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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von linearen Induktionsmotoren, mit einem Sekundärteil, der an einer auf einer in einem Lagerkörper gelagerten Welle verdrehbar angeordneten massiven Läuferscheibe vorgesehen ist, dem ein einen Induktor bildender Primärteil zugeordnet ist, der zur Bildung eines Luftspaltes in seitlichem Abstand vom Sekundärteil an einer Verstellvorrichtung angeordnet und mit deren Hilfe relativ zum Sekundärteil verstellbar und feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand des feststehenden Primärteils (63 oder 64) vom Sekundärteil (44) stufenlos veränderbar ist und dass die Läuferscheibe (44) auf der Welle (30) auswechselbar angeordnet und durch diese eine drehmomentermittelnde Bremse (14) antreibbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (14) eine Wirbelstrombremse ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (30) der Läuferscheibe (44) horizontal gelagert und der verdrehbare Teil der Bremse (14) zu dieser koaxial angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil durch das äussere Randstück der kreisförmig ausgebildeten Läuferscheibe (44) selbst gebildet und der Primärteil (63 oder 64) seitlich in einer zu diesem Randstück der Läuferscheibe (44) parallelen Ebene angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil durch einen an mindestens einer Stirnseite der Läuferscheibe (44) koaxial angeordneten rotationssymmetrischen Ring (106) gebildet ist und der Primärteil (63 oder 64) im Radialabstand zum Ring (106) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferscheibe (44) einen einer Umfangslänge von ca. 1000 mm entsprechenden Durchmesser aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Primärteile (63, 64), zwischen denen, durch jeweils einen Luftspalt (66, 68) von ihnen getrennt, der Sekundärteil (44) verstellbar angeordnet ist und durch eine Verstellvorrichtung (46), mit deren Hilfe die Primärteile (63, 64) zur Veränderung der Luftspaltweite gleichzeitig in zueinander entgegengesetzten Richtungen verstellbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (46) ein stationäres, sich tangential zum Scheibenumfang erstreckendes Trägerjoch (80) aufweist, dass im letzteren parallel zu einer Scheibentangente im Parallelabstand zueinander und achsparallel zur Läuferscheibe (44) Trägerwellen (76, 78) verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert sind, deren zu beiden Seiten über den Sekundärteil (44) hinausstehende Wellenendstücke Aussengewinde mit zueinander gegenläufiger Steigung tragen, dass auf jedem Aussengewinde ein Befestigungsglied (72, 72' 74, 74') verstellbar angeordnet ist, welche Befestigungsglieder sich radial zum Sekundärteil (44) erstrecken, dass an den einander auf der gleichen Seite des Sekundärteils (44) benachbarten Befestigungsgliedern (72, 72' 74, 74') jeweils einer der beiden Induktoren (63 bzw.
64) befestigt ist und dass beide Trägerwellen (76, 78) durch ein Stellglied (90) gemeinsam gleichsinnig verdrehbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägerjoch (80) in einer gemeinsamen Ebene die Trägerwellen (76, 78) und zu diesem parallel in der Mitte zwischen diesen eine das Stellglied bildende Stellwelle (90) gelagert sind, wobei auf sämtlichen Wellen (76, 78, 90) jeweils ein Zahnrad (86, 88, 92) drehfest angeordnet ist, die miteinander kämmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (30) der Läuferscheibe (44) mittels wenigstens eines zylindrischen Lagerkörpers (40) und die drehmomentermittelnde Bremse (14) mit einem zylindrischen Gehäuse (26), welche zylindrischen Teile gleiche Aussendurchmesser haben, mittels einer Spannvorrichtung in einem als längliches Prisma ausgebildeten Halteteil (10) lösbar befestigt sind und dass das Trägerjoch (80) an einer Aufnahmevorrichtung (50) angeordnet ist, die in einer definierten Stellung zur Läuferscheibe (44) am Halteteil (10) befestigbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (50) im Querschnitt U-förmig ist und sich deren U-Schenkel (52, 54) vom Halteteil (10) nach oben erstrecken und dass das Trägerjoch (80) an einem am Verbindungssteg der U-Schenkel vorgesehenen und sich von diesem parallel zur Scheibenwelle (30) wegerstreckenden Ausleger (48) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel der Aufnahmevorrichtung (50) das prismenförmige, längliche Halteteil (10) seitlich übergreifen und dass an den Aussenseiten des letzteren jeweils mindestens eine Längsnut (56) vorgesehen ist, in welche Nuteneingriffsmittel (58, 60) zur verstellbaren und feststellbaren Anordnung der U-Schenkel (52, 54) der Aufnahmevorrichtung (50) angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von linearen Induktionsmotoren, mit einem Sekundärteil, der an einer auf einer in einem Lagerkörper gelagerten Welle verdrehbar angeordneten massiven Läuferscheibe vorgesehen ist, dem ein einen Induktor bildender Primärteil zugeordnet ist, der zur Bildung eines Luftspaltes in seitlichem Abstand vom Sekundärteil an einer Verstellvorrichtung angeordnet und mit deren Hilfe relativ zum Sekundärteil verstellbar und feststellbar ist.
