Elektrische Wälzmaschine vergrösserten Anlauf- und Kippmomentes Elektrische Wälzmaschinen sind Motoren, in deren Ständer ein umlaufendes, meist ma- -net.Lsches Feld erzeugt wird, deren drehbarer Teil (Wälzer) jedoch nicht um eine festste liende Aclise umläuft, sondern sich über eine mit dem Ständer fest. verbundene Wälzbahn abwälzt. Hierbei ist es notwendig, dass der Wälzer in jedem Zeitpunkt einer Kraft aus gesetzt ist, die ihn gegen seine Berührungs stelle mit der Wälzbahn drückt.
Zur Erzie lung dieser einseitigen Zugkraft muss auch das umlaufende Feld einseitig wirken; hierfür wird zweckmässig ein G'leichpolfeld verwendet, das meist durch einen überlagerten CTleich- strom oder durch Gleichrichter bewirkt wird, die die negativen Halbwellen unterdrücken.
Die Ausbildunsn, des Wälzers kann ent weder zylindrisch sein, wenn er in einem hohlzylindrischen Ständer mit radialen Kraft linien im Luftspalt umläuft; er kann aber auch als Kegel oder als Scheibe ausgebildet erden, wenn er zum Umlauf auf einem Stän der, der axiale Kraftlinien im Luftspalt er zeugt, ausgebildet ist. (koniseher. Wälzer).
In jedem Falle empfiehlt es sich, den magne tischen Kreis in Richtung einer Zy linder bzw. Ke-elerzeugenden zu erstrecken, wie in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, ?, 3, -1 :,@ e@elgt ist.
Der Durchmesser eines zylindrischen Wäl zers bzw. die Neigung der Erzeugenden eines konisehen Wälzers wird meist nur uni weniges kleiner gewählt als der Durchmesser der Bohrung eines zylindrischen Ständers bzw. die Neigung der entsprechenden Erzeugen den eines konischen Ständers, so dass eine ausserordentlich hohe Übersetzung ins Lang same, beispielsweise im Verhältnis<B>100:</B> 1, und auch weit darüber möglich ist.
Jede Wälz- maschine läuft also wesentlich langsamer um als das in ihr wirksame Drehfeld; sie ersetzt somit einen Motor mit einem mehrfachen Zahnrad- oder Schneckenv orgelege. Der Vor teil aller Wälzmaschinen gegenüber Vorgelege- motoren liegt darin, dass es, überhaupt keine Teile gibt, die mit der Umlaufzahl des Dreh feldes umlaufen, denn nur der Berührungs punkt zwischen Wälzer und Wälzbahn hat die Umlaufzahl des Drehfeldes, während sich der Wälzer selbst langsam entgegen der Dreh feldumlaufrichtung dreht;
der Wälzer muss also nur auf eine wesentlich geringere An triebsdrehzahl, beispielsweise
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der Dreh felddrehzahl, beschleunigt werden. Da die kinetische Energie mit dem Quadrat der Dreh zahl zunimmt, ergibt sich zunächst, dass ein Motor mit einem Vorgelege 100:1 das 10 000fache auf die Antriebswelle reduzierte Schwungmoment haben würde.
Da beim An lauf einer Wälzmasehine die Berührungsstelle zwischen Wälzer und Wälzbahn praktisch sofort mit dem Drehfeld der Maschine um läuft, erreichen alle Wälzmaschinen, ähnlich wie Druckluft- oder hvclraulische Kolben, ihre Solldrehzahl im Bruchteil einer Periode, also etwa in 1/10o Sekunde. Das Hauptanwen dungsgebiet von Wälzmaschinen sind Steuer geräte, Regler, Hebezeuge, Wipptisehe, Ver- stellvorrichtungen, Aufzüge,
Türen und der gleichen mehr, also Antriebe, die ihre End- drehzahl rasch zu erreichen haben und die rasch stillzusetzen sind. Dabei ist, eine Rutsch kupplung und eine Bremse meist entbehrlich. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet sind verlustlos regelbare Antriebe mit Ener gierückgewinnung. Die erwähnte Wälzbahn kann eine Zylinderfläche, eine Kegelfläche oder eine Ebene sein. Wird der Scheitelwinkel der Kegelfläche verstellbar ausgeführt, so er gibt sieh die Möglichkeit, die Abtriebsdrehzahl stetig zu ändern.
Für die konische Wälz- inaschine kommen als Anwendungsgebiet zu den Hebezeugen, Verstellvorrichtungen und Aufzüge noch hinzu: Werkzeugmaschinen, Papiermaschinen, kleine Walzwerke, Spinn maschinen und dergleichen. Ausserdem gibt es rein elektrische Anwendungen und die An wendung als Pumpen. Näheres darüber ent hält ein Aufsatz des Patentinhabers in der Zeitschrift des österreichischen Ingenieur und Architekten-Vereins 1952, Heft 1/2, sowie die österreichische Patentschrift Nr.166850 vom 5. 9. 1948 und deutsche Patentschrift Nr.902883 vom 22.12.1951.
Das geringe Sehwunginoment der Wälz maschine stellt jedoch nicht nur einen grossen Vorteil für Steuerungen aller Art dar, es ist gleichzeitig eine unerlässliche Bedingung für den Anlauf. Gelingt der Anlauf nicht inner halb 1/2 bis 1 Periode, so setzt sieh die Ma schine gar nicht in Bewegung. Da das Läufer gewicht der dritten Potenz des Durchmessers, das Schwungmoment daher der fünften Potenz des Durchmessers proportional ist, das Dreh inoment aber bei derselben Induktion nur der dritten Potenz des Durchmessers proportional ist, ergibt. sieh ein grösstzulässiger Durch messer, oberhalb dessen die - Maschine nicht mehr anläuft.
