DE698580C - Anordnung mit hin und her schwingenden Massen, insbesondere Alarmwecker - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
13. NOVEMBER 1940

9-JAN. 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 698 KLASSE 74 a GRUPPE

S 12S331 VIlIbI j 4a

Gustav Blumberg in Friedrichsthal über Oranienburg

ist als Erfinder genannt worden.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 31. Juli 1937 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 10. Oktober 1940

Die bekannten Rasselwecker und Klingelapparate, bei denen die Sigrialgabe durch Anschlagen einer Schalenglocke mittels eines elekromagnetisch betätigten Klöppels erfolgt, besitzen den Nachteil, daß durch das Aufschlagen des Klöppels auf die Schale Prellungen entstehen, durch die die Schallausstrahlung der schwingenden Glocke gedämpft und dem Frequenzspektrum eine große Zahl unerwünschter Oberschwingungen überlagert wird. Der elektrische AVirkungsgrad derartiger Einrichtungen wird dadurch stark vermindert und das Alarmgeräusch schnarrend und wenig durchdringend.

Diese Nachteile treten allgemein bei allen Einrichtungen auf, bei denen sich eine hin und her schwingende Masse, die magnetisch oder elektrisch in Schwingung versetzt wird, zwischen zwei festen Anschlägen bewegt. Dies kann z. B. der Fall sein bei den verschiedensten Büromaschinen mit schwingenden Stoßstangen sowie auch bei Werkzeugmaschinen mit einem hin und her gehenden Werkzeug. Diese, die Wirkungsweise z. B. eines Alarmweckers, beeinträchtigenden Prellungen haben ihre hauptsächliche Ursache in der Wirkung des elastischen Stoßes und im Vibrieren infolge zu weicher Federung. Durch diese Prellungen wird die freie Schwingung des Schallerzeugers gedämpft, so daß der Alarm wenig lautstark und sehr unsauber \\\τά. Die Dämpfung der Glockenschwingung wird noch dadurch vergrößert, daß im Augenblick des Auftreffens des Klöppels auf die

Glockenschale, also im Umkehrpunkt der Schwingung, die Geschwindigkeit des Klöppels über einen größeren Zeitraum sehr gering ist.

Hier schafft die Erfindung dadurch Abhilfe, daß die mit der schwingenden Masse zusammenwirkende Rückholfeder derart ausgebildet wird, daß ihre wirksame Federlänge in Richtung der beiden Umkehrpunkte der to Schwingung stetig oder stufenweise verkürzt und hierbei die kinetische Energie der schwingenden Masse unter Vermeidung von Anschlägen im Endpunkt ihrer Schwingung ohne Stoß in die potentielle Energie der Feder umgewandelt wird. Dadurch wird das Auftreten von Prellungen in der Arbeitshalbschwingung vermieden und die Energie der arbeitsfreien Halbschwingung in Federkraft gespeichert. Gemäß der weiteren Erfindung wird der Wirkungsgrad einer mit Gleichstrom erregten Anordnung noch dadurch außerordentlich erhöht, daß die Frequenz der schwingenden Masse und die Steuerung des Antriebsmagneten derart gewählt ist, daß der Strom unterbrochen wird, wenn die Antriebskraft ungefähr ihr Maximum erreicht hat. Hierdurch wird erzielt, daß der größte Teil der zugeführten elektrischen Energie während der Arbeitsschwingung der schwingenden Masse wirksam und damit in Arbeit umgesetzt wird. Hierbei ist es z\veckmäßig, die Frequenz der schwingenden Masse nicht zu hoch zu wählen. Die Verringerung der Frequenz kann durch eine Vergrößerung der Masse erreicht werden, was schon deswegen vorteilhaft ist, um eine größere Wucht des Arbeitsgerätes, in diesem Falle des Werkzeuges, einer Werkzeugmaschine oder des Klöppels eines Alarmweckers, zu erzielen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Änderung der Federkonstante entweder durch eine besondere z. B. paketartige Ausbildung der Feder oder durch die Einspannung der Feder zwischen entsprechend geformte Abwälzbahnen erzielt, wobei die Vorspannung der Feder zu der Alasse des schwingenden. Körpers in ein ganz bestimmtes, zweckmäßig durch Versuch zu ermittelndes Verhältnis gebracht ist.

-50 Ein praktisches Anwendungsbeispiel der Erfindung soll im nachstehenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten elektromagnetisch betätigten Alarmweckers, auf den die Erfindung Anwendung gefunden hat, beschrieben werden. Auf weitere Merkmale der Erfindung wird an diesbezüglichen Stellen der Beschreibung hingewiesen. In der Fig. I ist mit ι der die Glockenschale 4 anschlagende Weckerklöppel bezeichnet. Der Wekfio kerklöppel hat die Form eines Hammers mit dem aus einer großen Masse bestehenden Hammerkopf ι und dem in einer Bohrung 7 geführten Hammerstiel 2, der mittels seines gehärteten Endes 3 die Glockenschale möglichst am Rand anschlägt. Der Weckerklöppel ι wird durch die an ihm befestigte Rückholfeder 5 in seiner normalen Ruhelage 0 gehalten. Die Rückholfeder 5 sowie das den Weckerklöppel betätigende Magnetsystem 9 mit seinem Joch 8 sind, wie auch die Stromzuführung und der Unterbrecherkontakt 16, für die Einschaltung des Magnetsystems an einem winklig gebogenen Trageisen 6 befestigt.

