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Magnetsystem für elektromagnetische Vibratoren Die Erfindung betrifft
elektromagnetische Vibratoren zum Antrieb gegeneinanderschwingender, durch tin Federsystem
miteinander gekoppelter Massen. In der Regel werden die Magnetsysteme dieser Geräte
so ausgeführt, daß die Begrenzungsflächen der Arbeitsluftspalte, z. B. die Polflächen,
eben sind und zur Bewegungsrichtung senkrecht stehen. Man läßt die Vibratoren vorzugsweise
mit Netzfrequenz schwingen und speist sie über ein Ventil aus dem Netz, so daß nur
eine Halbwelle jeder Periode auf den Antrieb einwirkt.
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Um Unstabilitäten beim Betrieb derartiger Vibratoren über Spannungsregler
zu vermeiden, ist es erforderlich, daß der aufgenommene Strom mit der Spannung ansteigt.
Der Anstieg muß dabei wenigstens bis zur höchsten vorkommenden Betriebsspannung
reichen.
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Die Vibratoren müssen ferner im sogenannten Anschlagbetrieb, d. h.
wenn die Vibratorteile bei jeder Schwingung gegeneinanderschlagen, möglichst schnell
abgeschaltet werden. Da nun bei den bekannten Vibratoren der aufgenommene Strom
bei über die Nennspannung hinaus gehender Spannungssteigerung wieder abfällt, so
war bisher eine Abschaltung in diesem Bereich nur mit Hilfe von Spannungsrelais
möglich. Diese sind jedoch wesentlich kostspieliger als überstromempfindliche Schaltgeräte
oder handelsübliche Schmelzeinsätze. Es ist daher in höchstem Maße wünschenswert,
ein Magnetsystem zu haben, dessen Strom-Spannungs-Kennlinie bis zum Anschlag ansteigt.
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Nun ist es zwar bekannt, durch Herabsetzen des Ankerquerschnitts im
Verhältnis zum Schenkelquerschnitt den durch den Luftspalt verlaufenden Nutzfluß
zu drosseln, wenn sich der Luftspalt während der Schwingbewegung seinem Kleinstwert
nähert. Der Anker wird dabei wesentlich stärker als die Schenkel gesättigt und dadurch
ein verstärkter Streufluß hervorgerufen. Eine derartige Maßnahme ist notwendig,
um den Verlauf der magnetischen Zugkraft während der Schwingung dem Verlauf der
Rückstellkraft des Federsystems anzupassen, d. h. den starken Anstieg der Zugkraft
bei Annäherung an den Kleinstluftspalt durch die erwähnte Drosselung des Nutzflusses
herabzusetzen.
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Während somit zwar ein stabiles Schwingverhalten ermöglicht wurde,
konnte durch die Auswirkungen der Querschnittsverminderung des Ankers nicht das
Absinken der Strom-Spannungs-Kennlinie bei erhöhter Spannung verhindert werden.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, eine so wirkungsvolle Drosselung
des Nutzflusses im Anker herbeizuführen. daß bei Erhöhung der Spannung trotz entsprechendem
Anwachsen der Schwingbreite bis zum Anschlag der aufgenommene Stromwert ansteigt.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus einem Kernmaterial mit
magnetischer Vorzugsrichtung aufgebaut ist und der Fluß nur in dieser Vorzugsrichtung
verläuft mit Ausnahme der Polbereiche des Ankers, wo er etwa quer zur Vorzugsrichtung
verläuft und hohe Sättigung hervorruft.
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An Hand der Fig. 1 bis 3 soll der Stand der Technik und der erfindungsgemäße
Fortschritt näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt Strom-Spannungs-Kennlinien eines bekannten V ibrators
mit Schichtkern; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetsystems
und Fig.3 die damit erhältlichen Strom-Spannungs-Kennlinien.
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In Fig. 1 sind vier Kennlinien aufgezeichnet, die für die eingestellten
Ruheluftspalte Ö1 bis 84 gelten, wobei 81 < 82 < 83 < b4 ist. Die Punkte
P1 bis P4 bezeichnen Arbeitspunkte mit gleicher Schwingbreite, beispielsweise Nennschwingbreite.
Diese Kurven sind das Ergebnis der physikalischen Summation verschiedener Einflüsse,
die sich etwa wie folgt beschreiben lassen: 1. Die Erhöhung der Spannungsamplitude
bewirkt allgemein eine Erhöhung des Gesamtflusses und damit ein Ansteigen des aufgenommenen
Stromes.
