DE299152C - - Google Patents

Description

Es sind bisher keine Vorrichtungen zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels elektromagnetischen Selbstunterbrechers mit federndem Anker bekannt, welche zur Umwandlung »mittlerer Energiemengen«, d. h. Energiemengen von 3 bis 75 Watt und gleichzeitig für eine höhere Periodenzahl des Wechselstroms, d. h. eine Periodenzahl von 500 bis 2000 Perioden in der Sekunde und darüber geeignet sind.

Es ist anderseits ein außerordentlich großes Bedürfnis, insbesondere auch für militärische Zwecke, nach derartigen Vorrichtungen vorhanden, weil mit ihrer Hilfe leicht tragbare Apparate geschaffen werden könnten,^: durch die man auf größere Entfernungen ohne Drahtleitung Signale geben könnte, und zwar mittels Funkentelegraphie oder Erdtelegraphie.

Bei dem Wagnerschen Hammer und dem Deprez-Unterbrecher, durch welche ein stetiger Gleichstrom in pulsierenden Gleichstrom umgewandelt wird, sind die Periodenzahlen verhältnismäßig niedrig. Sie liegen etwa bei 10 bis 80 in der Sekunde. Bei anderen Unterbrechern, wie z. B. bei den Prüfsummern der drahtlosen TeIegraphie, werden zwar höhere Periodenzahlen, z. B. von etwa 1000 in der Sekunde, erzielt. Die von diesen Summern umformbaren Energie-, mengen betragen indes nur wenige Zehntel Watt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels elektromagnetischen Selbstunterbrechers mit federndem Anker, bei welcher zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden, und zwar sollen Energiemengen von etwa 3 bis 75 Watt und darüber umgeformt werden, und es soll eine Periodenzahl erreicht werden, welche der Schwingungszahl eines im mittleren Hörbereich liegenden Tones entspricht, also z. B. 1000 in der Sekunde beträgt.

Die Erfindung besteht in der gleichzeitigen Anwendung folgender, im einzelnen zum Teil bekannter Hilfsmittel.

Die Primärspule erhält eine geringe Anzahl von Windungen, um bei der hohen Unterbrechungszahl und der damit verbundenen kurzen Kontaktdauer starke Strommengen einführen zu können, auch wenn die Betriebsspannung des Gleichstroms verhältnismäßig niedrig bemessen wird, z. B. nur 6 bis 12 Volt beträgt. Es wird ein Elektromagnet mit fast völlig geschlossenem magnetischen Kreis mit nur einem schmalen Luftspalt verwandt, um einerseits möglichst große magnetische Zugkräfte und anderseits einen guten Wirkungsgrad! für die Umsetzung der Energie zu erzielen.

Der neue Apparat steht also hinsichtlich seines magnetischen Aufbaues im Gegensatz zu den üblichen Induktoren, die mit einfachen geraden Eisenkernen versehen sind, bei denen infolge der geringen Kraftliniendichte nur verhältnismäßig schwache Zugkräfte erzeugt werden und infolge der Streuung der Kraftlinien ein hoher Wirkungsgrad nicht erreicht werden kann. Vor dem schmalen Luftspalt in unmittelbarer Nähe der Pole des Elektromagneten

befindet sich der Anker, welcher an einer an beiden Enden eingespannten starren Feder von sehr hoher Eigenschwingungsahl befestigt' ist. Die Eigenschwingungszahl dieser Feder muß beträchtlich größer sein, als die gewünschte Zahl der Perioden. Diese Eigenschwingungszahl wird durch die Befestigung des Ankers auf die gewünschte Schwingungszahl herabgesetzt. Die Verwendung der starren Feder

ίο ermöglicht einen kräftigen Druck an der Kontaktstelle, welcher nötig ist, um den sicheren Übergang der Ströme auch bei geringen Verunreinigungen und Verbrennungen zu gewährleisten.

Die Vereinigung der starren Feder und des schweren Ankers bietet den Vorteil, daß die Eigenschwingung nicht. in dem Maße von äußeren Einflüssen abhängig ist, wie dies bei sehr elastischen Federn und leichten Ankern der Fall ist. Trotzdem hat es sich als notwendig herausgestellt, ein weiteres Mittel anzuwenden, um den stetigen Gang des Unterbrechers sicherzustellen. Es besteht in einer Hilfsfeder, die auf der Haupt- und Ankerfeder befestigt ist und den einen der beiden Kontakte trägt. Wenn diese Hilfsfeder nicht vorhanden wäre, würde die gesamte Bewegungsenergie des Ankers durch Stoßwirkung jedesmal verloren gehen, wenn bei der nach erfolgter Stromunterbrechung einsetzenden, rückläufigen Bewegung des Ankers die Kontakte wieder zur Berührung kommen.

Die Hilfsfeder sorgt ferner dafür, daß der Gleichstrom während eines beträchtlichen Teiles des Schwingungshubes geschlossen bleibt, so daß er trotz der hohen Unterbrechungszahl einen beträchtlichen Wert annehmen kann.

Damit die Hilfsfeder ihre Aufgabe richtig

erfüllt, muß ihre Eigenschwingung wesentlich über der Gebrauchsschwingungszahl liegen. Im anderen Falle würden Interferenzen mit der Schwingung der Ankerfeder oder andere störende Schwingungserscheinungen auftreten.

Die gleiche Wirkung wie durch die Hilfsfeder wird erreicht, wenn die 'Kontaktstelle von der Stelle des größten Schwingungshubes etwas abseits nach der Befestigungsstelle der Ankerfedern hin verlegt wird. Auch dann bleibt der Gleichstrom während einer längeren Zeitdauer geschlossen, und die Schwingungsenergie wird nicht jedesmal durch Stoßwirkung vernichtet, wenn die Kontakte zur Berührung kommen.

Die auftretenden mechanischen Kräfte sind recht beträchtlich. Bei einem" Hube von nur 0,4 mm wird die Ankerfeder in der Mitte mit einer Kraft von 10 kg oder darüber beansprucht. Eine sehr sorgfältige Verbindung aller schwingenden Teile ist unerläßlich, da der häufige und überaus' schnelle Kraftwechsel auf ein Lockern der Teile hinwirkt. Die Hilfsfeder und der Anker müssen aus diesem Grunde mit der Ankerfeder durch Nieten oder Hartlot befestigt werden. Ferner muß die Ankerfeder an- ihren Enden mit den Stützpunkten besonders fest verbunden werden, da die Hammerwirkung des Ankers sich auch auf diese Stellen, überträgt.

Wie hoch die spezifische Biegungsbeanspruchung der Anker- und Hilfsfeder ist, geht daraus hervor, daß bei den ersten Versuchen häufig ein Zerbersten dieser Teile festgestellt wurde. Durch reichliche Dimensionierung und Wahl des besten Federstahls wurde der Übelstand behoben. _r

Die Betriebsspannung der Gleichstromseite kann innerhalb weiter Grenzen beliebig gewählt werden. Günstige Werte sind 6 bis 20 Volt.

Auch für den Anschluß an Starkstromnetze von 120 Volt und darüber kann der Unterbrecher gebaut werden.

Die primäre Windungszahl soll umso größer genommen werden, je höher die Spannung ist. Ist die Windungszahl für eine bestimmte Spannung festgestellt worden, und wünscht man zu einer anderen überzugehen, so ist sie bei sonst gleicher Bauart des Unterbrechers im Verhältnis, der neuen zur alten Spannung abzuändern.

Unterbrecher, die für eine niedrige Spannung, z. B. 6 Volt, gebaut sind, lassen sich mit höheren Spannungen, z. B. 120 Volt, nicht betreiben, und zwar auch dann nicht, wenn man den Überschuß der Spannung durch einen Widerstand abdrosselt. Es tritt dann, welche Vorsicht man auch gebrauchen möge, Lichtbogenbildung an der Unterbrechungsstelle auf. Ist dagegen die Windungszahl der- Spannung richtig angepaßt, so kann die Feuererscheinung praktisch vollkommen beseitigt werden, indem man parallel zur Kontaktstelle oder der primären Windung einen Kondensator schaltet. Die Größe der Kapazität dieses Kondensators wird zweckmäßigerweise durch den Versuch ermittelt. *°5 Sie weist ein deutliches, wenn auch nicht allzu scharfes Optimum auf. Je höher die Windungszahl und die Betriebsspannung ist, um so kleiner soll die Löschkapazität bemessen werden.

Das Verhalten des Apparates im-praktischen *¹⁰ Betriebe ähnelt dem der gewöhnlichen Wechselstromtransformatoren. Ist die sekundäre Seite offen, so ist die primäre Stromaufnahme gering. Sie wächst mit zunehmender sekundärer Belastung. Bei voller Belastung beträgt der "5 Wirkungsgrad etwa 50 bis 70 Prozent.

Die Tatsache, daß der primäre Strom während jeder vollen Periode der Ankerschwingung immer nur kurze Zeit geschlossen wird und die Periodenzahl hoch ist, zwingt dazu, die primäre Windungszahl verhältnismäßig niedrig zu halten, damit genügend starke Stromstöße die Win-

Claims (5)

düngen durchfließen. Hand in Hand mit der geringen Windungszahl geht ein niedriger ohmischer Widerstand. Hieraus ergibt sich eine Gefährdung des Apparates, wenn die Schwingungen des Ankers durch irgendeinen Zufall aussetzen. Maßgebend für die primäre Stromaufnahme ist dann lediglich die Betriebsspannung und der ohmische Widerstand der primären Leitung. Der Strom schwillt auf ίο das iofache und mehr des normalen Wertes an. Wird beispielsweise ein Unterbrecher, dessen ohmischer Widerstaud 0,5 Ohm beträgt, mit 10 Volt betrieben, und beträgt die primäre Stromaufnahme 2 Ampere, so steigt der Strom bei Stillstand des Ankers auf 20 Ampere an. Die erzeugte Joulesche Wärme ist dann das 100 fache der normalen. Besonders gefahrdrohend liegen die Verhältnisse, wenn die Betriebsspannung über derjenigen Größe liegt, die imstande ist, einen Lichtbogen zwischen Metallelektroden zu unterhalten. Irgendwelche, wenn auch noch so kurze Stockungen in den Schwingungen des Ankers führen dann sofort zu einer starken Feuererscheinung an den Kontaktstellen. Aus diesen Gründen empfiehlt es sich, in die Gleichstromseite einen Ballastwiderstand einzufügen. Besonders vorteilhaft sind Eisenwiderstände, da sie mit zunehmder Belastung sehr stark anwachsen. < Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. α ist der Eisenkern eines Elektromagneten mit fast geschlossener Form, dessen Eisenkreis nur durch den kleinen Luftspalt δ unterbrochen ist. c ist eine starre, an ihren beiden Enden fest eingespannte Feder von hoher Eigenschwingungszahl. In der Mitte der Feder c ist auf der einen Seite der Anker d und auf der anderen Seite die Hilfsfeder β befestigt. • Die Hilfsfeder hat sichelförmige Gestalt und ist aus einer Flachfeder e2 und einer kreiskreisförmig gebogenen Feder e1 zusammengesetzt. Die Flachfeder e2 trägt das Kontaktplättchen es. Die gebogene Feder e1 ist in ihrer Mitte an der Ankerfeder c befestigt. f ist die verstellbare Kontaktschraube. Von einer konstanten Stromquelle g wird der Strom durch die Primärwicklung h, die Feder c, die Kontaktstelle e, f und zurück zur Stromquelle geleitet. Der in der Sekundärwicklung i erzeugte Wechselstrom wird in der dem Gebrauchszweck entsprechenden Weise verwendet. Zur Verringerung der Funkenbildung kann parallel zur Kontaktstelle ein Kondensator k geschaltet werden. Um die auf den Anker d ausgeübte magnetische Kraft genau in der erforderlichen Größe einstellen zu können, kann ein verstellbarer magnetischer Nebenschluß I angeordnet werden. -- Paten τ-An Sprüche:

1. Vorrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels elektromagnetischen Selbstunterbrechers mit federndem Anker, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem schmalen Luftspalt (δ) eines Elektromagneten (α) mit bis auf diesen . Luftspalt völlig geschlossenem Eisenkern und einer Primärwicklung {h) von geringer ■ Windungszahl eine starre Ankerfeder (c) angeordnet ist, deren Eigenschwingungszahl für sich genommen beträchtlich über der gewünschten Periodenzahl liegt und durch einen schweren Anker auf das gewünschte Maß herabgesetzt ist, daß ferner die Kontaktgebung entweder abseits von der Stelle des größten Schwingungshubes oder mittels einer Hilfsfeder von einer über der Gebrauchsschwingung'liegenden Eigenschwingung er folgt, und daß endlich alle schwingenden ■ Teile sowohl unter sich wie mit den sie tragenden Stützen mechaniseh besonders fest verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch I; dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerfeder durch eine an ihren beiden Enden eingespannte und in ihrer Mitte einerseits den Anker (d), anderseits die Hilfsfeder (e) tragende Blattfeder (c) gebildet wird.,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfeder (e) sichelförmige Gestalt hat, aus einem kreisförmigen Federblattstück (e¹) und einem geraden Federblattstück (e²) zusammengesetzt und in der Mitte des kreisförmigen Federblattstückes (e¹) an der Mitte der Ankerfeder (c) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß in den primären Stromkreis ein Ballastwiderstand eingefügt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ballastwiderstand Eisen oder ein anderes Material von mit der Temperatur stark zunehmendem spezifischen Widerstand gewählt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.