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Kontaktlos selbstgesteuerte Schwinger- oder Motorenanordnung, insbesondere
für zeithaltende Geräte Die Erfindung betrifft eine kontaktlose, insbesondere über
eine Transistorschaltung selbstgesteuerte Schwinger- oder Motorenanordnung, insbesondere
für zeithaltende Geräte, mit einer relativ zu einer Triebspule bewegten Pennanentmagnetanordnung
und einem synchron mit dieser Permanentmagnetanordnung zur Spule relativ bewegten,
im Augenblick des Triebimpulses an die Permanentanordnung zwei Spulen im Ein- und
Ausgangskreis der elektronischen Schaltung, insbesondere der Transistorschaltung,
koppelnden, in den übrigen Bewegungsphasen dagegen entkoppelnden Dämpfungskörper
aus stromleitfähigem Material.
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Es ist ein elektrisches Zeitmeßgerät bekannt, bei welchem ein LC-Schwingkreisgenerator
vorgesehen ist, dessen im Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers liegende Spulen
parallel zueinander, einen Luftspalt bildend, angeordnet sind, wobei durch den Luftspalt
eine mit dem Gangordner in Verbindung stehende elektrisch leitende Scheibe mit einer
Durchbrechung bewegt wird, welche beim Durchschwingen des Luftspaltes zwischen den
Spulen eine kurzzeitige Kopplung zwischen den Spulen bewirkt. In Reihe mit der Ausgangsspule
ist dabei eine Triebspule mit Eisenkern geschaltet, welche auf einen mit dem Gangordner
verbundenen Weicheisenanker einwirkt. Die bekannte Anordnung ermöglicht zwar einen
Selbstanlauf aus dem Stillstand, jedoch ist hierfür eine sehr genaue Abstimmung
der einzelnen Schaltungsgrößen aufeinander erforderlich. Der vorgesehene Weicheisenanker
bedingt im übrigen eine ungünstige Arbeitsweise, da ein Antriebsimpuls nur durch
magnetische Anziehung erfolgen kann, zumindest in einer Schwingungsrichtung also
erhebliche Bremskräfte auftreten. Außerdem ist die Kopplung zwischen den Spulen
durch den Luftspalt herabgesetzt, was verhältnismäßig große Spulen bedingt. Auch
die Anordnung einer besonderen Triebspule bedingt eine aufwendige und umfangreiche
Bauweise.
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Es ist auch bereits eine verbesserte Schwingeranordnung bekannt, bei
welcher das Pendel einen Permanentmagneten trägt, welcher mit einer einzigen, Steuer-
und Triebspule darstellenden Spule zusammenwirkt. Eingangs- und Ausgangskreis des
elektronischen Verstärkers sind dabei durch einen Eisenkern-Transforinator miteinander
gekoppelt, dessen Magnetflußweg unterbrochen ist, wobei durch die Unterbrechungsstelle
eine mit einem radial verlaufenden Schlitz versehene Kupferscheibe bewegt wird,
durch welche der Magnetkreis periodisch geschlossen und unterbrochen wird. Diese
Anordnung ist infolge des erforderlichen Transformators verhältnismäßig aufwendig.
Auch hier sind für einen einwandfreien Gang eine genaue Abstimmung der Schaltungsgrößen
aufeinander und eine genaue Justierung zwischen Magnet, Dämpfungsseheibe und Spulen
erforderlich. Es erfordert die bekannte Anordnung einen räumlich verhältnismäßig
umfangreichen Aufbau.
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Bei einer ähnlichen Schaltungsanordnung ist ein elektrischer Oszillator
vorgesehen, der durch eine von einem Pendel bewegte Dämpfungsscheibe periodisch
ein- und ausgeschaltet wird. Die erzeugten Schwingungen werden zur Steuerung einer
Kippschaltung verwendet, deren Ausgangsimpulse mit den Schwingungszügen des Oszillators
zur überlagerung gebracht werden. Diese erzeugten Impulse werden einem auf das Pendel
einwirkenden Elektromagneten zugeführt.
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Mit dieser schaltungsmäßig sehr aufwendigen Anordnung werden die obenerwähnten
Nachteile nicht vermieden.
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Bei einer anderen bekannten Schwingeranordnung mit relativ zueinander
bewegten Magnet- und Spulenanordnungen mit Eisenkern ist zur Erzeugung der Antriebsimpulse
ein von der Magnetanordnung beeinflußter magnetfeldabhängiger Widerstand vorgesehen.
Bei dieser Anordnung treten die bei Eisenkernspulen allgemein bekannten nachteiligen
Rückzugskräfte auf. Im übrigen erfordert es einen erheblichen Aufwand, steilflankige
Antriebsimpulse zu erzeugen. Im Stillstand sind überhaupt keine Impulse, sondern
nur ein Dauerstrom erzeugbar. Ein Selbstanlauf ist dtshalb infolge der auftretenden
magnetischen Bremskräfte kaum möglich.
Es ist auch eine Drehschwingeranordnung
bekannt, bei welcher ein feststehender Permanentmagnet, eine ebenfalls feststehende
Spulenanordnung sowie ein auf der Drehschwingerwelle angeordneter zweiteiliger Weicheisenanker
vorgesehen sind. Die beiden Teile des Weicheisenankers sind durch eine magnetische
Verbindung miteinander verbunden, welche die beiden Spulen der Spulenanordnung durchsetzt.
Der Weicheisenanker ist vorgesehen, um einen die Spulen durchsetzenden Magnetfluß
zu bewirken und somit in der Steuerspule eine Steuerspannung und in der Triebspule
einen Triebstrom zu bewirken. Eine periodische Kopplung und Entkopplung kann durch
den Weicheisenanker nicht erfolgen, da die konzentrisch zur Drehschwingerwelle angeordneten
Spulen stets gleichmäßig von den Eisenteilen bedeckt sind, irgendeine unterschiedliche
Beeinflussung also nicht auftritt. Ein Selbstanlauf ist somit mit einer solchen
Anordnung nicht möglich.
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Bei einer weiteren bekannten Anordnung trägt die von dem Schwinger
getragene Triebspule einen Ablenkschirrn. Durch diesen Schirm wird eine Kopplung
zwischen der Steuerspule und der Triebspule der Schaltungsanordnung in jedem Fall
verhindert. Der Schirm dient im übrigen lediglich dazu, den die Steuerspule durchsetzenden
Magnetfluß zu verändern. Dies erfolgt dadurch, daß der Schirm den Magnetweg durch
die Steuerspule kurzschließt. Die bekannte Anordnung ermöglicht weder einen Selbstanlauf
noch eine Bauweise mit geringen Ab-
messungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrodynamisch angetriebene,
auf kontaktlosem Wege selbstgesteuerte Schwinger- oder Motorenanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche einen guten Gang ermöglicht, einfach herstellbar
ist und auf geringem Raum untergebracht werden kann. Die Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Verwendung der genannten Anordnung bei Systemen mit koaxial unmittelbar,
d. h. praktisch ohne Luftspalt nebeneinanderliegenden Spulen, von denen die
eine von dem relativ bewegten Permanentmagnetsystem induktiv unter Erzeugung einer
Steuerspannung beaufschlagt wird und die andere im Ausgang der elektronischen Schaltung
den Triebimpuls an das bewegte System bewirkt, derart abgewandelt, daß der stromleitfähige
Dämpfungskörper so angeordnet ist., daß er die praktisch luftspaltlos nebeneinanderliegenden
Spulen beidseitig relativ überschwingt und im Bereich des synchron mit ihm bewegten
Permanentmagnetsystems so ausgebildet ist, daß er in dem Augenblick, wo das Permanentmagnetsystem
die beiden unmittelbar nebeneinanderliegenden Spulen überschwingt, die Kopplung
herstellt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Erzeugung steilflankiger
Antriebsimpulse in der Antriebslage des Schwingers oder des Rotors, ohne daß wesentliche
Justierarbeiten oder eine besondere Ab-
stimmung der Schaltungselemente aufeinander
notwendig sind. Bei dieser Anordnung entstehen in der i Nullage des Gangordners
bzw. des Rotors antreibend wirkende Rückkopplungsschwingungen, so daß die Anordnung
aus dem Stillstand anlauffähig ist. Mit größer werdender Amplitude bzw. wachsender
Umfangsgeschwindigkeit der Anordnung gewinnt dabei die von dem Permanentmagneten
erzeugte Steuerspannung an Wirksamkeit, wodurch die Rückkopplungsschwingungen weitgehend
unterdrückt werden und außerordentlich kurze und steilflankige Antriebsimpulse erzeugt
werden können.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an -einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch
eine Motorenanordnung gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1,
F ig.3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig.
1,
F i g. 4 bis 9 Darstellungen der auftretenden Impulse.
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In den F i g. 1 bis 3 ist mit 10 die Rotorwelle
bezeichnet, an welcher die Scheiben 11 und 12 aus magnetisch gut leitendem
Material befestigt sind. Die Scheiben 11 und 12 sind durch die Welle
10
umgebende Mittel 13 aus ebenfalls magnetisch gut leitendem Material
mitein ander verbunden. In der Nähe des Umfanges der Scheiben 11 und 12,
die vorzugsweise schwalbenschwanzförmig ausgebildet sind, sind die Permanentmagneten
14 und 15 eingelassen, die einander gegenüberliegen und gleichsinnig polarisiert
sind, so daß durch den von ihnen gebildeten Luftspalt ein stark gebündelter Magnetfluß;
verläuft. Der Abstand der Magneten 14, 15
vom Umfang der Scheiben
11 und 12 entspricht vorzugsweise mindestens der halben Stärke der Scheiben.
Den Magneten 14 und 15 in bezug auf die Welle gegenüberliegend sind Gegengewichte
16
und 17 angeordnet.
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Gleichfalls mit der Welle 10 fest verbunden sind die Scheiben
18 und 19 aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise aus
Kupfer oder Aluminium. Die Scheiben 18 und 19 enthalten radial verlaufende
Schlitze 20 und 21, welche vom Magnetfluß der Permanentmagneten 14 und
15 durchsetzt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel durchsetzen
die Pole der Magneten 14 und 15 die Schlitze 20 und 21. In dem von den Scheiben
18 und 19 und den Magneten14 und 15 gebildeten Luftspalt sind
die Spulen 22 und 23, welche im Eingangs- und Ausgangskreis eines nicht dargestellten
elektronischen Verstärkers liegen, angeordnet. Vorzugsweise sind die Spulen eng
benachbart und koaxial angeordnet.
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Statt der Gegengewichte 16 und 17 können ebenfalls Permanentmagnete
vorgesehen sein, in welchem Fall die Scheiben 18 und 19 an diesen
Stellen ebenfalls Schlitze aufweisen. Es entfällt dann die magnetisch gut leitende
Verbindung 13 zwischen den Scheiben 11 und 12.
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Die Scheiben 11 und 12 können auch mehrannig, z. B. dreiarmig
oder vierarmig, ausgebildet werden, wobei jedem Arm bzw. jedem Armpaar ein oder
zwei- Pennanentmagneten zugeordnet werden. Die elektrisch gut leitenden Scheiben
18 und 19 können statt der Schlitze 20 und 21 auch Stellen verminderter
Leitfähigkeit enthalten. Beispielsweise können sie an den von den Schlitzen eingenommenen
Stellen im Querschnitt verringert sein.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die Spulen 22 und
23, die im Eingangs- und Ausgangskreis einer nicht dargestellten elektronischen
Verstärkerschaltung liegen, sind so stark miteinander gekoppelt, daß eine Rückkopplungsschwingung
entsteht. Diese Rückkopplungsschwingung wird durch die elektronisch gut leitenden
Scheiben 18 und 19
so stark gedämpft, daß sie abreißt,
wenn sich die Schlitze20 und 21 außerhalb des Bereichs der Spulen 22 und
23 befinden. In der in den Figuren gezeigten Stellung befinden sich die Schlitze
20 und 21 unmittelbar in der Nähe der Spulen 22 und 23, so daß die Rückkopplungsschwingungen
einsetzen, welche in Verbindung mit den Permanentmagneten 14 und 15 auf den
Rotor einen Antriebsimpuls bewirken, durch welchen beispielsweise der Rotor um den
Winkel cc (F i g. 2) gedreht wird. Dabei gelangen die Schlitze 20 und 21
aus dem Bereich der Spulen 22 und 23, wodurch die Rückkopplungsschwingungen
abreißen. Durch die nicht dargestellte Spiralfeder des Drehschwingers wird nun das
Permanentmagnetsystem in entgegengesetzter Richtung bewegt, wodurch die Schlitze
20 und 21 wiederum in den Bereich der Spulen 22 und 23 gelangen. Die entstehenden
Rückkopplungsschwingungen bewirken nunmehr einen weiteren Antriebsimpuls, welcher
den Schwinger in die entgegengesetzte Richtung auslenkt.
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Mit größer werdender Amplitude bzw. mit wachsender Umfangsgeschwindigkeit
des Schwingers wird in der Steuerspul#e 22 durch den von den Permanentmagneten 14
und 15 erzeugten Magnetfluß eine größer werdende Steuerspannung erzeugt,
durch welche die Rückkopplungsschwingungen in immer stärkerem Maße unterdrückt werden.
Bei voller Schwingungsamplitude ergeben sich damit sehr kurzzeitig auftretende und
steilflankige Antriebsimpulse, wie sie zur Aufrechterhaltung des Isochronismus erwünscht
sind.
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In den F i g. 4 bis 9 sind die entstehenden Impulse
dargestellt. In der Nullage des Schwingers entstehen dauernde Rückkopplungsschwingungen,
wie sie in F i g. 4 dargestellt sind. Dabei ist ib der Strom in der Steuerspule
und 1, der Strom in der Antriebsspule.
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In Fig.5 sind die auftretenden Impulseib und i, bei einer Amplitude
von 301 dargestellt.
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F i g. 6 zeigt die auftretenden Impulse bei einer Amplitude
von 90'.
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Wie aus den F i g. 7 und 8 hervorgeht, wird die zeitliche
Dauer der Impulse mit zunehmender Amplitud,e geringer, und es werden die Rückkopplungsschwingungen
in immer stärkerem Maße verdrängt, so daß sich bei einer normalen Schwingungsamplitude
von 270' (F i g. 8) außerordentlich scharfe und kurzzeitig wirkende
Impulse in der Nullage ergeben.
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Die Anordnung kann natürlich auch als Motoranordnung ausgebildet werden,
in welchem Fall ähnliche Impulsbilder entstehen.
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Wird der Schwinger gemäß F i g. 1 bis 3 um
90'
aus seiner Ruhelage gedreht, so sind die Spulen 22 und 23 praktisch
stromlos, wie es der F i g. 9 zu entnehmen ist. Der stromlose Zustand in
den Spulen setzt praktisch ein, sobald der Auslenkungswinkel des Schwingers
301 übersteigt.