Eine Vorrichtung mit diesen Merkmalen ist bereits bekannt. Sie bildet eine Stelleinrichtung für einen Scheibenantrieb mit Linearmotor, mit deren Hilfe eine einfache, jedoch stetig bleibende Drehzahl in relativ grossen Grenzen möglich ist (DD-PS 100 844).
Zu diesem Zweck ist der als Primärteil vorgesehene segmentförmige Induktor an der Läuferscheibe derart verstellbar vorgesehen, dass sich dessen wirksamer Radius ver ändern lässt.
Der Erfindung liegt hingegen die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art anzugeben, mit deren Hilfe sich Kennlinien von linearen Induktionsmotoren zu Lehrzwecken darstellen. messen und verändern lassen, um beispielsweise Schülern, Auszubildenden und Studenten die Möglichkeit zu geben, die Kennlinien selbst zu erarbeiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der seitliche Abstand des feststehenden Primärteils vom Sekundärteil stufenlos veränderbar ist und dass die Läuferscheibe auf der Welle auswechselbar angeordnet und durch diese eine drehmomentermittelnde Bremse antreibbar ist.
Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, die am Sekundärteil wirksame Schubkraft, die aus dem Zusammenwirken von durch Induktionswirkung im Sekundärteil entstehenden Strömen mit dem im Primärteil erzeugten Wanderfeld resultiert, auf einen Hebelarm zu übertragen und durch diesen auf die Welle ein Drehmoment auszuüben, das
in die drehmomentermittelnde Bremse eingeleitet wird.
Die lineare Bewegung des Sekundärteils ist somit auf ein Rundlaufsystem zurückgeführt, wodurch es möglich geworden ist, die sich normalerweise bei der Darstellung einer linearen Bewegung unendlicher Länge mit einer bestimmten Geschwindigkeit ergebenden Schwierigkeiten auf einfache Weise zu bewältigen.
Die zur Darstellung eines linearen Induktionsmotors erforderlichen Massnahmen, wie Frequenzänderungen im Primärteil, Veränderung des Materials des Sekundärteils durch Auswechseln desselben sowie Veränderung der Breite des Luftspaltes zwischen Primär- und Sekundärteil, lassen sich demgemäss einfach simulieren.
Dabei ist bereits eine Vorrichtung zur Darstellung der Wirkungsweise von elektrischen Maschinen bekannt, bei der bereits eine drehmomentermittelnde, durch einen elektrischen Motor betätigbare Bremse oder ein Gleichstromgenerator vorgesehen ist (CH-PS 559 399).
Bei dieser Vorrichtung sind jedoch anstelle der mit einem Induktor zusammenwirkenden Läuferscheibe Rotationsmotoren vorgesehen. Demgemäss wird dort keine aus dem Zusammenwirken von durch Induktionswirkung im Sekundärteil entstehenden Strömen mit einem im Primärteil erzeugten Wanderfeld entstehende Schubkraft auf einen Hebelarm übertragen und durch diesen in die drehmomentermittelnde Bremse eingeleitet.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Läuferscheibe bzw. deren Welle um eine vertikale Achse verdrehbar vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist sie horizontal gelagert, wodurch es möglich ist, die Bremse derart anzuordnen, dass deren verdrehbarer Anker zur Welle koaxial liegt. Zwischen Welle und Bremse sind damit keine Zwischenglieder zum Umlenken einer sich in einer vertikalen Ebene vollziehenden Drehbewegung der Welle in die horizontale Ebene, in der sich die Achse des Ankers der Bremse befindet, notwendig.
Bei der horizontalen Lagerung der Läuferscheibe kommen dabei lediglich geringe Reibungskräfte zur Wirkung, die praktisch vernachlässigbar sind, so dass keine Korrekturen notwendig sind.
Der Sekundärteil kann durch das äussere Randstück der Läuferscheibe selbst gebildet sein, sofern diese kreisförmig ausgebildet und der Primärteil seitlich in einer zu diesem Randstück parallelen Ebene angeordnet ist.
Ebensogut kann der Sekundärteil durch einen an mindestens einer Stirnseite der Läuferscheibe zu dieser koaxial angeordneten rotationssymmetrischen, insbesondere zylindrischen Ring gebildet sein. In diesem Falle ist der Primärteil im Radialabstand zum Ring vorzusehen.
