DE351339C - Elektromagnetische Aufspannvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 6. APRIL 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVe 351339 -KLASSE 21 g GRUPPE 2

J. Zehnder & Söhne in Gränichen, Schweiz.

Elektromagnetische Aufspannvorrichtung. Patentiert im Deutschen Reiche vom S. Januar 1920 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldungen in der Schweiz vom 22. April und 25. November 1919 beansprucht.

Die bis jetzt in der Technik zum Festhalten von Arbeitsstücken verwendeten Magnetplatten, z. B. für Schleifmaschinen, werden mit Gleichstrom gespeist. Da gewöhnlich in Werkstätten für Licht und Kraft nur Wechselstrom vorhanden ist, bedingt eine Gleichstrommagnetplatte entweder einen Gleichstromgenerator oder eine Umformung des Wechselstromes in Gleichstrom, z. B. mittels einer Umformergruppe. Wäre es möglich, Wechselstrommagnete verwenden zu können, so hätte man den wesentlichen Vorteil, den

Wechselstrom unmittelbar zur Magnetisierung verwenden zu können, ohne diesen vorerst in Gleichstrom umformen zu müssen.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine elektromagnetische Haltevorrichtung, bei der wenigstens zwei Wechselstrommagnete nebeneinander angeordnet sind.

Bei der unmittelbaren Verwendung von Wechselstrom zur Magnetisierung für größere ίο Zugkräfte stößt man auf folgende Schwierigkeiten :

a) Es findet eine Vibration des Arbeitsstückes statt, was von den Perioden des Wechselstromes herrührt.

b) Man erhält eine ungleichmäßige Zugkraft.

c) Es erfolgt eine Erwärmung des festzuhaltenden Arbeitsstückes durch Hysteresis, Wirbel- und Kurzschlußströme. Eine graphische Darstellung der Zugkraft eines Wechselstrommagneten zeigt die Abb. r der Abbildungen, in welcher i den Augenblickswert des Wechselstromes, B die Induktion und Z die Zugkraft darstellt. Es ist dann: B = c · E = c' · i, ferner Z'—c"- B², worin c, c' und c" Konstanten sind. Da die Zugkraft proportional dem Quadrate der Induktion ist, ist diese immer positiv, wenn sie nicht Null ist. Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß die Zugkraft in bestimmten Zeitpunkten Null ist, und es ist somit möglich, das Arbeitsstück zu diesen Zeitpunkten zu verschieben. Um diesen Hauptübelstand des Wechselstrommagneten zu beseitigen, sind die Magnetisierungsströme der Wechselstrommagnete so gewählt, daß sie in der Phase verschieden sind. Demzufolge werden die Zugkräfte der beiden Magnete nie zu gleicher Zeit Null, d. h. es muß auf einem der beiden Magnete immer 4.0 eine Zugkraft vorhanden sein. Diese Anordnung hat überdies auch noch den großen Vorteil, daß die Vibrationen verschwinden. Die zwei erstgenannten Schwierigkeiten wären somit behoben.

Bei Einphasenstrom kann man zwei magnetische Kreise, die phasenverschieden sind, erhalten, indem man in den Stromkreis des einen Induktionsspulen schaltet und überdies die beiden magnetischen Kreise ungleich sättigt. Die E. M. K. der Selbstinduktion, die hier hauptsächlich in Frage kommt, ist

47 s²? dB di *'■- 10 " ι ' dH' dt "^I0 "'

wobei ί die Windungszahl, q der Querschnitt, I die mittlere Länge des magnetischen Kreises, B die Induktion, H die Feldstärke, i der Momentanwert des Stromes und .τ = 3,1416 ist.

ΊΉ *^st ^^e Tangente an die Hysteresisschleife Durch verschieden gewählte Sättigungen erzielt man somit starke Differenzen von Ei, was wiederum verschiedene Phasenverschiebungswinkel bedingt.

Beim Zweiphasen- und Drehstrom sind diese künstlichen Mittel zur Erzielung einer Phasenverschiebung überflüssig, da diese Phasenströme schon um 90⁰ oder 120⁰ phasenverschoben sind. Der zeitliche Verlauf des magnetischen Flusses in den einzelnen magnetischen Kreisen bei Verwendung von Drehstrom zeigt das Vektordiagramm gemäß Abb. 2. Die drei Vektoren I, II, III stellen die phasenverschobenen Kraftlinienflüsse der magnetischen Kreise dar. Die Vektoren rotieren um den Punkt O, die Projektion der drei Phasen auf Linie N-N zeigt die Momentanwerte der Kraftlinienflüsse. Die Zugkraft ist proportional dem Quadrate der Kraftlinienflüsse. Das Vektordiagramm zeigt, daß die Kraftlinienflüsse nieNull sind, so daß auch ^; die Zugkraft nie Null sein kann.

Würde man die Magnetkerne auf ein Maximum sättigen, so würde ein großes Arbeitsstück durch Wirbel- und Hysteresisströme eine zu große Wärmeentwicklung erfahren. Es ist daher zweckmäßig, die Kerne schwach zu sättigen und 5 = 3 000 bis 10 000 Linien zu wählen, wobei dann eine verhältnismäßig geringe Erwärmung stattfindet. Bei einer derartigen schwachen Sättigung werden große und kleine Arbeitsstücke mit derselben Zugkraft angezogen, denn bei großen Arbeitsstücken ist die Zugkratf pro Quradratzentimeter gering, die Fläche des Arbeitsstückes jedoch groß; bei kleinen Arbeitsstücken wird die Zugkraft pro Quradratzentimeter sehr groß, da sich alle Kraftlinien im kleinen Querschnitt vereinigen, die Anlagefläche des Arbeitsstückes jedoch klein. Somit erhält man ungefähr die gleiche Zugkraft wie bei einem großen Arbeitsstück.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. 3 zeigt dasselbe teils in Vorderansicht, teils in senkrechtem Längsschnitt.

Abb. 4 zeigt dasselbe im Grundriß, teilweise im wagerechten Schnitt.

Abb. 5 zeigt eine Seitenansicht teils im Schnitt,

Abb. 6 ein Schaltungsschema. Abb. 7 ist eine erläuternde Skizze. Aus siliziumhaltigem Dynamoblech bestehende Magnetkernel, 2, 3, 4, 5, 6 sind paarweise durch ein Joch 7 miteinander verbunden. Auf den Magnetkernen 1, 2, 3, 4., 5, 6 sitzen Spulen 8, deren Amperewindungen die magnetischen Kraftlinien erzeugen. Jeder einzelne Magnet ist mit Messingschrauben 9 mit einer eisernen Grundplatte 10 verschraubt. Auf letzterer befindet sich ein Gußrahmen ii,

zwischen welchem und den Magneten sich zur magnetischen Isolation eine Messingleiste 12 befindet. Zwischen den freien Enden der Magnetkerne befinden sich zur elektrischen und magnetischen Isolierung Fiberschienen 13. Die magnetischen Kreise werden durch ein Arbeitsstück 19, welches in Abb. 3 strichpunktiert angedeutet ist, geschlossen, wobei die Fiberschienen 13 einen unmittelbaren *o Übergang der Magnetlinien von Kern zu Kern verhindern. Der ganze Apparat ist von einem Aluminiumblech 14 umschlossen. Die dargestellte elektromagnetische Haltevorrichtung dient hauptsächlich zum Aufspannen von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen und die Schaltung der Spulen um denMagnetkern ist für ihren Betrieb derart, daß sie mit Dreiphasenwechselstrom gepeist werden können. Zu/diesem Zweck sind die Magnetspulen 8 an eine Stöpselvorrichtung 15 angeschlossen, mit welcher sie, wie in Abb. 6 schematisch angegeben, elektrisch in Verbindung stehen. Dabei bilden die Magnetkerne 1, 2, 3, 4, 5,6 drei magnetische Kreise, von denen jeder durch eine Phase erregt wird. Die andere Hälfte der Vorrichtung· gemäß Abb. 3 ist ähnlich beschaffen wie die vorstehend beschriebene.

Je drei benachbarte Magnete, sechs Kerne umfassend, bilden zusammen eine Einheitsplatte, so daß die in Abb. 3 dargestellte Haltevorrichtung aus zwei Einheitsplatten besteht, die in der Verlängerung voneinander liegen. Man könnte auch die Einheitsplatten für Drehstrom nebeneinander oder rund anordnen und sonstwie den Erfordernissen anpassen. Jede Einheitsplatte ist mit einer Stöpselvorrichtung 15 versehen, wie dies Abb. 6 ebenfalls zeigt. Die Stöpselvorrichtungen stehen· miteinander elektrisch in Verbindung, so daß man je nach Wunsch den einen oder andern Teil der Haltevorrichtung oder beide einschalten kann. Außerdem ist die Stöpselvorrichtung so ausgebildet und sind die Magnetspulen so angeschlossen, daß es möglich ist, die Magnetspulen 8 eines Satzes Magnetkerne 1, 2, 3, 4, 5, 6 in Stern oder in Dreieck zu schalten. Zwei benachbarte Magnete sind also mit phasenverschobenen Strömen gespeist. Je nachdem nun ein zugehöriger dreipoliger Stöpsel eingesetzt wird, liegt Stern- oder Dreieckschaltung vor. Wird der dreipolige Stöpsel in, die oberen drei Löcher 16 eingesetzt, so liegen die Magnetspulen in Sternschaltung, wird der dreipolige Stöpsel in die Löcher 17 eingesetzt, so liegen die Magnetspulen in Dreieckschaltung.

Die Stöpselvorrithtung'en stehen elektrisch mit dem Anschluß 18 für den Anschluß an ein Kraftnetz in Verbindung. Je nachdem Dreieck- oder Sternschaltung vorliegt, hat man eine andere Zugkraft, so daß theoretisch die Zugkräfte sich wie 1 zu 3 verhalten.

Im Gegensatz zu Gleichstromaufspannvorrichtungen, wo die Magnetkerne voneinander vielfach durch Zinkeinlagen magnetisch isoliert werden, können diese Zinkeinlagen bei Wechselstrom nicht verwendet werden, weil in denselben Kurzschlußströme entstehen wurden, indem sie nichts anderes als kurzgeschlossene Windungen in einem Transformator, wie Abb. 7 zeigt, bilden wurden. Die Kurzschlußströme würden eine großeWärmeentwicklung zur Folge haben, so daß die Haltevorrichtung viel zu heiß würde.

Der Verlauf der magnetischen Linien ist in Abb. 3 eingezeichnet. Die Linien, die sich nicht durch das Arbeitsstück schließen, sind Streulinien und machen etwa 5 Prozent des gesamten magnetischen Flusses aus. In der Abbildung haben die Polschuhe längliche Gestalt, wodurch bezweckt wird, daß die einzelnen Phasen auch örtlich einander näher gerückt sind.

Die Aufspannvorrichtung könnte je nach Größe der Arbeitsstücke auch aus drei, sechs, neun usw. magnetischen Kreisen bestehen.

Es ist nicht durchaus notwendig, daß die Magnetisierungsströme für die einzelnen Magnetspulen in Phasen verschieden sind; für kleine Zugkräfte könnten. sie auch phasengleich sein.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Elektromagnetische Aufspannvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe dadurch für den Betrieb mit Wechselstrom eingerichtet ist, daß die einzelnen Magnetspulen in an sich bekannter Weise von Strömen verschiedener Phase durchflossen werden.

2. Elektromagnetische Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Magnetspulen durch verschiedene Phasen eines Mehrphasenstromes gespeist werden.

3. Elektromagnetische Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl Wechselstrommagnete angeordnet sind, die mit ihren freien Enden in einer Ebene liegen, und daß jeweils zwei oder mehrere Magnetkerne durch ein Joch miteinander magnetisch verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.