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Anordnung zum Betrieb von Elektromagnetmotoren für Schlagwerkzeuge
Elektromagnetmotoren für Schlagwerkzeuge, deren Anker oder Bär durch abwechselnd
erregte Magnetspulen in Hinundherbewegung versetzt wird, werden nach bisher bekannter
Art entweder so betrieben, daß eine vom Anker selbst gesteuerte oder beeinflußte
Schalt- oder Steuereinrichtung die Ströme in den :Magnetspulen steuert und daß dadurch
# Gleichlauf der Erregung der Magnetspulen mit den Bewegungen des Ankers erreicht
wird, oder aber in der Weise, -daß abhängig von einer festen Frequenz eines speisenden
Netzes den* Spulen gesteuerte Spannungswellen, beispielsweise über Ventilröhren,
zugeführt werden, wobei durch entsprechende Bemessung von Masse und Hub des Ankers
im Verhältnis zur elektrischen Leistungsaufnahme ebenfalls Gleichlauf zwischen Erregerfrequenz
und Ankerbewegung bewirkt wird.
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Bei gewissen Anwendungsgebieten elektromagnetischer Schlagwerkzeuge,
z. B. im Baubetrieb oder bei Verwendung als Gleisstopfmaschine u. ä" liegt nun bei
Fehlen eines Netzanschlusses die Notwendigkeit vor, die Speisung solcher Schlagwerkzeuge
unmittelbar von einem Stromerzeuger zu bewirken, der meist von einem Verbrennungsmotor
angetrieben wird. Dies ist ohne weiteres durchführbar mit Schlagwerkzeugen, die
eine eingebaute Steuervorrichtung für die Spulenströme besitzen. Es würde aber für
Schlagwerkzeuge der an zweiter Stelle beschriebenen Art bei Beibehaltung ihrer ursprünglichen
Betriebsweise notwendig sein, zunächst mit einem Stromerzeuger eine Wechselspannung
zu erzeugen und diese dann über Ventilröhren oder entsprechende Steuergeräte dem
Magnetmotor zuzuführen.
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Um einen solchen unwirtschaftlichen Auf-. wand zu vermeiden, hat man
bereits Anordnungen zum Betrieb elektromagnetisch angetriebener Schlagwerkzeuge
verwendet, deren Anker oder Bär durch eine Schlagspule und
eine
Rückhubspule mit abwechselnder Erregung 'bin und her bewegt wird. Dabei werden beide
Spulen je von einem Wicklungsstrang der Ankerwicklung eines Stromerzeugers in dauernd
geschlossenem Stromkreis gespeist. Je eine Halbwelle der einen und der anderen in
den Wickhtngssträngen induzierten Spannungen bewirken zusammen ein Arbeitsspiel
des Schlagwerkzeugs. Abweichend von dieser bekannten Einrichtung wird nun erfindungsgemäß
der zeitliche Verlauf der den Magnetspulen des Schlagwerkzeugs zugeführten Spannungswellen
durch besondere Bemessung des Stromerzeugers den durch die Bewegungsgesetze des
Ankers bedingten verschieden langen Hubzeiten möglichst weitgehend angeglichen.
Besondere Steuer- und Schaltvorrichtungen werden dadurch erübrigt und die Betriebssicherheit
der gesamten Anlage auf ein Höchstmaß gebracht.
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Es ist bekannt, daß die Bewegung des Ankers oder Bärs von Magnetmotoren
für Schlagwerkzeuge mit Schlag- und Rückhubspule in Richtung des Nutzschlages wesentlich
schneller erfolgt als in Richtung des Rückhubs, und zwar deshalb, weil der Bär durch
den Nutzschlag seine Bewegungsenergie ganz oder zum größten Teil abgibt und daher
seine Anfangsgeschwindigkeit im anschließenden Rückhub gleich Null oder nur gering
ist, während nach Beschleunigung im Rückhub der Bär wohl stets durch eine Feder
oder ein ähnliches elastisches Mittel aufgefangen wird, so daß er in den Schlaghub
mit erheblicher Anfangsgeschwindigkeit eintritt. Die Schlaghubzeit ist daher in
der Regel .erheblich kürzer als die Rückhubzeit, etwa nur 1,., bis J!.; der letzteren.
Dementsprechend müßte nun auch die Erregungsdauer der Schlagspule erheblich kürzer
sein als die der Rückhubspule, um Gleichlauf der magnetischen Antriebskräfte mit
den Bewegungen des Bär,-zu erreichen. Dieser Forderung kann beispielsweise die erwähnte
Steuerung mittel; Ventilröhren, die je eine Halbwelle einer symmetrischen Spannungswelle
eines Wechselstromnetzes auf die Magnetspulen schalten. nie gerecht werden.
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Die Einschaltdauer für Schlag- und Rückhubspule von Magnetmotoren
für Schlagwerkzeuge verschieden groß zu machen, ist für Magnetmotoren, deren Spulen
über einen Schalter mit umlaufender Kontaktwalze gesteuert werden, schon vorgeschlagen
worden. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird dagegen der gleiche Zweck unmittelbar
durch Bau und Bemessung des Stromerzeugers selbst erzielt, der zur Speisung des
Magnetmotors Verwendung findet. Dies kann z. B. durch unterschiedliche Spulenweite
der beiden Ankerwicklungen des Stromerzeugers oder durch verschiedene Breite der
Wicklungsstränge in der Umfangsrichtung, wenn sie durch dasselbe Feldsystem induziert
werden, erreicht werden in Verbindung reit geeigneter Feldkurvenform. Ein solcher
Stromerzeuger entspricht demnach in seinem Aufbau einem Zweiphasenwechselstromerzeuger,
dessen Phasenspannungen jedoch verschieden lange Zeitabschnitte :einer Periode umfassen
und die auch in ihren Höchst- und Effektivwerten im allgemeinen nicht gleich zu
sein brauchen Der zeitliche Verlauf der einzelnen Phasenspannung wird zweckmäßigerweise
nicht sinusförmig gestaltet, sondern zur Erzielung einer höheren Ausnutzung des
Schlagwerkzeugs einer Rechteckwelle nach Möglichkeit angenähert.
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In der Zeichnung sind die grundsätzliche Anordnung, die Erfordernisse
und Mittel zur Durchführung des Betriebsverfahrens nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt die Schaltung eines Schlagwerkzeugs mit dem zugehörigen
Stromerzeuger, _ Abb. z die Zeitfunktionen der Bewegung des Ankers des Schlagwerkzeugs,
der erforderlichen Spannungen und der Leistungsaufnahme der Magnetspulen, Abb. 3
und .i zwei Ausführungsbeispiele von Stromerzeugern.
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In Abb. i ist a der Anker oder Bär eines elektromagnetisch angetriebenen
Schlagwerkzeugs, der das bewegliche magnetische Schlußstück von magnetischen Kreisen
bildet, die durch -Magnetspulen b, c wechselweise erregt werden. Hierbei bewirkt
die Spule c den Rückhub nach vollendetem Nutzschlag, die Spule b den Schlaghub anschließend
an den Rückhub, an dessen Ende der Bär a elastisch, beispielsweise durch .eine Feder,
aufgefangen und in den Schlaghub hinein beschleunigt wird. Das hieraus sich ergebende
Weg-Zeit-Gesetz ist im ersten Schaubild der Abb. 2 dargestellt, das den Weg des
Bärs während der Rückhubzeit 7'1, und der Schlaghubzeit TS zeigt. Die Spulen b,
c liegen mit Wicklungen d, e eines beispielsweise synchronen Stremerzeugers in geschlossenen
Stromkreisen. Die V@'idslungen cI, e werden durch ein Feldsystem induziert mit Erregerwicklung
j, die z. B. durch eine Erregermaschine g gespeist wird.
