DE909748C - Hin und her bewegter Teil zur Abgabe von Impulsen - Google Patents

Hin und her bewegter Teil zur Abgabe von Impulsen

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DE909748C
DE909748C DES5663D DES0005663D DE909748C DE 909748 C DE909748 C DE 909748C DE S5663 D DES5663 D DE S5663D DE S0005663 D DES0005663 D DE S0005663D DE 909748 C DE909748 C DE 909748C
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DE
Germany
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forces
movement
impulses
mass
reversal
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Expired
Application number
DES5663D
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English (en)
Inventor
Paul Duffing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00Electromagnetic relays
    • H01H51/34Self-interrupters, i.e. with periodic or other repetitive opening and closing of contacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß werden im Gegensatz zu harmonischen Systemen, die eine proportional der Aus-Lenkung steigende rückführende Kraft besitzen, pseudoharmonische Systeme angewendet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gerade diese Eigenschaft ist für Kontaktapparate, bei denen während der Periode eine Zeitlang Kontakte geschlossen sein sollen, von besonderer Bedeutung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hin und her bewegter Teil zur Abgabe von Impulsen, insbesondere zur Schließung von Kontakten, in rhythmischer Folge, dadurch gekennzeichnet, daß er unter dem Einfluß von Kräften steht, die im Bereich der Umkehrlage auf ihn einwirken und die Umkehrung der Bewegungsrichtung bewirken.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er praktisch eigenschwingungsfrei ausgebildet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i .bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Umkehrkräften federnde Rückführkräfte überlagert sind. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkräfte so bemessen sind, daß sie mit der Masse eine kleinere Schwingungsfrequenz erhalten als die der Masse aufgedrückten Schwingungen.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß Federn als Kraftspeicher verwendet sind, deren Kraft mit dem Ausschlag von der Nullage mehr als porportional zunimmt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte, die die Schwingung in Gang halten (Bewegung), nach Art von zwei oder mehreren Impulsen ausgeübt werden, von denen jeder nur über einen Bruchteil der Hinundherbewegungsdauer anhält.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte in einem aus einer Wechselstromquelle gespeisten gesättigten Wandler, in dem Stromspitzen erzeugt werden, hervorgerufen werden, die ihrerseits elektromagnetisch auf den hin und her bewegten Teil einwirken. B.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Impulse in bezug auf den Wechselstrom in der Phase verschoben wird, beispielsweise indem dem gesättigten Wandler eine Gleichstromerregung überlagert wird.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Stromspitzen an einem Leiter zur Wirkung gebracht werden, der innerhalb eines permanentmagnetischen Feldes relativ beweglich ist. io.
  10. Einrichtung nach Anspruch i bis g; dadurch gekennzeichnet, daß die hin und her bewegliche Masse zwischen beweglichen Anschlägen angeordnet ist, an denen durch Reflexion die Umkehrung der Bewegungsrichtung bewirkt wird. i i.
  11. Einrichtung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergänzung der Verluste Bewegungsimpulse auf die Anschläge ausgeübt werden.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückzugskraft durch einen nach Art einer Saite gespannten Kraftspeicher ausgeübt wird, dem durch rhythmische Änderung der Vorspannung, z: B. elektromagnetisch, die erforderliche Charakteristik aufgedrückt wird.
DES5663D 1940-03-22 1940-03-22 Hin und her bewegter Teil zur Abgabe von Impulsen Expired DE909748C (de)

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