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Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung Elektrische
Induktionsmaschinen, zu denen im weiteren Sinne alle Maschinen gehören, die aus
einem mit Gleichstrom oder Wechselstrom bzw. Mehrphasenstrom gespeisten Primärteil,
dem Induktor, und aus einem mit einer Wicklung versehenen Sekundärteil, dem induzierten
Teil, bestehen, werden bekanntlich im Hinblick auf einen gewünschten Drehmomentschlupf
bzw. Drehmomentstromverlauf sekundärseitig mit den verschiedensten Wicklungen versehen.
So hat z. B. durch besondere Formgebung der den Kurzschlußkäfig bildenden Stäbe
(z. B. Keilstäbe oder mit Ausnehmungen versehene Stäbe) oder aber auch durch Mehrfachkäfige,
bei denen der bekannte Stromverdrängungseffekt ausgenutzt wird, dem jeweiligen Verwendungszweck
angepaßte Drehmomentcharakteristiken der Induktionsmaschine erzielt. Derartige Spezialwicklungen
sind jedoch teuer, und ihre Herstellung ist besonders bei großen Querschnitten sehr
schwierig. Dieser Nachteil fällt besonders bei Schlupfkupplungen ins Gewicht, die
ebenfalls eine ganz spezielle Drehmomentcharakteristik, nämlich möglichst kleinen
Schlupf beim Nenndrehmoment und ein besonders großen Drehmoment bei großem Schlupf
(beim Anfahren), aufweisen sollen. Es läßt sich zwar, wie bereits gesagt, diese
Drehmomentcharakteristik durch Stromverdrängungskäfigwicklungen weitgehend erreichen,
die erfindungsgemäße Anordnung benötigt jedoch hierfür einen weit geringeren Aufwand.
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Es ist darüber hinaus ein asynchroner Wechselstrominduktionsmotor
bekanntgeworden, dessen Sekundärteil einen lamellierten, wicklungtragenden Abschnitt
und einen aus massivem Eisen bestehenden Abschnitt aufweist. Diese Aufteilung des
Läufers erfolgt jedoch nicht etwa zur Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik,
sondern man benutzte dort jeden Läuferteil nacheinander, und zwar den lamellierten,
wicklungtragenden Teil als normalen Asynchronläufer und den massiven Teil als Sekundärteil
einer Wirbelstrombremse. Entsprechend wurden auch zwei Induktoren benutzt, die nacheinander
Strom führten, wobei der eine Induktor nur für den Motorbetrieb und der andere nur
für den Bremsbetrieb erregt wurde. Diese bekannte Bauform ist deshalb lediglich
als bauliche Vereinigung eines Asynchronmotors mit einer Wirbelstrombremse anzusehen.
Eine vorteilhafte Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik einer elektrischen
Maschine gelingt damit nicht. Das gleiche gilt für die ebenfalls bekanntgewordene
Bauform eines Gleichstrommotors, dessen Anker mit einem sogenannten Wirbelstromzylinder
verbunden wurde. Dieser aus massivem Eisen bestehende Wirbelstromzylinder konnte
mittels eines Fliehkraftreglers axial verschoben werden, wodurch er in den Bereich
des Motorfeldes oder eines besonderen Bremsfeldes gelangte und ein Drehmoment erzeugt
wurde, das demjenigen des Gleichstrommotors entgegenwirkte. Auch damit wurde also
nur eine Bremse baulich mit einem Elektromotor vereinigt.
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Bekannt ist ferner eine elektromagnetische Schlupfkupplung, deren
ringförmiger Sekundärteil zwischen den einander gegenüberliegenden Polen des Primärteiles
umläuft und der insgesamt entweder aus massivem oder lamelliertem Eisen besteht.