Die Rückholfeder 5 besitzt eine der Größe der schwingenden Masse angepaßte Federkonstante und ist mit ihren beiden Enden zwischen den Abwälzbahnen 11 bis 14 eingespannt, wobei die Abwälzbahn 14 durch eine entsprechende Abrundung des Hammerkopfes ι erzielt wird. Die Betätigung des Unterbrecherkontaktes 16 erfolgt in beliebiger Weise, z. B. durch den Hammerkopf oder durch eine am Hammerstiel 2 angeordnete Nase 15. Der Unterbrecherkontakt 16 ist so angeordnet, daß der Weckerklöppel 1 in seiner normalen Ruhelage den Unterbrecherkontakt eben noch geschlossen hält. Die Abwälzbahnen 11 bis 14 kann man auch einstellbar anordnen, wodurch man damit in Verbindung mit einem einstellbaren Unterbrecherkontakt die Anordnung auf größten Wirkungsgrad einregeln kann.

Besonders zweckmäßig ist die gewählte Anordnung des Weckerklöppels in Verbindung mit seiner Rückholfeder hinsichtlich seiner Lage zum Elektromagneten. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Weckerklöppels als Hammer mit dem im Bereich der Pole 10 liegenden Hammerkopf 1 und durch die Anordnung des Hammerstiels 2 parallel zu den Polen 10 und Führung zwischen den Spulen 9 wird ein besonders zweckmäßiger und gedämpfter Aufbau des ganzen Erregermechanismus erzielt. Hierbei läßt sich die ganze Einrichtung leicht in ein schlagwettersicheres Gehäuse, einbauen, wobei dann, wie in Fig. 2 dargestellt, die Übertragung der Klöppelschläge auf die Glocke durch Zwischenschaltung eines Kolbens 18 erfolgt, der 11» durch eine eigene Rückholfeder 19 abgestützt ist und in dem schlagwettersicheren Kapselgehäuse 17 luftdicht gelagert ist. Zwecks Erzielung des luftdichten Abschlusses kann man an Stelle des Kolbens 1S auch eine dünne, großflächige Membran verwenden, die in sehr kurzem Abstande von der Glockenschale liegt und durch die hindurch die Klöppelschläge übertragen werden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende. Sobald der Strom eingeschaltet ist, wird der Hammerklöppel infolge des ge-

schlossenen Kontaktes i6 kurzzeitig angezogen, da die Schließungszeit dieses Kontaktes bei herabgehendem Klöppel außerordentlich kurz ist. Infolge der Wälzbahnen ii bis 14 wird die Steifigkeit der Feder immer größer, und der Klöppel schlägt beim Durchschwingen im Umkehrpunkt die Glockenschale 4 mit großer Geschwindigkeit ohne Prellung an und schwingt dann aus der Stellung I durch die Xullageo zurück in die äußerste Stellung II der Leerlauf schwingung, wobei wiederum die lebendige Wucht des Klöppels infolge der zunehmenden Steifigkeit der Feder 5 in Form von Federkraft gespeichert wird, die sich dann beim Zurückschwingen des Klöppels zu der wirksam \verdenden Anziehungskraft des Magneten hinzuaddiert. Hierbei ist es zweckmäßig, die Klöppelmasse verhältnismäßig groß zu wählen, um seine ao Eigenschwingungszahl derart zu verkleinern, daß sich das Magnetfeld des Erregermagneten infolge der dadurch bedingten Vergrößerung der Schwingungsdauer zu seiner vollen Größe ausbilden kann. Es entstehen damit außerordentlich heftige Schläge, und der Stromverbrauch wird im Verhältnis zur erzielten Schalleistung sehr niedrig gehalten, da fast die ganze zugeführte Leistung in Schlagenergie umgewandelt wird. Trotz der \^Aerkleinerung der Klöppelfrequenz unter die Schwingungsfrequenz der Glockenschale wird durch die ernndungsgemäße Ausbildung der Feder die Geschwindigkeit des Aufschlages im Umkehrpunkt derart vergrößert, daß eine Prellung oder Dämpfung mit Sicherheit vermieden wird.

