CH208419A

CH208419A - Elektrodynamischer Schwingantrieb für Arbeitsmaschinen, beispielsweise Siebe.

Info

Publication number: CH208419A
Authority: CH
Inventors: Hermes Patentverwertun Haftung
Original assignee: Hermes Patentverwertungs Gmbh
Priority date: 1937-11-01
Filing date: 1938-10-28
Publication date: 1940-01-31

Description

Elektrodynamischer Schwingantrieb für Arbeitsmaschinen, beispielsweise Siebe. Es sind elektrodynamische Schwingan triebe zur Erzeugung mechanischer Schwing bewegun:gen bei Arbeitsmaschinen, wie :Siebe, Schwingmühlen, Hämmer und dergl., be kannt.

Die Magneterregerwicklung dieser Schwingantriebe wird gewöhnlich mit Gleich- strom gespeist, während die Ankerwicklung an eine Wechselspannung angeschlossen wird. Magnetkörper und Anker des elektrodynami- schen ,Schwingantriebes sind gewöhnlich durch Federn oder sonstige elastische Mittel miteinander verbunden und können mit die sen so auf Resonanz abgestimmt werden,

d ass die zur Umkehr der Bewegungsrichtung er forderlichen Beschleunigungskräfte im we sentlichen von den Federn aufgebracht wer den, so dass der elektrodynamische Antrieb im wesentlichen nur die Nutz- und Dämp fungskräfte aufzubringen hat.

Durch :die ;Speisung des Ankers mit Wechselstrom ist die von dem Schwingan- trieb ausgeführte Schwingbewegung an die Frequenz :der zugeführten Netz-Wechselspan nung gebunden, so dass die mechanische Schwingbewegung im allgemeinen im Takte ,dieser Frequenz erfolgt. Die in Starkstrom anlagen übliche Frequenz von 50 oder 60 Htz ist jedoch für viele Arbeitsmaschinen, bei spielsweise für Bohrhämmer und Kleinkom pressoren, zu hoch.

Erfindungsgemäss wird ein elektrodyna mischer Schwingantrieb so ;gebaut, dass er mit halber Netzfrequenz schwingt. Dies kann dadurch erreicht werden, :dass das :die von Wechselstrom gespeiste Ankerwicklung durchsetzende Magnetfeld zu beiden Seiten der Mittelstellung des S:chwingankers ent gegengesetzte Richtung hat.

Dias genannte Feld kann ferner so beschaffen sein, d ass es mit zunehmendem Abstand von der Mittel stellung zunimmt. Besonders vorteilhaft ist eis in vielen Fällen, wenn :

diese Feldzunahme verhältnisgleich mit dem zunehmenden Ab- stand. erfolgt, da hierbei mit bester Annähe- rang ein sinusförmiger Verlauf der Schwin gung erreicht -wird.

Dieser letztere Fall soll .den folgenden Erläuterungen zunächst der Einfachheit hal ber zugrunde gelegt werden.

Drückt man die mit zunehmendem Ab stand von der Mittellabore (der gleich dem Schwinbungsausschlag ist) verhältnisgleich zunehmende Feldänderung in einer Formel aus, so muss also die Gleichung e = k.x (.l.) erfüllt werden, worin
EMI0002.0006

'B <SEP> die <SEP> jeweils <SEP> über <SEP> der <SEP> Ankerwicklung <SEP> im
<tb> Luftspalt <SEP> herrschende <SEP> Induktion,
<tb> x <SEP> der <SEP> jeweilige <SEP> Schwingungsausschlag
<tb> des <SEP> Ankers <SEP> aus <SEP> seiner <SEP> Mittellage <SEP> und
<tb> k <SEP> eine <SEP> Konstante <SEP> ist.

Dass mit dieser Massnahme tatsächlich eine Schwingung mit der halben Netzfre quenz erreicht wird, ergibt sich beispiels weise aus folgender Betrachtung: Ist zum Beispiel die Kreisfrequenz des den Anker speisenden Netzes c), so sei zu- nä,chst einmal vorausgesetzt, dass die Schwin gung bereits tatsächlich in der gewünschten Weise mit der halben Netzfrequenz, also ge mäss der Gleichung
EMI0002.0013
erfolgt, wobei A die Amplitude und t die laufende Zeit ist.

Für die Geschwindigkeit des Schwingankers ergibt sich dann
EMI0002.0015
während die Induktion über dem Anker im Luftspalt nach Gleichung 1 nach dem Gesetz
EMI0002.0016
verläuft. Bezeichnet nun l die aktive Leiterlänge der Ankerwicklung, so wird in der Anker wicklung durch die Bewegung des Ankers im Magnetfeld nach .der bekannten Gleichung <I>e = - . v .

l .</I> 10-s Volt (5) eine EMK von der doppelten Frequenz des mechanischen Schwingvorganges erzeugt, .wie sich unter Benutzung der Gleichungen 3 und 4 folgendermassen ergibt:
EMI0002.0028

worin (-E) also den Maximalwert der mit der Frequenz wo schwingenden EMK be deutet.

Da nun voraussetzungsgemäss die Netz spannung uc ebenfalls mit der Frequenz c"), also beispielsweise nach dem Gesetz u = U . sin (wt -f- a) schwingt, so erkennt mann aus dem Vektor bild nach Fig. 1 der Zeichnung, dass die er zeugt EMK (-E) zusammen mit dem ohm schen Spannungsabfall (JR) und dem induk- tiven Spannungsabfall (JwL) im Anker in jedem Augenblick mit der Netzspannung (U) im Gleichgewicht ist, wobei der Strom J ebenfalls mit der Netzfrequenz w umläuft.

Bei Leerlauf (J = 0) schrumpft das Span nungsverlustdreieck zusammen und -E -wird gleich U, wodurch nach Gleichung 7 und 8 die Amplitude A für Leerlauf festliegt. Bei Belastung wird gemäss dem Vektorbild in Fig. 1 durch das Auftreten der Spannungs- verluste der Wert -E kleiner und somit ge- mäss Gleichung 7 und 8 auch ,die Amplitude A etwas kleiner als bei Leerlauf.

Man erkennt also, dass der Schwingungs vorgang tatsächlich nach der Gleichung 2, d. h. mit halber Netzfrequenz, als stationärer Betrieb eintritt, da "dann die EMK (-E) wie die Netzspannung U mit der Frequenz <B>Co</B> um läuft.

Die Erzeugung des Magnetfeldes 58 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Besonders einfache Anordnungen ergeben sich, wenn ein zeitlich im wesentlichen konstantes Magnet feld verwendet wird, beispielsweise durch Verwendung von Dauermagneten .oder gleich stromerregten Elektromagneten, dieses aber so geformt wird, dass es beiderseits der Mit- telstellung des Ankeras zueinander entgegen gesetzte Richtung hat.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in den Fig. 2 bis 8 der Zeichnung dargestellt.

In Fig. 2 ist mit 1 ein Magnetkörper be zeichnet, der einen rohrförmig ausgebildeten, lamellierten !Schwinganker 2 konzentrisch umgibt. Im Innern des Rohrankers ist noch ein relativ zum Magnetkörper 1 feststehender Magnetkern 3 angeordnet. Der Magnetkörper 1 trägt an seiner zylindrischen Innenfläche eine in. Nuten eingebettete homogene gleich stromdurchflossene Wicklung 4.

Diese Gleich stromwicklung 4 erzeugt einen Kraftfluss, der sich durch die Teile 1, 2 und 3 in -der durch die gestrichelte Linie 5 angedeuteten Weise schliesst und bekanntlich nach den Randzonen zu immer ,dichter wird. Die,Grösse ,der Induktion B im Luftspalt ist an den bei den Enden des Luftspaltes am grössten und fällt nach der Mitte zu :bis auf -den Wert Null ab, wie durch die im obern. Teil der Figur gestrichelt eingezeichnete gerade Schaulinie B .graphisch dargestellt ist.

Der Rohranker 2 trägt in seinem mittle- ren Teil die an eine Wechselspannung ge legte Wicklung 6.

Das jeweils über der Ankerwicklung liegende aktive Feld nimmt mit dem Abstand von der Mittellage des Ankers nach rechts und links in umgekehrter Richtung zu, wo- durch, wie oben nachgewiesen, mechanische Schwingungen von der halben Netzfrequenz erreicht werden.

Die Feldkurve B verläuft bei dem in Fig. 2 ,dargestellten Ausführungsbeispiel, wie gezeigt, geradlinig,. Eine :solche Ausbildung der Feldkurve ist in den meisten Fällen be sonders zweckmässig. Falls es jedoch die Be triebsbedingungen des Schwingantriebes ge legentlich erfordern, können auch von der Geraden abweichende Feldkurven verwendet werden, sofern nur,die Bedingung erfüllt ist,

dass die Induktionsrichtung im Luftspalt bei derseits der Mittelstellung des Ankers ent gegengesetzt ist. Auch kann -die Feldkurve sogar beispielsweise ahne eine stetige Stei- gung ein- oder mehrfach abgestuft sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Der Magnetkörper ist wie der mit 1 bezeichnet, hat jedoch einen huf eisenförmigen Querschnitt und trägt in seiner Höhlung eine kompakte gleichstromgespeiste Erregerwicklung 7. Der Anker 2 trägt wie der eine an Wechselspannung gelegte Anker- wicklung 6 und ist in: der Figur in seiner rechten Endstellung gezeigt.

Neu ist an die sem Ausführungsbeispiel, dass sich .die An kerwicklung 6 während des Schwingens gleichzeitig im Bereiche :zweier im wesent- lichen ,homogener Magnetfelder befindet.

Zwar ist in, diesem Fall das Luftspaltfeld unter den beiden Polen im wesentlichen ho mogen, doch liegt beim :Schwingen in jedem Augenblick eine andere Anzahl von Anker- vrindungen im Bereich des Polfeldes,

so dass auch hier das jeweils insgesamt über der Ankerwicklung liegende aktive Feld von der Mittelstellung des Ankers aus nach seinen Endstellungen hin ansteigt und entgegen- ,gesetzte Richtung hat, so dass es sich somit wiederum mit der Ankerbewegung ändert.

Ähnlich ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Üntersohiedlich ist hier, dass der An kerdrei einzelne Ankerwieklun:gen 6a, @6b und 6c 'aufweist, von denen die beiden äussern umgekehrten Wicklungssinn :gegenüber der mittleren haben. Zweckmässig .sind die drei Ankerwicklungen in Reihe zueinander ge- schaltet.

Beim Schwingen des Ankers ist je weils eine der beiden äussern Wicklungen gleichzeitig mit der mittleren Wicklung im Bereich der Felder, und ,damit wächst von der Mittelstellung aus auch in diesem Fall das jeweils über den Ankerwicklungen ins gesamt liegende aktive Feld mit der Anker- bewegung.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungs beispiel kann auch so abgewandelt werden, dass entweder eine der beiden Ankerwicklun gen, beispielsweise die mittlere, oder die bei den äussern Ankerwicklungen fehlen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist in dem Raum zwischen den beiden Mag netpolen noch eine vorzugsweise in sieh kurz geschlossene, beispielsweise als Kupferhülse ausgebildete Kompensationswicklung 8 vor gesehen, die zusätzlich im .Sinne einer Kon stanthaltung der homogenen Felder unter den Polen wirkt, wodurch das Ansteigen des ak tiven Feldes über den Ankerwicklungen mit steigendem Abstand von der Mittellage ge währleistet ist.

Eine solche Kompensations- wicklung kann auch bei den andern Ausfüh- rungsbeispielen der Erfindung angewandt werden, ist jedoch in den übrigen Figuren der Zeichnung fortgelassen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ent spricht im wesentlichen dem nach Fig. 4, je doch mit dem Unterschied, dass der Magnet- körper eine grössere Anzahl kleinerer Pole und Erregerwicklungen 7a-7c besitzt, und dass auch der Anker eine entsprechende An zahl einzelner Wicklungen 6a-6e aufweist, die der Reihe nach jeweils gegeneinander umgekehrte Wicklungsrichtung haben. Eine solche Ausbildung ist namentlich dann von Vorteil, wenn eine möglichst gestreckte Bau form des Schwingantriebes gewünscht wird.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen einige Ausfüh rungsbeispiele, die sieh von den übrigen da durch unterscheiden, dass bei ihnen die gleich stromdurchflossene Erregerwicklung 7 fest mit dem Anker verbunden ist. Wird hierbei der Schwingantrieb so angeordnet, dass der Anker im wesentlichen feststehend ist, wäh rend der Magnetkörper im wesentlichen die ,Schwingbewegungen ausführt, so bieten diese Ausführungsbeispiele den Vorteil, dass so wohl die Ankerwicklung,

als -auch die Er regerwicklung keinen starken Erschütterun- gen ausgesetzt sind sowie feste Anschlüsse erhalten können. Dies ist namentlich bei gro ssen Amplituden wünschenswert.

