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Elektromagnetischer Schwinganker Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist ein elektro-
magnetischer Schwinganker zur Erzeugung periodischer, mechani-
scher
und abgreifbarer Schwingungen insbesondere zur Steuerung
von Zeitmasageräten.
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Neben den allgemeinbekannten Schwingankern mit rein
mechanischem Antrieb, die seit langem insbesondere zur Steuerung
von
Zeitmessgeräten und ähnlichen Mechanismen.Verwendung finden,
sind
in letzter Zeit eine Mehrzahl von Konstruktionen bekannt-
geworden, bei denen
der schwingende Teil elektrisch oder elektromagnetisch angetrieben
wird. Dabei werden die mechanischen. Schwingungen zum
Teil als Uebertragung einer in einem elektri-. sehen
Schwingkreis bestehenden Schwingung erzeugt. Andere, be-
kannte
Sauarten weisen in ihren Schaltungen Verstärkerelemente und/oder Verzögerungselemente
auf, die einen vom schwingenden Teil aufgenommenen Impuls zum weiteren Antrieb des
mechanisch schwingenden Teils der Vorrichtung verstärken und/oder verzögern.
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Alle diese bekannten Vorrichtungen bezwecken die Verwendung
eines Kraftspeichers in Form einer Batterie oder eines Akkumulators,
um grössere Ganggenauigkeit und/oder um längere Gangdauer oder um eine Verkleinerung
der Aussenmasse gegenüber den bekannten mechanischen Kraftspeichern zu erzielen.
Allen gemeinsam ist aber ein gewisser konstruktions- und schaltungstechnischer Aufwand,
mit dem die Vorteile erkauft werden müssen, und der bis dahin eine breite Anwendung
der offensichtlichen Vorteile, die die Verwendung eines elektrischen Kraftspeichers
bietet, verhinderte. Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, einen elektromagnetischen
Schwinganker zu schaffen, der ohne irgendwelche Zwischenschaltung von elektrischen
Verstärker-. und Verzögerungselementen sich selbstanlaufend in seiner Schwingbewegung
steuern kann, dessen Schwingirequenz durch Betätigung von an der Bewegung nicht
teilnehmenden Elementen geregelt wer-den kann, und der infolge der Einfachheit
seines Aufbaus sowohl
klein genug für den Einbau in kleine Geräte wie auch
wirtschaft-
lich genug für ein breites Verwendungsgebiet gebaut werden kann.
Diese und weitere, den Fachmann ohne weiteres ein-
leuchtenden
Zwecke worden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein unter Einwirkung
einer Rüekatellkraft stehender,sehwing-
bar gelagerter,
magnetischer Rotor im Magnetfeld mindestens
eines feststehenden Elektromagneten
angeordnet ist, und dass mindestens ein vom Elektromagneten
nicht betätigbarer, fest an-
geordneter und im Stromkreis
desselben geschalteter Magnet-
schalter vom Rotorfeld im Ansprechbereich
des Magnetschalters periodisch betätigt wird.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Termin- ologie
verwendet, von der angenommen wird, dass sie für den
Fachmann keiner
weiteren Erläuterungen bedarf. Sowersteht sich beispielsweise unter Magnetschalter
ein allgemein bekanntes
Schaltelement das mindestens zwei irantaktteile
aufweist, wovon
mindestens eines beweglich und federbewehrt ist und die
meistens
hermetisch in einer Schutzhülle angeordnet sind und mit Durch-
führungen
durch die Hülle an eine elektrische Schaltung an-
schliessban sind.
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Die Betätigung eines solchen Schalters erfolgt durch
Veränderungen
der Feldstärke eines Magnetfeldes, in dessen
Wirkungsbereich er sich befindet.
Solche Schalter sind in vielen
Ausführungsformen im einschlägigen
Handel erhältlich.
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Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Schwing-
ankers
sind nachfolgend anhand von dieselben darstellenden sche-
matischen Zeichnungen.näher
erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines
ersten Ausführungsbei-
spiels des Schwingankers. t Fig. 2 und 3 eine
Ausführungsvariante eines Schingankers in Sei-
tenansicht (Fig.
2) und im Schnitt entlang der Linie
III-III von Fig. 2 (Fig.
3).
Fig, 4 eine schematische Ansicht analog zu Fig. 1 eines
Schwingankers mit bewegbaren Polschuhen und zylindrischem Rotor.
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Fig. 5 eine schematische Ansicht analog zu Fig. 1 der Anordnung der
wesentlichen Teile eines Schwingankers mit regelbarem Elektromagnetfeld.
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Fig. 6 eine schematische Ansicht analog zu Fig. 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels
mit regelbarem Elektromagneten. In Fig. 1 ist ein stabförmiger permanentmagnetischer
Rotor 1. um eine zur Stabachse und zur Zeichenebene senkrechte Achse 2 schgingbar
gelagert. Die nicht gezeigten Widerlager für die Achse 2 si*d vorzugsweise von der
herkömmlichen, reibungsarmen Art, die in der Feinwerktechnik allgemein zur Lagerung
von feinen Wellen verwendet werden. Eine Spiralfeder 3, deren Ende 4 fest mit dem
Rotor 1 an dessen Achse 2 verbunden ist, und deren Ende 5 mit einem nicht gezeigten
festen Teil des Gehäuses verbunden ist, trachtet danach, den Rotor 1 in die in Fig.
1 ,dargestellte Lage zu bringen. In dieser Lage schliesst das Magnetfeld des Rotors
1 einen Magnetschalter 6, der in unbeeinflusster Ruhelage offen wäre. Dieser Magnetschalter
ist über geeignete Zuleitungen 7, 8 an ein Wicklungsende 9 einer Elektromagnetspule
10 einerseits und an einen Pol einer Gleichstromquelle 11 andererseits angeschlossen.
Das andere Wicklungsende 12 ist mit dem anderen Pol der Stromquelle verbunden. Bei
geschlossenem Magnetschalter 6 ist der Stromkreis geschlossen und durch die Wicklung
10 des Elektromagneten fliesst ein Strom der in dessen Kern 13 ein Magnetfeld mit
N- und S-Pol erzeugt. Dieses
Feld wirkt auf den Rotor 1 ein, nicht
aber auf den Magnetschalter 6 und, da der Rotor 1 schwingbar gelagert ist, bewegt
es diesen aus seiner Anfangslage heraus in Richtung des Pfeiles 14. Mit dem Rotor
'l bewegt sich äaer auch dessen Magnetfeld, wodurch der Magnetschalter 6 wieder
in seine Ruhelage (offen) zurückkehrt und den Stromkreis unterbricht. Sobald der
Stromkreis unterbrochen ist, verschwindet das Magnetfeld des Elektromagneten 10
im Kern 13 und dadurch die Beeinflussung des Rotors 1, und die Rückstellkraft
der Spiralfeder 3 bringt diesen in der entgegengesetzten Richtung wieder in seine
Anfangslage zurück, wo der Magnetschalter 6 wiederum geschlossen und dadurch das
Magnetfeld des Elektromagneten von neuem wieder aufgebaut wird Es versteht sich,
dass bei dieser Anordnung nach kurzer Einschwingdauer der Rotor leine periodische
Schwingung ausführt, deren Frequent abhängig ist von der Masse des Rotors, von der
Federkonstante der Rückstellkraft der Spiralfeder 3 und von der Feldstärke des Magnetfeldes
des Elektromagneten 10.
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In Fig. 2 und 3 ist eine Variante des Rotors dargestellt, bei der
ein scheibenförmiger quer zur Scheibenachse magnetisierter Permanentmagnet 20 durch
geeignete Mittel 21 fest mit einer Welle 22 verbunden ist, die an ihren Enden 23
und 24 mit Lagerzapfen oder Lagerspitzen ausgerüstet ist, die in nicht dargestellten
Lagern- abgestützt werden. Ein Klötzchen 25 dient zur Befestigung der (nicht dargestellten)
Spiralfeder., und ein Finger 26 als Verbindung zu einem durch den Schwinganker
gesteuerten
(nicht dargestellten) Glied. Es ist offensichtlich, dass die Scheibendicke des Rotors
20 die Funktion des Schwingankers nicht beeinflussen und in den1,ron den Einbauverhältnissen
zugestandenen Grenzen gewählt werden kann.
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In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel analog zu dem in Fig.
1 gezeigten dargestellt. Ein permanentmagnetischer, scheibenförmiger, quer zur Scheibenachse
magnetisierter Rotor 30 ist an eine durch seine Achse senkrecht zur Zeichenebene
stehenden Achse 31 befestigt, deren Enden in nicht dargestellten reibungsarmen Lagern
abgestützt sind. Eine Spiralfeder 32, die mit ihrem Ende 33 fest mit dem Rotor 30,
mit dem anderen Ende 34 an einem nicht gezeigten, festen Teil des Gehäuses verbunden
ist, trachtet danachfden Rotor in der in Fig.4 dargestellten Anfangslage zu halten.
In dieser Lage schliesst das Magnetfeld des Rotors 30 einen einen Magnetschalter
35 der hier senkrecht zur Zeichenebene stehend dargestellt ist, und der in unbeeinflusster
Ruhestellung offen ist.
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Es ist jedoch klar, dass der Magnetschalter 35 neben der in Fig. 4
gezeigten Lage auch in der Zeichenebene angeordnet werden könnte, ohne die Funktionstüchtigkeit
der Vorrichtung zu beeinträchtigen.
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Der Magnetschalter 35 ist über geeignete Zuleitungen 36 und 37 mit
einem Wicklungsende 38 eine Elektromagnetspule 39 einerseits und mit einem Pol einer
Gleichstromquelle 41 an-. dererseits verbunden. Das-andere Wicklungsende 40 der
Elektromagnetspule 39 ist mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle
verbunden.
In der Elektromagnetspule 39 ist ein Kern 42 mit zwei Jochen angeordnet die je einen
Polschuh 43 und 44 tragen. Die Polschuhe 43 und 44 sind verschiebbar geführt und
durch Klemmschrauben 45, 46 in einer gewählten Lage befestigbar. Bei geschlossenem
Magnetschalter 35 ist der Stromkreis geschlossen und durch die Magnetspule 39 fliesst
ein Strom, der in deren Kern 42 und in den Polschuhen 43 und 44 ein Magnetfeld erzeugt.
Dieses Feld wirkt auf den Rotor 30 ein, nicht aber auf den Magnetschälter 35 und,
da der Rotor 30@chängbar gelagert ist, bewegt es denselben in Richtung des Pfeiles
47 aus seiner Anfangslage heraus. Mit dem Rotor 30 bewegt sich aber auch dessen
Magnetfeld, wodurch der Magnetschalter 35 wieder in seine Ruhe-Tage (offen) zurückkehrt,
und die Stromzufuhr zu Magnetspule 39 unterbricht. Ohne Stromzufuhr verschwindet
auch das Magnetfeld im Kern 42 und in den Polschuhen 43 und 44 des Elektromagneten
und damit die Anziehung des Rotors 30, und die Rüekstellkraft der Spiralfeder 3
bringt diesen in entgegengesetzter Richtung wieder in seine Anfangslage zurück,
wo der Magnetschalter 35 wiederum geschlossen wird und der Arbeitstakt. von neuem
beginnt.
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Wie schon erwähnt, ist die Frequenz der vom Rotor ausgeführten Schwingungen
unter anderem abhängig von der Feldstärke des Elektromagneten 39/42. Die Feldstärke
wiederum ist bei gegebener elektrischer Dimensionierung zum magnetischen Widerstand
des magnetischen Kreises des Elektromagneten umgekehrt proportional. En wesentlicher
Faktor dieses magnetischen Widerstandes ist das Mass des Luftspaltes 48 zwischen
Rotor und Polschuhen.
Durch Verschieben der Polschuhe 43 und 44
lässt sich das Mass des Luftspaltes 48 verändern und damit die Schwingfrequenz des
Rotors verändern.
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' In Fig. 5 ist schematisch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen
elektromagnetischen Schwingankers dargestellt, wobei die elektrischen Verbindungen
sowie die Spiralfeder nicht gezeigt sind. Analog zu Fig. b ist 50 der stabförmige,
um eine senkrecht zur Stabachse stehenden Achse 51 schwingbar gelagerte permanentmagnetische
Rotor,. der in seiner gezeigten Anfangslage den Magnetschalter 52 schliesst.Dieser
schliesst den Stromkreis zwischen einer nicht gezeigten Stromquelle und der Spule
53 des Elektromagneten 54 mit festen Polschuhen 55 und 56. Das entstehende Magnetfeld
des Elektromagneten dreht den Rotor in Richtung des Pfeiles 57 aus seiner Anfangslage
heraus, wodurch der Magnetschalter 52 wieder öffnet und die Speisung des Elektromagneten
unterbricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz der Rotorschwingungen
ebenfalls veränderbar-. Wiederum erfolgt diese Veränderung durch Beeinflussung der
Feldstärke des Elektromagneten, doch sind die Polschuhe nicht beweglich. Durch einen
am nicht dargestellten Gehäuse durch eine Klemmschraube 49 verschiebbar befestigten
Stab 58 aus einem magnetisierbaren okr aus einem permanentmagnetischen Werkstoff
wird ein Teil der Feldlinien des Elektromagneten abgelenkt, die somit nicht auf
den Rotor wirken. Die Regelung der Feldstärke des Elektromagneten und damit der
Schwingfrequenz des Rotors wird mithin durch einfache Verschiebung des Teiles 58
erzielt.
In Fig. 6 ist noch eine Variante des erfindungsgemässen
Schwingankers schematisch dargestellt. Der stabförmige, permanentmagnetische Rotor
60 ist um eine senkrecht zur Stabachse stehende Achse.61 schwingbar gelagert, und
durch eine Spiralfeder 62 in seiner Anfangslage gehalten,. In dieser Tage schliesst.
das Feld des Rotors den in seiner Ruhestellung offenen Magnetschalter 63, der den
Stromkreis von der Batterie 64 über die Wicklung 65 des Elektromagneten 66 und über
die Wicklung 67 eines zweiten Elektromagneten 68 zurück zur Batterie 64 schliesst:
Dadurch wird, wie bei den in Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Beispielen der Rotor
aus seiner Anfangslage in Richtung des Pfeles 69 herausgedreht bis der Magnetschalter
63 den genannten Stromkreis wieder unterbricht und die Spiralfeder 62 den Rotor
60 wieder in seine Anfangslage zurückdreht: Zur Regelung der Feldstärke des Elektromagneten
66 und mithin der Schwingfrequenz des Rotors dient ein zweiter Elekromagnet 68 der
durch nicht dargestellte Mittel in Richtung des Doppelpfeiles 70 verschiebbar am
nicht gezeien Gehäuse befestigt ist. Dadurch, dass der Wicklungssinn der Wicklung
67 des zweiten Elektromagneten 68 demjenigen der Wicklung 65 des Elektromagneten
66 entgegengesetzt ist, wird der zweite Elektromagnet 68 stets eine mehr oder weniger
ausgeprägte Verminderung der Feldstärke des ersten bewirken, je naäh der eingenommenen
Lage gegenüber dem ersten Elektromagneten 66. Bei einmal eingeregelter Feldstärke
für eine bestimmte Schwingfrequenz des Rotors bleibt bei konstanter Spannung der
Batterie 64 die Schwingfrequenz konstant. Nun aber
ist bekannt,
dass die Spannung von Batterien mit zunehmender Entladung fällt, wodurch auch die
Stromstärke im beschriebenen Stromkeis fällt. Mit abnehmender Stromstärke nimmt
auch die Feldstärke des Elektromagneten 66 ab, Was eine unerwünschte Veränderung
der Schwingfrequenz zur Folge hätte. Da aber der zweite Elektromagnet 68 in Serie
mit dem ersten 66 geschaltet ist und ein diesem entgegengesetztes Feld erzeugt,
wird bei abnehmender Stromstärke ebenfalls die Wirkung des Feldes des zweiten Elektromagneten
68 abnehmen, wodurch als resultierendes Magnetfeld der beiden Elektromagneten 66
und 68 stets ein beinahe konstantes Feld unabhängig von der auf den Rotor einwirkt.
Damit ist auch eine gute Konstanz der Schwingfrequenz des Rotors erzielt.
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Es versteht sich, dass noch weitere Anordnungen getroffen werden können,
ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So wäre beispielsweise denkbar, dass ein
Rotor mit einer Vielzahl von Polen einen Magnetschalter steuert, der den Stromkreis
für eine Mehrzahl von Elektromagneten schliesst. Auch kann die auf den Rotor einwirkende
Rückstellkraft von anderen Elementen als einer Spiralfeder erzeugt werden. Ebenfalls
lässt sich der Rotor als Pendel ausbilden. Allen diesen beschriebenen und angetönten
Ausführungsbeispielen ist jedoch das Merkmal gemeinsam, dass mindestens ein vom
Rotorfeld betätigter Magnetschalter direkt ohne Zuhilfenahme von Verstärkerelementen
einen Stromkreis steuert, der zur Folge hat, dass der Rotor aus seiner Anfangslage
abgelenkt wird.