DE1472361A1 - Elektromechanischer Vibrator - Google Patents

Description

OR. ING. F. WtTESa*HOFF

DXPIi. XTiG, G. PULS 14/2361 SCHWEIOEHSTRASSE 2

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1A-30 6^6. T^rWJ ,

Beschreibung

zu der Patentanmeldung

Berritron Mmited, London, England

Peter Grootenhuis, London, England

James Walter Gearing,

St. Leonards-on-Sea, Sussex,

England

betreffend
Elektromechanischer Vibrator

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Vibratoren der'mit einer beweglichen bzw. schwingenden Wicklung arbeitenden Bauart. Bei solchen Vibratoren ist gewöhnlich ein Topfmagnet vorgesehen, der ein inneres Polstück umfaßt, welches von einem ringförmigen äußeren Polstück so umgeben ist, daß zwischen den beiden Polstücken ein ringförmiger Luftspalt vorhanden ist; dieser Luftspalt nimmt eine bewegliche Wicklung auf, die auf einer rohrförmigen Unterstützung angeordnet ist, welche mit einem Kraftabgabeorgan verbunden ist, das so unterstützt wird, daß es axiale Schwingungen zusammen mit der Wicklung oder Spule ausführen kann. Vibratoren dieser Bauart können mit großen Abmessungen hergestellt werden, so daß sie Kräfte von mehreren hundert Kilogramm ausüben können, wobei sich natürlich ein erheblicher Energieverbrauch ergibt. Die Erfindung sieht insbesondere Anordnungen zur Erleichterung der Kühlung der Schwingspule vor.

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Gemäß der Erfindung umfaßt die Schwingspule einen elektromechanischen Sciiwingspulenvibrator, zwei rohrförmige Schichten von Leitern, die gleichachsig ineinander angeordnet sind, wobei Kanäle für das Kühlmittel vorgesehen sind, die sich durch den Hingraum zv/ischen den Schichten von einem Ende zum anderen erstrecken. Hierbei ist vorzugsweise ein Satz von Abstandsstücken vorgesehen, die in dem Ringspalt zwischen den Schichten von Leitern angeordnet sind. Bei einer Ausbildungsform der Erfindung haben diese Abstandsstücke die Form von Rohren, und sie bilden gleichzeitig Kanäle für das Kühlmittel. Bei einer anderen Anordnung sind zwischen den Abstandsstücken Spalte oder Lücken vorgesehen, die ihrerseits als Kühlmittelkanäle benutzt werden. In beiden fällen sind die Abstandsstücke vorzugsweise an den Schichten von Leitern befestigt, so daß die Abstandsstücke zusammen mit den Leitern eine im wesentlichen selbsttragende Konstruktion bilden können, wobei die Festigkeit dieser Konstruktion nicht in erster Linie auf die Festigkeit eines gesonderten Formkörpers zurückzuführen ist. Die leitfähigen Schichten und die Abstandsstücke können z.B. teilweise so in ein Kunstharz eingebettet werden, daß sie insgesamt eine zusammenhängende selbsttragende Konstruktion bilden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer

Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

^ig· ¹ zeigt schematisch einen Vibrator mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem.

^m Fig. 2 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch die Wicklung oder Spule des Vibrators nach Fig. 1«

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Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt längs der Linie IXI-III in ffig. 2.

Fig. 4 ist eine vereinfachte perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ähnlich derjenigen nach Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Vibrator einen Topf magneten 11 mit einem Spulenaggregat 12, das in den durch den Topfmagneten gebildeten Hingspalt 13 hineinragt. Das Spulenaggregat 12 wird durch ein Kraftabgabeorgan 14 unterstützt, das gegenüber dem Gehäuse 15 des Vibrators vorspringt und zusammen mit dem Spulenaggregat Schwingungen in ßichtung der Achse des llingspaltes 13 ausführen kann.

Im Gegensatz zu Schwingspulen bekannter Act, bei denen die leitfähige wicklung auf der Außenseite eines rohrförmigen Formstücks oder Kerns angeordnet ist, ist gemäß der Erfindung eine Spule vorgesehen, die sich aus zwei gleichachsigen rohrförmigen i/indungsschichten 16 und 17 zusammensetzt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist; diese Schichten werden durch meherea? sich, gemäß Fig. 3 in der Längsrichtung erstreckende Ab sta-b ds stücke 18 unterstützt und im gewünschten Abstand voneinander gehalten. Die Abstandsstücke haben die Form massiver Stangen oder Schienen von rechteckigem Querschnitt und sind in Umfangsabständen co

°so verteilt, daß gemäß Fig. 3 zwischen ihnen Lücken 19 verbleioo

ο Bei der abgeänderten Ausbildungsform nach i'ig. 4 haben die Cn

£JAb31undustocke die o-cütalt von Stäben oder Schienen 21 von ovaler

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Querschnittsform, wobei die radiale Abmessung kleiner ist als die Abmessung in der ümfausrichtung. Zwar können diese Schienen in Umfangsabständen verteilt sein, doch zeigt Fig. 4 eine bevorzugte Anordnung, bei der sich die Schienen berühren, so daß sie den gesamten Ringraum 19 zwischen den Wicklungsschichten 16 und 17 ausfüllen. In jedem Fall erstrecken sich die Abstabdsstücke oder Schienen parallel zur Achse der Spule.

Bei beiden Ausbildungsformen kann die Spule auf beliebige bekannte »/eise aufgebaut sein. Beispielsweise kann die innere Wicklung 16 auf einen provisorischen Kern oder Dorn aufgebracht werden, woraufhin die Abstandsstücke 18 oder 21 auf der Außenseite angeordnet werden; danach wird die äußere v/icklung 17 um die Abstandsstücke heruragelegt. Die fertige Konstruktion kann dann mit einem Kunstharz imprägniert werden, um die 'wicklungen in die Form eine3 massiven Rohrs zu bringen und sie so mit den Abstandsstücken zu verbinden, daß eine selbsttragende Konstruktion von großer Festigkeit entsteht. Zusätzliche Bauglieder, z.B. die in Fig. 4 gezeigten, sich in axialer Richtung erstreckenden Torspannstäbe 22, können anstelle bestimmter Abstandsstücke oder zwischen diesen vorgesehen werden, und es ist möglich, entweder die Vorspannstäbe oder die Abstandsstücke oder beide Sätze von Bauteilen dazu zu benutzen, das Schwingspulenaggregat mit dem Kraftabgabeorgan 14 zu verbinden.

Die Vorspannstäbe 22 können mit einem Ende an einem Bauteil 23 befestigt werden, das zusammen mit dem Kraftabgabeorgan 14 einen Kühlmittelkanal abgrenzt, während die anderen Enden

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der Yorspannstäbe mit einem weiteren Bauteil 24 verbunden werden können, das einen weiteren Kühlmittelkanal umschließt oder gegebenenfalls als Spannring ausgebildet ist.

Die durch die rohrförmigen Abstandsstücke oder zwischen den massiven Abstandsstücken von einem Ende der Spule zum anderen verlaufenden Kanäle werden als Kühlkanäle benutzt, durch die ein Kühlmittel, z.B. Luft oder i/asser, geleitet 'wird, und die Querschnittsform der Kanäle wird so gewählt, daß die gewünschte Charakteristik des Wärmeübergangs erzielt wird, ^fenn die stromführenden leiter einen kreisrunden Querschnitt haben, wird bei der Verwendung massiver Abstandsstäbe ein hervorragender Wärmeübergang erzieltj haben dagegen die stromführenden Leiter eine rechteckige Querschnittsform, werden vorzugsweise rohrförmige Abstandsstücke verwendet.

Der Kühlmittelkreislauf kann in der verschiedensten Weise ausgebildet werden» Bei einer Anordnung wird das Kühlmittel über eine flexible Leitung dem oberen Kanal zugeführt, von wo aus es nach unten durch sämtliche Kühlkanäle zum unteren Kühlmittelkanal strömt, aus welchem es über eine weitere flexible Leitung abgeführt wird. Bei einer zweiten Anordnung ist kein unterer Kühlmittelkanl vorhanden, und nachdem das Kühlmittel wie längs der Kühlkanäle nach unten geströmt ist, entweicht

to es ungehindert aus den unteren Enden der Kanäle» um zu einem co

_OT Behälterraum im unteren Teil des--Vibrators zu gelangen, aus dem

ο das Kühlmittel auf bekannte Weise abgeführt werden fcsnu. Drittens cn

^m kann das Kühlmittel von dem oberen Kanal aus nur durch bestimmen

te Kanäle nach unten zu den unteren Enden dieser laaale- strömen,

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wo das Kühlmittel durch einen Sammelkanal und/oder tlmlenkorgane so umgelenkt wird, daß es durch eine entsprechende Anzahl benachbarter Kanäle zu einem zweiten Kanal am oberen Ende strömt. Bei dieser letzten Anordnung sind der Kühlmitteleinlaß und die Auslaßrohre leicht zugänglich.

Die beschriebene Anordnung erleichtert den Einbau von Temperaturmeßvorrichtungen, z.B. von Thermoelementen zum Überwachen und regeln der Temperatur der stromführenden leiter.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kühlsystem ist eine Pumpe 26 vorgesehen, die das Kühlmittel durch einen Kühler 27 zirkulieren läßt, der .durch ein Gebläse 28 gekühlt wirdj von dem Kühler 27 aus strömt das Kühlmittel zu einem Anschlußklotz 29 auf dem Yibratorgehäuse, um von dort aus durch eine flexible Leitung 30 zu dem oberen Kühlmittelkanal zu strömen. Fachdem das Kühlmittel die Kühlkanäle des Spulenaggregats durchströmt hat, entweicht es über eine weitere flexible Leitung 31 und einen Anschlußklotz 32, um über ein Rückschlagventil 33, einen Strömungsschalter 34 und einen Filter 35 zur Pumpe zurückzukehren. Das Kühlsystem umfaßt einen Fallbehälter 36, der mit der Saugseite der Pumpe über ein Ergänzungsventil. 37 und mit der Vorderseite der Pumpe durch ein Entleerungsventil «ο verbunden ist. Bei 39 ist in Fig. 1 ein Thermoelement angedeutet, <*> das an einem Teil des Aggregats befestigt und durch elektrische g Leitungen 41 mit einer Steuereinrichtung 42 auf der Pumpe ver-Q bunden ist.

<n Es sei bemerkt, daß es die beschriebene Konstruktion ermöglicht, daß das durch jeden Kanal strömende Kühlmittel Wärme

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gleichzeitig aus zwei Flächen abführt. Das Kühlsystem benötigt im Vergleich zu dem gebräuchlichen Kern und der Wicklung wenig oder keinen zusätzlichen Raum, doch sind die Kanäle für das Kühlmittel derart vorgesehen, daß sich nur ein geringer oder überhaupt 'kein Verlust an Starrheit oder Festigkeit der Konstruktion ergibt. Da die Abstandsorgane keinen geschlossenen, in der Umfangsrichtung verlaufenden Leitungsweg bilden, können sie aus Metall hergestellt werden, so daß sie eine Tragkonstruktion von hoher festigkeit bilden, ohne die elektromagnetischen Eigenschaften des Systems zu beeinträchtigen. Da eine große Zahl von Kühlkanälen vorhanden ist, besteht nur eine sehr geringe G-efahr einer vollständigen Verstopfung des Kühlsystems, und es ist möglich mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu arbeiten, ohne daß in dem System ein übermäßig großer Druckverlast auftritt. Dies erwiist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn Kühlmittel direkt von einer Kühlanlage aus umgewälzt werden· Die beschriebene Konstruktion ist ferner so ausgebildet, daß sie, relativ hohen Drücken standhält, wie sie bei der Verwendung von Kälteflüssigkeiten als Kühlmittel in Frage kommen.

Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, Zwar umfaßt die Spule vorzugsweise mehrere sich in der Längsrichtung erstreckende, zwischen inneren und äußeren Spulenwindungen angeordnete Abstandsstücke, doch können die Wicklungsteile durch andere Konstruktionen im gewünschten Abstand gehalten und unterstützt werden, insbesondere durch Stangen oder

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Rohre, die si ah längs einer Schraubenlinie von großer Gang-Höhe erstrecken. vVeiternin ist es möglich, mehr als zwei
Schichten von leitern zu verwenden, die mehrere Eingspalte abgrenzen.

Patentansprüche i 909806/0565

Claims (8)

1. ----u/2361

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   Elektromeehaniseher Schwingspulenvibrator, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwingspule zwei rohrförmige Schichten (16, 17) von Leitern umfaßt, die gleichachsig so ineinander angeordnet sind, daß Kanäle (19) zum Hindurchleiten eines Kühlmittels vorhanden sind, die sich durch den Ringspalt zwischen den Schichten vom einen Ende derselben zum anderen erstrecken«
2. 2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Satz von Abstandsstücken (18, 21) in dem Ringspalt zwischen den Schichten von Leitern angeordnet ist.
3. 3· Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke rohrförmig sind und Kühlmittelkanäle bilden.
4. 4. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichne t , daß zwischen den Abstandsstücken Spalte oder Lücken vorgesehen sind, die Kühlmittelkanäle bilden.
5. 5» ■ Vibrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsstücke zusammen mit den Schichten von ^eitern eine im wesentlichen selbsttragende Konstruktion "bilden, deren Festigkeit nicht in erster Linie vom Vorhandensein eines Spulenkerns abhängt.

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6. 6. Vibrator nach. Anspruch. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingspalt an einem Ende mit einem Külilmittelkanal (23, 24) in Verbindung steht.
7. 7. Vibrator nach. Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Kühlsystem (Fig. 1), das geeignet ist, ein strömungsfähiges Kühlmittel durch den Ringraum zu leiten.
8. 8. Vibrator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (39)» die für die Temperatur des Kühlmittels oder eines Teils der Spule empfindlich ist, sowie durch eine Einrichtung (41, 42), mittels deren das Kühlsystem in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels gesteuert werden kann»

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