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Magnetspule zum Öffnen und Schließen von Schaltkontakten oder zum
Antrieb eines Schwingankers Die bekannten Magnetspulen zum Öffnen und Schließen
von Schaltkontakten oder zum Antrieb eines Schwingankers für Läutwerke, Summer,
Wechselrichter od. dgl. haben eine Wicklung auf einer ummagnetischen Hülse, in welcher
ein verschiebbarer Eisenkern als Anker oder auch ein feststehender Eisenkern angeordnet
ist, welch letzterer mit einem beweglichen Anker, z. B. einem Schwinganker, zusammenwirkt.
Diese Spulen üben unter Strom auf den Eisenkern eine einziehende Kraft aus. Ein
verschiebbarer Eisenkern kommt in der Spule in einer Mittellage zur Ruhe.
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Gemäß der Erfindung wird der Spulenwicklung eine Eisenhülse zugeordnet,
die mit dem in der Spulenhülse befindlichen Eisenkern keine magnetische Verbindung
hat, beispielsweise von ihm durch eine Schicht ummagnetischen Werkstoffes oder einen
Luftspalt getrennt ist. Derartige Spulen unterscheiden sich von den üblichen Spulen
dadurch, daß innerhalb des Eisenkerns, der sich je nach Zweckmäßigkeit im einzelnen
Fall über die ganze Spulenlänge oder einen Teil derselben erstrecken kann, eine
von der Mitte nach den Enden abstoßende Kraft ausgeübt wird. Diese abstoßende Kraft
kann, wie an Hand der nachstehend beschriebenen Beispiele für Schalt- und Schwingankergeräte
gezeigt wird, zur Verstärkung der den Anker bewegenden Kräfte ausgenutzt werden,
so daß bei einem sehr kleinen Stromverbrauch eine erhebliche Zugwirkung zustande
kommt. Beispielsweise haben sich für Schalter, Summer, Läutwerke usw. Spulen als
weitaus ausreichend erwiesen, die für eine Spannung von 8 Volt und eine Stromstärke
von @2o Milliampere gewickelt sind. Diese kleine Stromstärke ermöglicht es, das
Gerät ohne fühlbaren Mehraufwand auch für hohe Spannungen zu
verwenden,
weil als Widerstände billige, für derart kleine Stromstärken zulässige Schichtwiderstände
verwendet werden können, wie sie in Rundfunkgeräten üblich sind. Da zwischen den-Anslußklemmen
der Spule -stets `eine. "niedrige Spanliung _ herrscht, können die Leitungen nach
den Einschaltmitteln, z. B. Druckknöpfen, in Schwachstrom= ausführung gehalten werden.
Man kann die Spulenwicklung aber auch für eine '.hohe Spannung, z. B. 2290 Volt,
bemessen, wobei dann die für den Betrieb erforderliche Strornstäiake unter i Miniampere
bleibt. Diese Stromstärke kann schon durch Handberührung zustande kommen, so daß
Läutwerke, Summer o(d. dgl., die mit solchen Spulen ausgerüstet sind, ohne zusätzliche
Einrichtungen als Warngeräte, beispielsweise zum Zwecke der Einbruchssicherung verwendbar
sind.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für
Schaltgeräte
und Sohwingankergeräte - nach der Erfindung in sechs Figuren dargestellt, eis zeigen
Fig. i bis 3 Längsschnitte von drei verschiedenen Schaltgeräten, Fig. 4. einen Schnitt
nach A-B der-Fig: 2, Fig.5 den Längsschnitt eines Schwingankerger ätes, Fig.6 die
Zusammenschaltung eines Schwingankergerätes mit einer -Batterie in einem Wechselstromnetz.
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Die SpulenwiCklung i ist bei allen dargestellten Beispielen teilweise
oder ganz auf einer Eisenhülse z angeordnet, die innen mit einer Schicht aus einem
unmagnetischen- Werkstoff versehen ist, so daß die in der Spule angeordneten Eisenteile
mit der Eisenhülse 2 keine magnetische Verbindung haben.
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Bei den Ausführungsbeispielen für Schaltgeräte nach den Fig. r bis
4. ist, die Spule senkrecht angeordnet, und die Eisenhülse 2 reicht vom unteren
Ende her in die Spule hinein und erstreckt sich nur auf einen Teil, z. B. 'wie dargestellt,
auf annähernd die Hälfte der Spulenlänge. Unten kann ,die Eisenhülse 2 ein Stück
weit aus der Spule (herausragen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.,i :hat zwei bewegliche Eisenkerne
3 und 4, die von der Eisenhülse 2 durch eine Hülse 5 aus einem nichtmagnetischen
Werkstoff getrennt sind. Der untere Eisenkern-3 liegt in der .unteren Stellung ganz
innerhalb der Eisenhülse z-. Aufeinanderliegen@d- haben die beiden Eisenkerne in
der unteren Lage eine solche Länge, daß das Ende .des oberen Eisenkerns 4 noch in
den eisenfreien Oberteil der Spule .hineinragt. Die beiden Eisenkerne 3 und 4 verhalten
sich, wenn sie miteinander in Berührung sind; wie ein einziger Eisenkern. Da die
beiden Eisenkerne zusammen in ihrer tiefsten St#-,ll(ung über den Eisenkern .2 hinausragen,
wirkt bei- Stromschluß die Eisenhülse 2 nach oben .abstoßend -und der eisenfreie
Spülenteil nach oben ziehend. Die beiden Eisenkerne-3 und 4 werden also miteinander
nach oben bewegt, wobei .das obere Ende des oberen Eisenkerns 4 aus der -Spule heraustritt
und.Kontakte schließt. Indem Beispiel sind Federkontakte 6 angedeutet, zwischen.
die der obere .Eisenkün 4 -mit -einer -Rille -7 einrastet (s. strichpunkfiert gezeichnete
Lage Fig. i). Solange die Spule unter Strom steht, bleiben die beiden Eisenkerne
3 und 4 unter der gegenseitigen :Anzugskraft in der oberen Endstellung beieinander.
Wird der Strom ausgeschaltet, so fällt der untere Eisenkern 3 in seine tiefste Stellung
ab, während der obere Eisenkern 4. zwischen den Kontakten 6 in der oberen Stellung
hängenbleibt und damit den l,',ontaktschluß weiterhin aufrechterhält. Beim erneuten
Einschalten des Spulenstromkreises wird der weit über die -Mittellage Turn eisenfreien
Teil der Spule hinausbewegte obere Eisenkern 4 unter Überwindung der von den Kontakten
6 auf ihn ausgeübten äußeren Kraft in die Spule hineingezogen, um sich in eine Mittelage
zum eisenfreien `Feil einzustellen. Der untere Eisenkern 3 bleibt in seiner unteren
Stellung, da auf ihn im unteren Teil der. Eisenhülse--> eine nach unten gerichtete
Kraft ausgeübt wird. Nach erneutem Ausschalten das Spulenstromes fällt der obere
Eisenkern 4 vollends auf den unteren Eisenkern 3 ab. Der obere Eisenkern kann natürlich
auch in anderer Weise Kontakte schließen, beispielsweise auf einen Quecksilberkippschalter
wirken. Da bei einem Stromsehluß die Einschaltstellung und beim nächsten Stromschluß
die Ausschaltstellung herbeigeführt wird, 'kann zum Schalten der Spule ein einfacher
Druckknopf verwendet werden. Die Spule kann mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben
werden.
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Die Zugkraft der Spule ist durch das Hinzutreten der .Ausstoßkraft
im Bereich der Eisenhülse o stark erhöht, und die notwendige Anzugskraft kann mit
einem sehr kleinen Strom erreicht werden. Die Spule (und das gilt auch für alle
übrigen Ausführungsbeispiele) wird vorzugsweise für eine kleine Spannung von z.
B. B. Volt und eine Stromstärke von etwa 2o Milliampere gewickelt und kann so unmittelbar
an eine Batterie angeschlossen werden. Man kann aber auch die Spule an ein Starkstromnetz
anschließen. wobei der Spulenwic1clung ein Widerstand vorzuschalten ist. Dieser
Wiederstand kann bei der sehr kleinen Stromstärke als Schicht-,viderstand ausgebildet
sein. Zwischen den Klemmen der Spule herrscht in jedem Fall eine niedrige Spannung,
so daß die Leitungen zu dem Einschaltdruckknopf in -Schwachstromausführung ge4ialten
werden können.
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Das .Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stimmt hinsichtlich derAnordnung
derEisenhülse2 im wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i überein.
Es sind auch zwei z. B. hohle Eisenkerne 8 und 9 vorgesehen, die, in ihrer unteren
Endlage aufeinanderliegend, bis in den eisenfreien Teil der Spule hineinragen. Die
beiden Eisenkerne8 und 9 befinden sich in einer geschlossenen Röhre io aus einem
nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. einer evakuierten oder gasgefüllten Glasröhre,
und haben daher mit der Eisenhülse 2 keine magnetische Berührung. Der obere Eisenkern
9 ist an einer mit dem oberen Boden der Röhre,i o fest verbundenen, z. B. in das.
Glas eingeschmolzenen Drallspin:del ii geführt. Der untere Eisenkern 8 hat an seiner
unteren - Stirnseite - Kontaletspitzen 12, mit denen
er in durch
sternförmig angeordnete Trennwände 13 (s. Fig. q.) voneinander isolierte Zellen
eines Quecksilbernapfes 1q. eintauchen und zwischen einzelnen Zellen eine stromleitende
Brücke bilden kann.
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Die Anordnung ist beispielsweise (s. Fig.4) so getroffen, daß der
Quecksilbernapf vier Zellen hat, von denen drei mit Anschlußkontakten 15 versehen
sind, wobei ein Kontakt an das Netz und die beiden anderen Kontakte an Verbraucher
angeschlossen sind. Die vierte Zelle hat keinen Kontakt. Der Eisenkern 8 hat drei
Kontaktspitzen 112. Je nach Drehstellung des Eisenkerns 8 sind also entweder beide
Verbraucher vom Netz abgeschaltet oder an dieses angeschlossen, oder es ist der
eine oder der andere Verbraucher an das Netz angeschlossen. Es liegt also eine Serienschaltung
vor.
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Beim Einschalten des Spulenstromes werden, wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. i, die beiden Eisenkerne 8 und g miteinander angehoben, wobei der obere
Eisenkern g und damit auch der von diesem magnetisch festgehaltene untere Eisenkern
8 infolge der Drallführung,iu eine Drehbewegung, im vorliegenden Beispiel eine Vierteldrehung,
ausführen. Wenn der Spulenstrom ausgeschaltet wird, fällt der untere Eisenkern 8
in der neuen Drehstellung rasch ab, während der obere Eisenkern infolge seiner Reibung
an der Drallspindel m langsamer nach unten folgt. Der untere Eisenkern fällt also
in der beim Aufwärtsgang erreichten Drehstellung ab und verbindet mit seinen Kontaktspitzen
:1L2 drei andere Quecksilberzellen, so daß eine Umschaltung bewirkt ist.
