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Einrichtung zur Vermeidung von unzulässig starken Rückstößen bei elektromagnetischen
Antriebsvorrichtungen Es sind elektromagnetische AntrilehsvorrIchtungen*zur Erzeugung
mechanischer BewegLmgen bekanntgeworden, die aus seiner Magnetspule als veränderlicher
"Induktivität, weiteren festen Induktivitäten wie gesättigten-Drosseln oder Luftdrosseln
und aus Kapazitäten biestehen; die zusammen mit Wi rkwiderständien in Reihe geschaltet
sind und mit Wechsielspannung üblicher Netzfrequenz gespeist werden. Durch die Reihenschaltung
der vorgenannten Bauelemiente und die Veränderlichkeit der Induktivität der Magnetspule,
hervorgerufen durch die Bewegung des Magnietkernes oder Ankers, @entstehen bekanntlich
Stromsprungerscheinungen oder vollständige Kippvorgänge je nach der Art der Abgleichung
der Induktivitäten und Käpazitäten, Zur Erzeugung schneller mechanischer Bewegungen,
wie z. B. für elektromagnetische Schlagwerkzeuge, hat sich die erstgenannte Betriebsart
.als vorteilhaft gezeigt, insbesondere wenn der Stromkreis für dien Kl@einstwert
der Induktivität der Magnetspule, d. h. für offenen -Magnetkreis der Spule, genau
oder angenähert .auf Resonanz -,abgestimmt wird. Bei gegebener Netzspannung erreicht
der Strom bei offenem Magnetkreis Beinen stationären Größtwert, der durch Berechnung
oder Messung feststiellbar ist. Befindet sich der Anker .in der geschlossenen Stellung,
welcher der Höchstwert der Induktivität der Magnetspule entspricht, so ergibt sich
in dieser Stellung ein stationärer Kleinstwert des Stromes. Der Übergang vom Größtwert
zum
Kleinstwert vollzieht sich in bekannter Weise entsprechend den Kennlinien von Strom
und Spannung für verschiedene Ankerstellungen.
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Wie weiterhin bereits bekannt ist, beruht bei derartigen Anordnungen
die Möglichkeit der Umsetzung elektrischer Energie in mechanische Leistung darauf,
daß bei genügend schneller Bewegung des Magnetankers die Änderung des Stromes hinter
der Änderung der Induktivität - oder auch anderer Stromkreiskonstanten -- zeitlich
nacheilt, und zwar wegen der elektrischen Trägheit der Induktivität. Bei den oben
beschriebenen, mit Wechselspannung gespeisten Reihenschaltungen sind die bei sich
bewegendem Magnetanker auftretenden Halbwellenscheitelwerte des Stromes im Vergleich
mit den stationären Scheitelwerten bei offenem Hammer um so kleiner, je schneller
die mechanische Bewegung erfolgt, d. h. je kürzer die Dauer der Bewegung des Magnetankers
aus der offenen in die geschlossene Stellung ist. Die Halbwellenamplituden nehmen
dabei zu und ab nach einer zeitlichen Funktion, der sogenannten- Hüllkurve, deren
-Verlauf durch die Zunahme der Induktivität der Magnetspule während des Hubes maßgebend
bestimmt ist.
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In der Anwendung der oben beschriebenen Einrichtungen für den Betrieb
von elektromagnetischen Schlagwerkzeugen mit zwei Spulen, Schlag- und Rückhubspule,
sind zwei solcher Reihenstromkreise erforderlich, die wegen der bekannten Verschiedenheit
der mechanischen Bewegungsbedingungen für den Schlag- und Rückhub bezüglich der
Windungszahl der Magnetspulen, des Verlaufs ihrer magnetischen Leitfähigkeit längs
des Hubes und der Größe der Induktivitäten und Kapazitäten zweckmäßig verschieden
ausgelegt werden. Das Prinzipbild eines solchen Schlagwerkzeugs zeigt die Zeichnung.
Hierin ist i die Arbeits- oder Schlagspule, die den Anker oder Schläger 3 im Schlaghub
bis zum Aufschlag auf das Werkzeug ¢ beschleunigt. Die Rückhubspule a zieht alsdann
den Anker zurück, bis er auf eine Umkehrfeder 5 auftrifft, die ihn elastisch auffängt.
