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Elektromagnetischer Schwingungserzeuger Den Gegenstand der Erfindung
bildet ein elektromagnetischer Schwingungserzeuger, durch den die elektrische Energie
in mechanische Energie in Gestalt von Schwingungen umgewandelt wird.
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Der erfindungsgemäße elektromagnetische Schwingungserzeuger, bei dem
ein beweglicher Körper in Wechselbewegung versetzt wird, kennzeichnet sich durch
zwei Magnetkreise, und zwar einen feststehenden und einen beweglichen, wobei der
letztere den beweglichen Körper des Schwingungserzeugers bildet und in bezug auf
den feststehenden Magnetkreis schwingen kann. Der bewegliche Körper arbeitet mit
Rückzugsfedern zusammen, und wird durch Überlagerung eines Wechselfeldes und eines
stets gleichgerichteten Magnetfeldes in den beiden Magnetkreisen und durch die dadurch
bedingten wechselnden Anziehungs- und Abstoßungskräfte (die letzteren durch die
Federwirkung erzeugt) in Schwingungsbewegungen versetzt.
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In der Zeichnung sind beispielsweise mehrere Ausführungen eines erfindungsgemäßen
Schwingungserzeugers dargestellt.
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Fig. i veranschaulicht schematisch den Grundgedanken eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 2, 3 und 4 sind jeweils eine Seitenansicht; eine Draufsicht und ein Schnitt
dieses Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers Fig. 5
ist das Schaltungsschema dieses Schwingungserzeugers;
Fig. 6, 7
und 8 sind schematische Darstellungen, aus denen die Verteilung der Kraftlinien
bei der Anordnung gemäß Fig. i ersichtlich ist; Fig. 9 ist ein Vergleichsdiagramm;
Fig. 1o, 11, 12, 14 und 15 zeigen jeweils andere Ausführungsbeispiele;' Fig. 13
ist das Schaltungsschema eines Schwingungserzeugers, der mit kombinierten Wechsel-
und Gleichströmen betrieben wird; Fig. 13a und 13b zeigen schematisch die Verteilung
der Kraftlinien für die Anordnung gemäß Fig. 13; Fig. 16 zeigt eine Änderung des
Schaltungsschemas gemäß Fig. 5.
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Der in den Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellte Schwingungserzeuger besteht
aus folgenden Teilen: i. Einen Ständer a, der den feststehenden Magnetkreis trägt.
Dieser ist durch zwei Elektromagnete mit hufeisenförmigen Lamellenkernen b1 und
b2 gebildet, von denen jeder mit je zwei Spulen cl, c2 und c3, c4 versehen ist,
die beim Durchfließen des Wechselstroms einen wechselnden Magnetfluß erzeugen.
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Einen Anker oder beweglichen Magnetkreis, der durch einen Lamellenstab
d gebildet ist und sich lose in den beiden Spulen e1 und e2 bewegen kann. Letztere
werden getrennt von dem einen oder anderen Wechsel des Wechselstroms durchflossen.
Die Verteilung der beiden Wechsel geschieht dabei durch einen Wechseltrennerg,derauszwei
Unterbrechern Hund f2 besteht. Infolge dieser Verteilung erzeugen die beiden Spulen
einen magnetischen Gleichfluß, der also stets die gleiche Richtung hat.
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Zwei durch die Blätter hl, h2 und h3, h4 gebildete Doppelfedern, die
am Ständer a mit den Enden und in der Mitte an den beiden Enden des Ankers d befestigt
sind, halten diesen Anker in der mittleren Ruhelage. In dieser Lage ist der Anker
von den Polen der feststehenden Magnete durch einen Spalt von einem oder mehreren
Millimetern getrennt.
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Zwei kleine Lenker il und i2, die an den beiden Enden des Ankers d
befestigt sind, übertragen die Schwingungsbewegungen auf das zu betätigende Gerät.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Im Verlauf einer Periode
fließt der Wechselstrom während des ersten Wechsels durch die Spulen in der Richtung
cl, c.= und c3, e4 und erzeugt dadurch eine magnetische Pulsation, die in der durch
den vollen Strich (Fig. 6) angedeuteten Richtung durch die feststehenden Magnete
b1, b2 geht. Während des zweiten Wechsels durchfließt der Strom die gleichen Spulen
in der entgegengesetzten Richtung und erzeugt dadurch eine Pulsation, die in der
gestrichelt angedeuteten Richtung (Fig. 6) durch die feststehenden Magnete b1, b2
geht. Es entsteht somit ein wechselnder Magnetfluß. lin Verlauf der gleichen Periode
steht der in passender Weise geregelte Unterbrecher f1 des Wechseltrenners g mit
diesem während des ersten Wechsels in Berührung. Der Strom fließt durch die Spule
e1 in der Richtung f1, e1 (Fig. 5) und erzeugt eine magnetische Pulsation, die durch
den Anker d in der strichpunktiert angedeuteten Richtung (Fig. 6) geht. Der Unterbrecher
f2 stellt den Kontakt während des zweiten Wechsels her und der Strom fließt durch
die Spule e2 in der Richtung e2, f 2 (Fig. 5). Da die Spulen e1, e2 in gleichem
Sinn gewickelt sind, geht diese letzte Pulsation durch den Anker d in der gleichen
Richtung wie während des ersten Wechsels, also in der strichpunktiert angedeuteten
Richtung. Der im Anker herrschende Magnetfluß ist somit gleichgerichtet und wellenförmig.
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Während des ersten Wechsels wird der Anker d vom Hufeisenmagnet b1
angezogen. Sobald der Spalt den kleinsten Wert erreicht, geht fast der ganze Magnetfluß
des Ankers durch b1 (Fig. 7). Während des zweiten Wechsels wird der Anker d vom
Hufeisenmagnet b2 angezogen. Sobald der Spalt den geringsten Wert erreicht, geht
fast der ganze Fluß durch den Magnet b2 (Fig. 8). Diese Hinundherbewegungen wiederholen
sich, so daß dadurch eine Schwingungsbewegung entsteht. Zweckmäßig gewählte Kondensatoren,
die an den geeigneten Stellen angebracht sind, verbessern die Wirkungsweise der
Vorrichtung. Zwischen zwei Pulsationon ist der Fluß in den Magneten b1, b2 gleich
Null. Dieser Fluß wird im Anker d auf die Remanenz beschränkt.
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Die Unterbrecher f1 und f2 des Wechseltrenners g werden vom beweglichen
Körper betätigt. Sie können jedoch auch von einem kleinen getrennten Schwingungserzeuger
in Tätigkeit gesetzt werden und einen besonderen Teil bilden. In gewissen Fällen
ist es zweckmäßig, einen Drehunterbrecher anzuwenden, der dann von einem kleinen
Synchronmotor angetrieben wird.
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Durch Zusammenstellung mehrerer Einphasenwechseltrenner erzielt man
einen Mehrphasentrenner, der, wenn er durch Mehrphasenstrom betätigt wird, die Wechsel
der verschiedenen Phasen nacheinander in die entsprechenden Spulen des Ankers leitet.
Das auf diese Weise erzielte Feld ist kontinuierlich und praktisch konstant. Fig.
9 zeigt den Verlauf eines kontinuierlichen Flusses, der mit Dreiphasenstrom oder
Drehstrom erzielt wird. Die Magnetflüsse der drei Phasen sind strichpunktiert angedeutet,
der resultierende Fluß mit vollen Strichen und der kontinuierliche wellenförmige
Fluß mit vollen Strichen und Punkten. Selbstverständlich erzielt man den gleichen
Magnetfluß bei Anwendung von Gleichstrom, der von einer beliebigen Quelle geliefert
werden kann. Verfügt man aber nur über Drehstrom, so entstehen Verluste durch Stromwandlung.
Die im Anker des beschriebenen Schwingungserzeugers benutzten kontinuierlichen und
@ konstanten Flüsse erzeugen die gleiche Schwingungsbewegung. Wegen des das gleichgerichtete
und wellenförmige Magnetfeld ersetzenden gleichgerichteten Magnetfeldes von konstantem
Wert entsteht aber ein Überschuß an Magnetfluß, der in der mittleren Lage unbenutzt
bleibt, und ein Verlust an Magnetfluß in den beiden Endlagen (Fig. 9). In den Fällen,
wo diese Nachteile unwesentlich sind, kann man eine Vorrichtung mit.solchen Flüssen
anwenden.
