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Magnetische Ankerhemmung Die Erfindung bezieht sich auf den Mechanismus
einer magnetischen Ankerhemmung für Uhren, insbesondere auf einen 'Mechanismus,
bei welchem das die Zeit regulierende Element, der Oszillator, aus einem schwingenden
Magnet oder Halter besteht, der an einer Feder befestigt ist und mit einem magnetischen
Hemmrad durch magnetische Kräfte gekoppelt wird, die über einen oder mehrere Luftspalte
zwischen dem Hemmrad und dem Magneten oder Halter wirken. Ein solcher Mechanismus
ist in der britischen Patentschrift 596 216 beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine magnetische Ankerhemmung für transportable
Uhrwerke, bei denen der schwingende Magnet oder Halter von der Feder getragen wird,
an welcher er befestigt ist, wobei der Mechanismus in jeder beliebigen Lage zu arbeiten
fähig ist.
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Die durch eine Zunge oder eine ähnliche Feder gesteuerten Schwinganker,
die in jeder Lage arbeiten können und bisher zur Steuerung magnetischer Hemmvorrichtungen
benutzt worden sind, z. B. die in der vorher erwähnten Patentschrift beschriebene
Vorrichtung, haben den Nachteil, daß sie durch Stöße oder Schwingungen gestört werden
können und so mit dem Hemmrad außer Tritt fallen. Sie unterliegen infolge der Wirkung
der Schwerkraft auf die schwingende Masse auch Fehlern der Lage. Diese unerwünschten
Wirkungen können durch Erhöhung der Eigenfrequenz des schwingenden Systems vermindert
werden, aber doch nicht soweit wie es für gewöhnliche Zwecke
wünschenswert
ist, es sei denn man verwende ein schwingendes 'System von ungewöhnlich hoher Eigenschwingung.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, sind nach der Erfindung der Magnet
oder Halter und die ihn tragende Feder 'so angeordnet, daß die Befestigung der Feder
an ihrer Stütze sich ungefähr im Schwerpunkt des schwingenden Systems befindet oder
auf einer Achse, die durch den Schwerpunkt hindurchgeht. Das schwingende System
ist so im wesentlichen um die Befestigung der Feder an ihrer Stütze ausgeglichen
und damit praktisch unempfindlich gegenüber den Kräften der Massenanziehung. Auch
die Gefahr der Störung durch Trägheitskräfte infolge Stoßwirkung ist ,erheblich
herabgesetzt.
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Die Erfindung umfaßt Anordnungen, bei denen die Schwingbewegung des
Magnets oder Halters im wesentlichen eine Schaukelbewegung ist um eine Achse, die
ungefähr durch den Schwerpunkt des schwingenden Systems geht. Sie ist indessen nicht
auf solche Anordnungen beschränkt, sondern umfaßt auch eine Abänderung bzw. Entwicklung,
bei welcher man eine geradlinige Schwingbewegung verwendet.
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Die Natur der Erfindung und die Art, in welcher dieselbe auszuführen
ist, ist der nachfolgenden Beschreibung mehrerer verschiedener Beispiele von Ankerhemmungen
zu entnehmen, wie sie nach dieser Erfindung gebaut wurden, wobei auf die Zeichnungen
Bezug genommen ist: Fig. i ist eine perspektivische Ansicht, die die wesentlichen
Teile einer nach einer Ausführungsform der Erfindung gebauten Ankerhemmung zeigt;
sie besitzt einen schwingenden Magneten, der sich nach entgegengesetzten Seiten
des Halters, an welchem die Feder befestigt ist, hin erstreckt; die Fig. 2, 3 und
4 sind ähnliche Ansichten von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen, bei welchen
der Magnet oder Halter nur auf einer Seite der Stütze angeordnet ist; der erforderliche
Massenausgleich wird dadurch erreicht, daß man die Feder so anordnet, daß sie sich
nach beiden Seiten der Federstütze erstreckt.
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Fig. 5 ist eine ähnliche Ansicht einer anderen Modifikation, bei welcher
eine andere Schwingungsart für das schwingende System verwendet wird, und Fig. 6
veranschaulicht eine weitere Modifikation, bei welcher ein Magnet so angeordnet
ist, daß er eine geradlinige Schwingung vollführt, und zwar infolge einer dritten
Schwingungsart, der longitudinalen.
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Die entsprechenden Teile sind bei den verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, wie sie in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen dargestellt
sind, mit den gleichen Kennummern bezeichnet.
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Der in Fig. i der Zeichnungen dargestellte Mechanismus umfaßt einen
Schwingmagnet i, getragen durch eine Feder 2, die seine Schwingung zuläßt und als
Stütze für ihn dient, ferner ein magnetisches Hemmrad 3, an einer drehbaren Spindel
4. befestigt, welch letztere durch einen äußeren Antriebsmechanismus wie z. B. das
Uhrwerk einer Uhr angetrieben werden kann.
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Wie in Fig. i gezeigt, ist der Magnet i im allgemeinen ein U-förmiger
Dauermagnet mit nach innen gekehrten Enden 5, welche parallele Polstirnflächen entgegengesetzter
magnetischer Polarität bilden, die einander gegenüberstehen und durch einen schmalen
Spalt getrennt sind, in welchen das Rad 3 hineinragt, so daß ein kleiner Luftspalt
zwischen jeder der Polflächen des Magnets i und der angrenzenden Seite des Rades
3 besteht.
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Die Feder 2 besteht aus einer flachen Blattfeder oder Zunge, vorzugsweise
aus Beryllium, Kupfer oder Chronovar, und ist an dem Magneten i an dem Ende angebracht,
das von den Enden 5 am weitesten entfernt ist. Sie erstreckt sich in der Ebene des
Magnets i und ist befestigt an einer festen Stütze 6. an einer Stelle, die etwa
in der Mitte zwischen den äußersten Endendes Magnets i liegt. Die Feder 2 ist also
an einem Punkt unterstützt, der sich ungefähr in dem Schwerpunkt des schwingenden
Systems, das aus dem Magneten i und der Feder 2 besteht, befindet.
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Der Magnet i ist so ausgebildet, daß er unter dem Einfluß der Feder
2 schwingt, indem er eine Schaukelbewegung vollführt um eine Achse, die parallel
zur Spindelachse 4 ist, so daß die von den nach innen gekehrten Enden 5 des Magnets
gebildeten Polflächen auf die Spindel 4 zu bzw. von ihr weg schwingen, in einer
Richtung, die parallel zu der Ebene des Hemmrades 3 ist.
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Die Schwingbewegung des Magnets veranlaßt die von den nach innen gekehrten
Enden 5 des Magnets gebildeten Polflächen, sich bei der Drehung des Rades 3 mit
Bezug auf dieses Rad auf einem wellenförmigen Pfad zu bewegen. Das Rad besitzt einen
Kranz 7 von hoher magnetischer Permeabilität, der so gestaltet ist, daß er diesem
wellenförmigen Pfad möglichst nahekommt unter Berücksichtigung der wechselnden Amplituden
der Pole 5. Der Magnet ist also mit dem Rad durch magnetische Anziehungskräfte gekoppelt,
die über die Spalte zwischen den nach innen gekehrten Enden des Magnets 5 und dem
Kranz 7 des Rades wirken. Die magnetische Anziehung ist kräftig genug, um die Drehung
des Rades gegen das auf dasselbe durch die Spindel 4 ausgeübte Drehmoment zu steuern,
so daß das Rad gezwungen ist, mit einer Drehzahl zu rotieren, die von der Eigenschwingungszahl
des aus Magnet i und Feder 2 bestehenden Schwingsystems bestimmt wird.
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Das Schwingsystem wird durch die Drehung des Rades 3 angetrieben;
damit das Schwingsystem frei schwingen kann mit einer Schwingungsweite, die durch
die Energie seiner Schwingung bestimmt wird, besitzt der Kranz 7 magnetische Verlängerungen
8 und 9, "die Abzweigungen des Wellenweges bilden und so angeordnet sind, daß die
Polflächen des Magnets den Wellenweg 7 verlassen und sich längs einer der Verlängerungen
8 oder 9 bei jeder äußersten Stellung der Schwingbewegung des Magnets bewegen können.
Die Verlängerungen
8 auf der einen Seite des Kranzes 7 stehen nach
außen von ihm ab, während die Verlängerungen 9 auf der anderen Seite sich nach innen
erstrecken und von Speichen gebildet, werden, die den Kranz 7 mit der Nabe des Rades
verbinden.
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Es ist klar, daß die Achse, um welche der Magnet i schwingt, sich
nahe der festen Stütze 6 befindet und an der Seite derselben, die den nach innen
gekehrten Enden 5 des Magnets abgekehrt ist.
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Die Länge der Feder 2 ist so gewählt, daß die feste Stütze 6 ungefähr
im Schwerpunkt des Schwingsystems angeordnet ist oder etwas nach den nach innen
gekehrten Enden 5 zu verschoben, so daß die Achse, um welche der Magnet schwingt,
durch den Schwerpunkt geht. Eine extrem genaue Einstellung der Lage der Stütze in
bezug auf den Schwerpunkt ist nicht notwendig, da das System für kleine Abweichungen
zwischen der Lage der Stütze 6 und ihrer theoretisch genauen Lage mit Bezug auf
den Schwerpunkt bzw. die Schwingachse des Schwingsystems nicht empfindlich ist.
Die Wirkung der Anordnung ist die, daß der Zusammenbau von Magnet und Feder praktisch
in den Ma#1#n ausgeglichen ist, und zwar um eine Achse, die im rechten Winkel ist
zu der Ebene, in welcher der Magnet durch die Biegung der Feder 2 bewegt werden
kann. Infolge dieses Massenausgleiches ist die Ankerhemmung gegenüber ungünstigen
Einwirkungen von Stößen und Schwingungen sehr viel widerstandsfähiger, als es der
Fall sein wfirde, wenn das Schwingsystem nicht um seinen Unterstützungspunkt ausgeglichen
wäre. Die ausgeglichene Anbringung des Magnets vermindert auch bei der Zeitregulierung
des Schwingsystems die Fehler der Lage, welche durch die Einwirkung der Schwerkraft
auf das erwähnte Schwingsystem auftreten.
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Fig.2 der Zeichnungen zeigt eine abgeänderte Ausführung der Erfindung,
bei welcher das Schwingsystem zwei Halter i umfaßt, in der Form ferromagnetischer
Stangen oder Stäbe, befestigt an den Armen einer im allgemeinen U-förmigen Feder
2, welche wiederum an einer festen Stütze 6 befestigt ist mittels einer Federzunge
2°, die zwischen den äußeren Armen des U angeordnet ist und nach innen zu
von der Basis des U in Richtung auf die Halter i hervorsteht. Bei dieser
Bauart sind die Halter i gänzlich auf einer Seite der Stütze 6 angeordnet, während
sich die Feder 2 auf beiden Seiten der Stütze erstreckt. Das Schwingsystem, bestehend
aus den Haltern i und der Feder 2, ist im wesentlichen in der gleichen Weise ausgeglichen
wie das in Fig. i beschriebene System, indem das Gewicht der Halter i und eines
Teiles der Feder 2 auf einer Seite der Stütze 6 ungefähr ausgeglichen wird durch
das Gewicht des Teiles der Feder 2 auf der entgegengesetzten Seite der Stütze 6.
In der Ausführung nach Fig. 2 sind die Halter i keine Dauermagnete, sondern aus
verlustarmem Material verfertigt, z. B. Mu-Metall, und werden durch einen festen
Dauermagnet io magnetisiert, dessen Polflächen ii und 12 entgegengesetzte magnetische
Polarität besitzen und nahe den äußeren Enden der Halter angeordnet sind, ohne siVdoch
zu berühren: Das Hemmrad 3 arbeitet mit den Polflächen an den inneren Enden der
Halter i in der gleichen Weise zusammen, wie das in Fig. i dargestellte bzw. dort
beschriebene Rad 3 mit den Polflächen des in jener Figur gezeigten Magnets zusammen
arbeitet.
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Fig.3 der Zeichnungen veranschaulicht eine weitere modifizierte Bauart,
bei welcher ein Dauerstabmagnet i von einer im allgemeinen T-förmigen Feder 2 getragen
wird, mit Verlängerungen 3° an den Enden des Querbalkens des T, die zu dem
Steg 3b desselben parallel laufen. Der Magnet i ist am freien Ende des Steges 3b
befestigt, und die Feder wird dadurch abgestützt, daß die Enden der Verlängerungen
3° an einem Paar fester Stützen 6 befestigt sind, welche auf einer Achse X angeordnet
sind, die ungefähr durch den Schwerpunkt des aus Magnet i und Feder 2 bestehenden
Schwingsystems geht. Diese Ausführung ist ähnlich jener nach Fig. 2 in der Hinsicht,
daß die Feder 2 sich mit ihrem Steg 3b zu beiden Seiten der Stützen 6 erstreckt,
so daß der Magnet i und der Teil der Feder 2, an welcher der Magnet befestigt ist,
in seiner Masse praktisch ausgeglichen wird durch den Teil der Feder 2, der sich
auf der vom Magneten i abgekehrten Seite der' Stützen 6 befindet.
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Der Magnet i in der Ausführung nach Fig. 3 steht in Wechselwirkung
mit einem Paar Hemmrädern 3, die auf gemeinsamer Spindel ¢ befestigt und axial ausgerichtet
sind, so daß jedes Ende des Stabmagnets i mit dem Kranz 7 und den Verlängerungen
8 und 9 eines der Räder 3 zusammen arbeitet. Natürlich ist zwischen jedem Ende des
Magnets i und dem benachbarten Rad 3 ein kleiner Luftspalt.
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Fig.4 veranschaulicht eine andere Ausführung, bei welcher ein Magnet
i an einer im allgemeinen T-förmigen Feder 2 sitzt, welche durch Verlängerungen
3° an einem Paar fester Stützen 6 befestigt ist, die auf einer Achse X angeordnet
sind, welche ungefähr durch den Schwerpunkt des aus Magnet i und Feder 2 bestehenden
Schwingsystems geht. Bei dieser Ausführung ist der Magnet i ein Stabmagnet, dessen
eines Ende in Wechselwirkung steht mit einem Hemmrad 3, montiert auf einer Spindel
4, deren Achse im rechten Winkel zu der Achse X und zu der Ebene der Feder 2 steht.
Das Hemmrad 3 ist im allgemeinen von zylindrischer Gestalt, mit einem wellenförmigen
magnetischen Pfad 7 versehen sowie mit Vorsprüngen 8 und 9 auf seiner peripheren
Rotationsfläche. Der Magnet i schwingt annähernd um die Achse X in der Weise, wie
durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet; die Oberfläche des Hemmrades 3 ist in Richtung
seiner Längsachse gekrümmt, um sich der Bewegungskurve des aktiven Pols des Magnets
i anzupassen. Natürlich besteht zwischen dem Rade 3 und der benachbarten Polfläche
des Magnets i ein kleiner Luftspalt.
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Fig.5 der Zeichnungen veranschaulicht eine weitere Art der Ausführung,
umfassend einen schwingenden Magnet i an dem Steg 3b einer im
allgemeinen
T-förmigen Feder angebracht; diese Feder besitzt Verlängerungen 3a, durch welche
sie an einem Paar fester Stützen 6 befestigt ist, welche auf einer Achse X angeordnet
sind, die annähernd durch den Schwerpunkt des aus Magnet i und Feder 2 bestehenden
Systems geht. Bei dieser Ausführung ist der Magnet i so- ausgebildet, daß er Drehschwingungen
um die Achse des Steges 3b der Feder vollführt, wobei der Steg 3b als Torsionsfeder
wirkt. Der Magnet i ist im allgemeinen ein U-förmiger Dauermagnet und besitzt nach
innen zugekehrte Enden 5, die so ausgebildet sind, daß sie mit einem Hemmrad 3 zusammen
arbeiten, welches zwischen den Polen 5 auf einer Spindel 4 montiert ist, deren Achse
im. rechten Winkel zur Ebene der Feder 2 und im rechten Winkel zur Drehschwingungsachse
des Magnets i und der Zunge 3b steht. Das Hemmrad besteht bei dieser Bauart aus
einer verlustarmen magnetischen Scheibe, z. B. Mu-Metall, mit radialen Wellungen
versehen, die so angeordnet sind, daß der Rand der Scheibe den Wellenpfad 7 bildet,
der mit den Polen 5 des Ankers zusammen arbeitet. Die Scheibe ist so gestaltet,
daß der Wellenpfad 7 eine ungerade Anzahl Wellen umfaßt; dies ist notwendig, damit
die sich diametral gegenüberstehenden Pole des Magnets i gleichzeitige miteinander
zusammenwirken können.
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Bei der Bauart nach Fig. 5 werden die vorher beschriebenen Verlängerungen
bzw. Ausdehnungen 8 und 9 des wellenförmigen magnetischen Pfades nicht verwendet.
Die Schwingung des Magnets muß daher in ihrer Schwingungsweite ungefähr der Amplitude
des Wellenpfades 7 entsprechen. Um unter diesen Bedingungen einen zufriedenstellenden
Betrieb zu erreichen, ist es notwendig, das auf die Spindel 4 ausgeübte Drehmoment
zu regulieren, so daß die Schwingungsweite des Magnets, die von der auf das Schwingsystem
übertragenen Energie herrührt, nahezu mit der durch den Wellenpfad 7 festgesetzten
Amplitude übereinstimmt, oder aber die Pole des Magnets müssen dicker gestaltet
werden (in Richtung der Schwingung), um Spielraum für die wechselnden Schwingungsweiten
zu haben.
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Fig.6 der Zeichnungen zeigt eine weitere Modifikation der Erfindung,
welche einen U-förmigen Dauermagnet i verwendet ähnlich jenem, der unter Bezugnahme
auf Fig. i beschrieben wurde, mit nach innen gekehrten Enden 5,. die Pole entgegengesetzter
Polarität bilden und sich an einem Spalt gegenüberstehen, in welchem ein Hemmrad
3 ähnlich jenem, das unter Bezugnahme auf Fig. i beschrieben wurde, angeordnet ist!
In der Ausführung nach Fig.6 wird der Magnet durch eine Steuerfeder 2 gehalten,
deren Ebene die Ebene des Ilemmrades 3 schneidet, sie ist so ausgebildet, daß sie
geradlinig schwingt, wie durch die Pfeile in Fig. 6 angedeutet. Die Feder 2 kann
so konstruiert sein, daß sie in Richtung ihrer Längsachse elastischer ist, um diese
Art der Schwingung zu erleichtern, obwohl eine gerade Feder bei hoher Frequenz Längsschwingungen
vollführt. Die Halterung 6, an welcher die Feder 2 befestigt ist, befindet sich
ungefähr im Schwerpunkt des aus Magnet i und Feder 2 bestehenden Schwingsystems,
so daß der Magnet in seiner Masse praktisch um die Halterung herum ausgeglichen
und daher verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Gravitationskräften ist, die dazu
neigen, die Magnetpole in Richtung der Drehung des Rades 3 zu verschieben, daher
ist er auch unempfindlich gegenüber Stößen.
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Im Vergleich zu der üblichen Unruhe der Uhren hat der schwingende
Magnet gemäß dieser Erfindung den Vorteil, daß er keine Lager besitzt und daß es
daher weder Lagerreibung noch Verschleiß gibt.
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Die ausgeglichene Anordnung des Magnets ermöglicht die Verwendung
eines Schwingsystems mit verhältnismäßig niedriger Eigenfrequenz, z. B. in der Größenordnung
von 50 Perioden pro Sekunde, ohne daß der Mechanismus bei Stößen übermäßig
empfindlich ist und ohne die Einführung eines ernstlichen Fehlers der Lage. Wie
dem Fachmann bekannt ist, hängt die Neigung zu Fehlern der Lage und der Grad der
Empfindlichkeit des Mechanismus gegenüber Stößen von der Frequenz ab, für welche,
das Schwingsystem ausgebildet ist. Ein System von verhältnismäßig hoher Frequenz
ist an und für sich widerstandsfähiger gegenüber Stoß und weniger Fehlern der Lage
unterworfen. Durch die Auswuchtung des Systems gemäß der Erfindung wird der Widerstand
gegenüber Stößen erheblich vergrößert und die Neigung zu Fehlern der Lage vermindert
im Vergleich zu einer unausgewuchteten Anordnung, die bei gleicher Frequenz arbeiten
soll.
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Bei einem transportablen Uhrwerk, wie z. B. einer Weckeruhr, ist es
zweckmäßig, den Magnet so auszubilden, daß er bei einer Frequenz schwingt, die der
Frequenz der öffentlichen Stromversorgung entspricht, z. B. 5o Perioden/sec., da
dies die stroboskopische Einstellung des Schwingsystems erleichtert durch bloße
Betrachtung der Magnetanordnung in einem von der Lichtleitung gespeisten Licht.
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Jedes angemessene Verfahren kann zur Einstellung der Eigenschwingungszahl
des Schwingsystems zwecks Regulierung der Uhr verwendet werden. Beispielsweise kann
die Frequenz eingestellt werden durch Belasten des Magnets i oder durch Änderung
der wirksamen Länge der Feder 2. Die Fig. i der Zeichnungen zeigt eine einfache
Reguliervorrichtung, die aus einer exzentrischen Klemmscheibe 12a besteht, welche
durch einen Hebelarm 13 betätigt wird. Die Feder 2 ist fest eingespannt zwischen
einem Ansatz der Schraube 14 und der festen Stütze 6. Die Scheibe i2a ist federbelastet
dut eine Thackery - Unterlegscheibe 15 gegen die 2. Durch Drehen der Exzenterscheibe
12a mittels des Hebels 13 kann die wirksame Länge der Feder 2 zum Zweck der Regulierung
der Eigenfrequenz des Schwingungssystems eingestellt werden.
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Es ist zu beachten, daß die Feder 2, wie sie bei den verschiedenen
vorher beschriebenen Ausführungen
verwendet wird, an sich in einer
Ebene steif ist und so angeordnet, daß diese ihr anhaftende Steifigkeit verhindert,
daß der Magnet oder Halter i sich auf das Hemmrad zu oder von ihm fort bewegt, womit
der Luftspalt oder die Luftspalte zwischen dem Magnet oder Halter und dem Hemmrad
aufrechtererhalten bleiben.
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Falls die Dicke des Magnets nicht zu vernachlässigen ist, wie z. B.
in der Ausführung nach Fig. i, sollte er da halbiert werden, wo er an die Feder
anschließt, damit die letztere in der Dicke des Magnets liegt. Wahlweise kann die
Feder auch gebogen werden, um den gleichen Zweck zu erreichen.