Verfahren zum Betrieb von Elektromagnetmotoren. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Elektromagnetmotoren mit hin- und herlaufendem Anker, wie sie insbeson dere bei elektromagnetischen Schlagwerk zeugen Verwendung finden, deren Ankerbe wegung durch eine oder mehrere Magnetspulen mit zeitlich veränderlicher Durchflutung er zeugt wird, und zwar in der Weise, dass die bezw. jeweils eine Magnetspule in einem ständig geschlossenen Stromkreis mit einer Phasenwicklung eines Wechselstromerzeu gers liegt.
Um ein möglichst günstiges Arbeiten der artiger Magnetmotoren zu erzielen, wird nach bekannten Anordnungen der zeitliche Verlauf der Spannung, die in der jeweils der Magnet spule zugeordneten Phasenwicklung des Strom erzeugers induziert wird, dem durch mecha nische Einflüsse bedingten zeitlichen Verlauf der Bewegung des Ankers möglichst genau angeglichen, und zwar so, dass die Dauer der Spannungshalbwellen etwa der Dauer des Nutzhubes oder Hinlaufs des Ankers gleich ist, während in der Zeit des Rücklaufs des Ankers die Spannung gleich oder nahezu gleich Null sein soll, um schädliche Brems wirkungen während des Rücklaufs zu ver meiden.
Es hat sich nun gezeigt, dass mit dieser bekannten Massnahme zeitlich an sich richtig bemessener Spannungshalbwellen ein einwand freier Betrieb von Magnetmotoren noch nicht möglich ist. Dies trifft insbesondere auf sol che Motoren zu, deren Anker durch nur eine Spule angetrieben wird, wobei der Rücklauf durch eine Fremdkraft, z. B. eine Feder oder die Schwerkraft, bewirkt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass auch nach Abfallen der jeweiligen Spannungshalbwelle auf Null der von ihr hervorgerufene Strom in der Magnetspule nicht schnell genug auf Null ab fällt, sondern infolge ihrer Induktivität erst allmählich abklingt.
Die Folge davon ist weiter, dass der Anker am Ende seines Nutz- huben von der Spule nicht sofort losgelassen wird, sondern von ihr im anschliessenden Rücklauf stark abgebremst wird. Erfahrungs- gemäss ist diese Bremswirkung des abklin genden Stromes und damit die Verzögerung des Rücklaufs des Ankers so gross, dar ein freifallender Anker überhaupt keinen genügend langen Rücklauf ausführen kann, um eine praktisch brauchbare Länge des Nutzhubes zu erreichen. Erzwingt man den Rücklauf z.
B. durch eine Feder oder durch eine zweite Magnetspule, so muss notwendigerweise die im Nutzhub antreibende Magnetspule einen um so stärkeren Strom führen. Der Wirkungs- grad der gesamten Energieumsetzung wird also in jedem Falle schlecht.
Dieser Mangel wird mittels des erfindungs gemässen Verfahrens dadurch behoben, d,13 die Erregung der Magnetspule nicht durch einfache Spannungshalbwellen wechselnder Polarität erfolgt, sondern in der -Weise, dar die während des Nutzhubes des Ankers in der Magnetspule wirksame Spannung aus zwei vom Generator gelieferten Spannungshalb wellen von entgegengesetzter Richtung be steht, von denen die erste die Hubarbeit be wirkt und die zweite den Strom irr der Magnet- spule gegen Hubende auf Null herunterdrückt.
Dadurch wird auch verhindert, dar im < in- schliessenden Rücklauf des Ankers ein noch maliges Wiederansteigen des Stromes mit ent sprechender Bremswirkung stattfindet.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein elektro magnetisches Schlagwerkzeug einfachster be kannter Bauart mit nur einer Magnetspule dargestellt. Die Spule 1 zieht bei Erregung den Anker 2 in sich hinein. Am Ende des Nutzhubes-Hinlaufs schlägt der Anker auf ein Werkzeug 3. Der Rücklauf wird durch eine Feder 4 bewirkt, die ausserdem den Anker am Ende des Rücklaufs elastisch auffängt. Die Magnetspule 1 ist mit der Wicklung <B>53</B> eines Wechselstromgenerators in Reihe ge schaltet, dessen Feldwicklung<B>6</B> von einer Gleichstromquelle gespeist wird.
Fig. 2 zeigt den Weg-Zeit-Verlauf eines solchen Schlagwerkzeuges <I>(t</I> ist die Zeit, h der Weg oder der Hub). Während des Hin- Laufs des Ankers wird dieser durch die spuk, 1 stark beschleunigt, gibt am Ende des Hin laufs seile Schlagenergie mehr oder weniger vollständig an das Werkzeug 3 ah, so dass ei- ganz (-)der nahezu zur Ruhe kommt, und wird dann durch die Feder 4 im Rücklauf zurück gezogen. Die Dauer b des Rücklaufs wird im allgemeinen wesentlich länger sein müssen, als die Dauer a des Hinlaufs, wenn man eine übermässig starke Feder und entsprechend starken Rüchschlag des Schlagwerkzeuges vermeiden will.
In Fig. 3 ist die vom Generator gelieferte Spannungswelle C.' dargestellt. Der ihr ent sprechende Strom .l steigt auf einen Höchst wert an, bewirkt dadurch den Hinlauf des Ankers und fällt gegen Ende des Hinlaufs schnell ab. Das Abfallen des Stromes ist bei zeitlich im Verhältnis zur Hubzeit richtig be messener Spannungshalbwelle nicht nur durch das Absinken der Arbeitsspannung U selbst bedingt, sondern auch durch die Gegen-EMK der Bewegung, die infolge der gegen Hub ende hohen Geschwindigkeit des Ankers ? und der entsprechend schnellen Zunahme der Induktivität der Spule 1 beträchtlich groll ist.
Am Ende des Hinlaufs fällt nun aber nicht, wie erwünscht, der Strom ganz auf Null ab, sondern steigt im Gegenteil unter Umständen noch wieder an als Folge einer jetzt gene- ratorischen EMK, die durch das mechanisch bewirkte Herausziehen des Ankers aus der Spule induziert wird und die die gleiche Rich tung Trat wie der Strom. Diese EMK hält daher den Strom noch aufrecht, auch wenn die Generatorspannung bereits auf Null herab gefallen ist.
Eist nach Beginn der nächsten Spannungshalbwelle finit entgegengesetztem Vorzeichen geht der Strom ganz auf Null zurück, uni dann sofort anschliessend in ent gegengesetzter Richtung anzusteigen und den nächsten Hinlauf des Ankers zu bewirken.
Der jeweils während des Rücklaufs noch bestehenbleibende Reststrom Trat nun die äusserst nachteilige Wirkung, dass ei- den Rück- Iauf des Ankers abbremst und verzögert, so d < 113 die Riic#kl < iufzeit gröl.;er wird und dadurch sogar der sehuncLlichen Schlagzahl bestimmte Grenzen gesetzt sind. Ein Mass für die Brems wirkung gibt die in Fig. 3 gestrichelte Strom Zeit-Fläclie.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch unsymmetrische, steil ansteigende und flach abfallende Spannungshalbwellen ein entspre chend schnelles Ansteigen des magnetischen Flusses und schnelles Verschwinden gegen Hubende zu erzielen. Eine durchgreifende Ab hilfe ist damit jedoch nicht erreichbar.
Erfindungsgemäss wird der während des Rücklaufs sonst vorhandene Reststrom und seine schädliche Bremswirkung dadurch völlig beseitigt, dass die während eines Hinlaufs wirksame Spannung aus einer Halbwelle der eigentlichen Arbeitsspannung und einer un mittelbar anschliessenden Hilfsspannungshalb welle von entgegengesetzter Richtung und vorzugsweise kürzerer Dauer und kleinerer Amplitude zusammengesetzt wird, wobei die Gesamtdauer beider Spannungshalbwellen etwa gleich der gewünschten Hinlaufzeit ge macht wird. Ein solcher Spannungsverlauf ist in Fig. 4 gezeigt. Hierin ist U die Halbwelle der Arbeitsspannung, Uli die der Hilfsspan nung.
