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Drehmagnet-Signalgeber
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Die Erfindung betrifft einen Drehmagnet-Signalgeber, wie er bspw.
in der Bauform eines Schalttafel-Melders vielfältig Einsatz findet (vgl.
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AEG-Hilfsbuch, 9. Auflage 1965, Seite 5/74 ; oder DE-OS 28 04 153).
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Dabei handelt es sich um das klassische, unempfindliche Drehmagnet-System,
dessen permanentmagnetischer Rotor, zwischen den Polschuhen eines stationären Elektromagneten
bei dessen Speisung, eine Auslenkung erfährt, deren Richtung von der Stromflußrichtung
durch die Stator-Spule abhängt; während die Rotor-Ruhestellung durch das resultierende
Umgebungsfeld nach Abschalten des Spulenstromes gegeben ist (vgl.
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Rose "Fachkunde der Elektro-Meßtechnik" , 3. Auflage 1968, Kapitel
15).
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Es ist naheliegend, dieses Drehmagnet-System nicht nur zur optischen
Signalgabe (momentane Drehwinkelstellung) einzusetzen, sondern auch zur akustischen
Signalgabe; indem ein drehfest mit dem Rotor ausgebildeter Klöppel vorgesehen wird,
der durch Anschlagen einer Glockenschale hörbare Schwingungen hervorruft (FR-PS
12 14 428; Fig. 13). Denn Klöppelsysteme nach Art des Wagnerschen Hammers weisen
bekanntlich aus physikalischen Gründen den Nachteil hohen Leistungsbedarfes bei
ungünstigem elektromechanischem Wirkungsgrad auf - ganz abgesehen von der oft nicht
zu vermeidenden Erscheinung, daß neben dem gewünschten Glockenton infolge des Anschlages
des Ankers an den Elektromagneten ein störendes Nebengeräusch entsteht. Solche,auch
zum Klöppel-Antrieb geeignete, Drehmagnet-Systeme sind im übrigen in der Bauform
der einphasigen
Uhrenschrittmotore (z.B. DE-PS 29 11 439) zu sehr
hoher Güte hinsichtlich elektromagnetischen Wirkungsgrades und mechanischer Zuverlässigkeit
weiterentwickelt worden.
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Im Interesse gedrängten Aufbaues eines akustischen Siqnalqebers ist
es bekannt, das elektromagnetische Schlagsystem für die Anregung der Glockenschale
unter dieser anzuordnen (DE-OS 19 46 341).
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Problematisch ist jedoch nach wie vor die akustisch saubere Auslösung
einer definierten Folge einzelner Glockentöne; insbesondere um durch eine zeitlich
gestaffelte Folge von klaren Glocken-Anschlägen ein Wecktonprogramm etwa der Art
realisieren zu können, wie es indem DE-AS 28 19 907 (dort Fig.6) erläutert ist.
Deshalb liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Signalgeber gattungsgemäßer
Art zu schaffen, mit dem sich bei produktionsgünstigem Aufbau und kleinen Einbauabmessungen
eine definierte Folge von Rotor-Schwenkbewegungen realisieren läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß der gattungsgemäße Drehmagnet-Signalgeber gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 aufgebaut ist.
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Nach dieser Lösung wird also nicht der bei elektromagnetischer Anregung
des Drehmagneten sich einstellende Drehbewegungsweg mechanisch begrenzt; vielmehr
erfährt das freie Zurückschwingen des Drehmagneten in seine Ruhestellung nach Beendigung
des Ansteuerimpulses eine mechanische Begrenzung, die als Glockenanschlag ausgenutzt
werden kann; wonach der Drehmagnet aufgrund der permanentmagnetischen und kinetischen
Gegebenheiten in seine Ruhelage einpendelt, ohne ein weiteres Mal diesen mechanischen
Begrenzungsanschlag zu erreichen. Falls dieser Anschlag also durch die Anlage eines
Klöppels gegen eine Glockenschale gegeben ist, wird zuverlässig mit Beendigung eines
jeden Ansteuerimpulses ein und nur ein einziger Glockenton ausgelöst; was die Möglichkeit
einer definierten, auch zeitlich dicht gestaffelten oder zeitlich variierten, Folge
von elektromagnetisch ausgelösten Glockentönen sicherstellt.
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Dabei ergeben sich besonders günstige magnetische und Bewegungs-Verhältnisse
des elektromagnetischen Systems, wenn der Rotor als Zylindermantelausschnitt ausgebildet
ist, dessen Bogenlänge sich über etwas mehr als die Bogenlänge eines zugeordneten,
viertelkreisförmigen Polschuhes erstreckt. Besonders einfache Einbaugegebenheiten
bei geringer Streuung der magnetischen Kennwerte lassen sich einfach dadurch erzielen,
daß dieser Zylinderwandungsausschnitt von einem bogenförmigen Rückschlußblech hinterlegt
ist, die beide in einem topfförmigen Halterungsteil angeordnet sind, innerhalb dessen
der permanentmagnetische Rotor unabhängig von seinen mechanischen Fertigungstoleranzen
in eine definierte Abstandslage bezüglich der Statorblech-Polschuhe gedrückt ist.
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Das topfförmige Halterungsteil erstreckt sich zweckmäßigerweise bis
unter die Ebene der Stator-Polschuhe, so daß der dort an einem kokken angeordnete
Klöppel für das Anschlagen der Glockenschale einen großen Schwenkweg durchlaufen
kann, weil der Raum unter den Statorblech-Polschuhen dafür zur Verfügung steht.
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Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus nachstehender
Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark
vereinfacht aber angenähert maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispiels
zur erfindungsgemäßen Lösung.
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Es zeigt: Fig. 1 den Signalgeber im Längsschnitt, unter Berücksichtigung
einer typischen Ansteuerungsweise, Fig. 2 den Signalgeber gemäß Fig. 1 im Querschnitt
und dabei in Ansicht auf seinen Stator sowie Fig. 3 den Rotor samt Rotorträger gemäß
Fig. 2 im abgewinkelt verlaufenden Axial-Längsschnitt.
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Der in der Zeichnung dargestellte Drehmagnet-Signalgeber 1 weist einen
elektromagnetisch bewegbaren Glocken-Klöppel 2 (Fig. 2) im Innenraum unter einer
Glockenschale 3 auf. Die Bewegung des Klöppels 2 ist eine Schwenkbewegung konzentrisch
um die Drehachse 4 eines permanentmagnetischen Rotors 5 zwischen den Polschuhen
6 eines Stators 7, der nach Maßgabe der elektrischen Speisung einer Stator-Spule
8 aus einer Speiseschaltung 9 (Fig. 1) magnetisch durchflutbar ist und dementsprechend
- wie insoweit aus der Technik der Einphasen-Uhrenschrittmotore bekannt -mittels
des magnetischen Streufeldes zwischen den Polschuhen 6 zu einer Auslenkung des Rotors
5 führt.
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Der Stator 7 weist zwei im wesentlichen U-ähnlich konfigurierte, im
Umriss übereinstimmende aber gegensinnig zueinander angeordnete Statorbleche 10
auf. Diese liegen im Bereich ihres Joches 11 jeweils auf einer Positionierrippe
12 auf, die aus einer parallel zum Stator 7 sich erstreckenden Grundplatte 13 hochragen
und mit Halterungszapfen 14 kraftschlüssig in Rund- bzw. Lang-Positionieröffnungen
15 in den Statorblechen 10 eingreifen.
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Mit einem schlanken Schenkel 16 ragen die Statorbleche 10 einander
entgegengesetzt gerichtet in die Kernöffnung 17 der Spule 8 hinein, wo sie - einander
in Längsrichtung überlappend - vom Spulenkörper 18 quer zur Überlappungsebene zusammengepreßt
gehaltert werden. In diesem langen Überlappungsbereich 19 weisen die Schenkel 16
eine Verjüngung um ihre halbe Materialstärke auf, so daß sich innerhalb und außerhalb
des Überlappungsbereiches 19 in der Kernöffnung 17 die gleiche Materialstärke für
den Stator 7 ergibt.
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Die gegenüberliegenden Schenkel 20 verbreitern sich in Richtung auf
ihre Stirnenden, an denen die viertelkreis-bogenförmigen Polschuhe 6 ausgebildet
sind.