Jeder der Spulenstromkreise enthält noch eine feste Induktivität 6 bzw. 7, die eine
gesättigte oder lineare Kennlinie oder eine Kombination beider aufweist, ferner
je eine Kapazität 8 bzw. cg. Außerdem sind noch die Olunschen Widerstände der Magnetspulen,
der Drosseln und Zuleitungen in den Stromkreisen enthalten. Auf den Widerstand i
o wird später zurückgekommen werden. Die Stromkreise werden von einer Wechselspannungsquelle
i i mit konstanter Frequenz gespeist; mit dieser Stromquelle werden sie genau oder
angenähert auf stationäre Resonanz abgestimmt. Da die Umkehrfeder 5 mit dem Körper
des Schlagwerkzeugs verbunden ist, erzeugt das Aufprallen des Schlägers auf die
Feder einen Rückstoß, der von der das Schlagwerkzeug haltenden Hand aufgenommen
«-erden mul5. Es hat sich nun gezeigt, daß der Rückstoa.) solcher Schlagwerkzeuge
mit den oben angeführten w echselstromgespeisten Reihenschaltungen erträglich ist,
solange das Schlag Werkzeug synchron läuft, d. h. solange auf ein Arbeitsspiel,
also auf eine Folge von Rückhub und Schlaghub, eine ganze Anzahl von Stromhalbwellen
entfällt. Dabei sind unter synchronem Betrieb in aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen
gleichbleibende elclc-' trische und mechanische Vorgänge zu verstehen. Ein solcher
synchroner Lauf läßt sich nun nicht immer erzwingen, weil durch die Veränderlichkeit
der Aufschlagbedingungen im Nutzschlag auch die Anfangsgeschwindigkeit des Schlägers
im Rückhub in weiten Grenzen veränderlich ist. Es tritt daher vorwiegend der Fall
asynchronen Laufes ein, «vobei das zeitliche Ende des Schlaghubes mit irgendeiner
zeitlichen Phase einer Stromlialbwelle zusammenfallen kann. Steigt die betreffende
Stromhalbwelle noch an, so wird erfahrungsgemäß trotz des absolut kleinen Betrages
der Halbwelle der Schläger nach dem Aufschlag durch die Schlagspule magnetisch festgehalten,
bis die Stromhalbwelle nahezu auf Null abgefallen ist. Inzwischen ist aber der Strom
in der Rückhubspule bereits im Ansteigen begriffen und steigt' infolge der Verz5gerung
der Rückhubbewegung auf einen im Verhältnis zum stationären Scheitelwert wesentlich
höheren Betrag an als bei synchronem Lauf. Da- außerdem die Rückhubzeit wesentlich
länger wird. weil der i Rückhub mit der Anfangsgeschwindigkeit o beginnt, ist auch
die Anzahl der im Rückhub wirksamen Halbwellen größer. Daraus ergibt sich eine wesentlich
größere Beschleunigung und damit auch größere Endgeschwin- i digkeit des Schlägers,
die praktisch unerträgliche Rückstöße des Schlagwerkzeuges zur Folge hat.
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Um diese, die Verwendbarkeit solcher Schlagwerkzeuge gefährdenden
Vorgänge zu ver- i hüten, ist bereits vorgeschlagen worden, die magnetische Verzögerung
des Schlägers nach dem Aufschlag dadurch zu verringern, daß dem Strom des Schlagspulenkreises
Stromoberwellen höherer Frequenz überlagert werden, die während der Zeit, in der
die Stromgrundwellen im Schlagspulenkrels klein sind, mehrfache Stromnulldurchgänge
des gesamten Schlagspulenstromes bewirken. Als Mittel hierzu ist ebenfalls bereits
vorgeschlagen worden, eine ausgeprägte dritte Oberwelle durch Parallelschaltung
einer Kapazität zu einer
gesättigten Drossel zu erzeugen. Dieses
bekannte Mittel hat ,aber den Nachteil, daß durch die beträchtliche Stromoberwelle
eine erhebliche Vergrößerung der Eisenverluste im magnetischen Kreis eintritt. Durch
die hierfür notwendige Größe der gesättigten Drossel werden die Spannungsgrenzen
der Netzspannung, innerhalb deren ein einwandfreier Betrieb möglich ist, praktisch
zu eng.
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Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß das magnetische Festhalten
durch die Schlagspule an sich unschädlich ist, wenn es nur gelingt, eine übermäßige
Beschleunigung des Schlägers im anschließenden Rückhub zu verhindern. Als Mittel
hierfür wird erfindungsgemäß der Wirkwiderstand des gesamten Rückhubspulenkreises
auf ein Mehrfaches des Wirkwiderstandes der Rückhubspule erhöht, z. B. durch Einfügung
eines zusätzlichen, in der Zeichnung mit i o bezeichneten Wirkwiderstandes in den
Rückhubkreis. Hierdurch kann der stationäre Größtwert des Rückhubspulenstromes =
Spannung Wirkwiderstand beliebig begrenzt werden. Infolge der vektoriellen Zusammensetzung
der induktiven und kapazitiven Spannungsanteile mit dem Ohmschen Spannungsabfall
tritt bei zunehmender Induktivität der Rückhubspule im Anfang des Rückhubes infolge
Überwiegens des Ohmschen Spannungsabfallvektors nur ein langsames Absinken des Stromes
ein, so daß immer noch eine genügend große, aber keine übermäßige Leistungsumsetzung
im Rückhub erfolgt.
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,Ein praktischer Versuch hat gezeigt, daß hiermit eine weiche, rückstoßarme
Arbeitsweise solcher Schlagwerkzeuge erreicht werden kann. Gegenüber diesem großen
Vorteil ist der damit verbundene Nachteil eines zeitweise stärkeren Absinkens der
sekundlichen Schlagzahl sowie einer geringen Zunahme der Strornwärmeverluste unerheblich.
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Die Erfindung hat in der Anwendung auf elektromagnetische Schlagwerkzeuge,
weil diese von Hand gehalten werden, ihre besonderen Vorzüge. Sie kann aber allgemein
auch für elektromagnetische Antriebsvorrichtungen anderer Art mit veränderlichen
Betriebsbedingungen, die keinen stetig synchronen Lauf gestatten, mit gleichem Vör
teil angewendet werden.