DE856480C

DE856480C - Elektromagnetische Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE856480C
Application number: DEH348A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Hausrath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-11-01
Filing date: 1949-11-01
Publication date: 1952-11-20

Description

Elektromagnetische Antriebsvorrichtung Die bekannten elektromagnetischen Antriebsvorrichtungen werden in der Regel als Motor mit einem umlaufenden Anker ausgebildet. Dies erfordert eine entsprechende Lagerung der Motorwelle und bei manchen Anwendungen besondere Mittel zur Umsetzung der drehenden Bewegung in eine hin und her gehende.
Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung solcher elektromagnetischer Antriebsvorrichtungen und erreicht dies dadurch, daß ein Magnetanker zwischen den elastisch angeordneten Wälzbahnen zweier Elektromagnete angebracht ist und bei wechselnder Erregung eine hin und her schwingende Bewegung ausführt. Die Anordnung ist derart, daß die auf das Schwingsystem ausgeübte Federkraft schneller als proportional der augenblicklichen Auslenkung aus der symmetrischen Ruhestellung anwächst. Hierdurch wird die Anwendung einer einfachen Hubinagnetbauart ermöglicht, bei welcher die im wesentlichen parallel zur Polfläche des festen: Magnetkörpers angeordnete Ankerfläche sich senkrecht auf die Polfläche zu und bei der entgegengesetzten Richtung des erregenden Stromes senkrecht von ihr weg bewegt, ohne daß die bei dieser Bauart bestehende Gefahr eines Anschlagens der beweglichen Ankerfläche auf die feste Polfläche auftritt, obwohl der Luftspalt zur vollen Ausnutzung der magnetischen Energie möglichst klein gehalten werden kann. Die Erfindung ermöglicht somit das. Entstehen einer sich selbst regulierenden, von energieverzehrenden und für die Arbeitsleistung ungünstigen. Stößen freie Schwingung. Die eine elastische Halterung bewirkenden Einspannfedern können so angeordnet sein, daß die Federkraft über ein Wälzsystem auf den Schwinghebel übertragen wird, das den Hebelarm, mit welchem die Federkraft auf den Schwinghebel wirkt, bei Annäherung des MIagnetanker!s an die ihm gegenüberliegende Polfläche vergrößert, ` während sich der Hebelarm, mit welchem die Magnetkraft einwirkt, entsprechend verkleinert. Dies läßt sich mit Federn einfachster Form Lind Befestigungsart erreichen. Es kann aber auch mit dem Schwinghebel ein Kurvenstück finit konvexem Kurven verbunden sein, auf welches sich von außen her ein parallel zu (lern Schwinghebel angeordnetes Spannband legt, an dem sich das Kurvenstück abwälzt. Dieses federnde Spannband ist dann gleichzeitig Wälzbahn. Auch kann, auf eine Verlagerung der Ül)ertragungsliniezi für die Kraft -des Einkleinmfeder-systems verzichtet werden, wenn parallel dem Hebel angespannte Federn mit fester Übertragungsstelle verwendet werden, die den Hebel einklemmen.. Hierbei kann von dem Umstand Gebrauch gemacht werden, d@aß die Kraft, mit der ein: gespanntes Band gegen einen es bewegten Körper drückt, schneller als proportional der Eindringstrecke anwächst. Werden Stege oder Walzen, über die der Federdruck auf den Schwinghebel übertragen wirdi,, gegenüber dem Schwingungsmittelpunkt verstellbar angeordnet, dann bestellt die Möglichkeit, je nach den Erfordernissen verschieden große Schwingungsweiten zu erzielen.
.alle Ausführungsformen lassen sich so ausbilden, d aß der Schwinganker ohne feste Drehachse lediglich elastisch gelagert wird. Die Symmetrie des Aufbaues gestattet es aber auch, den Schwdnghebel an seinem natürlichen Schwingpunkt auf einer festen Achse zu lagern. Die Mittel der Einklemmung sind so beschaffen, daß sie sich nicht nur in der Schwingungsrichtung mitbewegen, sondern auch die dabei erforderliche kleine Bewegungskomponente quer zur Schwingungsrichtung ausführen können.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Abb. 1 und 2 eine:A.ntriebsvorrichtungfür Werkzeuge mit durchgehenderArbeits.bewegung inDraufsicht und Seitenansicht, Abb. 3 und 4 ein Magnetsystem für eine Antriebsvorrichtung in Vorider- und Seitenansicht, Abb. 5 ein Schwingankersystem mit Wälzbahn, w-elchc zwischen zwei parallele Spannbänder eingeklemmt ist, Abb.6 ein Schwingankersystem, welches über Walzenpaare zwischen zwei parallele Spannbänder eingespannt ist.
I11; einem Gehäuse 1 (Abb. i) sind die U-förmigen Eisenkreise 2 und 3 zweier Wälzankermagneten angeordnet. Der eine Schenkel des Eisenkreises jedes Magneten ist als Wälzbahn ausgebildet, und zwischen beiden Wälzhahnen liegt der-bewegliche Anker lo. Durch die aufgeschlitzten Rohrfedern 4 und 5, welche sich in flachzylindrischen Mulden 6 und 7 des Gehäuses sowie in entsprechenden Mulden 8 und 9 der Eisenkreise abstützen, ist der Anker lo federnd zwischen den Wälzbahnen eingeklemmt. An den Rolirfe,ciei 1l 4 und 5 sind Lappen i i und 12 abgebogen, auf welche sich die Eisenkreise 2 und 3 abstützen, so daß sie in der richtigen. Höhenlage Tiber der Seitenwand des Gehäuses gehalten werden. An dein Joch jedes Eisenkreises ist ein Winkel 13 und 14 befestigt. Zwischen beiden Winkeln ist eine Flachfeder 15 angeordnet, welche in der Mitte durch eine Schraube 16 und Mutter 17 an dem Gehäuse befestigt ist. Hierdurch sind die Magnetkörper 2 und 3 so gehalten, daß sie sich bei einer Ankerschwingung im wesentlichen um die Einspannstelle 16 drehen.
Der Anker lo trägt zur Polarisierung einen Hochleistungsdauermagneten 18. Zwischen dem Boden des Gehäuses 1 und dem Deckel 21 (Abb. 2) sind zwei Ringfeldern, i9 und 20 eingelegt, zwischen denen der Anker 1o in der gewünschten Höhenlage vor den Wälzbahnen und Polen der Magnetsysteme gehalten wird. Auf die Polschenkel der Magnetsysteme sind Spulen 36 und 38 aufgesetzt. Wird die Spule 36 erregt, so daß ein dein Pol des Polarisationsmagneten entgegengesetzter Pol erzeugt wird, dann wird das untere Ende des Ankers an den Pol angezogen, w-ährenid das obere Ende nach links ausschwingt. Bei Erregung der Spule 38 schwingt der Anker im Sinn des Uhrzeigers.
Zur Umsetzung der hin und her schwingenden Bewegung des Ankers in eine Drehbewegung dient ein Fe@dergesperre, welches aus zwei Schraubenfedern 27 undi 28 und zwei auf der Achse 29 sitzenden Buchsen 30 und 31 besteht. Die Buchsen 30 und 31 -sind mit je einem Dreharm versehen, welcher einen Längsschlitz 32 lizw-. 33 aufweist. In diese Längsschlitze 32 und 33 greifen die zylindrischen Enden 34 und 35 zweier Gal)elstücke 22 und 23, welche all dem oberen E,nde des Ankers lo befestigt sind. Diese Gabelstücke treten durch Schlitze 24 und 23 eines am Boden des Gehäuses befestigten Winkels 26, in welchem die Welle 29 gelagert ist. Die auf der Buchse 3o angeordnete Feder 27 ist linksgängig, die auf der Buchse 31 angeordnete Feder ist rechtsgängig.
Bei der hin und her gelien.clen Bewegung werden die Buchsein jeweils gedreht, und infolgedessen wird die eine Feder strammer angezogen und die andere gelockert. Schwingt der Anker beispielsweise entgegen dem Uhrzeigers-inn, dann wird die linksgängige Schraubfeder 27 stärker gespannt und die Feder dadurch fester auf den Bund der Buchse 30 und dien danebenliegcnlden Bund der Achse 29 gepreßt, so daß die Achse bei der Drehbewegung der Buchse in Richtung ,des in Abb. 2 gezeigten Pfeiles gedreht wird. Der Dreharm der anderen Buchse 31 sucht dagegen das Ende der rechtsgängigen. Schraubfeder 28 aufzudrehen, so claß die Drehbewegung der Buchse nicht auf den Bund 40 und die Achse 29 übertragen wird. Schwingt der Anker anschließend im Uhrzeigersinn, dann wird die rechtsgängige Schraubfeder 28 gespannt und dadurch erneut eine Drehbewegung im Sinn des in Abb.2 gezeigten Pfeiles auf die Achse 29 ausgeübt, während die linksgängige Feder 27 aufgedreht wird. Die Achse 29 trägt ein Spannfutter für den Einsatz eines Werkzeuges für drehende Bearbeitung.
Die aufeinanderfolgende Erregung der Spulen 36 und 38 erfolgt zweckmäßig durch technischen Wechselstrom, wobei durch bekannte Mittel die Erregung der heilen @la#,netsysteme gegeneinander phasenverschoben wird.
Für den _\ntrieli von \Verkzeugen mit hin und her gehender Bewegung, wie beispielsweise von Schneidapparateir, kann (las obere Ende des Ankers io unmittelbar mit einem in geeigneter Weise in dien Gehäuse verschiebbar gelagerten Werkzeug gekuppelt w-er(ien, ohne (laß es der Umsetzung der hin und her gehenden Bewegung in eine drehende bedarf.
Bei der 111 (1;:n Abb.3 und 4 gezeigten Ausführutigsfonn sind die Eisenkreise 41 und 42 der Magnetsysteme von den den Ankerhebe149 haltenden 1Välzbahnen 57 und 58 getrennt. Der Ankerhebel 49 trägt den Anker 47, der in der Ebene der 1)eideti I,"isenl:reis,e 41 und 42 liegt. In dein @\nker ist zur Polarisation ein Hochleistungs, (lauerlnagn et 48 aiiigeord,net. Der U-förmige Eisenkreis 41 trägt zwei Erregtingssl>ulen 43 und 44, und ebenso trägt der U-förmige Eisenkreis 42 die Erregungsspulen 45 und 46. Der !lnkerhebel 49 isst in cin.r Achse 5o gelagert und in der Nähe dieser Lagerstelle zwischen den (furch Rohrfedern 5i, 52, 53 und 54 elastisch in den Böcken 55 und 56 abgestützteil Wälzbahnen 57 und 58 eingeklemmt. Das obere Ende des :1til;erliel).els trägt einen Stift 59, der auf (las anzutreibende Werkzeug, beispielsweise das Messer eurer 1-laarschneidmaschine, einzuwirken vermag.
Bei der abwechselnden Erregung der Magnetsysteme 41 und 42 durch technischen Wechselstrom wird (lei- .lnker .I7 infolge der Polarisation abwechselnd nach rechts und nach links gezogen, so daß der Atikerliel)el 49 eitle schwingende Bewegung ausführt. Die Lagerung des Ankerhebels in der Achse 5o ist nicht unbedingt erforderlich, da die Einsklemmtuig des :\iikerliel)els zwischen zwei elastische @@VÜlzliahnen geniigend Spiel für eine schwingende Bewegung gewährleistet, wobei die elastischen Wälzbahnen jeweils bestrebt sind, den Anker in die -\littellage zu ziehen.
Inder in :11i1>.5 dargestellten Ausführungsform ist zwischen den beiden Staugen 61 des Ankerhebels, von denen in der Zeichnung nur die hintere zu sehen ist, eitle mit gekrümmten Seitenflächen versellen C Platte 62 befestigt. Diese Platte 62 ist zwischen Slianiiliän(ler 63 und 64 eingeklemmt. Beide Spannbä rnder sind an den Stellen 65 und 66 mit starken Federn 6`3 wid 09 verbunden, welche an dem Träger des -Nlagnetsvstenis bzw. an einem Pfosten des Gehäuses Befestigt sind. Die Federn 68 und 69 halten die liinder 63 und 64 eingespannt, gestatten jedoch ein Nachgeben der Bänder bei der hin und her gelien(leil Schwingl)ew-egung des Ankers. Bei dieser :liikerschwingung, die um eine Lagerachse 67 des :Anl:erlrelrels 61 erfolgen kann, wälzen sich die gekurvten Sciteiifläclieii der Platte 62 als Wälzbahn auf den Spannfedern 63 und 64 ab.
Bei der in :\1>l>. 6 dargestellten Ausführungsform sind die Spannbänder 63 und- 64 einzeln an Bügel 70 und 71 befestigt, die an den -\2agnetsystemen72 und 73 angreifen. Hierdurch ist den Spannbändern ein weiteres Ausschwingen ermöglicht, wenn, mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Vers.tellungsvorrichtung der Abstand der Polfläche der MagnetsYsteme 72 und 73 voneinander vergrößert wird. Die lastseitigen Enden der Spannbänder 63 und 64 sind an einem Steg 74 befestigt, welcher von Pfosten 75 und 76 des Gehäuses gehalten! wird. Je nach den Beanspruchungen kann es zweckmäßig sein, den Steg 74 oder die Pfasten elastisch auszubilden.
Der Ankerhebel trägt eine Platte 81, auf welcher zwei Walzenpaare 77, 78 und 79, 8o laufen. Die Platte 81 ist zwischen zwei Hebelstangen 82 des Ankers angeordnet, die in einem Stift 83 enden. Die Walzenpaare 77 bis 8o können in Schlitzen von nicht dargestellten Führungen gehalten werden, welche eine Annäherung oder Entfernung der Walzenpaare von dem Schwingungsmittelpunkt 84 des Ankerhebels gestatten, um unter sonst gleichen Umständen die Schwingungsweiten ändern zu können. Diese Wirkung beruht darauf, daß das Band 63 nahe seiner Einspannstelle eine größere seitliche Kraft bei gegebener Ausbiegungsstrecke ausübt und daß bei gegebener Auslenkung der Walzen der Anschlagwinkel des Schwinghebels um so kleiner ist, je weiter die Walze vom Mittelpunkt entfernt ist. In dem Schwingungsmittelpunkt 84 kann auch eine feste Lagerachse für den Ankerhebel angeordnet sein.
Mittels der Stifte 83 am Ende der Hebelstange 82 isst eine Umsetzung der hin und her gehenden Schwiligbewegung in eine drehende Bewegung ohne Gelenkglieder möglich. Die nicht dargestellte anzutreibende Welle muß zu diesenn Zweck ein Klemmklinkenrad tragen mit zwei koaxial in dem Drehsinn auf sie einwirkenden Klelnmklinkensystemen. Wird der Stift 83 jeder Hebelstange 82 mit einem solchen Klemmkiinkensystein verbunden und die Welle in der Symmetrieachse der beiden Stifte angeordnet, dann wirkt der eitle Stift bei der Hin, und der andere Stift bei der Herbewegung der Schwingungen, und die Welle erhält in bekannter Weise aufeinanderfolgende .'\ntrielisimptilse gleicher Richtung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung, ,dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetanker zwischen .den elastisch angeordneten Wälzbahnen zweier Elektromagneten angeordnet ist und bei wechselnder Erregung eine hin und her schwingende Bewegung ausführt.
2. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gelcennzeichnet, daß die als Wälzbahnen ausgebildeten Eisenkreise der Elektromagneten in einem Gehäuse derart elastisch angebracht sind, daß der Anker zwischen den Wälzbahnen eingeklemmt ist:.
3. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der den Anker tragende Hebel zwischen zwei Kurvenstücken elastisch eingeklemmt ist.
4. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hin und her schwingende Bewegung des Ankers durch ein Federgesperre in eine drehende Bewegung umgesetzt wird.
5. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem zur Betätigung von Werkzeugen, Bürsten, Schneidgeräten, Massierpilzen u. dgl. dienender Hebel versehener Magnetani er durch ein polarisiertes symmetrisches Magnetsystem mit diesem Hebel in Schwingungen um einen zwischen den Polen und dem Lastende liegenden Punkt, der mit. einer Drehachse versehen sein kann, versetzt wird und daß das Schwingungssystem zwischen Federn, die hauptsächlich nahe den Polen und dem jenseits dem Schwingungsmittelpunkt und in gleicher Entfernung von ihm liegenden Gebiet schwingungsbegrenzend und den Anschlag an den Polflächen verhindernd wirken, so daß die elastische Gegenkraft schneller als proportional dem Ausschlagwinkel zunimmt, mittelbar oder unmittelbar eingeklemmt ist.
6. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, däß die elastische Klemmspannung auf jeder Seite des Schwinghebels über eine an diesem angebrachte Wälzbahn übertragen wird, die sich auf einer äußeren, von den Federn angedrückten starren Bahn abwälzt.
Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Wälzbahnen die einander zugekehrten Polflächen des magnetischen Rückschlusses des Magnetsystems auf dien Anker dienen. B.
Elektromagnetische Antriebsvorrichtung mach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ankerhebel eine in der Schwingungs, ebene liegende Platte mit konvex nach außen gekrümmter Wälzbahn angebracht ist, die an zwei zum Ankerhebel parallel und dabei in der Längsrichtung etwas nachgiebig ausgespannten Blattfedern oder Drähten anliegen, so daß sich bei Schwingung der Bereich des Anliegens beider immer mehr dem ankerseitigen Ende dies Spann ban@des, gegen das der Anker hinschwingt, nähert und ebenso beim andersei.tigen Spannband dem Lastende nähert.
9. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits. in Schwingungsrichtung des Ankerhebels je ein Spannband wie nach Anspruch 8 angebracht ist und diaß diese über je zwei symmetrisch zum Schwingungsmittelpunkt liegende Stege gegen den Ankerhebel anfedern. io.
Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege oder Walzen in den Schlitzen einer Einstellvorrichtung liegen, durch die ihr Abstand voneinander der jeweils erforderlichen Schwingungsweite entsprechend eingestellt werden kann. i i.
Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schwinghebel einklemmende Federsystem an dem Ende, das den Polflächen benachbart ist, sich gegen ein mit dem Träger des auf der gleichen Seite liegenden Magnetkörpers verbundenes Befestigungsstück stützt, um zu bewirken, daß sich die Schwingweite ohne weiteres bei Vergrößerung der beiden Polabstände vergrößern kann und zusätzliche, an den Polschuhen angebrachte starrere Auffangstücke zur Anschlagsverhinderung richtig eingestellt bleiben.
12. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingbewegung des Ankerhebelen@des durch eine Federsperre in eine Drehbewegung umgesetzt wird.
13. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung des Ankers in eine Drehbewegung dadurch umgesetzt wird, daß zwei am Arbeitsende des Ankerhebels in senkrechter Richtung gegen die Schwingebene und in gleichem Abstand von der in dieser liegenden Symmetrielinie der Anordnung angebrachte Stifte je in eine Scheibe der beiden Klemmklinkensysteme eines Klemmklinkenrades eingreifen, dessen Achse in dieser Symmetrielinie liegt, so daß in einer Halbperiode der Hebelschwingung die eine, in der anderen die andere Klemmklinkenscheibe die Dauerwelle in der gleichen Richtung in Drehung versetzt.
14. Elektromagnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines höheren Wirkungsgra@des bei Betrieb von Werkzeugen, die im wesentlichen nur in einer Bewegungsrichtung Arbeit verrichten, oder beim Betrieb von Schrittfortschaltwerken u. dgl. das einklemmende Federsystem schräg zur Ruherichtung des eingeklemmten Hebels gestellt wird, so daß die Federkräfte den Hebel in Richtung der zu leistenden Arbeit mitbe#,vegen helfen und, das Federsystem in der entgegengesetzten Richtung, in. der nur das Werkzeug oder die Schaltklinke od. dgl. zurückzuholen ist, wieder gespannt wird, während die Magneterregung in beiden Bewegungsrichtungen gleich groß und von möglichst optimalem Betrag ist.