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Verfahren zum Betriebe elektromagnetischer Maschinen, z. B. von Schmiedehämmern,
bei denen ein durch Stoß arbeitendes Organ durch einen Anker betätigt wird, der
unter dem Einfluß eines durch mehrphasigen Wechselstrom erzeugten Magnetfelds wechselnder
Bewegungsrichtung steht. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe
elektromagnetischer Maschinen, beispielsweise von Schmiedehämmern, bei denen ein
stoßweise arbeitendes Organ durch einen Anker betätigt wird, der unter dem Einfluß
eines wandernden, durch ein mehrphasiges System erzeugten magnetischen Felds steht.
Erfindungsgemäß wird die Geschwindigkeit des Felds während eines jeden Hubes des
Organs durch Änderung der Frequenz des mehrphasigen Stromes derart geändert, daß
sie zu- oder abnimmt, je nachdem das Organ eine beschleunigte oder eine verzögerte
Bewegung ausführen soll. Zur Erläuterung des neuen Verfahrens müssen. einige theoretische
Betrachtungen vorausgeschickt werden.
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Gegeben. sei ein geschlossener Leiter. Der bekannte Ausdruck für den
magnetischen Fluß, der den Leiter durchsetzt, ist: cb - cbo cos Sd, worin 2 eine
vollständige Umdrehung des Vektors des magnetischen Feldes darstellt.
bedeutet hierbei die Kreisfrequenz des mehrphasigen Stromes.
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cb Setzt man allgemein w - f 1 (t) und o - f 2 (t),
so wird
Die induzierte elektromotorische Kraft (EMK) in dem Leiter ist dann:
t Da aber 2 - .I'w dt + a, so ist augenscheinlich
o
oder auch e - E" sin (2 ä). -
und u# o können bei gleicher Frequenz als die momentanen Amplituden von zwei Vektoren
betrachtet werden, die aufeinander senkrecht stehen.
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Dann läßt sich die Amplitude E'o und der Winkel o` (s. Abb. i ) wie
folgt ausdrücken: vernachlässigt cb
., cb c n e i-, proportional, also: Da tg d' praktisch sehr klein ist, kann -werden.
Wenn wir die Amplitude des magnetischen Flusses o als konstant annehmen, so ist
wobei die Amplitude Eo = o fi (t) die gleiche Zeitfunktion ist wie Bei konstanter
Amplitude des magnetischen Flusses ist demnach das der Amplitude Eo zur Kreisfrequenz
ca eine Konstante für irgendwelche Funktion = f1 (t), d. h. kehrt die Klemmen einer
Induktionsmaschine
Speist man umge-(Transformator, Asynchronmotor, elektromagnetische Stoßmaschine)
mit einem Wechselstrom mit Amplitude und variabler so daß
dann ist in diesem Fall die Amplitude des magnetischen Flusses ko in der Induktions;
maschine eine konstante Größe. Diese Konstanz hat zur Folge die Konstanz der EMK
und des Arbeitsstromesy woraus die Möglichkeit folgt, unter sehr verschiedenen Arbeits-)
bedingungen mit günstigem, gleichbleibendem Wirkungsgrad zu arbeiten.
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Ist die Schlüpfung nicht groß, so ist in einer elektromagnetischen
Stoßmaschine der Ankerstrom J dem Kraftfloß o und der S hlüpfu gsg sehwiundigkeit
Da die auf das Stoßorgan wirkende Zugkraft P dem Produkt des und des Ankerstromes
proportional ist, ist ferner
wobei C eine Konstante, o = Amplitude des Induktionsflusses, in der Maschine, VI
= Geschwindigkeit des Stoßorgans, VII = Geschwindigkeit des magnetischen
Wanderfeldes ist.
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Anderseits ist
wenn t die Zeit, M die Masse des Stoßorgans und F die Resultante der
Kräfte bedeuten; die zusätzlich der Kraft P auf das Stoßorgan wirken (z. B. die
Schwere- und die Reibungswiderstände).
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Daraus folgt:
und die Geschwindigkeit der Schlüpfung
In .allen Fällen, wo Beschleunigung erwünscht ist, wie z. B. bei StoLimaschinen,
soll die Kraft P konstant oder beinahe konstant sein. Um diese Bedingung zu erfüllen,
soll man die Schlüpfung v konstant halten, weil die eine durch, v Funktion ist.
vollständig Wählt man als Gesetz der Änderung von VI und o eine Funktion
der Zeit, so kann man leicht Vr finden und infolgedessen die Kreisfrequenz w, woraus
sich in Übereinstimmung mit der oben angegebenen Formel die Größe von E'o der momentanen
Amplitude der EMK ergibt.
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In dem besonderen Fall, wo das Stoßorgan einer gleichmäßig beschleunigten
Bewegung unterworfen ist, hat man:
V" und infolgedessen die Kreisfrequenz c sind hierbei lineare Funktionen der Zeit.
