DE553647C - Resonanzrelais mit elektromagnetisch erregtem mechanischem Schwingungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Resonanzrelais mit elektromagnetisch erregtem mechanischem Schwingungssystem. Bei den bekannten Resonanzrelais führt das mechanische Schwingungssystem geradlinige Schwingungen aus. Wenp nicht die Schwingungen selbst oder der dadurch erzeugte Ton zum Anzeigen der Relaistätigkeit ausgenutzt werden, so wird bei diesen Relais beispielsweise unter Zwischenschaltung eines in den Schwingungsweg ragenden Hammers, Tasters oder eines Magnetfeldes, dessen Lage oder Stärke durch die Schwingungen geändert wird, das System zur Arbeitsleistung herangezogen. Soll dabei ein Teil während der ganzen Ansprechdauer stets in der gleichen Richtung angetrieben werden, so muß zwischen das Schwingungssystem und diesen Teil irgendein Umkehrgetriebe (Stupsklinke, Klinkenrad o. dgl.) eingeschaltet werden, das die hin und her gehende Bewegung des Schwingungssystems in eine gleichgerichtete Bewegung umformt.

Die Erfindung hat unter anderem den Zweck, derartige Umformungsgetriebe zu vermeiden und dem mechanischen Schwingungssystem statt der hin und her gehenden Bewegung selbst schon eine während der ganzen Ansprechdauer mehr oder weniger gleichsinnige Bewegung zu erteilen, die dann in wesentlich einfacherer Weise für den Antrieb ausgenutzt werden kann. Insbesondere wird dem mechanischen Schwingungssystem eine kreis- oder ellipsenförmige Schwingung erteilt. Dies wird dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung das Schwingungssystem gleichzeitig zu zwei in verschiedenen Schwingungsebenen liegenden phasenverschobenen Teilschwingungen angeregt wird, die sich zu einer resultierenden Flächen- oder Raumverschwingung jedes Massenpunktes des schwingenden Systems zusammensetzen.

Dabei haben die auf ein rechtwinkeliges Achsenkreuz bezogene Bewegungskomponenten der Schwingung im wesentlichen gleiche Frequenz.

Zur Erregung des Schwingungssystems können zwei mit den Achsen gegeneinander geneigte Elektromagnete mit phasenverschobenen Flüssen verwendet werden. Vorteilhaft kann man jedoch auch mit einem einzigen Elektromagneten auskommen, wenn man dem mechanischen Schwingungssystem für Schwingungen in zwei verschiedenen Achsen je nach der Dämpfung nur um geringe Beträge voneinander abweichende Eigenschwingungszahlen gibt und die Richtung der erregenden EMK in den zwischen den beiden Achsen liegenden Winkelbereich verlegt.

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

Dipl.-Ing. Wilhelm Gebkardt in Nürnberg.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

In Fig. ι und 2 ist in zwei verschiedenen Ansichten ein Resonanzrelais dargestellt. ι ist das mechanische Schwingungssystem mit dem Einspannklotz 2. 3 ist der erregende Elektromagnet. Das Schwingungssystem besteht aus einem zylindrischen Stab, der, wenn er in der Ebene XX zu Schwingungen angeregt wird, beispielsweise 35omal in der Sekunde schwingt, wenn er dagegen in der Ebene YY angeregt wird, beispielsweise -35imal in der Sekunde schwingt. Diese Verschiedenheit der Eigenschwingungszahl in den beiden Achsen läßt sich leicht durch irgendwelche Unsymmetrie im Querschnitt, in der Massenverteilung, in der Einspannart o. dgl. erzielen. Der Stab kann beispielsweise einen schwach elliptischen Querschnitt haben, oder er kann bei kreisförmigem Querschnitt an einem Teil seines Umfanges leicht angeschliffen sein. Die Zugkraft des Elektromagneten 3 wirkt in der Ebene ZZ, die um 45° gegen die Achsen XX und YY geneigt ist.

In Fig. 3 ist in Abhängigkeit von der Fre-" quenz des Erregerfeldes die Phasenverschiebung zwischen der erregenden Kraft und der Schwingung des Stabes 1 aufgetragen. Diese Phasenverschiebung beträgt bei Resonanz, Punkt ii, nach bekannten Gesetzen genau 90⁰, wenn man von dem Einfluß der Dämpfung und höherer Harmonischer im Felde absieht. Liegt die Frequenz unterhalb des Resonanzwertes, so hat das mechanische Schwingungssystem das Bestreben, schneller zu schwingen als das Feld. Die Schwingung eilt deshalb gegenüber dem Resonanzfall in der Phase vor, d. h. die Phasendifferenz zwischen der erregenden Kraft und Schwingung wird kleiner, beispielsweise bei Punkt 12. Liegt die Frequenz oberhalb des Resonanzpunktes, so hat das Schwingungssystem das Bestreben, langsamer zu schwingen als das erregende Feld, die Schwingung eilt gegenüber dem Resonanzfall nach, die Phasenverschiebung zwischen erregender Kraft und Schwingung wird also größer als 90°, z. B. bei Punkt 13.

Für die gleichen Frequenzen ist unterhalb der Fig. 3 in Fig. 4 die Amplitude des Schwingungssystems (Resonanzkurve 10) aufgetragen. Diese Verhältnisse ergeben sich für die Schwingungen, bzw. Schwingungskomponenten der X-Achse der Fig. 1. Die gleichen Verhältnisse gelten aber auch für die Schwingungen in der F-Achse, nur liegen hier die Kurven 21, 22 und 20 bei entsprechend höheren Frequenzwerten.

