DE304970C

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Publication number: DE304970C
Application number: DENDAT304970D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung baut sich auf den Gedanken

auf, zwei sehr kräftige, gleich starke Elektromagnete einander mechanisch entgegenwirken zu lassen, so daß sie sich in ihrer Wirkung gerade aufheben, und dann die Ankerbewegung

z. B. dadurch zu veranlassen, daß vermittels zusätzlicher Magnetwicklungen der eine Magnet verstärkt und der andere geschwächt wird.

Eine Ankerbewegung würde z. B. auch dann

ίο veranlaßt, wenn die erregenden Spulen der beiden magnetischen Kreise an Spannungsquellen angeschlossen würden, von denen bald die eine und bald die andere überwiegt. In diesem Falle würde der Doppelmagnet nicht als »Nullstromumschalter« sondern als »Spannungsgleichheitsumschalter« arbeiten.

Die beiden Magnete können voneinander getrennt gebaut werden, oder aber teilweise zusammenhängend, wie dies in Fig. 1 beispiels;

ao weise angenommen ist. A ist der Polschuh des einen Magneten und B derjenige des anderen. C ist der Anker, der beiden Magneten gemeinsam und der um die Achse R drehbar gelagert ist. Die beiden magnetischen Kreise haben in dem gewählten Beispiel ferner die Rückleitung D gemeinsam. E₁ und E₂ sind die erregenden Stromspulen der Magnete, F₁ und P₂ zusätzliche Wicklungen des als Nullstromumschalter gedachten Doppelmagneten.

Trotzdem die beiden Magnete beliebig kräftig ausgeführt werden können, so läßt sich einem so konstruierten Nullumschalter doch kein beträchtliches Arbeitsvermögen erteilen, weil die Nutzwirkung immerhin nur eine Differenz-

wirkung ist. Aus' diesem Grunde fanden derartig gebaute Nullstromumschalter bisher nur. bei Signalapparaten Verwendung,

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich nun auf einen Weg, das Arbeitsvermögen des Null- bzw. Spannungsgleichheitsumschalters ganz außerordentlich zu steigern.

Es wird der erste Teil des Ankerhubes nur dazu benutzt, vermittels Hilfskontakte die Magnetisierungsspule des der Bewegung widerstrebenden Magneten zu unterbrechen oder kurzzuschließen oder den^ Magnetismus des anderen Magneten zu verstärken, oder beides zusammen in Anwendung zu bringen. Infolgedessen setzt der Anker seinen Weg mit sehr großer Kraftentwicklung fort. Um am Schluß des Hubes die nötige Empfindlichkeit für die Auslösung der Rückwärtsbewegung wieder herzustellen, wird ein^ Steuerorgan gleichzeitig mit dem Anker verschoben, welches am Schlüsse seines Hubes durch Wiederherstellung der früheren Magnetspulenverbindungen das Gleichgewicht der Magnete wieder herstellt.

Ih Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Steuervorrichtung dargestellt. C ist der auch in Fig. 1 gezeichnete, Anker. Der. Übersichtlichkeit halber ist das umschließende Magnetgestell fortgelassen, hingegen sind die Hauptmagnetspulen E₁ und E₂ in verschobener Lage schematisch dargestellt. Auf der Achse 22 des Ankers C sitzt unabhängig drehbar das Steuerorgan G, welches zwei zweiarmige Bürstenfedern P uud Q mit je einem Kontaktknopf (1, 2, 3 und 4) an jedem Ende trägt. Diese Bürstenfedern schleifen mit ihren

linken Kontaktknöpfen ι und 2 auf einer mit dem Anker C fest verbundenen Platte H und mit ihren rechten Knöpfen 3 und 4 auf einer festen Platte /. Die Drehungsmöglichkeit des Steuerorgans G ist durch ein Anschlagstück L begrenzt, während die beiden in der Platte H fest eingelassenen Stifte M₁ und M₂ die Drehung des Ankers C in Beziehung auf das Steuerorgan begrenzen. Der mögliche Drehwinkel des Ankers C ist also gleich der Summe des zwischen Anker und Steuerorgan vorhandenen Spiels und des Spiels, das das Anschlagstück L dem Steuerorgan G gewährt. 2V stellt die Stromquelle dar, welche die Magnetspulen E₁ und E₂ erregen soll.

