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Elektromagnetisches Getriebe für Wechselstrombetrieb. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Getriebe, und zwar von derjenigen
Art, bei welcher, im Unterschied von den längst bekannten Einrichtungen, bei denen
ein polarisiertes Magnetsystem einen um eine Querachse schwingenden Anker in pendelnde
Bewegung versetzt; der Anker in einem konstanten Kraftlinienfeld angeordnet ist
und durch Wechselstrom in Schwingungen versetzt wird, die durch den EinfluB einer
auf die Drehachse des Ankers wirkenden Spiralfeder auf die Periodenzahl des Wechselstroms
abgestimmt werden.
Bei diesen Antriebsvorrichtungen sitzen die Spulen,
welche das Wechselstromfeld erzeugen,, auf dem Anker und bilden als Ganzes das auf
die Periodenzahl des Wechselstroms abgestimmte schwingende System. Die Zuführung
des Wechselstroms zur Wicklung des schwingenden Ankers geschieht dabei durch flexible
Verbindungen. Sobald eine solche Antriebsvorrichtung den in der Praxis vorkommenden
verschiedenen Betriebsspannungen angepaßtwerden soll, so bedingt dies naturgemäß
eine diesen verschiedenen Spannungen angepaßte Wicklung der Spulen, wobei es aber
nicht möglich ist, das Gewicht der Spulen in allen Fällen gleich groß zu halten.
Es müssen daher diese Unterschiede- durch eine entsprechend gewählte Feder oder
zusätzliche Belastung des schwingenden Ankers ausgeglichen werden.
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Um den schwingenden Teil des Getriebes von den Spulen ganz unabhängig
zu machen, ist auch vorgeschlagen worden, an Stelle des bewickelten Ankers die permanenten
Stahlmagnete, die das konstante Kraftlinienfeld erzeugen, schwingen zu lassen.
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Schon bei der erstgenannten Antriebsvorrichtung hat sich das durch
die Wicklung vergrößerte Gewicht des schwingenden Ankers namentlich in den höheren
Frequenzlagen als nachteilig erwiesen, indem die Herstellung der Feder, welche auf
diese rasch schwingenden Massen abzustimmen war, sich schwierig gestaltete und praktisch
sowohl bezüglich Länge und Querschnitt zu ungünstigen Dimensionen führte, um die
in den Windungen der Feder selbst auftretenden Oberschwingungen zu vermeiden.
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Die Lösung nach dem zweiten Vorschlag hat allerdings den früher erwähnten
Nachteil der ungleichen Ankergewichte und Schwungradien des schwingenden Teiles
aufgehoben, dagegen den Nachteil der großen Schwungmassen und die Schwierigkeit
der richtigen Federbemessung für höhere Frequenzlagen im verstärkten Maße fortbestehen
lassen. Um nämlich nach dem zweiten Vorschlag, bei welchem die permanenten Magnete
als schwingender Teil ausgebildet sind, Antriebsvorrichtungen von auch nur einiger
Leistung zu erhalten, ist es notwendig, permanente Magnete mit verhältnismäßig großer
Masse und Gewicht schwingen zu lassen. Infolgedessen macht sich die Schwierigkeit
der Abstimmung der Feder auf die Schwingungen einer so großen Masse in sehr starkem
Maße geltend.
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Bei der vorliegenden neuen Ausführung der Antriebsvorrichtung sind
alle die bisher erwähnten Nachteile der bekannten Antriebsvorrichtungen, bei welchen
ein Anker infolge der Wirkung einer Feder synchron mit dem Wechselstromfeld schwingt,
vermieden. Bei diesem Getriebe stehen in an sich bekannter Weise die Wicklung zur
Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes sowie die permanenten Stahlmagnete, welche
das konstante magnetische Feld erzeugen, still. Der schwingende Teil besteht nur
noch aus dem in der Wicklung gelagerten und deren Kern bildenden Anker, der um seine
Längsachse drehbar ist und Polflügel besitzt, zwischen denen die Wicklung angeordnet
ist. Der schwingende Teil des Getriebes kann daher verhältnismäßig sehr leicht gehalten
und auch stets ohne Schwierigkeit mit dem gleichen Gewicht hergestellt werden. Man
ist also in derLage, diesen leichten, sich bezüglich Masse und Gewicht stets gleichbleibenden
schwingenden Teil ohne besondere Umstände durch eine Spiralfeder aus Draht von verhältnismäßig
geringem Querschnitt ganz besonders auch für höhere Frequenzlagen abzustimmen.
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Dieser Vorteil kommt nicht nur bei der Fabrikation der Antriebsvorrichtung
zur Geltung, sondern namentlich auch bei bereits im Betrieb befindlichen Apparaten,
bei welchen infolge Änderung der Betriebsspannung oder Defektwerden der Wicklung
die Wechselstromspulen zu ersetzen sind. In solchen Fällen ist nach dem Einsetzen
der neuen Wicklung, auch wenn diese im Gewicht und Größe von der früheren abweicht,
keine Neuabstimmung des schwingenden Teils mehr notwendig und kann daher die Auswechslung
der Wicklung eines Apparates leicht und ohne besondere Prüfeinrichtung von ungeschultem
Personal 'vorgenommen werden.
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Die stillstehende Wechselstromwicklung des vorliegenden Getriebes
ist im weiteren derjenigen, welche sich, wie bei der bekannten Ausführung, mit dem
schwingenden Teil bewegt, auch noch bezüglich Betriebssicherheit überlegen, die
flexiblen Stromzuführungen fallen weg, und ebenso erleichtert die stillstehende
Wicklung die Serien-, Parallel- oder Gruppenschaltung einzelner Spulenabteilungen,
wodurch die Verwendung ein und desselben Apparates für verschiedene Betriebsspannungen
ermöglicht wird.
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Beim vorliegenden Getriebe ist nicht nur der Kern und die Spule zur
Verkleinerung der schwingenden Masse getrennt, sondern es ist bei diesem im Gegensatz
zu den bekannten Ausführungen der Spulenkern, wie schon erwähnt, um seine Längsachse
und nicht um eine Querachse drehbar angeordnet, wodurch der Trägheitswiderstand
des schwingendenTeils auf ein Minimum reduziert wird. Bei diesem Getriebe verändert
sich somit die Größe des Schwingwinkels bei Schwankungen der Periodenzahl in geringerem
Maße.
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Neben den erwähnten Vorteilen hat das Getriebe noch die Eigenschaft,
sich so bauen zu lassen, daß es in Räumen mit sehr beschränkten
Dimensionen
untergebracht werden kann. Durch mehrere im Kreis angeordnete Magnetpole und entsprechend
ausgebildeten Anker läßt sich bei verhältnismäßig geringer Vergrößerung der Raumverhältnisse
eine bedeutend größere Leistung der Antriebsvorrichtung erzielen als bei den bekannten
Ausführungen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht
die beiliegende Zeichnung, wobei angenommen wurde, daß das Getriebe in die Schaltwalze
eines elektrischen Schaltapparates eingebaut ist und diese antreibt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch die Schaltwalze.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie A-B von Abb. i.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach Linie C-D von Abb. i und Abb.4 eine perspektivische
Teilansicht des Getriebes.
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In der Zeichnung ist mit i die Schaltwalze bezeichnet, die an ihrem
Umfang die Kontakte 2 trägt, die bei der Drehung der Walze zeitweise mit Kontaktdaumen
des Schaltapparates in Berührung kommen. 3 sind Kontaktringe, die zur Zuleitung
des Wechselstromes für den Servomotor dienen. Die Walze i ruht drehbar in Ständern
4 und 5 und ist am vorderen und hinteren Ende je durch eine Stirnplatte 6 bzw. 7
nach außen abgeschlossen. Mit diesen beiden Stirnplatten sind die Enden von vier
permanenten Stahlmagneten 8 bzw. 9 fest verbunden, die in regelmäßigen Abständen
um die Walzenachse herum konzentrisch angeordnet sind. Innerhalb der vier Stahlmagnete
ist die zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes dienende Spule io durch nicht
gezeichnete Mittel unbeweglich gegenüber den Magneten und konachsial zur Walze i
gehalten. Sie ist mit den Kontaktringen 3 leitend verbunden. Der als Anker dienende
Kern il der Spule ist nach beiden Seiten hin verlängert und mittels der Verlängerung
12 in der Stirnplatte 6, mittels der Verlängerung 13 dagegen, die die Stirnplatte
7 durchsetzt, im Ständer 5 drehbar gelagert. Vor und hinter der Spule io sitzt auf
dem Ankerkern il je ein U-förmiger Polflügeli4 bzw. 15 fest, die so angeordnet sind,
daß sie gegenseitig sich rechtwinklig kreuzen. Der Anker steht unter der Wirkung
einer konischen Feder 16, die einerends in der Stirnplatte 6 und andernends an einer
zur Sicherung des Polflügels 15 dienenden Mutter 17 verankert ist. Die Federi6 ist
deshalb konisch ausgebildet, weil es sich gezeigt hat, daß bei solchen Federn weniger
leicht Oberschwingungen auftreten wie bei gewöhnliehen Schraubenfedern oder Spiralfedern.
Das Auftreten von Oberschwingungen muß aber deshalb möglichst vermieden werden,
weil sie die Gleichmäßigkeit und Größe der Amplitude des Ankers schädlich beeinflussen..
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Mit dem Polflügel 14 ist ein Zapfen 18 verbunden, der durch einen
Schlitz i9 (Abb. 3) der Stirnplatte 7 hindurchgeführt ist und eine Klinke 2o trägt,
die mit einem Schaltrad 21 zusammenarbeitet. Letzteres betätigt ein Planetenradgetriebe,
das in einem am Ständer 5 fest angeordneten Zahnkranz 22 umläuft.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Getriebes ist folgende Angenommen,
die mit der Stirnplatte 7 verbundenen Enden der Stahlmagnete 8 seien Nordpole, die
entsprechenden Enden der Stahlmagnete 9 dagegen Südpole. Wird nun die Spule io vom
Wechselstrom durchflossen, so werden die beiden Polflügel 14 und 15 des Ankers abwechselnd
entgegengesetzt magnetisiert und von den ungleichnamigen Polen der Stahlmagnete
angezogen. Ist der Polflügel 14 Nordpol, so wird er von den Magneten 9 angezogen
und gleichzeitig der Polflügel 15, der Südpol ist, von den Magneten B. Bei Stromwechsel
wird 14 Südpol und 15 Nordpol. Es wird also der Anker unter dem Einfluß des mit
der Periodizität des Wechselstroms wechselnden magnetischen Fluxes synchron zur
Wechselstromfrequenz in Schwingungen versetzt, wobei die Amplitude des Ankers sehr
rasch ihre normale Größe erreicht. Die Feder 16 wird so gewählt, daß die Eigenschwingungszahl
des bewegten Systems etwas kleiner ist als die Frequenzzahl des Wechselstroms.
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Es ist ohne weiteres verständlich, daß das Getriebe auch unabhängig
von der Schaltwalze verwendet werden kann.