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Vorzugsweise kommt dann die Vorrichtung mit äußerem Anker gemäß den
Fig. io, ii und 12 zur Anwendung. Diese sind jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht
und ein Teilschnitt dieses Ausführungsbeispiels. Hier sind die Funktionen der verschiedenen
Teile umgekehrt. Der feststehende Teil b1, b., der Fig. i, 2,3 und
4 mit den Spulen cl, c2 und c3, c4 bildet hier den beweglichen Teil b1, b2, und
der bewegliche Teil d mit den, Spulen e1, e2 bildet den ruhenden Teil dl, d2, d3.
In
den Fig. io und 12 ist punktiert ein weiteres Ausführungsbeispiel angedeutet, bei
dem der Magnetkreis dl, d2, d3 durch die Teile d4, db, d6 und die Spulen
e3 e4 verdoppelt ist. Die Lenker i sind an dem beweglichen Körper b1, b2 befestigt,
von dem sie magnetisch isoliert sind.
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Fig. 13 zeigt das Schaltungsschema dieser Anordnung für das in den
Fig. io und 12 angedeutete Ausführungsbeispiel. Die Verteilung der Kraftlinien geschieht
in der in den Fig. 13a und 13b angedeuteten Weise.
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Während des ersten Wechsels fließt der Strom durch die Spulen
c, »c" cl, c2 in der in Fig. 13 durch die mit vollen Strichen eingezeichneten
Pfeile angedeuteten Richtung und erzeugt eine Feldpulsation, welche durch den beweglichen
Körper b1, b2 in der in Fig.13a durch einen vollen Strich angedeuteten Richtung
geht. Während des zweiten Wechsels durchfließt der Strom die gleichen Spulen in
der entgegengesetzten Richtung, die in Fig. 13 durch die punktierten Pfeile angedeutet
ist, und erzeugt dadurch eine Magnetpulsation, die durch den beweglichen Körper
b1, b2 in der in Fig.13b durch die punktierte Linie angedeuteten Richtung geht.
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Durch die Spulen e1, e2, e3, e4 der Fig. 13 fließt ein Gleichstrom,
der ein gleichgerichtetes Magnetfeld gemäß der in den Fig. 13a und 13b strichpunktiert
gezeichneten Linie erzeugt.
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Während des ersten Wechsels, d. h. während der ersten Halbwelle des
Wechselstroms, wird der Teil b1 des beweglichen Körpers b1, b2 in Richtung der strichpunktiert
angedeuteten Linie (Fig.13a) angezogen. Während des zweiten Wechsels wird der Teil
b2 des beweglichen Körpers b1, b2 in Richtung dieser strichpunktiert angedeuteten
Linie angezogen (Fig. 13b). Durch die Wiederholung dieser hin und her gehenden Bewegung
entsteht eine Schwingungsbewegung des beweglichen Körpers b1, b2.
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Fig. 14 veranschaulicht den Grundgedanken eines Ausführungsbeispiels,
bei dem die Schwingungsbewegungen in einfacher Weise verstärkt werden. Das eine
der beiden Enden des Ankers d ist mit einem Zapfen j in einem Lager k angeordnet.
Auf das andere Ende wirken die Federn hl, h2 ein und an diesem Ende greift
auch der Übertragungslenker i gelenkig mit einem Zapfen l an. Mit Hilfe einer geeigneten
Vorrichtung kann man auch den Ständer b1, b2 längs des Ankers d (gemäß den Pfeilen
der Fig.14) verschieben und dadurch die Amplitude der Schwingungsbewegungen verändern.
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Fig. 15 zeigt schematisch einen mehrpoligen Schwingungserzeuger. Der
Magnetfluß des ersten Wechsels ist mit vollen Strichen, derjenige des zweiten Wechsels
mit punktierten Strichen angedeutet. Der resultierende Fluß ist strichpunktiert
angedeutet. Eine Ausführungsmöglichkeit dieses Schwingungserzeugers besteht darin,
die verschiedenen Teile diametral gegenüberliegend anzuordnen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Teile in Gruppen auf einer zylin-<Irischen Fläche anzuordnen.
Für ein besseres Verständnis der Zeichnung wird nachfolgend die erste dieser Ausführungsmöglichkeiten
näher beschrieben.