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Der Rotor 5 ist im wesentlichen als Zylinderwandungsausschnitt 21
konzentrisch zur Drehachse 4 ausgebildet und im Innern eines
topfförmigen
Halterungsteiles 22 eines Rotorteiles 23 angeordnet (Fig. 2, Fig. 3). Die Bogenlänge
dieses Rotors 5 ist größer, als diejenige des gegenüberliegenden, viertelkreisbogenförmigen
Polschuhes 6; so daß der Rotor 5 sich in der in Fig. 2 dargestellten Ruhelage (keine
Bestromung der Stator-Spule 8) aufgrund seiner peripher bipolaren Radialmagnetisierung
über die gesamte Bogenlänge eines der Pol schuhe 6 erstreckt;und über diesen hinausragend
auf der einen Seite noch den benachbarten Endbereich des gegenüberliegenden Polschuhes
6 überdeckt, sowie gegenüberliegend über den ersterwähnten Polschuh 6 noch etwas
hinausragt.
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Wie insbesondere auch aus der Querschnittsdarstellung der Fig. 3 ersichtlich,
liegt beim Rotorteil 23 eine nockenförmig vorstehende Aufnahmemulde 24 für ein den
Klöppel 2 bildendes scheibenförmiges Gewichtsstück unter der Ebene des Rotors 5,
so daß der Klöppel 2 sich bei entsprechender Verschwenkbewegung des Rotors 5 ungestört
unter die Pol-Schenkel 20 des Stators 7 bewegen kann. Das ist der Fall, wenn das
Halterungsteil 22 aufgrund elektrischer Ansteuerung der Stator-Spule 8 in die in
Fig. 2 strichpunktiert angedeutete Stellung der Maximal-Auslenkung 25 verdreht wird;
weil - bezogen auf die in Fig. 2 eingetragenen Rotor-Polaritäten -die elektrische
Ansteuerung der Stator-Spule 8 beim dieser Maximal-Auslenkung 25 benachbarten Polschuh
6 einen magnetischen Nordpol hervorruft, der das abgelegene Ende des permanentmagnetischen
Zylindermantelausschnittes 21 anzieht und somit die Drehbewegung um die Achse 4
hervorruft. Solange der Strom noch mit dieser Polarität in der Spule 8 fließt, wird
der Halterungsteil 22 mit dem Rotor 5 in dieser Stellung aufgrund des starken Stator-Magnetfeldes
praktisch starr festgehalten, ohne daß es bei der Bewegung in diese Stellung hinein
zu einem nennenswerten Überschwingen kommt. Nach dem Abschalten des Stromes durch
die Stator-Spule 8 ist aufgrund der Luftspalte zwischen den Polschuhen 6 und dem
Rotor 5 sowie aufgrund der geringen magnetischen Remanenz in den Statorblechen 10
ein magnetisch sehr hochohmiger Kreis gegeben, der praktisch keine Halterungsmomente
auf die Schwenkbewegung des Rotors 5 hervorruft.
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Wenn jetzt das Halterungsteil 22 in die zuvor beschriebene Ruhestellung
(Fig. 2) zurückdreht, erfolgt deshalb ein starkes Uberschwingen über diese Ruhestellung
hinaus, bis der dem Rotor 5 etwa diametral gegenüber angeordnete Klöppel 2 gegen
die Glockenschale 3 anschlägt, wie durch die Anschlagstellung 26 in Fig. 2 angedeutet.
Es erfolgt eine Rückprallbewegung um die Drehachse 4 mit Einpendeln in die Ruhestellung;
ohne daß es zu einem weiteren Glockenanschlag kommt, bis wiederum eine elektromagnetische
Auslenkung 25 hervorgerufen und beendet wird.
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Dadurch ist sichergestellt, daß ein Ansteuerimpuls 27 (vgl. Fig. 1)
auf die Stator-Spule 8 unkritischer Länge (wenn er nur energiereich genug ist, um
die Maximal-Auslenkung 25 hervorzurufen) mit Impulsbeendigung zuverlässig zu einem
und nur einem einzigen, also klaren Anschlag der Glockenschale 3 führt - woraufhin
ohne das Auspendeln in die Ruhelage abwarten zu müssen sogleich ein neuer Ansteuerimpuls
27 für den nächsten Glockenschlag nachfolgen kann. Durch entsprechende zeitliche
Staffelung des Ansteuerimpulses 27, wie in Fig. 1 berücksichtigt, aus der Speiseschaltung
9 läßt sich also das beliebte Schlagfolgeprogramm mit zunächst progressiv zunehmender
und dann konstant anhaltender Tonfolgefrequenz als ein sympathisches Wecksignalprogramm
komplikationslos in zarter Glockenschlagsfolge darstellen.
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Für den magnetischen Rückschluß des permanentmagnetischen Feldes des
Zylindermantelausschnittes 21 auf der von den Polschuhen 6 abgelegenen Seite des
Rotors 5 ist dort ein bogenförmiges Rückschlußblech 28 angeordnet. Dieses wird mittels
einer an das Halterungsteil 22 angespritzten Feder 29 radial von der Drehachse 4
fort gegen die Innenwandung des Zylindermantelausschnittes 21 angedrückt, wodurch
der Rotor 5 radial gegen die Topfwandung 30 (Fig. 3) angepreßt wird.
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Da das Rotorteil 23 von einem aus der Grundplatte 13 hervorraggenden
Lagerzapfen 31 in einer Lagerbohrung 32 axial positioniert ist, ist auch die Lage
der Topfwandung 30 den Polschuhen 6 die in einen peripheren Schlitz 33 in der Wandung
30 von außen radial hineinragen, gegenüber definiert.
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Daraus resultiert ein exakt eingehaltener Luftspalt 34 zwischen den
Polschuhen 6 und der zylindrischen Außenwandung des Rotors 5 unabhängig davon, daß
technologisch bedingt ein schalenförmiger Sinterkörper wie der permanentmagnetische
Rotor 5 sehr starke Abmessungs-Streuungen insbesondere auch in radialer Richtung
aufweist Dem Lagerzapfen 31 gegenüber ist der Rotor 5 in einer Brücke 35 radial
geführt, in deren Lagerbohrung 36 das Rotor-Halterungsteil 22 mit einem Lagerzapfen
37 axial eingreift. Die axiale Einstellung des Rotors 5 ergibt sich aufgrund des
permanentmagnetischen Kraftfeldes symmetrisch zur Ebene der Stator-Polschenkel 20
(vgl. Fig. 3).
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Die Brücke 35 übergreift die freien Stirnenden der die Statorbleche
10 durchragenden Halterungszapfen 14 (Fig. 1) und dient dabei der diesbezüglich
axialen Festlegung der Statorbleche 10, indem die Brücke 35 auf jene andrückt. Dafür
ist am Rande der Brücke 35 wenigstens eine Rastnasenverbindung 38 mit einem aus
der Grundplatte 13 hervorstehenden Zugbolzen 39 ausgebildet.
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Zugleich dient die Brücke 35 als Träger für die Glockenschale 3, die,
z.B.
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mittels einer Schraube 40, im Bereich eines Schwingungsknotens auf
der Brücke 35 befestigt ist und dabei den gesamten beschriebenen Aufbau oberhalb
der Grundplatte 13 übergreift.
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Die Radial-Lagerung des Halterungsteiles 22 einerseits in der Brücke
35,andererseits an der Grundplatte 13 - und dabei insbesondere der weit in das Rotorteil
23 bis in die Mittenebene des teilzylindrischen Rotors 5 hineinragende Lagerzapfen
31 -,unterstützt durch die Wirkung des Klöppels 2 als Gegengewicht zum Rotor 5 mit
Rückschlußblech 28, gewährleisten eine störungsfreie Drehbewegung des Klöppels 2
in jeder räumlichen Lage des Signalgebers 1 . Das Ruhestellungs-Haftmoment ist ohne
weiteres überwindbar, da jeder Ansteuerimpuls 27 beliebig energiereich, also beliebig
lang dimensioniert sein kann;
denn da erst beim permanentmagnetisch
bedingten Rückschwingen die Anschlagstellung 26 erreicht wird, dagegen beim elektromagnetischen
Auslenken nur die nicht zum Anschlag führende Maximal-Auslenkung 25, braucht die
Länge des Ansteuerimpulses 27 nicht etwa in Hinblick darauf eine Beschränkung zu
erfahren, daß es unter elektromagnetischem Einfluß des Ansteuerimpulses 27 bereits
zu einer mechanischen Berührung mit der Glockenschale 3 käme, mit der ungewünschten
Folge mechanisch gedämpfter Glockenschwingung. Mechanische Beschädigungen des permanentmagnetischen
Rotors 5 oder auch nur Beeinflussungen der magnetischen System-Eigenschaften infolge
Veränderung des Luftspalts 34 durch mechanische Abbremsung der Bewegung des Rotors
5 schließlich treten nicht auf, weil die Maximal-Auslenkung 25 allein elektromagnetisch
begrenzt und fixiert ist, während die mechanische Anschlagstellung 26 durch mechanische
Einwirkung gegen den gesondert eingesetzten Klöppel 2 gegeben ist. Die Schlagbeanspruchung
wirkt sich, in folge der stabilen Halterung am Lagerzapfen 31 und der großen Kunststoff-Masse
für den Rotorteil 23 mit dem tropfförmigen Rotor-Halterungsteil 22,auf den permanentmagnetischen
Rotor 5 und seine geometrische Anordnung praktisch nicht aus.
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Im Interesse eines guten elektromagnetischen Wirkungsgrådes bei kleinbauendem
Signalgeber 1 weist der Stator 7 relativ lange, schlanke Schenkel 16 auf. Denn das
ermöglicht die Verwendung einer Spule 8 relativ kleinen Außendurchmessers und damit
den Aufbau eines Systems großen elektromagnetischen Wirkungsgrades, weil alle Spulen-Windungen
dicht beim Spulen-Kern (Schenkel 16) liegen und somit optimal zum magnetischen Fluß
durch den Stator 7 beitragen. Daraus resultiert für den Stator 7 und somit auch
für die Grundplatte 13 die Grundriss-Form eines gestreckten Reckteckes; weshalb
auch die das System übergreifende Glockenschale 3 im Grundriss nicht rund sondern
reckteckförmig ausgebildet wird. Gegenüber der runden Querschnittsgeometrie mindert
das zwar etwas die Klangreinheit der Glockenschwingung -aber daraus resultiert ein
sehr kompakter, kleinbauender Signalgeber 1 hohen elektromagnetischen Wirkungsgrades
und dennoch großer Klangreinheit, der sich auch noch in relativ kleinen Gehäusen
von Terminuhren neben dem Uhrwerk unterbringen und aus einer modifizierten Antriebsschaltung
als der Speiseschaltung 9 betreiben läßt.
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Bezugszeichenliste 1 Signalgeber (mit 3 u. 2) 2 Klöppel (für 3) 3
Glockenschale (über 5/7) 4 Drehachse (von 5 u. 2) 5 Rotor (als 21) 6 Polschuhe (an
20) 7 Stator (aus 10-10 mit 8) 8 Spule (über 16-16) 9 Speiseschaltung (für 8 mit
27) 10 Statorbleche £aus 11, 16 u. 20) 11 Joch (zwischen 16 u. 20) 12 Positionierrippe
(an 13 unter 10) 13 Grundplatte (für 1) 14 Halterungszapfen (auf 12 für 11 u. 35)
15 Positionieröffnung (in 10 für 14) 16 Schenkel (von 10 in 8/18) 17 Kernöffnung
(in 8/18) 18 Spulenkörper (für 8) 19 Überlappungsbereich (von 16-16 in 17/18) 20
Schenkel (von 10, mit 6) 21 Zylinderwandungsausschnitt (als 5 in 22) 22 Halterungsteil
(mit 30 u. 29) 23 Rotorteil (mit 22 und 24) 24 Aufnahmemulde (an 23 für 2) 25 Maximal-Auslenkung
(von 22 während 27) 26 Anschlagstellung (von 2 an 3) 27 Ansteuerimpuls (aus 9 für
8) 28 Rückschlußblech (innerhalb 21)
29 Feder (zum Andruck von
28-21 gegen 30) 30 Topf-Wandung (an 22 für 21) 31 Lagerzapfen (an 13 für 32) 32
Lagerbohrung (in 22) 33 Schlitz (in 30 für 6) 34 Luftspalt (zwischen 6 u. 5/21)
35 Brücke (zwischen 13 u. 3) 36 Lagerbohrung (in 35 für 37) 37 Lagerzapfen (längs
4-32 an 22) 38 Rastnasenverbindung (zwischen 13/39 u. 35) 39 Zugbolzen (auf 13 für
38) 40 Schraube (für 3 auf 35)