Der Zweck der, in Fig. 2 dargestellten beispielsweisen Steueranordnung ist nun, durch das erste Hubstück die der Bewegung widerstrebende Magnetspule für den folgenden Teil des Ankerhubes kurzzuschließen und am Ende des Hubes den Kurzschluß wieder aufzuheben. • Dies geschieht auf folgende Weise:

In der gezeichneten Anfangsstellung sind einfach beide Spulen E₁ und E_% in Serie geschaltet. Nebenschlußverbindungen zu diesen Spulen sind nicht vorhanden. Sobald durch eine Störung im Gleichgewicht der beiden Magnete der Anker C sich in der Pfeilrichtung nur um wenig verschiebt, so gelangt der Kontaktknopf 1 auf den Kontakt 5 und schließt die Spule E₂ kurz. Dadurch wird nicht bloß

. das der Bewegung widerstrebende Element ganz beseitigt, sondern es wird gleichzeitig die Zahl der Amperewindungen des ziehenden Magneten annähernd verdoppelt. Auf diese Weise steigert sich die magnetische Zugkraft auf annähernd den vierfachen Wert, sofern der Eisenquerschnitt groß genug ist, eine Verdoppelung des magnetischen Fluxes zu gestatten. In-

4.0 folgedessen setzt der Anker seinen Weg mit außerordentlich gesteigerter Kraft fort und nimmt hierbei vermittels des Zapfens M₁ das Steuerorgan G, das bisher in Ruhe blieb, mit sich. Bevor der Anker seinen Hub ganz vollendet hat, verläßt der Kontaktknopf 3 den Kontakt 6 auf der rechten Platte / und öffnet so den Nebenschluß der Spule E₂ wieder, wodurch das alte¹ empfindliche Gleichgewicht der beiden Magnete wieder hergestellt wirS.

Nun befindet sich Knopf 4 auf Kontakt 7, und es entsteht so ein Nebenschluß zur Spule E₁, sobald der Anker C durch eine kleine Bewegung in der anderen Richtung den Kontakt 5 unter den Knopf 2 bringt. Dann kehrt der Anker mit großer Kraft wieder in die gezeichnete Anfangsstellung zurück.

Statt eine Magnetspule kurzzuschließen, kann das Steuerorgan G ,auch die eine Spule unterbrechen.

Die eigentlichen Arbeitsorgane des Schalters (Starkstromkontakte u. dgl.), die zu ihrer Betätigung erhebliche Kraft erfordern, werden mit Vorteil mit dem Steuerorgan G in mechanische" Verbindung gebracht. Dann hat. der Anker während seines vorgängigen Steuerhubes nur die kleine Reibung der Steuerbürsten zu überwinden, und es läßt sich so eine sehr hohe Auslöseempfindlichkeit erreichen.

Zur Überwindung der Hemmung, welche sich infolge der Reibung zwischen dem Kontaktstück 5 und den Kontaktknöpfen 1 und 2 der vorgängigen Bewegung des Ankers entgegensetzt, können an den Enden der beiden Magnetpole Einsatzstücke angebracht werden, welche die Zugkraft jedes Magneten so viel erhöht, daß der hemmende Einfluß der Reibung aufgehoben wird. Diese Vergrößerungsstücke sind in der Nähe derjenigen Polkante anzubringen, bei der der Anker in( den Bereich des Poles eintritt. Sie haben ferner auch den Zweck, den Einfluß etwaiger mechanischer Ungleichheiten, wie z. B. ungleicher Lufträume, auf das Gleichgewicht zwischen beiden Zugkräften auszugleichen. In Fig. 3 sind derartige Einsatzstücke zur Darstellung gebracht und mit K und L bezeichnet. Es wurde dort angenommen, daß, z. B. infolge mechanischer Ungleichheiten, in der gezeichneten Ärikerstellung die Anziehung des Magneten A in bezug auf diejenige des Magneten B überwiegend war. Deshalb erhielt das Einsatzstück K kleinere Abmessungen als das dort fehlende Polstück. Das andere Einsatzstück L hingegen ist stärker gehalten und kann es beispielsweise die Aufgabe erfüllen, dem Anker.in seiner anderen Endstellung einen solchen Überschuß an Zugkraft zu erteilen, daß durch ihn die Reibung der Steuerbürsten Q und P (Fig. 2) aufgehoben wird. Auf diese Weise kann eine sehr große Auslöseempfindlichkeit erlangt werden. In der gezeichneten Ankerstellung vermag das Einsatzstück L keine Drehkraft auf den Anker auszuüben.

Mechanische Ungleichheiten können auch durch verschiedene Erregung der beiden Magnete unschädlich gemacht werden.

Auf die beschriebenen Arten kann der Magnet in beiden Endstellungen in labiles Gleichgewicht gebracht werden, und es kann so die Empfindlichkeit des Umschalters theoretisch unendlich groß gemacht werden. '

Wenn die eine der Magnetsputen stromlos ■ ist, und es würden magnetische Kraftlinien der anderen Spule durch den toten Magneten zurückfließen, so würde dies eine Schwächung der magnetischen Zugkraft bedeuten. Um diesen Übelstand zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Luftraum C D der gemeinsamen magnetischen Rückleitung möglichst klein zu machen, bei möglichst breiter Polschuhfläche.

Der beschriebene Nullstromumschalter läßt sich mit Vorteil zur Herstellung bzw. Lösung

einer Starkstromverbindung zwischen . zwei Stromquellen verwenden, von denen die eine konstant ist und die andere mit der ersteren verbunden werden soll, wenn ihre Spannung den Spannungswert der ersten erreicht hat, und welche Stromquellen voneinander getrennt werden sollen, sobald die Spannung der zweiten kleiner wird als die¹ Spannung der ersteren. Die Starkstromleitung wird dann zweckmäßig

ίο mit ein paar Windungen um die Magnete herumgeführt, einesteils, um bei Rückstrom eine. Trennung der Leitung herbeizuführen und andererseits, um bei richtigem Stromfluß den Schalter um so fester in seiner Stellung zu halten. Der Wirkungssinn dieser Windungen ist derart, daß durch sie bei Rückstrom der ausschaltende Magnet verstärkt und der andere Magnet geschwächt wird.

Selbstverständlich muß zwischen beiden Spannungsquellen vor der Herstellung der Starkstromverbindung eine andere Verbindungsleitung bestehen, damit ein Stromfluß vorhanden ist, welcher zur Störung des Gleichgewichtes der beiden Magnete verwendet werden kann, wenn die Spannung der beiden Stromquellen nicht miteinander übereinstimmen. Diese Verbindungsleitung kann aus ganz dünnem Draht bestehen und durch die Zusatzwickelungen F₁ und F₂ (Fig. 1) geführt werden, welch letztere in diesem Falle mit Vorteil mit vielen dünnen^ Windungen ausgeführt" werden. Um den' dadurch bedingten kleinen Stromverlust zu vermeiden in den Zeiten, wo die eine Stromquelle auf Null steht, kann eine Vorrichtung getroffen werden, welche sowohl diese Verbindungsleitung als auch den Strom der Magnetspulen E₁ und £₂ selbsttätig unterbricht, sobald die eine der beiden Spannungsquellen unter einen gewissen Betrag sinkt.

Es kann der Fall eintreten, daß der Umschalter nicht bei Spannungsgleichheit der beiden zu verbindenden Stromquellen bzw. nicht bei der.Umkehr des in einer zusätzlichen Magnetwickelung (F₁ und F₂) kreisenden Stromes in Tätigkeit 'treten soll, sondern erst bei einem höheren Betrag der Spannungsdifferenz bzw. des auslösenden Stromes. Um dies zu erreichen, katin man die beiden Magnete konstant mit einer etwas verschiedenen Anzahl Amperewindungen erregen, Und es werden dadurch die Auslösspannungsdifferenz bzw. der Auslösstrom in ihrer Größe entsprechend verschoben. Die verschiedene Zahl von Amperewindungen erreicht man entweder durch verschiedene Erregung der beiden Magnetspulen E₁ und E₂ oder durch Hinzufügung von weiteren Spulen, welche dauernd die Wirkung der einen Magnetspule verstärken und die der anderen schwächen. Das gleiche Ziel ,wird erreicht durch eine Veränderung der Länge oder des Luftabstandes der Pole an den. Orten, wo die Ankerkahten während des toten Hubes, sich befinden, z. B. vermittels der früher erwähnten auswechselbaren Stücke K und L (Fig. 3).