Die Fig. 3 zeigt das Diagramm der Stromaufnahme in Abhängigkeit von den Schwingungszeiten. In der zwischen o, II und ο liegenden Halbwelle (Leerlaufschwingung) wirkt lediglich der schwarz eingezeichnete Leistungsteil bremsend auf den nach oben schwingenden Klöppel. Dieser Leistungsanteil kann durch geeignete Ausbildung des Kontaktes sehr klein gehalten werden. Der größte Teil des Leistungsanteils wirkt auf den nach abwärts schwingenden Klöppel, das ist der schraffierte Teil, während der punktierte Anteil, der nach unterbrochenem Kontakt noch durch die Remanenz der Spule vorhanden ist, auch noch in der Arbeitsschwingung zwischen ο und der unteren Endstellung I auf den Klöppel wirksam wird. Wie aus dem Diagramm der Fig. 3 ersichtlich, gelingt es durch geeignete Anordnung der Kontakte und eine bestimmte Größe der Selbstinduktion der Spule, die Kurvcnform des ansteigenden und abfallenden Astes so zu wählen, daß der größte Teil der elektrischen fio Energie auf den nach abwärts schwingenden Klöppelhammer einwirkt. Die Stromersparnis gegenüber den bekannten Weckern ist, wie praktische Versuche er-geben haben, außerordentlich, sie beträgt bis zu So⁰J₀.-

Wie bereits erwähnt, ist die Anordnung auch auf andere Einrichtungen anwendbar, bei denen bewegte Massen zwischen zwei Anschlägen schwingen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Federn lassen sich diese Einrichtungen dann so ausführen, daß der Anschlag dieser Massen in der einen Endlage prellungsfrei erfolgt und in der anderen Endlage eine völlige Abbremsung erfolgt, durch die Erschütterungen und eine vorzeitige Beschädigung der Maschine vermieden werden. Durch geeignete Wahl der Federkontakte und der schwingenden Massen' wird man selbstverständlich die Eigenschwingungszahl des schwingenden Systems stark abweichend von der Eigenschwingungszahl der übrigen Einrichtungen halten und dadurch die größte Schonung der Maschine erzielen.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung mit einer elektrisch, vorzugsweise mit Gleichstrom erregten schwingenden Masse, z.B. Werkzeug oder Alarmwecker, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Masse (1, 2) mit einer Rückholfeder (5) zusammenwirkt, die derart ausgebildet ist, daß ihre wirksame Federlänge in Richtung der Endlagen (I, II) stetig oder stufenweise verkürzt und hierbei die kinetische Energie der schwingenden Masse unter Vermeidung von An-' schlagen im Endpunkt ihrer Schwingung ohne Stoß in die potentielle Energie der Feder umgewandelt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Rückholfeder und/oder ihrer Lagerung (11, 12, 13, 14), daß die kinetische Energie der schwingenden Masse im Endpunkt der Arbeitsschwingung (I) größer ist als im Endpunkt der Rückholschwingung (II) und in letzterer fast verlustlos in Federspannung umgewandelt wird.
3. 3. Anordnung nach den. Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine derartige no Bemessung der Eigenfrequenz der schwingenden Masse, der von ihr gesteuerten Antriebskraft (9) sowie eine solche Einstellung der Steuerorgane (15, 16) zur Einschaltung der Antriebskraft, daß die Antriebskraft ungefähr dann unterbrochen wird, wenn sie ihr Maximum erreicht hat, so daß der größte Teil der Antriebskraft während der Arbeitsschwingung (ll-o-I) wirksam wird.
4. 4. Anordnung nach ilen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei

   Verwendung von Blattfedern als Rückholfeder die Enden der Blattfeder (5) zwischen Wälzbahnen (11, 12, 13, 14) eingespannt sind, die bei der Durchbiegung der Feder deren wirksame Federlänge verkürzen (Tautochronführung).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzbahnen als feste und/oder federnde Elemente ausgebildet sind.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und S, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzbahnen einregulierbar sind.
7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder ein- oder beidseitig und an einem oder an beiden Enden als geschichtetes Federpaket ausgebildet ist.
8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der schwingenden Masse (1, 2) zur Federkonstanten und zur Größe der Antriebskraft, daß die Masse usw. eine oberwellenfreie, sinusähnliche Schwingung ausführt und daß ihre Eigenschwingungszahl um ein Vielfaches kleiner als die des angestoßenen Körpers ist.
9. 9. Elektromagnetischer Wecker unter Verwendung der Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis S, gekennzeichnet durch eine hammerartige Ausführung des Schlagklöppels (1), wobei der Hammerstiel (2) parallel zu den Magnetkörpern (9)₍ geführt ist und der Hammerkopf (1) im' Anziehungsbereich der Magnetpole (10) Hegt, während die Rückholfeder (5) am Hammerkopf befestigt ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagklöppel mit seiner Antriebsvorrichtung in ^₀ einem schlagwettersicheren Gehäuse (17) untergebracht ist und seine Schläge über einen abgefederten Kolben (18) auf die Glockenschale (4) zur Wirkung bringt.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläge des Schlagklöppels über eine dünne, großflächige und in kleinem Abstande vor der Glockenschale befindliche Membran zur Wirkung gebracht werden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen