DE3804768A1

DE3804768A1 - Ruettler (shaker)

Info

Publication number: DE3804768A1
Application number: DE19883804768
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Dr Bohn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1989-08-24
Also published as: DE3804768C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rüttler (Shaker) zur Funktion und Prüfung von Bauelementen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-OS 24 56 426 ist ein elektromagnetischer Schwingankeran trieb bekannt geworden, der als Antrieb einer Kraftstoffpumpe bei Brennkraftmaschinen verwendet wird, wobei einem zwischen den Polen eines Stators verstellbar gehaltenen Anker durch ein seine Richtung periodisch wechselndes Magnetfeld eine oszillierende Hubbewegung aufgezwungen wird.

Ein weiterer elektrischer Wechselstrom-Schwingankermotor ist aus dem DE-GM 73 01 394 für einen Pumpenantrieb bekannt geworden. Hier ist ein Anker mit zwei phasenabhängigen wechselnd wirksamen Statoren kombiniert und führt für beide Schwingrichtungen des Ankers zu übereinstimmenden Antriebsverhältnissen.

Alle diese zum Stand der Technik zählenden Ausführungsformen sind in Volumen, Gewicht und Bauelementen zu aufwendig. Aber auch die bisher bekannten Shaker-Ausführungen weisen aufgrund ihrer nach elektrodyna mischen Prinzipien erstellten Konfigurationen ein viel zu großes Bauvo lumen auf, abgesehen von dem schlechten Wirkungsgrad.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rüttler der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist und daher im Wirkungsgrad verbessert und im Bauvolumen minimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbei spiele erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schemaskizze des Prinzips eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorgeschlagenen Erfindung,

Fig. 2 eine Schemaskizze eines erweiterten Ausführungsbeispiels eines Rüttlers nach dem Prinzip gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm der Zugkraftkennlinie bei konstantem Luftspalt,

Fig. 4 eine Schemaskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels.

In der Fig. 1 ist das Prinzip des vorgeschlagenen elektromagnetischen Rüttlers (Shaker) 10 skizziert. Auf einem Arm 13, der an seinem einge spannten Ende mit einem biegeweichen Teil 15 versehen ist und an seinem freien Ende eine Plattform 14 aufweist, werden die zu rüttelnden Bauele mente 16 positioniert. Der biegeweiche Teil 15 kann als nahezu reibungs freie Rückholeinrichtung angesprochen werden, da er freischwebend und ohne jegliche Führungen oder Halterungen ausgebildet ist. Der Arm 13 ist mit einem ferromagnetischen Ankerstück 12 versehen, das gegenüber einem Elektromagneten 11 angeordnet ist. Zur Verhinderung von Wirbelströmen wird vorgeschlagen, daß Magnetkern und Anker 12 geblecht ausgeführt sind.

Wird die Spule des Magneten 11 mit Wechselstrom gespeist, dann führt der Arm Schwingungen mit der doppelten Frequenz des Wechselstromes aus. Nun ist bei der Auslegung des biegeweichen Teils 15 - den man auch als "Armgelenk" bezeichnen könnte - darauf zu achten, daß die Steifheit so hoch gemacht wird, daß es zu keinem Anschlag zwischen Magnet 11 und Anker 12 bei den vorgesehenen Betriebsarten kommt.

Bei einer solchen Ausführung lassen sich nun im Luftspalt Flächenkräfte - bei z. B. einer Feldstärke von 1 T - von 40N/cm² erreichen. Zur Erläuterung sei erwähnt, daß eine Lautsprecherspule mit einem Durch messer von 4 cm in einem Luftspaltfeld von 1 T und einer Maximalstrom stärke von 4 A achzig Windungen benötigt, um eine Maximalkraft von 40N zu erzeugen.

Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 2 veranschaulicht. Hier sind die Magnete 11 und 11′ sowie die Anker bzw. Ankerstücke 12, 12′ symmetrisch angeordnet. Durch die Differenzkräfte der anziehenden Magnete 12 kann der Arm 13 nach oben und unten gebogen werden. In diesem Fall muß das biegeweiche Teil 15 nicht unbedingt vorgeschriebenen Steifigkeitsanforderungen genügen, allerdings ist beim Unterschreiten eines Steifigkeitswertes, der von den Anforderungen an das Magnetsystem abhängt, zu gewährleisten, daß keine Instabilitäten auftreten. Dies kann durch ein elektronisches Regelungssystem geschehen.

Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - wie auch bei demjenigen gemäß Fig. 1 - empfiehlt es sich, den Magneten 11, 11′ eine Grunder regung in der 0-Lage zu geben. Wie das Diagramm in Fig. 3 veranschau licht, ist die Kraftkennlinie eines Magneten bei konstantem Spalt s proportional J². Daraus ist zu ersehen, daß bei J→0 nur eine große Stromänderung eine wesentliche Kraftänderung erbringt. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Spulen jedes Magneten 11 in zwei Spulen aufgeteilt werden, hierbei wird die eine Spule jeweils mit dem konstan ten J₀-Strom gespeist, während die andere Spule mit Wechselstrom versorgt wird und die Kraftmodulation verursacht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist es sinnvoll, die beiden - den J₀-Strom führenden - Spulen in Serie zu schalten und die beiden Wechselstromspulen so in Serie zu schalten, daß eine Stromerhöhung die Zugkraft des oberen Magneten erhöht und diejenige des unteren Magneten vermindert.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Shakers bzw. Rüttlers 10, bei der die Grundfeldstärke durch einen Permanentmagnet 18 erzeugt wird. Dieser ist zwischen zwei ferromagnetischen geblechten Teilen 17 und 17′ verklebt. Die Feldlinien des Permanentmagneten 18 laufen entsprechend den in der Figur gezeigten durchgezogenen Linien in der angegebenen Pfeilrichtung. Die Spulen der Magnete 11 und 11′ sind nun so verschaltet, daß beispielsweise eine Stromerhöhung die Feldstärke im oberen Luftspalt und damit die Zugkraft des oberen Magneten erhöht, während im unteren Bereich Feldstärke und Zugkraft vermindert werden. Dies ist in der Figur durch die gestrichelte Linie angedeutet. Damit ist nur ein Spulensystem und eine Stromversorgung erforderlich.

Bei der Auslegung des vorgeschlagenen Systems ist es empfehlenswert, wenn die Dicke d _p des Permanentmagnet 18 sehr viel größer ausgebildet wird und zwar etwa das 10 bis 20fache der Luftspaltbreiten s. Dadurch bleibt die Feldstärke im Permanentmagnet von der Spulenerregung prak tisch oder fast unbeeinflußt. Feldstärkeänderungen im Permanentmagnet 18 erzeugen Wirbelströme und damit Verluste und Erwärmung desselben.

Claims

1. Rüttler (Shaker) zur Funktion oder Prüfung von auf ihm ange ordneten Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rüttler (10) aus einem mit einem biegeweichen Abschnitt (15) und einer Plattform (14) versehenen Arm (13) gebildet wird, der mit einem oder mehreren ferro magnetischen Ankerstück(en) (12) versehen ist, das oder die gegenüber einem oder mehreren Elektromagneten (11) angeordnet ist, wobei der biegeweiche Abschnitt (15) so ausgebildet ist, daß seine Steifheit einen Anschlag zwischen Anker (12) und Magnet(e) (11) ausschließt.

2. Rüttler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetkern und Anker (12) in Blechausführung gefertigt sind.

3. Rüttler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnete (11, 11′) und zwei Anker (12, 12′) symmetrisch zueinander angeordnet sind, von denen jeweils ein Magnet-Anker-Paar (11, 12 bzw. 11′, 12′) auf die Ober- bzw. die Unterseite des Armes (13) wirken.

4. Rüttler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Magneten (11, 11′) eine Grunderregung in der 0-Lage vermittelt wird.

5. Rüttler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen jedes Magneten (11, 11′) in zwei Spulenhälften aufgeteilt sind, wovon die eine Hälfte mit dem konstanten J₀-Strom und die andere Hälfte mit Wechselstrom gespeist wird.

6. Rüttler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von zwei Magneten (11, 11′) jeweils die beiden den J₀-Strom führenden Spulenhälften in Serie geschaltet sind und die beiden den Wechselstrom führenden Spulenhälften so in Serie geschaltet sind, daß eine Stromerhöhung die Zugkraft des oberen Magneten erhöht und diejenige des unteren Magneten vermindert.

7. Rüttler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (13) einen Permanentmagnet (18), der zwischen zwei ferromagnetischen geblechten Ankerteilen (17, 17′) ver klebt ist, trägt und die Spulen der Magnete (11, 11′) so verschaltet sind, daß eine Stromerhöhung die Feldstärke im oberen Luftspalt und damit die Zugkraft des oberen Magneten erhöht und im unteren Bereich Feldstärke und Zugkraft vermindert werden oder umgekehrt.

8. Rüttler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d _p des Permanentmagneten (18) dem zehn- bis zwanzigfachen Maß der Luftspaltbreiten s entspricht.