Wird nun der Elektromagnet 3 mit einer dem Punkt 30 entsprechenden Frequenz erregt, so ergeben sich, wie Fig. 4 zeigt, für die Schwingungen in der X- und F-Richtung gleiche Amplituden, die Phasendifferenz der beiden Schwingungen, Strecket, beträgt90⁰. Da auch die Schwingungsebenen XX, YY um 90⁰ gegeneinander versetzt sind, ergibt sich nach bekannten Gesetzen eine kreisförmige Schwingung s, die sich vektoriell aus den ebenen Schwingungen der einzelnen Komponenten zusammensetzt. Bei Abweichung von diesem Idealzustand, also beispielsweise bei einer höheren oder tieferen Frequenz, bei zu großer oder zu kleiner Differenz der Eigenschwingungszahlen in den beiden Ebenen u. dgl., geht die kreisförmige Bewegung s in eine mehr oder weniger flache Ellipse über.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist der Stab 1 polarisiert und in der Nähe seines freien Endes die drehbar gelagerte Kupferscheibe 4 angebracht. Bei der kreisförmigen Schwingung übt nach bekannten Gesetzen der der Kupferscheibe 4 zunächst liegende Pol des Stabes ί eine magnetische Schleppkraft auf die Scheibe aus und versetzt sie in Drehbewegung. Statt der Kupferscheibe kann auch exzentrisch auf der Achse ein magnetisch leitfähiger Teil angebracht werden,, der dann bei der Kreisbewegung des Schwingungssystems synchron ohne Schlüpfung mitgenommen wird. Man kann auch beide Anordnungen miteinander kombinieren und sowohl eine als Kurzschlußteil induzierte Scheibe aus elektrisch gutleitendem Material als auch exzentrisch gelagerte Körper aus magnetisch gutleitendem Material, z. B. in sternförmiger Anordnung, verwenden. Der angetriebene Teil kann dann asynchron anlaufen und im stationären Zustand synchron getrieben werden.

.Man kann aber auch das Schwingungssystem mechanisch auf den anzutreibenden Teil einwirken lassen, z. B. in der Weise, daß der von ihm beschriebene Kreis den Umfang einer drehbar gelagerten Scheibe berührt. Die Scheibe wird dann durch Reibung angetrieben. Man kann auch das Schwingungssystem beispielsweise durch einen Faden, Draht, Kette mit dem anzutreibenden Teil verbinden, es zieht dann diesen Teil bei der Drehbewegung hinter sich her. Auch kann man es beispielsweise mit einem Vorsprung kraftschlüssig einen drehbar gelagerten Hebel oder eine Schleife antreiben lassen. Außer der Schleppkraft können auch andere Kräfte, z. B. die Schleuderkraft, die Luftreibung des Systems, für die Arbeitsleistung herangezogen werden.

Das Relais kann für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, also beispielsweise für Fernmeldezwecke, zum Steuern von Uhren, Tarifapparaten o. dgl., zum Ein-

und Ausschalten öffentlicher Beleuchtungsanlagen usw. Es ist ferner verwendbar als Synchronmotor, der nur bei einer bestimmten Frequenz läuft, also kann es beispielsweise auch für den Antrieb von Uhren, Tarifapparaten o. dgl. verwendet werden. Da es nur auf eine Frequenz anspricht, kann es gegebenenfalls mit oder ohne Zwischenschaltung eines Kondensators an ein Starkstromnetz angeschlossen werden, dem durch Überlagern der für den Betrieb des Relais erforderliche Strom netzfremder Frequenz zugeführt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Resonanzrelais mit elektromagnetisch erregtem mechanischem Schwingungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungssystem gleichzeitig zu zwei in verschiedenen Schwingungsebenen liegenden phasenverschobenen Teilschwingungen angeregt wird, die sich zu einer resultierenden Flächen- oder Raumkurvenschwingung jedes Massenpunktes des schwingenden Systems zusammensetzen.

2. Resonanzrelais nach Anspruch 1, dadurch- gekennzeichnet, daß auf das Schwingungssystem mit den Achsen gegeneinander geneigte Elektromagnete mit phasenverschobenen Flüssen einwirken.

3. Resonanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigen-Schwingungszahlen des Schwingungssystems, bezogen auf zwei verschiedene Ebenen, je nach der Dämpfung um einen verhältnismäßig geringen Betrag voneinander abweichen und die Richtung der Erregerkraft in dem Winkelbereich zwischen diesen beiden Ebenen liegt.

4. Resonanzrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschwingungszahlen des Schwingungssystems für zwei zueinander senkrecht stehende Ebenen um einen derartigen Betrag voneinander abweichen, daß bei Erregung des Elektromagneten mit einer Frequenz, die in der Mitte zwischen den beiden Eigenschwingungszahlen liegt, die auf diese Ebenen bezogenen Schwingungskomponenten eine Phasenverschiebung von ungefähr 90° haben.

5. Resonanzrelais nach Anspruch 1, mit vorwiegend stabförmigem Schwingungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Schwingungszahl in den beiden Ebenen durch unsymmetrische Einspannung, Massenverteilung, Materialbehandlung, Querschnitte o. dgl. erzielt wird.

6. Resonanzrelais nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kreis- oder ellipsenförmig schwingende System magnetisch, elektrodynamisch oder mechanisch einen beweglich gelagerten Teil mitnimmt, der mit einem Schalter o. dgl. verbunden ist.

7. Resonanzrelais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingungssystem polarisiert ist und in der Nähe seines freien Poles ein drehbar gelagerter Anker aus elektrisch gutleitendem Material, aus Material mit großen Hysteresisverlusten, z. B. gehärtetem Stahl, aus magnetisch gutleitendem Material, zweckmäßig in ungleichmäßiger Verteilung längs des Ankerumfanges, oder eine Kombination aus solchen Materialien, z. B. in Form eines mit einer Kurzschlußwicklung versehenen Eisensternes, angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen