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Hin und her bewegter Teil zur Abgabe von Impulsen Es ist bekannt,
hin und her gehende Bewegungen mittels harmonischer Schwingsysteme und einer harmonischen
Erregung zu erzielen. Solche Systeme sind djirch eine Reihe von Eigenschaften ausgezeichnet:
r. Resonanz: Stimmt die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz des. Systems überein,
so tritt eine sehr große Schwingungsweite auf; 2. Eigenfrequenz und Dämpfung bestimmen
die Phasenlage der erzwungenen Schwingung. Im Resonanzgebiet ist die Phasenlage
von der Dämpfung sehr stark abhängig.
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Verwendet man nun solche Systeme zum Antrieb von Kontaktsystemen z.
B. in Gleichrichtern, wirkt die Phasenabhängigkeit von der Dämpfung sehr störend,
weil ja hierdurch die außer der Frequenzgleichheit noch erforderliche Zeitgenauigkeit
des Stellmomentes verlorengeht.
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Die Eigenschaft harmonischer Schwingungen, eine amplitudenunabhängige
Eigenfrequenz zu besitzen, ist zwar für Strom- und Zeitmeßgeräte sehr wertvoll,
für Gleich- und Umrichter läßt sie sich jedoch nicht ausnutzen, da die Stellmomente
sich mit der Amplitudenänderung verschieben.
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Erfindungsgemäß werden im Gegensatz zu harmonischen Systemen, die
eine proportional der Aus-Lenkung steigende rückführende Kraft besitzen, pseudoharmonische
Systeme angewendet.
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Zur Veranschaulichung wird im folgenden als Grenztypus ein System
zur Erzeugung solcher Schwingungen beschrieben. Es ist hierbei eine vollkommen
freie
Wegstrecke angenommen, die, an Stelle der rückfiihrenden Kraft, durch zwei elastische,
nur sehr schwach federnde Anschläge begrenzt wird. Hierdurch wird praktisch -Amplitudenkonstanz
erzielt. Dieses System hat keine ausgesprochene Eigenfrequenz und auch keine Resonanz.
Dies ist ein weiterer Vorteil.
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Zur Erregung werden zeitlich in genau festgelegter Reihenfolge wechselnde
mechanische Impulse gegeben. Es ist dies eine Maßnahme, die ebenfalls im Gegensatz
zur harmonischen Erregung steht. Bei der harmonischen Erregung ist der Impuls über
die ganze Zeit verteilt und seine Dauer eine halbe Schwingungsdauer lang, worauf
er dann in seiner Richtung wechselt. Durch die lange Dauer des Impulses wird die
leichte Veränderlichkeit der Phasenlage beim harmonischen System verursacht.
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Zunächst sei angenommen, daß das System ungedämpft arbeitet, und zwar
unter besonderen Anfangsbedingungen. Der erste Impuls stimme mit der Reflexion am
Endanschlag genau überein. Dann ist der Impuls wirkungslos; weil er zur Zeit der
Bewegungsumkehr eintritt und weil er nur die kurze Zeit des Stoßvorganges noch etwas
verkürzt. Vor der Bewegungsumkehr beschleunigt er zwar die Masse, nach der Bewegungsumkehr
verzögert er sie jedoch in gleichem Maße wieder. Arbeit wird hierdurch in das schwingende
System nicht hineingebracht, was ja auch der Annahme entspricht, daß das System
voraussetzungsgemäß ungedämpft arbeiten soll. Bei jeder Reflexion tritt dasselbe
ein.
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Wird nun das System gedämpft, also innerhalb des freien Weges die
Bewegungsenergie ermäßigt, so folgt daraus eine Geschwindigkeitsverminderung, aber
auch eine Zeitverzögerung. Ein Impuls, da er ja zeitgenau gegellen wird, kommt demnach
relativ früher zur Wirkung, als die Reflexion am Anschlag eintritt. Daher kann der
Impuls eine Beschleunigung der bewegten Masse bewirken und Arbeit leisten, also
z. B. die durch die Dämpfung entzogene Energie ersetzen. Eilt dagegen z. B. infolge
einer Störung die Masse vor, so wird der Impuls erst nach der Reflexion gegeben:
Die Folge ist eine Verzögerung der schwingenden Masse durch den Impuls. Aus diesen
Überlegungen erkennt man die starke Abhängigkeit der Wirkung - des Impulses von
einer etwaigen zeitlichen Verschiebung zwischen dem Zeitpunkt des Impulses und dem
Zeitpunkt der Bewegungsumkehr: Er wirkt immer solcher Zeitverschiebung entgegen.
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Diese Abhängigkeit bewirkt eine außerordentlich feste Kopplung zwischen
den Impulsen und der Reflexion. Es läßt sich also dadurch praktisch eine sehr genaue
zeitliche Übereinstimmung zwischen Impuls und Reflexion erreichen.
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Eine weitere sehr wichtige Eigenschaft pseudoharmonischer Systeme,
die sich im vorliegenden Beispiel ganz besonders ausgeprägt zeigt, ist, daß nicht
nur die größte Auslenkung bei der Reflexion eintritt, sondern beliebige kleinere
Auslenkungen ebenfalls zeitgenau durchlaufen werden, und zwar wegen der Konstanz
der Amplitude und der Konstanz der Geschwindigkeit, die beide unabhängig von der
Größe der Dämpfung und von dem Leistungsumsatz sind.
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Gerade diese Eigenschaft ist für Kontaktapparate, bei denen während
der Periode eine Zeitlang Kontakte geschlossen sein sollen, von besonderer Bedeutung.
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Für die praktische Ausführung kann man von diesem als Grenzbeispiel
angenommenen System weitgehend abweichen. So kann man z. B., wenn die Ansprüche
an die Zeitgenauigkeit kleiner gestellt werden, auch ein weniger ausgesprochen reflektierendes
System, das auch mit einem mehr oder weniger verwaschenen Impuls arbeitet, verwenden.
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Es genügt, wenn Maßnahmen getroffen sind, die an Stelle einer rein
sinusförmigen Erregung eine erregende Kraft erzeugen, die um einen regelmäßig wiederkehrenden
Zeitpunkt besonders und (über das 1-Iittel betrachtet) stärker wirksam werden als
eine Kraft, deren Verlauf sich nach einer Sinusfunktion ändert. Der Grenzfall ist
der kurzzeitige Kraftimpuls als Erregung. Im Gegensatz zur harmonischen Schwingung
genügen unter Umständen auch einseitige, in verdoppelten Zeitabständen gegebene
Impulse.
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Eine weitere davon grundsätzlich unabhängige Verbesserung nach der
Erfindung wird dadurch erreicht, daß an Stelle einer geradlinig, d. h. proportional
mit der Schwingungsweite ansteigenden Federkraft eine mehr als proportional ansteigende
Kraft verwendet wird. Im Grenzfall wird, wie in dem erwähnten Beispiel, ein freier
Weg mit zwei elastischen Anschlägen vereinigt.
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Da die pseudoharmonischen Schwingungen ebenfalls Ausgleichsschwingungen
ausführen, die genau wie die harmonischen zeitlich nach Maßgabe der Dämpfung abklingen,
ist die Anordnung einer Dämpfung von Vorteil. Eine solche Dämpfung liegt aber, wenn
auch in geringem Umfange, in der Unvollkommenkeit jeder Reflexion, die zu diesem
Zweck auch bewußt gesteigert werden kann.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die
Erfindung schematisch dargestellt. In Fig. i wird der hin und her bewegte Körper
durch eine Kugel i dargestellt, die zwischen zwei Anschlägen 2 und 3 beweglich ist
und an einem Fortsatz 4 einen Kontakt trägt, der mit zwei Gegenkontakten 5 und ö
abwechselnd in Berührung kommt. In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt,
bei der die Bewegung der hin und her gehenden Masse i außerdem noch unter dem Einfluß
einer Feder 7 steht. Eine solche Feder kann, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist,
derart ausgebildet werden, daß ihre Kraft mit dem Ausschlag von der Nullage mehr
als proportional zunimmt, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß sich
einzelne Gänge der Feder nach und nach an einem Anschlag 8 anlegen.
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In Fig. q. ist mit 9 ein Wandler bezeichnet, der aus einer Gleichstromquelle
io vormagnetisiert ist und von der Wecliselstromquelle i i erregt wird, derart,
daß in einem Magnetsystem ia, das auf einen als Anker 13 ausgebildeten Träger der
hin
und her gehenden Masse i einwirkt, entsprechend den Stromspitzen
kurzzeitige magnetische Impulse ausgeübt werden. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei der die Anschläge 2 und 3 zu einem uhrankerähnlichen System 1q. vereinigt
sind, das um eine Achse 15 schwenkbar gelagert ist und mit einem Anker
13 verbunden ist, der von einem Magnetsystem 12 angezogen wird. Auf diese
Weise ist es möglich, zu bestimmter Zeit den Anschlägen einen Bewegungsimpuls aufzudrücken
und dadurch das System in Gang zu halten. Eine andere Ausführungsform ist in Fig.
6 dargestellt. Hierbei ist die hin und her gehende Masse i zwischen Anschlägen 2
und 3 angeordnet, deren Träger als Magnetanker 13 ausgebildet sind, so daß durch
Erregung des Elektromagneten 12 im erforderlichen Augenblick dem Anschlag die zur
Impulsgabe erforderliche Bewegung aufgedrückt werden kann. In Fig. 7 ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei der die hin und her bewegte Masse von einer Seite 16 getragen wird,
die ihrerseits mit Hilfe eines Magneten 12 verschieden gespannt werden kann, derart,
daß die Charakteristik der Hinundherbewegung, die unter Wirkung der angedeuteten
Erregung zustande kommt, verändert werden kann.
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Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden
durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung
können auch unabhängig von diesen einzeln, gemeinsam oder in beliebigen Kombinationen
mit Vorteil verwendet werden.