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Kippsolenoid.
Bei den bisher bekannten elektrischen Impulsgebern mit hin und her gehendem Anker erfolgt im allgemeinen das Anziehen des Ankers plötzlich und geht nicht stossfrei vor sich. Mehr oder weniger heftige Erschütterungen verbunden mit Bewegungsgeräuschen sind die unerwünschten Folgeerscheinungen, die einen vorzeitigen Verschleiss begünstigen. Durch Anordnung von Luft-und Öldämpfungen hat man versucht, diesem Übelstand abzuhelfen. Die durch Verschütten, Verspritzen und Verunreinigung der Bremsflüssigkeit sowie Verstauben der Luftkammern bei Luftdämpfung hervorgerufenen Funktionsstörungen haben aber ein wirksames Beheben dieses Mangels verhindert.
Beim Drehmagneten ist es wohl möglich, durch entsprechende Formgebung des Luftspaltes, die sich auf rechnerischem Weg ermitteln lässt, jene Luftspaltkurve zu bestimmen, die beispielsweise bei Präzisionsuhren erwünscht ist, um den Verlauf des Drehmomentes richtig zu beeinflussen. Wegen Kleinheit der Abmessungen können aber die den Luftspalt begrenzenden Flächen der Pole und des Ankers nicht mit einer genügenden Präzision geformt werden. Erst durch geeignete Wahl der Gegenkraft, die der Drehmagnet durch Spannung einer Feder zu überwinden hat und die dann-sobald die Spule stromlos geworden ist-die Arbeit verrichtet, kann der Verlauf des Drehmomentes korrigiert werden. Dazu kommt noch die kostspielige, weil komplizierte Herstellung der errechneten Luftspaltkurve und die Schwierigkeit, diese genau aufrechtzuerhalten.
Es sind wohl Zeitschalter mit einem von einer Flüssigkeit gebremsten Anker, der durch ein Solenoid gehoben wird, bekannt. Auch sind Solenoide bekannt, bei denen durch die hin und her gehende Bewegung des Ankers und die dadurch bedingte Schwerpunktsverlegung des Systems ein Kippen des Solenoidkörpers erzielt wird, welche Bewegung für Schaltzwecke nutzbar gemacht werden kann. Diesen Lösungen haftet aber der Nachteil an, dass die Kernbewegung plötzlich einsetzt und nicht genügend ruhig und keineswegs stossfrei verläuft, so dass weder eine geräuschlose noch eine präzise Funktion ermöglicht wird.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und betrifft die Ausbildung eines elektrischen Impulsgebers für Gleich-und Wechselstrom, bei welchem ein im Spulenkörper allseitig eingeschlossener Magnetkern eines drehbar gelagerten Solenoids bei seiner hin und her gehenden Bewegung in axialer Richtung ständig unter der Einwirkung einer Feder steht und durch Verschiebung des Schwerpunktes die Kippbewegung einleitet. Der ständige Kontakt der Feder mit dem Kern bewirkt ein sanftes Anheben und Vollenden der Bewegung.
Findet im Innern des Solenoids, in an sich bekannter Weise, eine Flüssigkeit als Widerstandsmedium Verwendung, dann bilden sich beim Kippen Luftblasen, die beim Aufsteigen die Präzision der Solenoidbewegung beeinträchtigen und deshalb bisher zu keinem brauchbaren Ergebnis geführt haben.
Durch Anordnung einer mit dem Spuleninneren in Verbindung stehenden Flüssigkeitskammer an einem oder beiden Solenoidenden wird dieser Übelstand beseitigt, weil die Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels das Aufsteigen von Luftblasen auch bei grösseren Neigungen verhindert. Durch Teilung des Kernes, durch Verwendung von magnetischem und unmagnetischem Material für die Kernteile und durch Änderung der Form des Kernes bzw. seiner Teile wird die Beschleunigung der Kippbewegung inner ! alb weiter Grenzen verändert. Die für ein präzises Arbeiten unbedingt erforderliche Feinregulierung wird
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thermische Beeinflussung der Viskosität der Bremsflüssigkeit kann in feinen Abstufungen reguliert werden.
Die neuartige Konstruktion vereinigt in sich die Vorzüge des Drehmagneten mit jenen des Solenoids und beseitigt die nachteiligen Einflüsse des empfindlichen Luftspaltes. Der Vorteil des neuen Solenoidsystems liegt nicht nur darin, dass das vollständig dicht abgeschlossene Spuleninnere, weil es gegen Verunreinigung geschützt ist, konstante Verhältnisse schafft, sondern auch in der Ausgestaltung als Kippsolenoid, bei dem die elektrische Energie durch eine Kippbewegung der Spule selbst in mechanische Energie umgewandelt wird.
Die Erfindung kann vorteilhaft Anwendung finden für Schaltzwecke, z. B. Zeitfernschalter, Sehaltuhren, Fernschaltautomaten, Kontaktgeber, Signal-und Relaiseinriehtungen oder als Aufzugsvorrichtungen für elektrische Hauptuhren, als Antrieb für elektrische Nebenuhren, Lauf-und Zählwerke, als initiierendes Bewegungsorgan, wie z. B. Gangregler, Automaten, Reklameapparate, Scheibenwischer für Kraftfahrzeuge und überall dort, wo geräuschlos gehende Antriebe in Frage kommen.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch ein Kippsolenoid mit Feder als Gegenkraft. Fig. 2 ist eine Seitenansicht hiezu. In Fig. 3 ist schematisch ein auf einem Hebel gelagertes Solenoid mit geteiltem Kern dargestellt. Fig. 4 zeigt schematisch ein Solenoid mit mehrfach geteiltem Kern.
In Fig. 1 und 2 liegt in einem Solenoid 1, das einseitig in ein Rohr 2 ausläuft, der Spulenkern 3 aus magnetischem Material. Dieser wird durch die im Spuleninneren eingeschlossene Feder 4 gegen das Rohrende gedrückt. Das Rohrende mündet in eine Flüssigkeitskammer 5, die durch einen Schraubenverschluss 6 und eine Dichtungsplatte 7 hermetisch verschlossen ist. Diese Kammer, die mit dem freien Raum des Spuleninnern in Verbindung steht, dient zur Aufnahme einer Bremsflüssigkeit 8, so dass der Kern 3 in der Bremsflüssigkeit, die zur Vermeidung der Bildung nachteiliger Luftblasen zweckmässig voll aufgefüllt wird, eingebettet liegt. Das andere Rohrende wird durch ein Verschlussstück 9 abgeschlossen.
Der äussere Spulenkörper hat einen Schutzmantel 10 aus Isoliermasse, auf der ein zum Spulenkörper verstellbarer Rahmen 11 aus Isoliermaterial sitzt, der durch eine Schraube 12 festgeklemmt wird. Zu beiden Seiten des Rahmens ist je eine Lasche 13 angeordnet, die in ihrem unteren Teil mit einem Schlitz 19 versehen ist, mit je einem Tragarm 14. In diesen beiderseitigen Armen ist je eine auswechselbar Lagersitze 15 durch eine Schraube 16 so eingeklemmt, dass sie in einer glasharten Pfanne 11 sitzend leicht beweglich ist. 15 a ist eine auswechselbare Reservespitze. Die glasharte Pfanne 17 besitzt in ihrem unteren Ende eine Gewindeschraube zur genauen Einstellung des Drehpunktes.
Der im Schlitz 19 der Lasche 13 geführte, als Anschlagstift ausgebildete Schraubstift 20 sichert die Lagerspitze 15 gegen das Herausgehen aus der Pfanne 17 nach oben ; das seitliche Herausgleiten wird durch die Kanten der Winkelkonsolen 21, die die beiden Pfannen tragen, verhindert. Die beiden auf dem Rahmen 11 befestigten Polklemmen 22 stellen die Verbindung mit der Spulenwicklung her.
Die Wirkungsweise ist folgende : Bei Einschaltung des Stromkreises wird der Solenoidkern in den Hohlraum der drehbar gelagerten Spule hineingezogen. Der Beschleunigung dieser Bewegung wirkt die Feder 4 entgegen, so dass ein sanftes Anziehen des Kernes erfolgt. Der Verlauf dieser Bewegung wird durch'die Bremsflüssigkeit stossfrei gemacht, von der der Solenoidkern umgeben ist. Mit fortschreitender Verschiebung des Magnetkernes wird der Widerstand der Feder gesteigert, bis er der Anzugskraft des Solenoids das Gleichgewicht hält ; damit ist die in axialer Richtung verlaufende, gedämpfte Bewegung des Solenoldkernes nach der einen Seite hin beendet. Gleichzeitig wird aber auch der Schwerpunkt des Solenoidsystems laufgewichtartig verschoben und bringt das drehbar gelagerte Solenoid zum Kippen.
Bei Stromunterbrechung wird der Solenoidkern durch Entspannung der Feder wieder in seine entgegengesetzt liegende Ausgangsstellung zurückgedrückt ; die Intensität dieser Bewegung wird durch die den Magnetkern umgebende Bremsflüssigkeit gedämpft. Mit der rückläufigen Bewegung des Magnetkernes wird auch der Schwerpunkt des Solenoidsystems mitverschoben und das Solenoid kippt wieder in die Ausgangsstellung zurück. Beim neuerlichen Einschalten des Stromes wiederholt sich dieser Bewegungsvorgang.
Durch diese Art der Bewegungsdämpfung ist es möglich, zu verhindern, dass beispielsweise bei einer Bewegungsübertragung auf das Zeigerwerk einer elektrischen Nebenuhr Zentrifugalkräfte durch Überschleudern der Zeiger auftreten. Die vorgeschlagene Konstruktion gestattet auch die Hin-und Rückbewegung des magnetischen Kernes des drehbar gelagerten Solenoids innerhalb eines praktisch in Frage kommenden Bereiches entweder durch Ausbalancieren der Spule selbst oder durch Verlegung ihres Drehpunktes zu variieren und auf diese Weise das Verhältnis der Bewegungsdauer bei geschlossenem Stromkreis gegenüber der Rückbewegung bei Stromunterbrechung nach Bedarf zu verändern.
Auch in der wahlweisen Verwendung von Bremsflüssigkeiten verschiedener Viskosität ist ein geeignetes Mittel gelegen, die Beschleunigung der Kippbewegung zu beeinflussen. Die gleiche Wirkung wird-ohne die Bremsflüssigkeit zu wechseln-dadurch erreicht, dass mittels einer elektrothermischen Heizwicklung die Viskosität des Bremsmediums selbst in feinen Abstufungen reproduzierbar veränderlich gestaltet wird. Erforderlich ist nur eine in an sich bekannter Weise in hitzebeständigem Material eingebettete, das Spuleninnere umhüllende axial aufgebrachte Lage Heizdraht, die durch eine separate
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Stromleitung je nach Bedarf regulierbare Wärme an das Spuleninnere abgibt.
Die Verwendung einer elektrisch isolierten eingebauten Heizwicklung mit unabhängiger Stromzuführung hat eine besondere
Bedeutung in jenen Fällen, wo extreme Temperaturen die Viskosität der Bremsflüssigkeit verändern, weil damit ein Weg gewiesen ist, wie das Spuleninnere auf konstanter Temperatur gehalten werden kann.
Für Turmuhren und Aussenuhren, die der Kälte besonders ausgesetzt sind, ist diese Einrichtung, die die genaue und unveränderliche Funktion gewährleistet, von Wichtigkeit.
Die Änderung des Kerngewichtes, z. B. durch Einbau eines Bleikernes in einer Hülse aus magnetischem Material, oder die Änderung der Stromart, Stromstärke und Spannung sind gleichfalls Mittel, um die Geschwindigkeit, mit der sich die Kippbewegung vollzieht, zu regulieren. Auch durch Anbringen eines auf den Rahmen 11 angreifenden, z. B. an einer Gewindestange in beliebiger Lage fixierbaren Pendelgewichtes lässt sich eine weitgehende Beeinflussung der Beschleunigung erzielen. Die einer solchen Pendeleinstellung entsprechende Gleichgewichtslage macht die Anordnung eines Anschlagstifte 20 entbehrlich.
Durch Teilung des Solenoidkerns in einen magnetischen und einen davon getrennten unmagnetischen Teil kann die anfängliche Drehbewegung des Solenoids erheblich verzögert und dann in eine beschleunigte Kippbewegung übergeleitet werden, indem zunächst nur der magnetische Teil angezogen wird und nach Erreichen der Schräglage der zurückgebliebene unmagnetische Teil nacl rückt. Durch eine Unterteilung des unmagnetischen Laufgewichtes in eine Reihe von Kugeln, wie in Fig. 4 dargestellt, kann die beschriebene Wirkung noch weiter beeinflusst werden.
Wenn es wie bei Zeitschaltern ohne Belang ist, dass die Zeitdauer der Kippbewegung ungleich verläuft, vielmehr beabsichtigt wird, die in die Phase des Kernanzuges fallende Kippbewegung zu verzögern und die Rückbewegung möglichst zu beschleunigen, dann kann dieser Effekt ohne den Bau von Laufwerkseinrichtungen durch eine solche Trennung des Kernes auf einfache Weise erreicht werden.
In Fig. 3 ist schematisch die Anordnung eines Kippsolenoids veranschaulicht, das auf einem frei drehbaren Hebel gegen ein auf dem andern Hebelarm verschiebbar angeordnetes Gegengewicht 24 gelagert ist. Durch Anziehen des Solenoidkernes, der aus zwei Teilen 3 und 3'besteht, von denen in diesem Fall der eine (3) unmagnetisch ist und, ähnlich wie in Fig. 4 veranschaulicht, auch aus einer oder mehreren Kugeln bestehen kann, wird bei Einschaltung des Stromes und unter Wirkung der Feder beim Ausschalten die Schwerpunktlage des Systems verändert und dadurch eine auf-und abschwingende Bewegung des Systems erreicht.
Kommt es nicht auf die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie an, sondern auf Empfindlichkeit, so genügt eine Schrägstellung des Solenoids. Für diesen Fall ist es zweckmässig, auf die Bremsflüssigkeit zu verzichten und die Feder mit dem einen Ende an der Verschlussschraube 6, mit dem andern Ende am verschiebbaren Kern so zu befestigen, dass sie als Zugfeder wirkt, sobald der Anker von der Spule angezogen wird. Wird der Kern als Kugel oder eine Reihe von Kugeln ausgebildet, die sich im Solenoid mit rollender Reibung bewegen und dadurch schon bei geringen Stromstärken die Einstellung des Solenoids in verschiedene Schräglagen zulassen, so kann ein solches Solenoid zur Einschaltung reibungsloser Kontakte, wie z. B. Quecksilberkontakte, verwendet werden und ermöglicht die Anwendung als Relais.
Um die Empfindlichkeit des Solenoids durch die Stromzuführungsdrähte nicht zu beeinträchtigen, kann im Falle der Anwendung als Relais, Pendel u. dgl. die Stromzuführung durch die Aufhängung selbst erfolgen. In diesem Falle wären beispielsweise die Schneiden oder Spitzen und die Pfannen vorteilhaft aus oxydationsfreiem Material auszuführen.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Kippsolenoid, bestehend aus einem kippbar angeordneten Spulenkörper mit innerhalb der Spule verschiebbarem von einem Dämpfungsmedium umschlossenen Magnetkern, der durch seine hin und her gehende Bewegung den Schwerpunkt des Systems abwechselnd von einer Seite auf die andere verlegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern bei seiner Bewegung unter der ständigen Einwirkung einer im Widerstandsmedium eingebetteten Feder steht.