CH208420A

CH208420A - Elektrodynamischer Schwingantrieb für Arbeitsmaschinen, beispielsweise Siebe.

Info

Publication number: CH208420A
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. Zur Erzeugung mechanischer Schwing- beweg ungen bei Arbeitsmaschinen (z. B. Sie ben, Schwingmühlen, Hämmern und dergl.) sind elektrodynamische Schwingantriebe be kannt,

deren Antriebskraft durch die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und einer stromd-urchflossenen Wicklung er- zeugt wird. Meist wird zur Erzeugung des Magnetfeldes ein aus Magnetkörper und Er regerwicklung bestehender Elektromagnet vozgese=hen, dessen Erregerwicklung gewöhn lich mit Gleichstrom :

gespeist wird, während ,die stromdurchflossene Wicklung am Anker der Magnetanordnung angebracht und: an eine Wechselspannung gelegt wird. Durch die Wechselwirkung zwischen Magnetfeld und Ankerwicklung treten Kräfte und hier- durch Relativbewegungen zwischen Magnet körper und Anker auf.

Magnetkörper und Anker sind gewöhnlich durch Federn oder dergl. miteinander verbunden und können mit diesen auf Resonanz abgestimmt sein, wobei die Federn im wesentlichen die zur Umkehr der Bewegungsrichtung erforder lichen Beschleunigun@gs:kräfte aufbringen, so dass der elektrodynamische Antrieb im wesentlichen nur die Nutz- und Dämpfungs- kräfte aufzubringen hat.

Bei der prak tischen Anwendung dieser elektrodyna- mischen Schwingantriebe kann beispiels- weiseeiner der beiden gegeneinander schwin- genden Teile (Magnetkörper oder Anker) im wesentlichen feststehend und der andere be weglich angeordnet werden, wobei die Be wegung des letzteren als Antriebsbeweb ug nutzbar gemacht wird.

Es können -aber auch beide Teile gleichzeitig beweglich aubgeor d- net werden.

In der Praxis haben sich die bekannten elektrodynamischen Schwingantriebe nur in geringem Masse durchsetzen können, da sie an ausserordentlich ,grosser Wärmeerzeugung bezw. an Wärmeverlusten leiden.

Die Erfindung beruht auf der Er- kenntnis, dass diese Wärmeverhiste vor wiegend durch störende Wechselfelder ver- ursa,cht werden, welche durch einzelne Teile der u-echselstromgespeisten Wicklungen des Schwingantriebes im Eisen des Ankers und des Magnetes entstehen. Erfindungsgemäss werden daher Mittel vorgesehen, uni diese störenden Wecli;

selfelder und er-en un erwünschten Einfluss -u iwirhsam zii machen. Durch die Beseitigung des Einflusses stören- der Wechselfelder kann gleichzeitig der wesentliche Vorteil erreicht werden,

dass sämtliche elektrischen und mechanischen Grössen angenähert sinusförmig verlaufen und dass ferner die Amplitude der mocha- nisehen Schwingbewegung eine rhirch an gelegte Ankerspaunung und Felderregung vorbestimmte Grösse annimmt, de sie auch.

bei vollkommenem Leerlauf nicht, Über schreitet und selbst bei starken Belastungen des Antriebes weitgehend einzuhalten be strebt ist.. Hiermit ergibt sich weiter eine weitgehende und genaue Ampl.ituden-Regel- barkeit durch uderung der Felderregung und bezw. oder der Ankerspannung.

Die störenden. Wechselfelder und zu ihrer Bekämpfung anzuwendende Mittel werden an einem in der Zeichnung in Fig. 1 dargestell- ten erläutert.

Mit I ist ein Magnetkörper lx:zeichnet, der im Schnitt dargestellt ist. Im Innern dieses Magnetkörpers ist eine Magneterreger- wicklung 2 angeordnet. welche von Gleich strom durchflossen ist. Der Magnetkörper 1 umgibt einen zylindrischen Schwinganker @3, an dessen Umfang zwei Ankerwicklungen 4 und 5 angeordnet sind.

Diese Ankerwick lungen werden an eine Wechselspannung an- geschlossen. Der Magnetkörper ist fest stehend angeordnet, während der Ankerkör per 3 in an sich bekannter Weise mittels in der Zeichnung nicht besonders dargestellter Federn mit dem Magnetkörper 1 derart be- weglieh verbunden ist, dass er SeIicvin,gbewe- gungen in seiner Längsrichtung ausführen kann.

Werden die Ankerwicklungen 4 und 5, sowie die Magneterregerwicklung 2 an Spannung gelegt, so erzeugt die Erreger- wicklung 2 ein gleichbleibendes Magnetfeld, welches den Magnetkörper 1 und den Schwin,ga.nker 3 durchdringt.

Der Feldver lauf ist in der Zeichnung durch die ge strichelte Linie (> angedeutet. Durch die Wechselwirkung zwischen diesem Magnet feld und den Ankerwicklungen 4 und 5 wer-. den auf der. beweglichen Anker Schubkräfte in dessen Längsrichtung ausgeübt.

Da die Ankerwicklungen 4 und 5,'wie in der Zeich- nung angedeutet ist, zueinander entgegen- gesetzten Wicklungssinn haben, so summie- ren sich ihre durch das Magnetfeld (,i her vorgerufenen Schubkräfte,

und der Anker schwingt in seiner Längsrichtung hin und her. Diese ,Schwingbewegungen erfolgen syn- ch,ron mit der Frequenz der den Ankerwick- hingen zugeführten Netzspannung und neh- inerr beispielsweise bei sinusförmiger Netz spannung ebenfalls einen zumindest an genähert sinrieförmigen Verlauf an.

Ein. besonders @störeirdes Wechselfeld wird nun bei der beschriebenen Anordnung durch die jeweils zwischen den beiden Magnetpolen befindlichen Teile der stromdurchflossenen Ankerwicklungen 4 und 5 hervorgerufen.

Dieses Wechselfeld, im folgenden kurz "Mittel-,Störfeld" genannt, nimmt nämlich seinen Verlauf ebenfalls nach der gestrichel- ten Linie G durch den Magnetkörper 1 und den Anker 3 und äussert Sich hierbei in einer wechselnden Schwächung und Stärkung des von .der Erregerwicklung 2 erzeuggben Gleich- strom-Hauptfoldes. Dieses Mittel-,Störfeld,

wird dadurch unschädlich gemaoht, dass in dem Raum zwischen den beiden Polen des Magnetkörpers 1 eine Kompensationswick- lung 7 angeordnet wird.

Diese l','-ompen- sationswicklung kann beispielsweise aus einer mehrwindigen Wicklung aus Kupfer oder einem andern elektrisoh ,gut leitenden Metall bestehen und mit einem geeigneten Wechselstrom gespeist werden.

Vorteilhafter ist jedoch ,die Ausführung der Kompen sationswicklung als eine in sieh geschlos sene Kurzsehlusswicklung- Diese Kurz@schluss- wicklung kann ferner in einzelne Kurz- uehlussringe aufgelöst werden, oder, was bei dem dargestellten Schwingantrieb besonders zweckmässig ist, in einer zylindrischen K .upferhülee bestehen, wie es in der Zeich nung .dargestellt ist.

Sobald nunmehr das Mittel-Störfeld aufzutreten beginnt, ruft es in der Kompensationswicklung einen ;Strom hervor, der seinerseits ein Wechselfeld :er- zeugt, welches dem Störfeld entgegenwirkt und dieses somit jederzeit schon im Ent stehen kompensiert.

Durch die hierbei er reichte Konstanthaltung des Hauptfeldes wird insbesondere der Vorteil erreicht, dass die in der Ankerwicklung erzeugte Gegen- EMK sinusförmig wird, wobei auch Anker strom und Schubkraft zum mindesten am genähert sinusförmig werden, wodurch ein guter Wimkungs;grad erreicht werden kann.

Weitere störende Wechs@elfel.der werden bei dem in Fig. 1 dargestellten Schwing- antrieb durch diejenigen Teile der Anker wicklungen 4 und 5 verursacht, die sich jeweils unter den Polflächen d es Magnetkör pers 1 befinden.

Diese Wechselfelder nehmen ihren Verlauf nach der gestrichelten Linie 8 und verursachen eine unerwünschte Verschie- bung des Flusses. Auch zur Beseitigung dieser Störfelder (im folgenden kurz "Seiten- Störfelder" -genannt) wird je eine Kompen sationswicklung 9 vorgesehen, und zwar werden diese in dem Luftspalt zwischen ,den Polflächen und dem Anker 3 angeordnet und, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, zweckmässig in Nuten der Polflächen ein gebettet.

Diese Kompensationswicklungen können ebenfalls entweder wechselstrom- gespeist oder als in sich kurzgeschlossene Wicklungen ausgebildet werden. Vorteilhaft werden diese Kompensationswicklungen, die unter beiden Polen des Magnetkörpers anzu bringen sind, in einzelne Kurzschlussringe unterteilt. Die Aufhebung des störenden Ein flusses ,d-er ,Seiten-@Störfel,

der durch die beeiden Kompensationswicklungen 9 geschieht in

r Weise, durch von den Wicklungen 1 'hnliehe

erzeugte Gegenfelder, wie die Einflussauf- hebung .des Mittel-Störfeldes durch die Kom pensationswicklung 7. Gemäss der weiteren Auisbildung :des Aus- führungsbeispiels kann man noch die Wirbel ströme im Anker .3 und die von diesen verursachten unerwünschten Wärmeverluste durch Lamellieren :

des Ankers herabsetzen. Zum mindesten ist es vorteilhaft, die äussern Zonen des Ankers zu lamellieren. Dies kann beispielsweise derart .geschehen, dass um einen massiven oder hohlen zylindrischen, vorzugsweise eisernen Tragkörper herum Blechlamellen in im wesentlichen dubch die Ankerachse gelegten Eadialebenen angeord net werden.

Da eine solche Lamellierung jedoch bauliche !Schwierigkeiten bereitet, kann der Ankerkern gemäss der weiteren Ausbildung aus einem Stoff hergestellt wer den, der eine gute magnetische, jedoch ge ringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. ;Solche Stoffe sind an sieh bekannt.

Selbst ein aus einem !solchen :Stoff hergestellter Ankerkern kann natürlich zur Vergrösserung der Wir kung noch in radiale Zonen unterteilt oder gar lamelliert werden.

Beachtenswert ist bei dem in F'ig. 1 dar- gestellten elektrodynamischen Schwingantrieb noch, :

dass die Länge der beiden Ankerwick- lungs.zonen erheblich grösser ist als die Pol länge des Magnetkörpers, und zwar um so viel ,grösser, dass beim Schwingen jederzeit der aus den Maignetpolen heraustretende FZuss vollständig .durch :

die Ankerwicklungszone hindurchtritt. Bei einer solchen Anordnung ist der insgesamt durch den Ankerkern- querschnitt zu treibende Kraftfluss, also auch die Induktion im Ankereisen, ;geringer, was ebenfalls im Sinne einer Herabsetzung der von störenden Wechselfeldern verursachten Verluste wirkt.

Die Anordnung kann aber auch so .getroffen werden, d ass :die Länge der Pole grösser :gemacht wird als die Länge der Ankerzonen, und zwar ebenfalls um so viel länger, d@ass beim Schwingen die Ankerzone jederzeit unter,den Magnetpolen liegt.

Die vorstehend an Hand .des in Fig. 1 dargestellten Schwingantriebes erläuterten Störfeid-Kompensationswicklungen können auch bei beliebig anders ausgebildeten elek- trodynamischen Schwingantrieben nach Be- lieben sämtlich oder zum Teil sinngemäss vor gesehen werden.

U m dies zu zeigen, ist in den Fig. 2 bis 6 die Anordnung der Kompen- sationswieklungen noch bei einer Reihe ver schiedenartiger elektrodynamischer Seliwing.- a,ntriebe dargestellt.

In Fig. 2 ist \wiederum mit 1 der Magnet körper und mit 3 der Anker eines elektro- dynami3chen Schwingantriebes bezeichnet. Unterschiedlich gegenüber dem Ausführun;

gs- beispiel nach Fig. 1 ist jedoch, dass der Magnetkörper in eine grössere Anzahl klei nerer Pole und Erregerwicklungen (2a bis ')f) unterteilt ist, und dass auch der Anker eine entsprechende Anzahl einzelner Wiek- lungen aufweist, die, wie in der Zeichnung angedeutet ist, der Reihe nach jeweils gegen einander umgekehrte Wicklungsrichtung haben.

Das von den Erregerivieklungen 2 a bis27f durch 3la,gnetpole und Anker hin- durehgetriebene I3auptfeld ist durch die ge strichelten Linien 1.5 angedeutet.

Die Länge der einzelnen Ankerwicklungszonen (10 bis 14) ist in gleicher -N\'eise wie nach Fig. 1 wiederum um so viel grösser als die Pollänge, dass bei einer auftretenden Schwingung jeder zeit der aus den Magnetpolen heraustretende Fluss vollständig durch die Ankerwieklungs- zone hindurchtritt. Die Störfeld-Kompen- sationswicklungen 7 und 9 zur Beseitigung des Einflusses der .'Mittel- bezw.

Seiten-,Stör- felder sind bei diesem Sehivingantrieb, wie die Figur zeigt, ähnlich angeordnet wie bei Fig. 1.

Wie die Fig.2 zeigt, ergibt sieh durch die U nterteilwig des Magnetkörpers und des Ankers eine gestrecktere Bauform, welche in manchen Fällen sehr erwünscht ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der eigentliche Kern 16 des Schwing ankers feststehend angeordnet, und der Anker ist als Rohranker 17 ausgebildet. Der fest stehende Kern 16 ist mit dem Magnet körper11 durch einen nichtmagnetischen Kör per 18 verbunden. Auch hier i.st zur Auf hebung des unerwünschten Einflusses des Mittel-Störfeldes eine Kompensationswick lung 7, beispielsweise aus Kupferringen,

vor- gesehen.- Eine Koinpens@ationswi klung gegen die Seiten-iStörfelder ist bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel nicht vorgesehen. Der Kern 16 des Ankerns kann massiv ausgeführt -erden, da in ihm im wesentlichen keine Verände rung bezw. Bewegung des Feldes stattfindet.

Der Rohranker 17 kann ein ,geringes Eisen- vol.u ien haben, oder er kann lamelliert aus- geführt werden. Beispielsweise kann der Rohranker aus ringförmigen Blechlamellen zusammengesetzt werden, die zweckmässig auf eine dünnwandige Rohrhülse 7 8 auf gereiht werden. Vorteilhaft erhalten die ring förmgen Blechlamellen an irgend einer Stelle ihres Umfanges einen radialen Spalt, um die Wirbelsbrombildung herabzusetzen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der in Fig. 3 mit 16 bezeichnete massive Kern mit dem Magnetkörper 1 zu einem einheitlichen Körper zusammengebaut.

Der Rohranker 17 ist in diesem Falle beispielGs- weise durch Lamellen, deren Ebenen durch die Ankeraebse gehen, .gebildet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Kompensationswicklung 7 gegen das Mittel-Störfeld vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist wiederum sowohl gegen das Mittel-, als auch gegen das Seiten-Störfeld je eine Kom- pensationswi.cklung 7 hezw. 9 vorgesehen. Auch dieser Schwingantrieb zeichnet sieh durch eine besonders gestreckte Bauform aus, da sich der gesamte durch die Polflächen in den Kern 1.6 eintretende Fluss im Kern auf zwei Pfade verteilt und daher der KeTn- quersehnitt geringer gemacht werden kann.

Die Ausführung nach Fig.6 entspricht der Unterteilung des Magnetkörpers und ,des Ankers nach Fig. 2, jedoch mit dem Unter- sehied, dass hier ein Rohranker 17 vorgesehen ist. In diesem Fallwind nur ,gegen die Mittel-Störfelder Kompensationswicklungen 7 vorgesehen.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Sehwingantriebe führen sämtlich eine gerad linige Schwingbewegung aus. Sel-bstver- ständlich können nie )Störfeld-Kompensa- tionswicklungen auch bei elektrodynamischen Schwingantrieben mit anders geformten Schwingungsbahnen vorgesehen werden,

bei spielsweise bei Schwingantrieben mit einer kreisbogenförmigen Schwingbewegung oder auch bei derart zusammengesetzten Sehwing- antrieben, die durch die Kombination meh rerer einzelner geradliniger oder auch ge krümmter Sohwingbewegungen eine in sich geschlossene Raumkurve beschreiben. Ferner können die .Störfeld-Kompensationswicklun- gen auch bei solchen Schwingantrieben mit Vorteil verwendet werden,

bei denen das Magnetfeld von einem Dauermagneten er zeugt wird. Auch isst es grundsätzlich be langlos, ob, wie bei den besprochenen Aus führungsbeispielen, .der Magnetkörper den Anker, oder ob der Anker ,den Magnetkörper umschliesst.

Claims

PATENTANSPRUCH: Elektrodynamischer 'Schwingantrieb für Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Siebe, Schwingmühlen, Hämmer und dergl., der zwei zueinander bewegliche Teile aufweist, wovon der eine zur eines konstan- ten Magnetfeldes dient,

der andere mit einer mit Wechselstrom zu speisenden Wicklung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche das Gleich- feld störende Wechselfelder unterdrücken. die von Teilen der wechselstromgespeisten Wicklungen hervorgerufen werden. U NTERANSPRüCHE 1.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, .dadurch gekennzeichnet, @dass als Mitteil Kompensationswicklungen vorgesehen sind.

2. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch 1, d-aduroh gekennzeich net, dass eine Kompensationswicklung zur Kompensierungdesjenigen Wechselfeldes vorgesehen ist, welches durch die zwi- s e, 'hen den Magnetspulen Magnetspulen liegenden Teile ,

der wechselstromgespeieten Wicklung hervorgerufen wird. 3. Elektro,dynamis,cher ,Schwingantrieb nach UuteranspTuch 2, dadurch ,gekennzeich- net, dass die Kompensationswicklung in .dem Luftraum zwischen den Magnetpol- sehenkeln angeordnet ist. 4.

Elektrodynamischer (Schwingantrieb nach Unteranspruch 3, da,durch gekennzeich- net, @dass :die Kompensationswicklung als eine in sich kurzgeschlossene Wicklung ausgebildet ist.

5. Elektrodynamischer,Sehwinigantrieb nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Kompensationswicklung in einzelne Kurzsehlussringe unterteilt ist.

6. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch 3, daduT.ch gekennzeich- net, dass die Kompensationswicklung aus einer zylindrischen Hülse besteht. 7.

Elektrodynamischer Schwing antrieb nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass Kompensationswicklungen zur Kompensierung der Wechselfelder vor gesehen sind, welche durch die jeweils unter den Magnetpolen liegenden Teile der wechselstromgespeisten Wicklung hervorgerufen werden.

B. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch 7, dadurohgekennzeich- net, dass die Kompensationswicklungen in dem Luftspalt zwiseh.eu den Magnetpolen und dem Anker angeordnet sind. 9.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch @8, dadurch gekennzeich net, .dass .die Kompens-a@tionswicklungen in Nuten der Magnetpolstirnflächen ein- gebettet sind.

10. Elektro,dynamis.cheT Schwingantrieb nach Unteranspruch 9, dadurch ,gekennzeich- net, dass die Kompeneationswicklungen als in sich kurzgeschlossene Wicklungen ,ausgebildet sind.

11. Elektrodynamischer ,Schwingantrieb nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeich net, :dass die Kampensationswicklungen in einzelne Kurzschluss@ringe unterteilt sind. 12.

Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeich- net, @dass die Kompenoationswicklungen a,ls von aussen mit Wechselstrom. zu spei sende Wicklungen ausgeführt sind.

13. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Schwinganker, in dessen Höhlung ein mit dem Magnet- körper starr verbundener, massiver Eisen kern angeordnet ist.

14. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteransprueli 13, dadurch gekennzcich- net, dass der rohrförmige Anker aus ring förmigen, auf ein Rohr aufgereihten Blechlamellen zusammengesetzt ist, die an mindestens einer Stelle ihres Um fanges einen radialen Einschnitt auf weisen.

15. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeich net, dass der rohrförmige Anker in achsialer Richtung lamelliert ist, so dass die Mittelebenen der Lamellen durch die Ankerachso gehen.

16. Elektrodynamischer Schwin:ga.utricb nach Patentanspruch, :dadurch gekennzeichnet; dass der Anker des Schwingantriebes zum mindesten in seinen äussern Zonen laniel- liegt ist, derart, dass um einen massiven oder hohlen Innenkern herum Blech lamellen, deren Mittelebenen durch die Ankerachse gehen, angeordnet sind. 17. Elektrodynamischer Schwingantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker des ;

Schwingantriebes zum mindesten in seinen äussern Zonen aus einem Stoff hergestellt ist, der eine gute magnetische, jedoch geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. 18.

Elektrodynamiseher !Schwingantrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass die An'"erwickl#ungszonen des Schwinga.ntrieh" um so viel grösser als die Pollänge ds Magnetkörpers ist, dass beim Schwingen jederzeit der aue den Gleichstrom-Magnetpolen heraustretende Fluss vollständig durch die Ankerwick-- l:

ungszonen hindurchtritt.