Eine bestimmte Drehmomentcharakteristik wird bei dieser bekannten elektromagnetischen
Schlupfkupplung dadurch erzielt, daß entweder nur eine der beiden den Polen des
Primärteiles zugewendeten Ringflächen des Sekundärteiles eine Kurzschlußwicklung
trägt und die andere unbewickelt bleibt, oder aber dadurch, daß beide Ringflächen
des Sekundärteiles Kurzschlußwicklungen tragen, die jedoch für verschiedene Drehmomentcharakteristiken
ausgelegt worden sind. In beiden Fällen addieren sich die verschiedenen Drehmomente
zu einem resultierenden Drehmoment. Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist
die schlechte Ausnutzung des Eisens; denn es ergibt beispielsweise der geblechte
Sekundärteil ohne Wicklung im Bereich höheren Schlupfes ein geringeres Drehmoment
als etwa ein massiver, wicklungsloser Sekundärteil, und umgekehrt ist das erzeugte
Drehmoment bei Verwendung eines massiven, wicklungtragenden Sekundärteiles entschieden
geringer als etwa dasjenige, das mit einem lamellierten., wicklungtragenden Sekundärteil
erzeugt werden kann. Eine dieser ungünstigen Konstruktionen muß bei dieser bekanntgewordenen
elektromagnetischen
Schlupfkupplung in Kauf genommen werden. Bei
dieser bekannten Anordnung ist außerdem die Anzahl der Pole in beiden Polsystemen
gleich, während die beiden ungleichen Sekundärteile, wenn die günstige Drehmomenterzeugung
gewährleistet werden soll, verschiedene Polzahlen bedingen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Induktionsmaschine,
insbesondere Schlupfkupplung, deren Primärteil aus einem oder mehreren miteinander
fest verbundenen und mit Gleich- oder Wechselstrom gespeisten Induktoren besteht.
Erfindungsgemäß weist der Sekundärteil innerhalb der wirksamen Induktoroberfläche
sowohl lamellierte Eisenteile mit Wicklung als auch massive Eisenteile frei von
jeder Wicklung auf, und bei zwei oder mehr Induktoren ist die Schaltung so getroffen,
daß diese gleichzeitig Strom führen. Der mit dieser Anordnung erreichte Effekt sei
an Hand der Fig. 1 erläutert. Dort ist über dem Schlupf das Drehmoment aufgetragen,
und zwar zeigt die Kurve a die Abhängigkeit des Drehmomentes vom Schlupf bei einer
Kupplung mit normaler Käfigwicklung, deren Länge lk für die weitere Betrachtung
gleich 1 gesetzt werde (s. Fig. 1 und Fig. 2 bis 7) und die keinen durch besondere
Formgebung erzielten Stromverdrängungseffekt aufweist, während die Kurve b für eine
Kupplung gilt, die nur einen massiven, nicht lamellierten, wicklungslosen Sekundärteil
besitzt, dessen Länge lm die Hälfte der Länge des Sekundärteiles der Kupplung beträgt,
für die die Kurve a gilt, d. h. lm=0,5 lk. Verbindet man nun beide Kupplungen primärseitig
und sekundärseitig mechanisch miteinander, so addieren sich die Drehmomente, und
die neue Kupplung zeigt eine Charakteristik, wie sie mittels der Kurve c dargestellt
wurde. Eine solche Charakteristik entspricht bereits weitgehend den eingangs gestellten
Forderungen eines großen Anzugsmomentes und eines kleinen Betriebsschlupfes. Man
kann selbstverständlich den Einfluß des massiven Sekundärteiles noch verstärken,
indem man dem massiven, wicklungslosen Teil die gleiche aktive Länge gibt wie dem
wicklungtragenden Teil. Eine Kupplung, die nur einen massiven, wicklungslosen Teil
der aktiven Länge lm=lk besitzt, liefert eine Drehmomentcharakteristik entsprechend
der Kurve d. Beide Sekundärteile in einer Kupplung vereinigt liefern eine Drehmomentcharakteristik
nach Kurve (1k=1; 1m=lk). Hier erreicht das Anfahrmoment bereits fast das Kippmoment.
Zum Vergleich wurde in das Diagramm gemäß Fig. 1 noch die Kennlinie f eingetragen,
die für eine Kupplung mit normaler Käfigwicklung gilt, deren Sekundärteil eine aktive
Länge besitzt, die das Eineinhalbfache der Länge des Sekundärteiles der Kupplung
mit der Kennlinie a beträgt (1k=1,5). Ein Vergleich der Kennlinien c und
f, die also beide für Kupplungen gelten, deren Sekundärteile die gleiche
aktive Länge besitzen, zeigt deutlich den außerordentlichen Vorteil der neuen Kupplung.
Während gemäß der Kennlinie f ein übermäßig hohes Kippmoment und ein nicht ausreichendes
Stillstandsmoment vorhanden sind, zeigt die Kennlinie c, die für die erfindungsgemäße
Anordnung gilt, ein normales Kippmoment und ein hohes Stillstandsmoment.
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Bei getrennten Primärteilen kann man durch verschiedene Polzahlen
und verschiedene aktive Längen jede gewünschte Drehmomentcharakteristik erreichen,
und zwar bei kleinstem Material- und Arbeitsaufwand.
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Bei asynchronanlaufenden Synchronmotoren oder bei Asynchronmotoren
bedeutet eine Drehmoment-Schlupf-Kennlinie c oder e hohes Anzugsmoment bei hohem
Intrittfallmoment bzw. kleinem Betriebsschlupf. Auch die Anlaufströme werden günstig
beeinflußt.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei erfindungsgemäß ausgebildeten
Schlupfkupplungen dadurch, daß bei gleichem Drehmomenteffekt die Polzahlen herabgesetzt
werden können, was sich günstig auf Erregerleistung und Gewicht auswirkt.
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Die Fig. 2 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen
Induktionsmaschine an Hand einer Schlupfkupplung, während Fig. 7 die Anwendung des
Erfindungsgedankens auf einen Bremsgenerator zeigt. Fig. 2 zeigt eine Schlupfkupplung,
deren Primärteil aus dem Joch 1 und den mit einer Gleichstromwicklung 2 versehenen
Polen 3 besteht. Die Länge der Polschuhe dieser Pole wurde so groß bemessen, daß
jeweils ein Polschuh die gesamte Länge sowohl des mit der Kurzschlußwicklung 4 versehenen
lamellierten Sekundärteiles 5 als auch die Länge des massiven Sekundärteiles 6 überdeckt.
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Man kann jedoch auch, wie aus Fig. 3 hervorgeht, den Sekundärteil
der Schlupfkupplung so ausbilden, daß zwei massive Eisenteile 7 und 8, die keine
Wicklung tragen, symmetrisch zu einem mit einer Wicklung 9 versehenen Teil 10 angeordnet
sind. In diesem Falle dienen die massiven, wicklungslosen Sekundärteile gleichzeitig
als Fliehkrafthalteringe.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen
Schlupfkupplung. Dort besteht der Primärteil aus einem Polrad 11 mit besonders starken
Polschuhen 12, die von den symmetrisch zu einem wicklungtragenden Teil 13 angeordneten
massiven. wicklungslosen Sekundärteilen 14 und 15 umfaßt werden.
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Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wie in Fig. 5 dargestellt, wenn
am Umfang des Sekundärteiles 16 lamellierte, mit Wicklung versehene Zonen 17 und
massive, wicklungslose Zonen 18 abwechseln.
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Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei magnetisch getrennte,
axial nebeneinanderliegende Primärteile 19 und 20 vorhanden sind, von denen der
Primärteil 19 den wicklungtragenden Sekundärteil 21 und der Primärteil 20 den massiven,
wicklungslosen Sekundärteil 22 induziert. Diese Anordnung mit axial nebeneinanderliegenden
Primärteilen erlaubt eine weitere wirksame Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik
insofern, als die Polzahlen der beiden Primärteile voneinander verschieden gewählt
werden können.
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Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Bremsgenerators.
Der Primärteil besteht dort aus einem Polrad 23, das von einem weiteren, mechanisch
mit dem Polrad 23 verbundenen zylindrischen, einseitig offenen Hohlkörper 24 umschlossen
wird, der seinerseits radial nach innen weisende Pole besitzt. In den ringförmigen
Raum zwischen diesen beiden Polkränzen ragt der feststehende Sekundärteil 26 hinein,
der seinerseits als einseitig offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist.
Der zylindrische Abschnitt dieses Sekundärteiles übernimmt hier die Funktion des
massiven wicklungslosen Teiles 27, an dem der lamellierte wicklungtragende Teil
28 befestigt ist. Selbstverständlich kann man auch umgekehrt den Primärteil
feststehend und den Sekundärteil rotierend anordnen.
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Wie bereits erwähnt, sind mit den dargestellten Ausführungsbeispielen
die Anwendungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Induktionsmaschine nicht erschöpft.
Die gleichen Vorteile werden erreicht, wenn man in der erfindungsgemäßen Weise Synchronmotoren,
Asynchronmotoren
oder Drehmomentgeber gestaltet.