Elektromagnetischer Schwingungserzeuger. Zur Erzeugung der magnetischen Schwing kräfte werden vorzugsweise Magnetsysteme mit gegenständigen, das heisst ebenen, zur Schwingrichtung senkrechten Luftspaltflä chen von Magnet und Anker verwendet, weil solche Flächen eine einfache und genaue Herstellung ermöglichen. Der prinzipielle Aufbau eines solchen Schwingungserzeugers ist in Abb. 1 dargestellt.
Dabei ist mit 1 ein Magnet mit der Erregerspule 2, einem Magnetanker 3 und einem Federsystem 4 be zeichnet, das die Massen des. Magneten und des Ankers samt der daran .angeschlossenen Nutzmasse 5 elastisch kuppelt. Die Magnet spule 2 wird beispielsweise von einem Wech selstromnetz über einelektrisches Ventil 6, bestehend aus einer Gleichrichterröhre oder ,einem Troekengleichrichter, gespeist. Es. könnte aber auch die Speisung von einem Gleichstromnetz nach .dem Prinzip der Selbst unterbrechung erfolgen.
Allgemein ist die mit einem Magnet- systemerzeugte Zugkraft bekanntlich pro portional dem Produkt aus dem Quadrat der .elektrischen Durchflutung des magnetischen greises und der Änderung,der magnetischen Leitfähigkeit des Weges des Nutzflusses, der durch den infolge der Bewegung veränder lichen Arbeitsluftspalt verläuft. Bei .den oben genannten, gegenständigen Luftspalt flächen ergibt sieh aus Rechnung oder wes, sung eine Abhängigkeit der magnetischen Leitfähigkeit vom Luftspalt, die im Bereich grosser Werte des.
Luftspaltes verhältnis mässig flach verläuft, für kleine Werte des Luftspaltes jedoch einen ausserordentlich steilen Anstieg zeigt, wie in Abb. 2 die Kurve a erkennen lrässt.
ITm praktisch brauchbare Wirkungsgrade für die Leistungsumsetzung zu erhalten, ist es notwendig, die Schwingung in einen Luft- spalthereich zu legen, in dem ein genügender Anstieg der Leitfähigkeit vorhanden ist. Der Schwingungsantrieb wird dabei vorzugsweise nur einseitig, das heisst in nur einer Schwin gungsrichtung, vorgesehen aus, Gründen ein facher Bauart. Für eine Anordnung nach Abb. 1 ergibt sich ein zeitlicher Verlauf der Zugkraft K etwa nach Abb. 3, der sich an- benä-hert durch eine konstante Kraft K,. und eine überlagerte schwingende Kraft K" er setzen lässt.
Die Kraft K1 hat eine einseitige Verlagerung der resultierenden Schwingung zur Folge, und. zwar aus der Mittellage, die dem eingestellten Ruheluftspalt 8o entspricht, in die neue Mittellage, entsprechend d"'. Ist G' die Federkonstante des gesamten Schwin- gungssystemes, so. ist
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Der ganze Schwingungsbereich verschiebt sich um diese Grösse in den Bereich kleineren Luftspaltmittelwertes.
Steigert man die zugeführte elektrische Leistung und den Strom von 0 anfangend, beispielsweise durch allmähliche Erhöhung der Spannung, so nimmt damit auch die in Abb. \? angedeutete Schwingweite s" zu, und zwar zunächst stetig mit Steigerung der Leistung so lange, bis die Schwingung in den Bereich kleineren Luftspaltes hineingelangt. Wird die Spannung nun noch. weiter erhöht, so tritt von ,einer gewissen Schwingweite an - ohne Änderung der elektrischen Einstel lung - eine sprunghafte Zunahme der Schwingweite ein, die zum Gegenschlagen des. Ankers an die Magnetpole führt.
Gleich zeitig ist dabei eine Abnahme des aufgenom menen Stromes. zu beobachten. Innerhalb dieses kritischen Schwingungsbereiches, der sich etwa von a -.o,5 bo bis a = o erstreckt, ist keine stabile Einstellung der Schwing weite möglich. Der Grund für dieses labile Verhalten liegt darin, dass beim Übergreifen der Schwingung in den Bereich sehr kleinen Luftspaltes die Zugkraft, selbst bei ab nehmendem Strom, infolge des steilen An stieges der magnetischen Leitfähigkeit schneller zunimmt als die ihr entgegen wirkende Federkraft, die etwa. der Auslen kung aus der Ruhelage proportional ist. Diese Verhältnisse sind in Abb. 4 für sta tische Kräfte, veranschaulicht.
K,",, K.,2, Km3 stellen die magnetische Zugkraft für drei angenommene Stromwerte in Abhängigkeit vom Luftspalt dar und Kt die Federkraft bei Einstellung des Schwingungssystems auf einen Ruheluftspalt 8". Mit K",1 und Km2 sind stabile Gleichgewichtslagen Öl Lind a2 möglich. Wird durch fremde Krafteinwir kung eine Auslenkung bis auf dl' bezw. 82' erzwungen, so tritt dann weiteres Anziehen des Ankers bis an den Magneten ein.
Mit K",3 ist keine ,stabile Gleichgewichtslage mehr möglich.
Bei. einem elektromagnetischen Schwin gungserzeuger tritt nun aus denselben Zu sammenhängen der Zustand der Labilität ein, sobald die Schwingweite s" (vergl. Abb. 2) zusammen mit; der Verlagerung Ab" gewisse, von der elektrischen Einstellung ab hängige Werte überschreitet. Es kann daher gerade der Bereich, der infolge grossen Leit fähigkeitsanstieges eine Leistungsumsetzung mit gutem Wirkungsgrad ermöglichen würde, wegen des labilen Betriebszustandes nicht ausgenutzt werden.
Eine stabile Erhöhung der Schwingweite ist unter diesen Umstän den nur möglich dadurch, dass die Schwin gung im Ganzen in den Bereich grossen Luft spaltes verlegt wird mit dem Nachteil grösserer Stromaufnahme und kleineren Wir- oder aber dadurch, dass andere Formen der Luftspaltbegrenzungsflächen ver wendet werden, die einen grundsätzlich an- j dern Verlauf der Leitfähigkeit längs des, Weges ermöglichen. Das sind insbesondere solche Formen,
bei denen sich die Luftspalt flächen von Anker und Magnet parallel oder schräg zueinander verschieben oder ineinan- derschieben. Solcher Formen haben aber ge genüber rein gegenständigen Flächen den grossen Nachteil, da,ss sie in der Fertigung wesentlich höhere Genauigkeit und grössere Kosten erfordern.
Nach der Erfindung wird die beschrie bene Sch-,vierigkeit bei einem beispielsweise zum A.ritrieb von Förderrinnen, Schüttel sieben und ähnlichen mit gegeneinander schwingenden, durch ein Federsystem mit- s einander gekuppelten Massasen verwendeten elektromagnetischen Schwingungserzeuger da durch behoben, dass die Windungszahl der Magnetspulen, die Querschnitte der Einzel teile des magnetischen greises und die Span nung so aufeinander abgeglichen sind, dass durch Eintreten hoher Sättigung bei An wachsen des Gesamtflusses auf :
seinen zeit lichen Höchstwert der für die magnetische Zugkraft massgebende Anstieg der magneti schen Leitfähigkeit des Nutzflussweges bei Annäherung an den Kleinstwert des. Arbeits luftspaltes herabgesetzt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die Zunahme der magnetischen Zugkraft bei Auslenkung des Ankers aus seiner Ruhehage nicht grösser wird als die Zunahme der in entgegengesetz ter Richtung wirkenden Federkraft des Schwingsystems, dass also die Leitfähigkeit etwa nach Kurve b oder Abb. 2 verläuft.
Während man sonst bestrebt ist, den Wir kungsgradelektrischer Maschinen durch Ver meidung übermässig hoher Sättigung hoch zu halten, ist in vorliegendem Falle die An wendung einer Induktion in der Grössen ordnung von 20 bis 25 000 Gauss zweck mässig, um bei Anwendung,der einfachen ge genständigen Luftspaltform einen stabilen Betrieb der Schwingungserzeuger zu ermög lichen, und zwar im Bereich kleinen Luft spaltels, also mit gutem Wirkungsgrad.