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Soll die Schlüpfung könstant sein, so muß konstant, in Übereinstimmung
mit dem
früher gesagten
konstant und demnach E'o ebenfalls :eine lineare Funktion der Zeit sein.
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Wenn wir die relative Schlüpfung konstant zu machen wünschen, so müssen
wir annehmen V=b.t, in welchem Ausdruck b = konstant, und infolgedessen
Es ist leicht zu ersehen, daß in diesem Fall muB. o umgekehrt proportional Wir wollen
nun den Fall der gleichmäßig sich ändernden Bewegung des Stoßorgans mit einem magnetischen
Flosse o = konstant näher betrachten, d. h. den Fall der linearen Abhängigkeit der
Kreisfrequenz w und der Amplitude der EMIi Eo von der Zeit, also den Fall Eo
° K # t -f -- l# wo I , l ', L und L' Konstante
sind.
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In Abb.2 der Zeichnung sind die Kurven der EMIse, der Geschwindigkeiten
sowie auch Kraftfloß- und Schwingungsdauer-
Längs der Strecke a - 3 ist der Strom unterbrochen. (Das Stoßorgan gibt seine lebendige
Kraft ab.) Auf der Strecke 3 -bewegt sich das Feld gleichmäßig beschleunigt in rückläufiger
Richtung nach der Formel:
Im ) i
ist der der K'2 ( Die Beschleunigung bei der Rückführung des Stoßorgans
ist halb so groß angenommen
Auf der Abb. z sind außerdem noch die folgenden Kurven dargestellt: kurven m einer
elektrischen Stoßmaschine (z. B. eines Hammers) während eines Arbeitsganges (Doppelhub)
graphisch dargestellt.
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Die Strecke r - a entspricht dem Arbeitshube der Maschine, der im
Punkte z mit einem Schlag oder Stoß endigt; die Strecke 2 - 3 ist :eine Arbeitspause,
worauf im Punkte 3 die Rückbewegung des Ankers folgt, zuerst mit Beschleunigung
(Strecke 3-4 ) und nachher mit Verzögerung (Strecke q. - 5), bis der Anker wieder
seine Anfangsstelle erreicht.
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Im nachstehenden bezeichnen wir mit t1, t2,
t und t5
die Zeitwerte, welche den Punk- -ten i, z, 3, q. und 5 der Kurven entsprechen, also
t, z. B. den Zeitwert, der dem Anfang des Arbeitshubes entspricht.
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Die verschiedenen Teile der Kurve e in Abb. z stellen die Werbe der
momentanen EMK, die Geraden o die Amplituden dieser EMK dar. Auf der Strecke i -
a wachsen die Amplituden linear. Nehmen wir an, daß die Kreisfrequenz ebenfalls
linear mit der Zeit zunimmt, so wird auch die Periodenlänge oder Schwingungsdauer,
welche umgekehrt proportional der Frequenz ist, umehehrt mit der Zeit sich (s. die
Kurve T).
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Für die Strecke i - .gelten dann folgende : Beziehungen wie diejenige,
die bei der Zuführung (Arbeitshub) aufgewendet wird, also . K1 = 2 und ; - z. K2
Punkt q, c 2 = (O2' = t2 (t
- t3), Vektor EMK t4 - t3)' E02
- E02 -Auf dem Teil q. - 5 findet die gleichmäßig verzögerte Bewegung des Stoßorgans
statt bis zum Anhalten am Oberende seines Hubes. Geschwindigkeit des. Tanderfelds
V
l; Geschwindigkeit des Stoßorgans V1; Induktionfluß
in
der Maschine zwischen i und z : cbo l ; Fluß in der Maschine zwischen 3 und q.:
CDo z ;
also a - Q03, wenn
so ist
.Stellen T1, T2, T die Kurven der Periodendauer (Schwingungsdauer) dar, so
hat man Das--im Amplitude F weist i Welle W
s d vorstehenden dargestellte Gesetz der Änderung der Frequenz sowie der kann in
vielen Fällen vorteilhaft angewendet werden, z. B. bei Stoßmaschinen, wie Schmiedehämmer,
Fallwerke usw. Indessen , ließe sich auch ein anderes Gesetz der requenzänderung
annehmen.
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Eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist in Abb.3 dargestellt.
Sie eine mit konstanter Geschwindigkeit sich drehende Welle W auf, welche ein Schwungrad
V trägt. Mittels der Schubstange wird gekennzeichnet, dem Rotor des Synchrongenerators
eine schwingende Bewegung auferlegt. Dieser G eneratorspeist den StänderlYh, M2
einer Stoßmaschine, deren Hammer .1 zugleich deren Läufer bildet. Auf der ist ein
nicht Fluß in der Maschine zwischen q. und 5, Boa ; hierbei ist dargestellter Diaurnen
befestigt, der auf den Erregerwiderstand Synchrongenerators arbeitet. Ändert man
die Geschwindigkeit der W, so ändert man die EMK und die Frequenz, so daB
also o=konst.