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Elektromagnetischer Schwingantrieb Die Erfindung bezieht sich auf
einen elektromagnetischen Schwingantrieb, wie er beispielsweise für den Betrieb
von Werkzeugen, Pumpen und Kompressoren, insbesondere für Kältemaschinen, verwendet
werden kann. Bei wechselstromgespeisten Schwingantrieben ist es bekannt, zur Vermeidung
von Federn für die Rückführung des Ankers in die Ruhelage die Halbwellen auf zwei
in der Schwingrichtung hintereinanderliegende Erregerspulen zu verteilen und den
Anker sich zwischen diesen beiden Spulen bewegen zu lassen. Der Anker oder das Erregersystern
erhält dabei in der Regel eine Gleichstromvormagnetisierung, oder man verwendet
von vornherein permanentmagnetische Werkstoffe hierfür. Die mit einer solchen Anordnung
erzielte Schwingfrequenz ist dann gleich der Frequenz des erregenden Wechselstromes.
Die Spulen sind dabei in der Regel konzentrisch zu dem in einer Hülse axial verschiebbaren
Anker angeordnet. Bei Verwendung einer Gleichstrommagnetisierung bedarf es eines
beträchtlichen Aufwandes an Erregerwicklungen, und es werden zwei Stromquellen benötigt.
Bei Anwendung eines polarisierten, permanentmagnetischen Ankers erhält man einen
wesentlich einfacheren Aufbau. Die permanentmagnetischen Anker weisen jedoch den
Nachteil auf, daß der auf sie einwirkende Wechselstromfluß einen den Dauerkraftfluß
schwächenden Einfluß besitzt.
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Die Erfindung hat einen elektroniagnetischen Schwingantrieb mit Wechselstromspeisung
und mit einem zwischen den Polen eines Erregersystems und senkrecht zu ihnen frei
schwingenden permanentmagnetischen Anker zum Gegenstand, der so aufgebaut ist, daß
dieser Nachteil weitgehend vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Erregersystern
aus insbesondere vier jeweils um 9011 gegeneinander versetzt um den Anker angeordneten
Erregerinagneten besteht, von denen die diametral angeordneten Erregermagnete paarweise
zusammengefaßt und paarweise entgegengesetzt erregt sowie in axialer Richtung um
einen dem Ankerhub entsprechenden Betrag gegeneinander versetzt sind, und daß zwischen
idiesen Magnetsystemen ein an seinen beiden Enden mit ausgeprägten zylindrischen
Polen versehener, axial polarisierter permanentmagnetischer Anker schwingfähig gelagert
ist.
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Der permanentmagnetische Anker kann rechteckigen Querschnitt besitzen,
vorteilhaft ist er jedoch in seiner ganzen Länge zylindrisch ausgebildet und sein
Durchmesser zwischen den Endpolen vermindert, so daß, wenn die zylindrischen Polflächen
gegenüber den Polen eines Magnetsystempaares stehen, nur ein schmaler zylinderförmiger
Luftspalt vorhanden ist, während gleichzeitig zwischen dem anderen Magnetsystem
und dem Dauermagnetanker ein verhältnismäßig großer Luftspalt besteht. Dadurch wird
erreicht, daß in bezug auf das Magnelsystempaar, dem der Anker gerade gegenübersteht,
ein starker magnetischer Fluß in gleicher Richtung wie der permanente Fluß im Anker
besteht, während der zur selben Zeit vom anderen Magnetsystempaar ausgeübte, dem
permanenten, Fluß entgegengesetzte Magnetfluß infolge der großen Luftspalte und
starker Streuung im Anker nur sehr schwach ist und außerdem nur einen Teil der Ankerlänge
durchsetzt. Die gleichen Verhältnisse ergeben sich für die andere Endstellung des
Ankers. Die erfindungsgemäße Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil eines gedrungenen
Aufbaues und vor allem im Vergleich zu den bekannten Anordnungen mit in Achsrichtung
hintereinander angeordneten Erregerspulen eine geringere Baulänge.
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Im folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch den Schwingankerantrieb,
und zwar längs der in Fig. 2 angegebenen Schnittlinie ABC;
Fig. 2 zeigt
eine Draufsicht auf das Antriebssystem, während Fig. 1 a eine perspektivische
Ansicht des Antriebs wiedergibt; die Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch einen Erreger-und
einen Ankerpol und Fig. 3 ein Antriebssystern mit Hubbegrenzung nach oben
und unten.
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In den Abbildungen ist mit 1 die Achse des Antriebssystems
bezeichnet, an die irgendein Arbeitsgerät, z. B. ein Schlagwerkzeug oder der Kolben
eines Kompressors u. dgl., angeschlossen sein kann. Diese
Achse
besteht vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff. Fest auf dieser
Achse sitzt der zylindrische, perinanentmagnetischeAnker 2, der eine solche Länge
besitzt, daß er in der jeweiligen Endstellung gerade die oberen und unteren Pole
des ihm gegenüberliegenden Magnetsystempaares überbrückt. Die Polflächen an den
Enden des Ankers sind als achsparallele zylindrische Flächen ausgebildet und stellen
dadurch ausgeprägte Pole dar, daß der Schaft des Ankers zwischen den Polflächen
auf einen kleine- i ren Durchmesser abgedreht ist. Der Anker wird von vier um
90' versetzt angeordneten C-förmigen Erregennagneten 3 bis
6 umgeben, - deren Kernbleche C-förmig ausgebildet sind und deren
Polflächen konzentrisch zum Anker liegen. Dies kann durch Ausdrehen der Polflächen
nach dem Zusammensetzen des Kernes geschehen, man kann aber auch die Kernbleche
nach einem entsprechenden Kreisbogen staffeln, so daß sich ein Kernquerschnitt ergibt,
wie er in Fig. 2a dargestellt ist. Zwischen den Anker- und den Magnetpolen ist ein
enger zylinderförmiger Luftspalt vorhanden. Die einander gegenüberliegenden Paare
von Erregermagneten (Fig. 1 a) sind elektrisch zusammengefaßt, derart, daß
jeweils das eine Paar 3, 5
in dem einen Sinne, das zweite Paar 4,
6 in dem entgegengesetzten Sinne erregt werden. Außerdem sind die beiden
Paare gegeneinander in axialer Richtung um einen Betrag versetzt, der dem gewünschten
Schwingungshub des Ankers entspricht.
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Unter der Voraussetzung, daß der Anker oben seinen Nordpol und unten
seinen Südpol hat und die Spulenpaare, von denen in Fig. 1 jeweils nur eine
Spule entsprechend dem vorgesehenen Schnitt ABC
sichtbar ist, in dem.
in der Wicklung oben angedeuteten Sinne durch die eine Halbwelle des Erregerwechselstromes
durchflossen werden, wird der Anker nach oben gezogen und erreicht die in Fig.
1 und in Fig. la dargestellte obere Endlage. Die Ankerbewegung nach oben
durch die Anzugskräfte der Magnete 3, 5 wird unterstützt durch die gleichzeitig
wirksamen Abstoßkräfte seitens der Magnete 4, 6. Die Polarisation der Erregerinagnete
und der Verlauf der Kraftlinien ist mit ausgezogenen Buchstaben und Linien in Fig.
1 eingetragen. Wie ersichtlich, ist zwischen dem Anker und dem Magneten
3 und 5 sowohl oben als auch unten ein enger Luftspalt vorhanden,
in dem eine große Kraftliniendichte herrscht. Der elektromagnetische Fluß dieser
Magnete addiert sich dabei zu dem permanentmagnetischen Fluß und verläuft in einem
nahezu geschlossenen magnetischen Kreis. Während der gleichen Halbwelle des Wechselstromes
ist die Polarität der vorn und hinten (in bezug auf die Bildebene) liegenden und
um den Hubweg tiefer liegenden Elektromagnete 4, 6 von denen einer in Fig.
1 rechts dargestellt ist so, daß der Anker von den Polen der Magnete abgestoßen
wird. Die oberen Polflächen dieser Magnete stehen dabei dem verjüngten Schaft des
Magnetankers gegenüber und sind daher von diesem durch einen verhältnismäßig großen
Luftspalt getrennt. Die unteren Polflächen derselben Magnete befinden sich zur gleichen
Zeit ebenfalls außerhalb des Bereiches des unteren Ankerpoles, so daß der erzeugte
elektromagnetische Fluß in diesem Kreis ganz erheblich schwächer ist als in dem
anderen Magnetkreis. Infolgedessen ist auch der über den Anker, entgegen dem permanenten
Fluß verlaufende Kraftfluß sehr niedrig, so daß praktisch keine wirksame Schwächung
des Permanentmagneten eintritt. Außerdem verläuft dieser stark verringerte Gegenfluß
nur über einen Teil der Ankerlänge.
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In Fig. 1 ist noch die andere Endlage des Ankers bei der folgenden
Erregerhalbwelle, der dazugehörige Krafthnienverlauf und die Polarisation der Magnete
gestrichelt eingezeichnet. Die Verhältnisse sind genau die gleichen wie vorher beschrieben,
nur ist jetzt ein schwacher Gegenfluß im oberen Teil des Ankers vorhanden.
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Durch entsprechende Ausbildung des Ankers kann man Hubbegrenzungen
in beiden Richtungen erreichen, indem man den Anker und die Ständerpole an den einander
gegenüberliegenden Polflächen in der in Fig. 3 dargestellten Weise abschrägt.
Die Fig. i
zeigt dabei wieder einen Schnitt entsprechend der Linie
ABC in Fig. 2, wobei der Anker in der oberen Endlage dargestellt ist.
Bei dieser Ausbildungsform müssen allerdings die kegelmantelfönnigen Polflächen
der periodisch einander gegenüberstehenden Anker-und Erregermagnetpole bei den in
der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Polen einmal in der einen und einmal in
der anderen Richtung gegen die Ankerachse geneigt sein.
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Die Anordnung von sich paarweise gegenüberliegenden Elektromagneten
hat den weiteren Vorteil, daß auf den Permanentmagneten nahezu keine Querkräfte
einwirken. Die Schwingungen des Ankers verlaufen daher praktisch reibungslos. Während
bei Magnetsystemen mit einem nichtpolarisierten Tauchanker das Magnetgestell um
den Anker herum auf irgendeine Weise geschlossen werden muß und damit große Magnetjoche
erfordert, kann man bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der Anker zwei
in axialer Richtung hintereinanderliegende Luftspalte überbrückt, den Magnetkernschnitt
wesentlich kleiner machen. Diese kleineren Blechpakete ergeben einen geringen Verschnitt
und bieten den Vorteil, daß die Spulen unter Beilage einer Isolierung direkt auf
die Pakete gewickelt werden können und gegebenenfalls mit diesen durch Kunstharz
(Gießharz) umpreßt bzw. umgossen werden können. Dadurch können Magnetgeräuschegedämpft
werden.