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Elektromagnetische Vorrichtung.
Es sind elektromagnetische Einrichtungen bekannt, die einen Feldmagneten und einen mit diesem zusammenwirkenden Anker besitzen, der meist drehbar gelagert ist. Solche Einrichtungen eignen sich zur Betätigung von Dampf-, Luft-, Wasser-oder Gasventilen oder auch von elektrischen Schaltern und sind deshalb vorteilhaft, weil sie einfach und billig herzustellen sind, in sich geschlossen ausgeführt werden können und im Betrieb zuverlässig arbeiten ; auch können sie in beiden Richtungen wirken und machen daher die Anordnung von Federn, Hebeln, Gegengewichte oder ähnlichen Hilfsmitteln zur Einleitung der RÜckbewegung überflüssig.
Bei den bisher bekannten Konstruktionen waren jedoch noch verschiedene Nachteile vorhanden.
Unter anderem waren sie entweder dauernd stromdurehflossen, oder aber, man musste, wenn dies nicht der Fall war, den Strom ein-und ausschalten und zur Erzielung der Rückbewegung mittels eines Strom-
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für die Betätigung durch eine thermische Vorrichtung, ungeeignet, hatten dauernden Stromverbrauch aufzuweisen und waren ausserdem für höhere Spannungen nicht verwendbar.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Unzulänglichkeiten.
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Anschlägen zur Begrenzung der Bewegung des drehbaren Teiles, aus einer Spulenwicklung auf einem dieser Teile, einem Kollektor, der mit dem drehbaren Teil zusammen gedreht wird und dazu dient, die Stromkreise durch die Stromzweig der Wicklung und durch die Spule des Feldmagneten, wenn dieser ein Elektromagnet ist, ein-und auszuschalten, aus Bürsten, die auf diesem Kollektor schleifen und aus einer Einrichtung, um den Stromkreis über den Kollektor und die Bürsten zu schliessen.
In den Zeichnungen stellen dar : Fig. 1 die Vorrichtung mit einem einfachen Doppel-T-Anker ; Fig. 2 eine andere Ausführung von Anker und Fcldmagnet ; Fig. 3 eine Anordnung zur Betätigung eines Ventils mittels einer elektromagnetischen Vorrichtung nach der Erfindung ; Fig. 4 einen Aufriss der Vorrichtung zur Betätigung eines elektrischen Schalters bei abgenommenem Gehäuse ; Fig. 5 einen Aufriss desselben von der Rückseite ; Fig. 6 einen Kreuzriss.
In Fig. 1 ist 1 ein Elektromagnet, 2 sein Anker mit Polscheiben 3 und 4. 5 und 6 sind die Kollektorsegmente, die rings um die Welle des Ankers 2 und mit diesem zusammen drehbar angeordnet sind, und 7 ist eine Schaltvorrichtung mit zwei Kontakten 8 und 9 der gleichen Polarität, die dazu dienen, um den
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spulen 13 und 14 zu schliessen.
Der Anker 2, der von rechteckiger oder sonst beliebiger Querschnittsform sein kann, ist so gewickelt, dass er abwechselnd in zwei getrennten Hälften erregt werden kann, das heisst, es ist eine einfache Spule mit einer Anzapfung 15 an einem Punkt zwischen den Enden der Spule hergestellt, während die freien Enden der Spule mit den beiden Segmenten 5 und 6 des Kollektors verbunden sind und so wahlweise verschiedene Wege für den Strom durch die Ankerwicklung bieten.
Die Kollektorsegmente 5 und 6 sind derartig angeordnet, dass die Bürsten 10 und 11, die auf ihnen schleifen, nicht gleichzeitig auf diesen Kontakten stehen, wenn der Anker in seiner Ruhelage steht, und nur vorübergehend gleichzeitig auf ihnen stehen, wenn er von einer Lage in die andere geht ; da aber gleichzeitig immer nur eine Bürste an
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die Stromquelle angeschlossen ist, kann Strom durch die Verzweigung nie nach beiden Zweigen fliessen.
Die FeldmagnetspulenU'und'jMsind auf dem Magneten 1 in der gewöhnlichen Weise gewickelt, nur ist das freie Ende der Spule 13 an die Anzapfung der Ankerwicklung angeschlossen, während das Wicklungsende der Spule 14 an der Stromquelle 76 liegt. Statt der dargestellten Spulen 13 und 14 auf den 1\fagnetschenkeln kann die Wicklung als einzige Spule hergestellt und auf dem Joch oder Verbindungsstück der beiden Schenkel, wie in den Fig. 3,4 und 6 angebracht sein. Die Bürsten 10 und 11, die abwechselnd mit den Kollektorsegmenten 5 und 6 in Berührung stehen, werden abwechselnd durch die Schaltvorrichtung 7 mit dem andern Leiter der Stromquelle verbunden.
Wenn der Stromkreis zwischen Stromquelle-M, Schalter 7, Kontakt. S oder 9 und der Bürste 10 oder 11, die gerade mit auf dem Segment 5 oder 6 steht, geschlossen wird, fliesst der Strom über diese Bürste und das Segment und weiter über einen der Ankerzweige zur Anzapfung. M, von da über die Feldspulen und zurück zum andern Pol der Stromquelle. Wird bei der Anordnung nach Fig. 1 der Schalter 7 so umgelegt, dass er auf dem Kontakt 8 steht, geht der Strom durch die rechts befindliche Wicklung der Ankerspule 12, die Anzapfung 15 und die Spulen 13 und 14 des Feldmagnets. Der Strom-
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magnetisiert wird, was zur Folge hat, dass der Anker sich um einen Winkel von 900 oder einem kleineren Winkel dreht, wie ihn die zu betätigende Vorrichtung verlangt.
Die der Welle, dem Schaltarm oder einer Antriebsscheibe mitgeteilte Teildrehung dient dazu, andere damit verbundene Einrichtungen zu betätigen oder zu beeinflussen. Das Ergebnis der Bewegung des Kollektors ist, dass der Kontakt zwischen Bürste und Kollektorsegment früher unterbrochen wird, als der rotierende Teil der Vorrichtung zur Ruhe kommt, wodurch die Polarität der Ankerpole verschwindet, und dass gleichzeitig die gegenüberliegende Bürste und das entsprechende Kollektorsegment miteinander in Berührung kommen und so die Vorrichtung für die Rückbewegung bereitstellen, die durch Umlegen des Schalters 7 auf den Kontakt 9 erreicht wird, wodurch der Strom den linken Teil der Spule 12, weiter die Abzweigung 15 und die Spulen 13 und 14 durchfliesst.
Wenn jetzt der Schalter 7 mit dem andern Kontakt in Berührung gebracht wird, so dreht sich die Vorrichtung in der entgegengesetzten Richtung.
Magnet und Kollektor sind mit Vorteil so gebaut und angeordnet, dass die Magnete selbsttätige Blasvorrichtungen für jeden Lichtbogen bilden, der zwischen den Segmenten und Bürsten am Kollektor entstehen kann, oder zwischen den Schaltkontakten, wenn die Vorrichtung als Schalter arbeiten soll.
Feste Anschläge sind vorgesehen, um die Welle zu hindern, einen grösseren Winkel als 900 zu beschreiben, so dass der Anker nicht in eine Totlage gelangen kann.
Die beschriebene Einrichtung kann durch eine thermoelektrische Einrichtung oder andere automaische oder mechanische Hilfsmittel oder von Hand betätigt werden, doch unabhängig von den angewandten Mitteln geschieht die Schaltung der Stromkreise durch-die Verzweigungen der angezapften Spule stets durch die Einrichtung selbst.
Um das Anlaufdrehmoment und damit die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung zu vergrössern, kann man das vom rotierenden Teil erzeugte Feld beim Stromschluss ungleichförmiger machen, indem man die Ankerwicklung statt auf dem Ankerkörper auf einem unsymmetrischen Ansatz oder Hilfspol desselben anbringt.
Auf der Zeichnung ist der Hilfspol am Anker 2 zu sehen (Fig. 2, 3, 4). Die Polarität dieses Hilfspols ist davon abhängig, durch welchen Teil der Ankerspule der Strom gerade fliesst. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der Hilfspol gleichpolig mit. dem Ankerpol 4, wenn der Strom vom Kontakt 8 durch die Spule 12 fliesst, bei der der Gegenpol 3 steht, was zur Folge hat, dass die Unstabilität des magnetischen Systems vergrössert wird und ein grösserer Anlaufdrehmoment und infolgedessen grössere Arbeitsgeschwindigkeit sich ergibt.
Die zweckmässigste Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Ankerspule 12 auf den Hilfs-oier Zwischenpol 17 gewiekelt ist. Die Enden der Ankerwicklung sind, wie früher, an die
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angeschlossen. Wenn die Teile sich in der in Fig. 2 dargestellten gegenseitigen Lage befinden, so ist der Ablauf der Vorgänge der gleiche wie der oben im Zusammenhange mit Fig. 1 beschriebene, und angenommen, dass der Verlauf des elektrischen Stromes über das Kolle1.'iorsegment 6 und den linken Zweig
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die magnetische Polarität der Polstücke 3 und 4 und der Pole des so erregten Feldmagneten die durch die Buchstaben "N" und "S" angedeutete sein.
Das Anlaufdrehmoment kann nun erhöht werden, indem man den Anker gegenüber dem Feldmagneten so anordnet, dass in den Endstellungen beider Bewegungrichtungen der Abstand zwischen den Polschuhen des Ankers und denen des Feldmagneten auf das kleinste, mögliche Mass herabgedrückt wird, um den magnetischen Widerstand im Luftspalt nahezu vollständig auszuschalten.-Das kann dadurch erreicht werden, dass man die Krümmung der Polschuhe des Ankers bzw. der Pole des Feldmagneten nach gleichen Radien ausbildet und die Drehachse des Ankers in bezug auf den Krümmungsmittelpunkt der Polflächen des Feldmagneten exzentrisch anordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
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Wenn ein grösseres Anlaufdrehmoment in der einen als in der andern Richtung vorgesehen werden soll'kann die Ankerspule so eingerichtet werden, dass ein Widerstand in den einen Ankerzweig eingeschaltet wird ; dieser Widerstand kann ein ausserhalb der Ankerspule für sich angeordnetes Element bilden oder kann in Verbindung mit ihr angeordnet sein, z. B. indem man, statt einen Kupferleiter für die ganze Spulenlänge zu verwenden, den einen Teil der Spule, der den einen Stromweg bildet, aus Kupfer uni den andern Teil der Spule, der den ändern Stromweg bildet, aus einem Material von höherem spezifischen Widerstand als Kupfer herstellt.
Offenbar lässt sieh eine andere Ausführungsform der Vorrichtung herstellen, indem man als beweglichen Teil ein drehbares Feldmagnetsystem mit einer in oder nahe cer Mitte angezapften Spule in Verbindung mit einem festen Anker verwendet.
Bei einer andern Ausführungsform kann der Elektromagnet durch einen permanenten Magneten ersetzt werden, wobei die Ankerwicklung so ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ocrer es kann abweichend davon der Feldmagnet ein Elektromagnet mit in o'er nahe der Mitte angezapfter erregender Spule und der Anker kann ein permanenter Magnet sein.
Die Anwendung der Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils ist schematisch ip Fig. 3 dargestellt.
Darin ist 2 c'er ungefähr eylindrische Anker mit einem Daumen 19 am Umfang, der mit einer Rolle 20 am Ende eines Steuerstiftes, der am äusseren Ende eine einstellbare Schraube trägt, zusammenwirkt. Der Steuerstift 21 wirkt auf einen Hebel 23 mit dem Drehpunkt 24 ein, der mit einer Verbindungsstange 25 verbunden ist ; diese ist mit ihrem ankern Ende mit einem Ventil 26 in einem Gehäuse 27 verbunden.
Der Anker 2 ist in Cer Mittelstellung dargestellt und bewegt sich gerade nach rechts in der Pfeilrichtung. Bei fortgesetzter Bewegung wird der Steuerstift und dadurch das Ventil 26 angehoben. Wenn der Anker sich in der entgegengesetzten Richtung dreht, so fällt der Steuerstift und das Ventil wird geschlossen. Der Rückgang des Steuerstiftes kann unter Schwerewirkung erfolgen oder es kann eine
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ändern Teil des Mechanismus einwirkt. Die elektromagnetische Steuereinrichtung kann in einem Gehäuse 28 angeordnet und dieses Gehäuse auch mit einer Führung 29 für den Steuerstift 21 versehen sein.
Wenn die Vorrichtung einen elektrischen Schalter betätigen soll, so kann dieser zweckmässig mit ihr zusammengebaut sein, wie in den Fig. 4,5 und 6 dargestellt, wo der Schalter aus zwei festen voneinander isolierten Kontakten 30 und 31 und einer auf der Vereinigung von Anker und Kollektor 33 angebrachten Kontaktplatte 33 besteht, die einen Stromkreis zwischen den Kontakten und so durch die damit in Verbindung stehenden oder von ihm betätigten elektrischen Einrichtungen schliessen kann.
Bei dieser Ausführungsform werden die Anschläge, die die Schwingbewegung des Ankers 38 begrenzen,
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Nuten ein vom Anker getragener Stift bewegt und eine Zugfeder 37 vorgesehen ist, um diesen Stift an den Enden der Nut in jejer der beiden Stellungen festzuhalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetische Einrichtung mit einem Feldmagneten und einem mit diesem zusammen-
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gekennzeichnet, dass auf der Ankerwelle ein aus zwei Segmenten (5, 6) bestehender Kollektor festsitzt, von dem der Strom abwechselnd durch eine von zwei mit den Segmenten zusammenarbeitenden Bürsten (10, 11) abgenommen wird, ferner durch eine in oder nahe ihrer Mitte angezapfte Ankerwicklung (12), deren Anzapfung (15) mit dem freien Ene der Erregerwicklung (f) verbunden ist, so dass der Strom über die Erregerwicklung (13, 14) jeweils in den mit dem gerade Kontakt machenden Kollektorsegment verbundenen Zweig der Ankerwicklung fliesst.