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Einrichtung an Vibratoren für große Schwingungsleistung. Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung an Vibratoren für große Schwingungsleistung und ist insbesondere
für solche Vib.ratoren bestimmt, bei denen Wendekontakte zum Umformen von Wechselstrom
in Gleichstrom oder umgekehrt benutzt werden. Bei einer Einrichtung zur Stromwendung
mehrphasiger Ströme mittels; schwingender Kontakte können zwar manche @d'er altbekannten
Bauarten von polarisierten Relais als Vibratoren benutzt werden, doch ist es unter
Umständen schwer, mit diesen Anordnungen reine Sinusschwingungen zu erhalten, weil
die Zugkräfte zwischen der festen und der beweglichenEisenmasse nicht nur von der
jeweiligen Stromstärke (Wechselstromphase), sondern auch von der jeweiligen räumlichen
Stellung dieser Eisenteile zueinander abhängen. In der Tat sind die meisten polarisierten
Relais reit Anker der »Klapp«-Gattung ausgestattet, bei welcher je nach der jeweiligen.
Richtung des Stromes (Wechselstrom) der Anker in die eine oder in die andere Lage
zu kippen sucht. Im allgemeinen waren bisher nur diese Endstellungen, nicht aber
die Vorgänge auf dem Wege zu diesen von Bedeutung. Bei den präziseren Stromwendern
ist es aber von großer Wichtigkeit, daß die Dauer der Kontaktschließungen in passendem
Verhältnis zur wesentlich längeren Zeit der freien Schwingung steht und auch beeinflußt
werden tank. Hierzu sind. aber möglichst simisförmige, pendelartige Schwingungen
und nicht einfache »Kippungen« mit Verweilen in den Endlagen nötig. -Gemäß der Erfindung
ist es aber auch möglieh, nach Art polarisierter Relais gebaute Vibratoren auszubilden,
welche dieser Bedingung entsprechen, ohne daß andere Anforderungen (z. B. große
Schwingungsamplitude, geringer Stromverbrauch u. dgl. m.) deswegen zurückgestellt
zu werden brauchen. Infolgedessen sind diese neuen Vibratoren für große Leistungen,
insbesondere auch für Umformerzwecke geeignet.
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Zur Erläuterung wird im folgenden der Entwicklungsgang der Eifindung
dargelegt: Fig. r zeigt schematisch eine zweipolige W echselstrommaschine der Innenpoltype.
Schickt man durch die Gehäusewicklung a Wechselstrom üblicher Frequenz, während
der -innere Magnet b mit Gleichstrom erregt wird,. so kommt der ;Magnet in Schwingungen.
Doch wird ein derartiger Vibrator trotz aller Vorzüge im allgemeinen nur eine sehr
kleine- Amplitude ergeben, da die Trägheit des :Magneten zu groß ist. Man kann letztere
herabsetzen,wenn man demDoppel-T-Anker b einen möglichst kleinen Durchmesser gibt
und ihn dafür in achsialer Richtung entsprechend länger macht. Doch darf man mit
Rücksicht auf die dabei eintretende Verkleinerung des Spulenquerschnittes hierin
nicht zu weit gehen. Da aber der -Anker sich nicht dreht, sondern nur schwingt,
so kann man weiter die Spule c vom Eisenkörper trennen und feststehend anordnen,
wie die Fig. z zeigt, und so die Trägheit wesentlich verkleinern. FinG. 3 zeigt
eine der Fig. a ähnliche Anordnung, bei der aber .die erregende Spule dicker gemacht
und das Eisengestell entsprechend ausgeschnitten ist. Ebenso kann man auch
der
Gleichstromspule einen länglichen Querschnitt geben, wie Fig. q. und 5 zeigen. Fig.
6 zeigt dagegen die Zerlegung der Erregerspule in zwei Teile, um eine bessere Zugänglichkeit
zum Eisenanker oder dessen Lagerung zu erhalten. Die so umgestaltete Wechselstrommaschine
ist nun für Vibratorzwecke sehr :geeignet geworden. Die Festlegung und Verlegung
der Magnetspule gestattet die Anbringung einer großen Kupfermenge und somit eine
starke Erregung, ohne die Trägheit des schwingenden Ankers zu vergrößern. Mit der
Stärke der Erregung wächst aber die Kraft und damit die Amplitude. Anderseits ist
durch die nunmehr mögliche Verkleinerung des Ankerdurchmessers die Trägheit entsprechend
verringert, da durch die erforderliche Verlängerung- des Ankers in achsialer Richtung
die Schwungmasse nicht so viel gesteigert wird wie durch Vergrößerung des Durchmessers.
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Die Wechselstromwicklung ist in den Fig. i bis 6 nur als Querschnitt
der wirksamen Drahtbeile dargestellt. Für das Verständnis der Wirkung dürfte dies
auch ausreichend sein, doch möge der Vollständigkeit halber noch erwähnt werden,
daß die Rückführung der Drähte in drei wesentlichen Arten erfolgen kann, wie sie
in Fig.-7a, b, c dargestellt sind. Wesentlich ist, daß ein Wechselstromquerfeld
wie in jedem Wechselstromerzeuger gebildet wird, d. h. daß die benachbarten Zähne
entgegengesetzte Wechselstrompolarität bekommen (in Fig. 7 durch Pfeile angedeutet),
während sie durch das Gleichfeld gleichpolig magnetisiert werden. Hierbei ergibt
sich der Vorteil, daß das Wecll.selstromfeld mit Ausnahme des wirksamen Luftspaltes-keine
anderenLuftstrecken zu durchlaufen braucht.
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Um in der Praxis eine möglichst vollkommene Wirkung und einen guten
Betrieb zu erreichen, sei im folgenden noch einiges über die vorteilhaftesten Verhältnisse
bei der Bemessung der Teile u. dgl. bemerkt: Man wird dien von Fig. 4 - über Fig.
5 zu Fig..6 führenden Gedanken meist noch etwas weiter fortführen und die Gestaltung
etwa entsprechend Fig. ß wählen können, wobei die Gleichstromspulen über die mit
Wechselatromwicklüng versehenen Pole (Doppelzähne) aufgeschoben werden. Hierbei
wird man die Gleichstromspulen so kurz halten, daß der Anker, ohne sie zu streifen,
leicht herausgenommen oder hineingesetzt werden kann. Die Polschuhbreite dies Doppel-T-Ankers
ist nicht so beliebig zu wählen wie bei Stromerzeugern, d. h. man ,darf den Polschuh
nicht breit nehmen, um mit möglichst wenig Amperewindungen der Spule auszukommen
und doch einen beträchtlichen magnetischen Fluß zu erzielen. Vielmehr muß mit Rücksicht
auf die Schwungmasse des Ankers der Polschuh verhältnismäßig schmal bleiben. Die
Grenze ist dadurch gegeben, daß der Polschuhbogen um eine Kleinigkeit größer sein
muß, als die Schwingungsamplitude des Ankers beträgt, damit in den äußersten Stellungen
d es letzteren die Polschuhkante nicht über die Mittellinie des Polei (Schlitz der
Wechselstromnut) hinausgeht, sondern noch etwas davon zurückbleibt. Wird diese Bedingung
nicht erfüllt, so können große Unregelmäßigkeiten im Verlauf der Schwingung eintreten.
Bei zu breitem Ankerpolschuh wird dagegen der magnetische Fluß nicht voll ausgenutzt
und demnach die Amplitude im Verhältnis zur Größe der magnetischen- und mechanischen
Teile zu klein ausfallen. Beim Entwurf des Vibrators muß außer der Erkenntnis der
Wichtigkeit der beschriebenen Bemessung der Polschuhfläche noch anderes berücksichtigt
werden. So sollen die mit Wechselstrom erregten Polzähne dem Gleichstromfeldfluß
eine möglichst gleichmäßige Polfläche bieten. Sie müssen daher durch ihre Erweiterungen
sich gegenseitig möglichst nähern und demnach eineArt einseitig gerichtete Polschuhe
wund b erhalten, (Fig.9), welche nur durch einen schmalen Schlitz voneinander getrennt
sind. Ist dieser Schlitz nicht größer als etwa das Doppelte des Luftspaltes zwischen
Pol ünid Anker, so isst ein genügend homogenes Gleichfeld , erreicht. Hingegen brauchen
-diese Polzähne auf den einander abgekehrten Seiten keine Verbreiterung zu erhalten,
sonldern können sogar, wie Fig. 9 zeigt, abgerundet werden). Doch ist dies letztere
ohne große Bedeutung.
