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Kurzschlußmotor mit durch sein Magnetfeld verschiebbarem Läufer Die
Erfindung geht aus von einem Kurzschlußmotor mit durch sein Magnetfeld verschiebbarem
Läufer und einer Kupplung, die durch die axial verschiebbare Läuferwelle ein- und
ausgerückt wird. Der abtreibende Teil einer solchen vorzugsweise von dem Motorgehäuse
umschlossenen Kupplung wird im allgemeinen ebenfalls verschiebbar gemacht und mit
einer Bremsscheibe oder Bremsfläche versehen, die gegen eine feststehende Bremsfläche
so zu wirken vermag, daß beim Abschalten und Entkuppeln des Motors der abtreibende
Kupplungsteil abgebremst wird.
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Ein derartiger Motor hat gegenüber einem selbstbremsenden Motor normaler
Bauart den Vorzug, daß bei Betrieb in gleicher Drehrichtung erheblich höhere Schaltzahlen
zu erzielen sind, da die Beschleunigungsarbeit für den Läufer, die bei einem Motor
normaler Bauart bei jedem Anlauf erneut aufzubringen ist, fast ganz entfällt und
außerdem die abtriebseitigen Anläufe im günstigen Arbeitsbereich des Motors vor
sich gehen, bei einem Anlaufstrom, der höchstens gleich dem Strom im Kippunkt sein
kann.
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Durch Anordnung einer zusätzlichen Schwungmasse am Läufer kann dessen
Auslaufzeit verlängert bzw. eine Arbeitsreserve geschaffen werden, die sich bei
jeder Einschaltung wie eine Erhöhung des abtriebseitigen Anlaufmomentes auswirkt.
Wollte
man einen solchen Kupplungsmotor für Antriebe verwenden, bei denen es auf möglichst
kurze Anlauf- und Bremszeiten ankommt, während die Einschalthäufigkeit gering ist,
beispielsweise für Webstühle, dann würde die gewünschte Wirkung nur in bezug auf
schnelle Bremsung, bei welcher der Bremsanteil für den frei auslaufenden Motorläufer
entfällt, eintreten, nicht aber in bezug auf den Hochlauf, weil das Einschalten
des Motors bei der geringen Schalthäufigkeit nicht bei noch umlaufendem, sondern
bei bereits stillstehendem Motor vor sich geht und somit der besonders schnelle
Hochlauf als Folge der eingesparten Läuferbeschleunigungsarbeit nicht eintritt.
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Um auch in solchen Fällen einen schnellen Hochlauf zu erreichen, sind
zusätzliche Einrichtungen erforderlich, durch welche dafür gesorgt wird, daß der
Läufer des bei Läuferstillstand eingeschalteten Motors erst leer hochläuft und dann
auf den Abtrieb kuppelt. Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, den Motor
mittels eines zweistufigen Schalters einzuschalten, wobei sich auf der ersten Stufe
ein geschwächtes Motorfeld ausbildet, das wohl den Motor zum Anlaufen bringt, jedoch
nicht imstande ist, eine dem magnetischen Axialschub entgegenwirkende Rückhaltefeder
zu überwinden. Die Kupplung kann also zunächst nicht einfallen. Nachdem der Motor
leer hochgelaufen ist, wird mit der zweiten Schaltungsstufe das volle Feld eingeschaltet.
Jetzt überwiegt die magnetische Axialkraft die Federkraft, und der Motor kuppelt
auf den Abtrieb. Als Schaltungsmittel kann die Stern-Dreieck-Schaltung oder eine
Reihen-Parallelschaltung angewendet werden. In beiden Fällen aber ist die große
Anzahl der zwischen Motor und Schalter erforderlichen Leitungen unerwünscht, und
zwar sind bei der Stern-Dreieck-Schaltung sechs und bei der Reihen-Parallelschaltung
mindestens zehn Leitungen zwischen Motor und Schalter und zehn Klemmen am Klemmenbrett
erforderlich. Außerdem ist die Notwendigkeit der zweimaligen Schaltung bei jedem
Anlauf des Motors störend, insbesondere deshalb, weil zwischen der ersten und der
zweiten Schaltung ein dem Hochlauf des Motors dienender bestimmter Mindestzeitraum
liegen muß. Es ist zwar möglich, den Schaltungsvorgang durch eine Einrichtung zu
vereinfachen, durch welche die Umschaltung nach dem Hochlauf des Motors selbsttätig
erfolgt; durch eine solche Einrichtung wird aber die Steuereinrichtung des Motors
noch weiter wesentlich verteuert.
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Die Erfindung erreicht das angestrebte Ziel durch eine Einrichtung,
die nicht nur mit Schaltungsanordnungen auskommt, wie sie für Kurzschlußläufermotoren
normaler Bauart benutzt werden, sondern die auch eine höhere Ausnutzung des magnetischen
Axialschubes für die Ausbildung des Kuppelmomentes zuläßt, weil für den Leeranlauf
keine Rückhaltefeder erforderlich ist.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Kupplungsmotor der genannten Art
einer der beiden Kurzschlußringe des Läufers benutzt, um ein Magnetfeld zu erregen,
welches einen dem magnetischen Hauptaxialschub entgegengerichteten Axialschub erzeugt.
Der magnetische Eisenweg des entgegenwirkenden Axialschubes wird einerseits durch
einen den Kurzschlußring umschließenden, vorzugsweise am benachbarten Motorschild
angeordneten Eisenring mit U-förmigem Querschnitt gebildet, andererseits schließt
sich der magnetische Eisenweg über die Läuferzähne und überbrückt dabei zwei bei
ausgeschaltetem Motor möglichst schmale, ringförmige Luftspalte zwischen den Stirnflächen
des Läufers und denen des den Kurzschlußring umschließenden Eisenringes.
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Die während des Hochlaufs im Kurzschlußring fließenden hohen Ringströme
erregen über den -in der Hauptsache durch die bei Stillstand sehr geringen Luftspalte
bestimmten - magnetischen Widerstand ein so starkes magnetisches Feld, daß sich
durch den von diesem erzeugten, entgegenwirkenden magnetischen Axialschub der Hauptaxialschub
überwinden läßt. Er ersetzt damit die Rückhaltefeder. Nach erfolgtem Hochlauf des
Motors wird der Gegenaxialschub mit dem Abklingen der Anlaufströme und der Vergrößerung
der Luftspalte nahezu zu Null.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem Motor normaler Bauart
das sich um den Kurzschlußring des Läufers beim Einschalten des Motors ausbildende
Mägnetfeld zu Steuerzwecken auszunutzen. Hier wird im Gegensatz zum Erfindungsvorschlag
bei einer Magnetbremse die axial verschiebbare Bremsscheibe durch das sich beim
Einschalten des Motors ausbildende Magnetfeld zur Anlage an den Kurzschlußring gebracht,
um zu verhüten, daß diese Scheibe bei stromlosem Magnet sich frei bewegt und damit
störende Geräusche verursacht.
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In Abb. i der Zeichnung ist der Aufbau eines :Motors nach der Erfindung
dargestellt und seine Wirkungsweise in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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Mit i ist der Ständer und mit 2 der auf der Welle 3 mittels einer
Läuferbüchse dreh- und verschiebbare Läufer eines hier beispielsweise mit konischem
Läufer ausgebildeten Verschiebeankermotors bezeichnet. Der Kurzschlußring q. an
der größeren Kegelseite des Läufers wird bei ausgeschaltetem Motor von dem am Lagerschild
5 befestigten Eisenring 6 umfaßt. In der einen Endlage des Läufers, die in der oberen
Hälfte der Abb. i dargestellt ist, liegt die Läuferbüchse 7 am Lagerschild 5 an.
In dieser Stellung ist der Abstand zwischen dem Eisenring und der Stirnfläche des
Kurzschlußringes nur gerade so groß, daß eine Berührung beider Teile bei umlaufendem
Läufer vermieden wird.
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Wenn der Motor eingeschaltet wird, durchsetzt das Motorfeld den kegeligen
Luftspaltraum, wobei zwischen .den Kegelmänteln von: Ständer und Läufer eine magnetische
Zugkraft entsteht, die axial in Richtung der Kegelverengung wirkt. In Abb. 2 ist
diese magnetische Axialkraft in ihrem normalen Verlauf als Funktion der Drehzahl
durch die Kurve a dargestellt. Während des Anlaufs wird die
Läuferwicklung
von dem von seinem Stillstandswert bis zur Betriebsgröße absinkenden Läuferstrom
durchflossen, wie es die Kurve b zeigt.
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Der den Kurzschlußring 4 durchfließende Läuferstrom erzeugt einen
magnetischen Fluß, der den Kurzschlußring umfaßt und dessen Verlauf durch die mittleren
Kraftlinien 8 angegeben ist. Im Luftspaltraum zwischen dem Eisenring 6 und der gegenüberliegenden
Läuferstirnfläche tritt eine an den Stirnflächen angreifende axiale magnetische
Zugkraft auf, die der im kegeligen Luftspaltraum wirkenden Zugkraft entgegengesetzt
gerichtet ist. Ihr Verlauf ist durch die Kurve c gekennzeichnet. Bezeichnend für
diese negative Zugkraft ist, daß sie entsprechend dem Absinken des Läuferstromes
im Bereich der Betriebsdrehzahlen sehr klein und bei Synchronismus zu Null wird.
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Die Zugkraft im kegeligen Luftspaltraüm wirkt zugleich mit der am
Kurzschlußring erzeugten, so daß sich die resultierende Zugkraft als Summe der Kurven
a und c als Kurve d ergibt.
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Durch die Wahl der Abmessungen, z. B. der Kegelsteigung, hat man es
nun in der Hand, die Kurven a und c so aufeinander abzustimmen, daß die Resultierende
d im Hochlaufbereich, also im Bereich des hohen Läuferstromes, negativ und im Bereich
der Betriebsdrehzahlen positiv wird, und zwar, da der magnetische Widerstand des
Stirnfeldes zufolge der gleichzeitig mit dem Hochlauf stattfindenden Vergrößerung
des stirnseitigen Luftspaltes sehr groß wird, etwa gleich der Leerlaufaxialkraft
im kegeligen Luftspaltraum.
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Dieser Axialkraftverlauf hat zur Folge, daß der Läufer 2 nach dem
Einschalten des Motors zunächst leer hochläuft. Beim Übergang in den Betriebsdrehzahlbereich
wird die Axialkraft positiv und verschiebt den Läufer, der sich dann mit seinem
Kupplungsteil 9 auf den Kupplungsteil Io kuppelt, wobei die Bremse II unter Überwindung
der Bremsfelder 12 gelöst wird. Damit ist die Leistungsabgabe eingeleitet. Der Erfindungsvorschlag
ist auch für einen Einphasenasynchronmotor vorteilhaft anwendbar, wem. dieser mit
einer Wechselstromwicklung ausgerüstet wird, deren Hilfsstrang ein phasenverschiebendes
Mittel zugeordnet ist, welches so gewählt und bemessen ist, daß der Motor unbelastet
noch anläuft. Diese Bemessung stimmt etwa mit der Bemessung eines phasenverschiebenden
Mittels überein, über welches die Hilfswicklung auch nach dem Hochlauf eingeschaltet
bleiben kann, wobei ein leistungssteigernder und geräuschmindernder Effekt erreicht
wird. Die Axiälkraftausbildung ist im Grundsätzlichen die gleiche wie bei Drehstrommotoren,
der Läufer bleibt demnach so lange ungekuppelt, bis er nahezu hochgelaufen ist.