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Der feststehende Magnetkreis besteht aus den Teilen b1, b2, b3 und
b4, die an einem Ständer a befestigt und mit Spulen cl, c2, c3, c4 versehen
sind. Es entsteht dadurch ein mehrpoliger Ständer S. Der bewegliche Magnetkreis
besteht aus den Teilen dl, d2, d$ und d4, die finit den Spulen e1, e2, e3, e4, e6,
e. und e7, e8 versehen und auf einer Welle m befestigt sind. Es entsteht dadurch
der Läufer R. Sämtliche Spulen des Ständers und des Läufers sind derart geschaltet,
daß eine Verteilung der Kraftlinien erzielt wird, die in jedem Teil des Läufers
gleichgerichtete Bewegungen erzeugt, wie dies durch die Pfeile der Figur angegeben
ist. Die Übertragung. der Schwingungsbewegung kann, mit oder ohne Verstärkung, durch
Lenker, Seil- oder Riemenscheiben oder durch sonstige mechanische Mittel erfolgen.
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Die Anziehung mit Doppelwirkung, welche die Grundlage der beschriebenen
Vorrichtung bildet, erzeugt eine Arbeit in Gestalt von Schwingungsbewegungen, deren
Zahl der Frequenz des sie erzeugenden Stroms entspricht. Mit 50 Perioden
erzielt man auch 50 Schwingungsbewegungen. Diese Arbeit wird in den Federn
hl, h2 und h3, h4 (Fig. 1, 2 und 3) aufgespeichert, die sie ihrerseits an die in
Schwingungsbewegung zu versetzenden Massen übertragen. Die Blattfedern können in
gewissen Fällen durch Schraubenfedern oder eine sonstige den gleichen Zweck erfüllende
Vorrichtung ersetzt werden. Diese Teile sind. nicht unbedingt am beweglichen Körper
anzubringen. Sie können auch mit Zugstangen oder Lenkern verbunden sein, oder zu
den zu betätigenden Geräten gehören. Sie sind derart berechnet, daß sie die Massen
ausgleichen können, die in dauernde Schwingungsbewegungen versetzt werden sollen.
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Für dis Ausführungen mit geringer Leistung kann man trotz eines geringeren
Wirkungsgrades auch . die Schaltung gemäß Fig. 16 anwenden. Hier ist die Anwendung
für die Vorrichtung gemäß den Fig. 1, 2, 3, 4 und 14 gedacht. Die Spulen ei und
e2 der Fig. 5 sind beseitigt. Die Schwingungsbewegungen werden durch den Wechseltrenner
g erzeugt, der einen . Wechsel in die Spulen cl, c2 des Hufeisenkernes b1 und den
anderen in die Spulen c3, c4 des Hufeisenkernes b2 leitet. Die Spulen cl, c2 und
c3, c4 sind durch die Spulen ei, e2, es, e4 der Fig. 16 ersetzt und die Schaltung
ist derart getroffen, daß die beiden Magnetflüsse, die abwechselnd durch den Anker
d gehen, in diesem gleichgerichtet sind, wie dies in den Fig. 7 und 8 angegeben
ist.
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Die Steuerung der Schwingungsbewegungen kann bewirkt werden i. durch
Veränderung der Frequenz des Betriebsstroms, 2. durch Veränderung des Magnetflusses,
und zwar durch Einwirkung auf die Reluktanz dieses Magnetkreises, oder durch Änderung
der Stärke des durch die Spulen fließenden Stroms mit Hilfe eines Regelwiderstandes.
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Die Gestalt des Schwingungserzeugers ist von seinen Anwendungen abhängig.
Für die Betätigung von Fördervorrichtungen, Schüttelsieben, Betonstampfern, Schüttelvorrichtungen
für .Packmaschinen, Bohrvorrichtungen, Meißel, Hämmern und sonstiger Vorrichtungen
mit schwingenden Teilen nähert sich die Ausbildung derjenigen der Fig. 1, 2, 3 und
4 mit den dazu gehörigen Federn. Für die Betätigung von Schüttelrutschen kann die
Ausführung gemäß den
Fig. io, ii und 12 zur Anwendung gelangen.
Hier dienen dann die Federn der Schüttelrutsche als Rückzugsfedern. Die Vorrichtung
gemäß Fig. 14 eignet sich ganz besonders zur Betätigung solcher Rutschen. Die mehrpolige
Ausführung, die schematisch in Fig. i5 dargestellt ist, ist in vielfacher Gestaltung
für ein umfangreicheres Anwendungsgebiet bestimmt.
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Die Betätigung von Schüttelrutschen größ°rer Länge geschieht durch
mehrere Schwingungserzeuger, die in geeigneten Abständen voneinander angreifen.