Wie oben angeführt, wird bei allen in der Zeichnung dargestellten Schwingantrieben ein zeitlich im wesentlichen konstantes Ma ,g- netfeld verwendet, dieses aber so geformt, dass es beiderseits der Mittelstellung des An- kein entgegengesetzte Richtung hat. Diese Forderung lässt sich aber noch.

auf eine grundsätzlich andere Art verwirklichen, in dem nämlich das Magnetfeld zeitlich in Ab hängigkeit von der jeweiligen Schwinganker stellung veränderlich gemacht wird. Bei spielsweise kann die Anordnung so getroffen werden, dass der Schwinganker das Erreger feld des Magnetkörpers in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Stellung steuert oder selbst erzeugt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Elektrodynamischer Schwingantrieb zum Anschluss an Wechselstromnetze, dadurch ge- kennzeichnet, dass die erzeugte mechanische Schwingbewegung mit halber Netzfrequenz erfolgt.

UNTERANSPRÜCEE: 1. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet,

dass das die vom Wechselstrom gespeiste Ankerwicklung durchsetzende Magnet feld von der Mittelstellung des Schiving- ankers aus nach der einen Seite entgegen- gesetzte Richtung hat als nach der andern Seite. 2.

Elektrodynamischer @Schwinga.nt.rieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils die Ankerwicklung durchsetzende Mag netfeld von der Mittelstellung des An kers aus nach beiden Seiten in entgegen- gesetzter Richtung zunimmt.

3. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und ), dadurch gekennzeichnet, dass die Feldzunahme verhältnisgleich mit dem Abstand von -der Mittelstellung ist. 4. Elektrodynamischer iSchwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung in einem Magnetfeld schwingt, welches zeitlich konstant ist.

5. Elektrodynamischer ,Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch. gekennzeichnet, dass in Nuten der Magnetpole, welche über dem Anker liegen, eine gleichmässig verteilte Gleichstromwicklung eingebettet ist. 6.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch ,gekennzeichnet, dass die Länge der Gleichstromwicklung um so viel grösser ist als die Ankerwicklungs zone, dass sich die Ankerwicklung beim Schwingen jederzeit vollständig innerhalb des von der Gleichstromwicklung erzeug ten Feldes befindet.

9. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit grösser werdender Schwingungsweite ihr jeweils im Feld bereich der einen Feldrichtung liegender Teil zunimmt und gleichzeitig ihr jeweils im Feldbereich,der andern Feldrichtung liegender Teil abnimmt.

B. Elektrodynamischer Schwingantrieb nasch Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper mit einer oder mehreren kompakten Erregerwicklungen versehen ist, die in dem Luftraum zwi schen den Magnetpolschenkeln angeord net sind. 9. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf dem Anker angeordnete Ankerwicklung mit jedem ihrer beiden Enden gleichzei tig im Feldbereich je eines Magnetpols von. zueinander entgegengesetzter Feld richtung schwingt. 10.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ankerwicklung in ihren Grenzstel- lungen jeweils nur im Feldbereich eines .der beiden Magnetpole befindet. 1l.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung in zwei oder mehr in Abständen voneinander angeord- nete, in Reihe zueinander geschaltete Einzelwicklungen mit verschiedenem Wicklungssinn unterteilt ist, -die derart zwei oder mehreren Magnetpolen von zu einander :

entgegengesetzter Feldrichtung zugeordnet sind, dass sich alle Einzel- wickluRgen,des gleichen Wicklungssinnes beim Ausschlagen des Ankers nach der einen Schwingrichtung unter Magnet- polen der einen Feldrichtung und beim Ausschlagendes Ankers nach der andern Schwingrichtung unter Magnetpolen der andern Feldrichtung befinden.

12. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet körper in eine Reihe von Einzelpolen von .der Reihe na-oh entgegengesetzter Feld richtung, und dass die Ankerwicklung in eine Reihe von Einzelwicklungen von ,der Reihe nach entgegengesetztem Wicklungs- sinn unterteilt ist,

und dass sieh in der Ruhelage des Ankers jeweils beiderseits eines Magmetpols je eine Einzelwicklung des Ankers von verschiedenem Wick lungssinn befindet.

13. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, -dass der Anker in zwei Einzelwicklungen verschiedenen Wicklungssinnes unterteilt ist, welche derart zwei Magnetpolen ver- sehiedener Feldrichtung zugeordnet sind, .dass sich in :

der einen Grenzstellung des Ankers die eine Einzelwicklung unter .dem. einen -Magnetpol, und dass sich in der andern Grenzstellung des Ankers die andere Einzelwicklung unter dem andern Magnetpol befindet. 1.4.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung des Magnetkörpers ein zeitlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Schwingankerstellung veränderliches Feld erzeugt.