DE538476C - Durch Magnetostriktion wirkende Vorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
14, NOVEMBER 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

538476 KLASSE 21 g GRUPPE

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Durch Magnetostriktion wirkende Vorrichtung Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Dezember 1929 ab

Man hat vorgeschlagen, die bekannte Erscheinung der Magnetostriktion zu benutzen, um mit Hilfe eines elektrischen Stromes Wirkungen auszulösen. Ein besonderer Vorschlag geht dahin, die Durchbiegung eines Doppelstreifens zu benutzen, dessen Schichten aus Stoffen verschiedener Magnetostriktion bestehen.

Man erhält eine besonders empfindliche, durch Magnetostriktion wirkende Vorrichtung erfindungsgemäß durch zwei parallel angeordnete, mindestens an einem Ende miteinander magnetisch leitend verbundene Doppelstreifen aus Stoffen verschiedener Magnetostriktion, in denen ein evtl. über einen Luftspalt geschlossener magnetischer Kraftlinienfluß elektrisch erzeugt wird.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar- gestellt, wobei alle nebensächlichen Teile des leichteren Verständnisses halber fortgelassen sind. In der Abb. ι ist an einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wie man jeden den magnetischen Fluß unterbrechenden Luftspalt vermeiden und den Eisenweg für die Kraftlinien ganz schließen kann. Die beiden Doppelstreifen ι sind mit Schrauben 2 an einem Weicheisenkörper 3 befestigt. Die freien Enden der Doppelstreifen sind durch eine magnetisch gut leitende Brücke 4, z. B. aus Weicheisen, miteinander verbunden. Diese Brücke kann man auch dadurch ersetzen, daß beide Doppelstreifen 1 einschließlich der Querverbindung 4 aus einem Stück hergestellt werden. Mit 5 ist eine Wicklung bezeichnet, welche den einen Doppelstreifen 1 lose umschließt, die aber ebensogut auch auf beide Streifen verteilt sein kann. Die Streifen sind so angeordnet, daß Schichten aus gleichem Stoff auf derselben Seite der Streifen liegen. Infolgedessen führen die freien Enden der beiden Streifen die gleichen Bewegungen senkrecht zur Zeichenebene aus, sobald die Spule 5 von einem Strom durchflossen wird. Die starre Verbindung der freien Streifen- enden beeinträchtigt demnach die Wirkungsweise nicht. Durch die oben beschriebene Anordnung zweier Doppelstreifen wird aber die zur Betätigung der Vorrichtung erforderliche '5° Amperewindungszahl auf ein Mindestmaß herabgesetzt, da dem von ihr erzeugten Feld ein völlig geschlossener Eisenweg zur Verfügung steht.

In den Abb. 1 a und 1 b ist in Grundriß und Seitenansicht ein praktisches Ausführungsbeispiel der in der Abb. 1 dargestellten Anordnung gezeigt, das zur Betätigung eines Kontaktes dient. Auf einer Grundplatte ist ein Weicheisenkörper 3 befestigt, auf dem die beiden Doppelstreifen 1 mit Hilfe von Schrauben 2 gelagert sind. Die freien Enden der Doppelstreifen sind durch die magnetisch

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Rudolf Schmook in Berlin-Siemensstadt.

leitende Brücke 4 verbunden, die auf ihrer Unterseite in der Mitte einen Kontakt trägt. 4° ist der feste Gegenkontakt. Mit S sind zwei Spulen bezeichnet, welche die beiden Doppelstreifen 1 so umschließen, daß diese ausreichende Bewegungsfreiheit im Innern der Spulen haben. Sobald durch die Spulen 5 ein Strom geschickt wird, biegen sich die freien Enden der Doppelstreifen 1 beide abwärts. An dieser -Bewegung nimmt die Brücke 4 teil, so daß der an der Brücke befestigte Kontakt mit dem festen Kontakt 4° in Berührung kommt. Beim Stromloswerden der Spulen 5 machen die Doppelstreifen die rückläufige'Bewegung und öffnen dadurch den vorher geschlossenen Kontakt wieder. Die beschriebene Anordnung arbeitet also als Relais und hat gegenüber den bekannten elektromagnetischen Relais zwar keine höhere Empfindlichkeit aufzuweisen, spricht dafür aber wesentlich schneller an, da die Eisenmassen erheblich geringer sind.

