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Wälzmaschine Elektrische Umlaufmaschinen sind bekannt. Während bei
diesen der Läufer sich gegenüber dem stillstehenden Ständer in umlaufender Bewegung
befindet, macht bei den elektrischen Wälzmaschinen der bewegte Teil oder Wälzer
gegenüber dem Ständer eine wälzende Bewegung. Elektrische Wälzmaschinen können verwendet
werden für den Antrieb von Küchengeräten, Werkzeugmaschinen, regelbaren Textilmaschinen,
Hebezeugen, Winden und Haspeln, Walzenverstelleinrichtungen und Feineinstellungen,
Antriebe mit lastunabhängiger Drehzahl usw., als langsam laufende, verlustlos regelbare
Drehstrom-oder Einphasenmotoren, auch für höhere Frequenzen, für die willkürliche
Änderung der Periodenzahl bzw. der übertragenen Leistung als Frequenzänderungsmaschinen,
zur Gas- oder Flüssigkeitsförderung als Pumpen, Kompressoren, Exhaustoren, zur Erzeugung
von Schlag-, Rühr-, Knet-, Misch- und Rückbewegungen und als durch Gas-, Wasserkraft
oder motorisch angetriebene mehr- oder einphasige Generatoren.
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In den USA.-Patentschriften 5oo 663 und 2 275 827 werden elektromagnetische
Wälzmaschinen beschrieben. Diese haben Kommutatoren (Steuerschalter), die den Strom
nach der USA.-Patentschrift 5oo 663 in eigenartigen Wicklungen bzw. nach der USA.-Patentschrift
2 275 827 in Magnetspulen im beweglichen Teil, im folgenden als Wälzer bezeichnet,
so umsteuern, daß sich unabhängig von der Drehzahl ein im wesentlichen gleichbleibendes
und gleichsinniges Drehmoment ergibt; die Drehzahl nimmt also mit abnehmender Last
zu, ähnlich wie bei Gleichstromreihenschlußmotoren. Im Gegensatz dazu werden erfindungsgemäß
kommutatorlose elektromagnetische Wälzmaschinen mit Wechsel- oder Drehstrom gespeist
und haben eine nur wenig oder gar nicht lastabhängige Betriebsdrehzahl, ähnlich
den Asynchron- oder Synchronmotoren.
Gegenüber den Wälzmaschinen
der USA.-Patentschrift 5oo 663 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Maschine
auch durch die Anordnung der Arbeitswicklung. Nach dieser Patentschrift wäre die
kommutatorgesteuerte Arbeitswicklung in Fig. 3 der Zeichnungen an der strichpunktiert
angedeuteten Kugelfläche zu denken, während die Arbeitswicklung der kommutatorlosen
Wälzmaschine grundsätzlich an den konischen Flächen a sitzt. Nach der USA.-Patentschrift
2 275 827 liegt die kommutatorgesteuerte Arbeitswicklung wohl an den konischen Flächen,
sie besteht aber grundsätzlich aus drei oder mehr an dem Kommutator angeschlossenen
Magnetspulen mit Hufeisenkernen, während erfindungsgemäß die kommutatorlose Wälzmaschine
vor allem Wicklungen verwendet, wie sie ähnlich bei Wechsel- und Drehstrommaschinen
gebräuchlich sind. Die bekannten Wälzmaschinen unterscheiden sich von den kommutatorlosen
Wälzmaschinen ungefähr ebenso wie die zuerst erfundenen Gleichstromreihenschlußmotören
von den später erfundenen Synchron- oder Induktionsmotoren.
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Grundsätzlich neu sind ferner die konischen Wälzer (Fig. 2, 2a, 3,
7, 7a und 9) sowie die bewickelten Wälzer mit Schleifringen (Fig. 2), die als Periodenuniformer
verwendet werden oder, ähnlich wie Schleifringläufer von umlaufenden Induktionsmaschinen,
Einrichtungen zur Verbesserung des Anlaufmomentes oder des Leistungsfaktors erhalten
können.
