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Elektrischer Drehstrom-Schwingantrieb für schwingende Arbeitseinrichtungen
mit geradliniger Schwingbewegung Zum Antrieb von Arbeitsmaschinen mit hin und her
gehender geradliniger Schwingbewegung ist es bekannt, elektromagnetische Schwingungserreger
zu verwenden. Diese Schwingungserreger . bestehen zumeist aus einem Elektromagneten,
welcher auf einen mit ihm durch Federn verbundenen Magnetanker periodische Anziehungskräfte
ausübt. Statt einer Feder kann auch ein weiterer Elektromagnet die Umkehrung der
Schwingbewegung hervorrufen.
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Die Verwendung derartiger elektromagnetischer Schwingantriebe stößt
bei größeren zu bewegenden Massen auf die Schwierigkeit, daß die einphasigen Elektromagnete
das in der Regel dreiphasige Speisenetz einseitig, also unsymmetrisch, belasten.
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Gegenstand der Erfindung ist ein für Drehstrom bestimmter Schwingantrieb
für geradlinig schwingende Arbeitseinrichtungen, bei dem alle drei Phasen des Drehstromnetzes
zum Hervorrufen der geradlinigen Schwingbewegung in gleichem Maße herangezogen werden:
Erfindungsgemäß besteht dieser Drehstrom-Schwingantrieb aus zwei Gruppen von drei
oder mehreren Elektromagneten, wobei jede Gruppe durch. periodische Erregung ihrer
Elektromagnete einen in ein und derselben Ebene umlaufenden Kraftvektor hervorruft,
und der Umlaufsinn der beiden Kraftvektoren derart entgegengesetzt ist, daß sich
die Kräfte bzw. deren Komponenten in der einen von zwei aufeinander senkrecht stehenden
Richtungen gegenseitig aufheben und in der anderen addieren.
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Zunächst soll an zwei in der Zeichnung wesenhaft dargestellten Ausführungsbeispielen
die Erfindung noch näher erläutert werden.
In Fig. i sind sechs
Elektromagnete i bis 6 auf einem Kreise in gleichem Abstand voneinander angeordnet
und werden durch einen vorzugsweise als ferroniagnetisches Schlul.lstück dienenden
Ringkörper 7 gehalten. Es ist angenommen, daß die Elektromagnete an dem in Schwingbewegungen
zu versetzenden Teil einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Schwingmühle, starr
befestigt sind. Inmitten der Elektromagnete ist eine ferromagnetische, zweckmäßig
lamellierte Hilfsmasse 8 angeordnet, welche als gemeinsame Ankermasse für sämtliche
Elektromagnete dient und mit dem in Schwingbewegungen zu versetzenden Teil und somit
mit den Elektromagneten federnd und schwingbar verbunden ist. Werden die Elektromagnete
erregt, so üben sie auf die Hilfsmasse 8 magnetische Anziehungskräfte aus.
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Die Elektromagnete i bis 6 sind nun derart in zwei Gruppen unterteilt
und an die drei Phasen eines Drehstromnetzes R, S, T angeschlossen, daß jede dieser
Gruppen einen mit konstanter Geschwindigkeit unilaufenden Kraftvektor von gleichbleibender
Größe. hervorruft, und zwar gehören zur einen Gruppe die Elektromagnete i, 3 und
5 und zur anderen Gruppe die Elektromagnete 2, d. und 6. Zur Kennzeichnung der beiden
Gruppen sind in der Zeichnung die Elektromagnete der Gruppen 2:4# 6 schraffiert.
Die Magnete i bis 6 sind an die drei Phasen ;des Drehstromnetzes derart angeschlossen,
daß die beiden Kraftvektoren der beiden Magnetgruppen in zueinander entgegengesetztem
Drehsinn umlaufen: der Kraftvektor der Gruppen i, 3, 5 läuft rechtsherum und der
Kraftvektor der anderen Gruppe linksherum. Die magnetischen Kraftflüsse der einzelnen
Magnete sind hierbei, wie die in die Figur für einen bestimmten Betriebsaugenblick
gestrichelt eingezeichneten Kraftflußlinien zeigen, miteinander verkettet.
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Des weiteren ist der Anschluß der Elektromagnete an das Drehstromnetz,
wie aus der Zeichnung ersichtlich, derart vorgesehen, daß sich die Kräfte in der
gestrichelt eingezeichneten x-Richtung gegenseitig aufheben und in der zu dieser
Richtung senkrechten v-Richtung addieren. Zur Erläuterung sei beispielsweise der
Augenblick der maximalen Erregung der Phase S herausgegriffen: der Kraftvektor der
schraffierten Gruppe zeigt genau nach unten und der Vektor der anderen Gruppe genau
nach oben. Beide Vektoren liegen also in der x-Richtung, haben jedoch entgegengesetzte
Richtung und lieben sich somit gegenseitig auf. Im Augenblick der maximalen Erregung
der Phasen R und T dagegen kann jeder der beiden Vektoren in zwei Komponenten nach
-r und v zerleIgt werden, wobei sich die Komponenten der x-Richtung wiederum gegenseitig
aufheben, die -Komponenten in der v-Richtung dagegen ad-Mieren. Der in der Zeichnung
dargestellte Antrieb ergibt also eine ausschließlich geradlinige Schwingbewegung
in der v-Riclitung bei gleichmäßiger dreiphasiger Netzspeisung, ohne daß zur Erzielung
der geradlinigen Bewegung irgendwelche Führungsschienen erforderlich sind.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig.-z ist dem der Fig. i ähnlich. Die
den Teilen i bis der Fig. i entsprechenden Teile der Fig. a sind mit i' bis 8' bezeichnet.
Unterschiedlich ist jedoch der magnetische Aufbau dieser Einzelteile, indem die
Magnete i' bis 6' [J-förinig ausgebildet sind. Dies hat zur Folge, daß die magnetischen
Kraftflüsse der einzelnen Magnete nicht, wie in Fig. i, miteinander verkettet sind,
sondern daß sich der magnetische Kraftfluß eines jeden Elektromagneten über der
Ankermasse in sich schließt (für den Magnet i' ist dieser Kraftfluß. in der Figur
eingezeichnet). Da der Ringkörper 7' hierbei nicht mehr als Leiter für den magnetischen
Kraftfluß benötigt tvird. so kann er aus einem magnetisch nichtleitenden Material
bestehen. Ebenso braucht auch die Hilfsmasse 8' nicht vollkommen aus ferromagnetischem
Material zu bestehen, sondern kann im wesentlichen aus einem beliebigen magnetisch
nichtleitenden Werkstoff tiergestellt sein, an dem dann die ferromagnetischen Anker
der Elektromagnete befestigt sind.
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Der Anschluß der -.LNlagriete i' bis 6' an die Drehstroinnetzphasen
R, S, T ist der gleiche wie der der Magnete i bis 6 in Fig. i. Auch hier ergeben
daher die beiden Magnetgruppen i', 3', 5' und 2', _', 6' zwei mit konstanter Geschwindigkeit
gegeneinander urilaufende Kraftvektoren von gleichbleibender Größe, welche sich
in der x-Richtung gegenseitig aufheben und in der -v-Richtung, addieren. Auch die
Anordnung nach Fig. 2 stellt also einen Drehstrom-Schwingantrieb dar, der bei gleichmäßiger
dreiphasiger Netzbelastung, eine ausschließlich geradlinige Scliwing1>e«-egung ausübt.
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Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung,
bei denen alle Elektromagnete symmetrisch angeordnet und von gleicher Größe sind,
zeichnen sich durch besondere Einfachheit aus. Auch die gemeinsame Ankermasse ergibt
einen einfachen Aufbau der Gesamtanordnung. je nach den vorliegenden Verhältnissen
kann jedoch eine Reihe baulicher Abweichungen vorgenommen werden. So können beispielsweise
die Elektromagnete
der beiden Gruppen auf zwei voneinander verschiedenen
konzentrischen Kreisen ungleichen Durchmessers angeordnet werden, wie es in Fig.
3 gezeigt ist. Die Elektromag'nete i, 3, 5 liegen hierbei auf einem kleinen, die
Elektromagnete 2, d, 6 auf einem größeren Kreis. Da- die Luftspalte zwischen den
einzelnen Elektromagneten und deren Anker zur Erziefung eines genauen Kräfteverhältnisses
alle gleich groß sein müssen, erhält die von den Ankern gebildete Hilfsmasse 8 die
aus der Zeichnung ersichtliche ungleichmäßige Form. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
ist im übrigen die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. i.
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Ferner kann die Hilfsmasse derart in zwei getrennte Hilfsmassen unterteilt
werden, daß jede der beiden Gruppen ihre eigene Hilfsmasse hat. Hierdurch ist es
möglich, auch die beiden Magnetgruppenkreise räumlich voneinander zu trennen und
je nach der Art und Bauform der anzutreibenden Arbeitsmaschinen an verschiedenen
Stellen anzuordnen: Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. d. gezeigt.
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In Fig. q. sind die Magnetgruppe r, 3, 5 mit dem Ringkörper 7 und
die Magnetgruppe 2, q., 6 mit dem Ringkörper g innerhalb ein und derselben Ebene
räumlich getrennt angeordnet, indem sie nebeneinander an dem in Schwingbewegungen
zu versetzenden Körper io, beispielsweise einem Schwingsieb, angebracht sind. Auch
hierbei werden sich die von den beiden Magnetgruppen erzeugten Kräfte in der erstrebten
Weise teils (in der Richtung y) addieren und teils (in der Richturig x) aufheben,
so daß wiederum eine - geradlinige Schwingbewegung in der Richtung y entsteht.
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Statt einer jeden der beiden Magnetgruppen oder einer von ihnen kann
auch eine Mehrzahl von Einzelgruppen vorgesehen werden, die, wie es in F'ig. 5 und
6 an zwei Ausführungsbeispielen gezeigt ist, bei symmetrischer Anordnung in ihrer
Gesamtwirkung der Wirkung einer einzigen Magnetgruppe gleichkommen.
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In Fig. 5 ist zum Antrieb des in Schwing= Bewegungen zu versetzenden
Körpers i i, bei spielsweise einer Schwingmühle, an jeder Stirnseite des Körpers
ii je eine Magnetgruppe i, 3, 5 mit dem Ringkörper 7 und je eine Magnetgruppe 2,
d., 6 mit dem Ringkörper g gleichachsig nebeneinander angebracht. Die eingezeichneten
Pfeile zeigen die Richtung der Kraftvektoren im Augenblick der Maximalerregung der
Magnete i und .l. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, haben die Vektoren der beiden
symmetrisch zum Schwerpunkt des Körpers i i angeordneten Magnetgruppen mit den Ringkörpern
7 in jedem Augenblick gleichen Richtungssinn und ergeben zusammen den resultierenden
Kraftvektor I, der im Schwerpunkt der Gesamtanordnung angreift und in einer zur
Achse des Körpers i i senkrechten Ebene umläuft. Die Wirkung der beiden Magnetgruppen
mit den Ringkörpern 7 kommt also der Wirkung einer einzigen Magnetgruppe gleich,
die man sich im Schwerpunkt der Gesarntanordnung denken kann. In gleicher Weise
ergeben die Kraftvelztoren der beiden ebenfalls symmetrisch angeordneten Magnetgruppen
mit den Ringkörpern g einen resultierenden Kraftvektor II, der mit entgegengesetztem
Umlaufsinn umläuft wie der Kraftvektor I und diesem im dargestelltem Zeitpunkt entgegengesetzt
ist. Die beiden Kraftvektoren I und II heben sich also in dem dargestellten Zeitpunkt
auf. Haben jedoch diese beiden Kraftvektoren zu einem anderen Zeitpunkt irgendeine:
andere Richtung, so summieren sie sich. jeweils zu einem Kraftvektor in der zur
Zeichnungsebene senkrechten Richtung. Auch in diesem Falle werden also die von den
Magnetgruppen erzeugten Kräfte in gleicher Weise wie bei allen anderen Ausführungsbeispielen
in der einen von zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen gegenseitig aufgehoben
und in der anderen summiert.
