DE607203C - Elektromagnetische Vorrichtung mit schwingendem Anker, z. B. elektromagnetisches Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Vorrichtung mit schwingendem Anker, ζ. B. ein elektromagnetisches Relais mit einem Magnetgebüde, das einen Magnetkreis niederen magnetischen Widerstandes für den veränderlichen Kraftfluß aufweist und ferner einen Teil für zwei Parallelwege verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstandes für den stetigen polarisierenden Kraftfluß. Sie ist anwendbar auf Instrumente, in welchen eine mechanische Bewegung, und zwar Schwingbewegung, in einem Gliede erzeugt wird, die Strömen oder Spannungen entspricht, die dem Instrument zufließen, wie es beispielsweise bei elektromagnetischen Relais erforderlich ist sowie bei den Antriebssätzen, die bei Schallwiedergabeinstrumenten verwendet werden.

Beim Entwerfen des magnetischen Kreises eines wirksamen Relais oder einer entsprechenden elektromagnetischen Vorrichtung erfordert eine Anzahl von Punkten sorgfältige Beachtung. Der Teil des magnetischen Kreises, auf den eine Umkehrspule einwirkt und der Umkehrkreis genannt werden möge, soll einen möglichst geringen magnetischen Widerstand haben, und der magnetische Gesamtwiderstand des Kreises sollte nur wenig größer sein als der der Luftspalte und der des die Umkehrwindungen tragenden Kernes, während möglichst viel von dem gesamten Kraftlinienfluß, der von dem Strom in den Umkehrspulen erzeugt wird, auf den Anker wirken sollte. Andererseits sollen die Hysteresis- und Wirbelstromverluste in dem Umkehrkreise so klein wie möglich und im wesentlichen auf die Verluste im Kern beschränkt sein, der die Spule trägt.

Um diese beiden Bedingungen zu erfüllen, ist es notwendig, dafür zu sorgen, daß der gleichmäßige polarisierende Kraftlinienfluß nicht durch den Kern geht, der die Umkehrwicklung trägt, und den Teilen des magnetischen Stoffes, die sowohl von dem fluktuierenden Kraftlinienfluß wie von dem stetigen polarisierenden Kraftlinienfluß durchflossen werden, großen Querschnitt aus zwei Gründen zu geben: Erstens hat jedes bekannte ferromagnetische Material die Eigenschaft, daß das Vorhandensein eines gleichmäßigen Kraftlinienflusses stark die Permeabilitätszunahme (incremental permeability) des Stoffes herabsetzt, und zweitens kann jede beliebige Intensität des polarisierenden Kraftlinienfiusses ohne jede Begrenzung verwendet werden, die sonst durch den Querschnitt des Kernes eingeführt werden würde, der die Umkehrwicklungen trägt. Der nächste Punkt ist, daß der Anker ein Mindestträgheitsmoment haben sollte, und in zweiter Ordnung, daß er so angebracht ist, daß etwa verwendete Lager oder Zapfen leicht zugänglich sind. Es sollte ein Paar von Luftspalten verwendet werden, weil die Verwendung von zwei Paaren, insbesondere wenn die Schwingungsachse des Ankers zwischen ihnen liegt, erheblich die bei der Herstellung erforderliche Genauigkeit eshöht; in jedem Falle müssen für eine gegebene Veränderung des Kraftlinienflusses auf eine Einheitsbewegung des Ankers Luftspalte von nur halber Länge verwendet werden, wenn zwei Paare

eines gegebenen Querschnittes hintereinander in dem Umkehrkreise liegen. Ferner sollte eine Richtkrafteinstellbarkeit vorgesehen werden, die allmählich in ihrer Wirkung ist, jedoch nicht besonders große mechanische Feinheit der Ausführung verlangt. Weiter ist es vorteilhaft, nur eine Spule für die Unikehrwicklung zu verwenden, die einen ruhenden Kern umgibt und leicht ersetzbar ist, wenn sie etwa ausgebrannt ίο ist.

Es ist Hauptaufgabe der Erfindung, einen magnetischen Kreis zu schaffen, der selbst eine Ausführung darbietet, in welcher alle diese Vorteile in einer Weise vereinigt werden, die früher nicht möglich war, wobei gleichzeitig die Herstellungskosten niedrig gehalten werden. Gemäß der Erfindung ist bei einer elektromagnetischen Vorrichtung der oben beschriebenen Bauart der Hauptweg für den stetigen ao polarisierenden Kraftfluß unabhängig von dem Kern geführt, der die den veränderlichen Fluß erzeugende Spule trägt. Der magnetische Widerstand des ersteren Teiles ist groß genug, um eine beträchtliche Kurzschlußwirkung gegenüber dem fluktuierenden Kraftlinienfluß des Teiles des magnetischen Kreises zu verhüten, der niederen magnetischen Widerstand aufweist und in dem der wirksame Luftspalt angeordnet ist. Auf diese Weise fließen stetige Kraftlinienströme von vorzugsweise gleichem Wert in den beiden Zweigen des hohen magnetischen Widerstand aufweisenden Teils des Gebildes, und sie unterliegen nur geringen Veränderungen. Wird die Erfindung auf ein elektromagnetisches Relais angewendet, so ist der schwingende Anker in einem Spalt zwischen den Polflächen zweier Schenkel von vorzugsweise verhältnismäßig großem Querschnitt angeordnet, und der Kreis für den fluktuierenden Kraftlinienfluß wird durch ein Brückenstück geschlossen, das die Spule des Instrumentes trägt und kleineren Querschnitt haben kann als die genannten Schenkel, weil dieses Brückenstück den stetigen oder polarisierenden Kraftlinienfluß nicht zu führen hat. Der abgezweigte Teil des Magnetgebildes, in dem die Kraftlinien des letzteren fließen, kann aus einem Paar von Dauermagneten bestehen, von welchem die gleichnamigen Pole mit einem mittleren Schenkel des magnetischen Gebildes verbunden sind, das den schwingenden Anker trägt.

Diese Konstruktion gestattet, das Bfückenstück aus lameliiertem Werkstoff zu bilden, es leicht zu entfernen und durch ein Stück zu ersetzen, das eine Spule anderen Widerstandes trägt. Weiter gestattet die Anordnung sehr zweckmäßige Ausgestaltungen der einseitigen Richtwirkung. Diese Richtwirkung kann erzielt werden durch Verwendung von wandernden oder einstellbaren Magneten oder Magnetgliedern, die so eingestellt werden, daß sie einen Nebenschluß oder im Falle eines Magneten entweder einen Nebenschluß oder eine Unterstützung für einen oder den anderen der beiden Dauermagnete des Instrumentes bilden, bis ein etwaiger stetiger Kraftlinienfluß in dem die Spule tragenden Brückenstück ausgeglichen ist. Für eine durch Wechselstrom erregte elektromagnetische Bewegungsanordnung ist es vorgeschlagen worden, neben einem Magnetkreis verhältnismäßig niederen magnetischen Widerstandes für den veränderlichen Kraftfluß noch zwei Parallelwege verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstandes für einen ständig polarisierenden magnetischen Kraftfluß vorzusehen, und zwar waren dabei neben den Schenkehi des U-förmigen, die Wicklung tragenden Elektromagneten zwei winkelförmige Dauermagnete angeordnet, deren gleichnamige Pole den beiden Polenden des Hufeisenmagneten bzw. dem Joch des Hufeisenmagneten benachbart waren. Hierbei führte jedoch der Hauptweg des Kraftflusses über den Kern der Umkehrspule, so daß die obenerwähnten Nachteile nicht vermieden werden konnten.

Um die elektromagnetische Vorrichtung gemäß der Erfindung klarzumachen und ihre Ausführung ohne Schwierigkeiten zu ermöglichen, ist sie in Form eines telegraphischen Relais unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es ist

Abb. ι die Hinteransicht eines Relais, wobei der Richtmagnet weggebrochen dargestellt ist, Abb. 2 ein Aufriß, von links in Abb. 1 gesehen, Abb. 3 ein Grundriß nach Wegnahme von Spule und Sockel,

Abb. 4 ein vergrößerter Querschnitt, der die Art des Anklemmens der Ankeranschläge in eingestellter Lage wiedergibt,

Abb. 5 ein Schema des verwendeten magnetisehen KraftEnienflusses.

Nach Abb. 1 und 2 weist das Magnetgebilde einen unteren waagerechten Schenkel 1 auf, der nahe seinen Enden durch zwei Dauermagnete 2 und 3 mit Schenkeln 4 und 5 verbunden ist. Diese bilden den Teil des magnetischen Kreises niedrigen Widerstandes, durch den der stetige Kraftlinienfluß hindurchgeht. Die Magnete 2 und 3 sind aus Kobaltstahl o. dgl. Werkstoff von hoher Remanenz und Koerzitivkraft gefertigt. Gleiche Pole der beiden Magnete sind mit dem waagerechten Schenkel 1 verbunden, und am mittleren Teil des Schenkels 1 ist das Mittelglied 6 des Systems angebracht, so daß der Kraftlinienfluß aus den Magneten 2 und 3 parallel durch das Glied 6 in der gleichen Richtung fließen kann. Der Anker 7 des Relais mit der Zunge 8 ist nach der Darstellung drehbar auf dem Mittelschenkel 6 gelagert. Er wird durch kurze Blattfedern 9 getragen, die in aus nicht magnetischem Werkstoff bestehenden Trägern 10 eingespannt

sind, so daß der abwärts gerichtete Zug am Anker 7 die Federn 9 spannt. Der Anker 7 könnte aber mit einer Schneide auf dem Schenkel 6 abgestützt werden, oder es könnte im Falle eines treibenden Gliedes, z. B. für einen Lautsprecher, der Teil 6 am unteren Ende gelenkig abgestützt werden und selbst die schwingende Zunge bilden. Die Anschläge 11 und 12 des Relais sitzen einstellbar in Ständern 13 und 14, die auf den Schenkeln 4 und 5 sitzen und dagegen beispielsweise durch Glimmer-' Unterlagscheiben isoliert sind. Die Art der Anklemmung der Zapfen ist im einzelnen in Abb. 4 dargestellt, die den Ständer 13 im lotrechten Schnitt zeigt. Die Vertikalbohrung durch die Mitte des Ständers 13 ist mit Gewinde versehen, und rechtwinklig dazu ist ein waagerechtes Loch 15 gebohrt. Der Gewindebolzen 16 ist in den unteren Teil der Bohrung eingezogen ; er dient zur Befestigung des Ständers 13 auf dem Schenkel 4.

Die Stange 17 des Zapfens 11 ist durch das Loch 15 hindurchgeschoben und mit Feingewinde eingeschraubt. Nach Feineinstellung wird sie angeklemmt, indem man einen kleinen Hartholzstopfen 18 auf sie in der Bohrung des Ständers 13 fallen läßt und diesen Stopfen fein durch eine Schraube 19 anspannt. Dadurch wird jegliche Schwierigkeit beim Schneiden des Gewindes in den Ständern 13, 14 vermieden, und es wird weiter die Verwendung von geschlitzten Ständern und verwickelten Klemmvorrichtungen vermieden. Die Schenkel 4 und 5 sind im Grundriß L-förmig, wie Abb. 3 zeigt, und ihre äußeren Enden sind durch das Iamellierte Brückenstück 20 verbunden. Dieses ist nach der Darstellung in Nuten in den Teilen 4 und 5 eingelassen und wird in seiner Lage durch Klemmplatten 21 festgehalten, die leicht entfernt werden können, damit das Brückenstück 20 weggenommen und durch ein anderes Brückenstück mit einer Spule anderen Widerstandes ersetzt werden kann. Der gesamte Umkehrkreis, bestehend aus den Schenkeln 4, 5 und dem Brückenstück 20, kann aus lamelliertem Werkstoff gefertigt werden, in welchem Falle wechselnd Platten von zwei verschiedenen Gestalten verwendet werden, so daß eine Laschenverbindung und nicht eine stumpfe Stoßverbindung entsteht, um den gesamten magnetischen Widerstand zu verringern. Die Konstruktion ist dann ähnlich der von kleinen Transformatorkernen; die Platten werden beispielsweise durch Schrauben und Klemmplatten verspannt. Die Spule 22 sitzt auf dem Brückenstück 20, und die Anschlußdrähte zur Aufnahme der ankommenden Signalströme sind bei 23 gezeichnet. Bei 24 liegen die Anschlußdrähte von der Zunge 8 und für die Anschläge 11 und 12 des Relais. Diese Anschlußdrähte führen zu Klemmen, z.B. 25 und 26.

Ersichtlich bilden die beiden Magnete 2 und 3 mit dem mittleren Schenkel 6 und dem unteren Schenkel 1 zwei gleichartige Hälften eines Gebildes außerhalb des magnetischen Kreises, der den veränderlichen Kraftlinienfluß führt. Diese beiden gleichartigen und gleichen Hälften haben einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand. Es können Luftspalte oder gesättigte Teile mit eingezogener Querschnittsfläche in die Zweigkreise eingefügt werden, um den magnetischen Widerstand zu vergrößern, insbesondere wenn für die Polarisierung Elektromagnete verwendet werden.

Der Brückenteil 20 mit der Umkehrspule 22 besitzt nach der Darstellung kleineren Querschnitt als die Teile 4 und 5, welche die verlängerten Polstücke bilden. Dies ist aus Zweckmäßigkeitsgründen bezüglich der Bemessung der Spule 22 geschehen, verhindert aber nicht die Erzielung eines geringen magnetischen Widerstandes für den gesamten Kreis, der den veränderlichen Kraftlinienfluß führt, weil unter anderem das Brückenstück 20, das den Kern der Spule 22 bildet, den polarisierenden Kraftlinienfiuß nicht führt; es ist ja bekannt, daß die Permeabilität eines Teiles eines Magnetgebildes im allgemeinen dadurch vermindert wird, daß eine erhebliche stetige Magnetisierung vorhanden ist. Durch diese Konstruktion wird nicht nur der Teil des magnetischen Gebildes, der die Bahn für den stetigen Kraftlinienfluß außerhalb des Kreises für den veränderlichen Kraftlinienfluß bildet, in zwei unabhängige Zweige zerlegt, in welchen gleiche Kraftlinienströme fließen, die unter allen Verhältnissen im wesentlichen konstant gehalten werden, sondern es sind auch diese beiden Hälften des äußeren Teils des Magnetgebildes selbst von verhältnismäßig hohem magnetischem Widerstände und bilden infolgedessen einen Magnetkreis, der einen beträchtlichen Nebenschluß bezüglich des umkehrenden Kraftlinienflusses des Teiles des Ortskreises bildet, der den Luftspalt enthält, in welchem der bewegliche Relaisteil arbeitet.

Jeglicher Kraftlinienfluß, der über diesen Nebenschluß durch die äußeren Glieder von den Schenkeln des Ortskreises mit dem Luftspalt aus fließen könnte, würde naturgemäß einen Verlust darstellen, und wenn ein irgendwie wesentlicher Verlust auf diesem Wege eintreten sollte, so würde das Arbeiten des Relais naturgemäß ungünstig beeinflußt werden. Weiter kann die schwingende Zunge sehr zweckmäßig am Schenkel 6 des äußeren Teils des magnetisehen Gebildes angelenkt werden, z. B. durch die Federverbindung 9, aber die Verwendung einer Feder kann dadurch vermieden werden, daß die Zunge sich auch auf einer Messerschneide an diesem. Schenkel drehen kann. Es sei aber iao darauf hingewiesen, daß der magnetische Widerstand der Verbindung zwischen Zunge 7 und

Schenkel 6 durch die Polarisiermagnete 2, 3 überwunden werden muß und nicht durch die Umkehrwicklung 22, so daß die Empfindlichkeit des Relais nicht leidet. Die dargestellte Konstruktion gestattet sehr zweckmäßige Formen einer Richtwirkung. Wenn bei der symmetrischen Konstruktion, die dargestellt wurde, im Anker 7 eine Richtkraft vorliegt, so zeigt dies an, daß ein stetiger Kraftlinienfluß durch das Brückenstück 20 fließt und daß dieser stetige Kraftlinienfluß höchstwahrscheinlich von einer stetigen Stromkomponente in der Spule 22 herrührt, z. B. von einem Erdstrom. Um hier Ausgleich zu schaffen, ist ein Stabmagnet 27 vorgesehen, der an den unteren Teil des Schenkels 6 bei 28 angelenkt und mit einer Schraubenzugfeder 29 verbunden ist, die bei 30 im Sockel des Instrumentes verankert ist, so daß sie in der Ansicht nach Abb. 1 den Magneten 27 nach rechts zu ziehen sucht. Das wird durch die Spitze einer Stellschraube 31 verhütet, die auf die Seitenfläche des Magneten 27 unter dem Drehpunkt 28 einwirkt.

Wird die Schraube 31 zurückgeschraubt, so kann die Feder 29 den Magneten 27 nach rechts in Abb. 1 ziehen. Beim Vorwärtsschrauben der Schraube 31 wirkt ihre Spitze als Nocken und dreht das obere Ende des Magneten 27 nach links in Abb. 1. Auf diese Weise kann der Magnet 27 in eine solche Lage gedreht werden, daß er den einen oder den anderen der Dauermagnete 2, 3 unterstützt, bis der stetige Fluß im Brückenteil 20 neutralisiert ist.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Gebildes ist leicht, insbesondere an Hand der Abb. 5, verständlich, wenn man sich vorstellt, daß der Anker sich zunächst in der Mittellage befindet. Dann werden die gleichen stetigen Kraftlinienflüsse aus den beiden Dauermagneten 2, 3 unmittelbar durch die Schenkel 4, 5 in den Anker 7 gelangen und durch den mittleren Schenkel 6 abwärts fließen. Durchfließt ein Strom die Spule 22, so erzeugt er eine magnetomotorische Kraft im Brückenteil 20, wodurch einem Teil des Kraftlinienflusses aus den Magneten 2 oder 3 je nach der augenblicklichen Fließrichtung des Stromes Veranlassung gegeben wird, durch das Brückenstück 20 zu fließen, statt durch den Schenkel 4 bzw. 5 zu fließen, und somit in den Anker 7 auf der entgegengesetzten Seite zu gelangen. Infolgedessen ergibt sich ein Überwiegen des Kraftlinienflusses, der auf einer Seite in den Anker 7 eintritt. Der Anker wird nach dieser Seite angezogen und führt die Zunge 8 in Berülirung mit dem Anschlag 11 oder 12 an der betreffenden Seite.
Wenn die Erfindung auf den magnetischen Antrieb für einen Lautsprecher angewendet wird, so kann die Ankerzunge durch eine Schwingungszunge o. dgl. ersetzt werden, wie sie gewöhnlich bei diesen Instrumenten verwendet wird, und diese Zunge kann so angeschlossen werden, daß sie die Membran des Instrumentes treibt, beispielsweise beim Instrument mit großer Membran durch unmittelbaren Anschluß.

Wenn die Erfindung auf ein stromerzeugendes Instrument angewendet wird, beispielsweise auf eine magnetelektrische Maschine, so wird selbst- '70 verständlich das bewegliche Glied angetrieben, d. h. es wird entweder in Schwingung oder in Drehung versetzt; in jedem Falle wird der Kraftlinienfluß in dem Ortskreise fluktuierender Natur sein.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   mg-

   schwingendem Anker, ζ. Β. elektromagnetisches Relais mit einem Magnetgebildeif das einen Magnetkreis niederen magnetischen Widerstandes für den veränderlichen Kraftfluß aufweist und ferner einen Zeil für zwei Parallelwege verhältnismäßig/nohen magnetischen Widerstandes für denstetigen polarisierenden Kraftfluß, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptweg für den stetigen polarisierenden Kraimuß unabhängig von dem Kern geführt/fst, der die den veränderlichen Fluß erzeugende Spule trägt.
2. 2. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des magnetischen Kreises niederen magnetischen Widerstandes, der ebenfalls von ydem polarisierenden Kraftfluß durchflössen wird, mit großem Querschnitt aus.
3. 3. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des magnetischen Gebildes geringen magnetischen Widerstandes ein Paar Polstücke, deren Enden die an dem wirksamen Luftspalt anliegenden Polflächen bilden, sowie ein magnetisches Brückenstück von kleinerem Querschnitt als Kern der den veränderlichen Fluß erzeugenden ' Spule aufweist.

   Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet duiCri ein einstellbares Magnetgebilde (2^-"zur Erzeugung einer RichtkrafL^JflSso angeordnet ist, daß es in eine Strung gebracht werden kann, in welchej^eiieinen Nebenschluß oder eine Unterstützung für einen oder den andeceifcLer Polarisiermagnete (2, 3) der

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen