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Elektrisch betätigte Antriebsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine
elektrisch betätigte Antriebsvorrichtung, bei welcher bei Stromzufuhr ein stabartiges
Antriebsorgan aus einer Ausgangsstellung mit hohem Moment in einer Richtung vorgestoßen
wird (wobei es auf das zu betätigende Organ auftrifft) und bei Beendigung der Stromzufuhr
automatisch in seine Ausgangslage zurückgeführt wird.
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Solche Antriebsvorrichtungen können mit Vorteil für die Zwecke Verwendung
finden, für die bisher Hubmagnete eingesetzt werden. Sie eignen sich besonders für
z. B. die Betätigung der Einstellstifte von Einstellvorrichtungen, die mit einem
Lochkartenlocher zusammenwirken. Sie müssen für solche Zwecke, bei denen sie in
großer Anzahl benötigt werden, einfach und mit geringen Kosten herstellbar, gleichzeitig
aber absolut betriebssicher sein und weiter einen sehr geringen Raum beanspruchen,
damit eine große Zahl solcher Antriebsvorrichtungen ohne gegenseitige Beeinflussung
auf kleinstem Raume nebeneinander angeordnet werden kann.
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Die vorliegende Antriebsvorrichtung, bei welcher zwei in Reihe liegende
Spulen, die entgegengesetzten Wicklungssinn haben, in axialem Abstand auf einem
elektrisch isolierenden Rohr vorgesehen sind, in welchem ein Dauermagnet in axialer
Richtung unter der Wirkung der Spulen aus einer Ausgangsstellung herausbewegbar
geführt ist und von einem ferromagnetischen Element in der Ausgangsstellung gehalten
wird, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch die Vereinigung der Merkmale,
daß die Spulen und der Dauermagnet so in bezug aufeinander angeordnet sind, daß
bei in der Ausgangsstellung befindlichem Magnet beide Pole desselben jeweils in
dem Teil der Spulen einander gegenüberstehen, der bei Stromdurchfluß die gleiche
Polarität wie die Magnetpole aufweist, und daß zur selbsttätigen Rückführung des
durch einen den Spulen zugeführten Stromimpuls aus seiner Ausgangsstellung mit großer
Kraft herausgestoßenen Magnets in seine Ausgangsstellung und zum frei schwebenden
Festhalten in derselben zwei ferromagnetische Elemente vorgesehen sind, die sich
in einem der Dauermagnetlänge entsprechenden Abstand voneinander befinden und diejenigen
Teile der beiden Spulen umfassen, welche bei Stromdurchfluß jeweils gleiche Polarität
mit den Polaritäten des Dauermagnets aufweisen.
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Elektrisch betätigte, unter der Wirkung oder Mitwirkung von Dauermagnet-
bzw. Elektromagnetkraft Bewegungen erzeugende bzw. bewegte Vorrichtungen sind natürlich
seit altersher für die verschiedensten Zwecke in den verschiedensten Formen bekannt.
So kennt man Hubmagnete, die aber relativ teuer und im allgemeinen platzraubend
sind. Es sind Wechselstromklingeln bekannt, bei denen ein Dauermagnet, der einen
besonderen Klöppelkopf trägt, längsbeweglich und gefedert in einer Spule gelagert
ist. Bei einer Ventilsteuerung mit einem in zwei Spulen verschiebbaren Dauermagnet
wird durch wechselweise Betätigung der Spulen der Magnet bis jeweils zum Anschlag
an eine Eisenbegrenzung in die jeweils andere von zwei Endlagen gezogen. Bei einem
Vakuumschaltelement wird ein zu einem gegebenenfalls zweiteiligen Dauermagnet ausgebildetes
Kontaktstück durch Magnetkraft geschaltet, nämlich in eine von zwei Schaltstellungen
bewegt. Bei einer auf das vorige Jahrhundert zurückgehenden Vorrichtung für Bogenlampenregler
u. dgl. wird eine möglichst konstante und möglichst weite Relativverschiebung zwischen
einem stabförmigen Magnet und einer Doppelspule angestrebt, wobei erst die eine
Spule wirkt und dann die folgende Spule zunehmend mehr zur Wirkung kommt, wenn die
Wirkung der ersten Spule nachläßt.