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2. Die damit einhergehende Verkleinerung des Kleinstluftspaltes, infolge
erhöhter Zugkraft, bewirkt eine Erhöhung der Selbstinduktivität des Magnetsystems
und ein Abnehmen des Stromes.
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Zunächst sei die für den kleinen Ruheluftspalt 81 gültige Kurve betrachtet.
Sie fällt im ganzen Bereich
bei steigender Spannung ab, weil der
beschriebene Einfluß 2 überwiegt. Nun sei die Kurve für vergrößerten Ruheluftspalt
8Q betrachtet. Im Vergleich zur Kurve 81 sind bei gleichen Spannungen die Schwingbreiten
kleiner. Da außerdem der Rüheluftspalt größer ist, sind die gleichen Spannungen
entsprechenden Kleinstluftspalte wesentlich größer. Daher setzt sich in diesem Fall
der Einfluß 1 (steigende Spannung) durch, so daß zumindest im unteren Spannungsbereich
die Stromkurve ansteigt. Erst bei höheren Spannungen fällt sie wieder ab. Die Kurven
für 83 und 84, welche bei noch größer eingestelltem Ruheluftspalt aufgenommen sind,
zeigen die geschilderten Verhältnisse noch deutlicher. Es ist somit bekannt, daß
bei Vergrößerung des Ruheluftspaltes, mit dem Nachteil erhöhter Scheinleistungsaufnahme,
die Kennlinie im unteren Spannungsbereich ansteigend gestaltet werden kann, jedoch
nicht im ganzen Bereich. Bei ausgeführten Vibratoren geht man in der Regel so weit,
den Nennarbeitspunkt in das Maximum der Kurve zu legen (vgl. Kurve für 83).
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Das Magnetsystem nach Fig. 2 a besteht aus dem Schnittbandkern 1 und
dem Anker 2. Dieser ist aus Blechen 4 geschichtet, die senkrecht zu den Blechen
3 des Schnittbandkernes stehen. Die Vorzugsrichtung der Ankerbleche 4 verläuft erfindungsgemäß
parallel zu den Polflächen des Magneten, d. h. in diesem Fall zu den Schnittflächen
des Schnittbandkernes. Die in Fig.2b eingetragenen kleinen Pfeile zeigen die Vorzugsrichtung
an, die ausgezogenen Linien stellen die magnetischen Feldlinien dar.
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Beim Eintritt in den Anker verlaufen die magnetischen Feldlinien zunächst
senkrecht und dann in einem steilen Winkel zu der Vorzugsrichtung. Von einem bestimmten
Wert der Induktion ab werden diese sogenannten Polbereiche des Ankers sehr stark
in Sättigung gehen, während der volumenmäßig größere Mittelteil des Ankers und der
gesamte Schnittbandkern noch ungesättigt sind. Dabei bildet sich ein wesentlich
stärkerer Streufluß aus als bei Sättigung des gesamten Ankers infolge Querschnittsverminderung.
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Fig. 3 zeigt die Kennlinien eines Vibrators mit dem erfindungsgemäßen
Magnetsystem. Dieser ist leistungsmäßig mit dem bekannten Vibrator vergleichbar,
dessen Kurven in Fig. 1 dargestellt sind. Auch hier gilt 84 G 85 G 88. P4 bis P,
sind wie in Fig. 1 die Arbeitspunkte mit Nennschwingbreite. Bei sehr kleinem Ruheluftspalt
84 ist auch hier noch ein Absinken der Kennlinie festzustellen. Wird der Luftspalt
jedoch vergrößert (85), so bewirkt die Sättigung der Polbereiche des Ankers, daß
der Strom bei Annäherung an den Anschlag nicht mehr abfällt und bei weiterer Vergrößerung
des Ruheluftspaltes (88) sogar ansteigt.
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Aus den Fig. 1 und 3 ist auch ersichtlich, daß bei gleicher Spannung
und Schwingbreite (vgl. P3 und P8) das erfindungsgemäße Magnetsystem einen wesentlich
kleineren Strom aufnimmt, weil der Betrieb bei kleinerem Ruheluftspalt ermöglicht
wird.
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Im Anschlagsbetrieb werden durch das Gegeneinanderschlagen von Anker
und Kern die lamellierten Eisenwege kurzgeschlossen und dadurch Wirbelströme erzeugt.
Demzufolge erhöht sich im Anschlag der aufgenommene Strom weiter, was einen besonderen
Vorteil für die in Aussicht genommene Abschaltung durch Schmelzsicherungen darstellt.