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Auch in Fig.6 ist sowohl die Magnetgruppe i, 3, 5 als auch die Magnetgruppe
2, d., 6 in je zwei Einzelgruppen mit den Ringkörpern 70 und 70' bzw.
go und go' aufgeteilt, doch liegen alle Einzelgruppen in der gleichen Ebene. Auch
hier kommen die Einzelgruppen mit den Ringkörpern 70 und 70' durch ihre symmetrische
Anordnung an dem in Schwingbewegungen zu versetzenden Körper io in ihrer Gesamtwirkung
der Wirkung einer einzigen Magnetgruppe gleich, desgleichen die Einzelgruppen mit
den Ringkörpern go und go', wie in der Zeichnung wiederum durch die aus den Einzelvektoren
der Magnetgruppen resultierenden KraftveNto,ren I und II angedeutet ist.
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Schließlich können bei allen erläuterten Ausführungsmöglichkeiten
die Magnete und Anker hinsichtlich ihrer gegenseitigen räumlichen Lage auch jeweils
miteinander vertauscht -werden, so daß dann die Magnete die Hilfsmasse bilden, welche
von den kreisförmig angeordneten, den Anker bildenden Magnetkernen kornzentrisch
umgeben wird.
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Bei allen bisher besprochenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung
wird durch die mit umlaufendem Kraftvektor arbeitenden Schwingantriebe eine geradlinige
Schwingbewegung erzielt, deren Richtung durch die gewählte Anordnung und Schaltung
der einzelnen
Elektromagnete genau festgelegt ist. Je nach der
gewünschten b:zw. erforderlichen Schwingrichtung der anzutreibenden Arbeitsmaschine
kann also der Schwingantrieb nach der Erfindung in einer entsprechenden räumlichen
Winkelstellung an der Arbeitsmaschine angebracht werden. Der Schwingantrieb kann
auch derart verdrehbar an der Arbeitsmaschine angebracht werden, daß seine Winkelstellung
zur Arbeitsmaschine und somit die Winkellage seiner Schwingrichtung während des
Betriebes verschieden einstellbar ist. Der Betriebsmann kann dann durch Verdrehung
des Schwingantriebes die Arbeitsmaschine mit jeder gewünschten Schwingrichtung betreiben.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Schwingantrieb
derart ausgebildet, daß die Winkellage der Schwingrichtung rein elektrisch, also
ohne eine räumliche Verdrehung des Schwingantriebes an der Arbeitsmaschine, geändert
werden kann. Erfindungsgemäß werden hierfür einfache Mittel an sich bekannter Art
vorgesehen, durch die der Anschluß der einzelnen Elektromagnete an die drei Phasen
des Drehstromnetzes geändert werden kann. An Hand der Fig. z soll dies näher erläutert
werden In Fig. i sind die sechs Elektromagnete i bis 6 in einer ganz bestimmten
Weise an 'das Drehstromnetz angeschlossen, wodurch sich eine ganz bestimmte Schwingrichtung,
nämlich eine Schwingbewegung in waagerechter Richtung, ergibt. Vertauscht man nun
die Anschlußleitungen der sechs Elektromagnete derart, daß jede Anschlußleitung
im Kreise um je einen Elektromagnet, also um einen Winkelbetrag von 6o°, weiterrückt,
so wird auch die vorher waagerechte Schwingrichtung um den gleichen Winkelbetrag
von 6o° verdreht. Die Anschlußleitungen können hierbei entweder rechts- oder linksherum
im Kreise weitergerückt werden, wodurch auch die Schwingrichtung rechts- bzw. linksherum
um 6o' verdreht wird. Es können also allein durch das Vertauschen der Anschlußleitungen
statt einer einzigen Schwingrichtung drei verschiedene Schwingrichtungen wahlweise
zur Wirkung gebracht werden.
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Statt die Anschlußleitungen aller Elektromagnete weiterzurücken, genügt
es sogar, lediglich die Anschlußleitungeneiner der beiden Magnetgruppen um je einen
Elektromagnet dieser Gruppe. also um jeweils 12o°, weiterzuriicken. Man kann somit
je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen beispielsweise die eine der drei Schwingrichtungen
durch entsprechenden Anbau des Schwingantriebes an die Arbeitsmaschine waagerecht
oder senkrecht vorsehen und hat dann die Möglichkeit, betriebsmäßig von der waagerechten
bzw. senkrechten Schwingrichtung wahlweise entweder auf eine gegenüber dieser um
6o° vorverschobene oder auf eine um 6o" zurückverschobene Schwingrichtung überzugehen.
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Wendet man diese rein schaltungstechnische Umstellung der Schwingrichtung
zugleich mit einer räumlichen Verdrehung der Winkelstellung des Schwingantriebes
an, so genügt bereits eine räumliche Verdrehungsmöglichkeit nach beiden Seiten um
30°, um jede beliebige Winkellage der Schwingrichtung einstellen zu können.
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Schließlich ist es gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung auch
möglich, den Schwingantrieb durch rein schaltungstechnische Maßnahmen betriebsmäßig
von einer geradlinigen Schwingbewegung auf eine umlaufende Schwingbewegung umzuschalten.
Hierzu brauchen lediglich die Anschlußleitungen zweier Elektromagnete einer der
beiden Elektro:magnetgruppen miteinander vertauscht zu werden. Vertauscht man beispielsweise
bei dem Schwingantrieb nach Fig. i die Anschlußleitungen der Elektromagnete 2 und
4. der schraffierten Elektromagnetgruppe miteinander, so erzeugen beide Elektromagnetgruppen
einen rechtsherum umlaufenden Kraftvektor. Diese beiden Kraftvektoren laufen mit
einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 6o° um und können zu einem resultierenden
umlaufenden Kraftvektor zusammengezogen werden, welcher gegenüber den Einzelvektoren
1.gmal größer ist und ebenfalls mit gleichbleibender Geschwindigkeit und gleichbleibender
Größe umläuft. Ist eine der beiden Elektromagnetgruppen unabhängig von der anderen
räumlich vierdrehbar, so können die beiden zueinander phasenverschoben umlaufendenEinzelvekto.rendurch
gleichzeitige Verdrehung der Elektromagnete auch zur Deckung gebracht und ein resultierender
Kraftvektor erzielt werden, welcher gleich der Summe der beiden Einzelvektoreli
ist.
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Das Vertauschen der Anschlußleitungen der einzelnen Elektromagnete,
sei es zur Änderung der Schwingrichtung oder sei es zum (:'1)ergang von geradliniger
auf kreisförini"e Schwingbewegung, geschieht vorteilhaft mittels einer entsprechend
eingerichteten Schaltwalze, wodurch die Bedienung des Schwingantriebes außerordentlich
erleichtert wird. Der Bedienungsmann kann durch Verstellen der Schaltwalze jede
betriebsmäßig erforderliche oder gewünschte Schwingrichtung sowie auch die eine
oder die andere der beiden erwähnten Schwingungsformen einstellen. Erfordert die.
Bedienung einer schwingenden Arbeitsmaschine beispielsweise eine ganz bestimmte
Reihenfolge
verschiedener Schwingrichtungen und Schwingungsformen, so können die einzelnen aufeinanderfolgenden
Schaltstellungen der Schaltwalze entsprechend ausgebildet werden.