Sofern der darzustellende Linearmotor zwei einander gegenüberliegende Primärteile aufweist, zwischen denen, durch jeweils einen Luftspalt von ihnen getrennt, der Sekundärteil verstellbar angeordnet ist, ist es vorteilhaft, zur Erzielung einer gleichmässigen Veränderung der Weite der beiden Luftspalte eine Verstellvorrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe die Primärteile gleichzeitig in zueinander entgegengesetzten Richtungen verstellbar sind.
Eine im Aufbau einfache und funktionell zuverlässige Konstruktion der Verstellvorrichtung ergibt sich hierbei, wenn diese ein stationäres, sich tangential zum Läuferscheibenumfang erstreckendes Trägerjoch aufweist, wenn im letzteren parallel zu einer Scheibentangente im Parallelabstand zueinander und achsparallel zur Läuferscheibe Trägerwellen verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert sind, deren zu beiden Seiten über den Sekundärteil hinausstehende Wellenendstücke Aussengewinde mit zueinander gegenläufiger Steigung tragen, wenn auf jedem Aussengewinde ein Befestigungsglied geführt ist, welche Befestigungsglieder sich radial zum Sekundärteil erstrecken,
wenn an den einander auf der gleichen Seite des Sekundärteils benachbarten Befestigungsgliedern jeweils einer der beiden Induktoren befestigt ist und wenn schliesslich beide Trägerwellen durch ein Stellglied gemeinsam gleichsinnig verdrehbar sind.
Als Stellglied wird man zweckmässig eine Stellwelle vorsehen, die im Trägerjoch in der Mitte zwischen den Trägerwellen gelagert ist, wobei auf sämtlichen Wellen jeweils ein Zahnrad drehfest angeordnet ist, die miteinander kämmen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Bremse und die Welle der Läuferscheibe in einem als längliches Prisma ausgebildeten Halteteil lösbar zu lagern und an diesem zugleich die Aufnahmevorrichtung abnehmbar vorzusehen. Dabei ist es möglich, einen Halteteil zu verwenden, wie er als Aufbaubasis einer Vorrichtung zum Veranschaulichen der Wirkungsweise von elektrischen Rotationsmotoren bekannt und beispielsweise in der CH-PS 559399 gezeigt und beschrieben ist. Bei diesem bekannten Halteteil ist eine Spannvorrichtung vorgesehen, die als Spannglieder zum Festlegen der in das Prisma des Halteteils eingelegten Motoren und einer Wirbelstrombremse Permanentmagnete aufweist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, den mindestens einen hohlzylindrischen Lagerkörper der Scheibenwelle sowie das zylindrische Gehäuse der Bremse aus Eisen zu bilden und mit allen erforderlichen Komponenten auszustatten, um zu ermöglichen, dass sie sich im Prisma mit Hilfe der Spannvorrichtung in der bekannten Weise unter Zuhilfenahme von Permanentmagneten festlegen lassen.
In der sich anschliessenden Beschreibung ist ein in der Zeichnung gezeigtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der Vorrichtung,
Fig. 2 einen die Verstellvorrichtung zeigenden Ausschnitt der Fig. 1, in grösserem Massstab und teilweise geschnitten dargestellt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung, wobei auf die Darstellung verschiedener Teile der Übersichtlichkeit wegen verzichtet worden ist, Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 zur Darstellung der vorderen Wellen lagerung, im Längsschnitt dargestellt,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch eine Konstruktionsvariante des Sekundärteils.
Mit 10 ist als Ganzes ein Halteteil der Vorrichtung bezeichnet, das ein Gestell bildet, das zum Beispiel aus einem Leichtmetallgussstück hergestellt sein kann. Dieses Gestell bildet an seiner Oberseite ein sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Aufnahmeprisma 12, das im hinteren Bereich eine Halterung für eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Wirbelstrombremse aufweist. An deren Stelle kann auch eine andere geeignete Bremsvorrichtung treten.
Die Wirbelstrombremse 14 umfasst eine Welle 16, einen auf dieser befestigten Anker 18, eine durch ein Gewicht 20 belastete Trommel 22 und einen auf der Welle 16 befestigten synchronen Drehzahlgeber 24.
Die Welle 16 ragt aus dem Vorderende des Gehäuses 26 heraus und trägt eine Kupplungshälfte 28 einer längsverschiebbaren Kupplung.
Koaxial zur Welle 16 ist im Prisma eine Welle 30 verdrehbar gelagert, die an ihrem Hinterende eine weitere Kupplungshälfte 32 trägt, die mit der Kupplungshälfte 28 zur drehfesten Verbindung von Welle 30 und Welle 16 der Wirbelstrombremse 14 formschlüssig in Eingriff bringbar ist.
