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Elektromagnetischer Schwingmotor Für den Antrieb schwingender Arbeitsgeräte,
wie z. B. Siebe, Förderrinnen und .ähnlicher; werden in neuerer Zeit elektromagnetische
Schwingmotoren bevorzugt,, die entweder mit unmittelbarer Erregung vom Wechselstromnetz
oder mit Halbwellensteuerung über elektrische Ventile arbeiten. Der an das Arbeitsgerät
angeschlossene Teil des Schwingmotors bildet zusammen mit dem Gerät die eine schwingende
Masse, der frei schwingende Teil des Schwingmotors die Gegenmasse hierzu. Beide
Massen sind durch eine Feder oder ein System von Federn miteinander elastisch ,gekoppelt.
Die ganze so entstehende Anordnung bildet .ein in sich ausgeglichenes Schwingsystem,
dessen Massenkräfte sich ,also praktisch nicht auf die Umgebung auswirken.
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Ein erheblicher Teil der genannten Arbeitsgeräte arbeitet mit einachsigen
oder linearen Schwingungen. Ihre einwandfreie Arbeitsweise hängt vielfach davon
ab, daß sie durch den Schwingmotor streng geradlinig angetrieben werden. Dies setzt
voraus; daß das Feder. system des Schwingmotors eine gute Schwingungsführung im
Sinne der Geradlinigkeit besitzt. Man hat daher vorzugsweise Blattfedern für das
Federsystem des Schwingmotors verwendet, weil diese namentlich in mehrfacher paralleler
Anordnung und bei allseitiger Einspannung ohne weiteres Gewähr für :eine genau geradlinige
Schwingung bieten. Diesem Vorteil der Blattfedern steht aber der Nachteil gegenüber,
daß ihre irn Verhältnis zur D.-urchfederung, d. h. zum Schwingausschlag notwendige
große Länge eine sperrige Bauart des Schwingankermotors bedingt. Außerdem macht
die dauerbetriebssichere Durchbildung der Federeinspannungen erhebliche Schwierigkeiten
im Hinblick auf Bruchgefahr infolge von Reibkorrosion an den Austrittsstellen der
Federn aus der Einspannung.
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Bei der Verwendung von Schraubenfedern macht die Einspannung konstruktiv
keine Schwierigkeiten, insbesondere bei paarweiser Anordnung von Druckfedern mit
gegenseitiger
Vorspamiung. Auch die Gefahr der Reibkorrosion der
ringförmigen Auflageflächen ist wesentlich geringer als bei Blattfedern. Demgegenüber
steht aber der rundsätzliche Nachteil, daß Schraubenfedern' von sich aus keine zwangsläufig
geradlinige Schwingungsführung ergeben. Durch geeignete spiegelbildliche Anordnung'
der Federpaare kann jedoch praktisch genügende Geradlinigkeit der Schwingungen erreicht
werden.
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Eine andere Schwierigkeit hat sich nun bei alleiniger Verwendung von
Schraubenfedern herausgestellt, die in der allseitigen Verwindungsfähigkeit von
Schraubenfedern begründet ist und die darin besteht, daß die frei schwingende Masse
des Schwingmotors aut;er ihrer in Richtung der Gegenmasse erfolgenden Hauptschwingung,
die im folgenden als Längsschwingung bezeichnet wird, auch noch Drehschwingungen
um eine oder beide quer zur Längsachse verlaufende Achsen ausführen kann. Es bat
sich gezeigt, daß solche Querschwingungen erhebliche Ausmaße annehmen und dadurch
unter Umständen einen ,einwandfreien Betrieb des Arbeitsgerätes unmöglich machen
können, und zwar dann, wenn sie in Resonanz mit der Frequenz der Antriebskräfte
kommen.
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Die Anregung solcher Querschwingungen ist durch praktisch unvermeidbare
Urisymmetrien der Massenverteilung in der frei schwingenden Masse oder dadurch,
daß die im Luftspalt des Schwingmotors angreifenden Antriebskräfte nicht genau in
der Richtung der Längsschwingung liegen, stets gegeben. Man könnte solche Querschwingungen
zwar durch Einbau zusätzlicher Lenkerblattfedern unterbinden, würde aber damit den
durch die alleinige Verwendung von Schraubenfedern gewonnenen Vorteil der -einfachen
Bauart des Schwingmotors wieder aufgeben.
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Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit von Querschwingungen schädlichen
Ausmaßes auf einfache Weise dadurch ausgeschaltet, daß die Eigendrehschwingfrequenz
der frei schwingenden Masse des Schwingmotors in b.ezug auf die möglichen Quer-
öder Drehschwingachsen in einen Bereich gelegt wird, in dem sie genügenden Abstand
von der ganzen oder halben oder drittel usw. Frequenz der im Schwingmotor wirksamen
magnetischen Antriebskräfte hat. Bezeichnet f" die Antriebsfrequenz, so muß die
EigendrehschwingfrequeAz also
sein, wobei x eine ganze Zahl ist. Durch diese Maßnahme wird die Möglichkeit beseitigt,
daß die an sich meist geringen un; symmetrischen Kräfte durch Resonanzwirkung Nebenschwingungen
von unerwünschter oder gefährlicher Größe erregen können. Bei einer Netzfrequenz
von z. B. 5o Hz und Speisung des Schwingmotors über Gleichrichter, wodurch die Frequenz
der Antriebskräfte 11 gleich der halben Zahl der Spannungshalbwellen, also gleich
der Netzfrequenz 50 wird, soll also die Eigendrehschwingfrequenz jeweils
etwa um ioo,'o über oder unter 5o, 25, 20, 162/G usw. Hz liegen. Am günstigsten
ist z. B. der Bereich zwischen 5o und 25 Hz, weil dieser den weitesten Spielraum
für die Bemessung ergibt.
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Die Eigendrehschwingfrequenz der freien Masse hängt von ihrer Massenverteilung
und der Bemessung der Federn ah. Es hat sich gezeigt, daß durch geeignete Wahl.
des Trägheitsmoments der frei schwingenden :Masse in bezug auf die möglichen Querschwingachsen
und geeignete Bemessung des mittleren Windungsdurchmessers und der Gesamtlänge der
Federn. im Verhältnis zueinander es stets möglich ist, die Eigenschwingfrequenzeti
innerhalb des erfindungsgemäl3en Bereiches zu halten.
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Zur Erläuterung der oben beschriebenen Vorgänge ist in der Zeichnung
als Beispiel ein elektromagnetischer Schwingmotor dargestellt, dessen Federsystem
ausschließlich aus Schraubenfedern besteht. Die im Raum frei schwingende Masse des
Schwingmotors besteht aus einem Gehäuse i, das einen Elektromagneten 2 mit Wicklung
3 trägt. Die Gegenmasse hierzu besteht aus einem weiteren Gehäuseteil 4., in welches
der Anker 3 des Elektromagneten 2 eingebaut ist, und dem an das Gehäuse 4. beispielsweise-
durch ein Rohr starr angeschlossenen Arbeitsgerät, welches in der Zeichnung nicht
dargestellt ist. Diese beiden Hauptmassen sind durch Federpaare 6, 6' und 7, ,~'
miteinander elastisch gekoppelt in der Weise, daß die Federpaare-durch Federbolzen
3, 9, die in das Gehäuse :1. :eingeschraubt sind, unter Druckvorspannung gehalten
werden und zwischen sich ilanschförmige Ansätze des Gehäuses i .einschließen. Die
Federn 6, 6' und 7, ;' werden im Verhältnis zu den beiden Hauptmassen so bemessen,
daß die Eigenschwingfrequenz des ganzen Systems in Richtung der Längsschwingachse
I-1 beispielsweise das i,2fache der Antriebsfrequenz wird, da eine nicht zu kleine
Abweichung von der Resonanz sich für einen stabilen Betrieb als notwendig gezeigt
hat.
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Wird der Elektromagnet 2 periodisch erregt, so führt das ganze System
Längsschwingungen in Richtung der magnetischen Zugkräfte und der gegenwirkenden
Federkräfte, also in Richtung der Hauptachse I-1, aus. Diese Schwingungen sind streng
linear, wenn alle sich das Gleichgewicht haltenden Kräfte, das sind die magnetischen
Antriebskräfte, die Massenkräfte, die Federkräfte und die meist vorhandenen Dämpfungskräfte,
mit ihren Resultierenden
genau in die Achse I-1 fallen. Praktisch
ist es jedoch unvermeidlich, daß z. B. die magnetischen Antriebskräfte infolge von
Ungenauigkeiten der Luftspaltflächen oder ungleichmäßiger Größe des Luftspaltes
oder daß die Massenkräfte infolge von Ungleichheiten der Wandstärken der Gehäuseteile
bei Gußausführung Komponenten besitzen, die nicht in die Hauptachse I-1 fallen.
Derartige Störkräfte haben dieselbe Frequenz wie die Hauptantriebskräfte; sie sind
zwar, verglichen mit den Hauptkräften, nur klein, können aber, wie die Erfahrung
gezeigt hat, störende oder sogar gefährliche Wirkungen haben, wenn die von ihnen
angeregten Quer-oder Drehschwingungen in Resonanz mit einer der möglichen Eigenschwingfrequenzen
in bezug auf andere Schwingachsen als die Hauptachse I-1 erfolgen. Solche Schwingachsen
sind z. B. die Dr ehschwingachsen Il- II@und I11-111, uni welche die frei schwingende
Masse, bestehend aus den Teilen i, 2 und 3, Drehschwingungen ausführen kann, da
die Federn 6, 6' und 7, 7', wie erwähnt, keine zwangsläufige Schwingungsführung
darstellen.
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Besonders leicht treten Drehschwingungen um die Achse II-II auf, die
etwa durch .die zwischen den Federpaaren gehaltenen Tragflanschen des Gehäuses i
verläuft, weil die Verwindungsfähigkeit der Schräubenfederii Drehschwingungen um
diese Achse begünstigt. Das Trägheitsmoment der ganzen frei schwingenden Masse hängt
bekanntlich vom Abstand der Schwerpunkte ihrer Einzelteile i, 2 und 3 von der Achse
II-II und von der Masse der Einzelteile selbst ab. Die für die Eigendrehschwingfrequenz
maßgebende Drehkraft ist durch die Federkonstante der Federn 6, 6' und
7,7' in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Achse I-1, und durch den Windungsdurchmesser
und die Länge der Federn bestimmt. Je größer der Windungsdurchmesser und je kürzer
die Federn sind bei gleicher Längsfederkonstante, um so größer wird ihre Drehfederkonstante
bezüglich der Achse II-II. Die Erfahrung hat gezeigt, daß es stets möglich ist,
durch geeignete Bemessung der Federn und durch konstruktive Gestaltung des Gehäuses
i samt Magneten 21,3 die Eigendrehschwingfrequenz in den vorzugsweise an7uwendenden
Bereich zwischen der ganzen und der halben Antriebsfrequenz zu legen und dadurch
die unter Umständen sonst störende Wirkung der Drehschwingungen auf eine praktisch
vernachlässigbare Größe herunterzudrücken.