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Uni Gleichlauf der Spulenerregungen des Schlagwerkzeugs mit den Bewegungen
seines Ankers bzw. Bärs herzustellen, sollen erfindungsgemäß die den Magnetspulen
b, @- zugeführten Spannungen einen zeitlichen Verlauf nach dem zweiten Schaubild
der Abb. a aufweisen. Um ferner eine möglichst große nutz- i bare Schlagarbeit am
Ende des Schlaghubes. d. h. möglichst hohe Ausnutzung des Schlag-
Werkzeugs
als Ganzem, zu erhalten, wird erfindungsgemäß wegen der erheblichen Unterschiede
der Hubzeiten durch entsprechende Bemessung der Magnetspulen bezüglich Windungszahl
und Leiterquerschnitt. im Verhältnis zur zugeführten Spannung dafür Sorge getragen,
daß die Zeitwerte der von der Schlagspule aufgenommenen Leistung wesentlich größer
sind als die zeitlich entsprechenden Zeitwerte der Leistung in -der Rückhubspule,
d. h. daß, die Leistung je Zeiteinheit während des Schlaghubes ,größer ist als diejenige
während des Rückhubes, so daß die Aufnahme an elektrischer Arbeit während eines
Arbeitsspiels in der Schlagspule möglichst derjenigen in der Rückhubspule gleichkommt
oder sie sogar übersteigt. Unter Beachtung der Einschaltvorgänge in den Spulen bei
ansteigender Spannung und der gleichzeitigen Bewegung des Ankers im Schlagwerkzeug
ergeben sich dann Zeitfunktionen der aufgenommenen Leistungen der Spulen nach dem
dritten Schaubild der Abb. 2, in welchem die stärker gezeichnete Schaulinie der
Schlagspule, die schwächer gezeichnete der Rückhubspule zugehört.
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Durch die erfindungsgemäße Anpassung der Zeitdauer der Spannungswellen
an den Bewegungsvorgang des Ankers und den Leistungsabgleich entsprechend den verschiedenen
Hubzeiten wird eile Höchstwert des Wirkungsgrades des Schlagwerkzeugs erreicht sowie
ferner ein Höchstmaß, an synchronisierender Wirkung zwischen Stromerzeuger und Schlagwerkzeug,
wodurch ein Außertrittfallen bei praktisch unvermeidlichen Schwankungen der Frequenz
des Stromerzeugers unterdrückt wird.
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Für die Erzeugung von Spannungswellen verschiedener Dauer, aber gleicher
Frequenz können beispielsweise Stromerzeuger verwendet werden mit .einem grundsätzlichen
Aufbau nach Abb. 3 oder g.. Der Stromerzeuger nach Abb. 3 besteht aus einem Läufer
h mit Erregerwicklung/ und einem Ständer i mit zwei Phasenwicklungen, von denen
-die Wicklung d mit geringerer Spulenweite zur Speisung der Schlagspule, die mit
größerer Spulenweite e zur Speisung der Rückhubspule dient. In der Bauart nach Abb.
q., die die gleichen Bauteile zeigt, -wird die verschiedene Dauer der Phasenspannungen
erreicht durch Verwendung eines Läufers A7 mit besonders geringer Polbreite, die
in der -ebenfalls mit möglichst geringer Breite angeordneten Wicklung d eine entsprechend
kurzzeitige Spannung für die Magnetspule b bewirkt, während in der über einen wesentlich
größeren Teil des Umfangs ausgelegten Wicklung e (mit beispielsweisse vier Spulen
in Reihenschaltung) eine mehrfach längere Spannungswelle für die Rückhubspule erzeugt
wird.
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Es erscheint im übrigen auch möglich, die für die Anordnung nach der
Erfindung notwendigen typischen Spannungswellen z. B. auch auf anderem, nicht synchronem
Wege, etwa über Sonderbauarten von Frequenzumformern o.,ä., zu erhalten.