-
Elektromagnetischer Schwingmotor
Zum Antrieb schwingender Arbeitsgeräte,
wie z. B. von Sieben, Förderrinnen, Rütteltischen u. ä., werden mit Vorteil elektromLagnetische
Schwingmotoren verwendet. Die in solchen Schwingmotoren wirkenden pulsierenden magnetischen
Zugkräfte können durch Speisung der Magnetwicklung unmittelbar von einer Wechselstromquelle
oder unter Zwischenschaltung eines elektrischen Ventils, also mit Halbwellensteuerung,
erzeugt werden, je nach der gewünschten Schwingfrequenz.
-
Um den Blindstromverbrauch, der durch die Erzeugung der erfor,derlichen
magnetischen Zugkräfte bedingt ist, in praktisch erträglichen Grenzen zu halten,
ist es zweckmäßig, das gesamte Schwinggebilde, bestehend aus dem elektrotnagnetischen
Schwingmotor und dem daran angeschlossenen Nutzgerät, auf eine Eigenschwingfrequenz
abzustimmen, die von der Impuls- oder Antriebtsfrequenz nur insoweit verschieden
ist, daß eine stabile Regelung des Schwintgun,gsTausschlages! und damit der Schwingweite
des Nutzgerätes möglich ist.
-
Bekanntlich hängt die Größe des Schwinlgun,gsausschlages a eines
gegebenen 5 chwinggeb i ldes bei gleichbleibender Antriebskraft von dem Verhältnis
Antriebsfrequenz/Eigenfreqenz = fa/fo ab. Um praktisch möglichst große Schwingungsausschläge
zu erhalten, wird zweckmäßigerweise das Verhält-
nis fa/fo etwa
in den Bereichen um o,8 oder I,2 gewählt, da geringere Abweichungen von der Resonanzlagefa/fO
= I zu große Schwankungen des Auslsiages bei Änderung der Dämpfung ergeben.
-
Für den elektromagnetischen Schwingantrieb sind wegen günstigerer
Bediiingungen.der Energieu1nsetzung die Verhältniswerte um o,8 vorzuziehen.
-
Da bei Speisung von einem WechseLstromnetz die Antriebs frequenz
durch die Netzfrequenz gegeben ist, muß låLso das Schwinggebilde auf eine bestimmte
Eigenfrequenz abgestimmt werden. D.as Schwinggebilde besteht nun nach Fig. I aus
Schwingmotor und dem Nutzgerät. Der Schwingmotor selbst besteht aus zwei Teilen,
von denen der eine den Elestromagneten I enthält, tder andere den Anker 2 hierzu.
Die beiden Teile des Schwingmotors sind durch Federn 4 miteinander schwingfähig
gekoppeLt, während das Nutzgerät 3 mit dem Ankerteil 2 starr verbunden ist. Alle
diese Teile sind vorzulgsfiweise im Raum frei schwingend, z. B. über Federn 5, aufgehängt,
so daß praktisch keine Schwingkräfte auf die Umgebung übertragen werden.
-
Das Nutzgerät 3 habe das Gewicht C, der Magnetteil I des Schwingmotors
das Gewicht Gf, der Ankerteil das Gewicht Ca'. Durch die Federn sind zwei Massen
gekoppelt, deren Gesamtgewichte also Gf bzw. Ca = Gat + Ga sind. Die Eigenfrequenz
ist dann gegeben durch
worin C die gesamte Federkònstante der Federn ist.
-
Bei einer gegebenen Typengröße des Schwingmotors ändert sich demnach
die Eigenfrequenz fo mit dem Gewicht Gn des angeschlossenen Nutzgerätes. Die gleiche
Typengröße muß nun aber aus wirtschaftlichen Gründen für sehr verschiedenartige
Antriebsgeräte verwendbar sein, wobei das Gewicht G, des Nutzgerätes im Verhältnis
zu den Gewichten des Schwingmotors in weiten Grenzen schwanken kann. Der für den
Ausschlag günstige Bereich fa/fo o,8 wäre dann nur dadurch zu verwirklichen, daß
jeweils entsprechend dem Gewicht G, andere Federn mit größerer oder kleinerer Federkonstante
eingebaut würden. Dies wäre aber eine den praktischen Einsatz solcher Schwingmotoren
sehr erschwerende Maßnahme. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Schwierigkeit
der richtigen Frequenzabstimmung dadurch zu beheben, daß der gegenläufig zum Nutzgerät
ungedämpft und frei schwingende Teil des Schwingmotors, der den Elektromagneten
trägt, unterteilt ist in einen ständig mitschwingenden Hauptteil I" und einen lösbaren
Teil I', in folgendem als Zusatzgewicht bezeichnet. Erhöht sich das Nutzgewicht
Ca, so nimmt damit die Eigenfrequenz fo ab. Dies kann man vermeiden, indem man vom
Hauptteil I" mit dem Gewicht Gt das Zusatzgewicht I' löst und so dessen Gewicht
auf den Wert Gf' vermindert.
-
Damit bleibt die Eigenfrequenz J0 etwa in der ursprünglichen Höhe.
Das Zusatzgewicht I' ist dabei so bemessen, daß das Frequenzverhältnis ta//o kleiner
als I bleibt, auch wenn das Nutzgewicht theoretisch den Wert unendlich annehmen
würde.
-
In diesem Fall wäre bei abgenommenem Zusatzgewicht die Eigenfrequenz
Naturgemäß nimmt die Größe des Anschlags des Nutzgerätes mit wachsendem Gewicht
des letzteren ab; denn der Gesamtaussch-lag, der der Relativbewegung der gegenläufig
zueinanderschwingenden Massen G und Gf entspricht, teilt sich nach bekannten gesetzen
iin umgekehrten Verhältnis der Massen auf in einen Ausschlagteil an des Nutzgerätes
bzw. af des frei schwingenden Teils.
-
Es hat sich in der praktischen Anwendung von Schwingmotoren gezeigt,
daß die in nur zwei Stufen erfolgende Anpassung des frei schwingenden Teils des
Schwingmotors an verschieden große Gewichte des Nutzgerätes noch zu große Unterschiede
in der Eigenschwingfrequenz und damit im Frequenzverhältnis ergibt. Da aber bei
unveränderter eIektrischer Auslegung des Schwingmotors die nutzbare Schwingweite,
die gleich dem Schwingweg von einer Endlage zur anderen ist, von dem Frequenzverhältnis
stark abhängig ist, wird bei Zwischengrößen des Nutzgewichtes, die bereits ein Arbeiten
ohne Zusatzgewicht am Schwingmotor erfordern, die nutzbare Schwingweite zu klein.
-
Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß das
Zusatzgewicht I' unterteilt wird, und zwar vorzugsweise in ungleich große Teilgewichte,
die z. B. einem Drittel bzw. zwei Dritteln des gesamten Zusatzgewichtes entsprechen.
-
Dadurch wird es nun möglich, im gesamten Bereich des für eine bestimmte
Type des Schwingmotors zulässigen Nutzgewichtes das Frequenzverhältnis in wesentlich
engeren Grenzen einzuhalten, da nunmehr drei Zusatzgewichtsstufen zur Verfügung
stehen, so daß die Anpassung an das Nutzgewicht in gesamt vier Stufen möglich ist,
nämlich mit 0, 1/3, 2/3 oder 3/3 des gesamten Zusatzgewichtes.
-
In den Fig. 2 und 3 ist in vergleichenden Schaubildern der durch
die Erfindung erreichte Fortschritt dargestellt.
-
Fig. 2 stellt die bei Verwendung eines einteiligen Zusatzgewichtes
erreichbaren Nutzschwingweiten an in Abhängigkeit vom Nutzgewicht Gn für eine bestimmte
Type eines Schwingmotors dar; sie zeigt deutlich den scharfen Abfall der Nutzschwingweite
beim Übergang vom Bereich kleiner Nutzgewichte in den Bereich großer Nutzgewichte.
-
Hierbei sind magnetische Antriebskraft und Federsystem des Schwingmotors
als konstant vorausgesetzt, wie es bei einer mit konstanter Spannung betriebenen
Typengröße der Fall ist. Durch die Unterteilung des Zusatzgewichtes in zwei Teilgewichte,
wie beispielsweise nach Fig. 3 angenommen, werden zwei Zwischenstufen gebildet,
die im mittleren Bereich des Nutzgewichtes wesentlich größere Nutzschwingweiten
erreichen lassen als nach Fig. 2. Die sprunghaften Übergänge von
einer
Zusatzgewichtsstufe zur nächsten lassen sich allerdings auch hierbei nicht vermeiden,
da bei Betrieb mit einem Frequenzverhältnis von Antriebsfrequenz zu Eigenschwingfrequenz
kleiner als I innerhalb einer Zusatzgewichtsstufe jeweils dem größeren Nutzgewicht
die größere Nutzschwingweite zugeordnet ist, weil mit Vergrößerung des Nutzgewichtes
eine Annäherung an die Resonanz und damit auch eine Zunahme der Schwingweite eintritt.
Da die Annäherung an die Resonanz mit Rücksicht auf genügende Stabilität der Schwingweite
nur bis zu einer bestimmten Grenze, etwa bis zu einem Frequenzverhältnis von .....
. o,85, erfolgen darf, muß bei weiterer Vergrößerung des Nutzgewichtes jeweils auf
die nächstkleinere Zusatzgewichtsstufe übergegangen werden.
-
Durch weitergehende Unterteilung des Zusatzgewichtes in mehr als
zwei Teilgewichte kann man eine noch feinstufigere Anpassung an verschiedene Größen
des Nutzgewichtes erreichen. Meist wird jedoch die beispielsweise beschriebene Unterteilung
in zwei ungleiche Teilgewichte, die konstruktiv einfach durchzuführen ist, den praktischen
Anforderungen genügen.