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Getriebe mit blektrömagnetischer Kraftübertragung. Die Erfindung bezieht
sich auf ein Getriebe mit elektromagnetischer Kraftübertragung, bei dem ein feststehender
Teil (Ständer) -und zwei in ihm um-denselben - Mittelpunkt umlaufende Teile (Läufer
und Anker), die als Kupplungsglieder zwischen einer antreibenden . oder Kraftwelle
und einer getriebenen oder Arbeitswelle .dienen, Verwendung finden.
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Das Neue besteht darin, daß zwischen dem Ständer und dem als umlaufenden
Anker ausgebildeten einen Kupplungsglied das zweite umlaufende Kupplungsglied derart
ausgebildet ist, daß der Kraftlinienweg von dem Anker durch das mittlere Glied (Läufer)
hindurchgeht. Durch diese Kupplung soll. die Übersetzung ins Langsame und die Mäglichkeit
von Vor- und Rücklauf erzielt werden. Auch soll sie den Vbrteil bieten, daß die
Drehzahl der Kraftwelle schwanken kann, ohne daß sich die Drehzahl der Arbeitswelle
ändert.
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Der .umlaufende. Anker trägt in bekannter Weise die mit regelbarem
Gleichstrom erregten Magnete. Die Kraftlinien idieser Magnete induzieren die Wicklungen
des Ständers. Zwischen Ständer ,und Anker ist der Läufer angeordnet und so ausgestaltet,
daß ein Wandern des magnetischen SGhlußpunktes (Dekkung) zwischen Anker und Ständer
bewirkt und dadurch der Läufer in Drehung versetzt wird. Der zwischen Anker" und
Ständer vorgesehene Läufer besteht ;aus unmagnetisohem Stoff und besitzt zur Überleitung
der Kraftlinien' vom Anker zum Ständer magnetische Leiter.- Diese Leiter sind in
bekannter Weise nach Art einer Verzahnung angeordnet. In gleicher Weise ist auch
.der Ständer mit zahnartig angeordneten Leitern versehen. Die Teilungen am Ständer
und. am Läufer sind verschieden. Ferner sind die Stän.derleiter entsprechend der
Polzahl des Ankers in Abschnitte unterteilt, die um einen Bruchteil der Ständerleiterteilung
gegeneinander versetzt sind. Infolge der ungleichen Leiterteilung am Ständer und
am Läufer zerfällt jeder Ständerabschnitt- in vier Einzelabschnitte. Beim ersten
Abschnitt sind .die Leiter am Ständer und ,am Läufer in radialer Verlängerung (Deckung).-
-Zu beiden Seiten dieses ersten Abschnittes -der Deckung versetzen sich die Leiter
nach entgegengesetzten Richtungen (vorläufige - Deckung und rückläufige Deckung).
Hierauf folgt je ein Abschnitt, bei dem die Leiter vollständig :gegeneinander versetzt
liegen und die Leiter des Ständers in den Zwischenräumen der Leiter des Läufers
liegen (Versetzung). ' ,Die Wirkungsweise ist folgende: Die Kraftlinien der Ankermagnete,
deren bester Übergangsweg an. der Deckung liegt, induzieren die Wicklung des Ständers
und erregen dadurch die Leiter des Ständers. Hierdurch wird auf die Leiter des Läufers
eine 7bgwirkung ausgeübt, so daß die Deckung sich nunmehr verschiebt. Wie in. der
nachfolgenden Beschreibung- noch näher ausgeführt wird, dreht sich dabei der Läufer
langsamer als der Anker. Das Übersetzungsverhältnis kann .mittels Regelung .des
Gleichstroms zur Erreguirg -.der Ankermagnete wahlweise:. eingestellt
werden.
Dadurch ist auch -die Möglichkeit gegeben, bei verschiedenen Drehzahlen der Kraftwelle
der Arbeitswelle stets die gleiche Drehzahl zu erteilen. Die Umänderung des Drehsinns
wird durch Umpolung der Ankermagnete oder noch besser durch Veränderung der vorläufigen
.Deckung ;in rückläufige und der rückläufigen in vorläufige erhalten.
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Verschiedene Verwirklichungsmöglichkeiten dieses der Erfindung zugrunde
liegenden Arbeitsverfahrens. sind in der Zeichnung und in der Beschreibung gegeben.
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Es bedeuten: Abb. 1 bis 4 Abwicklungen des ortsfesten Ständers, des
Ankers ,und des Läufers in vier verschiedenen Ausführungsformen., Abb. 5 einen Querschnitt
nach Linie 5-5 der Abb. 6, Abb.6 einen mittleren Längsschnitt durch die Vorrichtung,
Abb. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der A-bb.8, die eine andere Ausführungsform
darstellt, Abb. 8 einen Längsschnitt' nach Linie 8-8 der Abb. 7 und Abb. 9 einen
Schnitt nach Linie 9-9 der Abb. 7 im vergrößerten Maßstab.
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Der treibende Anker besitzt ein Paar entgegengesetzt polarisierter
lamellierter Pole N, S. Die Pole werden von @Magnetisierungswicklungen s
und n umgeben, die durch eine in Abb. i nicht gezeichnete Gleichstromquelle erregt
werden. Der feststehende Ständer z, der auch aus Lamellen zusammengesetzt ist, umgibt
den Anker und ist an seiner Innenfläche mit einer Anzahl zahnartiger Magnetstromleiter
2a ausgerüstet. Das Läuferglied besteht aus einer Anzahl lamellierter magnetischer
Stromleiter 311, die in dem Raum zwischen dem Ständer und dem Anker vorgesehen sind.
Die Leiterteilung im Ständer und Läufer ist verschieden. Entsprechend der Leiterdeckung
ergeben sich -daraus vier Abschnitte p2 (Deckung), p$ und p" (nach Abb. i voreilende
und nacheilende Deckung) und p4 .(-Versetzung). Jede Reihe von vier Abschnitten
des .Ständers weist nach der Abb. 16 in gleichem Abstand voneinander angeordnete
Leiter 2a auf, während der Läufer 17 Leiter 3a besitzt, woraus hervorgeht, daß der
Läufer sich um 1/17 der Lätiferleiterteilung drehen muß, damit in bezug auf die
Ständerleiter der Ma:gnetschluß um einen Zahn weiterrückt. Die Pole N und S am Anker
liegen ungefähr in einem Abstand, der gleich ist dem Abstand zwischen Dekkung und
Versetzung, d. h. gleich p2 bis p4. Der Ständer besitzt eine Induktionswicklung
4, die ungefähr den doppelten Abstand der Pelteilung überspannt. Die Wicklung überibrückt,
wie Abb. i erkennen läßt, die vier Abschnitte pl, pz, p3 und p4.
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Solange das treibende Läuferglied, d. h. die drehbaren Stabgruppen
3a,' feststehen, wird .das Fortrücken des Ankers abwechselnd die Nord= und Südpole
der Deckung gegenüberbringen, wodurch der Magnetstrom veranlaßt wird, in abwechselnder
Richtung durch die Spule 4 zu fließen und darin einen Strom zu erzeugen, dessen
Frequenz durch die Winkelgeschwindigkeit des Ankers bestimmt ist. Werden die .Stabgruppen
3a derart gedreht, d-aß die Deckung in demselben Sinne wie das Ankerelement umläuft,
dann wird die Frequenz des in der Wicklung 4 erzeugten Stromes vermindert. Sie wird
gleich Null, wenn die Winkelgeschwindigkeit der fortschreitenden Deckung gleich
ist der Winkelgeschwindigkeit des Ankers. Wenn anderseits die Deckung im umgekehrten
Sinne des Ankers umläuft, dann wird die Frequenz hierdurch erhöht und ist .gleich
der Drehzahl des Ankers zuzüglich der Unnlaufgeschwindigkeit der Deckung. Der Läufer
und der Anker befinden sich in elektrischem Synchronismus, wenn die Deckung in -derselben
Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Anker umläuft. Nach Vorgehendem
besitzt 'bei diesem Synchronismus der Läufer .geringere Winkelgeschwindigkeit als
der Anker. Auf den Läufer wird durch den Strom, welcher in der Wicklung 4 beim Umlauf
des Ankers i erzeugt wird, eine Ständerzugkraft ausgeübt.
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Die aus Abb. i ersichtliche Lage vorausgesetzt, bei der der Pol N
der Deckung p2 gegenüberliegt, während der Pol S der Versetzung p4 sich gegenüber
befindet, wird die induzierte .Spule 4.,- welche die beiden Pole umgibt, von einem
nordmagnetischen Strom ,durchflossen.. Bewegt sich der . Anker in Richtung des Uhrzeigers,
dann wird ider nordmagnetische Strom der Spule 4 geschwächt und der südmagnetische
Strom allmählich verstärkt, bis die Pole eine Stelle erreichen, wo der Nordpol die
voreilende Deckung pa erreicht und der Südpol der nacheilenden Dekkung pi gegenübersteht.
In diesem Augenblick ist der Nordmagnetfluß durch die Spule gleich dem Südmagnetfluß,
so daß ;der wirksame Magnetfluß Null ist. Die Umwandlung des Nordmagnetflusses vom
Höchstmaß zu Null in der Spule 4 induziert !beim Fortschreiten des Ankers in der
Spule 4 einen Strom, der dieselbe Richtung wie der Magnetisierungsstrom des Nordpols
hat und sein Höchstmaß erreicht, wenn die Pole N unter den teilweise in Deckung
befindlichen Abschnitten liegen. Demzufolge wird in dem von der Spule 4 ,umgebenen
Raum ein Feld geschaffen, welches dieselbe Richtung wie
dasjenige
des Nordpols aufweist, und .dieses erzielte Nordfeld veribindet sich ,mit idem Nordpolfeld
unter dem Abschnitt p3 *und veranlaßt ein Fortschreiten des Läufers in der Richtung
des Uhrzeigers. Das erzeugte Nordfeld wirkt .indessen dem .unter .dem Ab= schnitt
pl vorhandenen Südfeld entgegen und schwächt es, demzufolge -die Gegenzugkraft,
.die sonst an -dieser Stelle entstehen würde, wesentlich herabgedrückt oder ausgeschaltet
wird. Dies ist sehr wichtig, da diese Gegenzugkraft das Bestreben ,hat, eine umgekehrte
Drehung des Läufers herbeizuführen. In dieser Weise wirkt der induzierte Strom in
,der Spule q. mit dem Drehfeld zusammen und zwingt die magnetischen Leiter 2a':und
3a, an der voreilenden Deckung p3 miteinander in Deckung zu kommen, ohne durch Gegenkräfte
der anderen Abschnitte gestört zu werden.
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Bewegt sieh der Anker im umgekehrten Sinne des Uhrzeigers, dann wird
der Nordpol N an der nacheilenden Deckung p' vorbeibewegt. Der in der Spule
¢ induzierte- Strom wird dieselbe- Richtung wie vorher haben, @da ein Magnetstrom
erzeugt wird, der den Nordstrom schwächt. Dieser induzierte Strom wird, wie vorher,
ein Nordfeld schaffen, welches mit dem linksseitigen Nordpol ;zusammenwirkt und
dem rechtsseitigen Südpol entgegegenwirkt, so daß hierdurch die Magnetstromleiter
am Abschnitt pl gezwungen würden, zur Deckung zu gelangen und eine Drehung des Läufers
im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers herbeizuführen. Die Drehrichtung des Läufergliedes
mit Bezug auf den Anker wird also nur durch die Anordnung der Magnetstromleiter
bestimmt. In Abb.2 .ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Teile in umgekehrter
Richtung zueinander umlaufen. Bei -dieser Bauart sind Leiter 2a in einer größeren
Zahl vorhanden als die Leiter 3a, und zwar werden ih Ständerstromleiter 2a und 15
Läuferleiter 3a verwendet. Da die Läuferleiter 3a in dem Albschnitt dl- der Abb.
2 voreilend, im Abschnitt p3 nacheilend, d. =h. umgekehrt wie in Abb. i, decken,
so wird bei der Drehung des Ankers in Abb. 2 im ,Sinne des Uhrzeigers der Läufer
im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers angetrieben werden, während umgekehrt
beim Umlauf des Ankers im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers -der Läufer im
;Sinne des Uhrzeigers zur Drehung gebracht wird.
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Bei der Ausführungsform der Abb. 3 kann der Läufer im selben oder
im entgegengesetzten Sinne :des Ankers angetrieben werden. Zu diesem Zweck sind
-die Zähne 2a der Ab-Schnitte pl und pg :um eine halbe Zahnteilung verstellbar.
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In Abb, 4 - entsprechen die Deckungsv@er-_ hältnisse der Abb. 2. Die
Wicklung q. ist iedoch um eine Zahngruppe in Richtung der Drehung verschoben.
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In Abb. 5 und 6 besitzt die Maschine zwei Polpaare NI, S' und N2,
S2. Die beiden Nordpole sind um i$o° zueinander versetzt, und die beiden Südpole
liegen ebenfalls um i So' auseinander und zwischen den Nordpolen. Der Anker sitzt
auf einem Kern 5, .der von der Kraftwelle 6 getragen wird. Die Magnetisierungsspulen
W, n2, s', s2 sind hintereinandergeschaltet, und ihre Leitlungen stechen mit Schleifringen
7 .der treibenden Welle 6 in Verbindung, .geigen die Bürsten $ anliegen. Die letzteren
sind an den Magnetisierüngsstromkreis 9 angeschlossen, welcher eine Gleichstromquelle
io enthält. Die Ständerleiter sind in zwei Abschnitten vorgesehen, die ;mit Bezug
zueinander um eine halbe Zahnteilung versetzt liegen. Da die beilden induzierten
Ströme in den beiden Abschnitten wegen der Versetzung-- nicht .in :gleicher -Richtung
fließen, so sind besondere Induktionswicklungen q., 4a für die beiden Abschnitte
vorgesehen, obgleich durch Umkehren der einen Wicklung auch ein einziger Nebenstromkreis
dafür verwendet werden könnte. Die Dekkung, die den Nordpolen gegenüberliegt. bleibt
unbeschadet der Lage der Feldmagnetpole infolge der Verschiebung des einen Abschnittes
gegenüber dem anderen beständig gleich. Dasselbe gilt ,auch jederzeit für die Deckungsstrecke,
die den Südpolen gegenü überliegt. Bei rder Ausführungsform noch Abb.5 und 6 sind
bewegliche Zahnabschnitte 211 vor= gesehen, um. die Drehungsrichtung im Sinne von
Abb. 3 umkehren zu können. Der Ständer 2 wird von dem Maschinengehäuse i i getragen.
Zum Tragen der Leiter 3a und zu
ihrem Halten im gewünschten Ahstande ist ein
Ring 3 aus nicht magnetisienbarem Stoff vorgesehen, der in den Ringraum zwischen
den Leitern za und die- Polflächen der Ankerdole läuft. Dieser Ring ist mit einer
Tragscheibe 12 verbunden, welche auf der angetriebenen Arbeitswelle 13 sitzt. Der
Ring 3 ist ,mit einer Anzahl Längsschlitze versehen, die zur Aufnahme der lamellierten
Leiter 3"
dienen, die ein gabelförmiges inneres Ende besitzen. Das letztere
paßt am Ende -des Schlitzes über den Ring 3 und hält dadurch das innere Ende der
Stäbe derart fest, @daß sie den Schlitz nicht verlassen können. Der äußere Rand
des Ringes 3 besitzt eine ringförmige Nut, und die Enden der Leiter 3a sind entsprechend
geschlitzt. Sie bilden daher eine fortlaufende Nut, wenn die Stäbe ihre zugehörige
Lage einnehmen. In dieser Nut wird ein Ring 14 aus nicht magnetisierbarem. Stoff
vorgesehen, der von den Nut
wänden getrennt ist und die äußeren
"Enden der Leiter 3a in ihrer Lage hält. Da die be-.nachharten Nord- und Südpolflächen
um den Abstand zwischen der Deckung der Versetzung voneinander entfernt liegen,
ergibt sich .in Anbetracht der Versetzung .der !beiden Abschnitte um eine halbe
Zahnteilung, daß, wenin der Nordpol .der Deckung in einem Abschnitt gegenüberliegt,
der Südpol der Deckung im anderen Abschnitt sieh gegenüber befindet. Dies ist in
Alyb. 5 dargestellt. Der unabhängige Magnetstromweg für den Nordstrom des Poles
NI schlrießt den S'-Pol im anderen Albschnitt ein, so daß eine Störung idieser Kraftlinien
durch die anderen Pole nicht eintreten kann.
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Bei der Ausführungsform der Abb. i bis 6 wird ein Zugkraftstoß jedesmal
hervorgerufen, wenn ein Pol an einer voreilenden Deckung vorübergeht; in diesem
Zeitpunkt erreichen der induzierte Strom ebenso wie .die Zugkraft auf den Läufer
ihr Höchstmaß. Wenn -die Pole an der Deckung oder Versetzung vorbeigehen, ist der
induzierte Strom -gleich Null, und keine Zugkraft wird anisgeübt.
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In Abb: 7 und 8 ist eine Ausführungsform dargestellt, die eine praktisch
ununterbrochene Zugkraft auszuüben ermöglicht. Bei dieser Bauart sind am Ständer
drei Abschnitte vorgesehen,: welche ,um eine Drittelzahnteilung . gegenseitig .zueinander
versetzt liegen. Der Anker besitzt drei Polpaare und der Ständer eine Dreiphaseninduktionswicklung,
die aus den Phasen 4, 4a, 4b :besteht. Die Ströme erreichen daher in den induzierten
Wicklungen ihren Höchstwert um -i 2o elektrische Zeitgrade nacheinander. Aus diesem
Grunde wird, da diese Zeitgrade ineinander übergehen, auch eine fortlaufende Zugkraft
erzielt. Bei dieser Ausführungsform umschließen die Induktionswicklungen ebenfalls
einen Nord- und Südpol. Die Wicklung 4 umschließt -die Pole N', S', die Wicklung
49 die Pole N', S= und die Wicklung 4b die Pole N3 und S3. Die Richtung des
Magnetstromverlaufes durch die Widklung hängt natürlich davon ab, welcher der Pole
der Deckung gegenüberliegt. Wenn ein Nordpol der Deckung gegenübersteht und ein
rS.üdpol sich der Versetzung gegenübel befindet, dann fließt durch die Wicklung
hauptsächlich ein Nordstrom; indessen strömt auch ein Teil des Südstromes durch
die Wicklung bei der Versetzung und schwächt etwas den wirksamen Wert des Nordstromes,
demzufolge das erzeugte Kraftvermögen etwas herabgemindert wird, da der Unterschied
für -den wirksamen Strom, der das Kraftvermögen schafft, maßgebend ist.
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Es ist nicht wünschenswert, an der Dekkung einen einzigen.. großen
Luftzwischenraum zu verwenden, da dies -den Unterschied im magnetischen Widerstand
an der Deckung und Versetzung auf einen kleinen Wert mit einem @schwach-en wirksamen
Magnetstrom herabdrücken würde. Ein kleiner Luftzwischenraum beschränkt indessen
an der Deckung die Feldamperewindungen und die Feldstärke und demzufolge auch die
Amperewindungs.zahl des in der Induktionswicklung .erzeugten Stromes. Zur Beseitigung
dieses Nachteils werden nach Mb. 7 und 8 zwei mittelpunktsgleich zueinander
angeordnete Reihen lamellierter Leiter 2b und 2° von einem festen Lager 15 des Gehäuses
i i getragen. Das Lager besitzt zwei feste Ringteile r6 und 17 (Ahb.7), in deren
Schlitze die lamellierten Leiter der zugehörigen Reihen in der für die Leiter 3a
beschriebenen Weise getragen werden. Die Leiter der beiden Serien 2b und 2° (Abb.
g) befinden sich radial- in Deckung mit den Zähnen 211. Die Leiter 3a liegen zwischen
den Zähnen 211 und den Leitern 2b, während .die zweiten Reihen der drehbaren Leiter
3b, welche in Schlitzen eines weiteren Ringteils 3'- ruhen, die einen mittelpunktsgleich
zum Ring 3 liegenden ;Flansch im Lager bilden, zwischen den Reißen 2b rund 2° .angeordnet
sind. Die Leiter der Reihen-3a und 3b befinden sich ebenfalls in Deckung. Auf diese
-Weise wird der gesamte Luftraum vervielfältigt, ..ohne den Unterschied zwischen
der Deckung und Verletzung zu schwächen.
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DieLeistung der Maschine läßt sich in bekannter Weise noch dadurch
weiter erhöhen, daß die induzierten Stromkreise mit besonderem Magnetisierungsstrom
versorgt werden, -was beispielsweise durch Einfügung von Kondensatoren 18, i9, 2o
in den entsprechenden Stromkreisen 4, 4a, 4b geschehen -kann. Diese Kondensatoren
erzeugen in den induzierten Stromkreisen einen Erregerstrom, welcher seine Höchstgröße
besitzt, wenn ein Pol einer Deckung gegenüberliegt. Der Strom hat dabei eine solche
Richtung, daß er die Polstärke unterstützt. -Dieser zusätzliche Strom schwächt auch
den entgegengesetzt fließenden Magnetisierungsstrom wesentlich in seiner Wirkung,
indem er in den induzier., ten Wicklungen dem. Pol an der Versetzung entgegenwirkt.
Dadurch werden ein größerer wirksamer Magnetstromfluß und eine höhere Voltzahl in
den induzierten Wicklungen gesichert.
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Um die Zugkraft und die Geschwindigkeit des angetriebeneriElementes
zu verändern, ist es lediglich erforderlich, die Feldstärke des Feldmagnetgliedes
zu verändern, was in bekannter Weise durch einen veränderlichen Widerstand 21 in
dem Magnetisierungsstromkreis bewirkt. =werden kann. Dasselbe
läßt
sich auch erreichen, indem .man " den Widerstand der induzierten Stromkreise verändert,
was durch veränderliche Widerstände 22, 23, 24 in den induzierten Stromkreisen möglich
ist. Man kann auch den Wert der Magnetisierungsströme in den Nebenstromkreisen ändern,
indem -man die Kapazität der Kondensatoren regelt. Auch der Wert der Kondensatorenströme
wird .bei seiner Änderung eine entsprechende Regelung der Feldstärke des Fel:dmagnetgliedes
bewirken.