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Stromstoßerzeuger Die Erfindung befaßt sich mit Stromstoßerzeugern,
bei welchen infolge einer Relativbewegung zwischen einer Spule und einem Dauermagneten
in der Spule ein Stromstoß erzeugt wird. Nach älteren Vorschlägen sind derartige
Stromstoßerzeuger im allgemeinen so aufgebaut, daß ein Dauermagnetkern in den Innenraum
einer Spule hineinbewegt oder aus dieser herausbewegt wird. Als besonders zweckmäßig
hat es sich erwiesen, den Dauermagnetkern in den Innenraum einer Spule einzubringen,
die von einer den Rückschluß für die Kraftlinien bildenden Eisenkapsel umgeben ist,
und den Dauermagnetkern aus diesem System herauszubewegen.
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Solche Stromstoßerzeuger können für die verschiedensten Zwecke benutzt
werden. Ein besonderes Anwendungsgebiet stellt die Zündung von Sprengladungen dar,
die vornehmlich der sogenannten Schießarbeit in Bergwerken und Steinbrüchen dienen
und ferner auch bei Straßen- und Bahnbau verwendet werden. Derartige Einrichtungen
werden außerdem benutzt, um Stromstoßrelais zu steuern und in der Fernmelde- und
Meßtechnik Zeitenmarkenreglern Stromstöße zuzuführen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der durch Induktion erzeugte
Stromstoß dann besonders groß ist, wenn eine größtmögliche Flußänderung in geringster
Zeit erreicht wird. Voraussetzung ist mithin, daß ein starker magnetischer Kraftlinienfluß
aufgebaut wird. Dieser Aufbau wird gefördert durch geeignete Eisenrückschlußwege
für den Dauermagneten unter Anwendung von Leitkreisen, die eine plötzliche Ausschaltung
des Dauermagneten in magnetischer Hinsicht sicherstellen. Der Vorgang muß aber wiederholbar
sein, so daß nacheinander beliebig viele Stromstöße erzeugt werden können. Infolgedessen
wird gemäß der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß der mit Polschuhdeckplatten
versehene Dauermagnetkern in einen einen magnetischen KurzschTuß verursachenden
ferromagnetischen
Ring eingefahren wird. Hierdurch erleidet der Magnet nur geringfügige Formkonstantenänderungen,
die die Wiederholbarkeit des Vorganges sicherstellen und deren Größe durch Wahl
der Abstände der Polschuhplatten eingestellt werden kann. Gleichzeitig wird außerdem
eine große Formkonstantenänderung des Eisenweges erzielt, indem ein Luftspalt schlagartig
aufgerissen wird.
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Eine weitere Erkenntnis, auf der die Erfindung fußt, besteht darin,
daß der Stromstoß um so stärker ist, je größer die Geschwindigkeit ist, mit der
der magnetische Kraftlinienfluß im Bereich der Spule zusammenbricht. Die Wirkung
strebt ihrem Maximalwert dann zu, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit bei Beginn der
Entfernung aus der Spule am größten ist, weil in diesem Augenblick die Flußänderung
ihren Höchstwert besitzt. Gemäß der Erfindung wird daher angestrebt, nicht nur mit
einer möglichst großen Geschwindigkeit zu arbeiten, sondern diese Geschwindigkeit
beim Beginn der Bewegung besonders hoch zu halten. Mechanisch wird dies erreicht
durch zwei nacheinander einwirkende Federn, die dem Magneten und den mit ihm verbundenen
Teilen bei Bewegungsbeginn eine starke Beschleunigung erteilen. Magnetisch wird
der beschleunigte Zusammenbruch des Kraftlinienflusses im Bereich der Spule gefördert,
indem ein Luftspalt im Hauptrückschlußweg gebildet wird, beispielsweise durch Ablösen
eines Polschuhes bzw. Polschuhteiles vom Magneten, zweckmäßigerweise in dem Augenblick,
in welchem der Magnetkern seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat.
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Diese mechanischen und magnetischen Vorgänge können dadurch unterstützt
werden, daß im Sinne eines älteren, nicht vorbekannten Vorschlages dem gesamten
System eine Entmagnetisierungskurve großer Steilheit erteilt wird. Bei einer derartigen
Charakteristik der Kurve können Relativbewegungen zwischen Magnetkern und Spule
über eine gewisse Strecke erfolgen, ohne daß nennenswerte Flußänderungen eintreten.
Während der Zeit, die notwendig ist, um diese Strecke zurückzulegen, wird die Bewegung
auf Höchstgeschwindigkeit gebracht, die in dem Augenblick erreicht wird, wo die
Entmagnetisierungskurve in den Steilabfall übergeht und mithin die Flußänderung
plötzlich an Stärke zunimmt.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert, und weitere
Einzelheiten der Erfindung werden aufgezeigt.
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Die Zeichnungen stellen im Schnitt eine praktische Ausführungsform
eines Systems gemäß der Erfindung dar. Die Abb. I zeigt die Ausgangslage, Abb. 2
die Endlage des beweglichen Dauermagnetkerns. Das System besteht aus zwei ineinandergesetzten
Kapseln 7 und 8. Sie bilden zusammen eine rohrförmige Führung für den in Achsrichtung
beweglichen Dauermagneten 9. Koaxial zu dieser Führung ist die Spule Io eingebaut.
Die beiden Kapseln bilden an dieser Stelle zur Aufnahme der Spule eine ringförmige
Ausweitung, und sie sind hier beispielsweise durch Verschrauben miteinander verbunden,
wie bei II angedeutet.
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In der topfartigen Kapsel 8 befindet sich eine starke Spiralfeder
I2. Diese Feder wirkt auf einen Topf I3 ein. Auf diesem Topf I3 liegt der fest mit
dem Magneten verbundene Polschuh I4 lose auf. Der Polschuh I4 ist seitlich in der
rohrförmigen Hülse geführt. Auf der anderen Seite des Magneten ist ein entsprechender
Polschuh I5 angebracht und fest mit dem Magneten verbunden. Auf diesen Polschuh
wirkt der durch den Griff I6 über Schrägflächen wirkende Knebel ein und drückt in
der Ausgangsstellung den Dauermagneten 9 mit seinen Polschuhen I5 und I4 sowie den
Topf I3 gegen die Kraft der Feder I2 nieder.
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Der Topf I3 ist um einen zentralen Zapfen I7 gelagert, und zwar derart,
daß in ihm eine zweite Spiralfeder I8 Aufnahme finden kann, die ebenfalls auf den
fest mit dem Dauermagneten 9 verbundenen Polschuh I4 einwirken kann. Am oberen Ende
des Zapfens I7 ist ein Flansch oder Wulst I9 angebracht, der die axiale Bewegung
des Topfes I3 und damit der Feder I2 begrenzt. Das System wird in Achsrichtung magnetisiert,
wie durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet. Der Magnetfluß geht über den Polschuh
I5 um die Spule herum zum Polschuh I4 und zum Topf I3, der einen Teil dieses Polschuhes
I4 bildet, obwohl er mit diesem nur lose verbunden ist.
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Werden nun durch Weiterdrehen des Griffes I6 die einzelnen Teile innerhalb
der rohrförmigen Führung zur Bewegung in Achsrichtung freigegeben, so schnellt zunächst
die Feder I2 den Topf I3 in die Höhe, bis der Anschlag I9 diese Bewegung begrenzt.
In diesem Augenblick übernimmt die Feder I8 die alleinige Weiterbeförderung der
Teile I4, 9 und I5, die fest miteinander verbunden sind. Hierbei wird Teil I4 vom
Teil I3 abgerissen und getrennt (Abb. 2), so daß in einem Teil des Leitweges ein
Luftspalt 20 zunehmender Größe entsteht, bis schließlich die Feder I8 den Magneten
mit seinen Polschuhen I4 und I5 in die in Abb. 2 dargestellte Lage bringt, in der
er kurzgeschlossen ist und damit schlagartig seine magnetische Kraft in bezug auf
den Spulenkreis auf Null gebracht ist.
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Die Trennung der Teile I3 und I4 stellt eine Aufteilung des einen
Polschuhes des Dauermaigneten in zwei Teide !dar, denn im Ausgangszustand (Abb.
i) bilden diese beiden in enger Berührung miteinander stehenden Teile 13 und 14
gemeinsam den Polschuh. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Aufteilung des Polschuhes
und damit die Erzeugung des Luftspaltes eintritt, bevor der Polschuh 14 mit seinem
nach oben ragenden Kragen die Führung jenseits des Rngnutraumes für die Spule io
und damit den Kurzschluß erreicht hat.
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Die koaxial ineinander angeordneten beiden Federn, die nacheinander
zur Einwirkung gelangen, stellen sicher, daß die Bewegung mit einer außerordentlich
hohen Anfangsgeschwindigkeit gewissermaßen schleuderartig erfolgt. Die an zweiter
Stelle einwirkende Feder 18 überträgt ihre
potentielle Energie bereits
aus der Bewegung heraus, die ihr infolge der Anordnung durch die zunächst einwirkende
Feder I2 erteilt wird. Bei geeigneter Bemessung, vor allen Dingen der Feder I2,
werden die Bewegungen mit der gewünschten Geschwindigkeit erzwungen, trotz der erheblichen,
der Bewegung entgegenwirkenden Magnetkräfte. Da bei den hohen Geschwindigkeiten
für eine sichere Führung der einzeln sich bewegenden Teile Sorge zu tragen ist,
ergibt sich die Gefahr, daß im Raum der Feder I2 ein Vakuum entsteht, während sich
die Luft in dem Raum der Kapsel 7 zusammendrückt. Es hat sich daher als zweckmäßig
erwiesen, die die Führung bildenden Kapseln 7 und 8 mit Bohrungen zu versehen, die
ein freies Spiel der Luft gestatten und Luftpolsterbildungen verhindern.
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Die Bewegung des Handgriffes I6 wird über Schrägflächen 2I und 22
auf den Polschuh übertragen. Der Polschuh I5 und damit der Dauermagnet 9 sowie der
Polschuh I4 werden hierbei durch einen in die Hülse geführten Stift 23 gegen Verdrehen
gesichert, so daß Klemmwirkungen ausgeschlossen werden. Die Schrägflächen erhalten
zweckmäßig eine solche Steigung, daß bei Beginn der Einschiebbewegung bei geringem
Federdruck schneller und bei steigendem Federdruck bis zum Erreichen der Endstellung
der Magnetkörper langsam vorgeschoben wird.
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Die beschriebene Vorrichtung kann wiederholt betätigt werden, ohne
daß der erzeugte Stromstoß geringer wird, da die magnetische Kraft des Dauermagneten
9 durch Festlegen eines maximal möglichen Luftspaltes zwischen den beiden Deckplatten
I4 und I5 bzw. im Zusammenarbeiten mit den äußeren Weicheisenteilen auch während
seines Bewegungsspieles begrenzt wird.
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Durch ständiges Drehen des Handgriffes I6 wird der Magnet 9 immer
wieder in die in Abb. I dargestellte Ausgangslage gebracht. Ist sie erreicht und
wird dann der Handgriff weitergedreht, so werden die Enden der Schrägflächen 2I
und 22 erreicht. Der Magnet wird frei und schnellt mit hoher Geschwindigkeit in
die in Abb. 2 dargestellte Lage, wobei der Stromstoß in der Spule ausgelöst wird.