Die Wirkung der hohen Sättigung tritt nämlich erst bei Annäherung an,den zeitlichen Höchst wert des magnetischen Flussei, das heisst gegen Hubende bei Annäherung an den Kleinstwert des in Abb. 2 gekennzeichneten Luftspaltes = omin ein, währenddes übrigen Teils des Hubes jedoch noch nicht, so dass der hier praktisch unveränderte Leitfähig- keitsanstieg voll -ausgenutzt werden kann.
Wird die Magnetwicklung des Schwin gungserzeugers an eine feste Netzspannung angeschlossen, so muss für eine gegebene Windungszahl und Frequenz der Fluss einen bestimmten Höchstwert erreichen, um ,das Spannungsgleichgewicht herzustellen, und zwar unabhängig davon, welche Werte die Gesamtleitfähigkeit des magnetischen Kreises in irgendeiner Lage des Ankers hat, da für die Grösse der Zugkraft nur :der durch den Arbeitsluftspalt in den Anker übertretende Flussanteil, der Nutzfluss, massgebend ist.
Um eine unnötige Vergrösserung des auf genommenen Stromes zu vermeiden, wird vorteilhafterweise nur der Anker hoch ge sättigt, so dass dadurch,der Anstieg des Nutz flusses begrenzt wird und die für das Span nungsgleichgewicht erforderliche Gesamt flussverkettung durch Zunahme des Streu flusses eintritt.
Um die angestrebte Wirkung möglichst ausgeprägt zu erhalten, empfiehlt es sich: demnach, die Streuleitfähigkeiten des Magnetsystems nicht auf einen sonst er strebenswerten Kleinstwert herabzudrücken, sondern auf ein bestimmtes Verhältnis zur Leitfähigkeit des Nutzflussweges abzuglei chen.
Es kann sich unter Umständen als zweckmässig erweisen, für diesen Abgleich der Streuleitfähigkeit eine zusätzliche Er höhung durch Einlegen sogenannter Streu- bleche vorzusehen. Allerdings ist hiermit eine Verminderung des Leistungsfaktors ver bunden, die jedoch gegenüber dem Vorteil des stabilen Betriebes unerheblich ist.
Es. ist vorteilhaft, den Anker aus hoch legiertem Dynamoblech, das heisst einem in der Hauptsache mit Silizium zwecks Er höhung des elektrischen Widerstandes legier tem Blech, aufzubauen. Hierdurch wird ein schärferes Abbiegen der Magnetisierungs kurve des Nutzflusskreises erreicht und gleichzeitig eine Verminderung der magne tischen Verluste in dem hochgesättigten Anker.
Der Magnetkörper selbst jedoch wird zweckmässigerweise aus gewöhnlichem Dy namoblech hergestellt, so dass die Zunahme i des Streuflusses nicht :durch zu früh ein tretende Sättigung begrenzt wird.
Ausser der Beseitigung der Labilität hat die Erfindung eine weitere Verbesserung der Betriebseigenschaften elektromagnetisclher , Schwingungserzeuger zur Folge, indem näm lich Ungleichheiten im Luftspalt, bedingt durch Fertigungsmängel, sich nicht mehr so stark im Sinne ungleicher Verteilung der Gesamtzugkraft über die Luftspaltfläche s auswirken können, wie es ohne Herabsetzung des Leitfähigkeitsanstieges möglich wäre.
Obwohl die erfindungsgemässe Ausbil dung des Magnetsystems elektromagnetischer Schwingungserzeuger zunächst das Ziel hat, unter Verwendung der am einfachsten her stellbaren gegenständigen Luftspaltflächen einen im ganzen Schwingungsbereich stabilen Betrieb zu erreichen, ist sie mit gleichem Vorteil, auch anwendbar auf beliebige andere Begrenzungsflächen des Luftspaltes, die für kleine Luftspaltwerte zu steilen Leitfähig keitsanstieg und dadurch labile Schwin gungsbereiche zur Folge haben.
Die Gefahr der Labilität ist naturgemäss bei einseitig wirkendem Schwingungsanstieg, wie bisher beschrieben, besonders gross, wegen der einseitigen Verlagerung der Schwingungsmittellage. Aber auch bei zwei seitigem, da,- heisst in beiden Schwingrich tungen wirkendem Antrieb ist labiles Ver halten möglich, wenn man die Bereiche kleinen Luftspaltes aus früher erörterten Gründen ausnutzen will. Auch dann ist die erfindungsgemässe Ausbildung mit gleicher Wirkung anwendbar.