Umschalter nach der Erfindung können mit Vorteil zum selbsttätigen Parallelschalten und Trennen von Starkstromquellen Verwendung finden, im weiteren zur Bewegung irgendwelcher Apparate, zu deren Betätigung nur kleine elektrische Kräfte zur Verfügung stehen usw. Auch mit Wechselstrom , können Umschalter der beschriebenen Art betrieben werden. . :■: . ■:

Claims

Patent-Ansprüche::

1. Doppelmagnet, bestehend aus zwei mechanisch miteinander verbundenen, einander entgegenwirkenden Einzelmagneten, bei welchem eine Drehung des Änkerteils durch eine Störung des Gleichgewichts der magnetischen Anziehungskräfte hervorgerufen wird, indem der magnetische Kraftfluß des einen Magneten verstärkt und derjenige des anderen geschwächi wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die UmsteJ !bewegung des Ankerteils (C) eine Kontaktvorrichtung (G H J) in Tätigkeit gesetzt wird, welche jeweils den Magnetismus des stärkeren Magneten noch mehr verstärkt oder denjenigen des schwächeren Magneten noch mehr schwächt bzw. die genannte Verstärkung und Schwächung gleichzeitig veranlaßt. ., .

2. Doppelmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Eintritt der größere Kraft erfordernden- Nutzbewegung der Ankerteil (C) während eines toten Hubes durch Orts Veränderung in bezug auf ein verschiebbares Steuerorgan (G) die Spule. des zurückhaltenden Magneten kurzschließt oder ausschaltet, und daß sich das genannte Steuerorgan (G) während des Nutzankerhubes derart verschiebt, daß es am Schluß dieses Hubes die Stromleitung durch die stromlose Magnetspule wieder herstellt.

3. Doppelmagnet nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ' die Polenden der beiden Magnete (A und B) leicht auswechselbare Einsatzstücke (i£ L) besitzen, durch welche sowohl mechanische Ungleichheiten der beiden magnetischen Kreise als auch der hemmende Einfluß der Reibung ausgeglichen werden können und durch welche ferner die Spannungs- oder Strömwerte, bei deren Erreichung eine , Umstellung des Schalters; erfolgt, beliebig eingestellt werden können,

4. Doppelmagnet nach den. Ansprüchen ι "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Magnetisierungsspulen (E₁ und E₂) der beiden_; Magnete (A und B) wirksamen

Amperewindungszahlen so stark verschieden sind, daß die Magnete trotz mechanischer Ungleichheiten einander das Gleichgewicht halten.

5. Doppelmagnet nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 1 erwähnte Störung des Gleichgewichtes der magnetischen Anziehungskräfte durch zusätzliche Magnetwicklungen (F₁ und F₂) hervorgerufen wird.

6. Doppelmagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Magnetwicklungen (F₁ und F₂) zwischen die gleichnamigen Pole zweier Spannungsquellen geschaltet sind und daß mit den Ankern eine Kontaktvorrichtung verbunden ist, die beim Umstellen der Anker zwischen den genannten gleichnamigen Polen eine zweite Verbindung für hohe Stromstärke herstellt bzw. löst, welche in dem Sinne um die beiden Magnete (-4 und B) herumgeführt ist, daß die Anker noch mit vergrößerter Kraft in der eingeschalteten Stellung" festgehalten werden.

7. Doppelmagnet nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außer den bisher genannten Magnetwicklungen noch eine weitere zusätzliche Wicklung mit konstantem Stromfluß auf den Magneten angebracht wird mit der Wirkung, die in den anderen Magnetwicklungen zur Umstellung des Magneten nötige Amperewindungszahl in ihrer Größe in einem oder anderem Sinne zu verschieben.

8. Doppelrnagnet nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Zusatzwicklungen selbsttätig unterbrochen werden, sobald die eine der beiden durch den Magneten zu verbindenden Spannungsquellen mit ihrer Spannung unterhalb eines gewissen Betrages sinkt".

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.