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Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 hat die beschriebene Anordnung
der Eisenhülse 2. Zum Unterschied von den vorhergehenden Beispielen ist nur ein
einziger Eisenkern 16 vorgesehen, der so lang bemessen ist, daß er mit seinem oberen
Ende noch in den eisenfreien Teil der Spule hineinragt. Der Eisenkern 16 ist, wie
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, in einer geschlossenen Röhre io aus einem
nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. einer Glasröhre, angeordnet. Sein unteres Ende
ist, wie das des unteren Eisenkerns 8 in Fig. 2, mit z. B. drei Kontaktspitzen 17
versehen, die in einen gemäß Fig. q. durch sternförmig angeordnete Trennwände in
Zellen unterteilten Quecksilbernapf 1q. tauchen. Das obere Ende des Eisenlterns
,i@6 trägt eine Zahnung 18, die in der oberen Endstellung des Eisenkerns mit einem
festen Anschlag igzusammentrifft, wobei eine einseitige Abschrägung der Zähne eine
Verdrehung des Eisenkerns bewirkt. Im vorliegenden Fall sind vier Zähne vorgesehen,
wodurch am oberen Hubende annähernd eine Vierteldrehung des Eisenkerns 16 zustande
kommt. Die Vollendung der notwendigen Vierteldrehung findet am unteren Hubende statt,
dadurch, daß die Kontaktspitzen 1'.7 mit einer einseitigen Abschrägung an den oberen
Rändern der Trennwände 13 des Quecksilbernapfes 1q. abgleiten.
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Der Eisenkern -116 wird durch die nach oben abstoßende Kraft der Eisenhülse
2 und die nach oben gerichtete Zugkraft des eisenfreien Teils der Spule . beim Einschalten
des Spulenstromkreises energisc111 und eindeutig in die obere Endstellung gebracht
und fällt nach Ausschalten des Spulenstrom.es, um go° verdreht, in die untere Endstellung
ab, so daß er mit seinen Kontaktspitzen 17 in ;drei andere Ouersilberzellen taucht
und eine Umschaltung vorgenommen hat.
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Die bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 erreichte
Serienschaltung wird durch einfaches Ein- und Ausschalten der Spule mittels eines
Druckknopfschalters bewirkt, so daß eine komplizierte Schaltung mit mehradrigen
Kabeln vermieden ist.
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Die Schalter nach den Fig. i bis q. können für die gebräuchlichsten
Zwecke so -bemessen werden, daß sie in einer Wanddose von der Größe einer üblichen
Abz-uvei!gdose untergebracht werden können. Die kleinen Abmessungen der Spule ergeben
sich aus der Zusammenwirkung der abstoßenden Kraft der Eisenhülse 2 und der gleichgerichteten
Zugkraft des eisenfreien Spulenteils, weil auf diese Weise ein nur kurzer Eisenkern
bis an das Spulenende oder darüber 'hinaus bewegt werden kann. Auch für die Unterbringung
eines Schichtwiderstandes für den Anschl@uß an ein Starkstromnetz bietet eine einfache
Wanddose genügend Platz.
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Die Fig. 5 zeigt ein Wechselstromschwingankergerät für Läutwerke,
Summer, Klopfer, Wechselrichter od.,dgl. Die Eisenhülse 2 erstreckt sich hierbei
über die ganze Länge der Spulenwicklung i und ist innen mit einer Hülse m aus einem
nichtmagnetischen Werkstoff ausgekleidet, so daß die im Innern des Spulenhohlraumes
befindlichen Eisenteile mit der Eisenhülse 2 keine magnetische Berührung haben.
Von der einen Seite her ist in die Spule ein feststehender Eisenkern 2@i eingesetzt,
der am anderen Ende noch innerhalb der Spule verbleibt. In den freien Raum der Spule
ragt vom anderen Ende her ein kleiner bewegliclher Eisenkern 22 hinein, welcher
mit einer einseitig eingespannten Blattfeder 3 einer Stahlmembran od. dgl. einen
Schwinganker bildet. Infolge der Anordnung der Eisenhülse :2 in der Spule wird auf
den beweglichen Eisenkern 22 je nach seinem Abstand von dem feststehenden Eisenlzern
2ii abwechselnd eine einziehende und abstoßende Kraft ausgeübt, wodurch sich ein
kräftiger Ausschlag ergibt. Der feststehende Eisenkern 2,1 wird in der Spule vorzugsweise
verstellbar angeordnet, so daß er mit seinem freien Ende in die günstigste Lage
zum Schwinganker 212, 23 eingestellt werden 'kann.
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Der Ausschlag des Schwingankers 22, i#z3 kann noch erheblich
verstärkt werden, wenn, wie in Fig. 5 strichpunktiert angedeutet, der feststehende
Eisenkern 211 durch einen außen um die Spule herumgeführten Eisenbügel24 mit dem
Schwinganker 22, 2@3 zu einem magnetischen Kreis zusamtriengeschlossen wird. Noch
wirksamer wird der Ausschlag des Schwingankers, wenn auch die sich durch die ganze
Spule hindurch erstreckende Eisenhülse 2 mit dem Schwinganker zu einem magnetischen
Kreis zusammengeschlossen wird.
Der hierzu erforderliche Eisenbügel
25 ist in der Fig.5 ebenfalls strichpunktiert angedeutet. An Stelle dieser Anordnung
kann auch der Schwinganker 12L2, 23 auf der dem feststehenden Eisenkern 2i abgekehrten
Seite unter den Einfluß eines in Fig.5 strichpunktiert angedeuteten Dauermagneten
26 gebracht werden. Wenn die Eisenhülse .2 nicht zu einem magnetischen Kreis geschlossen
wird, braucht sie nicht ganz durch die Spule hindurchzugehen; es genügt dann, wenn
sie von dem offenen Spulenende aus bis in den Bereich des feststehende Eisenkerns
2 i hineinreicht.
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Die Spulenwicklung wird auch bei diesen Geräten vorzugsweise für eine
niedere Spannung bemessen und erhält für den Anschluß an ein Starkstromnetz einen
Vorschaltwiderstand in Gestalt eines Schichtwiderstandes. Zwischen den Vorschaltwiderstandund
die Spulenwicklung wird vorteilhaft ein @Gleichrichter, z. B. ein Trockengleichrichter,
eingeschaltet. Es hat sich gezeigt, daß der pulsierende Gleichstrom einen erheblich
stärkeren Ausschlag des Schwingankers bewirkt als der Wechselstrom. Derartige Schwingankergeräte
können auch zur Übertragung von Schallplatten und Rundfunkdarbietungen verwendet
werden.
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Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt; der Spule i ein Widerstand 27 und ein
Gleichrichter 28 vorgeschaltet ist, so kann in Parallelschaltung zur Spulenwidklung,i
eine Batterie 29 vorgesehen werden. Die letztere wird, solange der Strom aus dem
Netz fließt, mit einer ihrer Spannung entsprechenden niederen Spannung aufgeladen.
Fällt der Netzstrom aus, so springt, ohne :daß eine Umschaltung notwendig ist,-
die Batterie als Stromquelle ein. Mit Rücksicht auf den Betrieb mit dem Batteriestrom
muß das SChwingankergerät mit einem Unterbrecher 3o ausgerüstet sein.
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Die Spule kann, anstatt für eine niedere Spannung, auch für eine !höhere
Spannung, z. B. 2@2o,Volt, gewickelt sein. Dann beträgt der zum Betrieb notwendige
Strom weniger als i Milliampere. Diese Ausführung hat praktische Bedeutung für Läutwerke
und Summer. Der Strom von i Milliampere ist so klein, daß er schon :durch Handberührung
zustande -kommt. Wenn also beispielsweise der Klingeldraht an einen isoliert aufgestellten
Kassenschrank gelegt wird; so kommt die Klingel in Tätigkeit, wenn der Kassenschrank
mit der Hand berührt wird. Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand eine zuverlässige
Warnanlage zum Zwecke der Einbruchssicherung geschaffen.