In der Abb. 2 ist an einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wie man einen magnetischen Kreis so über zwei Streifen wenigstens nahezu schließen kann, daß die Ausschläge der Streifen sich addieren. Mit 1 sind wieder die Doppelstreifen bezeichnet, 2 ist eine Schraube, mit der der untere Doppelstreifen 1 an einem Eisenblock 6 befestigt ist. 4 ist wieder die magnetisch gut leitende Brücke und 5 die einen der Streifen umschließende Wicklung. Der obere Streifen 1 steht mit seiner hohen Kante einer ebenen Fläche 7 des Weicheisenkörpers 6 in geringem Abstand gegenüber. Im Gegensatz zu dem in der Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im vorliegenden Falle jedoch die Doppelstreifen 1 so angeordnet, daß ungleichartige Schichten der Streifen auf derselben Seite liegen. Infolgedessen führt bei einer Änderung der Magnetisierung der beiden Streifen das freie Ende des oberen Streifens eine Relativbewegung gegenüber der Fläche 7 aus, welche der Summe derjenigen Bewegungen entspricht, die die beiden Streifen mit ihren freien Enden ausführen würden, wenn sie beide mit dem anderen Ende -fest eingespannt wären. An diesem Ausführungsbeispiel ist besonders leicht zu erkennen, wie man eine Vorrichtung gemäß der Erfindung z. B. zur Strom- oder Spannungsmessung verwenden kann. Man kann nämlich an den Block 6 in der Nähe der Fläche 7 auf der Außenseite einen Zapfen anbringen, auf dem ein Zeiger drehbar gelagert ist. Dieser Zeiger wird geführt von einer an dem freien Ende des oberen Streifens 1 sitzenden Gabel, so daß die Zeigerspitze die Bewegungen der Streifen in entsprechender \?ergrößerung anzeigt.

Bei der Verwendung des Erfindungsgegenstandes für Meßzwecke ist zu berücksichtigen, daß die Beziehung zwischen der Magnetostriktion und der Größe des magnetischen Flusses nicht linear verläuft, sondern in der Regel schon bei niedriger Sättigung einen Wendepunkt aufweist. Man wird also zweckmäßig für Meßzwecke unterhalb dieses Wendepunktes bleiben. Daraus ergibt sich ein in vielen Fällen sehr wesentlicher Vorteil, denn der magnetische Teil des Meßgerätes ist durch den Wendepunkt vor Überlastung gesichert, so daß die Belastungsgrenze des Meßgerätes lediglich durch die thermische Belastungsgrenze der Erregerspule gegeben ist.

Um magnetische Zugkräfte möglichst unwirksam zu machen, ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 2 der Luftspalt zwischen der oberen Kante des Doppelstreifens und einer verhältnismäßig breiten Fläche angeordnet, so daß die auf das freie Ende des Doppelstreifens ausgeübten magnetischen Zugkräfte erstens nur eine geringe Durchbiegung hervorrufen können und zweitens diese. Durchbiegung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Doppelstreifen liegt.

