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Elektromagnetischer Schlag- oder Klangerzeuger
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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Schlag-oder Klangerzeuger
mit einem bei Bestromung eines zugeordneten Wicklungssystemes elektromagnetisch
beweglichen, der elektroakustischen Signalerzeugung dienenden Ankerteil, dem zur
akustischen Signalverabfolgung ein durch dieses beaufschlagbarer Klangkörper zugeordnet
ist.
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Zweck der Erfindung ist es, die Anwendung derartig elektromagnetischer
Schlag- oder Klangerzeuger,insbesondere für die Verabfolgung akustischer Zeitsignale
zu begünstigen.
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Elektromagnetische Schlag- oder Klangerzeuger der einleitend beschriebenen
Art sind bekannt. So ist seit langem ein sogenannter Ein- oder Zweischlagwecker
in Verwendung, bei welchem zwei durch aufgesetzte Spulen elektromagnetisch
erregte
zylindrische Spulenkerne stirnseitig einen Flachanker aus weichmagnetischem Werkstoff
beaufschlagen, der federnd befestigt ist und einen der Beaufschlagung der zugeordneten
Glockenschalenanordnung dienenden Klöppel bewegt. Hierbei ist die Anordnung so getroffen,
daß im Augenblick des Aufschlagens des Flachankers auf den beiden Spulenkernen der
mehr oder weniger elastisch gehaltene Klöppel Uberschwingt und hierbei die Glockenschalenanordnung
kurzzeitig erregt. Der Klöppel schwingt sofort wieder zurück, so daß das zugeordnete
Klangkörpersystem ungehindert frei ausschwingt, unabhängig davon, ob der auslösende
Schalter von der betätigenden Person noch geschlossen gehalten ist oder nicht. Fällt
bei Öffnen des Schalters oder Druckknopfes der Flachanker unter Wirkung der ihn
halternden Feder zurück auf einen vorgesehenen begrenzenden Anschlag, so kann auch
hier wieder durch das Überschwingen des elastischen Klöppels eine - zweite - Glockenschale
kurzzeitig zum Ertönen gebracht werden, die dann ebenfalls akustisch frei ausschwingt.
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Diese bekannte Anordnung eines sogenannten Ein- oder Zweischlagweckers,
die auch in einer permanentmagnetisch polarisierten Form bekanntgeworden ist, bedingt
jedoch einen räumlich recht ausladenden Aufbau, welcher für die Gestaltung einer
kleinen, z .3. für eine kleine Tisch- oder Wanduhr mit elektrischem oder elektronischem
Schlagwerk gedachten Anordnung eines elektromagnetischen Schlag- oder Klangerzeugers
nur schlecht geeignet ist.
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Außerdem ist der Stromverbrauch dieser bekannten Anordnung hoch. Ferner
kommt eine gewisse Kostenerhöhung der bekannten Anordnung hinzu, da mehrere Teile,
z.B. für den Klöppel, Anker etc., erforderlich sind. Es ist ferner von Bedeutung,
daß diese bekannte Anordnung bis zu einem gewissen Grade lageabhängig ist.
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Der Verwendung dieser bekannten Anordnung zur Verabfolgung akustischer
Zeitsignale ist zudem hinderlich, daß bei der Betätigung des Flachankers neben dem
eigentlichen, erwunschten Klanggeräusch auch noch das Anschlaggeräusch des Flachankers
auf den Spulenkernen ertönt, das insbesondere bei kleineren elektrisch oder elektronischen
Schlagwerksuhren, welche leisere Glockenschläge verabfolgen, störend wäre.
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Es ist auch eine Einrichtung zur elektromagnetischen Schlag-oder Klangerzeugung
bei einer teilelektronisch arbeitenden Schlagwerksuhr bekannt, bei welcher ein in
einer Solenoidspule bei Erregung derselben longitudinal entgegen der Kraftwirkung
einer Schraubenfeder verstellbarer Ankerstift einen als Glockenschale ausgebildeten
Klangkörper - ebenfalls durch einen Uberschwingvorgang gegenüber einer bei Bestromung
gegebenen Ruhestellung - tonerzeugend beaufschlAgt. Hierbei wird von dem teilelektronisch
arbeitenden Schlagwerk eine der Signalfolge entsprechende Impulszahl an die Solenoidspule
vermittelt, wodurch eine entsprechende Anzahl von Signaltönen emittierbar ist.
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Hier stört jedoch der erforderlich hohe Stromverbrauch, der durch
die praktisch eisenfreie Solenoidspule bedingt ist und einen relativ schnellen Verbrauch
der speisenden Stromquelle zur Folge hat bzw. die Beistellung einer Stromquelle
mit entsprechend hoher Kapazität voraussetzt.
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Bei dieser bekannten Anordnung eines elektromagnetischen Schlag- oder
Klangerzeugers mit Solenoidspule ist auch ein hoher Kupferbedarf festzustellen,
der durch die lange und verhältnismäßig dicke Spule bedingt ist und erhöhte Kosten
zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetisch
wirkenden akustischen Signal- oder Schlagerzeuger zu schaffen, der bei einem geringen
Aufwand an kostengünstigen Einzelteilen, bei kleinen Abmessungen derselben eine
zuverlässige Funktion bei kleinen Stromstärken ermöglicht.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein kreissektorförmiges,
etwa um seinen Kreismittelpunkt verschwenkbares Ankerteil aus permanentmagnetischem
Werkstoff, das an seiner Kreisperipherie ein- oder mehrpolig magnetisiert ist, von
den Polschuhen eines von einem Wicklungssystem elektromagnetisch durchflutbaren
Jochsystemes in seiner Ruheposition magnetisch feststellbar und bei Bestromung auslenkend
beaufschlagbar ist
und daß der der elektromagnetisch erzeugbaren
akustischen Signalverabfolgung dienende Klangkörp er unmittelbar im Auslenkbereich
dieses Ankerteiles angeordnet ist.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens besteht
darin, daß das verschwenkbare Ankerteil derart räumlich und magnetisch dimensioniert
bzw. räumlich relativ zu dem beaufschlagenden Klangkörper angeordnet ist, daß eine
Beaufschlagung desselben durchden mit der Auslenkungsbeschleunigung des verschwenkbaren
Ankerteiles einleitend verbundenen überschwingweg möglich ist.
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Eine Reihe anderer zweckmäßiger Ausgestaltungen bzw.
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Weiterbildungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind aus den Patentansprüchen
entnehmbar.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung nach der Erfindung in der Ruhestellung;
Fig. 2 die Anordnung nach der Erfindung in einer ersten Auslenkstellung; Fig. 3
die Anordnung nach der Erfindung in einer zweiten Auslenkstellung; Fig. 4 eine Detaildarstellung
der Anordnung nach der Erfindung.
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Die Fig. 1 zeigt die Anordnung des ausschwenkbaren Ankerteiles 1 in
dem elektromagnetischen Jochsystem 2, und zwar in einer Ruhestellung, d.h. bei nicht
bestromtem Wicklungssystem 3.
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Das ausschwenkbare Ankerteil 1 ist als ein kreissektorförmiges Teil
ausgebildet, das etwa einen Sektorwinkel von 12o0 umfaßt und mit einer Nabe 4 in
einer Lagerung 5 ausschwenkbar gelagert ist.
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Das Jochsystem 2 besteht aus einem rechten Jochschenkel 6 und einem
linken Jochschenkel 7, die eine U-förmige Anordnung aufweisen und die im Scheitel
der U-Form der mittleren Jochschenkel 8 tragen, auf welchem das Wicklungssystem
3 aufgebracht ist. Die Jochschenkel 6, 7 und 8 sind an ihren äußeren Enden zu Polschuhen
9, 10 und 11 erweitert, welche, durch einen Luftspalt 12 vom ausschwenkbaren Ankerteil
1 getrennt, peripher zu diesem verlaufen.
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Die Peripherie 13 des ausschwenkbaren Ankerteiles 1 ist magnetisiert,und
zwar etwa die eine Hälfte des Sektorumfanges des ausschwenkbaren Ankerteiles 1,
z.B. mit dem Südpol 14 und die andere Hälfte mit dem Nordpol 15 belegt.
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Das ausschwenkbare Ankerteil 1 wird hierzu zweckmäßig aus einem permanentmagnetischem
Werkstoff hoher Koerzitivkraft,
z.B. auf Ferritoxydbasis o.ä. hergestellt,
was z.B.
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zweckmäßig durch Sintern geschehen kann. Es ist jedoch auch eine Herstellung
im Kunststoffspritz oder Kunststoffpreßverfahren denkbar, wobei hochremanentes Permanentwerkstoff-Material
feingranuliert zusammen mit einem geeigneten Kunststoff-Granulat vermischt zur Verarbeitung
gelangt.
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Die Anordnung der Polschuhe 9, Io und 11 ist so getroffen, daß diese
eine symmetrische Ausbildung des Jochsystemes 2 gegenüber dem Lagerpunkt 5 bzw.
dem ausschwenkbaren Ankerteil 1 selbst ermöglichen.
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In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, bei welcher keine Bestromung
des Wicklungssystemes 3 vorgesehen ist, stellt sich das Ankerteil 1 etwa mittig
zum Jochsystem 2, d.h.
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senkrecht zum mittleren Jochschenkel 8 ein.
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In dieser Position des Ankerteiles 1 schließt sich ein wesentlicher
Teil der Kraftlinien vom Nordpol 15 nach dem Südpol 14 über den Polschuh 11 des
mittleren Jochschenkels 8, während die Polschuhe 9 und 10 durch einen Kraftlinienweg,
der vom Nordpol 15 des Ankerteiles 1 über den Luftspalt 12, den Polschuh lo, den
linken Jochschenkel 7, den rechten Jochschenkel 6, den Polschuh 9, den Luftspalt
12 nach dem Südpol 14 führt, beaufschlagt sind. Der mittlere Jochschenkel 8 hingegen
ist in dieser Stellung des ausschwenkbaren Ankerteiles 1 praktisch magnetisch neutral.
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Das Jochsystem 2 und das Ankerteil 1 sind von einem als Glockenschale
ausgebildeten Klangkörper 20 umgeben, welcher bei geeigneter Anordnung und Ausbildung
gleichzeitig als Gehäuseabdeckung der Anordnung nach der Erfindung dienen kann.
Zu beiden Seiten des Ankerteiles 1 sind Anformungen 16 vorgesehen, die, wie nachstehend
noch beschrieben werden wird, der klangerzeugenden Beaufschlagung des als Glockenschale
ausgebildeten Klangkörpers 2c dienen.
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In der Ruhestellung der Anordnung nach der Erfindung entsprechend
Fig. 1, wird das ausschwenkbare Ankerteil 1 in der seiner Ruhestellung entsprechenden
Mittenstellung durch die über den Polschuh 11 einerseits und die rechten (6) und
linken (7) Jochschenkel andererseits führenden Kraftlinienwege stabilisiert. Durch
diese Stabilisierung ist das Ankerteil 1 'n seiner Position und Anordnung innerhalb
des durch die Polschuhe 9, 10 und 11 des Jochsystemes 2 gebildeten Statorsystemes
praktisch lagenunabhängig.
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Es sei nun eine derartige Bestromung des Wicklungssystemes 3 angenommen,
daß eine Durchflutung des Jochsystemes 2 im Sinne der in Fig. 2 für die Jochschenkel
6, 7 und 8 eingetragenen Pfeile erreicht wird. Das heißt, der Polschuh 11 des mittleren
Jochschenkels 8 führt einen Nordpol, während die Polschuhe 9 und 1o der rechten
und linken Jochschenkel 6, 7 je einen Südpol aufweisen.
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Hierdurch wird aber der Nordpol 15 des Ankerteiles 1 vom nunmehr bestehenden
Nordpol des Polschuhes 11 schlagartig abgestoßen und gleichzeitig der Südpol 14
des Ankerteiles 1 vom Nordpol des Polschuhes 11 angezogen. Ebenso wird der Nordpol
15 des Ankerteiles 1 vom nunmehr bestehenden Südpol des Polschuhes10 angezogen und
der Südpol 14 des Ankerteiles 1 vom nunmehr bestehenden Südpol des Polschuhes 9
abgestoßen.
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Diese komplexe magnetische Beaufschlagung des Ankerteiles 1 hat dessen
Auslenkung nach links zur Folge, welche bei einer sehr langsamen, z.B. gedämpften
Auslenkung des Ankerteiles 1 nach links dann ihr Ende fände, wenn der Nordpol 15
des Ankerteiles 1 dem nunmehr bestehenden Südpol des Polschuhes 1o und der Südpol
14 des Ankerteiles 1 dem nunmehr bestehenden Nordpol des Polschuhes 11 genau gegenüberstehen
würden.
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In dieser Position wäre eine Gleichgewichtslage und damit die Ruhestellung
während der Bestromung des Wicklungssystemes 3 in angedeutetem Sinne erreicht.
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Da jedoch das Ankerteil 1 während seiner Auslenkbewegung nach links
einer fortwährenden Beschleunigung unterliegt, beinhaltet dieses schließlich auf
Grund seines Trägheitsmomentes einen derartig hohen kinetischen Energiegehalt, daß
dieses die dem Bestromungszustand des Wicklungssystemes 3 in angedeutetem Sinne
entsprechende Verharrungsstellung überschwingt und hierbei durch seine Anformung
16 die Peripherie des Klangkörpers 20, der als Glockenschale ausgebildet ist, klangerzeugend
beaufschlägt.
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Durch das als Rückstellkraft wirkende Magnetfeld wird jedoch das Ankerteil
1 in die Verharrungsstellung zurückgezogen und verweilt schließlich in dieser nach
dem gedämpften Abklingen einer kurzen Pendelbewegung um diesen Punkt.
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Sofort nach Ende des Bestromungsimpulses, der über das Wicklungssystem
3 die Durchflutung des Jochsystemes 2 bewirkte, kehrt das Ankerteil 1 auf Grund
der Rückstellwirkung des nun noch alleine wirksamen permanenten Feldes in die in
Fig. 1 gezeigte Mittel- oder Ruhestellung zurück.
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Beim nächsten, z.B. durch eine elektrische oder elektronische Schlagwerksuhr
verabfolgten Impuls wiederholt sich der soeben beschriebene Vorgang erneut und führt
wiederum zu einer klangerzeugenden Beaufschlagung des Klangkörpers 20.
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Bei einem jeden verabfolgten Stromimpuls auf das Wicklungssystem 3
erfolgt also eine klangerzeugende Auslenkung des Ankerteiles 1 um den Lagerpunkt
5 und bei jedem Ende eines Stromimpulses kehrt das Ankerteil 1,bedingt durch die
Rückstellkraft des permanenten Feldes, wieder in die Mittel- oder Ruhestellung zurück
(Fig. 1).
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In Fig. 3 ist eine nach rechts führende Auslenkung des ausschwenkbaren
Ankerteiles 1 dargestellt, die dann eintritt, wenn das Wicklungssystem 3 mit entgegengesetzter
Stromrichtung bestromt wird. In diesem Falle erscheint der Polschuh 11 als Südpol,
während die Polschuhe 9 und 10 Nordpole führen.
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Diese Konstellation der Magnetpole in dem durch die Polschuhe 9 -
11 gebildeten Statorbereich hat nun genauso wie für Fig. 2 beschrieben, eine Auslenkung
des ausschwenkbaren Ankerteiles 1, jedoch dieses Mal nach rechts zur Folge.
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Auch bei dieser Auslenkung erfolgt durch die rechts angebrachte Anformung
16 des Ankerteiles 1 eine klangerzeugende Beaufschlagung des Klangkörpers 20.
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Erfolgt nun eine unmittelbare Umschaltung der Bestromung des Wicklungssystemes
3 von einer Stromrichtung auf die andere, so wird eine Auslenkung des Ankerteiles
1 von einer einer Bestromungsrichtung des Wicklungssystemes 3 entsprechenden Verharrungsstellung
in die andere erreicht.
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Es erfolgt also ein alternatives Wechseln der Position des Ankerteiles
1 von derjenigen der Fig. 2 in diejenige der Fig. 3 bzw. umgekehrt.
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Da das Ankerteil 1 hierbei einen größeren Auslenkweg zurücklegt und
während des Durchlaufens desselben eine stärkere Beschleunigung erfährt, wird eine
intensivere Klangerzeugung am Klangkörper 20 erzielt, als dies bei einer Auslenkung
des Ankerteiles 1 von der Mittel- oder Ruhestellung aus, die dem nicht bestromten
Zustand der Fig. 1 entspräche, der Fall wäre.
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Soll diese Möglichkeit zu einer intensivereren Klangerzeugung an dem
Klangkörper 20 genutzt werden, so wäre beispielsweise von dem beaufschlagenden elektrischen
oder elektronischen Schlaguhrwerk eine der Anzahl der zu verabfolgenden akustischen
Signale entsprechende alternierende Stromimpulsfolge an das Wicklungssystem 3 zu
übermitteln, womit eine von einer Verharrungsstelle in die andere führende Auslenkung
des Ankerteiles 1 und damit verbundene Tonerzeugung am Klangkörper 20 einhergehen
würde.
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Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung wäre eine
solche Anordnung vorstellbar und zweckmäßig, daß bei einer Auslenkung des Ankerteiles
1 nach links, gemäß der Darstellung nach Fig. 2, ein erster Klangkörper 20, z.B.
einer ersten Glockenschale, tonerzeugend beaufschlagbar wäre, wohingegen bei einer
Auslenkung des Ankerteiles nach rechts gemäß der Darstellung in Fig. 3, ein zweiter
Klangkörper 20, z.B. eine zweite Glockenschale, zum Ertönen gebracht werden könnte.
Hierzu wäre lediglich eine impulsierende Bestromung des Wicklungssystemes 3 mit
wechselnder Stromrichtung erforderlich und es könnten auf diese Weise z.B.
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Viertelstundes und volle Stundenschläge auf einfachste Weise getrennt
verabfolgt werden. Hierzu bedarf es lediglich einer geeigneten Anordnung eines zweiten
Klangkörpers 20 und einer geeigneten Ausbildung einer der Anformungen 16 des Ankerteiles
1, sowie einer geeigneten Ausbildung der impulsgebenden Elektronik des steuernden
elektrischen bzx elektrmischen Schlaguhrwerkes.
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Es ist vorstellbar, zur Beaufschlagung des Wicklungssystemes 3 nur
ganz kurze Impulse an dieses zu verabfolgen, welche eine Auslenkung des Ankerteiles
1 zur Klangerzeugung zwar bewirken, im übrigen aber sofort wieder eine Rückkehr
des Ankerteiles 1 in die Mittel- oder Ruhestellung gemäß Fig. 1 erlauben. Eine solche
kurzzeitige Beaufschlagung böte den günstigsten WirkungSgrad der Klangerzeugung
durch den Klangkörper 20.
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Ist eine Auslenkung des Ankerteiles 1 nur in einer Richtung, d.h.
z.B. nur nach links, wie in Fig. 2 dargestellt, vorgesehen, so empfiehlt es sich,
für einen Teil der Polschuhe 9 - 10 eine von dem zur Lagerung 5 des Ankerteiles
1 radialen Verlauf abweichende Form der beaufschlagenden Stirnfläche zu wählen.
So wäre z.B. ein solcher Verlauf des Luftspaltes 12 zwischen der Peripherie 13 des
Ankerteiles 1 und dem Polschuh 9 des rechten Jochschenkels 6 vorteilhaft, daß sich
dieser (12) in Richtung der erwünschten bzw. vorgesehenen Auslenkrichtung leicht
erweitert. Eine solche Form des Luftspaltes 12 würde eine Auslenkbewegung zwischen
dem Südpol 14 des Ankerteiles 1 und dem hierbei auftretenden Südpol des Polschuhes
9 begünstigen.
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In gleichem Maße würde eine Verringerung des Luftspaltes 12 zwischen
der Peripherie 13 des Ankerteiles 1 und dem Polschuh 1o, und zwar in Auslenkrichtung
des Ankerteiles 1 eine Auslenkung desselben bei einer entsprechenden Bestromung
des
Wicklungssystemes 3 begünstigen.
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Diese beschriebene Ausformung der beiden Polschuhe 9 und 1o böte umgekehrt
bei einer vorgesehenen Auslenkung des Ankerteiles 1 nach rechts (Fig. 3) dieselbe
günstige Wirkung.
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Dasselbe gilt für eine unmittelbar polwechselnde Beaufschlagung des
Wicklungssystemes 3 durch polwechselnde Impulse, bei welchen jeweils unmittelbar
die Auslenkung des Ankerteiles 1 von der Auslenkposition, z.B. "links" (Fig. 2)
in die Auslenkposition, z.B. "rechts" (Fig. 3), ohne Einnahme einer Mittel- oder
Ruhestellung (Fig. 1) gewechselt wird. Auch hier begünstigt die beschriebene Form
der Polschuhe 9 und 11 bzw. des dadurch gegebenen Luftspaltes 12 die Auslenkung
des Ankerteiles 1.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Anordnung nach
der Erfindung, welche insbesondere aus der Darstellung der Fig. 4 entnehmbar ist,
sind seitlich am Jochsystem 2, und zwar in dem durch die Polschuhe 9 - 11 gebildeten
Statorbereich, magnetische Leitbleche 17 vorgesehen, welche die Funktionsweise der
Anordnung nach der Erfindung -z.B. gegen Spannungsschwankungen - stabilisieren.
Die Leitbleche 17, welche beiderseitig oder nur einseitig an den Polschuhen 9 -
11 des Jochsystemes 2 vorgesehen sein können, haben zweckmäßig, wie z.B. besonders
deutlich aus Fig. 4 hervorgeht, die Form eines Kreisringsegmentes, dessen innerer
Radius etwa dem Radius der Peripherie 13 des Ankerteiles 1
zusätzlich
des Luftspaltes 12 entspricht. Die Leitbleche 17 sind zweckmäßig aus einem Werkstoff
hoher magnetischer Leitfähigkeit, z.B. einem Magnetweicheisen, hergestellt.
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Sie überbrücken die Streuwege der äußeren Luftspalte und mildern oder
unterbinden dadurch gegebene magnetische Unsymmetrien, welche insbesondere bei absinkender
Betriebsspannung zu Funktionsunsicherheiten führen könnten.
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Zur Verbesserung der beschriebenen Wirkung der Leitbleche 17 können
an deren inneren Radien Lücken 18 vorgesehen sein.
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Wie aus den Fig. 1 - 3 hervorgeht, ist das Jochsystem 2 vorteilhaft
als flaches Metallteil ausgebildet, das in der Bewegungsebene des ausschwenkbaren
Ankerteiles 1 angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird hierbei die beschriebene dreischenklige
Anordnung gewählt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht insbesondere auch eine günstige
Ausbildung des Wicklungssystemes 3, da auf diese Weise bei diesem ein sehr gutes
Ampere-Windungs/Lei stungsverhältnis erreicht werden kann.
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Dieses ist insbesondere im Hinblick auf eine bei elektrischen oder
elektronischen Schlagwerksuhren in Frage kommende Speisung durch Trockenbatterien
von Interesse.
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Das Jochsystem 2 wird zweckmäßig aus gestanzten Blechen geschichtet,
welche durch Befestigungsniete 19 fixiert sind.
Die Lagerung des
verschwenkbaren Ankerteiles 1 erfolgt zweckmäßig in Lagerteilen, welche mit dem
Jochsystem 2, z.B. ebenfalls durch die Niete'19, verbunden sind.
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Hierdurch wird die erforderliche Genauigkeit des Luftspaltes gewahrt.
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Die Anordnung nach der Erfindung vereinigt geringen Platzbedarf, kleinen
Strom- oder Leistungsverbrauch, geringe oder keine Lagerabhängigkeit mit einem einfachen
und kostengünstigen Aufbau.