Durch eine solche zusammengesetzte Spannungskurve wird der Strom am Hubende zwangsweise auf Null gebracht und ausserdem der weitere Vorteil erreicht, dass die im magne tischen Kreis der Spule gegen Ende des Hin laufs noch aufgespeicherte magnetische Ener gie an den Generator zurückgeliefert wird, da Strom und Spannung während der Dauer der Hilfsspannungshalbwelle entgegengesetzte Vor zeichen haben. Es ergibt sich also ein Strom verlauf nach Kurve J der Fig. 4, wobei die Dauer einer Stromhalbwelle jeweils gleich oder nahezu gleich der Hinlaufzeit ist. Diese zeitliche Übereinstimmung ist dann lediglich eine Frage richtiger Bemessung von Windungs zahl und Leiterquerschnitt der Magnetspule im Verhältnis zur Grösse der Arbeitsspannung und zur Masse des Ankers.
In grundsätzlich gleicher Art ist die er- fiiidungsgemähe Betriebsweise auch auf eine zweite Magnetspule anwendbar, die etwa an Stelle der Feder 4 angeordnet wird, um den Rücklauf des Ankers zu bewirken. Die Prin- zipanordnung entspricht dann beispielsweise dem Aufbau eines Schlagwerkzeuges mit, Schlag- und Rückhubspule nach der deutschen Patentschrift Nr. 730 301.
Ein derartiger Zwei spulen-Magnetmotor kann zwar mit zeitlich richtig bemessenen Halbwellen der Arbeits spannung auch ohne Zuhilfenahme der vor liegenden Erfindung betrieben werden, jedoch nur mit dem eingangs beschriebenen Mangel erheblicher Restströme während des jeweiligen Rücklaufs und dadurch für eine gewünschte Schlagleistung entsprechend vergrösserter Ge samtspulenströme und grösserer Stromwärme verluste. Durch Einfügung von Hilfsspannungs halbwellen, die den verschieden langen Ar beitsspannungshalbwellen der Schlag- und Rückhubspule angepasst sind, kann auch hier ein reststromfreier Betrieb mit entsprechend höherem Wirkungsgrad erzielt werden. Die Spannungs- und Stromhalbwellen verlaufen dann etwa nach Fig. 5.
Während die Arbeitsspannungshalbwellen Us im Schlagspulenkreis wesentlich kürzere Dauer haben als die entsprechenden Halb wellen UR> und zwar wegen der verschieden langen Hubzeiten, können die Hilfsspannungs halbwellen Uns und UHR etwa gleich lang gehalten werden.
Die zur Durchführung der erfindungsge- mässen Betriebsweise erforderlichen zusammen gesetzten Spannungswellen können in dem zur Erzeugung der typischen Arbeitsspannungs wellen sowieso notwendigen Generator in Sonderbauart durch eine geeignete Kombina tion von Ankerspulen und induzierendem Magnetsystem erzeugt werden. Für einen Magnetmotor mit nur einer Spule kann die Ankerwicklung des Generators beispielsweise nach Fig. 6 ausgeführt sein.
Sie besteht aus Spulen 1, 1' und 2, 2', die gleichsinnig in Reihe geschaltet sind, und einer gegensinnig dazu geschalteten Spule 3, 3'. Die Spule 3 ist räumlich im Umlaufsinn des induzierenden Magnetsystems 4 mit Erregerwicklung 5 gegen über der Spulengruppe 1-2 versetzt. Durch geeignete Polbreite des Feldmagnetkörpers 4 kann mit dieser Anordnung eine SpannuDgs- kurve U bezw. <B>UH</B> nach Fig. 4 erreicht werden.
Zur Speisung von zwei Magnetspulen ent sprechend Fig. 5 ist eine Wicklungsanordnung nach Fig. 7 zweckmässig, bestehend aus den selben Spulen 1, 1', 2, 2' und 3, 3', mit denen die Schlagspule des Schlagwerkzeuges betrie ben wird, und weiteren Ankerspulen 6, 6', 7, 7', 8, 8' und 9, 9' zur Erzeugung der Ar beitsspannungshalbwellen sowie einer Spule 10, 10' zur Erzeugung der Hilfsspannungs halbwellen für die Rückhubspule des Schlag- werkzeuges. Die hiermit induzierten Gesamt spannungen entsprechen den Spannungskurven Us, Uns bezw. UR, UHR der Fig. 5.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch für jede andere Art von Magnetmotoren, z. B. Schwingankermotoren für geradlinige oder Drehschwingungen, mit gleichem Vorteil angewendet werden.