Polarisiertes Nagnetsystem. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein polarisiertes Magnetsystem mit beweg lichem Anker, das für verschiedene Zwecke, insbesondere Apparate der Fernmeldetechnik, wie Relais, Fallklappen und andere Signal einrichtungen, verwendbar ist. Solche Sy steme weisen bei geeigneter Ausbildung eine höhere Ansprechempfindlichkeit auf und sind für kompliziertere Schaltvorgänge verwend bar als unpolarisierte Systeme.
Es sind Systeme mit zwei oder vier durch einen permanenten Magneten oder durch Fremderregung magnetisierten Polen be kannt, deren Anker mechanisch oder elektro magnetisch zwischen einer Anfangs- und einer Endstellung bewegt werden kann. Die Luftspalte der Polschuhe können hinsichtlich Querschnitt und Länge symmetrisch oder un symmetrisch ausgebildet sein. Die Unsymme- trie kann so stark sein, dass zur Überführung des Ankers aus der Anfangsstellung in die Endstellung eine wesentlich geringere Kraft erforderlich ist als zur Rückstellung.
Die hohe Ansprechempfindlichkeit wird -ermög- licht, weil die Auslösekraft nur so gross zu sein braucht, um den Anker bis wenig über die Kippstellung (neutrale Stellung) zu ver schieben. Die Kraft des Permanenzflusses übernimmt die Weiterbeförderung des An kers in die Endstellung und reicht aus, um Mechanismen anzutreiben, Federn, z. B. Kon taktfedern, zu spannen, usw.
Durch eine Regulierschraube kann die Anfangs-Anschlagstellung des Ankers, d. h. die Ansprechempfindlichkeit reguliert wer den. Soll die Ansprechempfindlichkeit erhöht werden, dann muss der Anker näher an die Kippstellung eingestellt werden.
Vorliegende Erfindung betrifft ein pola risiertes Magnetsystem mit einem durch den Polarisationsfluss und durch den Fluss eines Elektromagneten beeinflussten Anker und ist gekennzeichnet durch mindestens einen Hilfs- polschuh zur Regulierung der Charakteristik Ankerweg-Drehmoment.
Der Hilfspolschuh wird mit Vorteil der art angeordnet, dass dieser von einem Teil des Polarisationsflusses durchflossen wird, also vom gleichen Permanenzmagnet oder der glei chen Feldspule magnetisiert wird wie der Hauptpolschuh. Somit ist keine besondere magnetische Quelle für den Hilfspolschuh er forderlich. Ferner sind in diesem Fall Hilfs- und Hauptpolschuhe den gleichen allfälligen Schwankungen der Quelle ausgesetzt, wo durch die Drehmomentcharakteristik wohl der Intensität, aber nicht dem Charakter nach verändert wird.
Im folgenden sind einige Ausführungs formen der Erfindung an Hand der beilie genden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 stellt einen Schnitt nach der Ebene X-X der F'ig. 2, F'ig. 2 einen solchen nach der Ebene Y-Y der Fig. 1 einer Ausfüh rungsform mit zwei seitlich der Verlängerung eines Ankerendes angordneten Hilfspolschu- hen dar, Fig. 3 und 4 zeigen einen Schnitt und einen Seitenriss einer andern Ausführungs form, bei der jedem Ankerende ein Hilfspol schuh zugeordnet ist, F'ig. 5 zeigt einen Einzelteil.
Fig. 6 und 7 sind Ausführungsformen, bei denen ein Hilfspolschuh mit einem Haupt polschuh durch ein Joch verbunden ist und in den Fig. 8 bis 12 sind Ankerweg-Drehmoment- Charakteristiken dargestellt.
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Vierpol magnetsystem enthält die permanenten Ma gnete 5, 6 zur Erzeugung des Polarisations flusses, Jochplatten 3, 4, Bügel 1, 2, an deren Schenkeln 12 bis 15 die winkelförmigen Yauptpolschuhe 17 bis 20 befestigt sind. Ferner ist eine zweiteilige Elektromagnet- spule 10, 11 und ein um die zur 'Leichenebene senkrechte Achse 16 drehbarer Anker 7 vor handen. 21 und 22 sind die Hilfspolschuhe. die mittels Schrauben 23 bis 26 an abgewin kelten Lappen der Jochplatten 3 bezw. 4 be festigt sind.
Sie sind rechtwinklig abgebogen und nur durch kurze Luftspalte von den Längsseiten einer Verlängerung 7' des An kers 7 getrennt. Die Hilfspolschuhe sind der art angeordnet, dass ihre die Ankerluftspalte begrenzenden Endflächen 28 und 29 wenig- stens annähernd parallel zu der Zeichenebene in Fig. 1 liegen. Die Hilfspolschuhe haben >esentlich kleinere Querschnitte als die Hauptpolschuhe.
Der Polarisationsfluss gelangt von den Nordpolen N der permanenten Magnete 5, 6 über die Jochplatte 3, die Polschuhe und die . Jochplatte 4 zu den Südpolen. Der grösste Teil fliesst über die Hauptpolschuhe und ein kleinerer Teil über den Hilfspolschuh 21, die Ankerverlängerung 7' und den Hilfspolschuh 22. Die Schlitze 27 in den Hilfspolschuhen 21 und 22 gestatten, diese nach Lösung der Schrauben 23 bis 26 wenigstens annähernd parallel zu einer Tangente an die Bahnkurve irgendeines Punktes eines Ankerendes zu ver schieben.
Diese Lagenänderung des Endes jedes Hilfspolschuhes sei "Tangentialver- schiebung" genannt. Mindestens das Ende jedes Hilfspolschuhes ist ferner senkrecht zu dieser Tangente, d. h. senkrecht zur Zeichen ebene in Fig. 1 einzeln derart verschiebbar, dass für die gezeichnete Ankerstellung die Luftspaltlänge zwischen den Hilfspolschuhen und dem Anker verändert werden.
Diese La genänderung jedes Hilfspolschuhendes sei "Radialverschiebung" genannt. .Sie ist er reichbar durch Einfügung ferromagnetischer Bleche zwischen Hilfspolschuh 21 und Joch- platte 3 bezw. zwischen 22 und 4. Die Lagen änderung kann aber auch durch nicht ein gezeichnete, später an Hand von Fig. 3 be schriebene Regulierschrauben erfolgen.
Die Anfangs- und Endstellung des An kers kann durch bekannte Hubbegrenzungs- mittel, wie Klebstifte, Einstellschrauben 51, 52 usw., festgelegt oder einstellbar sein. Diese Sehrauben können als Kontakte dienen.
Im Diagramm F'ig. 8 sind die Wege bezw. Drehwinkel des Ankers als Abszissen ein getragen, wobei die Strecke<I>CD</I> den grösst möglichen Ankerweg zwischen den Pol schuhen bedeutet, der aber durch die Hub begrenzungsmittel auf die Strecke AB ver mindert ist. Die von den Haupt- bezw. Hilfs- polschuhen herrührenden Drehmomente sind in Fig. 8a als Ordinaten eingetragen und bil den die Kurven P bezw. H, die punktsymme- triseh bezüglich ihrer Nullpunkte 0 bezw. M sind.
Die -Kurve H ist bezüglich P der Deut lichkeit halber stark überhöht gezeichnet. In den durch - bezw. -f- bezeichneten Gebieten drückt das magnetische Drehmoment den An ker gegen den Punkt<I>A</I> bezw, <I>B.</I> Wären die Hauptpolschuhe allein wirksam, so wäre der Anker im Punkt 0 im labilen Gleichgewicht. Für die Stellung M sind die Ankerkräfte der Hilfspolschuhe am grössten, weil die zugehö rigen Luftspalte am kürzesten sind, aber die Resultierenden dieser Kräfte liegen in einer Linie und üben kein Drehmoment aus. Der Anker hat also im Punkt M eine stabile Gleichgewichtslage, d. h.
Raststellung, wenn die Hilfspolschuhe allein wirksam sind. Die Drehmomentkurve H kann je nach dem Quer schnitt der Hilfspolsehuhe und deren Luft spaltabmessungen verschiedene Intensitäten und Steilheiten haben. DieseÄnderungen sind durch die genannte "Radialverschiebung" der Hilfspolschuhenden erreichbar. Durch die "Tangentialverschiebung" kann dagegen die Lage des Punktes M verändert werden.
Je nachdem die Kurve H flacher oder aus geprägter ist, ergibt sieh durch deren Sum- mierung mit der Ilauptpolsehuh-Drehmoment- Charakteristik eine Gesamtcharakteristik, bei der eine stabile Ankerstellung vorhanden ist oder nicht. Eine Charakteristik mit einer sta bilen Lage B zwischen der Anfangs- und Endstellung<I>A</I> bezw. <I>B</I> ist in Fig. 8b dar gestellt.
Die beschriebene Ausführungform kann ferner folgende drei in Fig. 1 und 2 nicht eingezeichnete Abweichungen aufweisen: Er stens kann der Teil rechts der Ebene P-P fehlen und es können an dessen Stelle die Jochplatten 3 und 4 bis gegen die Achse 16 des Ankers 7 derart abgebogen sein (z. B. Winkelansätze 53 und 54 in Fig. 3), dass sie den Anker fast berühren. Hierdurch wird an den Charakteristiken der Fig. 8 der Form nach im wesentlichen nichts geändert. Zwei tens können zwei Winkel, z. B. 17 und 20, fehlen.
Die Enden der Schenkel 12 und 15 bilden dann selber die Hauptpolschuhe, deren dem Anker zugewandte Stirnflächen kleiner sind als diejenigen der von den Winkeln 18 imd 19 gebildeten Hauptpolschuhe. Dadurch ergibt sich eine unsymmetrische Drehmoment charakteristik P nach Art der Fig. 9a, wobei zur Auslösung des Ankers aus seiner Au fangsstellung A ein wesentlich kleineres Drehmoment erforderlich ist als zur Rück stellung aus seiner Endstellung B.
Drittens kann einer der Hilfspolschuhe 2,2 oder 21 fehlen. Ist nur ein Hilfspolschuh vorhanden, sei es 21 als Nordpol oder 22 als Südpol, so haben deren Drehmomentcharakteristiken H verschiedenartige Formen nach Fig. 9a bezw. 10a, indem der negative bezw. positive Kur venteil stärker entwickelt ist. Diese drei Varianten können beliebig miteinander kom biniert werden. So gehören z.
B. die Dia gramme 9a und 10a zu zwei Kombinationen eines einzigen Hilfspolschuhs mit unsymme- trischen Hauptpolschuhen. Bei geeigneter Be messung der Stärke der Hilfsdrehmomente H summieren sich diese derart zu den Haupt drehmomenten P, dass Kurven nach Art der Fig. 9b und 10b entstehen. Diese zeichnen sich einerseits durch eine Verflachung auf Seite der Anfangsstellung A des Ankers, anderseits durch eine grössere Entfernung der Kippstellung K von der Anfangsstellung<I>A</I> im Vergleich zur ursprünglichen Kippstel lung 0 aus.
Der Betrag des Drehmomentes bei Stellung A wird also verkleinert und gegen die Kippstellung K zu vergrössert, so dass der eingangs geschilderte Vorteil grösse rer Ansprechempfindlichkeit bei verminder ter Störempfindlichkeit erreicht wird.
Bei stärkerer Dimensionierung der Hilfs drehmomente wird magnetische Rastung er zielt. F'ig. 8b hat bereits ein Beispiel hiefür gezeigt. Ein solches Magnetsystem kann bei symmetrischen und unsymmetrischen Haupt polschuhen, z. B. als Umschaltrelais verwen det werden, indem der Anker sowohl in den Stellungen A und B je einen Kontaktfeder satz betätigt. In Fig. 1 und 2 ist nur ein Kontaktfedersatz 55 vorausgesetzt. Die Rast stellung B kann derart gewählt werden, dass der Anker in dieser Stellung sämtliche Kon takte freilässt.
Die Drehmomentcharakteri- stik kann so geformt sein, dass der Anker auch dann in der Raststellung R stehenbleibt, wenn in den Spulenhälften 10, 11 kein Halte strom fliesst, vorausgesetzt, dass der Anker zuvor in diese Raststellung bewegt wurde. Die Raststellung R kann derart gewählt wer den, dass bei dieser beide Kontaktfedersätze in Ruhestellung sind. Dies bedeutet einen Fortschritt gegenüber bekannten polarisierten Magnetsystemen, w o dauernd der eine oder andere Kontaktfeder;satz betätigt ist.
In diesem Fall hat die Drehmomenteha- rakteristik nach Art. 8b eine derartige Form, dass beide Anschlagstellungen A und 13 des Ankers stabil sind. Beide oder wenigstens eine kann ohne weiteres auch als labile Stel lung ausgebildet werden. Hievon wird mit Vorteil Gebrauch gemacht für eine Anord nung zur Rückstellung eines solchen Relais ankers über mindestens einen eigenen Kontakt, bei welcher die Ankerstellung A unselbstän dig ist, d. h. nur bei einem gegebenen Er regerstrom aufrecherhalten bleibt.
Bei der Stellung A schliesst der Anker einen Kontakt zur Entladung eines Speicherkondensators über mindestens einen Teil der Wicklungen 10, 11. Hierdurch wird der Anker in Stellung A elektromagnetisch so lange festgehalten, als der Entladestrom dauert. Dann bewegt er sich unter Wirkung der Kontaktfedern und des Polarisationsflusses in die Raststellung, wobei sich der Kontakt öffnet.
Eine weitere Ausführungsform der Er findung ist in Fig. 3 und 4 im Schnitt bezw. im Seitenriss dargestellt. Die von Fig.2 und 1 übernommenen Teile sind gleich beziffert. Die Winkel 17 und 20' fehlen, so dass die Hauptpolschuhe bezüglich der Horizontal ebene durch die Ankerdrehachse 16 eine stark unsymmetrische Form aufweisen. Die Hilfs- polschuhe 31 und 32 sind gegenüber den Stirnflächen der Ankerenden angeordnet.
derart, dass ihre die Ankerluftspalte begren zenden Endflächen 38 und 39 parallel zur Zeichnungsebene der Fig. 4 liegen. Betref fend Befestigung und Verstellmöghchkeiten der Hilfspolschuhe mit den Schrauben 23 bis 26 und den zugehörigen Schlitzen 27 und Clnterlagsbleelien wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Die "Radialver- scliiebung" kann auch durch die aus un- nia.gnetisierbarem Material bestehenden Stell schrauben 33 und 34 erfolgen, welche durch Gegenmuttern 35 und 36 gesichert sind und sich an den verhältnismässig steifen Polschuh schenkeln 12 und 15 abstützen. Je nach dem Drisch der Schrauben werden die Hilfspol- sehuhe mehr oder weniger durchgebogen.
Da die zwei Ankerenden dureh die Polschuhe ungleielipolig magnetisiert werden, wird nicht mehr eine punktsymmetrische Drehmoment kurve H nach Art der Fig. 8a erzielt, sondern eine unsymmetrische nach Art der Fig. 9a bezw. 10a, je nachdem der Hilfspolseliuh 31 ein Nord- bezw. Südpol und 32 ein Süd- bezw. Nordpol sind.
Die Einrichtungen zur Ver- sehiebung der Hilfspolschuhe werden mit Vorteil zur Einstellung der Ansprechemp- findlichkeit verwendet, weil hierdurch die eingangs erwähnten Nachteile der Hub begrenzung wegfallen. Ferner ermöglicht die individuelle Verstellbarkeit der Hilfspol- sc:huhe 21 und 22 bezw. 31 und 32, für die einzelnen Hilfspolschuhe verschiedene Dreh inomentkurven zu erzielen.
Auch in diesem Fall gibt es Ausführungs formen, die durch drei Merkmale von Fig. 3 und 4 abweichen: Erstens kann wieder der Teil rechts der Schnittebene P-P fehlen; zweitens können wie bei Fig. 1 zwei als Hauptpolsehulie ausgebildete Winkel 17 und 20 hinzukommen; drittens kann wieder einer der Hilfspolsehulie 31 oder 32 fehlen.
Hier durch werden die Drehinomentkurven H in Fig. 9a bezw. 10a der Form nach nicht ver ändert. Aueh diese drei abweichenden Merk male können einzeln vorkommen oder sind miteinander kombinierbar. Die hierdurch er zielten Wirkungen wurden früher be- sehrieben.
Die Polschenkel 13 und 14 können mit den Winkeln 18 bezw. 19 zusammen aus einem Stück 56 bestehen, wie Fig. 5 zeigt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist der eine Hauptpolschuh wie früher als Win kel 18 ausgebildet. Der andere Hauptpol- sehuh 40 ist mit dem Hilfspolschuh 41 durch ein Joch 42 verbunden. Dabei sind Hauptpol schuh 40 und Hilfspolschuh 41 dem gleichen Ankerende 7" zugeordnet wie der Ilauptpol- schuh 18.
Der Hilfspolschuh ist als Platte auf einer Horizontalfläche des Jochs derart auf geschraubt oder aufgeklemmt, dass bei der gezeichneten Ankerstellung die Länge des Hilfsluftspaltes 44 veränderbar ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 7 weist gegenüber Fig. 6 den Unterschied auf, dass der Hilfspolschuh 43 mit dem Joch 42 und dem Hauptpolschuh 41 zusammen aus einem Stück besteht.
Bei Fig. 6 und 7 weist die Innenfläche 45 des Jochs eine derartige Form auf, dass eine bestimmte Abhängigkeit des Drehmomentes von den verschiedenen Ankerstellungen be sonders genau erreicht wird. So ist z. B. die Forderung, dass das Drehmoment nach Fig.9b von Stellung<I>A</I> bis gegen K möglichst klein und konstant sein soll, weitgehender erfüll bar als mit den oben genannten Ausführungs formen.