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Elektromagnetische Anzeigevorrichtung, bestehend aus einem Zeiger
und einem unter dem Einfluß eines Solenoids stehenden Eisenkern Die Erfindung betrifft
eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung, welche aus einem Zeiger und einem unter
dem Einfluß eines Solenoides stehenden Eisenkern besteht.
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Das Prinzip der Erfindung liegt darin, daß der Erregerstrom außer
dem Erregersolenoid noch eine weitere Magnetspule durchläuft. Diese ist fest um
den Eisenkern umwickelt und macht somit diesen während der Erregung magnetisch.
Ein zweiter Eisenkern, welcher unter dem Einfluß des ersten steht, wird durch den
Magnetismus des ersteren und dessen ja gleichzeitig erfolgende Drehung ebenfalls
bewegt, und da er mit dem Zeiger verbunden ist, wird auf diese Weise die erwünschte
Wirkung erzielt. Bei Unterbrechung des Stromes geht, etwa infolge der Wirkung von
Spiralfedern, welche an den primär bewegten Eisenkern angreifen, dieser in seine
Ausgangsstellung zurück. Da aber der Magnetismus des primären Eisenkernes selbst
im Augenblick der Stromunterbrechung auch aufhört, geht der sekundäre Eisenkern
nicht mit zurück, sondern verbleibt in seiner ursprünglichen Lage. Die magnetische
Wirkung zwischen den beiden Eisenkernen wird dadurch besonders günstig gestaltet,
daß beide mit Zahnkränzen gleicher Teilung ausgebildet sind, welche sich gegenüberliegen,
und zwar so nahe wie irgend möglich.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, den primär zu
bewegenden Eisenkern ringförmig auszubilden und den sekundären Eisenkern, als Zahnrad
ausgebildet, in das Innere dieses Ringes zu legen. Die Zähne des ringförmigen Eisenkernes
liegen dann auf einem Teil des Umfanges der Innenkante des Ringes. Hierbei werden
vorteilhafterweise die Zähne an zwei Stellen angeordnet, welche sich diametral gegenüberliegen.
Hierdurch wird die günstige Wirkung erzielt, daß sich die auf die Eisenkerne wirkenden
mechanischen Kräfte vollkommen aufheben, weil sie gleich groß und entgegengesetzt
gerichtet sind, so daß die Reibung an den Lagerstellen und damit die Betriebsunsicherheit
usw. vermindert wird.
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Bei der ringförmigen Ausbildung des primären Eisenkernes empfiehlt
es sich, diesen mit einer Unterbrechung zu versehen und das Erregersolenoid so anzuordnen,
daß es am Ende des Ringes liegt und somit dieses bei Stromdurchgang in sich hineinzieht.
Hierbei können dann auch zwei Erregersolenoide, je eins an jedem Ende des Ringes,
angebracht und die Schaltung so getroffen werden, daß, je nachdem welches Solenoid
erregt wird, die Eisenkerne und somit auch der Zeiger der Vorrichtung in dem einen
oder anderen Sinne umlaufen.
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Der Erfindungsgegenstand wird durch die Zeichnungen in einer beispielsweisen
Ausführungsform erläutert.
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Abb. Z zeigt einen Grundriß teilweise im Schnitt, Abb. 2'einen Querschnitt
eines Apparates, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
14 und
ig (Abb. 2) sind die beiden Gehäusebleche des Apparates aus Messingblech oder anderem
nicht magnetischen Metall. An den Gehäuseblechen sind die beiden Bronzelager 16
und 17 befestigt. Sie tragen die Welle 8, auf welcher fest das Zahnrad g (Abb. i)
sitzt. Auf dem einen Ende dieser Welle befindet sich die Bremsscheibe 15, die ebenfalls
mit der Welle fest verbunden ist, auf dem anderen Ende der Zeiger 18. Das Zahnrad
ist aus weichem Eisen hergestellt. Auf einem angedrehten Rand der Lagerbüchse 16
und 17 sitzen die beiden drehbaren Messingbügel 5. Sie tragen den oben einen Zwischenraum
aufweisenden Weicheisenring 6, der innen an zwei- gegenüberliegenden Stellen einige
Zähne hat. Vier Befestigungsschrauben halten den Messingbügel mit dem Weicheisenring
zusammen, so daß derselbe um das Zahnrad drehbar ist. 3 und i2 sind zwei Stehbolzen
aus Isoliermaterial, die in das Gehäuseblech 14 eingeschraubt sind. jeder dieser
Stehbolzen trägt eine Stellschraube, welche zum Spannen je einer Feder 27, 27a dient.
Diese Federn greifen mit ihren anderen Enden an je einen isolierten Anschlagstift
4, 1i an, der an dem drehbaren Eisenring befestigt ist. i, 7 und io sind Messingbolzen,
die die beiden Gehäusebleche 14 und ig auf bestimmtem Abstand fest zusammenhalten.
Die unteren beiden Stehbolzen 7 und io tragen je eine Stellschraube 30, 31; durch
diese und die Stifte 4, 1i wird die Bewegung des Eisenringes begrenzt.
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Fest auf dem Eisenring 6 befindet sich die Spule 26. Anfang und Ende
dieser Spule sind mit je einer der Spiralfedern 27, 2711 verlötet. Die beiden oberen
Spulen 2 und 13 sind am Gehäuseblech 14 befestigt, der Ring 6 kann sich also gegen
sie verschieben, während die Spule 26 von ihm mitgenommen wird. Die Enden des Eisenringes
ragen in die Spulen hinein und bilden somit den Eisenkern der Solenoide. 22 ist
ein Umschalter, 23 eine Stromquelle (Batterie o. dgl.), 24 und 25 sind Erdanschlüsse.
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Die Wirkungsweise des Apparates ist nun folgende Legt man den Umschalter
22 auf den linken Kontakt, so fließt der Strom von der Batterie über den Umschalter
nach Spule 2, von da über die Stellschraube am Bolzen 12 über die Feder 27 durch
die Spule 26, von dort über Feder 27s und Stellschraube am Bolzen 3 zum Erdanschluß
25, durch die Erde über Erdanschluß 24 zur Batterie zurück.
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Durch den Stromdurchfluß zieht die Spule 2 den ringförmigen Eisenkern
ein, bis der Stift ii an die Stellschraube 3o anstößt.
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Zugleich bildet sich aber infolge des durch die Spule 26 gehenden
Stromes ein zweites magnetisches Kraftfeld, welches die beiden Teile des Eisenringes,
an welchen die Zähne sitzen, magnetisch macht, und zwar beide in ungleichnamigem
Sinne. Die Zähne des Eisenringes stehen den Zähnen des Zahnrades gegenüber und halten
durch den Magnetismus das Zahnrad fest. Wird nun, wie oben beschrieben, der Eisenring
durch den Magnetismus der Spule 2 gedreht, so muß das Zahnrad sich mitdrehen, also
der Zeiger 18 bei jedem Stromimpuls ein Stück weiterrücken.
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Unterbricht man den Stromkreis, etwa durch den Umschalter 22, so hört
der Magnetismus der Spulen auf, und die Federn 26, 27 ziehen den Eisenring in die
Anfangsstellung zurück. Weil aber auch der Strom in der Spule 26 unterbrochen ist,
der Eisenring selbst also auch an den Zahnteilen nicht mehr magnetisch ist, nimmt
der Eisenring das Zahnrad nicht wieder mit zurück.
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Der Abstand zwischen den Zähnen des Zahnrades und den Zähnen des Eisenringes
ist so klein wie irgend möglich gewählt, um nicht zu großeLTbergangsverluste dermagnetischenKraftlinien
zu haben. Die Abstände zwischen dem isolierten Anschlagstift ii bzw. 4 und der Stellschraube
3o bzw. 31 sind gleich der Zahnteilung. Der Eisenring dreht also bei einem Schaltvorgang
das Zahnrad um einen Zahn weiter, und nach Unterbrechung des Stromkreises geht nur
der Eisenring wieder um einen Zahn in seine Ausgangsstellung zurück, so daß sich
dann wieder die Zähne des Eisenringes den Zähnen des Zahnrades genau gegenüberstehen.
Um diesen Zweck zu erreichen, müssen die beiden Federn des Eisenringes genau gleiche
Spannungen haben.
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Beim Umlegen des Umschalters 22 auf den rechten Kontakt ist der Weg
des Stromes folgender: Der Strom kommt von Batterie 23, geht über den Umschalter
22 nach Spule 13, verläßt diese und fließt über Schraube und Feder 27 zur Spule
26, von dort über Schraube und Feder 27a zum Erdanschluß 25 und dann durch die Erde
und Erdanschluß 24 zur Batterie zurück. Hierbei wird Spule 13 den Eisenring
einziehen, bis der Stift 4 an die Stellschraube 7 anschlägt. Zu gleicher Zeit wird
aber der durch die; Spule 26 erzeugte Magnetismus die Zähne des Zahnrades, welche
den Zähnen des Eisenringes gegenüberstehen, festhalten und somit das Zahnrad um
einen Zahn im Sinne des Uhrzeigers. weiter drehen. Nach Unterbrechen des Stromkreises
hört die magnetische Wirkung der beiden Spulen wieder auf, und der Eisenring 6 geht
durch die Federkraft bei 3 wieder in seine Ausgangsstellung zurück, ohne das Zahnrad
mitzunehmen. jetzt hat sich also das Zahnrad im entgegengesetzten Sinne wie im ersten
Fall um einen Zahn weiter gedreht.
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Der remanente Magnetismus, der im Augenblick des Unterbrechens des
Stromkreises im Eisen vorhanden ist, könnte evtl. das Zahnrad
ein
kleines Stück des zurückgelegten Weges wieder mit zurücknehmen. Um dieses zu verhindern,
sitzt auf der Welle 8, die das Zahnrad 9 trägt, die Bremsscheibe 1.5. In der in
diese Bremsscheibe eingedrehten Rille liegt der Bremsfaden, welcher mittels Feder
und Stellschraube auf die erforderliche Spannung eingestellt ist. Diese Bremseinrichtung
kann natürlich durch eine andere ersetzt werden. Man könnte etwa einen permanenten
Magneten über die eiserne Bremsscheibe greifen lassen, der nach Art der Elektrizitätszähler
die Bremswirkung ausübt.
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Der beschriebene Apparat ist. so ausgeführt, daß er in jeder Stellung
(horizontal oder vertikal) einwandfrei arbeitet; er ist unempfindlich gegen Erschütterungen.
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Die Wicklungen aller drei Spulen sind so geschaltet, daß die Kraftlinien,
die durch die Spule a6 erzeugt «erden, den Kraftlinienfluß der Solenoide ergänzen.
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In besonderen Fällen kann es praktischer sein, an Stelle der beiden
Solenoide z und 13 Elektromagneten zu verwenden. In diesem Fall muß der Eisenring
5 etwas abgeändert werden.
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Die besonderen, mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung
zu erzielenden Vorteile werden ersichtlich, wenn man ihre verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten
in Betracht zieht.
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Bei der Ausbildung als elektrische Nebenuhr ergibt sich zunächst gegenüber
den bisherigen elektrischen Nebenuhren der Fortfall des permanenten Magneten, welcher
durch Nachlassen des Magnetismus den Gang der Uhr beeinflußt. Der Magnetismus des
Magneten muß bei ihnen durch den Elektromagnetismus, der durch den zugeführten Strom
erzeugt wird, beim Schaltvorgang überwunden werden. Die Uhr gemäß der Erfindung
hat also einen bedeutend kleineren Stromverbrauch. Sie kann daher an jede vorhandene
Telephonleitung mit angeschlossen werden, ohne daß letztere zu verstärken wäre.
Durch sinngemäßes Zwischenschalten von kleinen Kondensatoren wird durch den Anschluß
mehrerer Uhren an einen Telephonanschluß der Betrieb der Telephonanlage nicht gestört.
Durch entsprechende Stromquellen und Schaltvorrichtungen in der Telephonzentrale
bleiben die Leitungen der Teilnehmer getrennt während des Schaltvorganges.
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Die Anziehungskräfte zwischen den Zähnen des Zahnrades und denen des
Eisenringes sind, wie bereits angedeutet, gleich groß, wirken aber im entgegengesetzten
Sinne und heben sich somit auf. Aus diesem Grunde ist die Reibung zwischen den Lagerstellen
der Welle des Zahnrades und den Lagerstellen der Messingbügel s nur sehr gering.
Dasselbe trifft für die Anordnung der Spannfedern und Solenoide zu, deren Kräfte
auch fast gleich groß und entgegengesetzt sind und sich deshalb beinahe aufheben.
Hat das Zahnrad der Uhr 6o Zähne, so kann die Uhr mittels eines entsprechenden Zahnradvorgeleges
in an sich bekannter Ausführung Sekunden oder Minuten anzeigen.
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Bei dieser Uhr erübrigen sich jegliche Schaltklinken u. dgl. und somit
jegliche dem Verschleiß unterliegende Teile, so daß ihre Lebensdauer unbegrenzt
ist. Der Gang ist praktisch geräuschlos. Die Stromrichtung braucht nicht geändert
zu werden, kann aber geändert werden, ohne den Gang dadurch zu beeinflussen. Der
Apparat ist zum Anschluß an jede Stromart und Spannung geeignet.
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Bei Verwendung des Apparates als elektrische Nebenuhr kann natürlich
das Solenoid 2 wegfallen, da der Zeiger einer Uhr nur in einem Drehsinn umläuft.
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Die Uhr läßt sich in jeder beliebigen Größe herstellen, so daß sie
sich besonders zum Einbau in jeden Tisch- oder Wandtelephonapparat eignet. Auf Grund
des geringen Stromverbrauches ist es möglich, bei entsprechend gewählter Spannung,
die Normalzeit auch bis in die entlegenste Ortschaft über vorhandene Telephonleitungen
zu übertragen.
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Es braucht nur kurz erwähnt zu werden, daß jede dieser Uhren nur ein
eingebautes Schaltwerk zu haben braucht, um durch besondere Stromquellen unbegrenzt
viele Uhren weiteranschalten zu können.
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Wegen der einfachen Bauart kann die Uhr als Massenartikel hergestellt
werden.
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Der Umstand, daß die Uhr im Vergleich.zu anderen Uhren mit derselben
Stromaufnahme ein großes Drehmoment hat, wirkt sich besonders günstig aus, wenn
sie zum Antriebe einer Schaltwalze oder anderen Kontakteinrichtungen zum automatischen
Ein- und Ausschalten von akustischen Signalapparaten, Straßenbeleuchtungen, Reklamebeleuchtungen,
elektrisch zu verriegelnden Türen usw. verwendet wird.
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In dieser Beziehung sei auf folgende, selbstverständlich nicht erschöpfende
Möglichkeiten hingewiesen a) Als Wasser- oder Ölstandsanzeiger kann der Apparat
bis zu den größten Entfernungen über vorhandene oder billig herzustellende Leitungen
das Steigen oder Fallen der Flüssigkeitsoberfläche erkennen lassen. Wichtig ist
dies bei allen hydraulischen Anlagen und Erdölfeldern. In Verbindung mit einer akustischen
Alarmvorrichtung warnt der Apparat die Bevölkerung bei Hochwasser und Deichbrüchen
auf große Entfernung und läßt die Gefahr in ihrer Größe erkennen.
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b) Als Ventilstellungsfernmelder in Gas-, Wasser-, Erdöl- und Dampfkraftwerken,
in Gruben- und Dockanlagen u. dgl. m. kann die Überwachung, das Öffnen und Schließen
wichtiger Ventile zentralisiert werden. Durch eine entsprechende Kontaktvorrichtung,
die an der
Spindel oder dem Handrad des Ventiles angebracht ist,
wird der Rechts- oder Linkskontakt der Vorrichtung beispielsweise bei jeder Viertelumdrehung
geschlossen. Der Apparat in der Zentrale rückt bei jedem Kontakt um einen Zahn weiter,
und der Stand des Zeigers auf dem Zifferblatt läßt dieses sofort ablesen.
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Es können auch mehrere Apparate in einem Gehäuse untergebracht werden,
wobei die Zeiger der einzelnen Apparate auf hohlen Wellen sitzen. Eine Welle ist
in die andere geschoben, so daß die innerste Welle die längste ist. Die Zeiger drehen
sich über einem gemeinsamen Zifferblatt. Sie werden zweckmäßigerweise durch verschiedene
Farben oder Ziffern besonders gekennzeichnet. Die Anordnung hätte dann den Zweck,
mehrere zusammengehörige Ventile in einem Apparat beobachten zu können; c) als Fernzähler
beim Transport von Massengütern. Bei Drahtseilbahnen und ähnlichen Fördermitteln
kann der Betriebsleiter das Arbeiten dieser Anlagen vom Büro aus überwachen, und
durch entsprechende Kontaktvorrichtungen an der Ankunfts- und Abfahrtsstelle der
Wagen kann der Apparat unmittelbar anzeigen, wie viele Wagen im Betrieb sind. Er
addiert und subtrahiert automatisch auf weite Entfernungen; d) als Anzeigevorrichtung
in Verbindung mit einer automatischen Waage. Hier zeigt er die Gewichte an und kann
in der gleichen Weise wie unter c addieren oder subtrahieren (auch beides gleichzeitig),
was bei der Förderung von Massengütern, Erz, Kohlen, Metallen, Holz, Erdmassen,
Baumaterialien usw. bedeutungsvoll ist; e) als Lotmaschine auf Schiffen sowie als
Tiefen-Öldruckmesser. Durch eine besondere Kontaktvorrichtung, die an einem Kabel
vom Schiffe auf dem Grunde nachgezogen wird, kann je nach dem. Druck des Wassers
auf dem Grunde die Tiefe direkt auf der Kommandobrücke abgelesen werden; f) als
Maschinentelegraph und Befehlsübermittler, z. B. auf Schiffen aller Art, in allen
Fabrikbetrieben, Hüttenwerken, im Straßen- und Hafenverkehr, auf Leuchttürmen; g)
als Druckmesser für Dampf-, Wasser-, Gas-, Luft- und Ölanlagen, durch Verbindung
mit einem entsprechend konstruierten Manometer; h) zur Bestimmung der Windstärke
und `'Windrichtung auf Schiffen, Flugplätzen und Wetterwarten ; i) als Kontrolle
über offenen oder geschlossenen Stand wichtiger Türen, beispielsweise von Schleusentüren,
Schiffsschottentüren, Entlüftungs-, Wasser- und Feuerschutztüren in Gruben, Theatern
u. dgl. ; k) als Fernmengenmesser für Elektrizität, Gas, Wasser und Dampf; 1) als
Hub- und Umdrehungsfernzähler an allen Arten von Maschinen; m) zur Angabe der Ruderstellung
von Schiffen, Flugzeugen, Luftschiffen auf dem Kommandostand; n) als Standanzeiger
an Fahrstühlen und o) zum Fernsteuern elektrischer Apparate, wie Regulierwiderständen,
Zellenschaltern usw.
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Bei besonders wichtigen Übertragungen kann der Apparat, doppelt oder
vielfach ausgeführt, in einem Gehäuse untergebracht werden. Jeder dieser Apparate
hat dann seine eigene Leitung und seinen eigenen Zeiger, welche, wie unter b beschrieben,
zusammengebaut sind. Sind alle Leitungen in Ordnung, so laufen auch alle Zeiger
im Synchronismus, ist dagegen eine Leitung gestört, so wird einer der Zeiger nicht
arbeiten, und man kann durch entsprechende Bezeichnungen sofort die gestörte Leitung
erkennen.