Deshalb sind die bisherigen elektrischen Wälzmaschinen auf kleine Durch- messec und damit auf kleine Leistungen be schränkt.
Das in einer Wälzmaschine wirksame Dreh moment enthält zwei Komponenten, nämlich erstens das synchrone Drehmoment, mit dem der. Schwerpunkt des Wälzers iin Synchronis mus des Drehfeldes erhalten wird, und z\vei- tens das insbesondere beim Anlauf wirksame asynchrone Drehmoment, durch das der Wäl zer um seine Momentanachse, das ist seine Berührungslinie mit der @Välzbahit verdreht wird.
Das synchrone Drehmoment wird durch die magnetische Zugkraft des Drehfeldes er zeugt, während das asy nehrone Drehmoment durch die im Wälzer erzeugten Wirbelströme zustande kommt. Die Kräfte, die die Wirbel ströme hervorrufen, können durch eine resul tierende Kraft ersetzt werden, deren Angriffs punkt etwa an der Stelle der grössten Wir belstromdichte liegt. Bei Wälzern aus massi vem Eisen liegt dieser Angriffspunkt sehr nahe dem Berührungspunkt zwischen Wälzer und Ständer.
Gegenstand der Erfindun- ist eine elek trische Wälzmaschine, deren\ (asynchrones) Anlaufmoment praktisch ohne Verfrösserun#,g des Schwungmomentes gegenüber \dem An laufmoment der Wälzmaschine bekannter Bau art beträchtlich erhöht- ist.
Erfindungsgemäss ist das Anlaufmoment des Wälzers dadurch erhöht, dass die Wirkungslinien der magne- tischen Zugkraft und der von den Wälzer strömen ausgeübten Kraft einerseits und die Momentanaehse anderseits durch Formgebung des Wälzers voneinander weggerückt sind, so dass diese Kräfte unter einem grösseren Hebel arm gegen die Momentaiiaelise angreifen.
Die erfindungsgeinä.sse Vergrösserung der ausführbaren Leistung der Wälzmaschine ge stattet erst, das oben angeführte Anwendungs gebiet mit Wälzmaschinen auszurüsten.
Für das Auseinanderrücken der von den Wälzerströmen ausgeübten Kraft und der 1-Iomentaitaclise sind für die Formgebung des Wälzers zwei Möglichkeiten gegeben; nämlich erstens dadurch, dass der zy lindrisehe bis schwach konische Wälzer durch Einsehnü- rungen spulenför inig gestaltet ist und zwei- teils dadurch, dass der spulenför urige Wälzer aus einem zylindrischen Eisenkern mit ring förmigen Blechpaketen besteht.
Zum Ver ständnis der letzteren Möglichkeit sei auf die bereits erwähnte Tatsache hingewiesen, dass bei Wälzern aus massivem Eisen der Angriffspunkt der asynchronen Drehkraft nahe dem Berührungspunkt zwischen Wälzer und Ständer liegt; wenn der Wälzer jedoch nur einen Kern aus massivem Eisen besitzt, der von einer Lamellierung umgeben ist, rückt die Stelle, an der die grösste Wirbelstrom- dichte auftritt,
nach innen an die Grenze zwisehen dem Kern und der Lamellierung. Damit wird aber auch der Angriffspunkt der asyirehronen Drehkraft vom Berührungspunkt mit der Wälzbahn entfernt und dadurch das asynchrone Drehmoment erhöht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 5a gezeigt, während in den Fig.6 bis 10 erläuternde schematische Dar- stellungen gegeben sind. Die Fig.l und 1a zeigen in Längs- bzw. Querschnitt und zum Teil in Ansicht eine zylindrische Wä.lz- rnasclrine, deren Anlaufmoment einerseits durch Lamellierung ihres Wälzers und ander seits mit Hilfe einer gegenüber dem Wälzer vergrösserten Wälzbahn vergrössert ist.
In der erläuterten Fig.6 ist. die anlaufrnomenterhö- hende Wirkung der Lamellierung bzw. einer Einsehnürung des Wälzers veranschaulicht.
Zur Erläuterung der Erhöhung des Anlauf momentes mit Hilfe einer vergrösserten Wälz bahn dient die Fig.7. Fig.8 zeigt beispiels weise eine Schaltung zur Erzeugung eines umlaufenden Gleichpolfeldes in einer Wälz- rnasehine. In Fig.2 ist eine konische Wälz- maschine im Längsschnitt dargestellt, deren Wälzer in Anlaufstellung gezeichnet ist. Die in Fig.4 dargestellte konische Wälzmaschine enthält zwei Wälzer, die in Betriebsstellung dargestellt sind.
In Fig. ä ist eine massen ausgeglichene konische Wälzmaschine darge stellt, deren Ständer in Fig. 5a in Ansicht von oben gezeigt ist. In Fig.3 sind drei mitein ander gekuppelte zylindrische Wälzmaschinen dargestellt. Einzelheiten hierzu zeigen die Fig. 3n bis<B>3e.</B> In den Fig. 9 und 9a ist in Längs- bzw. Querschnitt eine zylindrische Wälzmaschine mit- einer anders ausgebildeten Wälzbahn dargestellt.
Zur Erläuterung der Ausführung nach Fig. 9 bzw. 9a dient schliess lich die Fig.10.
Der in Fig.1 beispielsweise dargestellte zylindrische Wälzmotor besitzt einen Wälzer, der aus einem massiven Kern 1 und auf die sem aufgesetzten ringförmigen Blechpaketen 2 besteht, die durch aufgesetzte und verkeilte Druckplatten befestigt sind. Der magnetische Kreis schliesst sich über die Ständerbleche 3 und wird erregt durch die verteilte Mehr phasenwicklung 4, die stark gesehnt ist. Der prinzipielle Aufbau der Schaltung ist der Fig.8 zu entnehmen.
An die Leiter eines Dreiphasennetzes sind über Gleichrichter G sechs am Umfang des Ständers verteilte Wick lungen angeschlossen, derart, dass je zwei ein ander diametral gegenüberliegende. Wicklun gen von um 180 verschobenen gleichsinnig magnetisierenden Halbwellen durchflossen sind. Die sechs Wicklungen werden nachein ander von den sechs Halbwellen durchflossen; das resultierende Ständerfeld übt somit auf den Wälzer eine einseitig wirkende Kraft aus, deren Vektor mit der Drehfeldgeschwindig- keit umläuft.
Die in Fig.1 mit 5 bezeich neten Dämpfungsringe aus elektrisch leiten dem Material, zum Beispiel Kupfer oder Messing, haben den Zweck, die Pulsationen des umlaufenden Feldes auszugleichen.
Die Ständerbleche 3 sind, wie aus Fig.1a ersichtlich, etwa nach einer Evolvente ge krümmt und durch ein mehrteiliges Ständer rohr 8 konzentrisch zusammengepresst. Da durch wird auch die Wicklung 4 gegen die Dämpfungsringe 5- gedrückt. Das Zusammen pressen kann durch tangentiale Schrauben oder durch entsprechende konische Ausbil dung der Deckplatten 6 des Ständers bewirkt werden. Die Deckplatten 6 tragen Reibbahnen 9, auf denen sich die den Wälzer tragenden Reibscheiben 7 abwälzen.
Bei der in Fig.1 dargestellten Wälzerform treten die Wälzerströme nicht nur an der ilbertrittsfläche der Kraftlinien vom Ständer in den Wälzer auf, sondern auch in den drei vorstehenden Ringen ?. Dadurch wird die Stelle, an der die grössten Wirbelstromver- luste auftreten und an der auch die Reak tionskraft der Wirbelströme angreift, vom Rande des Wälzers (wo sie bei einem. massiven Wälzer ohne Einschnürung auf treten würde) gegen die Mittelachse des Wälzers gerückt.
Die Läuferströme tre ten bei der Ausführung nach Fig. 1, nach der die Ringe insbesondere lamelliert sind, vornehmlich an der Übertrittsstelle der Kraft- linien aus den Blechpaketen, aus Transforina- torenblech 2, in den massiven Zylinder 1 auf.
Zur Erläuterung der hierbei auftretenden Kräfteverhältnisse dient die Fig.6. Der hier mit W bezeichnete zylindrische Wälzer hat. den Durchmesser D1 und läuft in der Boh rung vom Durchmesser D eines Ständers S um. Die am Wälzer W angreifende magne tische Zugkraft P, die für das synchrone Drehmoment massgebend ist, eilt gegenüber der Berührungsstelle B des Wälzers W mit. seiner Wälzbahn um einen Winkel a voraus, so dass sich ein synchronisierendes Moment von der Grösse hD # <I>P</I> ergibt.
Das für den Anlauf massgebende asynchrone Drehmoment wird durch die im Wälzer auftretenden Wir belströme verursacht, die bei einem Wälzer aus massivem Eisen eine resultierende Dreh kraft Q erzeugen, deren Angriffspunkt von der Berührungsstelle die Entfernung a1 auf weist. Das asynchrone Drehmoment hat also bei den bekannten Wälzmaschinen die Grösse ccl#Q.
Wird der Abstand zwischen dein Momen- tanpol R und der von den Wirbelströmen ausgeübten Kraft Q1 durch Formgebung ver grössert, also beispielsweise dadurch, dass der Wälzer W vorspringende Ringe R erhält, so vergrössert sich das asynchrone Drehmoment bei gleichbleibendem Bohrungsdurchmesser D auf den Wert (dl + b) # Ql, wobei mit. b =
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die Vergrösserung des Hebelarmes der asynchronen Drehkraft bezeichnet ist.
Mit cl ist der durch die Formgebung des Wälzers gemäss der Erfindung reduzierte Durchmesser des Wälzerkernes bezeichnet. Diese Reduktion des Durchmessers d des Wälzerkernes kann entweder durch spulen förmige Ausbildung des Wälzers zustande kommen oder dadurch, dass das Ringgebiet R um den Wälzerkern, wie in Fig. 1 dargestellt. lamelliert ausgeführt. wird.
Eine weitere Erhöhung des Anlaufmomen tes (ohne Vergrösserung der Läuferverluste bei unveränderter magnetischer Zugkraft) ist bei der Wälzmaschine nach Fig.l dadurch erzielt, da.ss der Wälzer nicht direkt in der Ständerbohrung umläuft, sondern mit Reib scheiben 7 versehen ist, deren Durchmesser grösser als der Wälzerdurchmesser ist, -wobei für die Reibscheiben 7 eine zur Ständerboh- rung konzentrische Wälzbahn 9 vorgesehen ist. Zur Erläuterung dieser Verhältnisse dient die Fig.7.
Wenn der Wälzbahndurehinesser Dl, grösser gewählt wird als der Bohrungsdurchmesser D des Ständers, dann ergibt sich ein sy nehroni- sierendes Moment hC # <I>P</I> und ein asy nehrones Moment (a. <I>+</I> a1)
# <I>Q.</I> Die Vergrösserung des Hebelarmes beträgt gegenüber der gewöhn liehen Wälzmaschine \für das synchroilisie- rende Moment hc. - h.L und für das asyn chrone Moment a- Eine noch wirksamere Formgebung der Wälzbahn im Sinne einer Erhöhung des An laufmomentes besteht darin,
da.ss in kinenia- tiseher Umkehr der Verhältnisse Reibscheibe - Wälzbahn der Wälzer eine die Wälzbahn umfassende Reibscheibe trägt, die sieh -nm einen am Ständer befestigten Wälzring herum abwälzt. Eine solche Ausführung ist. in Längs- und Querschnitt in den Fig. 9 bzw. 9a dargc- stellt und an Hand der Fi-. 10 erläutert.
Die an den Wälzer 1. angesetzte Reibseheibe 7(r umfasst finit einem Laufring 7b die Wälzbahn 9 von aussen. Der Innendiirchinesser des Lauf ringes 7b ist mit D, und der Aussendurch- messer des Wälzringes 9 mit Dl, bezeichnet.
Hierbei ergibt sich ein synchronisierendes Mo ment hD # <I>P</I> und ein asynchrones Moment (a. <I>-</I> a1) # <I>Q.</I> Die Vergrösserung des Hebel armes beträgt gegenüber der gewöhnlichen Wälzmasehine für das synchronisierende Mo- ment: h.n <I>-</I> h.$ <I>=</I> hC <I>-</I> h$ + 2a sin <I>a</I> und für das asynchrone Moment:
a;, <I>- 2a1 =</I> D, <I>-</I> g, Zal. Hierin bedeutet ö die Exzentrizität von Wälzer- und Ständerachse.
Durch die erfindungsgemässe Verlänge rung des Hebelarmes zufolge der Formgebung des Wälzers wird das Anlauf- und Kippinc- ment bei elektrisch unverändertem Wälzmot.or- st5nder beträchtlich erhöht.
Dabei ist zu be achten, dass die von den. Wirbelströmen -aus geübte Kraft wegen der entgegengesetzt ge richteten Kraft der im schwächeren Feld etwa in Wälzermittelhöhe fliessenden Rückströme die Resultante Q bis in die Nähe des untern Wälzerrandes, bei weniger günstiger Form gebung sogar darunter rückt, so dass der Anlauf erst durch die erfindungsgemässe Ver längerung des Hebelarmes gelingt und der innenliegenden Wälzbahn, als dem. wirksam sten Mittel hierzu, der Vorzug zu geben ist, soweit es der etwas höhere Herstellungspreis irgendwie gestattet.
Die Erfindung ist nicht auf zylindrische Wälzmaschinen eingeschränkt; die Erhöhung des Anlaufmomentes bei einer Wälzmaschine mit ebenem oder leicht, konischem Wälzer ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführung der Wälzmaschine ist der Wälzer aus rinnen- förmigen Blechen 16 gebildet. Er ist auf seiner Aelise verschwenkbar, jedoch gegen diese un- verdrehbar angeordnet. Durch Verschiebung des Schwenkpunktes kann die Drehzahl ver stellt werden, wie durch den Pfeil angedeutet ist.
Der Wälzer ist mit einem konzentrischen Ring 1.3 aus unmagnetischem Material ver sehen, mit dem er sieh auf der mit. einer dünnen Schicht. aufv ulkanisierten Gummis versehenen Reibbahn 12 des Ständers abwälzt. 1)er Ständer besteht. aus einem ringförmigen Teil. 18 aus sternförmifl, oder evolventenartig gesehiehteten Blechen.
In axialer Richtung sind an den Teil 18 weitere, ebenfalls lamel- lierte Ringteile 17 angesetzt, deren freie End flächen den freien Endflächen des Blech paketes 16 des Wälzers gegenüberstehen. Der magnetische Fluss wird von der auf dem in- nern Ringteil 17 sitzenden Wicklung 4 er- zeugt, tritt durch den Luftspalt 11 in das Blechpaket 16 des Wälzers ein, verläuft dort in Richtung der Lamellierung biss zum.
Luft spalt 10; über den letzteren tritt der magne tische Fluss in den äussern Ring 17 des Stän ders ein und schliesst sich über den Teil 18. Der mittels Druckschrauben 11 an den Blechen 16 befestigte Dämpfungsring 15 bildet mit den Druckschrauben 14 zusammen eine Käfig wicklung für ein verhältnismässig grosses Anlaufmoment. Der Dämpfungsring 15 hat auch bei dieser Ausführung den Zweck, Pul sationen des umlaufenden Feldes auszuglei chen.
Die erfindungsgemässe Erhöhung des An laufmomentes wird bei der Ausführung nach Fig. 2 dadurch erzielt, dass die Bleche 16 rin- nenförmig gebogen sind, wodurch die Stelle, an der die Wälzerströme auftreten und an der die resultierende Reaktionskraft angreift, von der Reibbahn weggerückt ist. Durch den Ring 17 ist auch die Wirklinie der. magne tischen Zugkraft von der Momentanachse weg gerückt.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 las sen sich sowohl der Ständer als auch der Wäl zer ähnlich wie der in Fig.1a dargestellte Ständer aus evolventenförmig gebogenen und geschichteten Blechen aufbauen. Das U-för- mige Profil des Ständers (das in Fig. 2 durch den Zusammenbau der Teile 17 und 18 ent steht) und das rinnenförmige Profil des Wälzers werden in diesem Fall durch ein entsprechendes Schnitt- bzw. Stanzwerkzeug erzielt.
Hierdurch ergibt sieh im Ständer eine schräge Nutung, in der eine verteilte Wick lung angeordnet ist, wodurch sich Geräusch freiheit und auch eine Reduzierung der Wir belstromverluste am Wälzerumfang erreichen lassen.
Zur Einstellung der Lauf- und Kraftver hältnisse dieser Wälzmaschine ist ihre Achse in Längsrichtung verstellbar, wobei der Nei gungswinkel des Wälzers gegen seine Reib bahn verändert wird. Fig. 3 zeigt eine Anordnung von zylindri schen Wälzmaschinen, deren Wälzer 20 zwecks Massenausgleich in besonderer Weise mitein- ander gekuppelt sind. Die drei Wälzer laufen in Ständern 3 mit einer gemeinsamen Achse. Die Anordnung enthält für die drei Wälzer sechs Reibbahnen 12:.
Die Reibscheiben 7 sind der Einfachheit halber mit demselben Durch messer gezeichnet wie die zylindrischen Wäl zer 20, sind jedoch zur Vergrösserung des Drehmomentes grösser. Die Kupplungen zwi schen den Wälzern sind mit 19 bezeichnet und in Fig. 3a, im Schnitt senkrecht zur Wä.l- zeraehse dargestellt. Die Berührungspunkte der drei Reibscheibenpaare 7 schliessen mit einander Winkel von je 1'20 ein. Die Achs zapfen der Wälzer werden beispielsweise un ter Zuhilfenahme von Hilfsrollen zu einer Rollenkupplung vereinigt.
Jede Rollenkupp lung besteht aus zwei Wellenzapfen 21 und 22, der Hilfsrolle 23 gleichen Durchmessers, der Hilfsrolle 24 etwas kleineren Durchmes sers, dem Distanzkäfig 25 und dem biegsamen Reibband 26. Der Durchmesser der Hilfsrolle 24 muss so gross sein, - dass sich die drei gleich grossen Kreise 21, 22, 23 nicht berühren und durch den Distanzkäfig distanziert werden können. Eine noch etwas bessere Ausführung einer Kupplung zeigen Fig.3b und<B>3e,</B> die statt eines Distanzkäfigs drei weitere Hilfs rollen verwendet.
Das Reibband wird hier durch zwei entgegengesetzt konische Ringe 27, 28 ersetzt, deren Anpressdruck durch eine übergeschobene Hülse 29 mit einem Gewinde ring 30 eingestellt werden kann.
In vollkommenerer Weise kann der Mas senausgleich durch vier zylindrische Wälzer erreicht werden, deren symmetrisch liegende Berührungsstellen Wälzer-Reibbahn um 180 gegeneinander versetzt sind.
Auch bei konischen Wälzmaschinen ist gegebenenfalls ein Massenausgleich erforder lich. Fig.4 zeigt eine konische Wälzmaschine mit zwei spiegelbirdlich angeordneten und bewegten Wälzern, wodurch ein Ausgleich der axialen Massenkräfte erzielt wird.
Fig.5 und 5a zeigen eine massenausge glichene Wälzmaschine mit zwei ebenen Wäl zern und vier Ständerwickhingen im Längs schnitt und in Ansieht von oben. Der Massen- ausgleieh wird durch Zusammenwirken der zwei doppelt wirkenden Wälzer a.iis gerollten Blechen erzielt..
Der magnetische Rüeksehluss ist., wie aus Fig.5a zui ersehen, durch An ordnung der Bleche in Sternform in sechs Zweige aufgeteilt, Die R.ückführung-bleehe sind mit. einer (xleielist.romwieklun s" 31 be setzt, die zur Erzeugung einer der Wechsel- strommagnet.isierung überlagerten (Tleic@i- strommagnetisierLina@ dient.
Hierdurch werden die negativen Halbwellen kompensiert und ein Gleichpolfeld erzeugt. Aue], liier ist e zweckmässig, den Ständer mit schrägen Nuten und gelehnter Wieklun g auszuführen, uni ein gleichmässiges Drehfeld und eine gerin gere Blindstromaufnahme zii erreichen.
Der mechanische Teil ist. in Anlehnung an Fig.4 ausgebildet zii denken, wobei für die Anbrin- gung der Teile<B>1.92</B> und 13 im Innern der Ständerwieklung reichlich Platz vorhanden ist.
Ausserdem ergibt der trapezförmige Blech querschnitt. der Wälzer, dass die Stelle, an der die Wälzerströme auftreten, und an der die resultierende Reaktionskraft angreift, von der Reibbahn weggerückt ist. Eine Längsverschie- bung der Wellenhälften für die Drehzahlrege lung, wie in Fig.4 durch Pfeile angedeutet., ist. bei dieser Bauart nicht beabsichtigt.
Sie lässt jedoch ein besonders hohes Reibungs- moment und ein besonders kleines Wälzer- schwungmoment erwarten.
Electric rolling machine with increased starting and overturning torque Electric rolling machines are motors in whose stator a rotating, mostly magnetic field is generated, the rotatable part of which, however, does not revolve around a fixed axis, but rather via one with the Stand firmly. connected rolling path rolls. Here it is necessary that the tome is exposed to a force at any point in time that presses it against its point of contact with the rolling path.
To achieve this one-sided tensile force, the surrounding field must also act on one side; For this purpose, a common pole field is expediently used, which is usually brought about by a superimposed C direct current or by rectifiers that suppress the negative half-waves.
The training of the roller can either be cylindrical when it rotates in a hollow cylindrical stator with radial lines of force in the air gap; but it can also be designed as a cone or a disk when it is designed to circulate on a stand that generates axial lines of force in the air gap. (conical tome).
In any case, it is advisable to extend the magnetic circle in the direction of a cylinder or cone-generating unit, as is the case in the exemplary embodiments according to FIG. 1,?, 3, -1:, @ e @ elgt.
The diameter of a cylindrical roller or the inclination of the generators of a conical roller is usually selected only uni little smaller than the diameter of the bore of a cylindrical stand or the inclination of the corresponding generators of a conical stand, so that an extraordinarily high translation into the long same, for example in the ratio <B> 100: </B> 1, and also far above is possible.
Each rolling machine therefore runs much more slowly than the rotating field that is active in it; it thus replaces a motor with a multiple gear or worm gear. The advantage of all rolling machines over countershaft motors is that there are absolutely no parts that rotate at the speed of rotation of the rotating field, because only the point of contact between the roller and the roller path has the rotational speed of the rotating field, while the roller itself rotates slowly rotates against the direction of rotation of the field;
So the tome only needs to be driven at a much lower speed, for example
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the rotating field speed. Since the kinetic energy increases with the square of the speed, the first result is that a motor with a 100: 1 reduction gear would have 10,000 times the flywheel torque reduced to the drive shaft.
Since the point of contact between the roller and the roller path moves almost immediately with the rotating field of the machine when a roller machine starts up, all roller machines, similar to compressed air or hydraulic pistons, reach their target speed in a fraction of a period, i.e. in about 1/10 of a second. The main areas of application for rolling machines are control devices, regulators, hoists, rocker arms, adjusting devices, elevators,
Doors and the like, that is, drives that have to reach their final speed quickly and that can be shut down quickly. Here, a slip clutch and a brake are usually unnecessary. Another important area of application is lossless controllable drives with energy recovery. The mentioned rolling path can be a cylindrical surface, a conical surface or a plane. If the apex angle of the conical surface is made adjustable, it gives you the opportunity to continuously change the output speed.
For the conical rolling machine, there are additional areas of application in addition to hoists, adjusting devices and elevators: machine tools, paper machines, small rolling mills, spinning machines and the like. There are also purely electrical applications and use as pumps. For more information, see an article by the patent owner in the magazine of the Austrian Engineer and Architects Association 1952, issue 1/2, as well as the Austrian patent specification No. 166850 from September 5, 1948 and German patent specification No. 902883 from December 22, 1951.
However, the low momentum of the rolling machine is not only a great advantage for all types of controls, it is also an essential condition for startup. If the start-up does not succeed within 1/2 to 1 period, the machine does not start at all. Since the rotor weight is the third power of the diameter, the moment of inertia is proportional to the fifth power of the diameter, but the torque is only proportional to the third power of the diameter with the same induction. see a maximum permissible diameter above which the machine will no longer start.
For this reason, the previous electrical rolling machines are limited to small diameters and thus to small powers.
The effective torque in a rolling machine contains two components, namely first the synchronous torque with which the. The center of gravity of the roller is maintained in synchronism with the rotating field, and secondly the asynchronous torque that is particularly effective during start-up, by which the roller is rotated around its instantaneous axis, that is, its line of contact with the @ Välzbahit.
The synchronous torque is generated by the magnetic pulling force of the rotating field, while the asy nehrone torque is generated by the eddy currents generated in the tome. The forces that cause the eddy currents can be replaced by a resulting force whose point of application is roughly at the point of greatest eddy current density. In the case of tome made of solid iron, this point of application is very close to the point of contact between the tome and the stand.
The subject matter of the invention is an electric rolling machine, the (asynchronous) starting torque of which is considerably increased, with practically no deformation of the momentum compared to the starting torque of the rolling machine of the known type.
According to the invention, the starting torque of the roller is increased by the fact that the lines of action of the magnetic tensile force and the force exerted by the rollers, on the one hand, and the instantaneous axes, on the other, are moved away from each other by shaping the roller, so that these forces are poor against the momentary force under a larger lever attack.
The increase in the performance of the rolling machine according to the invention only enables the above-mentioned application area to be equipped with rolling machines.
For the separation of the force exerted by the rolling currents and the 1-momentaitaclise, there are two possibilities for the shaping of the rolling; namely, firstly, because the cylindrical to slightly conical tome is designed in the shape of a coil through visions and, in two parts, because the coil-shaped tome consists of a cylindrical iron core with ring-shaped laminated cores.
To understand the latter possibility, reference should be made to the fact already mentioned that in the case of rollers made of solid iron, the point of application of the asynchronous torque is close to the point of contact between the roller and the stator; However, if the tome has only one core made of solid iron, which is surrounded by lamination, the point at which the greatest density of eddy currents occurs moves closer,
inwards to the border between the core and the lamellae. However, this also removes the point of application of the asynchronous rotational force from the point of contact with the rolling path, thereby increasing the asynchronous torque.
Embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 5a, while explanatory schematic representations are given in FIGS. 6 to 10. The Fig.l and 1a show in longitudinal or cross section and partly in view of a cylindrical roller cylinder, whose starting torque is increased on the one hand by lamination of its roller and on the other hand with the help of a roller path enlarged compared to the roller.
In the illustrated Fig.6 is. illustrates the starting torque-increasing effect of lamination or a concealment of the roller.
7 is used to explain the increase in the starting torque with the aid of an enlarged roller path. FIG. 8 shows, for example, a circuit for generating a rotating constant pole field in a rolling nose. In FIG. 2, a conical roller machine is shown in longitudinal section, the roller of which is drawn in the starting position. The conical rolling machine shown in Figure 4 contains two rollers, which are shown in the operating position.
In Fig. Ä a mass balanced conical rolling machine is Darge provides, the stand is shown in Fig. 5a in a view from above. In Figure 3 three mitein other coupled cylindrical rolling machines are shown. Details of this are shown in FIGS. 3n to 3e. In FIGS. 9 and 9a, a cylindrical rolling machine with a differently designed rolling path is shown in longitudinal or cross section.
10 is used to explain the embodiment according to FIG. 9 and 9a.
The cylindrical roller motor shown in Figure 1, for example, has a roller, which consists of a solid core 1 and on the sem attached annular laminated core 2, which are fastened by attached and wedged pressure plates. The magnetic circuit closes over the stator steel 3 and is excited by the distributed multi-phase winding 4, which is greatly desired. The basic structure of the circuit is shown in Fig. 8.
Six windings distributed around the circumference of the stator are connected to the conductors of a three-phase network via rectifier G, in such a way that two each diametrically opposed to one another. Winding conditions are traversed by 180 shifted in the same direction magnetizing half waves. The six windings are traversed by the six half-waves one after the other; the resulting stator field thus exerts a unidirectional force on the tome, the vector of which rotates at the speed of the rotating field.
The designated in Figure 1 with 5 designated damping rings made of electrically conductive material, for example copper or brass, have the purpose of compensating for the pulsations of the rotating field.
The stator plates 3 are, as can be seen from Fig.1a, curved ge approximately after an involute and pressed together by a multi-part stator tube 8 concentrically. Since the winding 4 is also pressed against the damping rings 5- by. The press together can be effected by tangential screws or by appropriate conical training of the cover plates 6 of the stand. The cover plates 6 carry friction tracks 9 on which the friction disks 7 carrying the roller roll.
In the tome shape shown in FIG. 1, the tome currents occur not only on the surface where the lines of force cross from the stator into the tome, but also in the three protruding rings? As a result, the point at which the greatest eddy current losses occur and where the reaction force of the eddy currents also acts is shifted from the edge of the roller (where it would occur in a massive roller without constriction) against the center axis of the roller.
In the embodiment according to FIG. 1, according to which the rings are in particular laminated, the rotor currents occur primarily at the point where the lines of force from the laminated cores, made of transformer sheet 2, enter the solid cylinder 1.
FIG. 6 serves to explain the force relationships that occur here. The cylindrical tome marked W here has. the diameter D1 and runs in the borehole tion from the diameter D of a stand S around. The magnetic tensile force P acting on the roller W, which is decisive for the synchronous torque, rushes towards the contact point B of the roller W. of its rolling path by an angle a, so that a synchronizing moment of the size hD # <I> P </I> results.
The asynchronous torque, which is decisive for the start-up, is caused by the vortex currents occurring in the tome, which generate a resulting rotational force Q in a tome made of solid iron, the point of application of which is the distance a1 from the contact point. The asynchronous torque in the known rolling machines has the size ccl # Q.
If the distance between the moment pole R and the force Q1 exerted by the eddy currents is increased by shaping, for example by the fact that the roller W has protruding rings R, the asynchronous torque increases with the same bore diameter D to the value (dl + b) # Ql, where with. b =
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the enlargement of the lever arm of the asynchronous torque is designated.
The diameter of the roller core which is reduced by the shape of the roller according to the invention is denoted by cl. This reduction in the diameter d of the roller core can come about either through a coil-shaped design of the roller or by the ring area R around the roller core, as shown in FIG. 1. Laminated executed. becomes.
A further increase in the starting torque (without increasing the rotor losses with unchanged magnetic tensile force) is achieved in the rolling machine according to FIG. 1 in that the roller does not rotate directly in the stator bore, but is provided with friction disks 7, the diameter of which is larger than the roller diameter, with a roller path 9 concentric to the stator bore being provided for the friction disks 7. 7 serves to explain these relationships.
If the rolling path duration Dl is selected to be greater than the bore diameter D of the stator, a sy nehronizing moment hC # <I> P </I> and an asy nehrones moment (a. <I> + </I> a1)
# <I> Q. </I> The enlargement of the lever arm is compared to the usual lent rolling machine \ for the synchronizing moment hc. - h.L and for the asynchronous torque a- An even more effective shaping of the rolling path in terms of increasing the starting torque consists in
that, in a kinetic inversion of the friction disk-to-rolling path of the roller, carries a friction disk that encompasses the roller path and rolls around a roller ring attached to the stator. One such execution is. in longitudinal and cross-section in FIGS. 9 and 9a, respectively, and on the basis of FIGS. 10 explained.
The friction disk 7 (r attached to the roller 1) finely encompasses the rolling track 9 from the outside with a race 7b. The inner diameter of the race 7b is designated by D, and the outer diameter of the rolling ring 9 by D1.
This results in a synchronizing moment hD # <I> P </I> and an asynchronous moment (a. <I> - </I> a1) # <I> Q. </I> The magnification of the lever arm is Compared to the usual Wälzmaehine for the synchronizing moment: hn <I> - </I> h. $ <I> = </I> hC <I> - </I> h $ + 2a sin <I> a < / I> and for the asynchronous moment:
a ;, <I> - 2a1 = </I> D, <I> - </I> g, Zal. Here, ö means the eccentricity of the tome and stator axis.
Due to the lengthening of the lever arm according to the invention as a result of the shape of the roller, the start-up and tilting increment is considerably increased with the roller motor being electrically unchanged.
It should be noted that the. Eddy currents - from a practiced force due to the oppositely directed force of the return currents flowing in the weaker field at about the middle height of the roller, the resultant Q moves up to the vicinity of the lower roller edge, and in the case of less favorable shape even moves below it, so that the start-up is only due to the elongation according to the invention of the lever arm succeeds and the inner rolling path, as the. most effective means for this, preference is to be given, as far as the slightly higher production price somehow permits.
The invention is not limited to cylindrical rolling machines; the increase in the starting torque in a rolling machine with a flat or slightly conical roller is shown in FIG. In this embodiment of the rolling machine, the roller is formed from trough-shaped metal sheets 16. It can be pivoted on its Aelise, but is arranged so that it cannot be rotated against it. By shifting the pivot point, the speed can be adjusted, as indicated by the arrow.
The tome is seen ver with a concentric ring 1.3 made of non-magnetic material, with which he see on the with. a thin layer. onv ulcanized rubbers provided friction track 12 rolls off the stand. 1) the stand consists. from an annular part. 18 made of star-shaped or involute-shaped sheets.
In the axial direction, further, likewise laminated ring parts 17 are attached to part 18, the free end surfaces of which are opposite the free end surfaces of the laminated core 16 of the roller. The magnetic flux is generated by the winding 4 seated on the inner ring part 17, enters the laminated core 16 of the roller through the air gap 11 and runs there in the direction of the lamination to.
Air gap 10; Via the latter, the magnetic flux enters the outer ring 17 of the stator and closes over part 18. The damping ring 15 attached to the metal sheets 16 by means of pressure screws 11 together with the pressure screws 14 forms a cage winding for a relatively large starting torque . The damping ring 15 also in this embodiment has the purpose of Chen equalizing Pul sations of the rotating field.
The inventive increase in the starting torque is achieved in the embodiment according to FIG. 2 in that the metal sheets 16 are bent in the shape of a channel, whereby the point at which the rolling currents occur and at which the resulting reaction force acts is moved away from the friction track. Through the ring 17 is also the line of action of. magnetic pulling force moved away from the momentary axis.
In the embodiment according to FIG. 2, both the stand and the Wäl zer can be built up similarly to the stand shown in FIG. 1a from involute-shaped bent and layered metal sheets. The U-shaped profile of the stand (which is created in FIG. 2 by the assembly of parts 17 and 18) and the channel-shaped profile of the roller are achieved in this case by a suitable cutting or punching tool.
This results in an inclined groove in the stator, in which a distributed winding is arranged, which means that there is no noise and a reduction in current losses on the circumference of the roller can be achieved.
To set the running and Kraftver ratios of this rolling machine, its axis is adjustable in the longitudinal direction, with the inclination angle of the roller against its friction path is changed. 3 shows an arrangement of cylindrical rolling machines, the rollers 20 of which are coupled to one another in a special way for the purpose of mass balancing. The three tomes run in stands 3 with a common axis. The arrangement contains six friction strips 12 for the three tomes.
For the sake of simplicity, the friction disks 7 are drawn with the same diameter as the cylindrical Wälz 20, but are larger to increase the torque. The clutches between the rollers are denoted by 19 and shown in Fig. 3a, in a section perpendicular to the roller cutter. The contact points of the three pairs of friction disks 7 enclose angles of 1'20 with one another. The axle journals of the tome are, for example, combined with the aid of auxiliary rollers to form a roller clutch.
Each roller coupling consists of two journals 21 and 22, the auxiliary roller 23 of the same diameter, the auxiliary roller 24 slightly smaller diameter, the spacer cage 25 and the flexible friction belt 26. The diameter of the auxiliary roller 24 must be so large - that the three are the same large circles 21, 22, 23 do not touch and can be distanced by the distance cage. An even better embodiment of a clutch is shown in FIGS. 3b and 3e, which use three additional auxiliary rollers instead of a spacer cage.
The friction belt is replaced here by two oppositely conical rings 27, 28, the contact pressure of which can be adjusted by a sleeve 29 with a threaded ring 30 pushed over.
In a more perfect way, the mass compensation can be achieved by four cylindrical rollers, the symmetrical contact points of which roller friction path are offset from one another by 180.
Even with conical rolling machines, mass balancing may be required. 4 shows a conical rolling machine with two rollers that are arranged and moved in a mirror-inverted manner, whereby a balance of the axial inertial forces is achieved.
Fig.5 and 5a show a massenausge equalized rolling machine with two flat rollers and four Ständerwickhingen cut in the longitudinal section and viewed from above. The mass balance is achieved through the interaction of two double-acting tomes a.iis rolled metal sheets.
The magnetic Rüeksehluss is. As can be seen from Fig. 5a, divided into six branches by arranging the sheets in a star shape, the R. Rückführung-Bleehe are with. one (xleielist.romwieklun s "31 is occupied, which is used to generate a (Tleic @ i-strommagnetisierLina @) superimposed on the alternating current magnetization.
This compensates for the negative half-waves and creates a constant pole field. Aue], it is advisable to design the stand with inclined grooves and leaned cradle in order to achieve a uniform rotating field and a lower reactive power consumption.
The mechanical part is. designed based on FIG. 4, with plenty of space available for attaching parts 1.92 and 13 inside the stand structure.
In addition, the trapezoidal sheet metal results in cross-section. the tome that the point where the rolling currents occur and where the resulting reaction force acts, has moved away from the friction path. A longitudinal displacement of the shaft halves for speed control, as indicated by arrows in FIG. 4, is. not intended for this type of construction.
However, it can be expected to have a particularly high frictional torque and a particularly small rolling torque.