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Elektromagnetischer Schwingankerantrieb für Verdichter Die Erfindung
bezieht sich auf einen elektromagnetischen Schwingankerantrieb für Verdichter, insbesondere
für einen solchen von Kühlmaschinen, und zwar auf eine derartige Bauart, bei welcher
zwei biegsame Lamellen mit in Zylindern beweglichen, gegenläufigen Verdichterkolben
verbunden sind und polarisierte Anker tragen, wobei diese Anker zwischen zwei gleichen,
einander gegenüberliegenden und mit Erregerspulen versehenen Gliedern des feststehenden
Teils eines Magnetkreises hin- und herbewegbar sind. Es ist bereits ein derartiger
Schwingankerantrieb bekannt, bei welchem der Luftspalt zwischen den Polflächen einander
zugeordneter Pole der Anker und des feststehenden Teils des magnetischen Kreises
etwa konstant bleibt.
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Bei einer bekannten Bauart besteht der Nachteil, daß einer der Dauermagnete
während einer Peiodendauer nur einmal in den Bereich der Polschuhe gerät. Dies hat
zur Folge, daß der Dauermagnet verhältnismäßig rasch an Magnetismus verliert, da
sich seine Feldlinien während beachtlicher Zeiträume nicht über Polschuhe u. dgl.
schließen können.
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Bei einer anderen Bauart besteht der Nachteil, daß die Polschuhe des
Dauermagneten einen derart großen Abstand voneinander besitzen, daß der durch diese
Polschuhe und den Dauermagneten gebildete Anker wenigstens zwei der drei vom elektromagnetischen
Fluß durchsetzten Pole überbrückt. Dies bringt es mit sich, daß die bewegliche Armatur
größere Maße und damit größere Trägheit für ihre Hin- und Herbewegung besitzt.
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Gemäß der Erfindung besitzen die beiden Glieder des feststehenden
Teils des magnetischen Kreises je vier einander gegenüberliegende Pole, und jeder
polarisierte Anker liegt derart zwischen vier Polen der beiden Glieder des magnetischen
Kreises, daß sich über diese die von den Polen der polarisierten Anker ausgehenden
Kraftlinien schließen können. Bei Betrieb schließt sich das von den mit Wechselstrom
gespeisten elektromagnetischen Spulen der beiden Magnetkreisglieder erzeugte Feld
über die Anker derart, daß bei jeder Halbperiode des Wechselstromes die Anker von
einem jeweils gleichsinnig gerichteten Kraftfluß des Wechselfeldes durchsetzt werden.
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Mit dieser Konstruktion wird der Vorteil erreicht, daß jeder der Dauermagnete
während einer vollen Schwingungsdauer zweimal in den Bereich der von dem Wechselstrom
mit Kraftlinien durchsetzten Polschuhe gerät. Die geschilderten Nachteile der bekannten
Bauarten werden somit durch die weit mehr geschlossene Kraftlinienführung bedeutend
eingeschränkt. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Fig. 1 ist eine längs der Linie I-I der Fig. 3 geschnittene Seitenansicht,
welche die Hauptteile des erfindungsgemäßen Verdichters zeigt; Fig.2 ist eine um
90° gegenüber der Fig. 1 gedrehte Seitenansicht; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der
Linie 111-III der Fig. 1, der neben den Ankern auch den feststehenden Teil des magnetischen
Kreises zur Ansicht bringt; Fig. 4 ist ein der Fig. 3 entsprechender Schnitt in
größerem Maßstab, welcher eine Ausführungsabwandlung zeigt; Fig. 5 ist ein elektrisches
Schaltschema der verschiedenen in Fig. 4 dargestellten Wicklungen; Fig. 6 bis 8
zeigen schematisch den Verlauf der Kraftlinien der Magnetfelder, die in den magnetischen
Teilen des Verdichterantriebs entstehen.
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Der in der Zeichnung dargestellte Schwingankerantrieb besitzt, wie
dies insbesondere in Fig. 1 ersichtlich ist, einen Halteteil 1, welcher z. B. durch
eine Metallplatte gebildet wird und vorzugsweise innerhalb eines dichten Gefäßes
oder einer dichten Glocke aufgehängt ist, welche nicht dargestellt sind, in welche
die Leitungen zur Zu- und Abfuhr des zu verdichtenden Strömungsmittels, z. B. des
Kältemittels, sowie elektrische Leiter zur Speisung des weiter unten beschriebenen
Antriebsteils treten.
An ihrem oberen Teil trägt die Platte 1 Halteglieder
2 und 3, an deren Enden z. B. mit Hilfe von Schrauben und Muttern 4 zwei einander
gleiche schwingende Lamellen 5 und 6 befestigt sind.
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An dem unteren Teil der z. B. aus Federstahl hergestellten Lamellen
5, 6 sind mit Hilfe von Schrauben und Muttern 7 nicht magnetisierbare Teile 8 befestigt,
welche jedoch vorzugsweise aus einem die Elektrizität leitenden Metall bestehen,
damit sich die induzierten Ströme in ihnen schließen können, welche beim Arbeiten
des Verdichters in der weiter unten erläuterten Weise entstehen können.
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Die Teile 8 sind so geformt, daß sie wenigstens teilweise Dauermagnete
9 und 10 umfassen, mit welchen sie durch Bügel 11 verbunden
sind, deren Enden zur Aufnahme von Festziehmuttern 12 mit Gewinde versehen sind.
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13 bezeichnet Zwischenstücke aus nicht magnetisierbarem Baustoff,
welche zwischen den Magneten 9 und der Traverse des Bügels 11 angeordnet sind. Gemäß
einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Magnete 9 von einer Hülle aus
nichtmagnetisiertem Baustoff umgeben werden, welche gegebenenfalls zur Verbindung
der Magnete mit den Lamellen 5, 6 dient.
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An ihrem unteren Teil sind die Teile 8 durch Stangen 14 mit Kolben
15 verbunden, welche in Zylindern 16 verschiebbar sind, welche durch ihren Kopfteil
17 an der Platte 1 befestigt sind, welche eine Öffnung 18 enthält, die mit
dem Innern der Zylinder 16 über Ventile 19 in Verbindung gesetzt werden kann, um
als Druckkammer zu dienen.
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Die Teile 8 tragen außerdem mit Hilfe von Stiften 20 Abgleichgewichte
21, welche der durch die Lamellen 5, 6, die Teile 8, die Magnete 9, 10 und die Kolben
15 gebildeten Anordnung eine bestimmte Eigenfrequenz erteilen.
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Die Platte 1 hält mit Hilfe von nicht dargestellten Verbindungsgliedern
den feststehenden Teil eines Magnetkreises, welcher durch zwei einander gleiche
Glieder 22 und 23 gebildet wird. Diese beiden Glieder bestehen z. B. aus Magnetblechen,
welche in der üblichen Weise voneinander isoliert und so aufgestapelt sind, daß
sie zwei magnetische Joche mit je vier Polschuhen 24, 25, 26, 27 bzw.
24 a, 25 a, 26 a
und 27a bilden.
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Die Glieder 22 und 23 sind so angeordnet, daß ihre Polschuhe 24, 25
und 24a, 25a sowie 26, 27 und 26 a, 27 a etwa auf der gleichen Höhe
wie die von den Lamellen 5, 6 getragenen Dauermagnete 9 und 10 liegen.
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Der Zwischenraum zwischen den Polschuhen 24 und 24 a ist etwa gleich
der Länge der Magnete 9, 10, damit der sie trennende Luftspalt möglichst klein wird,
wobei diese Magnete so angeordnet und so dick sind, daß in der Ruhestellung, d.
h. wenn die biegsamen Lamellen 5, 6 lotrecht liegen, ihre Ränder den Innenrändern
der Polschuhe 24, 25, 24 a, 25 a bzw. 26, 27, 26a, 27a
gegenüberliegen. Wie dies insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist jeder Magnet
9, 10 auf seinen den Polschuhen des ruhenden Magnetkreises gegenüberliegenden
Seiten mit Polansätzen 28, 29 aus magnetisierbarem Werkstoff, z. B. aus Weicheisen,
versehen.
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Infolge der besonderen Anordnung der Magnete und der Polschuhe des
Magnetkreises schließt sich, wenn sich der Schwingankerantrieb in der Ruhestellung
befindet (in der Zeichnung dargestellte Stellung), das von den Magneten erzeugte
Kraftlinienfeld über die beiden Glieder 22, 23 des Magnetkreises, so daß keine Gefahr
einer Entmagnetisierung dieser Magnete besteht, was für eine lange Betriebsdauer
des magnetisierbaren Werkstoffes wesentlich ist (Fig. 6).
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel tragen die Polschuhe
25; 26, 25 a, 26 a des ruhenden Magnetkreises Spulen 30, 31 und 32, 33, welche
z. B. in Reihe geschaltet und mit einer Wechselstromquelle fester Frequenz verbunden
sind, z. B. von 50 Hz, wie dies meist der Fall ist.
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Unter der Annahme, daß die Dauermagnete 9 und 10 die in Fig.
3 und 6 bis 8 angegebenen Polaritäten haben, wobei die Magnete so angeordnet sind,
daß ihre Polarität einander entgegengesetzt sind, machen die Spulen 30 bis 35 zu
einem gegebenen Zeitpunkt t z. B. den Pol 25 zu einem Südpol und somit den Pol 24
zu einem Nordpol. Der Pol 25 a ist ein Nordpol und der Pol 24 a ein Südpol, der
Pol 26 ist ein Nordpol und der- Pol 27 ein Südpol, der Pol 26 a ist ein Südpol und
der Pol 27 a ein Nordpol.
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Die Dauermagnete 9, 10 suchen sich daher voneinander zu entfernen,
so daß sich das sie durchdringende Magnetfeld über die Pole 24, 27, 27a und
24 a schließt (Fig. 7). Zu dem Zeitpunkt t-1-1/2 Periode ist die Polarität
der Polschuhe 24 bis 27a der in der Zeichnung angegebenen entgegengesetzt, da aber
die Polarität der Magnete die gleiche bleibt, suchen sich diese einander zu nähern
(Fig. 8). Das Magnetfeld schließt sich infolgedessen über sie und die Pole 25, 26,
26 a und 25 a. Zu dem Zeitpunkt t+1 Periode haben die Pole des feststehenden
Magnetkreises wieder die in Fig. 6 angegebenen Polaritäten, so daß sich die Magnete
von neuem spreizen, usf.
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Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsabwandlung sind die
Pole 24, 24 a, 27, 27 a ebenfalls mit Spulen versehen, welche mit 34, 35, 36 und
37 bezeichnet sind. Diese Spulen sowie die oben beschriebenen Spulen 30 bis
33 sind z. B. in der in Fig. 5 dargestellten Weise miteinander verbunden,
so daß die Polarität der Pole 24 bis 27a bei der Speisung der Spulen mit Wechselstrom
z. B. der in Fig. 4 angegebenen entspricht, was zu einer ähnlichen Anordnung der
Dauermagnete 8 wie in Fig. 3 führt, wobei die Vorrichtung in der oben beschriebenen
Weise arbeitet.
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Damit der obige Schwingankermotor richtig arbeitet, und zwar insbesondere
bei seiner Benutzung zum Antrieb eines Verdichters eines Kältemittels in einer Kälteanlage,
ist es zweckmäßig, daß die Eigenfrequenz der durch die Lamellen 5, 6, die Teile
8, die Dauermagnete und die Kolben gebildeten schwingenden Anordnungen in bekannter
Weise ein wenig niedriger als die Frequenz des Speisestromes der Spulen ist, damit
der Schwingankerantrieb und mit ihm der Verdichter, welcher natürlich im Synchronismus
mit der Frequenz des Speisestromes arbeitet, trotzdem mit dieser Frequenz nicht
in Resonanz ist, was zu einer übermäßigen Amplitude der Schwingbewegungen der beweglichen
Anordnung führen würde und die schnelle Zerstörung insbesondere der Kolben zur Folge
haben könnte. Diese Anordnung bietet außerdem den Vorteil, daß der Verdichter um
so näher an seinem Resonanzpunkt arbeitet, je mehr der Gegendruck des geförderten
Strömungsmittels zunimmt, wie dies insbesondere bei einem Kühlapparat der Fall ist,
wenn die Umgebungstemperatur
und somit der Druck in dem Kondensator
zunimmt.