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Elektrostatische Umlaufmaschinen finden sich beispielsweise in der
USA.-Patentschrift 2 232 I43. Es handelt sich hier um Wechsel- und Drehstrommaschinen,
deren Läufer aus radial geschlitztem Isoliermaterial besteht und eine synchrone
Umlaufzahl hat. Der Wälzer einer elektrostatischen Wälzmaschine nach der Erfindung
hingegen ist grundsätzlich elektrisch leitend, genau so wie der Wälzer einer magnetischen
Wälzmaschine magnetisch leitend sein muß. Die elektrostatische Kraft kreuzt hier
die jeweilige Wälzachse unter einem rechten Winkel während sie bei den umlaufenden
elektrostatischen Maschinen eine unvermeidliche beträchtliche Komponente in Richtung
der Drehachse hat. Bei der geringen Größe der verfügbaren elektrostatischen Kräfte
kommt dem zufolge der hohen inneren Übersetzung verhältnismäßig hohen Drehmoment
der langsam laufenden Antriebswelle (A in Fig. II oder 3 in Fig. 5) besondere praktische
Wichtigkeit zu.
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Der Grundgedanke werde an Hand der Fig. I erläutert, die ein Ausführungsbeispiel
eines langsam laufenden, verlustlos und unabhängig von der Belastung regelbaren
Drehstrommötors darstellt. Die ebene, unbewickelte Walzerscheibe I besteht zur Verminderung
der Eisenverluste aus zwei öder mehr Teilen, sie kann auch lamelliert nach Fig.
6 ausgeführt werden.
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Der magnetische Kreis schließt sich, wie angedeutet, in vorwiegend
radialer Richtung von der zweipoligen Ständerwicklung 2 über die lamellierten Ständerzähne
3, über die mehrteilige Walzerscheibe I, den lamellierten magnetischen Rückschluß
4 und den zweiteilig gezeichneten magnetischen Rückschluß 5, der auch sternförmig
lamelliert nach Fig. 2b oder ähnlich Fig.6 lamelliert ausgeführt werden kann. Teil
6 ist der Ständerträger, der auf die unmagnetische Transportmutter 7 aufgepreßt
ist. Teil 8 ist ein Handrad mit Transportgewinde, in dem die Welle 9 drehbar, jedoch
axial nicht verschiebbar gelagert ist. Auf der Welle ist ein Kugelgelenk Io aufgepreßt,
an dessen äußerem Teil die Walzerscheibe I und deren Kupplung II, I2 mit der Welle
befestigt ist. Diese ist hier als einfache Gummischeibenkupplung gezeichnet (Gummischeibe
II); sie kann jedoch auch als metallene Gleichlaufkupplung ausgeführt werden. Die
Wicklung sei eine Drehstromwicklung mit zusätzlicher Gleichstromwicklung I3. Der
Gleichstromwicklung kann eine Drosselspule DR vorgeschaltet sein, um den Übertritt
von Wechselstrom in die Gleichstromquelle zu vermeiden. Wird der überlagerte Gleichstrom
etwa so groß gewählt wie der mittlere Wechselstrom, so wird die eine Hälfte des
umlaufenden Wechselpolfeldes fastausgelöscht; es entsteht also ein umlaufendes Gleichpolfeld
(Fig. Ib).
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Hat Phase UX der Fig. Ia einen Stromhöchstwert gleicher Richtung mit
den AW der Gleichstromwicklung, so ergeben sich etwa die doppelten AW, während der
entgegengesetzt gerichtete Stromhöchstwert von Phase U1X1 die resultierenden AW
= o hervorruft. Dem Feld bei UX stehen etwa doppelt so viel AW zur Verfügung wie
ohne Gleichstrom. Dem Feld bei U1X1 stehen fast keine resultierenden AW zur Verfügung.
Die Scheibe wird also vom stärkeren Feld bei UX angezogen, wodurch sich außerdem
der magnetische Widerstand verringert. Es tritt daher an UX zufolge der Wälzbewegung
der Scheibe ein wesentlich größerer Feldhöchstwert auf als in der gezeichneten mittleren
Scheibenstellung, wodurch der einseitige magnetische Zug und damit der Reibungsschluß
zusätzlich erhöht wird. Wäre das Drehfeld genau rund, bliebe also sein örtlicher
Verlauf während seines Umlaufes unverändert, so würde die Anzahl der Kraftlinien,
die die Gleichstromwicklung umschließen, unverändert bleiben; es würde keine Wechselspannung
induziert, und die Drosselspule könnte entfallen. Bei einer Drehstromwicklung ändert
sich jedoch das Drehfeld während eines Umlaufes in der Weise, daß jede der sechs
Phasen nacheinander ihr Maximum und damit eine bestimmte Feldform erreicht. In den
Zwischenstellungen ist der Feldverlauf ein anderer. Mit Rücksicht auf den Feldverlauf
erhält daher die Gleichstromwicklung eine Frequenz sechsfacher Periodenzahl, die
durch eine verhältnismäßig kleine Drosselspule auf ein zulässiges Maß verringert
werden kann.
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Außerdem wird die Gleichstromwicklung induziert, wenn die Scheibe
asynchron läuft, also während des Anlaufs oder wenn sie pendelt. Der induzierte
Wechselstrom wirkt den Feldschwankungen entgegen, hat also ein synchronisierendes
Moment zur Folge, ähnlich wie die Erregerwicklung einer Synchronmaschine. Man wird
daher die Drosselspule klein halten und kann bei geschränkten Nuten zumeist auf
sie verzichten.
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Außerdem können die Eisenverluste und die Feld-Schwankungen vermindert
werden, indem man die Scheibe nicht auf den Blechen des Ständers, sondern auf einer
unmagnetischen Reibbahn 14 aus Hartgummi, einem mit einem geeigneten Bindemittel
versehenen
Gewebebremsbelag od. dgl. laufen läßt, oder indem man
eine Dämpferwicklung anordnet, die entweder im Wälzer aus unmagnetischem Material
(Fig. 6, R) oder im Ständer als über einen Widerstand kurzgeschlossene Wicklung
ähnlich der Gleichstromwicklung (Fig. I, Teil I3), jedoch oberhalb der Drehstromwicklung
angeordnet werden kann.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels ist folgende: Mit Hilfe
des Handrades kann die Welle und damit das Kugelgelenk axial verschoben werden.
Hierdurch ändert sich der Neigungswinkel a des Berührungsradius der Scheibe gegenüber
der Horizontalen. Für a = o sind der. Radius oder Umfang der Reibbahn und der Radius
oder Umfang des Berührungskreises der Scheibe gleich groß. Die Scheibe wird eine
kleine elastische Schwingung ausführen, ohne sich zu drehen. Schiebt man das Kugelgelenk
nach oben, so wird der Radius des Berührungskreises größer, weil die Hypotenuse
R länger ist als die Kathete r, und die Scheibe beginnt sich zu drehen. Wenn die
Scheibe nacheinander den ganzen Umfang der Reibfläche 2r berührt hat, beträgt da
r = R cos a ist, der Voreilwinkel der Scheibe 2 (I-cos a), somit das Verhältnis
der Drehzahl des Drehfeldes zur Drehzahl der Scheibe I : (I - cos a). Für a = o
bis 30° erhält man Übersetzungen I : o bis I : o,I34 oder i : bis I : 6 ins Langsame.
Die Drehzahl der zweipoligen Wälzmaschine beträgt daher bei Anschluß an ein fünfzigperiodiges
Netz o bis 5oo U/min, wobei allerdings Drehzahlen von über etwa I50 U/min eine besondere
Lagerung erfordern. Der Wälzmotor vermeidet dort Vorgelege und damit große Schwungmassen,
wo niedrige Drehzahlen erforderlich sind. Begrenzt wird das übertragbare Drehmoment
durch den Reibungsschluß zwischen Ständer und Wälzer, der durch Anwendung einer
besonderen Reibbahn 14 verbessert werden kann.
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Vergleicht man beispielsweise das Schwungmoment eines achtpoligen
Drehstrommotors samt Vorgelege 75o auf 6o U/min mit dem Schwungmoment der Wälzmaschine,
so erhält man, wenn man überschlägig das polare Schwungmoment des zweipoligen Wälzers
dem Schwungmoment des achtpoligen Läufers samt Kupplung und Vorgelege gleichsetzt,
für den Vor-75o 75o gelegemotor:
für den Wälzmotor, da
ist, cos a = o,98, a = II° 30', somit
( 18o)
Man sieht, daß das wirksame Schwungmoment auf 40000
bei niedrigerer Drehzahl noch viel weniger herabgesetzt wird. Infolgedessen bleibt
ein Wälzmotor in Bruchteilen einer Sekunde stehen und eignet sich besonders für
Walzenverstelleinrichtungen, Feineinstellungen, Wipptische, Hebezeuge, Aufzüge u.
dgl., wo ein Nachlauf unerwünscht ist.
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Der Anlauf geschieht im Ausführungsbeispiel durch Drehen eines Handrades,
er kann jedoch auch selbsttätig stattfinden, indem der bei Einschalten auftretende
magnetische Zug dazu benutzt wird, den Winkel a zu vergrößern. Das Drehmoment kann
bei gleicher Größe des Wälzers dadurch erhöht werden, daß die Wicklung im äußeren
Teil des magnetischen Kreises angeordnet wird statt, wie gezeichnet, im inneren
Teil. Der Wälzmotor kann mit Kondensatoren auch einphasig betrieben werden. Schaltung
beispielsweise nach Fig. 4c.
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Wird eine Kranlast oder ein Fahrzeug durch den Wälzmotor stillgesetzt,
so findet generatorische Nutzbremsung statt, indem der Berührungsradius der Scheibe
dem Feldmaximum vorauseilt. Für a = o findet Stoppbremsung statt, die durch mechanisches
Anpressen der Wälzerscheibe infolge Weiterdrehens des Handrades oder eines anderen
axialen Antriebs verstärkt oder auch (beim Abschalten) ersetzt werden kann.
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Der Wälzmotor stellt einen Antriebsmotor dar, der durch ein einziges
Steuerorgan (Handrad) angelassen, in der Drehzahl verlustlos und lastunabhängig
geregelt, generatorisch gebremst und stillgesetzt, allenfalls auch mechanisch gestoppt
werden kann, ohne daß ein elektrisches Schaltorgan notwendig ist.
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Die Gleichstromerregung kann durch je zwei Einweggleichrichter je
Phase ersetzt werden, wenn auf Nutzbremsung verzichtet wird.
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Ausbildung als Periodenumformer oder Frequenzänderungsmaschine: Die
zweipolige Frequenzänderungsmaschine unterscheidet sich vom Wälzmotor nach Fig.
I nur dadurch, daß der Wälzer in ähnlicher Weise bewickelt ist wie der Ständer und
daß er Schleifringe und flexible Stromzuführungen erhält. Dafür entfällt die Kupplung
für den Abtrieb der axialen Drehung des Wälzers. Die Maschine ist ebenfalls selbstanlaufend
und synchronisiert sich selbst. Da sie gestattet, die Frequenz um o bis etwa Io%
zu ändern, eignet sie sich zur Berichtigung der Frequenz für kleinere Anlagenteile.
Die Steuerung besteht in einfachstem Falle aus einem Frequenzrelais, welches die
Verstellung der Transportschraube 8 in Fig. I bewirkt. Durch geeignete Wahl der
Lage der Laufbahn I4 kann die Verstellkraft gering gehalten werden. Die übertragbare
Leistung ist auch hier durch die Reibungskraft auf der Laufbahn grundsätzlich beschränkt;
doch kann die erforderliche Reibungskraft hier leicht aufgebracht werden, weil bei
einem Änderungsbereich von + Io % nur 1/10 der elektrischen Primärleistung auf den
Sekundärteil mechanisch übertragen werden muß. Noch günstiger werden die mechanischen
Verhältnisse bei kleinerem Änderungsbereich. Die Maschine ist gut belüftet, da die
Taumelbewegung des Wälzers die Luft von innen nach außen drückt.
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Bei sehr kleinem Regelbereich (bis etwa -f- 10/,) kann die Änderung
des Frequenzverhältnisses durch elastische Formänderung des Wälzers erreicht werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für größere Periodenunterschiede und Leistungen
zeigen Fig. 2, 2 a und 2 b, wobei der Ständer eben und die Läufer konisch sind.
Der Ständer ist hier aus gewickelten Blechen 5 und 6 und aus sternförmig geschichteten
Blechen 7 zusammengesetzt. Fig. 2 b zeigt den Schnitt A -B. Auch in zweipoliger
Ausführung werden bei größeren Leistungen sternförmig geschichtete Bleche den Platten
nach Fig. i Teil 5 vorzuziehen sein. In gleicher Weise kann der Blechkörper des
zweipoligen
bewickelten Wälzers aufgebaut werden. In Fig. 2 sind
Teil I und 2 verschraubt. Sie halten die Segmente 3 mit den aufgeschraubten Kammlagern
4. Teil 8 stellt sternförmig geschichtete Bleche des Wälzers dar, während die Bleche
Teil 9 in normaler Weise in einer Ebene senkrecht zur Achse geschichtet sind. Wird
der Ständer in Fig. 2 zweipolig gedacht, so können höchstens zwei Wälzer untergebracht
werden, der eine auf dem jeweiligen Nordpol der Ständerwicklung, der andere auf
dem Südpol aufruhend. Das Frequenzverhältnis beträgt r : R, also in Fig. 2 I : 2;
für I : 3
'y I müßte der Winkel entsprechend sin etwa I9° 3o' betragen.
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In Fig. 2a, die als Grundriß zu Fig. 2 aufzufassen ist, ist eine vierpolige
Ausführung angedeutet. Dies hat den Vorteil einer kleineren Umlaufgeschwindigkeit
der Wälzer. Während sich bei der zweipoligen Ausführung das Frequenzverhältnis I
für R = (gleiche Polteilungen) ergab, entspricht den gleichen Polteilungen jetzt
allgemein R = . Das Frequenzverhältnis n beträgt daher allgemein . Es läßt sich
also mit einer -pöligen Maschine
jedes Frequenzverhältnis von I bis 3 und darüber erreichen und durch Heben und Senken
der Kegelspitze verändern. Liegt das Frequenzverhältnis innerhalb des Einstellungsbereiches,
ist genau wie bei der zweipoligen Ausführung Selbstanlauf möglich, wobei sich die
langsamere Umlaufzahl und der vollständige Massenausgleich der -poligen Maschine
günstig auswirken.
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Ausbildung als Umformer elektrischer Energie in Gas- oder Flüssigkeitsbewegung:
Fig.3 zeigt als Beispiel eine Wälzpumpe. Sie unterscheidet sich, wie ersichtlich,
von dem eingangs beschriebenen elektrischen Wälzmotor durch den Entfall des Abtriebs
und das Hinzutreten eines Spiralgehäuses aus Preßstoff I mit zwei Anschlußflanschen
2 und einer Stopfbuchse 3. Das Handrad ist hier als Transportüberwurfmutter ausgebildet,
um an Baulänge zu sparen. Das Ausführungsbeispiel entspricht hydraulisch ungefähr
einer Zentrifugalpumpe, da es so wie diese ein Rückschlagventil für den Stillstand
erfordert. Auch eine mehrstufige Bauart ist möglich, wobei mit einem Handrad das
Auslangen gefunden werden kann. Der Wälzer hat hier sektorförmigen Querschnitt,
damit er unten und oben dichtet. Die Druckhöhe der Pumpe entspricht etwa der Geschwindigkeitshöhe
einer Zentrifugalpumpe. Die Fördermenge reißt jedoch etwas weniger plötzlich ab,
weil innerhalb der beiden sektorförmigen Räume, die durch das Spiralgehäuse und
die Wälzscheibe begrenzt werden, ein gegen das nacheilende Ende zunehmender Druck
herrscht. Diese Druckspitzen haben zur Folge, daß eine geringe Flüssigkeitsmenge
auf eine beträchtlich größere Höhe gefördert werden kann als die Nennfördermenge.
Sie können aber auch zu einem Abheben der Scheibe und damit zu einem Spaltverlust
führen, der das bei Zentrifugalpumpen gebräuchliche Drosselventil oder eine Umführung
entbehrlich macht und durch der Gleichstromüberlagerung elektrisch beeinflußtwerden
kann. Der Vorteil der Einrichtung liegt darin, daß bei raumsparendstem Einbau im
Zuge einer Rohrleitung die Gas- oder Flüssigkeitsentnahme in der Abzweigleitung
erhöht werden kann, daß eine des Gases erreicht werden kann, die die größte Geschwindigkeit
des äußeren Wälzrandes beträchtlich übersteigt, was wieder zu besonders kleinen
Abmessungen führt, schließlich daß die durch die aufgedrückte elektrische Frequenz
in doppelter Höhe eindeutig festliegenden Druckschwankungen erwünscht sein können
(Sirene).
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Versieht man das Spiraigehäuse mit einem Leitapparat, so ist es bei
umgekehrter Strömungsrichtung außen nach innen) möglich, die gleichstromerregte
elektrohydraulische Maschine als Kleingenerator laufen zu lassen.
