DE224837C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 224837 KLASSE 74 a. GRUPPE

NILS ERICSON in STOCKHOLM.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. April 1909 ab.

Die Erfindung bezweckt, einen Körper, der wie ein Pendel derart aufgehängt ist, daß er im Verlauf seiner Bewegung sowohl von einer bei seinem Ausweichen aus der Ruhelage auftretenden Richtkraft als auch von einer weiteren Antriebskraft beeinflußt wird, direkt durch eine Wechselstromquelle in Schwingungen zu bringen und zu erhalten. Bei einem gewöhnlichen Pendel wirkt als Richtkraft eine Komponente der Schwerkraft, bei gewissen anderen Apparaten tritt eine gespannte Feder an deren Stelle usw. Die Anordnung ist hauptsächlich für Pendel von großen Dimensionen geeignet, z. B. für den elektrischen Antrieb von Kirchenglocken.

In der beiliegenden Zeichnung sind die Erfindung und die Vorgänge, auf denen sie beruht, schematisch zur Darstellung gebracht. Die Bedeutung der einzelnen Figuren ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung.

Eine schwingende Bewegung läßt sich im allgemeinen durch eine Sinuskurve darstellen (Fig. 1) mit der Zeit t als Abszisse und der Winkelgeschwindigkeit w als Ordinate. Bei einem Pendel, daß sich selbst überlassen wird, tritt infolge der Reibung und ev. anderer Verluste eine Dämpfung ein, so daß die Bewegung allmählich aufhört. Um die Schwingungsweite unverändert zu erhalten, muß dem Pendel eine dauernde Energiezufuhr gegeben werden. Es soll hier gezeigt werden, daß ein Induktionsmotor für diesen Zweck besonders geeignet ist.

Bei einem Mehrphaseninduktionsmotor, der bei konstanter Spannung und Periodenzahl arbeitet, ändert sich das Drehmoment M in ' Abhängigkeit von der Schlüpfung s nach einer Kurve, die im allgemeinen den in Fig. 2 angegebenen Charakter besitzt. In der Lage η bei Stillstand ist s = 1, das Drehmoment ist dann bei einem gewöhnlichen Motor verhältnismäßig schwach. Wird die Geschwindigkeit vergrößert, also s verkleinert, so wächst das Moment zu einem Maximum und fällt wieder schnell bis Null ab, welcher Wert dann eintritt, wenn der Motor . synchron läuft, also s = o ist. Wird die Geschwindigkeit weiter vergrößert, so wechselt das Moment die Richtung, d. h. die Maschine wirkt bremsend und arbeitet als Generator. Wird der Motor rückwärts angetrieben, also s > 1, so nimmt das Moment stetig ab unter Beibehaltung der Richtung, die Maschine wirkt also bremsend, obwohl keine Generatorwirkung eintritt, da die zugeführte Leistung innerhalb der Maschine verbraucht wird.

Wird ein Mehrphaseninduktionsmotor durch passende Übersetzung zwangläufig mit einem Pendel gekuppelt, wie in Fig. 3 angedeutet, ■ so läuft der Motor, wenn das Pendel in Schwingungen gebracht wird, hin und zurück zwischen zwei Grenzlagen, die in Fig. 2 mit χ und y bezeichnet sind. Unter der Annahme, daß sich die Pendelbewegung nach einer einfachen Sinuskurve vollzieht, wird der Schwingungszustand durch die Kurve a (Fig. 4) dar-

gestellt, mit der Zeit als Abszisse und der Geschwindigkeit des Motors als Ordinate. Die positiven Ordinaten entsprechen der Vorwärts-, die negativen der Rückwärtsbewegung. Entnimmt man aus der Kurve (Fig. 2) die den verschiedenen Geschwindigkeiten entsprechenden Werte des Drehmomentes, so erhält man eine Drehmomentkurve b. Das Produkt der beiden Kurven α und b ergibt eine dritte Kurve c mit der Linie ft ft als Abszissenachse, welche die vom Motor entwickelte Leistung darstellt. Wenn Drehmoment und Geschwindigkeit von denselben Vorzeichen sind, d. h. bei Vorwärtsgang, so ist das Produkt positiv,

d. h. der Motor entwickelt Arbeit und wirkt treibend; bei entgegengesetzten Vorzeichen, d. h. bei Rückwärtsgang, ist das Produkt negativ, d. h. der Motor verbraucht Arbeit und wirkt bremsend. Man sieht sofort, daß die positive Leistung größer ist als die negative, also erhält das Pendel eine gewisse Energiezufuhr. Wenn diese gerade so groß gemacht wird, daß die mechanischen Verluste gedeckt sind, so behält das Pendel seine Schwingungsweite unverändert bei. Dabei ist klar, daß die auf das Pendel wirkende Richtkraft größer sein muß als das Drehmoment des Motors, weil ersteres sonst vom Motor im Kreise herum getrieben werden würde.

Die vom Motor entwickelte Energiezufuhr kann durch einen im Motorkreise befindlichen Ohmschen oder induktiven Widerstand reguliert werden.

Aus dem obigen geht auch hervor, daß man eine selbsttätige Begrenzung der Pendelgeschwindigkeit bzw: Schwingungsweite bekommt. Wächst nämlich die Geschwindigkeit des Motors über die synchrone, so wirkt er bremsend, weshalb die synchrone Tourenzahl nur bis zu einem gewissen Grade überschritten werden kann.

Beim Anlaufen brauchte man, wenn die mechanischen Verluste im Pendel sowie das im Motor auftretende sogenannte Hysteresismoment genügend klein wären, den Motor einfach einzuschalten. Der Motor würde sich dann in Bewegung setzen und das System infolge seines Trägheitsmomentes in kleine Schwingungen geraten. Wenn das Pendel nach einer ganzen Schwingung zurückpendelt, hat der Motor schon eine gewisse Geschwindigkeit im Sinne des Drehmomentes, wodurch dieses etwas verstärkt wird. Das Phänomen ' wiederholt sich nach jeder Schwingung, und folglich würde sich das Pendel von selbst in Gang setzen. Im allgemeinen können aber die Verluste nicht genügend reduziert werden, und man muß deswegen beim Anlaufen den Stromkreis einige Male im Takt mit den Schwingungen unterbrechen bzw. umschalten, bis der Motor auf eine gewisse Geschwindigkeit kommt und sich dann von selbst in Gang hält. Natürlich läßt sich auch beim Anlaufen der Ausschalter bzw. Umschalter durch eine geeignete Übertragung mechanisch vom Pendel aus betreiben, wenn der Anlauf selbsttätig sein soll.

Da bei dem Mehrphasenmotor ein Bremsungsmoment vorhanden ist, so wird das Pendel im Dauerzustande um eine Gleichgewichtslage schwingen, die im Verhältnis zu der wirklichen Nullage etwas verschoben ist. Dies kann dadurch ausgeglichen werden, daß das Pendel etwas einseitig belastet wird.

Soll das Pendel schnell zum Stillstand gebracht werden, so kann bei dem Mehrphasenmotor ein Umschalter im Takt mit den Schwingungen umgelegt werden, so daß ein Bremsungsmoment entsteht.

Bei einem Einphaseninduktionsmotor liegen die Verhältnisse etwas anders. In Fig. 5 ist die Drehmomentkurve eines Einphasenmotors dargestellt. Das Drehmoment ist hier durchaus schwächer, bei Stillstand (s = ij ist es gleich 0 und wechselt die Richtung, wenn der Motor rückwärts läuft (s > 1, < 2). Die beiden Zweige der Kurve von s = 1 bis s = 0 und von s = 1 bis s — 2 sind hier vollkommen identisch. Generatorwirkung tritt ein, wenn der Motor übersynchron läuft, unabhängig von der Drehrichtung. Es läßt sich ohne weiteres einsehen, daß auch der Einphaseninduktionsmotor zum Antrieb eines Pendels sich sehr gut eignet, jedenfalls muß er, falls der Anlauf elektrisch geschehen soll, mit einer der allgemein bekannten Anlaßvorrichtungen versehen sein. Die Betriebskurven eines mit Einphasenmotor gekuppelten Pendels sind in Fig. 6 dargestellt. Man sieht, daß unter der synchronen Tourenzahl überhaupt keine Bremswirkung eintritt; das Pendel braucht also nicht einseitig belastet zu sein. Wenn man von einem Drehstrom- oder Zweiphasenmotor Gebrauch macht, kann es zweckmäßig sein, nach dem Anlaufen eine Phase zu unterbrechen. Er funktioniert dann als Einphasenmotor und wirkt in beiden Richtungen treibend.

Claims (3)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Anordnung zur Erzeugung von Pendelschwingungen mittels Wechselstromes, besonders für den elektrischen Antrieb von Kirchen glocken, gekennzeichnet durch die Verbindung eines Induktionsmotors mit einem schwingenden Körper (Pendel), bei welchem die Masse bzw. die Größe der Richtkraft im Verhältnis zu der Leistungsfähigkeit des Motors so gewählt wird, daß der Motor durch die lebendige Kraft des Pendels über diejenige Geschwindigkeit

   hinaus beschleunigt wird, bei der das Maximaldrehmoment des Motors vorhanden ist, so daß der Motor zwangläufig je nach den Pendelschwingungen abwechselnd in dem einen oder dem anderen Sinne läuft und dadurch dem schwingenden Körper selbsttätig Energie zuführt.
2. 2. Anordnung nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Mehrphasenmotor angelassen und alsdann als Einphasenmotor umgeschaltet wird.
3. 3. Anordnung nach Patentanspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ständerkreis des Motors ein Umschal-, ter gelegt ist, der zeitweise von Hand oder selbsttätig vom Pendel umgeschaltet werden kann, um beim Anlassen und Bremsen den Sinn der Drehrichtung des Motors zu verändern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.