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Die gesamte Anzahl der durch Gleichstrom erzeugten Kraftlinien, der
Gleichstromfluß, hat den Weg durch -den Anker zu nehmen. Die Größe dieses Flusses
bestimmt demnach den Eisenquerschnitt dies Ankers und umgekehrt. Dies gilt ganz
unabhängig von der Größe der Schwingungsamplitude, welch letztere erst d urch die
Mitwirkung des Wechselfeldes entsteht. Da nun die Größe der Schwingungsamplitude
einerseits proportional dem Produkt aus Gleich- und Wechselfeld wächst, anderseits
umgekehrt proportional zur Masse des Ankers ist, diese Masse aber wiederum vom Ankerquerschnitt
abhängt, so sieht man deutlich, daß die beste Ausnutzung der Ankermasse bzw. die
Erreichung der größten Amplitude von der gegenseitigen Bemessung des Wechsel- und
Gleichstromfeldes abhängt, Diese Felder müssen sich zueinander möglichst wie i :
i, keinesfalls aber über i : 2 verhalten, sonst werden die Vibratoren zu groß und
für ihre Leistung also nicht genügend wirtschaftlich.
Durch Überlagerung
des Gleich- und Wechselfeldes entsteht eine Differenz der Erregung der einzelnen
Zähne des Doppelzahnes (Pol). Wäre der Anker in der Mitte festgekeilt, so würde
bei diesem Hin- und Herschm@anken des Feldes der Gesamtfluß (Gleichfeld) dies Ankers
unverändert bleiben. Man kann sagen, da,ß in der Mittelstellung des Ankers das Wechselfeld
als Querfeld nicht eigentlich durch denselben geht, sondern seich im Polschuh des
Ankers anzsgleicht. Anders ist es bei den übrigen Stellungen, mithin also auch bei
der Schwingung des Ankers. Solche Pulsationen des Feldes sind übrigens bei jeder
einphasigen Wechselstrommaschine bekannt und verzerren dort die Kurve des Stromes
bzw. der elektromotorischen; Kraft.
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Da es, wie bereits erklärt, für Vibratoren großer Leistung, besonders
für solche, welche Wendekontakte betreiben, von besonderer Wichtigkeit ist, -daß
die Schwingungsform möglichst sinoidal verläuft, so mruß die eben beschriebene Feldpulsation
bis auf einen kleinen Bruchteil beseitigt werden. Eines der Mittel hierzu wäre,
den Vibrator so zu bemessen, daß das Gleichfeld stark vorherrscht und die -Wechselmagnetisierung
verhältnismäßig schwach gehalten wird. Dieses Mittel führt aber zu nicht genügend
wirtschtftlichen Abmessungen des V ibrators.
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Das folgende Mittel wirkt wesentlich besser. Es werden in der Richtung
des Gleichfeldes, also z. B. um dasselbe herum, an passender Stelle kurzgeschlossene
Windungen von möglichst kleinem Widerstande angebracht. Die Anordnung ist beispielsweise
in Fig. io schematisch dargestellt. .Als ein die Pulsationen des Gleichfeldes verhindernder
Dämpfer D dient eine starke feststehende Kupferwindung, die den schwingenden Anker
umgibt. Man wird aber zweckmäßig diese Windung auf beide Pole verteilen und sie
um den Doppelzahn zwischen der Gleich- und Wech selstromwicklung legen. Fig. i i
zeigt den Dämpfer D etwa in Gestalt eines die Gleichstromwicklung haltenden Sputenkastens.
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Wenngleich in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen aus Gründen
größerer Einfachheit immer nur die zweipolige Form des Vibrators beschrieben ist,
so bedarf es doch keiner weiteren Erläuterung, daß auch vier-, sechs- und rnehrpolige
Anordnungen den beschriebenen Erfindungsgedanken verkörpern können. Der Doppel-T-Anker
nimmt dann sinngemäß die Form eines mehrarmigen Sternes an, jedoch immer noch unter
Einhaltung der Forderung, daß der Polbogen des Ankerpölschuhes im Verhältnis zur
achsialen Breite sehr schmal ist.