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Ausbildung als Schlag- und Rührgerät (Fig. 4): An Stelle der verteilten
Wicklung können unter Umständen drei von Drehstrom oder vier von Wechselstrom mit
Kunstphase gespeiste Spulen Anwendung finden. Wie das Ausführungsbeispiel Fig, 4
zeigt, ergibt sich gegenüber anderen Ausführungen der Vorteil, daß die Oberfläche
der Flüssigkeit der Kontrolle und Bedienung zugänglich ist und daß der elektrische
Antrieb außerhalb des Gefäßes angeordnet werden kann. In Fig, 4a zeigt Schnitt A-B
eine Ansicht bei abgenommenem Topf, während Schnitt C-D durch das Jochblech geführt
ist. Die Taumelscheibe erhält in diesem Falle die Form eines Rühr- oder Schlagwerkzeuges
(Fig. 4b). Die Schaltung zeigt Fig. 4c.
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Eine Ausführung als Schüttel- oder Rückantrieb zeigt Fig. 5. Der Antrieb
ist hier von zwei runden Zapfen I am Umfang der Taumelscheibe abgeleitet, die entweder
unmittelbar oder unter Vermittlung von Gleitsteinen in zwei Schlitzen laufen, deren
Wangen 2 an der um die Hauptachse drehbaren Hohlwelle 3 befestigt sind. Diese kann
als Kupplung für den Antrieb dienen. An Stelle der Schlitze können auch Kurbeln
verwendet werden. Bei geraden Schlitzen nach Fig. 5a ergibt sich eine wenig veränderliche
Drehzahl an der Antriebswelle 3; bei entsprechender Führung des Walzerrandes kann
hier die Lagerung in der Mitte entfallen, oder aber es können die außenliegenden
Wangen 2 und die Führung des Walzerrandes entfallen, wenn der Kugelzapfen 5 selbst
beispielsweise in an sich bekannter Weise zwei runde Zapfen erhält, die in geraden
Nuten oder Schlitzen der Kugelschalen gleiten, so daß die Kugelzapfenwelle vorn
Wälzer unmittelbar gedreht wird und für den Antrieb benutzt werden kann.
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Wird eine Rückbewegung gewünscht, so können die Wangen 2 so ausgebildet
werden, daß die Hohlwelle nur gedreht wird, wenn der Zapfen in der einen Richtung
durch den Schlitz läuft, während sie bei der entgegengesetzten Zapfenbewegung stillsteht
(auf die Spieldauer bezogene Bewegungsdauer = 1/2). Die Schlitze können sogar so
ausgebildet werden, daß sie nicht nur während der einen, sondern auch während eines
Teiles der entgegengesetzten Zapfenbewegung zu keiner Hohlwellendrehung führen (bezogene
Bewegungsdauer 1/2 bis etwa 1/3 , wobei die höheren Werte nur bei Winkeln a ausführbar
sind).
Beachtenwert ist, daß die Beschleunigungskräfte durch die
Schlitzform gemildert werden können. Schlitzformen für eine auf die Spieldauer bezogene
Bewegungsdauer I:2 und I:4 zeigen die Fig. 5b und 5c. Soll das Übersetzungsverhältnis
exakt eingehalten werden, wie beispielsweise für einen Film gefordert, so kann die
Taumelscheibe gegen den Konus durch zwei oder mehr Zähne verzahnt werden. Besonders
geeignet ist der Antrieb für Trommeln oder größere Riemenscheiben, in die er raumsparend
eingebaut werden kann. Die Hohlwelle 3 mit der Trommel kann drehbar gelagert werden;
sie wird durch die Schlitzwangen, mit denen sie verbunden ist, mit hoher Übersetzung
gegenüber der Drehzahl des Ständerdrehfeldes angetrieben. Der Ständer ist fest aufgestellt
zu denken.
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Andere Ausführungen des Wälzmotors sind: Der Wälzer kann eben aus
rinnenförmig gepreßten Blechen nach Fig. 6 ausgeführt werden. Der Wälzer kann konisch
und doppelt wirkend nach Fig. 7 aus mehreren Teilen oder nach Fig. 7 a aus rinnenförmig
gepreßten Blechen in zwei rinnenförmig gepreßten Schalen Sch ausgeführt werden.
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Die Wälzmaschine kann durch Hinzufügung eines zweiten Wälzers massenausgeglichen
ausgeführt werden nach Fig. 8. Die beiden Kegelspitzen 001 sind durch ein Stangenschloß
mit Schneckenrad und Schnecke symmetrisch verschiebbar zu denken. Die Ständerwicklungen
2 liegen im äußeren Teil des magnetischen Kreises. Der konische und doppelt wirkende
Wälzer kann durch Hinzufügung eines zweiten Wälzers aus gerollten Blechen und massenausgeglichen
ausgeführt werden (Fig. 9), wobei der magnetische Rückschluß durch Anordnung der
Bleche in einem Stern nach Fig. 9a mit wenigstens sechs Strahlen gestaltet wird.
Die Rückführungsbleche können zur Aufnahme einer Gleichstromwicklung I3 dienen.
Der Ständer kann mit geschränkten Nuten und gesehnter Wicklung ausgeführt werden,
um ein gleichmäßiges Drehfeld und eine geringere Blindstromaufnahme zu erreichen.
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Die Wälzmaschine kann für Sonderzwecke auch mit elektrischen statt
magnetischen Kraftlinien betrieben werden; die einfachste Ausführung zeigen Fig.
Io und Ioa. Entweder werden übereinanderliegende Kondensatorbelegungen gleichphasig
angeschlossen, also U1 und U2 an R, V1 und V2 an S, W1 und W2 an T, oder es werden
nur die unteren Belegungen U, V, W an R, S, T angeschlossen, während
die oberen Belegungen aus einem Stück bestehen können und geerdet werden. Im ersten
Falle tritt zwischen U1 und V2 bzw. W2 die verkettete Spannung auf, der die beiden
in Reihe liegenden Dielektrika 2 standhalten müssen. Hat U1 den Potentialhöchstwert
+ U, so haben V2 und
gegen Erde. Nach 3o° elektrisch hat U1 das Potential
V2 das Potential insgesamt 6o° elektrisch hat V2 das Potential - U
W2 das Potential 0 gegen Erde, und nach usw. Man sieht, daß die Taumelzahl der Maschine
2,6o₧f beträgt. Für eine Gleichspannungsüberlagerung kann der Wälzer geerdet
werden. Im zweiten Falle tritt zwischen U und 0 nur die Phasenspannung auf. Als
elastisches Dielektrikum ist vor allem an Gummi gedacht, der auch gut dichtet. Zuführungsrohre
liegen an Erde.
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Auch als Motor kann die Wälzmaschine mit elektrischen statt magnetischen
Kraftlinien betrieben werden. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. II. Die Umlaufzahl
der Taumelscheibe um die Hauptwelle ist bestimmt durch den Unterschied des Taumelscheibenumfangs
und des Wälzerumfangs. Macht das elektrische Drehfeld n1 = 2,6o₧f Umläufe
je Minute, so macht die Taumelscheibe s = 2,6of(I-cosα) Umläufe. Diese langsame
Umlaufzahl kann entweder, wie bereits beschrieben, durch eine Kugelzapfenwelle mit
Mitnehmerstiften und genuteter oder geschlitzter Kugelschale oder nach Fig. 5 oder
durch eine Gleichlaufkupplung oder aber durch einen Antrieb nach Fig. II in eine
einfache Drehbewegung verwandelt werden Beträgt wie bisher n1 = 2,6o₧f, s
= n1 (I-cosα), so läuft die Taumelscheibenwelle gleichsinnig ebenfalls mit
n1 U/min um die Hauptwelle herum. Die auf die Taumelwellenlager L bezogene Drehzahl
beträgt n1-s im gleichen Sinne. Damit die Hauptwelle ebenfalls bezogen auf L gleichsinnig
läuft, wird sie über ein vor oder hinter der Zeichenebene zu denkendes, nicht gezeichnetes
Zwischenrad angetrieben. Ihre bezogene Drehzahl nL beträgt üL (n1-s), ihre absolute
Drehzahl üL (n1-s)-n1, wenn üL die Übersetzung in den Kegelrädern der Lagerung bedeutet.
Die Gesamtübersetzung beträgt daher ü=üL
üL größer als üL0, so ändert sich der Drehsinn. Derselbe Antrieb eignet sich auch
für den elektromagnetischen Motor und für jede, auch eine nicht elektrische Wälzmaschine.
Macht man den konischen Ständer mit nach oben schwach konvexer Leitlinie und den
ebenen Wälzer aus etwas elastischem Material, so kann durch axiale Bewegung der
Welle A nicht nur die Drehzahl verändert, sondern sogar bei durchlaufendem Wälzer
reversiert werden. Denn der ebene Wälzer wird weiter außen, also entsprechend einer
höheren Schlupfdrehzahl s, in Berührung stehen als der elastisch ein wenig auf eine
konische Form durchgedrückte Wälzer, was für die Reversierung genügt.
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Es bleibe nicht unerwähnt, daß die Welle eines konischen Wälzers auf
ebenem Ständer dieselbe Umlaufbewegung macht wie die Welle eines ebenen Wälzers
auf konischem Ständer nach Fig. ii, wenn a in beiden Fällen gleich groß ist. Der
Drehsinn der Wälzerwelle um die eigene Achse ist jedoch entgegengesetzt. Führt man
daher den ebenen Wälzer beispielsweise durch Befestigung des Wälzers an seiner Lagerung
mit Hilfe eines Zwischenstückes aus Gummi so biegsam aus, daß er durch Druck zu
einem konischen Wälzer wird, während der Ständer eben oder gekrümmt ausgeführt wird,
so kann eine Umkehr der Drehbewegung des Wälzers bei durchlaufender Taumelbewegung
erreicht werden.
Die Schaltungen für die Gleichspannungsüberlagerung
bzw. das Gleichpolfeld zu Fig. Io und II enthalten die Fig. Iob bis Iod und IIa.
Die Gleichspannungsüberlagerung bewirkt hier sowohl eine Erhöhung des Drehmomentes
(das Vierfache gegenüber dem Betrieb bei gleicher Drehspannung ohne Gleichspannungsüberlagerung)
als auch eine Veränderung der Drehzahl auf die Hälfte in entgegengesetzter Richtung
(Richtung der Phasenfolge). Fig. Iob gilt grundsätzlich für die eingeklammerte Klemmenbezeichnung
der Fig. Io und sinngemäß auch für Fig. II, wenn in dieser Figur die Ständerbelegungen
dreiphasig statt, wie angedeutet, sechsphasig gedacht werden. Die obere Belegung
in Fig. Io besteht aus einem Stück. Die Kondensatordielektrika sind mit 2 bezeichnet.
Bei niedrigerer Betriebsspannung (unter 6 bis Io kV) kann die obere Belegung in
Fig. Io spiegelbildlich nach Fig. Ioa ausgeführt werden, so daß der Wälzer gleichnamige
Phasen U1 und U2 gleichzeitig berührt; an Stelle der oberen Belegung wird dann der
Wälzer mit dem geerdeten negativen (oder positiven) Gleichspannungspol (etwa einem
Glühkathodengleichrichter) verbunden. Der Transformatorsternpunkt ist laut Schaltbild
an dem entgegengesetzten Pol anzuschließen. Werden außerdem die beiden gleichphasigen
und diametral gegenüberliegenden Belegungen gegeneinander etwas versetzt, so kann
die unbelastete Maschine selbsttätig anlaufen. Ohne eine zweite Wälzfläche heranzuziehen,
kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn die Sektoren geschränkt ausgeführt werden,
wie in Fig. Ioa strichliert angedeutet. Auch der Wälzer nach Fig. II kann mit Hilfe
der Bürste B an Erde gelegt werden.
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Die Schaltung nach Fig. Ioc erfordert keinen zugänglichen Sternpunkt
der Spannungsquelle für das Gleichpolfeld. Die Anschlußklemmen in Fig. Io sind übereinstimmend
bezeichnet, wogegen in Fig. II die Ständerbelegungen sechsphasig, also mit sechs
Sektoren von 6o° Erstreckung, zu denken sind.
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Die Schaltungen nach Fig. Iod und IIa sind ebenfalls für sechs Ständeranschlüsse
bestimmt. Sie gelten jedoch für sechsphasige Speisung. Wie ersichtlich, ist zwischen
den Klemmen + U und + V die Phase W1, also -W, eingeschaltet. Der Motor läuft mit
derselben Drehzahl, es ergibt sich jedoch ein etwas vollkommeneres Drehfeld nach
diesen beiden Schaltungen. Da sechs zugängliche Netzphasen meist nicht zur Verfügung
stehen, ist in Fig. IIa noch ein Transformator I dazugezeichnet. Gegenüber Fig.
Iod wurden die Gleichrichter 3 von drei Phasen verkehrt angeschlossen, wodurch sich
eine kleinere Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Belegungen des Ständers,
Ausnutzung beider Halbwellen des verfügbaren Primärstromes und damit eine kleinere
Transformatortype und fast sinusförmige Netzbelastung, dafür aber der volle Belastungssummenstrom
in Leitung 4 ergeben.