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Elektrischer Schwingankermotor Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schwingankermotor, dessen Schwinganker sich in seiner Mittelstellung im labilen
Gleichgewicht befindet und aus dieser Stellung mit Hilfe von am Anker und am Gehäuse
angelenkten Federn in zwei stabile Gleichgewichtslagen schwingt.
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Solche Schwingankermotoren dienen unter anderem der elektromagnetischen
Betätigung von Schaltern aus ihrer offenen in ihre geschlossene Stellung, und umgekehrt.
Allgemein lassen sich elektromagnetische Schwingankermotoren überall dort verwenden,
wo schnelle bogenförmige Bewegungsabläufe zu erzeugen sind. Von solchen Schwingankermotoren
wird gefordert, daß zur Betätigung des Schwingankers möglichst wenig Energie erforderlich
ist.
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Es ist bekannt, den Schwinganker in seine beiden stabilen Gleichgewichtslagen
mit zwei gewöhnlichen Zugfedern vorzuspannen. Diese Federn wirken gegeneinander.
Solche Zug- oder Druckfedern ändern ihre Federkraft über ihren Federweg. Bei zwei
gegeneinander wirkenden Federn überlagern sich zwei verschiedene Federcharakteristiken,
weil die Kraft einer Feder größer als die der anderen sein muß, um den Anker aus
seiner Gleichgewichtslage in die labile Mittelstellung zu bringen, Dann muß eine
dem anwachsenden Federwiderstand entsprechende elektrische Energie dem Schwinganker
über den gesamten Schwingweg aus der stabilen Gleichgewichtslage bis über die labile
Gleichgewichtslage hinaus zugeführt werden. Im Ergebnis wird dadurch eine verhältnismäßig
hohe Energie erforderlich.
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Die Erfindung hat sich die technische Aufgabe gestellt, diese Nachteile
zu beseitigen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Federn eine über
den Schwingweg des Schwingankers konstante Federkraft aufweisen und daß Kontakte
vorgesehen sind, um den Stromkreis des Magneten zu unterbrechen, bevor der Anker
seine labile Mittelstellung erreicht.
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Federn mit über einen bestimmten Auslenkbereich konstanter Federspannung
sind im allgemeinen Wendelfedern, deren Auslenkung durch einander Nähern ihrer beiden
Enden erfolgt. Diese bekannten Federn werden bei dem Schwinganker nach der Erfindung
so eingesetzt, daß ihre Auslenkung durch den Schwinganker im Proportionalitätsbereich
bleibt. Dann erzeugen diese Federn ein der elektrischen Energie im Schwinganker
entgegenwirkendes Federmoment, das in den jeweiligen Gleichgewichtslagen sein Maximum
erreicht und bis zur Mittelstellung des Schwingankers auf Null abnimmt. Infolgedessen
nimmt der Energiebedarf des Schwingankers im wesentlichen kontinuierlich ab, wenn
der Anker aus seiner Gleichgewichtslage in die Mittelstellung schwenken soll. Die
Erfindung sieht ferner vor, die Energie zuvor zu unterbrechen, bevor der Schwinganker
seine labile Gleichgewichtsstellung erreicht hat, um dadurch eine durch die beschriebene
Federcharakteristik mögliche Ausnutzung der kinetischen Energie des Schwingankers
zu erreichen. Im Ergebnis werden dadurch der Energiebedarf und der hierfür erforderliche
technische Aufwand des elektromagnetischen Schwingankermotors entscheidend herabgesetzt.
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Der Aufbau des Schwingankermotors läßt sich wesentlich weiter vereinfachen,
wenn die Federn nicht gegeneinander wirken, um den Anker in die eine oder andere
seiner beiden Gleichgewichtslagen schwingen zu lassen, sondern zusammenwirken. Das
gelingt bei Verwirklichung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die vorsieht,
daß die Federn aus sich gegenüberstehenden Federpaaren bestehen, deren sie bildende,
nach außen gewölbte Federn an ihren Enden an ihnen gemeinsamen Verankerungspunkten
festgelegt sind.
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Vorteilhaft ist auch eine andere Ausführungsform der Erfindung mit
einem am Anker festen Stift, der sich durch einen in einem Schwenkhebel befindlichen
exzentrischen Schlitz, welcher tangential zu dem vom Stift durchlaufenden Bogen
steht, erstreckt. Dieser Schwenkhebel kann den Antrieb für verschwenkbare Kontakte
zum Unterbrechen des Stromkreises für den Magneten bilden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert;
es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des Schwingankermotors
gemäß der Erfindung, F i g. 2 bis 4 schematische Darstellungen der Schwingbewegung
des Schwingankers, F i g. 5 eine Stirnansicht des Motors in Richtung
5-5 der F i g. 1 zur Darstellung einer stabilen Gleichgewichtslage
des Schwingankers, F i g. 6 in der F i g. 5 entsprechender Darstellung
die andere stabile Gleichgewichtslage des Schwingankers und die F i g. 7
und 8 Ansichten in Richtung 7-7 der F i g. 1.
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Der in den Figuren dargestellte elektrische Schwingankermotor hat
ein Gehäuse 20 für einen Schwinganker 23 auf einer Welle 2 1 4. Der
Schwinganker 23 kann eine Mittelstellung einnehmen, in der er sich im labilen
Gleichgewicht befindet. Außerdem besitzt der Schwinganker zwei stabile Gleichgewichtslagen,
die in den F i g. 5 und 6 wiedergegeben sind.
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An einem Ende des Schwingankers ist eine Platte 26 so angeordnet,
daß sie sich zusammen mit dem Schwinganker bewegen kann. Am anderen Ende des Ankers
befindet sich ein fester Stift 28 zur Betätigung eines Schaltarmes
29. Dieser trägt einen Kontakt 31,
dessen Gegenkontakt 32 feststeht.
Der Schwingankermotor dient zum Öffnen und Schließen dieser beiden Kontakte.
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Zur elektromagnetischen Betätigung des Schwingankers dient eine Stromqueffe
33. Von ihr führt eine Leitung 34 zur Ankerwicklung und 35 an Magnetpolen
22 und weiter zu einem Schwinghebel 36, der mit ihm bewegliche Kontakte
37 und 38 trägt. Für den Kontakt 37 ist ein fester Kontakt
39 in einem Zweigkreis 40 vorgesehen, dessen anderes Ende an einem festen
Kontakt 41 eines Steuerschalters 42 liegt. Der bewegliche Kontakt 38 hat
den Gegenkontakt 43 in einem Zweigkreis 44, der an einem Kontakt 45 des Steuerschalters
42 endet. Ein beweglicher, an der Stromquelle 33 liegender Schaltarm 46 ist
den Kontakten 41 bzw. 45 zugeordnet.
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Der doppelarmige Schwinghebel 36 schließt, sobald der Schwinganker
seine Gleichgewichtslage nach F i g. 2 einnimmt, die Kontakte 37 und
38. Die Wicklung 35 ist erregt, so daß der Anker 23 in die
in F i g. 3 wiedergegebene Stellung minimaler Reduktivität gezogen wird.
Nachdem jedoch die Bewegung des Ankers 23 eingeleitet ist, wird, kurz bevor
der Anker seine Mittelstellung erreicht, der Kontakt 37
vom Kontakt
39 abgehoben. Dadurch ist der Kreis unterbrochen, und die Pole sind entmagnetisiert.
Der Anker 23 schwingt gleichwohl weiter in seine andere Ruhestellung nach
F i g. 4. In dieser sind die Kontakte 38 und 43 des Schaltarines 46
geschlossen. Bewegt sich der Anker zurück, so gelangt der Schaltarm 46 wieder in
die Stellung nach F i g. 2, und ein Erregerkreis wird über die Magnetpole
hergestellt.
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Besondere Federn wirken der Bewegung des Schwingankers bei Beginn
seiner Schwingbewegung entgegen und unterstützen ihn bei Beendigung dieser Bewegung.
Es handelt sich dabei um Federn mit konstanter Federkraft.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Federn paarweise angeordnet.
So bilden die Federn 51 und 52 ein erstes Federpaar und sind an einem
ihnen gemeinsamen Verankerungspunkt auf der Platte 26 und damit an den Schwinganker
angeschlossen. Ein zweiter Verankerungspunkt für die entgegengesetzten Enden der
das erste Federpaar bildenden Feder ist bei 54 dargestellt und sitzt am Gehäuse.
Ein zweites Federpaar aus Federn 55 und 56 ist am Punkt
57
mit dem Gehäuse und- am Punkt 58 am Schwinganker verankert. Die
beiden Federpaare liegen einander gegenüber, sind aber im übrigen symmetrisch ausgebildet.
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Bei Bewegung des Schwingankers erfahren die Federn eine Ausbiegung,
die strichpunktiert in F i g. 6
wiedergegeben ist. Im Zuge dieser Ausbiegung
ist die von ihnen aufgebrachte Federkraft konstant Infolgedessen ist das der Schwingbewegung
des Ankers entgegenwirkende Federmoment in den Gleichgewichtslagen am größten und
in der Mittelstellung etwa gleich Null. Der übergang vom maximalen Federmoment zum
Federmoment gleich Null ist im wesentlichen linear, daß sie iin wesentlichen nur
der Hebelarm des Momentes ändert nicht aber die Kraft des Momentes.
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Im Zusammenhang mit der an Hand der F i g. 2 bis 4 beschriebenen
elektrischen Schaltung, mit der der Stromkreis des Magneten 22 unterbrochen wird,
bevor der Anker seine labile MittelsteHung erreicht hat, gelingt es auf diese Weise,
das Trägheitsmoment des elektrischen Schwingankers auszunutzen.
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Demzufolge ist die insgesamt aufzuwendende elektromagnetische Energie
gegenüber vergleichbaren elektromagnetischen Schwingankermotoren erheblich geringer.
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Die Verankerungspunkte 54 und 57 am Gehäuse fluchten mit den
durch die Magnete 22 verlaufenden Magnetachsen. Diese Symmetrie erzeugt zusammen
mit der Federsymmetrie leicht die Kräfte, welche auf den Schwinganker wirken, weiter
aus. Im Ergebnis wird dadurch die für den Betrieb des Motors erforderliche Energie
noch mehr herabgesetzt. Das Gehäuse trägt an seinem der Federanordnung gegenüberliegenden
Ende einen bogenförmigen Schütz 60,
durch den sich ein am Anker
23 fester Stift 28 erstreckt. Die Enden des Schlitzes bilden auf diese
Weise Begrenzungen für die Schwingbewegung des Ankers. Ein Schwenkhebel
61 ist bei 62 am Gehäuse 20 drehbar gelagert. Der Hebel besitzt einen
Längsschlitz 63 für den Stift 28, so daß die beschriebene Anordnung
die beiden in den F i g. 7 und 8 wiedergegebenen Stellungen einnehmen
kann.
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Die Schwenkachse 62 ist so angeordnet, daß in jeder der beiden
stabilen Gleichgewichtslagen des Schwingankers und damit des Schwenkhebels
61 der Schlitz tangential zu der von dem Stift 28 durchlaufenen bogenförmigen
Bahn verläuft. Infolgedessen ist eine Betätigung des Schwingankers durch den Schwinghebel
61 unmöglich. Dadurch ist der Schwingankermotor gegen Betätigung aus Unachtsamkeit
oder Spielerei geschützt.
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Der Hauptvorteil des in den Zeichnungen dargestellten und vorstehend
im einzelnen beschriebenen elektromagnetischen Schwingankermotors besteht darin,
daß zu seiner Betätigung eine vergleichsweise geringe elektrische Energie notwendig
ist. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Miniaturisierung des Schwingankermotors
bzw. die einer Vereinfachung seines Gesamtaufbaus.