Die Welle 30 erstreckt sich in Längsrichtung des Prismas und ragt mit ihrem einen Ende aus dem Vorderende des Prismas heraus. Die Welle ist mit Hilfe jeweils eines Kugellagers 34 bzw. 36 in jeweils einem hohlzylindrischen Lagerkörper 38 bzw. 40 verdrehbar gelagert. Diese haben den gleichen Aussendurchmesser, der so auf das Prisma abgestimmt ist, dass die Wellen 16 und 30 exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Zum Festhalten der Lagerkörper 38,40 im Prisma können z.B. Klemmbügel oder Spannbänder vorgesehen sein, die am oberen Umfangsteil der Lagerkörper anliegen. Bevorzugt wird jedoch eine magnetische Halterung, insbesondere eine solche mit abschaltbaren Permanentmagneten. Eine solche Halterung ist an sich bekannt und beispielsweise in dem DE-GM 7239500 und der CH-PS 559399 gezeigt und beschrieben, so dass auf deren Darstellung in der Zeichnung der Einfachheit halber verzichtet worden ist.
Es sei lediglich bemerkt, dass diese Halterung mit Hilfe eines seitlich aus dem Halteteil 10 herausragenden Schwenkhebels 42 ein- und ausschaltbar ist.
Die Welle 30 trägt an ihrem aus dem Prisma herausragenden Endstück eine kreisförmige Läuferscheibe 44, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht.
Vorzugsweise oberhalb der Läuferscheibe 44 ist eine als Ganzes mit 46 bezeichnete Verstellvorrichtung vorgesehen, die an einem plattenförmigen Ausleger 48 einer Aufnahmevorrichtung 50 gehalten ist. Letztere ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet, und deren U-Schenkel 52, 54 sind an den einander gegenüberliegenden Längsseiten des Halteteiles 10 befestigt. Zu diesem Zweck ist in die Längsseitenteile jeweils eine im Querschnitt T-förmige Längsnut 56 vorgesehen, in welcher Gleitsteine 58, 60 geführt sind. Mittels Befestigungsschrauben 62, die in die Gleitsteine einschraubbar und in entsprechenden Bohrungen der U-Schenkel 52, 54 gehalten sind, lassen sich letztere an den Längsseiten des Halteteils 10 in einer definierten Stellung relativ zur Läuferscheibe 44 verspannen.
Die Verstellvorrichtung 46 trägt zwei Induktorkämme 63, 64, von denen jeder einer Stirnseite der Läuferscheibe 44 derart benachbart ist, dass sich zwischen diesen Teilen Luftspalte 66, 68 gleicher Breite befinden.
Die beiden Induktorkämme 63,64 bilden einen Primärteil eines linearen Induktionsmotors, dessen Sekundärteil durch die Läuferscheibe 44 ersetzt ist. Die beiden Induktorkämme sind senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 gesehen relativ lang ausgebildet und bilden Ständerpakete, in welchen eine mehrpolige Dreiphasenwicklung 70 untergebracht ist.
Die Wicklungen beider Induktorkämme 63, 64 erzeugen jeweils ein Magnetfeld, das entlang des Luftspaltes 66 bzw. 68 wandert, ein sog. Wanderfeld. Die Wanderfelder induzieren in die Läuferscheibe 44 Wirbelströme, die mit den Wanderfeldern eine Schubkraft erzeugen, durch welche die Läuferscheibe 44 in Drehung versetzt wird.
Um mit Hilfe dieser Vorrichtung Kennlinien von Linearmotoren darstellen, messen und verändern zu können, ist die Weite der Luftspalte 66, 68 stufenlos veränderbar, die Läuferscheibe 44 gegen Läuferscheiben aus anderem Material bzw.
Materiallegierungen austauschbar und das durch die erzeugte Schubkraft über den wirksamen Hebelarm auf die Welle 30 übertragene Drehmoment durch die Wirbelstrombremse 14 messbar und wird an dieser unmittelbar angezeigt.
Die ermittelten Leistungswerte können durch an die Vorrichtung angeschlossene Anzeigeinstrumente unmittelbar ablesbar sein.
Die beiden Induktorkämme 63, 64 sind jeweils an zwei in einer gleichen Ebene im Abstand voneinander angeordneten Befestigungsgliedern 72, 72' bzw. 74, 74' gehalten. Die einander paarweise zugeordneten Befestigungsglieder sind gemeinsam in der gleichen Richtung verstellbar, wobei jedoch beide Paare von Befestigungsgliedern gemeinsam in einander entgegengesetzten Richtungen stufenlos verstellbar sind. Zu diesem Zweck sind jeweils einander gegenüberliegende Befestigungsglieder 72, 74 bzw. 72', 74' auf einer gemeinsamen Trägerwelle 76 bzw. 78 angeordnet. Diese Trägerwellen sind in einem an der Unterseite des Auslegers 48 der Aufnahmevorrichtung 50 befestigten Trägerjoch 80 verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert.
