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Wechselstromwecker Wechselstromwecker ohne Unterbrecher und mit im
Takte des Wechselstromes schwingendem Klöppel sind bekannt, sie werden in der Fernmeldetechnik
für allgemeine Signalzwecke verwendet.
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Bei den bisherigen Weckern dieser Art wird ein magnetisch polarisierter
Anker, der sich in dem Feld einer mit Wechselstrom erregten Spule befindet, entsprechend
der Flußrichtung des Stromes in der Spule abwechselnd von dem einen oder dem anderen
Pol des Spulenkernes angezogen und gleichzeitig von dem entgegengesetzten Pol abgestoßen.
Nach dem jeweiligen Umschlagen bleibt der Anker bis zum folgenden Polwechsel in
der erreichten Stellung stehen. Da der Anschlag des Klöppels an die Glocke nur kurz
sein darf, um einen guten Klang der Weckerglocke zu erzielen, muß der Klöppel, wenn
der Anker an seinen Anschlag schlägt, gegen die Glocke durchfedern. Weckersysteme
dieser Bauart müssen sehr genau eingestellt werden. Wenn man keine besonderen Anschläge
vorsieht, sondern den Anker gegen die Polschuhe schlagen läßt, müssen unmagnetische
Zwischenstücke, z. B. Trennstifte, vorgesehen sein, um ein Kleben des Ankers zu
vermeiden. Durch den Einbau dieser unmagnetischen Zwischenstücke wird aber der Luftspalt,
in dem der Anker hin und her schlägt, verhältnismäßig groß. Das bedingt wiederum
eine große Wechselstrommagnetisierungsleistung.
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Es sind auch bereits Wechselstromwecker bekanntgeworden, bei denen
ein durch Wechselstrom periodisch ummagnetisierter Weicheisenanker im Feld eines
permanenten Magneten schwingt. Bei diesem Wechselstromwecker schwingt der Anker
zwischen den Polen oder Polschuhen des Magneten entsprechend der jeweiligen Stromrichtung
des Wechselstromes in der Spule hin und her. Diese
bekannte Anordnung
hat den Nachbeil; daß der nur verhältnismäßig schwach magnetisierte Anker, wenn
er in der Nähe eines der starken permanenten Magnetpole kommt, von diesem Pol mit
zunehmender Kraft angezogen und festgehalten wird. Es müssen daher Trennstifte vorgesehen
werden, um das Kleben des Ankers zu vermeiden, und die Wechselstromspule muß groß
und mit vielen Windungen ausgeführt werden, um in dem Anker das zum Lösen von dem
permanenten Magnetpol erforderliche Gegenfeld zu erzeugen.
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Die Erfindung hat den Zweck, einen Wechselstromwecker zu schaffen,
bei dem die Nachteile der bisher bekannten Ausführungen vermieden werden. Insbesondere
soll eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaues, d. h. eine Verringerung der Zahl
der Bauteile, und eine leichte Einstellbarkeit - des Weckers erreicht werden.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Eigenschaften der
in den letzten Jahren zu hoher Vollkommenheit entwickelten permanenten Magneten,
insbesondere der Oxydmagneten, es möglich machen, einen einfachen, leistungsfähigen
Wechselstromwecker mit kleinen Abmessungen in neuartiger Bauweise herzustellen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß ein durch eine Wechselstromspule
periodisch ummagnetisierter, mit dem Klöppel des Weckers verbundener Anker, der
durch Anschläge in seiner Schwingungsweite begrenzt ist, im Feld eines permanenten
Magneten nicht zwischen, sondern frei über den Polen des Magneten, insbesondere
eines Oxydmagneten, schwingt.
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Diese von dem bisher Bekannten abweichende Ausführung eines Wechselstromweckers
gestattet es, mit einer verhältnismäßig kleinen Wechselstromleistung und entsprechend
kleinen und billigen Wechselstromspulen auszukommen, während das kleine Verhältnis
von Länge zu Durchmesser der neuentwickelten permanenten Magneten und ihre große
Koerzitivlcraft kleine Abmessungen und ausgezeichnete Konstanz des wirksamen Magnetfeldes
ergeben.
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Die neue Ausführungsform ergibt, wie die mit derartigen Formen angestellten
Versuche bewiesen, dadurch eine wesentliche Verbesserung der Arbeitsweise, daß der
Anker frei- über den durch einen engen Luftspalt voneinander getrennten Polschuhen
des permanenten Magneten um eine durch die Mitte des Luftspaltes gegebene Ruhelage
senkrecht zur Luftspaltrichtung schwingt. In diesem Falle befindet sich nämlich
der Anker nicht zwischen den Polen, d. h. in einem annähernd gleichmäßigen Magnetfeld,
sondern er liegt frei über den entsprechend ausgebildeten Polschuhen des Magneten
in einem Magnetfeld, das im Bereich der Ruhelage des Ankers (über dem Luftspalt)
am größten ist und von dort nach den Seiten hin abnimmt. Bei dieser Ausführung wird
nach Abschalten des Wechselstromes der Anker in die Mittellage über den Luftspalt
gezogen; er befindet sich also jeweils in derjenigen Stellung, in der bereits eine
geringe Magnetisierung des Ankers eine verhältnismäßig große Kraft im -Sinne der
gewünschten Bewegungsrichtung des Ankers ergibt. Anderseits kommt der Anker infolge
der Pendelbewegung, die ihn mit zunehmendem Ausschlag von den Polschuhen des Magneten
entfernt, in der Endlage in ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld, das ihn in
dieser Lage nicht festhalten kann; er muß bei Umkehr der Stromrichtung in der ihn
erregenden Wechselstromspule sofort wieder zurückschwingen. Es ist daher bei dieser
Ausführung überflüssig, besondere Einstellmöglichkeiten für die Schwingweite des
Ankers vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist es zur Vereinfachung der Bauart des Werkes zweckmäßig,
den Anker starr mit dem Klöppel zu verbinden und die Schwingungsweite des Ankers
nur durch den Anschlag des Klöppels an den Glockenschalen zu begrenzen.
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Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß der
als starrer Stab ausgebildete Anker, der an seinem freien Ende den Klöppel trägt,
in der Achsenrichtung der Wechselstromspule angeordnet und ungefähr in dem gemeinsamen
Schwerpunkt von Anker und Klöppel, der etwa in der Mitte des Stabes liegt, drehbar
gelagert ist.
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Bei dieser Ausführungsform kann man gemäß der Erfindung den Anker
so lagern, daß er mit seinem Ende quer zur Luftspaltrichtung des Magneten pendelt.
Dabei führt er mit der Achse des Luftspaltes als Ruhelage eine Pendelbewegung aus,
die den Abstand zwischen dem Ankerende und den Polschuhen mit zunehmender Ausschlagsweite
erhöht.
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Man kann die Ausführung auch in der Weise abwandeln, daß der den Anker
bildende Stab an seinem einen Ende drehbar gelagert ist und der Kraftfluß des Magneten
zwischen der Wechselstromspule und dem an dem anderen Ende des Stabes befestigten
-Klöppel auf den Anker einwirkt.
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Hierbei empfiehlt es sich, die Polschuhe des Magneten von dem Luftspalt
aus nach beiden Seiten ein wenig abzuschrägen, damit der parallel mit dem Luftspalt
hin und her schwingende Anker seinen Abstand von den Polschuhen um so mehr vergrößert,
je mehr er aus seiner Ruhelage herausschwingt.
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Für die Erzielung eines kräftigen Streufeldes über dem Luftspalt zwischen
den Polschuhen und für eine gute Ausnutzung dieses Feldes hat es sich gemäß der
Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Polschuhe an ihren einander zugekehrten
Enden derart abgeschrägt sind, daß der Luftspalt auf der dem Anker zugewandten Seite
am engsten ist und der frei über den Polschuhen des Magneten pendelnde oder schwingende
Teil des Ankers etwa doppelt so breit ist wie der Luftspalt zwischen den Polschuhen.
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Mit besonders kleinem Energieaufwand ist auszukommen, wenn das schwingende
System, d. h. der Anker mit dem 4n ihm befestigten Klöppel auf Resonanz mit dem
erregenden Wechselstrom abgestimmt wird. Diese Abstimmung läßt sich bei einem Wecker
gemäß der Erfindung besonders einfach durch entsprechende Bemessung oder Einstellung
des Abstandes zwischen dem Anker und den Magnetpolen erreichen.
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der Anker um eine parallel zum Luftspalt
des Magneten liegende Achse schwingt, ist es, um die gesamte Luftspaltlänge magnetisch
auszunutzen, notwendig, den als Anker wirkenden Stab an seinem Ende so weit zu verbreitern,
daß er mit seiner Breite die gesamte Länge des Luftspaltes überdeckt.
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Gemäß der Erfindung kann eine wesentliche Vereinfachung dadurch erreicht
werden, daß das Ende des den Anker bildenden Stabes rechtwinklig in der Weise abgebogen
ist, daß der abgebogene Schenkel parallel zum Luftspalt liegt und sich über die
gesamte Länge des Luftspaltes erstreckt.
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Schließlich erweist es sich nach der Erfindung als vorteilhaft, wenn
die nur mit einem kleinen Winkelausschlag schwingende Lagerung des starren Ankers
nicht als übliches, eine Drehbewegung gestattendes Lager, sondern als eine Federlagerung
oder noch besser als eine leicht dämpfende Gummilagerung, z. B. ein Gummigelenk,
ausgeführt wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an dem Beispiel eines Doppelglockenweckers
dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Wechselstromwecker mit über den Polschuhen hin
und her pendelndem Anker, Fig. 2 einen ähnlichen Wecker, bei dem aber der Anker
quer über den Polen des Magneten schwingt; Fig. 3 und 4 zeigen besondere Ausführungsformen
des Ankers des Weckers nach Fig. i, und Fig. 5 zeigt den Magneten der Ausführung
nach Fig. 2.
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Der in der Fig. i dargestellte Doppelwecker hat einen von der Wechselstromspule
7 erregten Anker 8, der über den beiden Polschuhen 9 und io des Magneten ii pendelnd
hin und her schwingen kann. Der Luftspalt 12 ist nach der Richtung des Ankers hin
verengt, damit das Streufeld an der Oberkante der Polschuhe besonders kräftig wird.
An der Verlängerung 13 des Ankers 8 (über den Schwenkpunkt 14 hinaus) sitzt der
Klöppel 15, der gegen die beiden Glocken 16 schlägt. Das Anschlagendes Klöppels
15 gegen eine der beiden Glocken begrenzt auch die seitliche Bewegung (die Schwingweite)
des unteren Ankerendes 17 im Bereich der Polschuhe.
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In der Fig. 2 ist der Anker 18 in dem einseitig angeordneten Schwenkpunkt
i9 gelagert; er wird von der Spule 2o erregt und schwingt über den beiden Polen
21, 22 des Magneten 23 hin und her. An seinem Ende trägt er den Klöppel 2q., der
gegen die Glocken 25 schlägt. Der Luftspalt 26 ist ähnlich ausgeführt wie in Fig.
i.
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Die Wirkungsweise des in der Fig. i dargestellten Weckers ist folgende:
Der durch die Spule 7 fließende Wechselstrom magnetisiert den Anker 8 abwechselnd,
je nach der Stromrichtung, so daß das im Bereich der Magnetpolschuhe9 und io befindliche
Ende 17 des Ankers abwechselnd ein Nordpol oder ein Südpol wird. Wenn das Ende 17
ein Nordpol ist, wird es von dem Polschuh 9, der dem Nordpol N des permanenten Magneten
i i entspricht, abgestoßen und von dem Südpol S des Magneten, d. h. seinem Polschuh
i o, angezogen. Der Anker 8 pendelt also aus seiner Ruhelage über dem Luftspalt
12 zu dem Südpol io hinüber. Bei dieser Pendelbewegung des Ankers um den Drehpunkt
14 wird der an der starren Verlängerung 13 befestigte Klöppel 15 gegen eine der
beiden Glocken 16 geschlagen, von wo er sofort wieder zurückfedert. Nach der Umkehr
der Stromrichtung in der Spule 7 wird die Magnetisierung des Ankers 8 geändert,
so daß jetzt der Ankerteil 17 einen Südpol darstellt. Dieser Südpol wird von dem
Polschuh io abgestoßen und von dem Polschuh 9 angezogen, so daß der untere Teil
17 des Ankers 8 von dem Polschuh io zu dem Polschuh 9 herüberpendelt, wobei der
Klöppel 15 auf die andere Glocke 16 trifft. Dieses soeben beschriebene Spiel wiederholt
sich im Rhythmus der Frequenz des Wechselstromes, der in der Spule 7 fließt.
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Bei der Weckerausführung nach Fig.2 ist der Ablauf des Spiels grundsätzlich
der gleiche. Der durch die Spule 2o mit wechselnder Polarität magnetisierte, etwa
parallel zum Luftspalt 26 und den Polschuhen schwingende Anker 18 wird wechselweise
von den Polschuhen 21 und 22 angezogen bzw. abgestoßen, so daß er von dem einen
zu dem anderen Polschuh schwingt. Da: an dem Anker 18 kein Anschlag vorgesehen ist,
schwingt der Anker so weit durch, bis der starr mit ihm verbundene Klöppel 24. gegen
eine der Glocken 25 schlägt und dabei die weitere Schwingbewegung des Ankers 18
hemmt.
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Sowohl für die Ausführung nach Fig. i als auch für diejenige nach
Fig. 2 gilt folgendes: Wenn der Wechselstrom in der Spule 7 oder 2o zurückgegangen
ist, schnellt unter der Wirkung des magnetischen Streufeldes zwischen den Polschuhen
9 und io oder 21 und 22 der Anker 17 oder 18 in seine Ruhelage, bei der der Anker
genau über dem Luftspalt 12 oder 26 steht. Wenn nun die Stromrichtung in der Spule
7 oder 2o wechselt, wird der Anker umgekehrt polarisiert und schlägt im Magnetfeld
über den Polschuhen nach der anderen Richtung so weit aus, bis der Klöppel 15 oder
24 auf die zweite Glocke trifft.
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Um eine volle Ausnutzung des Magnetfeldes über den Polschuhen 9, io
(Fig. i) zu ermöglichen, kann der untere Teil 17 des Ankers 8 entweder schaufelartig
verbreitert sein, wie es die eine 'Seitenansicht des Magneten i i der Fig. i darstellende
Fig. 3 in der Verbreiterung 17" zeigt, oder er kann seitlich abgebogen sein,
wobei der seitlich abgebogene Stabteil 17b sich über die gesamte Länge des Luftspaltes
12 hinzieht, wie es in der ebenfalls eine Seitenansicht des Magneten i i der Fig.
i zeigende Fig. 4 dargestellt ist.
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Die Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch den Anker 18 und den Magneten
23 der Fig. 2. Sie zeigt deutlich die dachförmige Abschrägung der beiden Polschuhe
21 und 22. Man erkennt ohne weiteres, daß bei dem waagerechten Schwingen des Ankers
18 sich der Abstand zwischen den Ankern und den Polschuhen um so mehr vergrößert,
je weiter der Anker sich aus seiner Ruhelage über dem Luftspalt 26 entfernt.
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Die in der Zeichnung nur schematisch und nicht in den richtigen Größenverhältnissen
der Teile zueinander ausgeführten Darstellungen lassen den besonders
einfachen
Aufbau des Weckers erkennen. Es werden praktisch nur sechs Bauteile benötigt, nämlich:
ein freischwingender Anker 8 oder 18 mit Klöppel 15 oder 24, ein Ankerlager 14 oder
i9, eine Weckerspule 7 oder 20, ein permanenter Magnet i I oder 23, ein Satz Polschuhe,
z. B. 9, io, und die Glockenschalen 16 oder 25.
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Das System läßt sich auch, insbesondere nach der Fig. 2 mit einseitig
gelagertem Anker, im Innern einer einzigen Glockenschale anordnen.