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Elektromagnetischer Signalgeber Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektromagnetischen Signalgeber mit einem innerhalb einer elektromagnetischen Spule
angeordneten, längsverschieblich geführten Stabanker, welcher im Bereich eines Pols
eines permanenten Magnetfeldes angeordnet ist und bei dem die Kraftlinien dieses
Pols in bezug auf die Längsachse des Stabankers an einander gegenüberliegenden Seiten
auf den Stabanker einwirken, für Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechanlagen.
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Die Erfindung bezweckt, die Ansprechempfindlichkeit eines derartigen
Signalgebers zu erhöhen.
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Es sind elektromagnetische Signalgeber, z. B. Schnarren für Fernsprechzwecke,
bekannt, deren Anker eine oszillierende Bewegung ausführen. Um den Aufbau solcher
Signalgeber zu vereinfachen und den F lußweg für den Steuerfluß zu verbessern, wurde
bereits vorgeschlagen, bei einer Alarmeinrichtung innerhalb der elektromagnetischen
Spule einen als Permanentmagneten ausgebildeten oszillierenden Stabanker anzuordnen,
einen magnetischen Kreis aus einem die Alarmeinrichtung umfassenden Klangkörper
aus magnetischem Material zu bilden und diesen mit Hilfe einer senkrecht zum Stabmagneten
stehenden Scheibe aus magnetischem Material zu ergänzen. Dabei liegt eines der Enden
des Stabmagneten in seiner Ruhelage an dem Klangkörper einseitig an und wird unter
dem Einfluß des Spulenfeldes abgerissen und mit seinem anderen Ende an die Gegenseite
des Klangkörpers geschleudert. Auf die Empfindlichkeit von Signalgebern wirkt sich
das magnetische Ankleben des Stabmagneten an dem Klangkörper nachteilig aus. Auch
wird der Stabmagnet sowohl vom Wechselfluß der elektromagnetischen Spule als auch
von dem inneren permanenten Fluß im Stabmagneten durchsetzt, so daß die Wahl des
Materials und seine Dimensionierung Schwierigkeiten bereitet. Um eine günstigere
Führung des magnetischen Wechsel- und Gleichflusses zu erreichen, wurde auch schon
vorgeschlagen, den Stabanker aus magnetisch leitendem Material und die vorerwähnte
Scheibe als radial magnetisierten Ring auszubilden, dessen innerer Pol die Führung
aus magnetisch leitendem Material für den Stabanker aufnimmt und dessen äußerer
Pol mit dem magnetisch leitenden Klangkörper in Verbindung steht. Auch bei dieser
Ausführung klebt der Stabanker in seiner Ruhelage am Klangkörper. Außerdem befindet
sich das Maxiinum des bezüglich des Ankers einpoligen magnetischen Feldes außerhalb
des Ankerschwerpunktes, so <laß unter seinem Einfluß der Anker geneigt ist, sich
in seiner Führung zu verkanten, was seine Reibung erhöht. Reibungserhöhend wirkt
ebenfalls die Erstellung der Führung aus magnetisch leitendem Material, da die Reibung
an der Übergangsstelle der Kraftlinien von den Enden der Führungshülse zum überstehenden
Anker durch die auftretende magnetische Anziehungskraft zwischen Hülse und Anker
stark vergrößert wird.
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Gemäß der Erfindung wird die Ansprechempfindlichkeit des Signalgebers
erhöht, dadurch, daß die Kraftlinien des permanenten Magnetfeldes an dem oder symmetrisch
zu dem Schwerpunkt des Stabankers auf diesen einwirken und der Stabanker, durch
eine Führung gesichert, in einer Zone des permanenten Kraftlinienfeldes liegt, in
der sich die Kraftlinien in ihrer Wirkung auf den Stabanker aufheben und der Stabanker
sich je nach Erregung des Elektromagneten nach einer von beiden Verschieberichtungen
hinbewegt, bis er mit einem seiner beiden Enden, frei vor einem Pol des elektromagnetischen
Feldes stehend, eine stabile Arbeitslage einnimmt. Damit wird erreicht, daß der
Stabanker in seiner Ruhelage sich nicht an Gegenpole abstützt und bei Betätigung
von ihnen losgerissen werden muß. In seiner Ruhe- und in seiner Arbeitslage hängt
die Reibung des Ankers nur von dem Ankergewicht ab, so daß die Reibung zwischen
ihm und seiner Führung auf ein Minimum herabgesetzt ist. Bei Betätigung schwingt
der Anker unter Überwindung dieser geringen Reibung auf eine bestimmte Endlage ein,
wodurch ein elastischer Anschlag erzielt wird, der einen akustisch ungestörten Anschlag
ermöglicht. Dieser elastische Anschlag wird nach beiden Betätigungsrichtungen hin
in gleicher Weise erreicht, da der Stabanker an beiden Enden eine gleich große Polstärke
aufweist.
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Um einen gedrängten und einfachen Aufbau des Signalgebers und eine
einfache Gestaltung der das permanente Feld erzeugenden- Teile zu erzielen, kann
gemäß der Erfindung der Stabanker einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und zwischen-
den gleichnamigen Polen zweier quermagnetisierter Permanentmagneten von gleichfalls
rechteckigem Querschnitt in
einer Führung aus nichtmagnetischem
Material angeordnet sein und der Stabanker in seiner Ruhelage mit seinen aus der
elektromagnetischen Spule herausragenden Enden vor je einem den elektromagnetischen
Fluß leitenden Polpaar .stehen, das durch Flußleitbleche gebildet wird, welche die
elektromagnetische Spule umfassen. Durch die Ausbildung der Pole des elektromagnetischen
Feldes als Polpaar wird außerdem erreicht, daßi ein guter Übergang des elektromagnetischen
Flusses in dem Luftspalt zwischen diesen Polen und dem jeweiligen Ankerende geschaffen
wird. Die Leitbleche übernehmen außerdem einen Teil des rückwärtigen Streggüsses
der Magneten und verbessern den Schluß des Kreises für den Dauerfluß.
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Die beiden Magneten des Systems haben zueinander eine gegenläufige
Magnetisierung. Sie können daher nicht im System eingebaut äufmagnetisiert werden,
sondern dies muß am Einzelstück außerhalb geschehen. Mit üblichen Magnetmaterialien
bringt dies Verfahren nur geringen Erfolg, da bekanntlich mit dem Herausnehmen des
Magneten aus dem schließenden Eisenkreis eine starke Schwächung durch Scherung eintritt.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken bestehen die Permanentmagneten aus einem
keramischen Dauermagnetstoff"z. B. aus Eisen-Barium-Oxyd. Bei Magnefen aus keramischem
Dauermagnetwerkstoff, Eisen-Barium-Oxyd auf Ferritbasis mit hoher Koerzitivkraft,
ruft die Scherung keine irreversible Schwächung hervor. Außerdem verlangt dieses
Material eine Formgebung, die breitflächig, aber von geringer Höhe sein muß. Sie
kommt einer gedrungenen Gestaltung des Systems sehr entgegen. Ein wirkungsvoller
kleiner Aufbau ist mit diesem Material möglich.
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Soll auf Kosten der einfachen Formgebung der Streufluß noch weiter
herabgesetzt werden, so kann in an sich bekannter Weise dem Stabanker ein runder
Querschnitt gegeben und der permanente Magnet als radial magnetisierter Ring ausgebildet
werden.
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Die technische Durchführung einer ausreichenden radialen Magnetisierung
eines ringförmigen Magneten ist aber um so schwieriger, je kleiner der innere Durchmesser
ist. Die Magnetisierfeldstärke in einem der Ringform entsprechend gebauten Magnetisiergerät
nimmt vom Innenpol nach außen proportional mit dem Radius a1>. Der innere Pol des
Magnetisiergeräts kann aber nur bis zur Sättigung des Eisens magnetisiert tverden.
Die Magnetisierfeldstärke am Außenrand des Ringmagneten muß je nach Material eine
vorgeschriebene Größe haben. Da die innere Feldstärke durch das Magnetisiergerät
festgelegt ist, kann die äußere nur durch entsprechende Wahl der Radien des Magnetisierungsraumes
und damit des Ringmagneten selbst eingehalten werden.
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Gemäß der Erfindung kann diese Schwierigkeit dadurch überwunden werden,
daß der Stabanker in. an sich bekannter Weise einen runden Querschnitt aufweist
und in einem ringförmigen, radial magnetisierten Permanentmagneten angeordnet ist,
dessen innerer Durchmesser durch einen Einsatz aus magnetischem Material dem Stabankerquerschnitt
angepaßt ist. Dein permanenten Magneten, der ebenfalls aus keramischem Dauermagnetstoff
bestehen kann, kann auf diese Weise ein für die Magnetisierung günstiges Verhältnis
zwischen seiner inneren und seiner äußeren Ringfläche gegeben werden, wobei nach
der Magnetisierung durch den Einsatz der Luftspalt zwischen dem Innenpol und dem
Stabanker verringert werden kann.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben
und in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es bedeutet Fig. 1 einen schematischen
Längsschnitt durch ein Magnetsystem gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische
Ansicht der Kopfseite des Magnetsystems nach Fig. 1, Fig. 3 einen schematischen
Längsschnitt durch ein Magnetsystem in anderer Ausführungsform, Fig. 4 eine schematische
Ansicht der Kopfseite des Magnetsystems nach Fig. 3.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Stabanker 1 aus magnetisch leitendem Material
mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Parallel zum Anker 1 sind zwei Permanentmagneten
2 und 3 aus keramischem Dauermagnetstoff, z. B. Eisen-Barium-Oxyd, angeordnet, welche
ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Permanentmagneten 2 und
3 sind innerhalb einer elektromagnetischen Spule 4 gelagert, deren Spulenkörper
5 aus Isoliermaterial besteht und mit Ansätzen 6 in den Luftspalt zwischen dem Stabanker
1 einerseits und den Permanentmagneten 2 und 3 andererseits hineinragen und dem
Stabanker 1 als Führung dienen. Der Spulenkörper 5 kann mit seinen Ansätzen 6 aus
einem Stück Isolierspritzmaterial bestehen, oder die Ansätze 6 können in dem Isolierkörper
5 mit eingeformt sein. Der Stabanker 1 liegt mit seinen aus der Spule 4 herausragenden
Enden 7 vor je einem Polschuhpaar 8, 8' bzw. 9, 9', die von zwei U-förmigen Flußleitblechen
10 gebildet werden. welche die elektromagnetische Spule 4 umfassen. Die Permanentmagneten
2 und 3 sind quermagnetisiert und derart angeordnet, daß ihre dem Stabanker 1 zugekehrte
Flächen gleiche Polarität aufweisen und die in den Stabanker 1 eintretenden bzw.
aus ihm austretenden Kraftlinien symmetrisch zu seinem Schwerpunkt gleichmäßig längs
der Stabankerachse verteilt sind.
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In der Mitte zwischen den Magneten 2 und 3 wird der aus Weicheisen
bestehende Stabanker 1 von beiden Magneten 2 und 3 gleich stark angezogen, gleiche
Magnetstärke vorausgesetzt. Der Anker 1 befindet sich hier in einem labilen Kräftegleichgewicht.
Bei jeder geringsten Abweichung von der Mittenlage würde der Anker 1 von dem einen
oder anderen Magneten 2 bzw. 3 angezogen werden. Durch die eingefügte Führungshülse
bzw. durch die dafür vorgesehenen Ansätze 6 aus nichtmagnetischem Material geringerer
Dicke wird der Anker 1 mechanisch in der Mittenlage gehalten; nur noch geringe Differenzkräfte,
die wegen des notwendigen Spiels des Ankers 1 in der Führungshülse 6 auftreten können,
wirken sich aus. Mit nur einem Magneten würde der Anker einseitig derart stark angezogen,
daß eine axiale Verschiebung durch die dann auftretende große Reibung nur schwer
möglich wäre; das System wäre dann sehr unempfindlich. Der zweite Magnet vermindert
die Reibung und erhöht die Empfindlichkeit. Zugleich wird die magnetische Polarisation
verdoppelt, und die bewegenden Kräfte werden größer. Die Enden 7 des Stabankers
1 besitzen eine gleichartige und gleich starke Polung. Der Signalgeber erhält auf
diese Weise eine gleich hohe Ansprechempfindlichkeit nach beiden Verschieberichtungen
hin. Bei Erregung der Spule 4 wird das Kräftegleichgewicht gestört und der Stabanker
1 in der Zeichnung nach links oder rechts verschoben, wobei an dem einen Ende 7
des Stabankers eine abstoßende und zugleich an dem anderen Ende 7 eine anziehende
Wirkung durch das elektromagnetische Feld ausgeübt wird. Die neue stabile Gleichgewichtslage
für den Stabanker 1 ergibt sich, wenn der Stabanker 1 mit seinen Polenden 7 zwischen
den Polpaaren 8, 8' bzw. 9, 9' steht. Infolge seiner Trägheit
wird
sich aber der bewegte Stabanker 1 über diese stabile Gleichgewichtslage hinausbewegen,
da er an dieser Stelle keinen Anschlag findet und frei bis zum Anschlag an einen
nicht dargestellten Schallsender durchschwingt, wobei der Schallsender z. B. aus
einer Glockenschale aus unmagnetischem Material besteht. Jedoch wird der Stabanker
1 magnetisch in die Gleichgewichtsstellung, die seiner Arbeitslage entspricht, zurückgezogen.
Diese Arbeitsweise ermöglicht eine lautstarke, weil nahezu dämpfungslose Anreizung
des Schallsenders. Damit genügt aber eine verhältnismäßig geringe Betriebsenergie,
um die nötige Lautstärke zu erzielen.
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In den Fig. 2 und 3 ist ein Stabanker 11 mit rundem Querschnitt vorgesehen.
Das permanente Magnetfeld wird durch einen ringförmigen, radial magnetisierten Magneten
12 erzeugt, der im Schwerpunkt des Stabankers 11 auf diesen einwirkt. Die Spule
4 ist in zwei in Serie geschaltete Hälften aufgeteilt, die zwischen sich den Magnetring
12 aufnehmen. Die Führung des Stabankers 11 übernimmt ein unmagnetisches Rohr 13,
und die die Spule 4 umschließenden Flußleitbleche 10 gemäß den Fig. 1 und 2 sind
durch einen Zylinder 14 aus magnetischem Material ersetzt. Um den ringförmigen Permanentmagneten
12 kräftig magnetisieren zu können, weist dieser eine verhältnismäßig große öffnung
auf, so daß ein für die Magnetisierung günstiges Verhältnis zwischen seiner Innen-
und seiner Außenfläche entsteht. Um trotzdem einen magnetischen Kreis von geringem
Widerstand zu erhalten, wird der innere Durchmesser des ringförmigen Körpers nach
seiner Magnetisierung durch ein Füllstück 15 aus Eisen dem Durchmesser des Stabankers
11 angepaßt. Mit dieser Ausführung wird der Streufluß am Stabanker 11 gegenüber
dem des Ankers 1 gemäß den Fig. 1 und 2 herabgesetzt und ein kräftiges permanentes
Magnetfeld erzielt.