Zu diesem Zweck sitzen die Trägerwellen 76, 78 drehfest in jeweils einer Lagerbuchse 82, die ihrerseits verdrehbar, jedoch axial gesichert im Trägerjoch 80 gelagert ist (Fig. 2). An den aus den Lagerbuchsen 82 herausragenden Endstücken der Trägerwellen 76, 78 ist jeweils ein Aussengewinde aufgebracht, deren Steigung einander entgegengerichtet ist (s. Fig. 2). Auf diesen Aussengewinden sitzt jeweils eine Gewindemutter 84, die drehfest in den entsprechenden Befestigungsgliedern 72.
72' bzw. 74, 74' angeordnet ist. Die Trägerwellen 76, 78 ragen mit ihrem Vorderende aus den vorderen Befestigungsgliedern 72, 72' heraus und tragen auf diesem Wellenendstück ein Zahnrad 86 bzw. 88.
Die beiden Trägerwellen 76, 78 sind in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zu einer Tangente der Läuferscheibe 44 verläuft, im Parallelabstand zueinander im Trägerjoch 80 vorgesehen, und in der Mitte ihres Abstandes ist im Trägerjoch 80 verdrehbar, jedoch axial unverschiebbar eine Stellwelle 90 gelagert, auf der ein mit den beiden anderen Zahnrädern 86, 88 kämmendes Zahnrad 92 drehfest sitzt. Mit 94 ist eine Handkurbel dieser Stellwelle 90 bezeichnet. Durch Verdrehen der Handkurbel 94 lassen sich beide Trägerwellen 76, 78 gleichzeitig mit gleichem Drehsinn verdrehen, so dass die auf diesen angeordneten Befestigungsglieder 72, 74 bzw.
72', 74' gemeinsam um gleiche Beträge in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlagerbar sind.
Der Stellwelle 90 kann noch ein Nonius zugeordnet sein, um eine definierte Verstellung der Befestigungsglieder 72, 74 um kleinste Beträge zu ermöglichen.
Auf dem Ausleger 48 sitzt ein Anschlusskasten 96, an welchem die zur Darstellung und Messung von Kennlinien erforderlichen elektrischen Kabel anschliessbar sind.
Zur auswechselbaren Anordnung der Läuferscheibe 44 auf der Welle 30 weist letztere einen Anlageflansch 98 auf, an welchen die Läuferscheibe in aufgestecktem Zustand anlegbar ist. Mit 100 ist eine auf das vordere Stirnende der Welle 30 aufsetzbare Druckscheibe bezeichnet, die mittels einer Befestigungsschraube 102 an die Läuferscheibe 44 anpressbar ist.
Die Läuferscheibe 44 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 314 mm, so dass ein Scheibenumfang von nahezu 1000 mm erreicht wird und damit die Voraussetzungen dazu geschaffen sind, dass auf eine Umrechnung der zu ermittelnden Messdaten verzichtet werden kann und diese auf üblichen Anzeigeinstrumenten zur Anzeige gebracht werden können.
In Fig. 5 ist eine mögliche Konstruktionsvariante dargestellt. In diesem Falle ist der Sekundärteil durch einen am Umfang einer Läuferscheibe 104 angeformten zylindrischen Ringbund 106 gebildet, und die diesem zugeordneten Induktorkämme 108, 110 sind in radialem Abstand diesem zugeordnet, wobei sie auf ihrer ganzen Länge sich im gleichbleibenden Abstand zum Ringbund 106 befinden.
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PATENT CLAIMS
1.Device for illustrating the mode of operation of linear induction motors, with a secondary part which is provided on a solid rotor disk which is rotatably arranged on a shaft mounted in a bearing body and to which a primary part which forms an inductor is assigned and which forms a lateral air gap to form an air gap The secondary part is arranged on an adjusting device and can be adjusted and locked relative to the secondary part with the aid of this, characterized in that the lateral distance of the fixed primary part (63 or 64) from the secondary part (44) is infinitely variable and that the rotor disk (44) on the shaft (30) arranged interchangeably and by means of which a torque-determining brake (14) can be driven.
2. Device according to claim 1, characterized in that the brake (14) is an eddy current brake.
3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft (30) of the rotor disc (44) is mounted horizontally and the rotatable part of the brake (14) is arranged coaxially with this.
4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary part is formed by the outer edge piece of the circularly shaped rotor disk (44) itself and the primary part (63 or 64) is arranged laterally in a plane parallel to this edge piece of the rotor disk (44) is.
5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary part is formed by a rotationally symmetrical ring (106) arranged coaxially on at least one end face of the rotor disk (44) and the primary part (63 or 64) at a radial distance from the ring (106) is provided.
6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (44) has a diameter corresponding to a circumferential length of approximately 1000 mm.
7. Device according to one of the preceding claims, characterized by two primary parts (63, 64), between which, separated by an air gap (66, 68) from them, the secondary part (44) is adjustably arranged and by an adjusting device (46) , with the help of which the primary parts (63, 64) for changing the air gap width are simultaneously adjustable in opposite directions.
8. The device according to claim 7, characterized in that the adjusting device (46) has a stationary carrier yoke (80) extending tangentially to the disk circumference, that in the latter parallel to a disk tangent at a parallel distance from one another and axially parallel to the rotor disk (44) carrier shafts (76 , 78) are rotatable but axially immovable, the shaft end pieces of which protrude on both sides beyond the secondary part (44) carry external threads with mutually opposite pitch, that a fastening element (72, 72 '74, 74') is adjustably arranged on each external thread, Which fastening elements extend radially to the secondary part (44), that on the fastening elements (72, 72 '74, 74') adjacent to one another on the same side of the secondary part (44) one of the two inductors (63 or
64) and that both carrier shafts (76, 78) can be rotated together in the same direction by an actuator (90).
9. The device according to claim 8, characterized in that in the carrier yoke (80) in a common plane, the carrier shafts (76, 78) and parallel to this in the middle between them an actuator shaft forming the actuator shaft (90) are mounted, all of them Shafts (76, 78, 90) each have a gear (86, 88, 92) arranged in a rotationally fixed manner, which mesh with one another.
10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the shaft (30) of the rotor disk (44) by means of at least one cylindrical bearing body (40) and the torque-determining brake (14) with a cylindrical housing (26), which cylindrical parts are the same Have outside diameters, are releasably fastened by means of a clamping device in a holding part (10) designed as an elongated prism, and that the carrier yoke (80) is arranged on a holding device (50) which is in a defined position relative to the rotor disk (44) on the holding part (10) is attachable.
11. The device according to claim 10, characterized in that the receiving device (50) is U-shaped in cross section and its U-legs (52, 54) from the holding part (10) extend upwards and that the carrier yoke (80) on one is provided on the connecting web of the U-legs and is extended by the extension arm (48) extending parallel to the disk shaft (30).
12. The device according to claim 11, characterized in that the U-legs of the receiving device (50) laterally overlap the prism-shaped, elongated holding part (10) and that at least one longitudinal groove (56) is provided on the outer sides of the latter, into which groove engagement means (58, 60) for the adjustable and lockable arrangement of the U-legs (52, 54) of the receiving device (50) are arranged.
The invention relates to a device for illustrating the mode of operation of linear induction motors, with a secondary part which is provided on a solid rotor disk which is rotatably arranged on a shaft mounted in a bearing body and to which a primary part forming an inductor is assigned, which forms a lateral air gap to form an air gap Distance from the secondary part arranged on an adjusting device and with the help of which is adjustable and ascertainable relative to the secondary part.
A device with these features is already known. It forms an actuating device for a disk drive with a linear motor, with the aid of which a simple but constant speed is possible within relatively large limits (DD-PS 100 844).
For this purpose, the segment-shaped inductor provided as the primary part is provided in an adjustable manner on the rotor disk in such a way that its effective radius can be changed.
The invention, however, is based on the object of specifying a device of the type described at the beginning, with the aid of which characteristic curves of linear induction motors are presented for teaching purposes. Have it measured and changed, for example to give schoolchildren, trainees and students the opportunity to develop the characteristic curves themselves.
This object is achieved according to the invention in that the lateral distance of the fixed primary part from the secondary part is infinitely variable and in that the rotor disk is interchangeably arranged on the shaft and a torque-determining brake can be driven thereby.
The invention is thus based on the knowledge that the thrust force acting on the secondary part, which results from the interaction of currents generated by induction in the secondary part with the traveling field generated in the primary part, is transmitted to a lever arm and, through this, exerts a torque on the shaft that
is introduced into the torque-determining brake.
The linear movement of the secondary part is thus traced back to a concentric system, which has made it possible to easily overcome the difficulties which normally arise when a linear movement of infinite length is represented at a certain speed.
The measures required to display a linear induction motor, such as frequency changes in the primary part, change in the material of the secondary part by changing the same and change in the width of the air gap between the primary and secondary part, can thus be simulated easily.
A device for representing the mode of operation of electrical machines is already known, in which a torque-determining brake which can be actuated by an electric motor or a direct current generator is already provided (CH-PS 559 399).
In this device, however, rotary motors are provided instead of the rotor disk interacting with an inductor. Accordingly, no thrust resulting from the interaction of currents caused by induction in the secondary part with a traveling field generated in the primary part is transmitted to a lever arm and is introduced by this into the torque-determining brake.
In the device according to the invention, the rotor disk or its shaft can be provided rotatable about a vertical axis. In a preferred embodiment, it is mounted horizontally, which makes it possible to arrange the brake in such a way that its rotatable armature is coaxial with the shaft. No intermediate links are therefore required between the shaft and the brake in order to deflect a rotary movement of the shaft, which takes place in a vertical plane, into the horizontal plane in which the axis of the armature of the brake is located.
When the rotor disk is mounted horizontally, only low frictional forces come into effect, which are practically negligible, so that no corrections are necessary.
The secondary part can be formed by the outer edge piece of the rotor disk itself, provided that it is circular and the primary part is arranged laterally in a plane parallel to this edge piece.
The secondary part can equally well be formed by a rotationally symmetrical, in particular cylindrical, ring, which is arranged on at least one end face of the rotor disk and is coaxial with it. In this case, the primary part must be provided at a radial distance from the ring.
If the linear motor to be represented has two mutually opposite primary parts, between which, separated by an air gap from each of them, the secondary part is adjustably arranged, it is advantageous to provide an adjustment device, with the aid of which the primary parts, in order to achieve a uniform change in the width of the two air gaps are simultaneously adjustable in opposite directions.
A simple and functionally reliable construction of the adjustment device is obtained if it has a stationary support yoke that extends tangentially to the circumference of the rotor, if in the latter support shafts can be rotated parallel to a disk tangent at a parallel distance from one another and axially parallel to the rotor, but are axially immovable, whose shaft end pieces projecting on both sides beyond the secondary part carry external threads with mutually opposite pitch if a fastening element is guided on each external thread, which fastening elements extend radially to the secondary part,
if one of the two inductors is attached to each of the fastening elements adjacent to one another on the same side of the secondary part, and if finally both carrier shafts can be rotated together in the same direction by an actuator.
An actuator shaft is expediently provided as the actuator, which is mounted in the carrier yoke in the middle between the carrier shafts, with a gear wheel, which mesh with one another, being rotatably arranged on all shafts.
In a further advantageous embodiment of the invention, the brake and the shaft of the rotor disk are detachably mounted in a holding part designed as an elongated prism and, at the same time, the detachable device is provided thereon. It is possible to use a holding part, as is known as the basis of a device for illustrating the mode of operation of electric rotary motors and is shown and described for example in CH-PS 559399. In this known holding part, a tensioning device is provided which has permanent magnets as tensioning elements for fixing the motors inserted in the prism of the holding part and an eddy current brake.
In an advantageous development of the invention it is therefore provided to form the at least one hollow cylindrical bearing body of the disk shaft and the cylindrical housing of the brake from iron and to equip them with all the components necessary to enable them to be in the prism with the aid of the clamping device in the known manner with the help of permanent magnets.
In the description that follows, an exemplary embodiment of a device according to the invention shown in the drawing is explained. The drawing shows:
1 is a partially broken side view of the device,
2 shows a section of FIG. 1 showing the adjusting device, shown on a larger scale and partially in section,
3 is a plan view of the adjusting device, with the illustration of various parts being omitted for the sake of clarity, FIG. 4 shows a detail from FIG. 1 to illustrate the front shaft bearing, shown in longitudinal section,
Fig. 5 shows a partial longitudinal section through a construction variant of the secondary part.
10 as a whole denotes a holding part of the device, which forms a frame which can be made, for example, from a light metal casting. This frame forms on its upper side a receiving prism 12 which extends in its longitudinal direction and which has in the rear region a holder for an eddy current brake designated as a whole by 14. Another suitable braking device can also take their place.
The eddy current brake 14 comprises a shaft 16, an armature 18 fastened thereon, a drum 22 loaded by a weight 20 and a synchronous speed sensor 24 fastened on the shaft 16.
The shaft 16 protrudes from the front end of the housing 26 and carries a coupling half 28 of a longitudinally displaceable coupling.
Coaxial to the shaft 16, a shaft 30 is rotatably mounted in the prism, which carries at its rear end a further coupling half 32 which can be positively engaged with the coupling half 28 for the rotationally fixed connection of shaft 30 and shaft 16 of the eddy current brake 14.
The shaft 30 extends in the longitudinal direction of the prism and protrudes with its one end from the front end of the prism. The shaft is rotatably supported in each case by means of a ball bearing 34 or 36 in a hollow cylindrical bearing body 38 or 40. These have the same outside diameter, which is matched to the prism in such a way that the shafts 16 and 30 are aligned exactly coaxially with one another.
To hold the bearing body 38, 40 in the prism, e.g. Clamping brackets or tensioning straps can be provided which rest on the upper peripheral part of the bearing body. However, a magnetic holder is preferred, in particular one with permanent magnets that can be switched off. Such a holder is known per se and is shown and described, for example, in DE-GM 7239500 and CH-PS 559399, so that it has not been shown in the drawing for the sake of simplicity.
It should only be noted that this holder can be switched on and off with the aid of a pivoting lever 42 protruding laterally from the holding part 10.
The shaft 30 carries at its end piece protruding from the prism a circular armature disk 44, which consists for example of an aluminum alloy.
An adjusting device, designated as a whole by 46, is preferably provided above the rotor disk 44 and is held on a plate-shaped arm 48 of a receiving device 50. The latter is U-shaped in cross-section, and its U-legs 52, 54 are fastened to the opposite longitudinal sides of the holding part 10. For this purpose, a longitudinal groove 56 with a T-shaped cross section is provided in the longitudinal side parts, in which sliding blocks 58, 60 are guided. By means of fastening screws 62, which can be screwed into the sliding blocks and are held in corresponding bores of the U-legs 52, 54, the latter can be braced on the longitudinal sides of the holding part 10 in a defined position relative to the rotor disk 44.
The adjusting device 46 carries two inductor combs 63, 64, each of which is adjacent to an end face of the rotor disk 44 such that there are air gaps 66, 68 of the same width between these parts.
The two inductor combs 63, 64 form a primary part of a linear induction motor, the secondary part of which is replaced by the rotor disk 44. The two inductor combs are relatively long when viewed perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and form stator assemblies in which a multi-pole three-phase winding 70 is accommodated.
The windings of both inductor combs 63, 64 each generate a magnetic field that travels along the air gap 66 or 68, a so-called traveling field. The traveling fields induce eddy currents in the rotor disk 44, which produce a thrust force with the traveling fields, by means of which the rotor disk 44 is set in rotation.
In order to be able to represent, measure and change the characteristics of linear motors with the aid of this device, the width of the air gaps 66, 68 can be varied continuously, the rotor disk 44 against rotor disks made of a different material or
Interchangeable material alloys and the torque transmitted to the shaft 30 by the generated thrust force via the effective lever arm can be measured by the eddy current brake 14 and is displayed directly there.
The determined performance values can be directly readable by means of display instruments connected to the device.
The two inductor combs 63, 64 are each held on two fastening members 72, 72 'and 74, 74', which are arranged at a distance from one another in the same plane. The fastening members assigned to one another in pairs can be adjusted jointly in the same direction, but both pairs of fastening members can be infinitely adjusted jointly in opposite directions. For this purpose, fastening members 72, 74 and 72 ', 74', which are located opposite one another, are arranged on a common carrier shaft 76 and 78, respectively. These carrier shafts are rotatable in a carrier yoke 80 fastened to the underside of the arm 48 of the receiving device 50, but are axially immovable.
For this purpose, the carrier shafts 76, 78 are non-rotatably seated in a respective bearing bush 82, which in turn is rotatably but axially secured in the carrier yoke 80 (FIG. 2). On the end pieces of the carrier shafts 76, 78 protruding from the bearing bushes 82, an external thread is applied in each case, the pitch of which is directed opposite one another (see FIG. 2). On each of these external threads there is a threaded nut 84, which is fixed in terms of rotation in the corresponding fastening members 72.
72 'or 74, 74' is arranged. The carrier shafts 76, 78 protrude with their front end from the front fastening members 72, 72 'and carry a gear 86 and 88 on this shaft end piece.
The two carrier shafts 76, 78 are provided in a common plane, which runs parallel to a tangent of the rotor disk 44, at a parallel distance from one another in the carrier yoke 80, and in the middle of their distance, an adjusting shaft 90 is rotatably but axially immovably supported in the carrier yoke 80, on which a gear 92 meshing with the other two gears 86, 88 sits in a rotationally fixed manner. 94 with a hand crank of this control shaft 90 is designated. By turning the hand crank 94, both carrier shafts 76, 78 can be rotated simultaneously with the same direction of rotation, so that the fastening elements 72, 74 or
72 ', 74' can be moved together by the same amount in opposite directions.
The actuating shaft 90 can also be assigned a vernier to allow a defined adjustment of the fastening members 72, 74 by the smallest amounts.
A junction box 96 is located on the bracket 48, to which the electrical cables required for displaying and measuring characteristic curves can be connected.
For the interchangeable arrangement of the rotor disk 44 on the shaft 30, the latter has a contact flange 98, to which the rotor disk can be placed in the attached state. 100 denotes a pressure disk that can be placed on the front end of the shaft 30 and that can be pressed onto the rotor disk 44 by means of a fastening screw 102.
The rotor disk 44 preferably has a diameter of 314 mm, so that a disk circumference of almost 1000 mm is achieved and the conditions are therefore created so that the measurement data to be determined can be dispensed with and these can be displayed on conventional display instruments .
5 shows a possible construction variant. In this case, the secondary part is formed by a cylindrical ring collar 106 formed on the circumference of a rotor disk 104, and the inductor combs 108, 110 assigned to it are assigned to it at a radial distance, with their entire length being at a constant distance from the ring collar 106.