Man kann auch diese störenden Kräfte noch zum allergrößten Teil beseitigen durch eine Ausführungsform der in Abb. 3 dargestellten Art. Die Anordnung entspricht in ihrem wesentlichen Aufbau der in der Abb. 2 gezeigten. Sie unterscheidet sich von dieser lediglich durch eine besondere Ausbildung eines dem Körper 6 der Abb. 2 entsprechenden Körpers 8. Dieser umfaßt, wie aus der dargestellten Vorderansicht hervorgeht, das freie Ende des oberen Streifens 1. Die Kraftlinien treten also von dem oberen Streifen 1 zu dem Körper 8 nicht mehr nur auf einer Seite, sondern in den beiden Luftspalten 9 und 10, also an beiden hohen Kanten des Doppelstreifens über. Diese Luftspalten kann man so bemessen, daß die Zahl der nach unten und oben austretenden Kraftlinien gleich groß wird, so daß der obere Streifen 1 von jeder magnetischen Biegungsbeanspruchung in vertikaler Richtung frei wird. Es verbleibt lediglich noch eine geringe Zugbeanspruchung, die den Streifen 1 in die Öffnung des Körpers 8 hineinzuziehen sucht. Diese kann dadurch verringert werden, daß der obere Streifen 1 mit seinem freien Ende zu einem Teil durch die Öffnung des Körpers 8 hindurchragt. Die so noch verbleibende sehr geringe Zugbeanspruchung des oberen Streifens ι beansprucht den unteren Streifen 1 auf Biegung. Dieses Biegungsmoment kann man durch möglichst große Annäherung beider Streifen auch noch erheblich heruntersetzen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele erschöpfen naturgemäß die Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes nicht.

Es sind vielmehr noch zahlreiche andere Anordnungen ausführbar, z. B. solche mit mehr oder minder stark gekrümmten Doppelstreifen. Es braucht auch nicht, wie bei den Ausführungsbeispielen, sorgfältigst darauf gesehen werden, daß die Doppelstreifen keinerlei Verbiegung durch magnetische Zugkräfte erfahren können. Geringe zusätzliche Formänderungen durch solche Kräfte stören die

ίο Wirkungsweise nicht, da sie eingeeicht werden können.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist sehr vielseitig verwendbar. Sie kann z. B. als Relais dienen, sie kann infolge der geringen Masse der beweglichen Teile und der geringen magnetischen Trägheit der verhältnismäßig kleinen Eisenmasse z. B. auch zum Umsetzen elektrischer in akustische Schwingungen benutzt werden. Eine besonders zweckmäßige Verwendungsart besteht in der Benutzung der Vorrichtung für Strom- und Spannungsmessung sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom. Insbesondere bei der Wechselstrommessung tritt vorteilhaft in Erscheinung, daß der Energieverbrauch verhältnismäßig klein ist. Für beide Stromarten hat der Erfindungsgegenstand den Vorteil, daß ein mit ihm ausgerüstetes Instrument auch durch Überlastung nicht beschädigt werden kann, da die Formänderung des Streifens mit zunehmender Sättigung einem Endwert zustrebt.

Um die beiden Doppelstreifen gegen Temperaturänderungen unempfindlich zu machen, empfiehlt es sich, sie aus Stoffen möglichst gleichen Wärmeausdehnungskoeffizientens herzustellen, so daß Temperaturänderungen die Form des Doppelstreifens nicht beeinflussen können.

Fügt man in den Eisenkreis einen Stahlmagneten bzw. überlagert man dem Eisenkreis eine konstante magnetische Erregung, dann läßt sich eine Anordnung gemäß der Erfindung auch als polarisiertes Relais oder als Meßinstrument mit Ausschlag nach beiden Seiten ausführen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Durch Magnetostriktion wirkende Vorrichtung, gekennzeichnet durch zwei parallel angeordnete, mindestens an einem Ende miteinander magnetisch leitend verbundene Doppelstreifen aus Stoffen verschiedener Magnetostriktion, in denen ein evtl. über einen Luftspalt geschlossener magnetischer Kraftlinienfluß erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus gleichem Stoff bestehende Schichten auf den gleichen Seiten der Doppelstreifen angeordnet und beide Enden der Doppelstreifen magnetisch leitend miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus gleichem Stoff bestehende Schichten auf entgegengesetzten Seiten der Doppelstreifen angeordnet und die Doppelstreifen nur an ihrem einen Ende magnetisch leitend verbunden sind, an ihrem anderen Ende dagegen einen Luftspalt bilden.

4'. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelstreifen von einem permanenten Kraftfluß zweckmäßig mit Hilfe eines Stahlmagneten durchsetzt ist, so daß die Bewegungsrichtung des Streifens von der Richtung der dem permanenten Fluß überlagerten Kraftlinien abhängig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schichten der Doppelstreifen aus Stoffen möglichst gleichen Wärmeausdehnungskoeffizientens bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen