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Elektromagnetischer Wechselstromerzeuger für Fernmeldeanlagen Der
Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetischer _ Wechselstromerzeuger für
Fernmeldeanlagen mit mechanisch angereizter. im Feld eines permanenten Magneten
schwingender Zunge, insbesondere ein Kurbelinduktor. Die Erfindung bezweckt eine
derartige 'Ausbildung eines solchen Induktors, daß ein von der Antriebsgeschwindigkeit
nah,-zu unabhängiger, kräftiger, tonfrequenter Wechselstrom erzeugt .werden kann
bei gleichzeitigem gedrängtem' Aufbau und Anpassungsmöglichkeit an die. verschiedenen
Betriebsbedingungen, wie nachstehend - erläutert. Es sind Signalvorrichtungen bekannt,
bei welchen mittels eines handangetriebenen Zahnrades eine aus magnetischem Material
bestehende Feder gesteuert wird, durch deren Bewegung der Widerstand in einem magnetischen
Kreis für einen permanenten Fluß verändert wird, so daß in stationär angeordneten
Spulen ein entsprechender Strom induziert wird. Bei diesen Anordnungen hängt aber
der erzeugte Wechselfluß und der damit erzeugte Signalstrom von der Betätigungsgeschwindigkeit
ab, da die ' Feder zwangsweise- gesteuert wird, so daß eine unregelmäßige und verzerrte
Signalgabe zustande
kommt. Dies ist besonders von Nachteil bei
behelfsmäßigen Anlagen, bei denen durch Isolations- und Kontaktfehler ein verzerrter
Signalstrom einen großen Widerstand findet. Wird das Signal in lärmerfüllten Räumen
empfangen, so ist nur ein bestimmter Signalton der günstigste, der aber mit den
bekannten Einrichtungen nicht konstant gehalten werden kann. Dieser Signalton ist
verschieden je nach Art des Geräusches. Deshalb ist es zweckmäßig, den Signalton
verändern zu können, was aber bei den bekannten Einrichtungen nicht ohne Schwierigkeiten
durchzuführen ist.
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Der Gegenstand -der Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß
die Zunge zwischen aufeinanderfolgenden, vorzugsweise durch ein von Hand oder Motor
angetriebenes Zahnrad bewirkte Anreizungen, welche zeitlich annähernd um die Dauer
der Abklingzeit der Zungenschwingungen auseinanderliegün, freie Schwingungen ausführt.
Dadurch wird erzielt, daß der erzeugte Signalstrom stets die gleiche, nur von der
Eigenfrequenz der Zunge abhängige Frequenz besitzt und ein rein sinusförmiger und
daher für Signalzwecke besonders geeigneter Wechselstrom erzeugt wird. Dieser Signalstrom
ist besonders geeignet zur Überbrückung von behelfsmäßigen Leitungen; der Signalton
kann den jeweiligen Störverhältnissen an der Empfangsstelle angepaßt wenden ohne
besondere Änderungen an dein Wechselstromerzeuger, indem lediglich die Einspannstelle
.der schwingenden Zunge verändert zu «,=erden braucht. Die Artreizung -der Zunge
durch ein von Hand oder von Motor angetriebenes Zahnrad, dessen Zähne einen entsprechenden
Abstand besitzen, führt zu einem einfachen Aufbau.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind zu beiden Seiten
der Zunge je zwei -gleichnamige Pole angeordnet derart, daß das festgelegte und
das freie Ende der Zunge zwischen je zwei ungleichnamigen Polen zu liegen kommt.
Dadurch wird erreicht, daß die Richtung des permanenten Flusses in der Zunge sich
ändert, je nachdem, ob dieselbe gegen den einen oder den anderen- Pol, welcher ihrem
freien Ende gegegenüberliegt; ausschlägt. Dadurch wird im Gegensatz zu ,den bekannten
Einrichtungen ein Wechselfluß- in der Zunge erzielt, wodurch eine starke ;.induktive
Beeinflussung der Induktionspulse zustande kommt.
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Zweckmäßigerweise wird man die gleichnamigen Polpaare =durch U-förmige
Polschule bilden, wodurch eine Vereinfachung des Aufbaues -erzielt wird. _ Gemäß
einem weiteren Merkmal der Erfindung kann nun in dem von den sich gegenüberliegenden
Polschulen umfaßten Raum eine die Zunge umfassende Induktionsspule angeordnet werden,
wodurch eine Raumersparnis erzielt wird.
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Zur Erzielung weiterer Raumersparnis kann die Zunge innerhalb des
von dem permanenten Magneten des Wechselstromerzeugers umschlossenen Raumes an einem
der sich gegenüberstehenden Polpaare oder in dessen Nähe gelagert werden, wodurch
der Raumbedarf im wesentlichen nur durch die Größe des permanenten Magneten bestimmt
wird.
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Um einen bestimmten Signalton zu erzeugen je nach den Störgeräuschverhältnissen
an der Empfangsstelle, kann die Zunge einstellbar zwischen Schneiden eingeklemmt
wenden, so daß in besonders einfacher Weise ihre Eigenfrequenz verändert und den
jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann, wobei gleichzeitig eine Lagerung
erzielt wird, welche die Festlegung der Eigenfrequenz der Zunge in eindeutiger Weise
gestattet.
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Dadurch, daß der elektromagnetische Wechselstromerzeuger gemäß der
Erfindung trotz seiner Kleinheit einen gleichmäßigen, kräftigen und sinusförmigen
Signalstrom erzeugt, kann er in besonders vorteilhafter Weise zur Signalgabe in
batterielosen Fernsprechanlagen verwendet werden.
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Im folgernden ist der Gegenstand der Erfindung beschrieben und in
beiliegender Zeichnung dargestellt.
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Es bedeuten: Fig. i eine Draufsicht auf den Wechselstromerzeuger,
Fig. z eine Seitenansicht desselben, Fig. 3 eine Seitenansichtgemäß dem Schnitt
3-3 in Fig. z, Fig. 4 eine Drausicht gemäß dem Schrnitt 4-4 i in Fig. z, Fig. 5
eine schematische Darstellung des Verlaufs der magnetischen Kraftlinien, Fig. 6
ein Diagramm des induzierten Stromes, Fig. 7 ein Schaltschema einer batterielosen
Fernsprechanlage, bei welcher ein elektromagnetischer Wechselstromerzeuger gemäß
der Erfindung Verwendung findet.' Auf einer Montageplatte i, welche mit Öffnungen
für Befestigungsschrauben versehen ist, sind Lagerstücke z und 3 vorgesehen, die
eine Welle 4 aufnehmen. Die Lagerstücke 2 und 3 sind durch Schrauben 7 an der Montageplatte
i befestigt. Durch einen Ring 5 auf der -Welle 4 wird diese in ihrer Lage gesichert.
Eine -Handkurbel 6 ist an dem einen Ende der Welle 4,befestigt. Statt der Handkurbel
6 können natürlich auch andere Antriebsmittel vorgesehen sein, z. B. ein Getriebe
für einen Antriebsmotor: Auf der Welle -. ist ein Zahnrad 8 angeordnet,
zwischen
dessen Zähnen 9 größere Lücken vorgesehen sind. Ein U-förmiger permanenter Magnet
Io ist an der Montageplatte i derart befestigt, daß seine Schenkel gegen die Welle
4 zu gerichtet sind. Zwischen den Schenkeln des permanenten Magneten ist eine verhältnismäßig
steife Zunge II gelagert, deren freies Ende direkt unter die Welle .4 sich erstreckt
und -in den Weg der Zähne 9 hineinragt. Das andere Ende der Zunge i i ist fest eingeklemmt
zwischen zwei urmagnetischen Klemmbacken 12 und 13, welche durch Schraubenbolzen
14 und 15 zusammengepreßt werden. Die Schrauben 14 und 15 erstrecken sich dabei
durch die beiden Klemmbacken 12 und 13 bis zur Montageplatte i, mit welcher sie
verschraubt sind. Ein Schenkel des Magneten Io liegt unterhalb der Klemmbacke 13
und wird so durch die Schraubenbolzen 14und 15 zwischen der Klemmbacke 13 und der
Montageplatte i festgeklemmt. Jede der Klemmbacken 1:2 und 13 hat ein Paar Schneiden
16, welche mit der Zunge i i in Berührung stehen, so daß ein festes und genaues
Einklemmen der Zunge ermöglicht wird. Die Zunge i i schwingt mit ihrem freien Ende,
während,das andere Ende, wie vorbeschr leben, fest finit der Montageplatte i in
Verbindung steht. Eine Induktionsspule 2o ist zwischen den Schenkeln des permanenten
Magneten Io angeordnet in nächster Nähe vor den Klemmbacken 12 und 13. Die Induktionsspule
ist auf einem Spulenträger 21 angeordnet, der eine Öffnung besitzt, durch welche
dieZunge i i hindurchragt. Eine nichtmagnetische hülse 22 umgrenzt die Öffnung,
durch welche die Zunge i i hindurchragt, um die Spule zu schützen. Die Öffnung ist
so groß, daß die Zunge bei ihren Schwingungen nicht anstoßen kann. Ein Paar gegeneinandergerichtete
Polschuhe 24 und 25 sind zu beiden Seiten der Spule 2o angeordnet und stehen mit
ihren Stegen mit den Schenkeln des permanenten Magneten in Verbindung. Der Polschuh
z4 ist an einem Schenkel durch die Schraube 26 befestigt, während der Polschuh 25
an dem anderen Schenkel des permanenten Magneten durch die Schraube 27 gehalten
wird, welch letztere durch die Montageplatte hindurchtritt und so gleichzeitig ebenfalls
zur Festlegung des Magneten und der übrigen Teile an -der Montageplatte i dient.
Die offenen Seiten der Polschuhe sind gegen die Zunge II zu gerichtet und besitzen
von ihr einen derartigen Abstand, daß die Zunge bei ihren Schwingungen nicht mit
ihnen in Berührung kommt. Die Polschuhe erzeugen zu -beiden Seiten der Zunge je
ein Feld entgegengesetzter Polarität.
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Durch die Anordnung der Polschuhe, der Spüle und der Befestigungsmittel
für die Zunge im Innern und zwischen den Schenkeln -des permanenten Magneten wird
eine außerordentlich gedrängte Bauart erzielt, die nur einen geringen Platzbedarf
besitzt und leicht montiert werden kann. über die Klemmhacken 12 und 13 werden nicht
nur die Zunge i r, sondern auch der permanente Magnet fest mit der Grundplatte i
verbunden mit Hilfe der Schrauben 14 und 15.
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Mittels des Handgriffes 6 oder eines sonstigen Antriebsmittels wird
die Welle 4 zusaminen mit dein Zahnrad 8 in Pfeilrichtung gedreht. Die Zähne g des
Zahnrades kommen dadurch nacheinander mit dem freien Ende der Zunge i i in Berührung
und drücken sie nach abwärts entsprechend der Zahnlänge. Sodann gleitet die, Fläche
des Zahnes ein Stück an der Zunge entlang, bis diese plötzlich freigegeben wird.
Der Weg, um den die Zunge nach abwärts gedrückt wird, ist so groß, daß sie nicht
mit den Polschuhen in Berührung kommt. Nachdem einer der Zähne 9 die Zunge i i freigegeben
hat, schwingt die Zunge unter dem Einfluß der ihr aufgedrückten Spannung zurück,
wobei sie für eine Zeitlang freie Schwingungen ausführt mit abnehmender Amplitude.
Die Anfangsschwingungen besitzen eine derartige Amplitude, daß die Zunge weder einen
Teil des Zahnrades zwischen den Zähnen 9 noch die Polschuhe berührt. Die Zunge i
i ist, wie beschrieben, ziemlich kräftig ausgeführt und daher verhältnismäßig steif,
so daß es einer ziemlich großen Kraft bedarf, um sie zu betätigen oder anzureizen,
derart, daß sie eine gewisse Zeit schwingt. DieZähne 9 stehen auf dem Zahnrad um
einen gewissen Betrag auseinander, derart, daß bei normaler Drehgeschwindigkeit
die Zunge i i nahezu ihren Ruhezustand erreicht hat, ehe der nächste Zahn sie von
neuem anreizt. Ein kleiner Teil der abnehmenden Schwingungen jedoch wird stark gedämpft
durch den nächstfolgenden Zahn, welcher mit der Zunge in Berührung kommt und sie
herabdrückt. Das Diagramm in Fig. 6 zeigt den Verlauf des .induzierten Stromes,
wenn der Wechselstromerzeuger mit normaler Geschwindigkeit betätigt wird. Btispielsweise
wird für Signalzwecke ein Strom von io 1nA bei 25 Volt und einer Frequenz von iioo
Perioden erzeugt.
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. Um die Amplitude und die Schwingungen der Zunge genau einzustellen,
besitzt die Einrichtung eine einfache Justiermöglichkeit. Falls es notwendig wird,
die Frequenz des erzeugten Stromes zu ändern, um die Hörbarkeit-.des -Signals zu
verbessern oder die Tonhöhe des Signals zu verändern, so löst man die Schrauben
14 und 15, so daß die Schneiden 16 gelockert werden, und verstellt die Zunge i i
um einen bestimmten Betrag (in Fig. 2 nach -links oder nach rechts), um sodann mittels
der Schrauben 14 und 15 die
Zunge i i wieder festzulegen. Durch
die Verstellung der Zunge i i wird diese entweder steifer oder biegsamer, d. h.
ihre Eigenfrequenz verändert. Die Verstellmöglichkeit der Zunge i i darf jedoch
nicht eine derartige sein, daß sie außerhalb des Bereiches der Zähne 9 des Zahnrades
8 kommen kann. Jedoch ist nur eine geringe Bewegung notwendig, rum die gewünschte
Veränderung der Eigenfrequenz zu erzielen, die durch die vorgenannte Anordnung unabhängig
ist von der Antriebsgeschwindigkeit.
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Fig.5 zeigt schematisch den Verlauf des magnetischen Flusses, `welcher
durch die Schwingungen der Zunge seine Richtung innerhalb der Zunge verändert. Dadurch
wird ein Wechselfluß in der Spule erzeugt. Der Ausschlag der Zunge bei ihren Schwingungen
ist zwischen den Polschuhen, welche am oder in der Nähe des Befestigungspunktes
der Zunge liegen, geringer als zwischen den Polschuhen, die den freien Enden der
Zunge gegenüberliegen. Durch die Einspannung der Zunge möglichst dicht an einem
der Polpaare wird eine größere Änderung des magnetischen Flusses erzielt als bei
einer Einspannung entfernt von den Polpaaren. Dadurch wird ein verhältnismäßig starker
Strom in der Spule induziert. Man kann auch den Befestigungspunkt der Zunge i i
direkt an die linken Schenkel der Polschuhe 24 und 25 (Fig. 2) legen. In Fig. 7
ist die Verwendung des Wechselstromerzeugers in einer batterielosen Fernsprechanlage
gezeigt. An .der Station A ist schematisch ein Telephon TA angedeutet, welches
mit der Leitung L verbunden ist über die Kontakte des Schalters KA in der gezeichneten
Stellung. An der Station B ist eine elektroakustische Einrichtung TB angeordnet,
die in gleicher Weise an die Leitung L über den Schalter KB angeschlossen ist. Ein
Wechselstromerzeuger oder eine Signalmaschine SA ist gemäß der Erfindung ausgebildet
und wird bei Betätigung des Schalters KA an die Leitung L für die
Signalgabe angeschlossen. Die Signaleinrichtung SB
an der Station B wird ebenfalls
durch Betätigung des Schalters KB an die Leitung angeschlossen; um die Station
A anzurufen. Die elektroakustischen Apparate TA und TB sind in an-
sich bekannter Weise als elektromagnetische - Sender und Empfänger ausgebildet und
bestehen im wesentlichen aus einer Konusmembran 42, welche mit einem drehbaren Anker
41 verbunden ist, der zwischen den Polschuhen eines permanenten Magneten 43 sich
bewegt. Dabei ist der Anker4i von einer Spule 4o umgeben. Die Apparate TA und TB
sind. so angeordnet, daß sie sowohl als Mikrophon als auch. als Telephon verwendet
werden können. Die Schallwellen, welche auf .die Membran 42 des Apparates TB einwirken,
betätigen den Anker 41 zwischen den Polschuhen des Magneten 43, wodurch der magnetische
Fluß verändert und ein entsprechender Strom in der Spule 4o erzeugt wird, welcher,
über die Leitung L geleitet, den jetzt als Telephon wirkenden Apparat TA an der
Station A beeinflußt. Um die Station B anzurufen, wird der Wechselstromerzeuger
SA an der Station A betätigt, -welcher hochfrequente Impulsserien aussendet, wobei
jede Serie eine sich verringernde Amplitude aufweist. Diese Impulsserien werden
auf die Leitung L über die betätigten Kontakte des Schalters KA geleitet
und beeinflussen die Membran 42 des Apparates TB an .der Station, wo sie
ein laut hörbares Signal erzeugen und damit den Anruf kenntlich machen. Die Wechselstromerzeuger
SA und SB werden über die Schalter KA und KB nur für die Signalgabe
an die Leitung L angeschlossen. Die Rückstellung der Schalter verbindet die Apparate
TA und TB untereinander, so daß nunmehr die Verbindung hergestellt
ist.