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Schwingankerantrieb Die Erfindung betrifft Schwingankerantriebe mit
einem von einer Magnetspule umgebenen gebogenen Polschenkel und einem diesem gegenüber
durch eine Blattfeder befestigten Schwinganker, dessen Schwingungsfläche in der
durch den Polschenkel bestimmten Ebene liegt.
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Es sind bereits derartige Schwingankerantriebe bekannt, welche zur
Betätigung von elektrischen Kontaktsätzen dienen, die jeweils beiderseits desSchwingankers
angeordnet und an dem Polschenkel über Abstands- bzw. Isolationszwischenstücke befestigt
sind.
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Bei diesen bekannten Schwingankerantrieben ist jedoch nachteilig,
daß sich ein sehr unvollkommener magnetischer Schließungskreis ergibt und daß die
bekannte Bauart für bestimmte Antriebszwecke, insbesondere für denAntrieb einerMembranvakuumpumpe,
nicht geeignet ist.
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Ferner sind Schwingankerantriebe bekannt, welche zum Antrieb von Kolbenpumpen
dienen und bei welchen der Schwinganker im wesentlichen senkrecht zu den Magnetpolen
bzw. in Richtung der Achse der zugehörigen Magnetspule schwingt und daher bei starken
Schwingungen gegen die Magnetpole schlägt. Aus diesem Grunde ist bei diesen Antrieben
nur eine Leistungsregelung in engen Grenzen möglich, da sich sonst der Schwinganker
und die Magnetpole bei zu starken Schwingungen zerstören.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, den magnetischen
Schließungskreis bei Schwingankerantrieben der eingangs kurz beschriebenen Art zu
verbessern und einen Schwingankerantrieb für Mernbranvakuumpumpen in besonders gedrängter
Bauweise zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei Schwingankerantrieben der beschriebenen Bauart
dadurch gelöst, daß der Polschenkel und die Befestigungsstelle des Schwingankers
durch einen gemeinsamen, magnetisch leitfähigen C-förmigen Rahmen gebildet werden
und daß der Schwinganker mit einer Membranvakuum.-pumpe gekoppelt ist, welche zwischen
den Rahmenschenkeln auf dem Rahmen befestigt ist.
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Durch diese Ausbildung des Schwingankerantriebes, bei welchem die
Membranvakuumpumpe von der Rahmenanordnung im wesentlichen umgeben ist, wird eine
besonders gedrängte Bauweise erzielt, wobei der magnetische Schließungskreis um
die anzutreibende Membranvakuumpumpe herumgeführt ist und besonders geringe magnetische
Widerstände aufweist.
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Die Vorteile der Erfindung erweisen sich insbesondere bei der Anwendung
für Membranvakuumpumpen zur Erzeugung eines Vakuums in Vakuumprogrammsystemen, in
welchen ein bestimmter Mindestdruck aufrechterhalten werden muß. In diesem Anwendungsbereich
ist es erforderlich, daß die Vakuumpumpe einmal bei geringem Unterdruck eine verhältnismäßig
große Gasmenge fördert und ein anderes Mal nach Erreichen eines bestimmten Unterdrucks
das gewünschte Vakuum mit automatisch reduziertem Liefervolumen aufrechterhält.
Diese Bedingungen erfordern von dem Schwingankerantrieb, daß der Schwinganker zur
Verarbeitung eines großen Liefervolumens weit ausschwingen kann und daß seine Amplitude
bei kleinem Liefervolumen ebenfalls klein ist. Diese Bedingungen erfüllt der Schwingankerantrieb
gemäß der Erfindung in vollem Maß.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielsweisen
Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen an Hand der zugehörigen Zeichnungen.
In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer Ausführungsform nach der Erfindung, F i g. 2 eine Seitenansicht wie
F i g. 1, jedoch in kleinerem Maßstab, welche eine weitere Ausführungsform
der Erfindung enthält, F i g. 3 ein Schaltschema der elektromagnetischen
Einrichtung und
F i g. 4 eine schematische Darstellung einer
Anwendungsforin der elektromagnetischen Einrichtung.
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Bei derAusführungsform nach F i g. 1 der ZeichnungenweisteinSchwingankermotor12nachderErfindung
einen im wesentlichen C-förmigen Rahmen 82 auf, an dessen einem Ende eine
Magnetspule 28 aufgeschoben ist. Dieses eine Ende des Rahmens 82 bildet gleichzeitig
für die Magnetspule 28 einen Polschenkel 83, der eine im wesentlichen
senkrecht zu seiner Längsachse abgeschnittene Stimfläche 84 als Pol aufweist. Die
Stirnfläche 84 steht im spitzen Winkel gegenüber dem gestreckten Teil des Rahmens
82, an dem eine Membranpumpe 16 angeschraubt ist.
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Das dem Polschenkel 83 gegenüberliegende Ende des Rahmens
82 verläuft im wesentlichen parallel zu dem gestreckten Teil des Rahmens
82 und hält über ein Gelenkteil 88 das eine Ende einer Blattfeder
86, an deren anderem Ende ein Schwinganker 90 befestigt ist. Das Gelenkteil
88 und das Ende des Rahmens 82 haben jeweils abgerundete Kanten, um
örtliche überbelastungen der Blattfeder 86 bei der Schwingung zu verhüten.
Der Schwinganker 90 schwingt bogenförmig um seine Schwingungsachse, die quer
zu der Achse des Polschenkels 83 steht. Außerdem ist der Schwinganker
90
in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise -über eine elastische Muffe
mit einem Gewindeschaft verbunden, der seinerseits an der Mernbranpumpe
16 angreift, so daß eine Betätigung derselben ohne Verzerrung der Membran
ermöglicht wird.
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Das eine Ende des Schwingankers 90 steht im Ruhezustand nicht
direkt gegenüber der Stirnfläche 84 des Polschenkels 83, sondern wird erst
bei elektromagnetischer Erregung der Magnetspule 28 in Richtung der Stimfläche
84 angezogen. Unter der Einwirkung wechselnder Erregung, der Federkraft der Blattfeder
86 und derMassenkräftekann derSchwinganker 90 frei vor der Stirnfläche
84 des Polschenkels 83 durchschwingen und die Membranpumpe 16 je
nach
deren Belastungszustand antreiben.
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Wie in F i g. 3 dargestellt, sind drei Anschlüsse
32, 34 und 36 für den Motor 12 bzw. dessen Antriebsspule
28 vorgesehen, wobei die Anschlüsse 32
und 34 über geeignete Leitungen
mit einer Wechselstromquelle 38 verbunden sind. Die Anschlüsse
32
und 34 sind jeweils über die Leitungen 40 und 42 mit der Spule
28 verbunden, wobei eine Diode 44 zwischen die Anschlüsse 34 und
36 geschaltet ist. Die Diode 44 dient als Halbweggleichrichter und erzeugt
einen gleichgerichteten Wechselstrom für die Spule 28 und reduziert die Maximalverluste
der Wirbelströme und der Hysteresis auf weniger als die Hälfte dessen, was mit vollem
Wechselstromeingang zu erwarten wäre. Somit kann ein ungeschichtetes und volles
Kernstück 26 für den elektromagnetischen Schwingankermotor 12 benutzt werden,
ohne daß in der Spule 28 und anderen Teilen der Einrichtung eine sehr hohe
Temperatur erzeugt wird.
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Eine Anwendung der elektromagnetischen Einrichtung nach F i
g. 1 ist in F i g. 4 dargestellt, in welcher ein Vakuumprogrammsystem
aus einer Karte oder Folie 92 über einen Block oder einen Lesekopf 94 geführt
wird, der mit Austrittsöffnungen 96 an der Lesefläche versehen ist. Die Austrittsöffnungen
96
sind jeweils durch elastische Plastschläuche 98 nach Wunsch mit
einem oder mehreren Vakuummotoren oder Betätigern 100 verbunden, welche die
Schalter für die verschiedenen Arbeitsstufen u. dgl. einer Maschine, beispielsweise
einer Waschmaschine od. dgl., betätigen. Der Lesekopf 94 hat außerdem eine oder
mehrere Eingangs- oder Saugöffnungen 102, welche über einen elastischen Plastschlauch
104 gegebenenfalls mit dem Eingang der Merabranpumpe 16 verbunden sind.
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Die Karte oder die Folie 92 hat eine Vielzahl von Vertiefungen
106, welche zwei oder mehrere der Öffnungen Überbrücken, während die Ränder
der Vertiefungen 106 mit der Oberfläche des Lesekopfes 94 eine Dichtung bilden.
Wenn ein besonderer Vakuumbetätiger 100 unter dem Einfluß eines Vakuums betätigt
worden ist, so daß er an der entsprechenden Membran einen Zug ausübt, so kann das
Vakuum dadurch gebrochen werden, daß eine öffnung in der Folie92 über eine öffnung96
bewegt wird. Dadurch kann atmosphärische Luft eintreten und die entsprechende Mein
bran sich nach außen bewegen. Normalerweise wird die entsprechende Saugöffnung102
nicht freigegeben, so daß die Folie92 den Zusammenbruch des Vakuums in der Leitung104,
welche mit der Vakuumpumpe16 verbunden ist, verhindert.
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Wegen der verhältnismäßig geringen Größe der Vakuumkammern in den
Betätigern100 und der entsprechenden Leitungen 96 strömt nur ein geringes
Volumen des fluiden Mediums durch das Loch in das System. Deshalb hat die Pumpe
normalerweise lange Zeitperioden, in denen sie ein Vakuum ohne Ansaugen einer Fluidmenge
aufrechterhält. Da die Membranpumpe 16 sich normalerweise in der Stellung
ohne Durchströmung befindet, bei der der Schwinganker 90 im wesentlichen
fluchtend mit der Polfläche 84 gegen diese gezogen wird, verringert sich die Schwingungsamplitude
des Schwingankers 90, da der Schwinganker 90 und die Polfläche 84
des Polschenkels 83 sich einer magnetisch neutralen Ausfluchtung mit Bezug
auf die Kraftkomponente, welche die Pumpe antreibt, annähern.
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Dadurch, daß weiterhin der Schwinganker 90
durch die Druckdifferenz
an der Membran in ein stärkeres Magnetfeld hineingezogen wird, sofern sich die Pumpe
16 in einer Stellung oder Durchströmung befindet, führt der verminderte Luftspalt
zwischen dem Schwinganker 90 und der Kernfläche 84 zu einem durch die bei
dieser Arbeitsweise bestehende höhere Impedanz beschränkten Temperaturanstieg in
der Spule 28.
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Durch einen Zusammenbau des Schwingankers 90
und der Blattfeder
86 mit dem Rahmen 82, derart, daß ein annähernd schmaler Luftspalt
besteht, wenn der Schwinganker 19 sich an seinem Schwingungsmaximum befindet,
kann der Schwinganker 90 zu dieser Amplitude ohne Störung zwischen ihm und
der Polfläche 84 getrieben werden. Eine wirksamere Umwandlung der elektromagnetischen
Energie in die mechanische Energie wird dadurch erzielt, daß die Spule
28 eng benachbart der Kernfläche 84 angeordnet wird, so daß ein geringerer
magnetischer Streufluß im magnetischen Kreis auftritt.
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Die Ausführungsfonn nach F i g. 2 entspricht der nach F i
g. 1 beschriebenen Ausführungsform, abgesehen von der Tatsache, daß der Schwinganker
90 a eine freie, unter einem Winkel von ungef ähr
5 Grad zu der Senkrechten abgesehrägte Stirnfläche 108 aufweist. Eine
solche Abschrägung der Stirnfläche 108 erlaubt einen kleineren wirksamen
Luftspalt, um die Kreisimpedanz zu erhöhen, und hat zur
Folge, daß
die Spule 28 für einen bestimmten Zustand der Pumpenleistung mit einem geringeren
Temperaturanstieg arbeitet.
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Gemäß F i g. 2 ist der Schwinganker 90 a an einem
Rahmen 82a befestigt, welcher ein längeres Ende hat als der vorher beschriebene
Rahmen. Das vorstehende Ende der Blattfeder 86 hat eine geringere Ausladung
gegenüber dem Rahmenende, welches mit einer zweckmäßigen Abrundung 110 versehen
ist. Somit verkürzt sich die wirksame Länge der Blattfeder86, wenn der Schwinganker90a
dazu neigt, einen erhöhten Schwingungsausschlag auf eine erhöhte Spannung an der
Spule28 hin anzunehmen. Hiermit ergibt sich eine erhöhte Federkonstante und eine
verringerte Schwingungsamplitude.
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Aus jeder der verschiedenen beschriebenen Ausführungen wird es deutlich,
daß die Rahmen, die Schwingankermotoren, die Schwinganker und die dazugehörigen
Pumpen mit ihren Mittellinien in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, so daß
die elektromagnetischen Kräfte symmetrisch um die Mittellinie der Einrichtung auftreten.