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Elektrischer Impulsgeber mit magnetelektrischer Selbststeuerung Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Impulsgeber mit magnetelektrischer
Selbststeuerung, der insbesondere für Zeitmessungen geeignet ist und sich durch
seine Genauigkeit und geringen Stromverbrauch auszeichnet.
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Elektrische Impulsgeber zur Zeitmessung sind bekannt. Sie dienen insbesondere
der Bestimmung des zeitlichen Ablaufs von veränderlichen Vorgängen, die mit Schreibgeräten,
wie Oszillographen, Tachographen usw., registriert werden. Aber auch im Uhrenbau
sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen mittels elektrischer Impulsgeber bzw.
schwingungsfähiger Gebilde über Anzeige- oder Registriergeräte die Zeit gemessen
werden kann. Bei diesen Geräten benutzt man die Eigenschwingung eingespannter Stäbe,
Saiten, Kristalle od. dgl., um mittelbar oder unmittelbar über Kontakte, Photozellen,
Schwingungskreise od. dgl. die Zahl der Schwingungen zu zählen oder auf andere Art
zur Zeitmessung auszuwerten. Bekannte, nach diesem Prinzip arbeitende Geräte zur
Zeitmessung sind z. B. die Nebenuhrenanlagen. Bei ihnen werden die Schwingungen
eines Pendels über einen Köntakt in Gleichstromimpulse, gegebenenfalls unter periodischer
Umkehrung der Polarität, verwandelt und in den Nebenuhren durch elektromagnetische
Schrittschaltwerke gezählt, die ihrerseits vor einem Uhrenzifferblatt laufende Zeiger
antreiben.
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Bei allen diesen Anordnungen ist man bestrebt, dem schwingenden Gebilde
möglichst wenig, vor allem aber bei jeder Schwingung möglichst genau die gleiche
Energie zu entziehen bzw. zuzuführen. Bei elektromagnetisch angeregten Pendeln vermeidet
man daher im allgemeinen die unmittelbare Betätigung der Steuerkontakte durch das
schwingende Pendel, insbesondere in den Fällen, wenn die Geräte für Dauerbetrieb
bestimmt sind und große Ganggenauigkeit verlangt wird, wie z. B. bei Uhren.
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Es ist ferner eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die Eigenschwingung
eines Drehpendels elektromagnetisch über einen vom Pendel unmittelbar
gesteuerten
Kontakt angestoßen wird. Durch diese Anordnung wird ein Zeigerwerk zum Zwecke der
Zeitmessung angetrieben, wobei der Antrieb hier über ein Rechts-Links-Laufgetriebe
urimittelbar durch das Drehpendel erfolgt. Das bedeutet also, daß nicht nur die
gesamte Antriebsenergie für die Bewegung des Zeigerwerkes, sondern auch die über
längere Zeit ebenso zwangsläufig urikonstante Kontaktarbeit der Energie des schwingenden
Pendels entnommen wird. Selbst bei höchster Genauigkeit der einzelnen Bauelemente
ist es praktisch nicht möglich, die durch den im Verhältnis zu seinem Gesamtenergieinhalt
großen Energieentzug bedingte Dämpfung des Drehpendels und damit seine Schwingungsdauer
über längere Zeit konstant zu halten. Eine solche Anordnung ist daher als Impulszeitmarkengeber
oder Uhrenantrieb nur dann brauchbar, wenn niedrigste Ansprüche an die Meßgenauigkeit
gestellt werden, abgesehen davon, daß die Bauelemente zur Übertragung der Drehpendelschwingung
auf das Zeigerwerk in jedem Fall höchste Genauigkeit in der Herstellung voraussetzen
und daher diese wesentlich verteuern.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß
die Schwingungen eines Dauermagneten, der so aufgehängt ist, daß er in dem in einem
Luftspalt gebildeten Felde eines Elektromagneten schwingt, durch magnetische Induktion
auf einen polarisierten Anker übertragen werden, der in einem zweiten Luftspalt
desselben Elektromagneten schwingt und dabei Kontakte betätigt, durch welche der
Stromkreis des Elektromagneten im Takte der Schwingungen des Dauermagneten geschlossen
bzw. geöffnet wird. Bei dieser Anordnung ist es möglich, einerseits das Pendel ohne
jede mechanische Berührung frei ausschwingen zu lassen, so daß alle hiermit verbundenen
Nachteile und Ungenauigkeiten fortfallen. Andererseits sind durch die Vormagnetisierung
des auf die Kontakte wirkenden Ankers die zur Kontaktgabe zur Verfügung stehenden
Kräfte so groß, daß auch im Dauerbetrieb weder der übergangswiderstand an den Kontakten
noch der Zeitpunkt, zu dem der Stromkreis geschlossen bzw. geöffnet wird. in bezug
auf die Lage des schwingenden Pendels nennenswerten Schwankungen unterliegt. Durch
diese Maßnahme werden also alle die Schwierigkeiten vermieden, die grundsätzlich
bei den bekannten Anordnungen mit elektromagnetisch angeregten, sich selbst steuernden
Pendeln die NIeßgenauigkeit beeinträchtigen. Außerdem verbürgt der einfache konstruktive
Aufbau eine wirtschaftliche Fertigung und damit niedrigen Herstellungspreis.
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Gemäß zweckmäßiger Ausführung der Erfindung besteht der Elektromagnet
aus zwei die Erregerspulen tragenden Jochen aus lamellierten Blechen, die mit ihren
Enden den Luftspalt für den schwingenden Dauermagneten und den polarisierten Anker
begrenzen. Die Joche können hierbei verschiedene Gestalt, so z. B. die Form eines
Winkels, besitzen.
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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist der polarisierte
Anker in dem Luftspalt zwischen einem Doppelpolschuh eines von einem Dauermagneten
erregten magnetischen Kreises elastisch schwingend angeordnet, wobei dieser zweckmäßig
jochförmige Doppelpolschuh eine solche Lage zu dem elektromagnetisch erregten Kreis
bzw. dem zugehörigen Luftspalt einnimmt, daß der Anker in seinen beiden Endstellungen
jeweils gleichzeitig an einem Pol des elektromagnetisch erregten Joches und dem
Doppelpolschuh seines eigenen permanentmagnetisch erregten Joches anliegt. Durch
diese Maßnahme, bei welcher der polarisierte Anker gleichzeitig in beiden Luftspalten
schwingt und hierbei den Steuerkontakt öffnet bzw. schließt, wird die Kontaktkraft
noch weiter vergrößert und somit eine besonders einwandfrei und sicher arbeitende
Anordnung erzielt.
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Das Pendel kann so ausgebildet sein, daß es wie das ebene Pendel in
einer vertikalen Ebene schwingt, es kann aber auch gemäß einer zweckmäßigen Ausführung
der Erfindung als Drehpendel ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Dauermagnetkörper
z. B. mit Spitzen gelagert und zur Aufrechterhaltung der Schwingungen mit einer
Spiralfeder verbunden.
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Statt dessen kann auch eine Aufhängung mittels Spannbändern erfolgen,
wobei die Größe der Spannung der Bänder gleichzeitig zur Einstellung der Eigenfrequenz
des Drehpendels dienen kann. Vorteilhaft wird das Drehpendel bzw. der Pendelkörper
durch Umgießen eines Dauermagneten nach dem Spritzgußverfahren mit Aluminium od.
dgl. spritzfähigen, unmagnetischen Metallen hergestellt.
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Die Zahl der Pendelschwingungen kann in an sich bekannter Weise durch
elektromagnetische Schrittschaltwerke od. dgl. gezählt und zur Zeitmessurig über
Zeiger oder Zahlenrollen angezeigt werden. Vorteilhaft wird dabei die Anordnung
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung so getroffen, daß der vormagnetisierte Anker
unmittelbar ein. Schrittschaltwerk od. dgl. antreibt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt. Hierin bedeutet I das Pendel, das an seinem freien Ende als Permanentmagnet
2 ausgebildet und in 3 mittels des Federblechstreifens 4 elastisch aufgehängt ist.
In seiner Ruhehage befindet sich vor den Polen des permanentmagnetischen Pendels
der anregende Elektromagnet 5, dessen Joch einen Luftspalt 6 besitzt. In diesen
Luftspalt ragt der Anker 7, der durch .den Magneten 8 über die elastische Ankerlagerung
g vormagnetisiert wird. Dabei hält der am Magneten 8 .befestigte Doppelpolschuh
io den Anker 7 in seinen beiden Endlagen magnetisch fest. befindet sich das Pendel
i m-it seinem permanentmagnetischen freien Ende 2 in Ruhelage, so induziert (s.
ausgezogene Polaritätsbezeichnung in der Abbildung) sein Nordpol über den ihm gegenüberstehenden
Schenkel: des anregenden Elektromagneten 5 am Luftspalt 6 einen Nordpol, während
sein Südpol auf .der gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes 6 einen Südpol induziert.
Der in das so entstandene Kraftfeld hineinragende Anker 7, der durch den Magneten
8 südpolar magnetisiert ist,
wird sich also, vom Südpol am Luftspalt
6 abgestoßen, an den gegenüberliegenden Nordpol anlegen, der ihn gemeinsam mit dem
vom Magneten 8 her nordpolaren Doppelpolschuh Io festhält. Dabei schließt der Anker
den Stromweg für die Spulen II über die isoliert aufgebaute Kontaktschraube I2 und
die Kontaktfeder I3. Beim Schließen des Schalters I4 wird nun ein Strom von der
Stromquelle I5 über die Spulen II, den Kontakt I2, I3, den Anker 7, seine Aufhängung
9, den Magneten 8, dessen Polschuh Io und den Schalter I4 zurück zur Stromquelle
fließen. Dieser Strom erzeugt bei richtiger Polarität am anregenden Elektromagneten
5 gegenüber dem Nordpol des permanentmagnetischen. Pendelendes 2 (s. strichliniierte
Polaritätsbezeichnung) einen Nordpol und gegenüber dessen Südpol ebenfalls einen
Südpol. Damit wird das Pendel abgestoßen und zum Schwingen angeregt. Gleichzeitig
aber entstehen mit dieser Polausbildung am Elektromagneten 5 in dessen Luftspalt
6 zwangsläufig dort, wo bislang ein Nordpol war, ein Südpol und auf der gegenüberliegenden
Seite umgekehrt. Der vormagnetisierte Anker muß sich also von der einen Seite des
Luftspaltes 6 auf die andere hinüberbewegen und öffnet dabei durch Abheben der Feder
I3 von der Kontaktschraube I2 den Stromkreis. In dieser Stellung wird er wiederum
durch den Polschuh Io, der vom Magneten 8 nordpolar magnetisiert ist, festgehalten,
bis das Pendel I eine Halbschwingung nahezu vollendet hat und sich mit seinem permanentmagnetischen
Ende 2 wieder so weit dem anregenden Elektromagneten 5 genähert hat, daß die von
ihm am Luftspalt 6 induzierte Polstärke ausreicht, den Anker 7 in seine Ausgangslage
zurückfallen zu lassen. Damit schließt sich der Kontakt I2, I3 wieder, das Pendel
wird wieder angestoßen, und der Bewegungsvorgang des Ankers beginnt von neuem.
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Die Frequenz des Ankers ist also genau durch die Frequenz des Pendels
I gegeben. Damit ist aber auch der Abstand der Stromimpulse, die von dem Kontakt
I2, I3 erzeugt werden, durch die Pendelfrequenz bestimmt. Die zum Zählen, Registrieren
oder sonstigen Auswerten dieser Impulse vorgesehenen Einrichtungen werden dabei
entweder durch den Kontakt I2, I3 oder weitere zeichnerisch nicht besonders dargestellte
Kontaktanordnungen, die ebenfalls vom Anker 7 betätigt werden, nach den allgemein
bekannten Verfahren gesteuert oder direkt vom Anker 7 betrieben.