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Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit von Vibrationsmotoren.
Verfahren zur Reglung des Ganges von Motoren, bei denen eine Antriebstrommel durch
einen um sie geschlungenen, von einem oder mehreren elektrischen Vibratoren bewegten
elastischen Riemen in Drehung versetzt wird, sind bekannt. Ein Motor dieser Art
ist einfach dauerhaft und sehr wirksam. Er kann eine große Drehkraft bei einer verhältnismäßig
geringen Winkelgeschwindigkeit hervorbringen und kann betrieben werden durch vibrierenden
Strom; beispielsweise den gewöhnlichen Netzstrom, der sich mit 6o Perioden pro Sekunde
ändert. Ein derartiger Motor eignet sich besonders zum Antrieb von Phonographen,
Reklamevorrichtungen, Schautafeln, Lichtblinkapparaten u. dgl., wo es wünschenswert
ist, den gewöhnlichen Wechselstrom des Netzes zu verwenden und damit den Apparat
mit niedriger Geschwindigkeit anzutreiben. Der Motor vermeidet den üblichen Übertragungsmechanismus
zur Übertragung von schneller Drehbewegung in langsame Drehbewegung. Die langsame
Drehbewegung wird unmitelbar und wirksamer erzeugt. Das Hauptziel der Erfindung
besteht darin, die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motorteils durch Veränderung
der Antriebswirkung des Riemens und des Vibrators zu regeln. Es geschieht dies beispielsweise
durch Veränderung der Riemenspannung; durch Veränderung des Berührungswinkels zwischen
Riemen und Drehtrommel und durch Veränderung des Punktes der Verbindung von Riemen
und Vbrator oder auch durch andere Mittel. Die verschiedenen Mittel zur Reglung
der Motorgeschwindigkeit können gemeinsam oder auch getrennt, gleichzeitig oder
auch nacheinander angewendet werden, um dadurch die Geschwindigkeit des Motors grob
oder genau oder in weiterem Umfang zu regeln, als dies mit einzelnen Mitteln möglich
ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, dort, wo der Vibrator die Form
einer Stimmgabel hat, die Drehtrommel von einer Vibratorzinke aus anzutreiben und
die Winkelgeschwindigkeit der Drehtrommel durch die andere Vibratorzinke zu regeln,
z. B. dadurch, daß das wirksame Gewicht dieser anderen Zinke geändert wird.
Abb.
i ist ein Grundriß des Motors. Abb. 2 ist ein Ouerschnitt nach der Linie II-ZI der
Abb. i. @Abb. 3 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie III-III der Abb. i.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
besteht der Vibrator i aus einer Stimmgabel, die an dem einen nach oben gebogenen
Ende 2 einer U-förmigen Lagerplatte 3 befestigt ist. Die Stimmgabelzinken i werden
von dem Elektromagneten 6 aus bewegt, und durch ihre Bewegung wird eine auf der
Welle 2o sitzende Drehtrommel ? angetrieben, die mit dem durch den Motor anzutreibenden
Apparat in Verbindung steht. Der Elektromagnet 6 mit seiner Feldspule und aus einzelnen
Blechen bestehenden Polstücken 8 ist derart auf der Lagerplatte 3 angeordnet, daß
die Vorderflächen der Polstücke in Ebenen liegen, die parallel zu den vibrierenden
Zinken i sind, jedoch einen geringen Abstand davon haben. Der Elektromagnet wird
von Maschinenschrauben 9 getragen, die durch die Polstücke hindurchgehen und in
Öffnungen i i des Lagerbettes 3 eingeschraubt sind. Um die Maschinenschrauben sind
zwei röhrenförmige Distanzstücke 12 zwischen den Polstükken und dem Lagerbett angeordnet,
um so die Lage des Elektromagneten in bezug auf die vibrierenden Teile zu sichern.
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Der Drehkörper 7 hat die Gestalt eines Zylinders von beträchtlicher
Dicke, so daß er nicht nur als Riemscheibe dient, sondern in gewissem Maße auch
als Schwungrad. Die Riemscheibe ist am Umfange mit Flanschen io versehen, die den
Riemen 13 führen. Die Riemscbeibe kann zu einem später beschriebenen Zweck auf der
Welle 2o gleiten. Die gemeinsame Drehung von Welle und Riemscheibe wird dadurch
erzwungen, daß die Welle beispielsweise quadratischen Querschnitt hat. Die Welle
2o ist parallel zu den schwingenden Zinken i in den Schilden 2 und 4 der Lagerplatte
3 gelagert. Zu diesem Zweck sind Lager 14 und 15 vorgesehen. Das Lager 15 ist in
ein Loch 16 im Seitenschild 4 eingeschraubt und hat eine konische Versenkung zur
Aufnahme des Kugellagers 17. Das Ende der Welle 2o ist mit einem abgerundeten Kopf,
der sich gegen das Kugellager 17 stützt, und mit einer ringförmigen Einschnürung
versehen, in die eine Einstellschraube 18 hineinragt, die verhindert, daß die Welle
aus dem Lager 15 herausgezogen wird.
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Der Riemen 13 ist an seinem einen Ende mit der Befestigungsvorrichtung
i9 verbunden, die in dem Längsschlitz 21 gleiten kann, der fast über die ganze Länge
der linken Ga= belzinke reicht. Am anderen Ende ist der Riemen mit einer Hülse 22
verbunden, die auf der Stange 23 gleiten kann. Zwischen dem Ende des Riemens und
der Hülse 22 sind Federn 24 angeordnet, um den Riemen zu spannen und ihn gegen einen
Teil des Umfanges der Riemscheibe 7 zu drücken. Die Federn 24 sind vorteilhaft so
angeordnet, daß sie leicht von der Hülse 22 und dem Riemen 23 abgenommen werden
können, damit Federn verschiedener Spannkraft mit Leichtigkeit ausgewechselt werden
können, um die Spannung des Riemens zu ändern. Ein zylindrischer Körper 26 aus Filz
oder filzartigem Material ist passend in die beiden Federn eingelegt, wie aus Abb.
2 ersichtlich ist, und dient dazu, das durch die Ausdehnung und Zusammenziehung
der Federn hervorgerufene Geräusch beträchtlich zu vermindern, wenn nicht ganz zu
beseitigen. Die Stange 23, auf welcher die Hülse 22 sitzt, liegt vorteilhaft in
bogenförmigen Schlitzen 27 der Schilde 2 und 4. Die Schlitze haben vorteilhaft entweder
genau oder doch angenähert die Form von Evolventen, die so mit Bezug auf die Welle
2o angeordnet sind, daß die Spannung des Riemens durch Bewegung der Welle 23 längs
der Schlitze wenig oder gar nicht geändert wird. Die Stange 23 hat am einen Ende
ein Kopfstück 28 und am anderen Ende eine Mutter 29, so daß die Stange 23 in jeder
Lage in den Schlitzen festgestellt werden kann. Zwischen dem Lagerbett 4 und dem
Kopfstück 28 bzw. der Mutter 29 sind Unterlagscheiben 31 aus Hartgummi oder einem
anderen geeigneten Material gelegt. Das Kopfstück 28 und die Mutter 29 haben vorteilhaft
einen ansehnlichen Durchmesser, damit dadurch die Stange 23 leichter parallel zu
der Welle 2o eingestellt werden kann.
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In einem Schlitz 33, welcher der Länge nach in der Nähe der Welle
2o in dem Bett 3 1 verläuft, kann ein U-förmiger Bügel 32 verschoben werden.
Die beiden Arme 34 des U-förmigen Bügels 32 ragen an beiden Seiten der Riemscheibe
7 nach oben. Sie umfassen die Scheibe und können dieselbe auf ihrer Welle verschieben.
Der Büge132 hat einen Ansatz 36 mit einem Loch, durch das der Bolzen 37 hindurchgeht.
Dieser ist mit Gewinde versehen. Mittels einer Schraube 38 läßt sich der Bügel
32 in gewünschter Lage festklemmen. Der Kopf des Bolzens 37 gleitet ineinem
Schlitz 39, so daß er nicht über die Fläche des Bettes 3 hinausragt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Wenn ein pulsierender
Gleichstrom oder ein Wechselstrom von einer gewissen Frequenz, etwa 6o Perioden
pro Sekunde, furch die Feldspule 6 fließt, dann bewegen äich die vibrierenden Teile
i synchron mit lern Strom periodisch wechselnder Stärke hin .ind her. Die vibrierenden
Zinken sind so ge->taltet, daß ihre Schwingungsfrequenz im wesentlichen
gleich
der Frequenz des elektrischen Stromes ist. Wenn sich die vibrierenden Zinken r zusammenbewegen,
dann wird der Riemen 13 nach rechts gezogen, und infolge des Umstandes, daß der
Riemen durch die Federn 24 unter Reibung gegen die Trommel gedrückt wird, bewirkt
die Bewegung des Riemens die Drehung der Trommel in Richtung des Pfeiles. Wenn sich
die vibrierenden Zinken auseinanderbewegen, dann wird der Zug auf das rechte Ende
des Riemens aufgehoben, und die Federn bewegen den Riemen in entgegengesetzter Richtung.
Die Spannung der Federn ist indessen so bemessen, daß sie den Riemen nicht so schnell
zurückzieht, wie das entgegengesetzte Ende desselben durch die sich auseinanderbewegenden
vibrierenden Zinken freigegeben wird. Infolgedessen wird der Riemen, wenn ex durch
die Federn nach links gezogen wird, nicht fest gegen die Riemscheibe angezogen,
sondern gleitet im Gegenteil über die glatte Fläche der Trommel hinweg und hat infolgedessen
nur in geringem Maß das Bestreben, eine Drehung der Scheibe in der dem Pfeile entgegengesetzten
Richtung hervorzurufen. Oder in anderen Worten, wenn die vibrierenden Zinken beispielsweise
mit einer Frequenz von 6o Perioden pro Sekunde schwingen; dann bewegen sie sich
so rasch auseinander, daß der Zug auf den Riemen schneller aufhört, als er durch
die verhältnismäßig langsamer wirkenden Federn aufgenommen wird, Die Pressung zwischen.
dem Riemen und der Riemscheibe ist deshalb, während die Federn denRiemen zurückziehen,
vernachlässigbar. Die Federn sind infolgedessen so gespannt, daß die zeitliche Verzögerung
oder Nacheilung sehr gering ist, und wenn die vibrierenden Zinken ihre Bewegungsrichtung
umkehren, -spannen die Federn den Riemen wieder, so daß er wieder unter Spannung
vorgezogen wird, wenn die vibrierenden Zinken sich auseinanderbewegen. Dadurch wird
ein neuer Impuls auf die Drehtrommel in Richtung des Pfeiles ausgeübt. Da diese
wirksamen Iriipulse 6omal prö Sekunde eintreten, wenn gewöhnlicher Strom von 6o
Perioden benutzt wird, und da die Riemscheibe beträchtliches Beharrungsvermögen
hat, so läuft der drehbare Teil der Vorrichtung mit im wesentlichen gleichförmiger
Geschwindigkeit um.
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Bei der dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann
die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Trommel auf mancherlei Weise geregelt
werden. Es kann dies z. B. geschehen durch Einschaltung von Federn 24 von größerer
oder kleinerer Spannkraft, wobei die Winkelgeschwindigkeit des drehbaren Teils sich
unmittelbar mit der Spannung der Feder ändert. Dieses Mittel wird zweckmäßig benutzt,
um die Geschwindigkeit verhältnismäßig grob zu ändern. Ein anderes Mittel, dieGeschwindigkeit
zu regeln, besteht darin, den Berührungswinkel zwischen Riemen und Riemscheibe durch
Einstellung der Stange 23 in den evolventenförmigen Schlitzen 27 zu ändern. Während
die auf die Scheibe übertragene Drehkraft unmittelbar dem Berührungswinkel zwischen
Riemen und Scheibe proportional ist, wechselt die Winkelgeschwindigkeit der Scheibe
in umgekehrtem Verhältnis zu dem Berührungswinkel. Im Zusammenhang hiermit muß noch
erwähnt werden, daß der Berührungswinkel teilweise beeinflußt wird von der Art des
Riemenmaterials. Wird ein schwerer Lederriemen benutzt, dann darf der Berührungswinkel
nur etwa 9ö bis r2o° betragen, während bei Benutzung eines verhältnismäßig leichten
Riemens, etwa eines dünnen Leinenstreifens, der Berührungswinkel gleich
720 oder noch größer gemacht werden kann, d. h. der Riemen kann einmal oder
mehreremal um die Scheibe herumgeschlungen sein. In diesem Fall wird die Scheibe
länger ausgeführt, so daß der Riemen darauf spiralförmig aufgewunden werden kann.
Ein weiteres Mittel, die Winkel= geschwindigkeit des Drehkörpers zu verändern, besteht
darin, den Drehkörper und den Riemen längs- der Welle 2o zu verschieben. Die Verbindung
zwischen dem Riemen und der Stange 23 einerseits und dem Vibrator z anderseits ist
derart, daß, wenn die Scheibe mittels des U-förmigen Bügels 32 hin oder her geschoben
wird, der Riemen und die Verbindungsteile der Verschiebung folgen. Die Winkelgeschwindigkeit
des Drehkörpers 6 nimmt zu, wenn er nach dem freien Ende des Vibrators zu verschoben
wird, da dieses Ende des Vibrators um einen größeren Betrag schwingt als seine anderen
Teile. Diese besondere Art der Geschwindigkeitsreglung ist besonders wirksam. Es
ist mittels derselben möglich, die Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers zwischen
ioo und '/z Umdrehungen pro Minute zu ändern. Bei Reglung der Geschwindigkeit nur
durch ein einziges Mittel ist das letztere vorzuziehen. Vorteilhaft ist es jedoch,
mehrere Mittel zur Geschwindigkeitsreglung gleichzeitig anzuwenden, um damit nicht
nur einen größeren Spielraum in der Geschwindigkeitsreglung zu erzielen, sondern
es auch möglich zu machen, ein Mittel zur Reglung in weiten Grenzen und ein anderes
zur feineren- Reglung nutzbar zu machen.
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Eine andere Art der Geschwindigkeitsreglung bei Apparaten, bei denen
der Vibrator die Form einer Stimmgabel hat, besteht darin, daß man den Drehkörper
mittels einer der Stimmgabelzinken antreibt und das wirksame Gewicht der anderen
Vibratorzinke und damit
deren Schwingungszahl ändert, denn die
beiden Zinken der Stimmgabel schwingen synchron, selbst wenn die wirksamen Gewichte
der beiden Zinken etwas in ihrer Größe verschieden sind. Eine vorteilhafte Einrichtung
zur Änderung des wirksamen Gewichtes der Leerlaufzinke besteht darin, ein Gewicht
41 längs des Schlitzes 4.2 in der rechtsseitigen Vibratorzinke zu verschieben. Das
wirksame Gewicht der Zinke kann entweder geändert werden, indem man das Gewicht
4.i gegen Gewichte von größerer oder kleinerer Masse auswechselt, oder indem man
das Gewicht längs des Schlitzes 4.2 verschiebt. Die Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers
wechselt unmittelbar mit der Größe des Gewichtes der vibrierenden Zinken bis so
weit, daß das Gewicht gerade groß genug ist, um der vibrierenden Zinke eine Schwingungsperiode
zu geben, die der Periode des pulsierenden oder wechselnden magnetischen Feldes
oder der anderen Antriebskraft gleich ist. Über diesen Punkt hinaus wechselt die
Winkelgeschwindigkeit gleichförmig mit der Größe des Gewichtes, und die Wirkung
der Verschiebung des Gewichtes nach dem freien. Ende des Vibrators ist dieselbe,
als wenn das Gewicht vergrößert wird.
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Der Ausdruck »gleichmäßige Drehung« ist in der ganzen Beschreibung
insbesondere deshalb angewandt, um darzutun, daß' die Drehung des angetriebenen
Teils gleichmäßig in derselben Richtung und praktisch mit konstanter Geschwindigkeit
erfolgt, obwohl tatsächlich die Drehung auch gleichmäßig in dein Sinn ist, daß sie
ununterbrochen ist.
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Die beschriebenen Ziele können auch noch in anderer Weise erreicht
werden. Anstatt das feste Ende des Riemens längs einer Evolvente zu bewegen, kann
man es längs einer Kurve bewegen, die etwas von einer Evolvente abweicht, so daß
die Spannung des Riemens entweder proportional oder im umgekehrten Verhältnis mit
der Änderung der Größe des Berührungswinkels zwischen Riemen und Drehkörper wechselt.
Auch kann die Spannung des Riemens noch in anderer Weise geregelt werden, indem
man z. B. entweder die Lage der Vibratoren oder der den Drehkörper tragenden Welle
ändert, oder indem man zwischen den Spannfedern und dem Riemen eine Spannvorrichtung
einfügt. Die Federn können auch ganz weggelassen werden, wenn man einen Riemen anwendet,
der entweder auf seiner ganzen Länge oder aber in der Nähe des festen Endes elastisch
ist.