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Fallklappe Die Erfindung betrifft eine Fallklappe mit einem durch
einen permanenten Magneten und einen Elektromagneten beeinflußten, auf die Fallklappe
einwirkenden Anker. Die Fallklappe ist für Feldfernsprecher oder tragbare Stationen
besonders geeignet, da sie sich durch große elektrische Empfindlichkeit auszeichnet,
jedoch gegen mechanische Erschütterungen, wie sie in Feldzentralen besonders häufig
auftreten, unempfindlich ist.
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Es sind bereits Klappen bekanntgeworden, bei denen außer dem Elektromagneten
noch ein permanenter Magnet vorgesehen ist, der die Klappe in ihrer Ruhelage magnetisch
festhält. Der permanente Magnet ist dort aber drehbar angeordnet und trägt selbst
die Klappe.
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Ein anderes bekanntes Schauzeichen sieht die Anordnung eines beweglich
angeordneten permanenten Magneten vor, welcher so zu dem Anker eingestellt wird,
daß dieser durch Ströme geringer Intensität aus seiner Ruhelage herausgelangt, in
seiner Arbeitslage dagegen unter dem Einfluß starleer Kräfte des permanenten Magneten
gehalten wird. Der Anker steht dort ferner noch unter dem Einfluß einer Federkraft,
die der durch die Erregerspule erzeugte magnetische Fluß zur Verstellung des Ankers
aus seiner Ruhelage überwinden muß. Zur Zurückführung des Ankers aus seiner Arbeitslage
in die Ruhelage ist bei diesem Vorschlag jedesmal eine Verstellung des Dauermagneten
erforderlich.
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Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich von diesen bekannten Vorschlägen
insbesondere dadurch, daß der Anker aus einem zweiarmigen, statisch ausbalancierten
Hebel besteht, welcher derart unter dem Einfluß des fest angeordneten permanenten
Magneten steht, daß die von diesem Magneten ausgeübte
Kraft vor
Erregung des Elektromagneten den Anker über seinen einen Arm mit geringen Kräften
in der Ruhelage hält, während der :'"iiker in seiner nach Erregung des Elektroinagneten
erreichten Arbeitslage mit seinem anderen Arm dem permanenten Magneten so genähert
ist, daß dieser mit wesentlich größeren Kräften auf ihn einwirkt als in der Ruhelage
des Ankers. Der Anker und damit auch die von ihm beeinflußte Klappe werden hierdurch
gegen Erschütterungen äußerst unempfindlich, wobei nur eine kleine magnetische Kraft
genügt, um den Anker in seinen beiden Endlagen festzuhalten; andererseits kann aber
die Fällklappe infolge dieser Anordnung äußerst empfindlich gegen Auslösestrom gemacht
«-erden.
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Die Klappe ist ferner gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in
ihrer Ruhelage durch ein getrennt von dieser und dem Anker angeordnetes, federnd
ausgebildetes Glied verriegelt, welches sich vor einen Vorsprung der Klappe legt
und durch den Anker aus seiner Sperrlage herausgebracht wird. Infolge dieser Anordnung
wird erzielt, daß Erschütterungen der Klappe nicht unmittelbar auf den Anker einwirken,
(1a jeder dieser beiden Teile für sich gehalten wird. Ferner sind noch Einstellmöglichkeiten
für den perinanenten Magneten und den Anker vorgesehen, um die Empfindlichkeit der
Klappe gegebenen Verhältnissen anzupassen.
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Im folgenden ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in prinzipieller
und beispielsweiser Ausführung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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Der Gedanke der Erfindung geht aus den Fig. i und z klar hervor, die
nur den prin7ipiellen Aufbau des Magnetsystems zur Beschreibung der Wirkungsweise
der Fallklappe darstellen.
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i ist der Kern des Elektromagneten, der zweckmäßig aus einzelnen Kernblechen
zusammengeschichtet wird, die hier U-förmig geschnitten sind. Über den Kern i sind
zwei Spulen 2 geschoben, die die Magnetwicklung tragen. Über den freien Enden des
Magnetkerns i befindet sich ein Anker 3, der vermittels einer Achse :I in zwei Lagerblechen
5 drehbar gelagert ist. An dem Anker 3 ist auf der einen Seite der Auslösehebel
i i angebracht, der sich in der Ruhestellung des Ankers 3 vor der die Klappe 13
verriegelnden Feder 12 befindet und in der Arbeitsstellung des Ankers durch geringen
Druck auf diese Feder die Klappe freigibt und dadurch die Auslösung eines Signals
veranlaßt.
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Auf der anderen Seite des Ankers 3 ist ein Gegengewicht 7 befestigt,
das für eine statische Ausbalancierung des Ankers sorgt. Das Gegengewicht braucht
nicht als besonderes S , tück aus- führt zu seini sondern die stati-* ele
sche Ausbalancierung des Ankers kann ebenso durch unsymmetrische Anordnung der beiden
Ankerhälften in bezug auf ihre Drehachse .I erfolgen, so daß der Anker mit dein
Auslöseliebel i i zusammen im Gleichgewicht ist. Das Drehsystem ist von ganz geringer
Trägheit und außerdem in bezug auf seine Drehachse statisch ausbalanciert.
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Ein permanenter Magnet 8 umfaßt das Anker- und Kernsystem. Eine Einstellschraube
9 aus nicht magnetischem Material gestattet die Einstellung des Ankers.
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Der Magnet 8 kann, wie in der Fig. i angegeben, als Hufeiseninagnet
ausgeführt sein oder in beliebiger anderer Form, indem z. B. der gestrichelte Teil
der Fig. i als Stabmagnet und der ausgezogene Teil aus Weicheisen ausgeführt wird.
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Der permanente Magnet bzw. die als Polschuhe ausgebildeten Schenkel
des -Magneten können ohne weiteres länger ausgeführt werden, -als in der Fig. i
angegeben ist, so daß sie zur Befestigung der übrigen Teile der Klappe dienen können
(Fis. 3).
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Durch Verwendung geeigneten Materials für den permanenten Magneten
8 und durch geeignete Formgebung desselben läßt sich eine maximale elektrische Ansprechempfindlichkeit
der Fallklappe erreichen, wobei sie gleichzeitig in ihren äußeren Abmessungen sowie
in ihrem Gewicht klein gehalten werden kann.
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Über dem Anker 3 befindet sich an dein permanenten Magneten 8 bzw.
an den als Polschub ausgebildeten Schenkeln ein besonderer Polschuh io. Von der
Form und Lage dieses Polschuhes hängt in starkem Maße die Leistung der Fallklappe
ab. Der Polschuh io kann, wie in Fig. i angedeutet, in der Mitte über dem Anker
3 befestigt sein, er kann aber auch gegen das eine oder andere Ende des Ankers zu
verschoben sein, wodurch besondere Wirkungen erzielt werden können. Die Wirkungsweise
des -i%Tagnetsystems ist folgende: Der Fluß des permanenten Magneten 8 geht aus
dem Pdlschuh io in den Anker 3. Hier teilt er sich je nach der Stellung des Ankers
in zwei Teile, die über die beiden Schenkel des Magnetkerns i gehen, worauf sich
die Teilflüsse in dem permanenten Magneten 8 wieder vereinigen. Für die Arbeitsweise
des Magnetsystems ist die Art des Eintrittes des magnetischen Flusses in den Anker
und die Aufteilung in die Teilflüsse, die durch die Magnetschenkel i' und i" gehen,
maßgebend.
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Bei Anordnung des Polschuhes io über der Achse .I des Ankers 3 tritt
der gesamte magnetische Fluß symmetrisch zur Drehachse q. des beweglichen Systems
ein, so daß er auf
den Anker kein Drehmoment ausüben kann. Der Anker
3 und damit zusammenhängend der Auslösehebel i i können daher keine Bewegung ausführen.
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Der gesamte magnetische Fluß, der in den Anker 3 eingetreten ist,
teilt sich in zwei Teilflüsse, deren Größe von dem magnetischen Widerstand ihrer
Bahnen abhängt. Da der magnetische Widerstand der beiden Ankerhälften sowie .der
beiden Kernschenkel i' und i" in einem bestimmten Verhältnis zueinander, im allgemeinen
gleich groß gewählt werden, kann der Widerstand der Teilflüsse nur vom Verhältnis
der Luftwege über den Magnetschenkeln i' und i" abhängen. Unter Annahme, daß der
magnetische Widerstand der beiden Eisenwege gleich groß ist, ist der Anker bei gleichem
Luftspalt auf beiden Seiten im'Gleichgewicht, da beide Teilflüsse gleich groß sind
und damit die beiden Drehmomente, die durch die Teilflüsse auf den Anker ausgeübt
werden, gleich sind. Wird der Anker durch eine zusätzliche Kraft in einer Richtung,
z. B. gegen den Schenkel i", bewegt, so wird .der magnetische Teilfluß auf dieser
Seite größer. Das Drehmoment in dieser Richtung überwiegt, und der Anker dreht sich,
bis er den Magnetkern i" berührt oder durch einen Anschlag aufgehalten wird.
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Betriebsmäßig wird der Anker 3 vermittels der Schraube 9 derart eingestellt,
daß der Fluß des permanenten Magneten im Schenkel i' größer ist als im Schenkel
i". Der Anker befindet sich dann in der in der Fig. i gezeichneten Stellung in einer
stabilen Ruhelage. Die Differenz der beiden magnetischen Flüsse ist ein Maß für
die elektrische Empfindlichkeit der Klappe; ist die Differenz nahezu oder gleich
Null, so ist die elektrische Empfindlichkeit ein Maximum. Je größer die Differenz
ist, um so geringer wird die elektrische Ansp-rechempfindlichkeit, um so unempfindlicher
wird das System gegen mechanische Erschütterungen. Eine kontinuierliche Veränderung
der elektrischen Ansprechempfindlichkeit ist also auf einfachste Weise durch Drehen
einer Schraube möglich.
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Durch den Auslösestrom, der durch die Spulen 2 fließt, wird ein magnetischer
Fluß erzeugt, der durch den Kern i, den Luftspalt zwischen Magnetkern und Anker
3 und durch den Anker 3 fließt. Wenn dieser elektromagnetische Fluß im Schenkel
i" die Richtung des Flusses des permanenten Magneten 8 besitzt und im Schenkel i'
demzufolge die entgegengesetzte Richtung, so wird der resultierende Teilfluß bei
i" größer als bei i', und der Anker 3 dreht sich infolge des in Richtung zu i" auftretenden
Drehmomentes bis zu seiner mechanischen Begrenzung. Über den Auslösehebel i i wird
die Auslösung des optischen und akustischen Signals in bekannter Weise veranlaßt.
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Vorbedingung für die Bewegung des Ankers ist, daß der durch die Magnetspulen
:2 erzeugte magnetische Fluß von ganz bestimmter Richtung ist, d. h. der Stromfluß
in den Magnetspülen muß ebenfalls von bestimmter Richtung sein. Trotzdem ist die
Fallklappe sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstrombetrieb geeignet. Da
die beweglichen Teile außerordentlich klein gebaut und von ganz geringer Trägheit
sind, kann die Klappe bereits auf einen Stromimpuls von sehr geringer Dauer ansprechen.
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Hat bei Betrieb der Klappe mit Wechselstrom die erste eintreffende
Halbwelle die richtige Polarität, so wird durch sie die Fallklappe zum Ansprechen
gebracht. Die folgende Halbwelle entgegengesetzter Polarität kann keinen Einfluß
ausüben; denn entweder ist der Anker noch in der Ruhestellung und das durch diese
Wechselstromhalbwelle der entgegengesetzten Richtung erzeugte Drehmoment wird durch
die Einstellschraube :aufgenommen, oder der Anker 3 ist bereits in seine Arbeitsstellung
gedreht und das Drehmoment der Wechselstromhalbwelle hat das Bestreben, den Anker
in seine Ruhelage zurückzustellen. Diese Rückstellung ist aber nicht mehr möglich,
da infolge der magnetischen Unsymmetrie zwischen Arbeits- und Ruhestellung des Ankers
3 zur Rückführung desselben in die Ruhestellung eine wesentlich größere Kraft aufgewendet
werden muß als zur Auslösung desselben aus der Ruhestellung. Die Fallklappe spricht
bereits auf die erste, spätestens auf die zweite Halbwelle eines Wechselstromes
an. Die erfindungsgemäße Fallklappe ist daher auch zum direkten Betrieb mit kurzen
Impulsen geeignet. Im besonderen spricht die Fallklappe auch auf Einschalt- und
Ausschaltstromstöße an, wie sie unter anderem auch beim Einschalten bzw. Ausschalten
von Wechselstromerzeugern auftreten, da die kurzen Einschalt- bzw. Ausschaltimpulse
eine viel höhere Amplitude als der übrige Wechselstrom besitzen.
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Um die elektrische Empfindlichkeit der Fallklappe möglichst zu erhöhen,
muß der magnetische Widerstand des Kreises für den magnetischen Fluß der erregenden
Spulen 2 möglichst klein gehalten werden, was sich neben Verwendung geeigneten Materials
für Kern i und Anker 3 noch durch Verkleinerung des Luftspaltes zwischen Kern und
Anker erreichen ließe. Eine Verkleinerung des Luftspaltes verringert jedoch die
Bewegungsmöglichkeit des Ankers, wenn zur Verkleinerung des Luftspaltes die Ankerachse
näher an die Spulenkerne herangeführt wird.
Die gleiche Empfindlichkeit
der Fallklappe läßt sich aber ohne diesen Nachteil dadurch erreichen, daß der Polschuh
io aus seiner symmetrischen Lage zur Ankerachse 4. verschoben wird. Wird er z. B.
in Richtung des Kernschenkels i' verschoben, so wird damit die Eintrittsstelle der
Kraftlinien des permanenten Magneten 8 in den Anker verändert. In die Ankerhälfte
über i' treten dann mehr Kraftlinien ein als in die Ankerhälfte über i". Die Flußverteilung
ist unsymmetrisch; es wird daher bereits durch die über den Polschuh io eintretenden
Kraftlinien des permanenten Magneten ein Drehmoment auf den Anker ausgeübt.
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Um den Anker wieder ins Gleichgewicht zu bringen, d. h. in einer stabilen
Ruhelage zu halten, muß durch Verstellen der Schraube 9 der Luftspalt bei i' kleiner
und bei i" größer gemacht werden. Die Verschiebung des Polschuhes io bringt also
den Vorteil, daß, ohne daß die Gesamtsumme der Luftspalte bei i' und i" geändert
wird, ein Maximum für den Drehwinkel des Ankers 3 und damit des Auslösehebels i
i zur Verfügung steht.
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Durch geeignete Wahl und Anordnung von Polschuh io und Anker 3 sowie
Kern i kann die Gleichgewichtslage des Ankers so gelegt werden, daß z. B. der Luftspalt
über i' gleich Null wird, wodurch der zur Verfügung stehende Drehwinkel des Ankers
maximal ausgenutzt wird.
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Der mit geringer Energie in' die Arbeitslage gebrachte Anker wird
mit großer Kraft in dieser Lage "gehalten, so daß z. B. direkt ein oder mehrere
Kontakte mit genügend großem Kontaktdruck geschlossen oder die Klappe direkt oder
indirekt ausgelöst werden kann.
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Die indirekte Auslösung der Klappe, die ein Teil der vorliegenden
Erfindung ist, bringt weitere Vorteile, indem das bewegliche Ankersystem nicht direkt
die Klappe zu halten braucht. Der Anker 3 besitzt dann an Stelle des Auslösehebels
i i nur einen kurzen Fortsatz ii. Nachdem sich der Anker ein Stück bewegt hat, berühft
der Fortsatz i i erst eine Feder 12, die ihrerseits die Auslösung der Klappe 13
besorgt. Die Kraft zum Niederdrücken der Feder 12 braucht nicht vom Rufstromgenerator
geliefert zu werden, sondern wird durch den permanenten Magneten in der oben beschriebenen
Weise aufgebracht. Durch diese Maßnahme können keine Erschütterungen von der leicht
beweglichen Klappe auf den Anker übertragen werden, da beide Teile in der Ruhelage
des Ankers nicht mehr direkt zusammenhängen und sich nirgends berühren. Damit läßt
sich eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen mechanische Erschütterungen. erreichen,
auch wenn sich der Anker in einer sehr stabilen Gleichgewichtslage befindet.
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Nachdem das gewünschte Signal ausgelöst ist, muß die Fallklappe wieder
in ihre Ruhelage gebracht werden. Sowohl Fallklappe als auch Anker müssen zurückgestellt
«-erden. Die Rückstellung kann von Hand über einen Hebel oder speziell für den Anker
auch elektrisch erfolgen. Die elektrische Rückstellung des Ankers erfolgt über einen
Lokalstromkreis in der Weise, daß durch die Ankerwicklung ein dem Auslösestrom entgegengesetzter
Strom geleitet wird. Eine beispielsweise Ausführungsmöglichkeit für eine mechanische
Rückstellung beider Teile, die eine besonders einfache Betätigung von Hand durch
einen Druckknopf oder durch Stecken eines Stöpsels in eine der Fallklappe zugeordnete
Vermittlungsklinke ermöglicht, ist in Fig.3 angegeben.
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Diese Figur ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung
in der Seitenansieht, während Fig. 4. einen Schnitt durch den Magneten nach der
Linie IV-IV der Fig. 3 zeigt, wodurch die wichtigen Teile von oben sichtbar werden.
Fig. 5 zeigt die `Vorderansicht des Ausführungsbeispieles, wobei die Apparatewand
23 weggelassen ist, damit die Teile der Fallklappe besser sichtbar werden. Die verschiedenen
beschriebenen Fälle können in gleicher Weise auf dieses Anwendungsbeispiel übertragen
werden.
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Über einen Kern aus U-förmig gebogenen Blechen mit den Schenkeln i'
und 1" sind die :Magnetspulen 2 gesteckt, deren Enden an ein Klemmen- bzw. Lötösenbrett
14 geführt sind. Der Kern bildet mit den Lagerblechen 5 eine Einheit. In diesen
Lagerblechen ist der Anker 3 vermittels der Achse 4. drehbar gelagert. Der Anker
3 besitzt einen Fortsatz i i, über den die :#luslösung der Klappe 13 indirekt geschieht.
Außerdem ist der Ansatz 15 sichtbar, über den der Anker zurückgestellt werden kann.
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Das ganze Kernst' stem ist an einem permanenten Magneten 8 befestigt,
der außerdem noch den Polschuh io und die Einstellschraube 9 trägt. Der :Magnet
8 ist an der Tragplatte 16 befestigt, die die übrigen Teile der Fallklappe trägt.
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Ein Bolzen 1;, an dem die Klappe 13 drehbar gelagert ist, verbindet
diese mit der Tragplatte 16. In der Ruhestellung sperrt die Feder 12 den Bolzen
25, so daß die Klappe 13 nicht fällt: Wird die Feder 12 durch den Anker 3 betätigt,
so wird die Klappe freigegeben und dreht sich unter dem Einfluß ihres Gewichtes
um den Bolzen 17 in die mit gestrichelten Linien eingezeichnete Stellung
der Fig. 5 bis zu einem-Anschlag 18, der isoliert in die Tragplatte 16 eingebaut
ist und
als Signalkontakt verwendet wird. Die Klappe 13 wird dabei
hinter einem Fenster 24 in der Apparatewand 23, an der die gesamte Fallklappe befestigt
ist, sichtbar.
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Die Klappe 13 kann über eine nicht gezeichnete Feder derart mit der
Tragplatte 16 verbunden werden, daß die Klappe nicht mehr durch das Eigengewicht,
sondern durch die Federkraft in die sichtbare Stellung und gegen den Anschlag 18
gedrückt wird. Da der Anker, der nur durch die magnetischen Kraftlinien und nicht
durch die Schwerkraft in seiner Ruhestellung gehalten ist, bereits lageunempfindlich
ist, ergibt sich dadurch eine Fallklappe, die vollständig unabhängig von ihrer räumlichen
Lage ist und in jeder Stellung dieselbe elektrische Empfindlichkeit besitzt und
ebenso sicher anspricht.
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Die Auslösung des Ankers 3 geschieht -elektrisch in der oben beschriebenen
Weise durch den ankommenden Rufstrom. Ihre Rückstellung erfolgt mittels eines Stöpsels
oder einer Drucktaste.
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Eine Feder 26 von entsprechender Form ist um eine Schraube 27 drehbar
gelagert. Das untere Ende der Feder 26 ruht auf einer Blattfeder i9. Wird die Blattfeder
i9 beim Drücken der Taste 2o bzw. beim Stecken eines Stöpsels in die Klinke 22 gehoben,
so dreht sich die Feder 26 um ihre Achse 27 und drückt mit ihrem freien Ende die
Klappe in ihre Ruhelage. Nach Loslassen der Blattfeder 19 geht auch die Feder 26
in ihre Ruhelage zurück, die Klappe wird aber durch die Feder 12 gesperrt.
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Mit der Blattfeder i9 wird auch die Rückstellung des Ankers 3 bewirkt.
Bewegt sich die Blattfeder i9 in die Höhe, so drückt sie auch den Anker 3 über den
Rückstellstift 28, der in der Buchse 29 geführt ist, in seine Ruhelage zurück. PATENTANSPRÜCHE:
i. Fallklappe mit einem durch einen permanenten Magneten und einen Elektromagneten
beeinflußten, auf die Klappe einwirkenden Anker, insbesondere für Feldvermittlungszentralen
oder tragbare Stationen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) aus einem zweiarmigen,
statisch ausbalancierten Hebel besteht, welcher derart unter dem Einfluß des fest
angeordneten permanenten Magneten (8) steht, daß die von diesem Magneten ausgeübte
Kraft vor Erregung des Elektromagneten (2) den Anker über seinen einen Arm mit geringer
Kraft in der Ruhelage hält, während der Anker in seiner nach Erregung des Elektromagneten
(2) erreichten Arbeitslage mit seinem anderen Arm dem permanenten Magneten (8) so
genähert ist, daß dieser mit wesentlich größeren Kräften auf ihn einwirkt als in
der Ruhelage des Ankers (3).
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2. Fallklappe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe
(13) in ihrer Ruhelage durch ein. getrennt von dieser und dem Anker (3) angeordnetes,
federnd ausgebildetes Glied (12) verriegelt ist, welches sich vor einen Vorsprung
(25) der Klappe (13) legt und durch den Anker (3) aus seiner Sperrlage herausgebracht
wird.
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3. Fallklappe nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der eine Pol (io) des permanenten Magneten (8) in der Längsrichtung des Ankers (3)
verstellbar ausgebildet ist.
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4. Fallklappe nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker
(3) in seiner Ruhelage an einem Anschlag (9) anliegt, der die Stellung des Ankers
zu dem hierauf einwirkenden Pol (io) des permanenten Magneten (8) bestimmt.