfeldes wie der Unterschied der Radien R1 - Rt ; zum Radius R7 der Wälzbahn 7. Diese geometrische Übersetzung ist unveränderlich, weshalb bisher an die Möglichkeit einer Drehzahlregelung durch Spannungsveränderung nicht gedacht worden ist.
Das umlaufende Gleichpolfeld wird aus einem umlaufenden Wechselpolfeld, z. B. einem zwei-oder dreiphasigen Drehfeld, dadurch erzeugt, dass die negativen (oder positiven) Amperewindungen ganz oder teilweise unterdrückt werden. Das geschieht in bekannter Weise entweder durch phasenweise vorgeschaltete Gleichrichter oder durch eine getrennte Gleichstromwicklung, die in denselben axial verlaufenden Nuten liegt wie die Phasenwicklungen und jeder Phase einen Gleichstrom überlagert.
Bei den bisher bekanntgewordenen zylindrischen Wälzmaschinen ist keine Vorsorge getroffen, dass der Wälzer, insbesondere während des Anlaufes, so geführt wird, dass seine Achse stets parallel zur Maschinenachse bleibt. Daraus ergeben sich Ungleichheiten des Mindestluftspaltes, bei grösseren Durchmessern der beiden Wälzscheiben sind bei grösserem axialen Spiel sogar Klemmungen möglich. Damit die Ungleichheiten des Mindestluftspaltes nicht stören, musste der Luftspalt bisher entsprechend grösser ausgeführt werden, was eine Vergrösserung des Magnetisierungsstromes und eine Verkleinerung der magnetischen Zugkraft, des Anlauf-, Kipp-und Gleitmomentes, also eine wesentliche Verschlechterung der Betriebseigenschaften zur Folge hat.
Bei höheren Nenndrehzahlen und grösserer Exzentrizität e der Wälzerachse gegenüber der Maschinenachse sowie bei stark herabgesetzter Spannung kann der Anlauf durch die erhöhte Reibung bei Schrägstellung des Wälzers sogar verhindert werden.
Hingegen gelingt es erfindungsgemäss, durch axiale Lagerung jedes unzulässige Schrägstellen des
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Wälzers zu vermeiden und dadurch das Anlauf-, Kipp- und Gleitmoment der Maschine zu erhöhen. Insbesondere die mindeste Anlaufspannung und Betriebsspannung kann so weit herabgedrückt werden, dass es erfindungsgemäss gelingt, die Maschine bei geringem Lastmoment um 50 % und mehr in der Drehzahl nach abwärts zu regeln. Bei grösserem Lastmoment kann sogar die Drehzahl 0, bei eingehängter Last eine Drehung in umgekehrtem Sinne erreicht werden.
Durch Hinzufügung der Axiallagerung erhält die Wälzmaschine, obwohl sie in elektrischer Hinsicht als Synchronmotor anzusprechen ist, etwa das Drehzahlverhalten eines Schleifringläufermotors ; dabei wird ihre Regelung entweder durch Änderung der zugeführten Spannung, in Sonderfällen durch Änderung der Gleichstromkomponente der Phasenströme oder durch Änderung der getrennten Gleichspannung herbeigeführt. Durch die axiale Lagerung gelingt es auch zwischen der Phasenwicklung 9 in Fig. 2 und den beiden Aussenjochen je eine runde Spule 9a mit besonders kleinem Luftspalt und daher unter bester Ausnützung des knapp zu haltenden Raumes für die getrennte Gleichstromregelung anzuordnen, durch die eine eingehängte Last bei abgeschalteter Phasenwicklung festgehalten werden kann.
Auf diese Weise entfällt bei dieser Wälzmaschine die sonst gebräuchliche Bremse und Rutschkupplung mit allen ihren Nachteilen.
Dass es gelingt, die Drehzahl so weitgehend herabzusetzen, liegt daran, dass es nicht nur bei Treibriemen, Gummireifen, Luftschläuchen usw. sondern auch bei Eisenbahnrädern, also bei Eisen auf Eisen, einen sogenannten elastischen Schlupf gibt ; dieser geht bei etwa 1, 5 % in einen gleitenden Schlupf über. Beträgt beispielsweise die geometrische Übersetzung 1 :. 100 und der elastische Schlupf bei Nennmoment (seo) 0, 5 So, so vermindert sich die resultierende Übersetzung von 1 % auf 1-0, 5=0, 5% oder 1 : 200.
Wird die Belastung auf das doppelte Nennmoment gesteigert, so erhält der Wälzer die Drehzahl 0, da l %
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spalt 3 unverändert synchron herum, wenn das. elektrische Kippmoment höher ist als das zweifache Nennmoment. Bei weiterer Steigerung der Belastung (eingehängten Last) auf das dreifache Nennmoment dreht sich der Wälzer in entgegengesetzter Richtung mit einer resultierenden Übersetzung von-l : 200, wenn das elektrische Kippmoment höher ist als das dreifache Nennmoment. Da etwa bei se = 1, 5 % bei Eisen auf Eisen der Übergang vom elastischen zum gleitenden Schlupf stattfindet, ist ein beträchtlich höheres elektrisches Kippmoment im Falle des Beispieles zwecklos.
Beträgt die geometrische Übersetzung hingegen beispielsweise 2%, was bei 50-periodiger Speisung einer Leerlaufdrehzahl von 60 Umdr/min entspricht, so ist bei Eisen auf Eisen nur eine Drehzahlermässigung auf 2 - I, 5 = 0, 5 % oder 15 Umdr/min möglich. Wird wieder der Radius der Wälzbahn so gewählt, dass bei Nennmoment 0, 5% relativer Schlupf auftritt, so muss das Kippmoment des Motors wieder über dem dreifachen Nennmoment liegen.
Wählt man den Wälzbahnradius kleiner, so genügt ein geringeres Kippmoment, wählt man ihn grö- sser, so ist ein noch grösseres Kippmoment für denselben Regelbereich erforderlich.
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Leder, Kunststoff od. dgl. Anwendung finden.
Man sieht, dass der Regelbereich einer spannungsabhängigen Drehzahlregelung umso grösser sein kann, je geringer die Reibungsverluste der Maschine sind. Diese werden durch die Axiallagerung (10 in Fig. 2) niedriggehalten, die entweder eine Gleitlagerung, beispielsweise bestehend aus einer oder mehreren geschmierten Lamellen aus einem Material, das mit dem anliegenden unmagnetischen Ständerdeckel und
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