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Trommelantrieb Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine drehbar
gelagerte Trommel, insbesondere einer Wasch- oder Reinigungsmaschine, mit einer
drehmomenttchlüssig mit der Trommel verbundenen und unter Vermittlung der, Trommellagerung
ausschließlich gelagerten Wirbelstromläuferscheibe, bestehend aus einer Induktionsscheibe
aus leitendem Material und einer an der Induktionsscheibe anliegenden Jochscheibe
aus ferromagnetischem Material und mit einem mehrpoligen, gegenüber der Wirbelstromläuferscheibe
in Induktionsstellung angeordneten Wicklungsstator, dessen Polzahl pro Wicklungsstrang
in Umfangsrichtung der WirbelstromLäuferscheibe änderbar ist.
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Ein derartiger Trommelantrieb einer VJaschzaschine ist aus der US-Patentschrift
x 194 o32 bekannt. Der icklungsstator erzeugt in Umfangsrichtung der Wirbelstromläufersclieibe
versetzte, zeitlich phasenverschobene magnetische Wechselfelder,
wenn
seine Wicklungsstränge mit gegeneinander-phasenverschobenen Wechselströmen gespeist
werden. Die Überlagerung der magnetischen Wechselfelder ergibt ein rotierendes Wanderfeld,
das die Wirbelstromläuferscheibe aufgrund der Induktionswirkung in Drehung versetzt.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wirbelstromläuferscheibe ist abhängig von der
Drehgeschwindigkeit des rotierenden Wanderfelds und damit von der Polzahl pro Wicklungsstrang
des Wicklungsstators in Umfangsrichtung der Wirbelstromläuferscheibe. Durch Änderung
der Polzahl pro Wicklungsstrang kann die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wirbelstromläuferscheibe
geändert werden. Dies ist insbesondere bei einer Wasch- oder Reinigungsmaschine
von Bedeutung, wenn zwischen einer langsamen Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel
beim Waschen und einer schnellen Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel beim Schleudern
umgeschaltet werden soll. Der Wicklungsstator des bekannten Trommelantriebs weist
zu diesem Zweck ein herkömmlich ausgebildetes Statoreisen auf, in dessen Nuten die
Leiter polumschaltbarer Wicklungsstränge eingelegt sind. Diese aus dem Elektromotorenbau
bekannte Maßnahme ermöglicht bei Betrieb mit einer Nenndrehzahl Nennströme in den
Wicklungssträngen, die erheblich unter den Stillstands strömen liegen. Diese bei
herkömmlich ausgebildeten Elektromotoren wünschenswerte Eigenschaft führt bei Trommelantrieben
von Wasch- oder Reinigungsmaschinen zu erheblichen Nachteilen.
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Aufgrund der komplizierten und damit teuren Formgebung des Statoreisens
muß der Wicklungsstator hinsichtlich der Strombelastbarkeit knapp dimensioniert
werden. Die Leiter der einzelnen Wicklungsstränge müssen, um zur Durchflutung beizutragen,
so in die Nuten des Statoreisens eingelegt sein,daß in die gleiche Nut eingelegte
Leiter in gleicher Richtung vom Strom durchflossen werden. Die Leiter der einzelnen
M[icklungsstränge müssen deshalb nach schwierig zu realisierenden Schaltplänen zu
Wicklungssträngen verbunden werden. In ihrer Polzahl änderbare Wicklungsstränge
sind
hierbei besonders schwierig zu realisieren.
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Da der Nennstrom des Antriebs erheblich unter dem Stillstandsstrom
liegt, müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, die ein Überlasten
des Wicklungsstators beim Anlaufen des Trommelantriebs verhindern.
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Ein Abbremsen des Trommelantriebs, etwa durch Vertauschen der Phasen
zweier Wicklungsstränge ist nicht möglich. Soll die Drehzahl des Trommelantriebs
geregelt werden, so sind umfangreiche Regeleinrichtungen bereitzustellen, Die Erfindung
hat deshalb die Aufgabe, einen in seiner Polzahl pro Wicklungsstrang änderbaren
Trommelantrieb zu vereinfachen und überlastungssicher auszuführen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe für einen Trommelantrieb der eingangs
näher erläuterten Art dadurch, daß die Polwicklungen der Wicklungsstrånge um Weicheisenkerne
gewickelte Stabmagnetwicklungen sind, wobei die Weicheisenkerne mit ihren einen
Polenden vor der Induktionsscheibe angeordnet sind und mit ihren anderen Polenden
an einem Weicheisenjoch anliegen, und daß die Weicheisenkerne von Wicklungssträngen
unterschiedlicher Polzahl mit unterschiedlichem Abstand zur Drehachse der Wirbelstromläuferscheibe
angeordnet sind.
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Stabmagnetwicklungen sind nicht nur einfacher herzustellen als in
Nuten eines Statoreisens eingelegte Wicklungsstränge, sondern können aufgrund ihrer
einfachen Bauart wesentlich leichter überdimensioniert werden. Die Weicheisenkerne
können somit unter optimaler Ausnutzung der Pormgegebenheiten der Trommel vor der
Wirbelstromläuferscheibe angeordnet werden, ohne daß auf eine etwaige Erhöhung des
Nennstroms Rücksicht genommen werden müßte. Die Erfindung ermöglicht~somit besonders
platzsparende, den Platzbedarf der Trommel nicht wesentlich übersteigende Trommelantriebe.
Da die Stabmagnetwicklungen problemlos mit Nennströmen betrieben werden können,
die in der Größenordnung der Stillstandsströme
beim Anlaufen des
Trommelantriebs liegen, vereinfachen sich die zur Drehzahlregelung des Trommelantriebs
erforderlichen elektrischen Einrichtungen erheblich.
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Die Antriebsströme können, ohne Sicherheitsvorkehrungen gegen eine
Überlastung des Wicklungsstators treffen zu müssen, bei allen Drehzahlen zwischen
Stillstand und der Nenndrehzahl ein- bzw. ausgeschaltet werden. Aufgrund des großenlrägheitsmoments
der Trommel genügt es, zwei etwa von einem Tachogenerator überwachte Drehzahlgrenzwerte
vorzugeben und beim Unter- bzw. Überschreiten dieser Drehzahlgrenzwerte die Antriebsströme
mechanisch ein- bzw.
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auszuschalten. Eine insbesondere für hohe Antriebsströme sehr teure
Drehzahlregelung durch Thyristoren oder dergleichen kann entfallen. Der erfindungsgemäße
Trommelantrieb eignet sich deshalb insbesondere für Wasch- oder Reinigungsmaschinen,
da hier das Einhalten bestimmter Drehzahlen, sowohl beim Waschen als auch beim Schleudern,
besonders beachtet werden muss, Durch Ändern des Drehsinns des rotierenden Wanderfelds,
etwa durch Phasenvertauschen zweier Wicklungsstränge, kann die Drehrichtung des
Trommelantriebs geändert werden. Da der Nennstrom und der Stillstandsstrom der Wicklungsstränge
in der gleichen Größenordnung liegt, kann der Trommelantrieb auch zum Abbremsen
der Trommel herangezogen werden. Bisher übliche mechanische Bremsen können somit
entfallen.
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Obwohl das erzeugbare Drehmoment mit kleiner werdendem Abstand der
Weicheisenkerne von der Drehachse der Wirbelstromläuferscheibe abnimmt, hat sich
eine Ausführungsform als zweckmäßig erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
bei Wicklungssträngen für zwei unterschiedliche Polzahlen die Weicheisenkerne der
Wicklungsstränge mit der kleineren Polzahl in geringerem Abstand zur Drehachse der
Wirbelstromläuferscheibe angeordnet sind als die Weicheisenkerne der Wicklungsstränge
mit der größeren Polzahl.
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Soll jedoch bei im wesentlichen gleichbleibenden Abmessungen des Trommelantriebs,
etwa zum Erreichen einer besonders hohen Schleuderdrehzahl, sowohl beim Waschen
als auch beim Schleudern das größtmögliche Drehmoment erzielt werden, so ist gemäß
einer anderen Lösung der oben stehenden Aufgabe vorgesehen, daß auf beiden Seiten
der Jochscheibe Induktionsscheiben angeordnet sind, daß die Polwicklungen der Wicklungsstränge
um Weicheisenkerne gewickelte Stabmagnetwicklungen sind, daß die Wicklungssträngenunterschiedlicher
Polzahl zugehörigen Weicheisenkerne auf verschiedenen Seiten der Wirbelstromläuferscheibe
angeordnet sind, wobei die Weicheisenkerne mit ihren einen Polenden jeweils vor
den Induktionsscheiben angeordnet sind und mit ihren anderen Polenden jeweils an
einem Weicheisenjoch anliegen. Die Weicheisenkerne sind hierbei zweckmäßigerweise
zu beiden Seiten der Wirbelstromläuferscheibe in gleichem Abstand von der Drehachse
der Wirbelstromläuferscheibe angeordnet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Weicheisenkerne
mit gleichem Abstand zu benachbarten, demselben Wicklungsstrang zugeordneten Weicheisenkernen
angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind die Weicheisenkerne auch mit gleichem Abstand
zu benachbarten, jeweils Wicklungssträngen mit gleicher Polzahl zugeordneten Weicheisenkernen
angeordnet. Diese Ausführungsformen zeichnen sich durch besonders vibrationsfreien
Lauf der Wirbelstromläuferscheibe aus, besonders dann, wenn die Weicheisenkerne
gleichmäßig über den Umfang der Wirbelstromläuferscheibe verteilt sind.
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Insbesondere bei größeren Abständen der Weicheisenkerne von der Drehachse
der Wirbelstromläuferscheibe ergeben sich mechanische Vorteile, wenn die Induktionsscheibe
und/oder die Jochscheibe und/oder das Weicheisenjoch als Ringscheiben ausgebildet
sind, deren radiale Breite im wesentlichen gleich
der radialen Abmessung
der Polenden der Weicheisenkerne ist.
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Zur Verminderung der Eisënverluste- ist in einer weiteren Ausführungsform
vorgesehen, daß die Jochscheibe und/oder das Weicheisenjoch und/oder die Weicheisenkerne
geblecht ausgeführt sind. Als Bleche können handelsübliche Transformatorbleche verwendet
werden. Bei Ausführung der Jochscheibe oder des eicheisenjochs als Ringscheibe kann
dieses durch Aufwickeln eines Bands aus Transformatorblech hergestellt werden.
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Zur Verbesserung der magnetischen Grundwelle können die der Induktionsscheibe
benachbarten Polenden der Weicheisenkerne mit Polschuhen versehen sein, die den
Luftspalt zwischen diesen Polenden zweier benachbarter Weicheisenkerne in Umfangsrichtung
der Wirbelstromläuferscheibe verringern.
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Durch diese Maßnahme kann das erzielbare Drehmoment verbessert werden.
Zweckmäßige Polschuhe weisen parallel zur Induktionsscheibe ein angenähert trapezförmiges
Querschnittsprofil auf.
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Es ist denkbar, die Stabmagnetwicklungen parallel zueinander zu Wicklungssträngen
zu schalten. Es hat sich jedoch als zweckmäßig herausgestellt, die Stabmagnetwicklungen
in Serie zu Wicklungssträngen zu schalten.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß
zwischen jeweils zwei Stabmagnetwicklungen eines der Wicklungsstränge in gleichbleibender
Reihenfolge jeweils eine der Stabmagnetwicklungen aller anderen Wicklungsstränge
angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß alle Stabmagnetwicklungen
zur Durchflutung beitragen, bzw. daß sich die Durchflutungen einzelner Stabmagnetwicklungen
nicht gegenseitig aufheben.
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Imfolgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert werden.
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Hierbei zeigt: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer vereinfachten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trommelantriebs zusammen mit einer Wasch-
oder Reinigungsmaschine; Hig. 2 eine Ansicht des Trommelantriebs längs der Linie
II-II in Fig. 1; Fig. 3a,b Schaltpläne von Wicklungssträngen des rommelantriebs
nach Fig. 1; Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Trommelantriebs; und Fig. 5 eine Draufsicht auf Polschuhe
des Wicklungsstators.
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In Fig. 1 ist eine Wasch- oder Reinigungsmaschine 1 mit einer über
eine Beschickungstüre 3 mit Wasch- oder Reinigungsgut füllbaren Trommel 5 dargestellt.
Die Trommel 5 ist in einem Lager 7 drehbar gelagert und über eine Welle 9 drehmomentschlüssig
mit e iner einer Wirbelstromläuferscheibe 11 eines Trommelantriebs verbunden. Die
Wirbelstromläuferscheibe 11 ist unter Vermittlung des Lagers 7 gelagert. Vor der
Wirbelstromläuferscheibe 11 ist ein Wicklungsstator 13 in Induktionsstellung angeordnet.
Der Wicklungsstator 13 weist um Weicheisenkerne 15 gewickelte Stabmagnetwicklungen
17 auf, die an einem Trägerteil 19 befestigt sind. Werden in Umfangsrichtung der
Wirbelstromläuferscheibe 11 gegeneinander versetzte Stabmagnetwicklungen 17 mit
phasenverschobenen
Wechselströmen gespeist, so erzeugen die Stabmagnetwicklungen
17 zeitlich gegeneinander phaseaverschobene Magnetfelder, deren Überlagerung als
rotierendes Wanderfeld erscheint, und die aufgrund der Induktionswirkung in einer
vor den Stabmagnetwicklungen 17 angeordneten Induktionsscheibe 21 der Wirbelstromläuferscheibe
11 diese in Drehung versetzen. Der magnetische Fluß in den Weicheisenkernen 15 schließt
sich einerseits über eine aus Weicheisen bestehende Jochscheibe 23 der Wirbelstromläuferscheibe
11 und andererseits über ringförmige Weicheisenjoche 25. In der hier dargestellten
Ausfuhrungsform sind sowohl die Weicheisenkerne als auch die Weicheisenjoche geblecht
ausgeführt. Die Weicheisenjoche 25 sind hierbei ringförmig aufgewickelte Bänder
aus Transformatorenblech.
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Während in Fig. 1 ein Teil der Stabmagnetwicklungen 17 und Weicheisenkerne
15 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurde, zeigt Fig. 2 eine
vollständige Ansicht des Wicklungsstators 13 entlang der Linie II-II aus Fig.1.
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Der Wicklungsstator 13 umfasst einen ersten Statorteil 27 sowie einen
hiervon getrennten zweiten Statortei1- 29. Die Anzahl der Pole dieser beiden Statorteile
27 und 29 bestimmt die Drehzahl der Trommel 5 beim Schleudern bzw. beim Waschen.
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In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der erste Statorteil
27 vierpolig und der zweite Statorteil 29 aus Gründen einfacherer Darstellbarkeit
achtpolig ausgeführt.
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Während es zur Erzielung einer ausreichend hohen Schleuderdrehzahl
im allgemeinen ausreicht, den ersten Statorteil 27 vierpolig auszuführen, werden
zum Waschen geeignete, ausreichend niedrige Umdrehungsgeschwindigkeiten vorzugsweise
durch Polzahlen größer als acht fflzielt. Die Weicheisenkerne 15 und damit auch
die Stabmagnetwicklungen 17 jedes der Statorteile 27 bzw. 29 haben Jedoch stets
gleichen Abstand voneinander und gleichbleibenden Abstand zur Drehachse der Wirbelstromläuferscheibe
11.
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Die Fig. 3a zeigt nun in einem Schaltbild die Serienschaltung einzelner
Stabmagnetwicklungen 17 des achtpoligen zweiten Statorteils 29 zu Wicklungssträngen
31.
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Zur Speisung des zweiten Statorteils 29 mit Dreiphasenwechselstrom
sind drei Wicklungsstränge 31 vorgesehen.
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In jedem Wicklungsstrang 31 sind vier über den Umfang der Wirbelstromläuferscheibe
11 gleichmäßig verteilt angeordnete Stabmagnetwicklungen 17 in Reihe geschaltet.
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Zwischen Jeweils zwei Stabmagnetwicklungen 17 eines der Wicklungsstränge
31 sind in gleichbleibender Reihenfolge Jeweils zwei Stabmagnetwicklungen 17 der
beiden anderen Wicklungsstränge angeordnet. Die Wicklungsstränge 31 weisen Anschlußklemmen
U,V,W bzw. X , Y ,Z auf, über die sie in Stern- oder in Dreiecksschaltung an das
Dreiphasenwechselstromnetz anschließbar sind. Analog zur Fig. 3a ist in Fig. 3b
ein Schaltbild des vierpoligen ersten Statorteils 27 dargestellt. Es unterscheidet
sich im wesentlichen dadurch vom Schaltbild der Fig. 3a, daß Jeweils zwei Stabmagnetwicklungen
17 zu einem Wicklungsstrang 33 in Serie geschaltet sind.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Trommelantriebs dargestellt, wobei jedoch die Bezugszeichen funktionsgleicher Teile
um die Zahl einhundert erhöht sind. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen
Ausführungsform des Trommelantriebs ist die Wirbelstromläuferscheibe 111 nunmehr
kreisringförmig ausgebildet und ueber eine Nabe 135 drehmomentschlüssig mit der
Welle 1o9 verbunden. Die Nabe 135 ist zur Verminderung einer möglichen Unwucht materialsparend
ausgeführt. Zu beiden Seiten der sin Wirbelstromläuferscheibe 11 bzw. zweite Statorteile
127 bzw. 129 mit Jeweils unterschiedlicher Polzahl in Induktionsstellung angeordnet.
Der durch die Stabmagnetwicklungen 117 in den Weicheisenkernen 115 sowie in den
ringförmigen Weicheisenjochen 125 hervorgerufene magnetische Fluss schließt sich
wiederum über die nun jedoch ringförmig ausgebildete Jochscheibe 123. In dieser
Ausführungsform
sind Jedoch zu beiden Seiten der Jochscheibe 123
Induktionsscheiben 121 angeordnet.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der jeweils der Induktionsscheibe
23 benachbarten Polenden der Weicheisenkerne 15. Zur Verbesserung des Drehmoments
sind diese Polenden der Weicheisenkerne 15 mit etwa trapezförmigen Polschuhen 200
versehen. Die Polschuhe 200 ermöglichen einen Luftspalt gleichmäßiger Breite a zwischen
benachbarten Weicheisenkernen, wobei Jedoch der Luftspalt a größer ist als der Abstand
der Polschuhe 200 von der Induktionsscheibe.
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen sich insbesondere
für sehr große Wasch- oder Reinigungsmaschinen.
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Der erste Statorteil einer derartigen Wasch- oder Reinigungsmaschine
kann vierpolig ausgeführt sein ,und ermöglicht dann eine Schleuderdrehzahl zwischen
300 und 800 Umdrehungen pro Minute. Der zweite Statorteil kann 30-polig ausgeführt
sein und ermöglicht dann eine Waschdrehzahl zwischen 5 bis 60 Umdrehungen pro Minute.
Die erforderlichen Antriebsströme liegen bei derartigen Wasch- oder Reinigungsmaschinen
z.B.
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zwischen 50 bis 300 A.
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- Patentansprüche: