DEP0036191DA - Schwingantrieb - Google Patents

Description

Die Schwingweite frei schwingender Schwinggebilde, z.B. solcher mit elektromagnetischem Schwingantrieb und federgekoppelten Massen, ergibt sich bekanntlich aus dem Kräftegleichgewicht der Feder- und Massenkräfte, der antreibenden Wechselkraft und der Dämpfungskraft. Wenn sich die antreibende Wechselkraft ändert, z.B. infolge von Schwankungen der Netzspannung oder der Netzfrequenz oder beider, so ändert sich damit im allgemeinen auch die Schwingweite. Um die elektrische Blindleistung elektromagnetischer Schwingantriebe möglichst klein zu halten, werden die Federn und Massen möglichst so bemessen, daß die Eigenschwingfrequenz des freischwingenden Gebildes in der Nähe der Antriebsfrequenz liegt. Man erhält die günstigsten Stabilitätsbedingungen, wenn die Eigenfrequenz größer ist als die Antriebsfrequenz, weil dann auch bei etwaiger Änderung der Dämpfungskraft, die im wesentlichen durch die mechanisch abgegebene Wirkleistung bedingt ist, die Schwingweite sich am wenigsten ändert. Das Verhältnis von Eigenfrequenz zu Antriebsfrequenz wird aus diesem Grunde meist etwa = 1,1 bis 1,2 gewählt.

Da die Schwingweite in starkem Maße von dem erwähnten Frequenzverhältnis abhängt, wirken sich im praktischen Betrieb Frequenzänderungen des Netzes stark auf die Schwingweite aus. Kommen noch Netzspannungsschwankungen hinzu, so kann die Änderung der Schwingweite so groß werden, daß entweder keine ausreichende Wirkung des vom Schwingantrieb zu betätigenden Nutzgerätes erreicht wird, oder daß umgekehrt bei übermäßig großer Schwingweite der Schwingantrieb selbst und das Nutzgerät mechanisch überbeansprucht werden.

Es besteht daher besonders für Schwingantriebe, die an Netze mit größeren Spannungs- und Fequenzschwankungen angeschlossen werden sollen, das dringende Bedürfnis, ihre Schwingweite von diesen Schwankungen möglichst unabhängig zu machen. Man könnte daran denken, die Schwingweite durch Anbringen anderer Anschläge zu begrenzen. Eine solche Anordnung wäre jedoch nicht empfehlenswert, weil sie eine starke mechanische Beanspruchung und in der Regel ein ohrenbetäubendes Geräusch bedingt. Erfindungsgemäß wird deshalb die Schwingweite durch mindestens einen elastischen Anschlag mit hoher Federsteifigkeit begrenzt und gleichzeitig das gesamte Schwinggebilde, bestehend aus Schwingantrieb und Nutzgerät, auf eine die Antriebsfrequenz übertreffende Eigenschwingfrequenz abgestimmt. Besonders vorteilhaft ist es, Anschläge mit progressiver Federsteifigkeit vorzusehen, d.h. elastische Körper solcher Art und in solcher Anordnung zu verwenden, daß mit zunehmender Schwingweite die Federkonstante zunimmt.

Als besonders geeignet haben sich Puffer aus Gummi oder Buna erwiesen, wenn sie in eine Aussparung eingesetzt oder mit einer Fassung versehen sind, sodaß sie quer zur Stoßrichtung nicht oder nur sehr wenig ausweichen können. Ein erfindungsgemäß mit elastischen Anschlägen versehenes

Schwinggebilde besitzt bis zu der Schwingweite, bei der der Anschlag gerade noch nicht berührt wird, die gleiche eindeutige Eigenfrequenz wie bei allen kleineren Schwingungsweiten. Steigt jedoch die Schwingweite über diese Grenzschwingweite an, sei es infolge von Spannungs- oder Frequenzerhöhungen, oder infolge der Abnahme der Dämpfungskraft, so werden die elastischen Anschläge wirksam. Ihre Federsteifigkeit überlagert sich denjenigen der Hauptfedern des Schwinggebildes. Je höher die Federsteifigkeit der elastischen Anschläge ist, desto größer ist bei gegebener Überschreitung der Grenzschwingweite die Erhöhung der Eigenfrequenz gegenüber dem Zustand der freien Schwingung. Selbst wenn man die Abstimmung so vornimmt, daß bei den Nennwerten der Frequenz und der Spannung des speisenden Netzes bereits die elastischen Anschläge zur Wirkung kommen, tritt nur eine geringe Erhöhung der Schwingweite ein, wenn die Frequenz- und/oder die Spannung des speisenden Netzes zunimmt. Bei Abnahme der Netzfrequenz und/oder -spannung ändert sich die Schwingweite ebenfalls nur wenig, weil die Eigenfrequenz, solange die Anschläge vom schwingenden Gebilde überhaupt noch berührt werden, abnimmt. Der erfindungsgemäße Schwingantrieb weist somit eine von der Spannung und Frequenz des speisenden Netzes nur besonders wenig abweichende Schwingweiten auf, wenn man dafür Sorge trägt, daß die elastischen Anschläge in dem ganzen in Frage kommenden Bereich von Netzspannung und -frequenz zur Wirkung gelangen.

Fig. 1 zeigt die Federkraft in Abhängigkeit vom Federweg, während Fig. 2 in zum Teil schematischer Darstellung einen elektromagnetischen Schwingantrieb gemäß der Erfindung wiedergibt.

Geradeso wie bei den Schwingantrieben üblicher Bauart ist auch bei dem Schwingantrieb gemäß der Erfindung die Federkraft dem Federweg annähernd proportional, solange der schwingende Teil nicht gegen den elastischen Anschlag schlägt. Diese Grenzschwingweite ist in dem Diagramm nach Fig. 1 mit c bezeichnet. Bei Überschreitung dieser Schwingweite kommt der Puffer zur Wirkung, sodaß in diesem Bereich die Kennlinie d gilt. Nimmt die Schwingweite beispielsweise bis zum Federweg c(sub)1 zu, so vergrößert sich die Federarbeit infolge der Wirkung des Puffers um die in Fig. 1 schraffierte Fläche. Die Anfangsbeschleunigung beim Zurückschwingen ist im Verhältnis der in Fig. 1 mit K und K(sub)1 bezeichneten Kräfte größer geworden. Die Eigenfrequenz ist also höher als beim Schwingen ohne Anschlag. Die Eigenfrequenz der freien Schwingung kann daher bei dem erfindungsgemäßen Schwingantrieb etwas kleiner gewählt werden als bei den bekannten Schwingantrieben ohne elastische Anschlagsbegrenzung. Der Schwingantrieb gemäß der Erfindung zeichnet sich daher gegenüber den bekannten Antrieben bei sonst gleichen Verhältnissen durch einen kleineren Blindverbrauch aus. Diese vorteilhafte Wirkung wird also nicht durch eine dämpfende Abbremsung der Schwingung, sondern durch die zusätzliche, vorzugsweise steile, progressive Federwirkung des Anschlags erzielt. Sie tritt nur ein, wenn das gesamte Schwinggebilde, bestehend aus Schwingantrieb und Nutzgerät, so abgestimmt ist, daß die Eigenschwingfrequenz größer als die Antriebsfrequenz ist. Es tritt praktisch keine Erhöhung des Wirkverbrauchs des Antriebs auf, da der durch den elastischen Anschlag bedingte zusätzliche Wirkverbrauch vernachlässigbar klein ist.

Fig 2 zeigt eine besonders einfache Ausführungsform für einen Schwingantrieb gemäß der Erfindung mit elektromagnetischer Wechselkrafterregung. Man erkennt jedoch ohne weiteres, daß Schwingantriebe mit anderer Erregung in analoger Weise gemäß der Lehre der Erfindung ausgebildet werden können.

Der Erreger-Elektromagnet 1 mit der Magnetspule 2 ist an dem Querhaupt 3 befestigt, das beispielsweise durch ein Federpaar 4 mit einem zweiten Querhaupt 5 und dem daran sitzenden Magnetanker 6 schwingfähig gekoppelt ist. Die Magnetspule muß derart, z.B. mit Wechselstrom oder unterbrochenem Gleichstrom, gespeist werden, daß eine magnetische Wechselkraft erzeugt wird. Das an den Schwingantrieb bei 7 angeschlossene, inder Figur nicht dargestellte Nutzgerät bildet zusammen mit dem Schwingantrieb ein Zweimassenschwinggebilde, das bei dem erfindungsgemäßen Schwingantrieb derart abgestimmt wird, daß seine Eigenfrequenz größer ist als die der Antriebsfrequenz.

Durch einen beispielsweise in den Magnetkern 1 oder den Magnetanker 6 eingelassenen Puffer 8 aus einem elastischen Werkstoff wie Gummi oder Buna wird die

Schwingweite derart begrenzt, daß ein unmittelbares Aufeinanderschlagen der meist aus Blechen aufgebauten magnetisch wirksamen Teile und damit ihre Zerstörung vermieden wird. Der Puffer wird so angeordnet und ausgebildet, daß selbst bei der höchsten Abweichung der Netzbedingungen und der Belastung des Nutzgerätes von den Sollwerten die angestrebte Wirkung voll erzielt wird.

Die Verwendung eines Anschlags aus Gummi o.dgl. weist gegenüber Anordnungen mit einer harten Anschlagfeder den Vorteil auf, daß das Anschlaggeräusch geringer ist. Unter Umständen ist es jedoch vorteilhaft, z.B. eine kurze, sehr harte Feder zu verwenden, insbesondere, wenn ein sehr steiles Ansteigen der Federkraft mit zunehmender Schwingweite oberhalb der Grenzschwingweite verlangt wird. Man kann auch eine Kombination von Feder und Gummipuffer verwenden.

Es können auch mehrere Anschläge eingebaut werden. Sie können so eingestellt werden, daß sie sämtlich bei Überschreiten der Grenzschwingweite zur Wirkung kommen. Unter Umständen ist es jedoch vorteilhafter, sie in Richtung der Schwingung gestaffelt anzuordnen, sodaß einige von ihnen nur bei sehr weitem Überschreiten der Grenzschwingweite als Anschläge dienen. Die verschiedenen Anschläge können auch verschiedenartig ausgebildet sein. Man wird insbesondere bei Anschlägen, die nur unter verhältnismäßig selten vorkommenden Betriebsbedingungen berührt werden, weniger Rücksicht auf das Anschlaggeräusch zu nehmen brauchen.

Die Haltbarkeit der Gummipuffer und ihre Federkonstante können wesentlich dadurch erhöht werden, daß die Puffer beispielsweise in Aussparungen eingelassen werden, sodaß ein Ausweichen des Pufferwerkstoffes quer zur Schwingrichtung erschwert oder gar verhindert wird. Man kann auch durch um die Puffer herumgelegte Ringe oder ähnliches Maßnahmen diese Wirkung erzielen. Umgibt die Fassung den Puffer im unbelasteten Zustand mit einem kleinen Spiel, so tritt diese Wirkung erst bei stärkerer Deformation ein. Die Federkonstante eines derart gefaßten Puffers ist daher bei hoher Beanspruchung größer als bei niedriger Beanspruchung. Es empfiehlt sich in jedem Falle, durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch eine solche Fassung der Puffer dafür Sorge zu tragen, daß die Deformation des Pufferwerkstoffes im Betrieb nie so groß werden kann, daß er infolge der Überbeanspruchung zerstört wird.

Claims (6)

1.) Schwingantrieb, insbesondere mit elektromagnetischer Wechselkrafterregung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elastischer, die Schwingweite begrenzender Anschlag mit hoher Federsteifigkeit vorgesehen ist und gleichzeitig das gesamte Schwinggebilde, bestehend aus Schwingantrieb und Nutzgerät, auf eine die Antriebsfrequenz übertreffende Eigenschwingfrequenz abgestimmt ist.

2.) Schwingantrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge mit progressiver Federsteifigkeit vorgesehen sind.

3.) Schwingantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag Puffer aus Gummi, Buna oder ähnlichen elastischen Werkstoffen vorgesehen sind.

4.) Schwingantrieb nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer in eine Aussparung eingesetzt oder mit einer Fassung solcher Abmessungen vorgesehen sind, daß sie quer zur Stoßrichtung nicht oder nur sehr wenig bzw. erst nach Überschreiten einer vorgesehenen Schwingweite ausweichen können.

5.) Schwingantrieb nach Patentanspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag eine Kombination aus einer Feder hoher Steifigkeit und einem mit ihr verbundenen Puffer vorgesehen ist.

6.) Schwingantrieb nach Patentanspruch 1 oder folgenden mit mehreren Anschlägen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge in Richtung der Schwingung derart gestaffelt angeordnet sind, daß einige von ihnen nur bei sehr weitem Überschreiten der Grenzschwingweite als Anschläge dienen.