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Elektromagnetischer Schwingmotor, der Schwingungen mit Netzfrequenz
erzeugt Während die primitiven Konstruktionen von elektromagnetischen Schwingmotoren
als Anker eine Flachfeder hatten, welche durch die elektromagnetische Kraft im Rhythmus
der Wechselspannung angezogen wird, gibt es neuere Konstruktionen, die eine viel
größere Leistung haben. Eine Gruppe dieser neueren Schwingmotoren ist durch die
Verwendung eines Schubankers gekennzeichnet, d. h. eines Ankers, der sich seitwärts
entlang den Polflächen des Ständers und damit senkrecht zur Richtung der aus den
Ständerpolen austretenden Kraftlinien bewegt, ohne die Polflächen jedoch zu berühren,
wobei der Anker eine magnetische Brücke zwischen den Ständerpolen bildet. Eine Besonderheit
dieser an sich bekannten Konstruktion ist, daß die Pole und der Anker des Elektromagneten
mehrere Zähne haben, womit man eine Erhöhung der Schubkraft bei Niedrighaltung der
Amplitude erreicht.
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Alle die Anordnungen haben eine Schwingfrequenz gleich der doppelten
Wechselstromfrequenz, d. h. sie schwingen mit Ioo Hz, da der Anker bei jeder Halbwelle
des Wechselstromes angezogen wird, während eine Arbeitsfeder den Anker wieder zurückzieht,
wenn sich die Wechselstromkurve dem Wert Null nähert.
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Die Frequenz von Ioo Hz ist für technische An wendungen aber in vielen
Fällen zu hoch. Um sie auf 5o Hz zu verringern, pflegt man mit polarisierten oder
elektrodynamischen Systemen zu arbeiten.
Ein anderes Verfahren zur
Erzeugung einer Schwingung von 5o Hz besteht darin, daß man jeweils eine Halbwelle
vermittels einer Gleichrichterröhre unterdrückt, was wiederum den Nachteil hat,
daß das Eisen magnetisch nur in einer Richtung ausgenutzt wird.
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Die vorliegende Erfindung gestattet, eine 5o-Hz-Schwingung ohne das
Hilfsmittel der elektromagnetischen Polarisation sowie ohne Unterdrückung einer
Halbwelle zu erzeugen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet einen
Schubanker besitzt, daß die Pole des Elektromagneten sowie die des Ankers gezahnt
sind, daß der Anker mit allen seinen Zubehörteilen mechanisch auf eine in Nähe der
Netzfrequenz liegende Frequenz abgestimmt ist und die neutrale Stellung des Ankers
mit Bezug auf die Pole des Elektromagneten so ist, daß die Ankerzähne auf Lücken
der Ständerpolzähne stehen. Hiermit erreicht man eine 5o-Hz-Schwingung unter völliger
Ausnutzung des Eisenkreises in beiden Bewegungsrichtungen des Ankers sowie eine
beträchtliche Verminderung der Federbelastung. Man erreicht die 5o-Hz-Frequenz auch,
wenn die Eigenfrequenz des Ankers und seiner Zubehörteile, die mit ihm schwingen,
unter Umständen nicht unerhebliche Abweichungen von 5o Hz haben.
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Die Besonderheit der Konstruktion, daß die Ankerzähne auf Lücke der
Ständerpolzähne stehen, bringt es mit sich, daß der Ständer einen Zahn mehr als
der Anker hat. Auch ist es möglich, daß jeder Ständerpol einen Zahn weniger als
der Anker hat, wobei sich in diesem Falle jeder Ständerzahn gegenüber einer Zahnlücke
des Ankers befindet.
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Ein Sonderfall des neuen Schwingmotors ergibt sich, wenn man die Zahnzahl
der Anker- und Magnetpole gleich groß macht. In diesem Falle wird die magnetische
Kraft in der einen Arbeitsrichtung etwas größer als in der anderen.
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Um die schwingenden Massen so klein wie möglich zu halten, dimensioniert
man das Volumen und das Gewicht des Ankers so, daß sie lediglich einen kleinen Teil
des Gesamtgewichts des magnetischen Kreises bilden.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindungsidee sind in den Zeichnungen
abgebildet und werden weiter unter beschrieben. Alle diese Ausführungsformen haben
die Besonderheit gemein, daß der oder die Anker auch aus Eisenstücken bestehen können,
da es nicht unbedingt erforderlich ist, daß sie aus Blechpaketen gebildet sind.
Außerdem haben sie die Besonderheit, daß die Luftspalte und der Anker sich sehr
nahe an der Wicklung oder sogar sich innerhalb dieser befinden, wodurch der magnetische
Streufluß auf ein Minimum reduziert wird.
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Abb. I stellt eine Ausführung der Erfindung dar, in welcher I und
2 die Pole eines Elektromagneten von beliebiger Form sind, welche je vier Zähne
3 bis Io aufweisen. Auch der Anker ist gezahnt und setzt sich aus einer Anzahl von
Platten II, I2 und I3 zusammen, d. h. er hat einen Zahn weniger als die Ständerpole.
Die Ankerzähne sind unter sich durch die Stange I4 verbunden, die ihrerseits an
der Flachfeder I5 befestigt ist. Diese Feder dient als Lagerung und elastische Aufhängung
und erlaubt dem Anker nur eine Bewegung in Längsrichtung.
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Mit der Feder I5 ist ein Werkzeughalter I6 verbunden, der bei anderen
Anwendungen des Motors durch andere Maschinenelemente ersetzt werden kann, wie z.
B. durch den Kolben einer Pumpe oder der Reibefläche eines Poliergerätes.
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Das System, das durch die Platten II, I2 und I3, die Stange I4, die
Feder I5 und den Werkzeughalter I6 gebildet wird, ist auf eine Eigenfrequenz von
ungefähr 5o Hz abgestimmt, die jedoch auch zwischen etwa 2o und 75 Hz schwanken
kann.
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Frequenzen, die sehr weit unter 5o Hz liegen, können vorteilhaft sein,
weil die Federn um so mehr entlastet werden, je mehr die Eigenfrequenz des Systems
abnimmt, wobei das magnetische Feld und seine Kräfte in gewisser Weise einen Teil
der Aufgaben der Federn übernehmen.
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Die neutrale Stellung des Ankers, die in der Abbildung zu sehen ist,
besteht darin, daß seine Zähne auf Lücke der Ständerpolzähne stehen.
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Wenn man den Elektromagneten an eine Wechselstromquelle anschließt,
entsteht zwischen den Polen I und 2 eine magnetische Spannung, und die Platten II,
I2 und I3 des Ankers haben das Bestreben, eine Stellung einzunehmen, wo sie eine
magnetische Brücke zwischen den gegenüberstehenden Ständerpolzähnen bilden. Wenn
beim Auftreten der ersten Halbwelle des Wechselstromes der Anker sich z. B. einen
Schritt nach links bewegt, so bildet seine Platte II eine magnetische Brücke zwischen
den Zähnen 3 und 7, während die Platte I2 eine Brücke zwischen den Zähnen 4 und
8 und die Platte I3 eine Brücke zwischen den Zähnen 5 und 9 bildet.
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Wenn der Wechselstrom sich dem Wert Null nähert, wird die Feder I5
den Anker in die neutrale Stellung zurückziehen, die in Abb. I gezeigt ist. Die
darauffolgende negative Halbwelle des Wechselstromes magnetisiert wiederum den Elekromagneten,
und der Anker, der sich schon in Bewegung nach rechts befindet, wird diese Bewegung
fortsetzen, bis die Platte II eine magnetische Brücke zwischen den Polzähnen 4 und
8 bildet bzw. die Platte 12 zwischen den Zähnen 5 und 9 und die Platte 13 zwischen
den Zähnen 6 und io.
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Wenn der Wechselstrom sich wieder dem Wert Null nähert, wird die Feder
15 den Anker wiederum in seine neutrale Stellung zurückziehen, d. h. ihn nach links
bewegen. Der Anker wird sich in diesem Sinne so weit bewegen, bis er wieder die
Stellung einnimmt, wo die Platte i i den Ständerzähnen 3 und 7 gegenübersteht, wenn
der Strom seinen Höchstwert erreicht hat. Die so erzeugte Frequenz ist
50 Hz oder allgemein gesagt gleich der Frequenz des Wechselstromes.
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Die Anzahl von vier Zähnen an jedem Pol, wie sie in Abb. i dargestellt
sind, stellt ein Beispiel dar. da erfindungsgemäß diese Zahl eine lieliehigt° ganze
Zahl sein kann, die größer als Eins ist: I):-
Möglichkeit, die Zahl
der Zähne zu verändern, hat den Vorteil, die Charakteristik des Schwingmotors zu
ändern, weil bei der Erhöhung der Zahnzahl, bezogen auf eine bestimmte Erregerpollänge,
der Hub des Ankers kleiner wird und die Schubkraft sich erhöht, während bei einer
Verringerung der Zahnzahl der Ankerhub größer wird und die Kraft sich verringert.
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Die Abb. 2 und 3 stellen Ausführungsbeispiele dar, bei denen das Ständerblechpaket
die Form eines U hat, zwischen dessen Polen sieh der Anker befindet.
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In Abb. 2 haben die Pole I und 2 des Elektromagneten, welcher die
Spulen I7 und I8 trägt, einen kleinen Querschnitt und bilden gewissermaßen zwei
sich gegenüberstehende Zähne. Der Anker ist durch die beiden Platten I9 und 2o gebildet,
die durch die Stange 2I verbunden sind. Diese Stange ist ihrerseits in Verbindung
mit einer Arbeitsfeder und einem Werkzeughalter oder einem beliebigen anderen Arbeitselement,
welche weder in der Abb. 2 noch in den folgenden Abbildungen abgebildet sind.
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Die gezeichnete Stellung in allen Abbildungen ist die neutrale Stellung
des Ankers, und die Art des Funktionierens ist die gleiche, wie sie schon bei Abb.
I erklärt wurde.
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Abb. 3 zeigt einen Schwingmotor ähnlich dem der Abb. 2, jedoch mit
dem einzigen Unterschied, daß jeder seiner Pole (I und 2) zwei Zähne statt eines
Zahns hat, während der Anker nur eine Platte 22 besitzt, die mit der Stange 23 in
Verbindung steht, welche die Kraft auf das Werkzeug überträgt.
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Die Abb. 4 zeigt eine Ausführung der Erfindung, in welcher das Ständerblechpaket
24 die Form eines Manteltransformators hat, dessen Kern eine gezahnte Öffnung 25
aufweist, in welcher sich der Anker befindet, der im gezeichneten Ausführungsbeispiel
durch die beiden mit der Stange 28 verbundenen Platten 26 und 27 gebildet wird.
Die Pole 29 und 3o des Ständers haben jeder drei Zähne. Wenn man die Spulen 3I und
32 mit der Wechselstromquelle verbindet, bewegt sich der Anker in Längsrichtung
auf dieselbe Weise, wie schon anläßlich der Abb. I beschrieben worden ist.
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Die Abb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der
Ständer aus zwei länglichen mit den Spulen 35 und 36 versehenen Eisenblechpaketen
33 und 34 gebildet wird. Zwischen den Enden der Eisenblechpakete, die vier Pole
mit je vier Zähnen bilden, sind die Anker angebracht, die je durch drei Eisenblechpakete
37, 38 und 39 auf der einen Seite bzw. 40, 4I und 42 auf der anderen Seite gebildet
werden. Erfindungsgemäß können die Anker sich in gleichförmigem Sinne bewegen, wobei
sie durch entsprechende Anordnungen miteinander verbunden sind.
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Die Angabe der Frequenz von 5o Hz in der vorliegenden Beschreibung
gilt für den Fall, daß das Wechselstromnetz die Frequenz 5o hat. Dort, wo die Netzfrequenz
nicht 5o Hz beträgt, müssen die angegebenen Zahlen analog abgeändert werden.