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Diese und andere bekannte Vorrichtungen machen, wie auch die vorliegende
Erfindung, von der Abstoßung zwischen gleichen und der Anziehung zwischen ungleichen
Magnetpolen Gebrauch. Unterschiedlich und entscheidend ist und in die verschiedensten
Entwicklungsrichtungen fällt die Art und Weise, in welcher diese Kräfte jeweils
angewandt werden. So zieht z. B. bei den bekannten Vorrichtungen mit zwei Spulen
im Falle der Ventilsteuerung
jede der von einer Bimetallsteuerung
wechselweise betätigten Spulen den Dauermagnet auf sich zu, wirkt beim Bogenlampenregler
erst die eine Spule im Sinne einer Abstoßung und dann, erst bei schwächer werdender
Abstoßwirkung der ersten Spule, die zweite Spüle zunehmend stärker im Sinne einer
Anziehung, wird bei dem Vakuumschalter das Kontaktstück durch Magnetkraft zwischen
zwei Schaltstellungen bewegt und im Falle des zweiteiligen Magnetkontaktstückes,
dessen Teile axial hintereinander zwischen zwei- Spulenkernen liegen und sich zu
den Kernen hin abzustoßen suchen, diese Abstoßung durch entsprechend kräftige Magnetisierung
der Kerne unter Zusammendrückung der Kontaktstücke überwunden. Zum Unterschied zu
den bekannten Vorrichtungen wirken nach der Erfindung die zwei Spulen auf beide
Magnetpole des Dauermagnets gleichzeitig im Sinne einer in einer Richtung erfolgenden
Abstoßung und, auf diese Einleitung der Antriebsbewegung folgend und die Bewegung
beschleunigend, auf beide Magnetpole im Simse einer in gleicher Richtung erfolgenden
Anziehung, wodurch sich ein rasches Vorschleudern des stabartigen Antriebsorgans
ergibt, das bei Aufhören der Stromzufuhr zu den Spulen durch die Wirkung der ferromagnetischen
Elemente selbsttätig wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und frei schwebend
in dieser gehalten wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das den Magnet aufnehmende
Rohr zur Abschirmung des Magnets mit einer längsgeschlitzten Hülse aus ferromagnetischem
- Material -umgeben. Dies ermöglicht einen außerordentlich gedrängten Zusammenbau
zahlreicher Antriebsvorrichtungen, die sich gegenseitig nicht beeinflussen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Antriebsvorrichtung
nach der Erfindung- dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht-im Schnitt,
' Fig.2 in schaubildlicher= Darstellung den elektromagnetisch wirksamen Teil der
Vorrichtung nach Fig. 1 und ' Fig. 3 schematisch eine °Möglichkeit, eine Anzahl
der Antriebsvorrichtungen auf einem kleinen Raum unterzubringen. -Mit Bezug auf
die Zeichnung umfaßt die Antriebsvorrichtung einen Dauermagnet in der Form eines
zylindrischen Stabes 1, der= sich innerhalb einer elektrisch isolierenden Röhre
2 befindet und in der Achsrichtung der Röhre beim Anlegen eines elektrischen Stromes
an einen Leitungsdraht 3 (Fig. 2) in Bewegung kommt, der sich außen auf der Röhre
2 befindet und zum Teil um diese herumgewickelt ist, um zwei entgegengesetzt gewickelte
Spulen 4, 5 zu bilden, die in der axialen Richtung der Röhre im Abstand voneinander
liegen. Die Spule 4 umfaßt eine Süd-Nord-VVicklung und die Spule 5 eine Nord-Süd-Wicklung,
:während der Magnet 1 mit Bezug auf die Spulen derart angeordnet ist, daß beim Anlegen
eines elektrischen Stromes an diese Spulen der Magnet infolge der Abstoßung schnell
in der axialen Richtung der Röhre verschoben wird. Das eine Ende des Leitungsdrahtes
3 ist mit einer Feder 6 aus Phosphorbronze -verbunden, die mit einem in die Röhre
2 eingesetzten -Anschlußstöpsel7 in Verbindung steht, an den eine -Eingangsleitung
8 angeschlossen ist. Der Anschluß-:stöpsel ist auf einer elektrisch isolierenden
Platte 9 'befestigt. Das andere Ende des Leitungsdrahtes 3 ist mit einem kupfernen
Ring 10 verbunden, welcher das untere Ende der Röhre t umfaßt, deren - Teil 11-
in eine Messingplatte 12 eingesetzt ist, die auf geeignete Weise mit Erde in Verbindung
steht.
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Um die Vorrichtung gegen andere ähnliche in der Nrähe befindlichen
Vorrichtungen magnetisch abzuschirmen, liegen um die Röhre herum, wie in der Fig.
1 dargestellt, ferromagnetische Hülsen 13, die in der Längsrichtung Schlitze (Fig.
3) aufweisen.
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Um den Magnet 1 in die Anfangslage, d. h. in die in der Fig. 1 dargestellte
Lage zurückzuführen, sind nach der Erfindung Rückholmittel vorgesehen, die aus zwei
ferromagnetischen Teilen 14, 15 bestehen, die zwischen den Platten 9 und 12 um die
Röhre herumliegen und in der axialen Richtung der Röhre um die Länge des Dauermagnets
1 voneinander entfernt sind, und zwar derart, daß, wie aus der Fig. 1 zu erkennen
ist, die Endflächen 16, 17 des Magnets sich im wesentlichen in den Ebenen der abliegenden
Flächen 18, 19 der ferromagnetischen Teile befinden. Zweckmäßigerweise werden die
ferromagnetischen Teile 14, 15 durch Stahlplatten gebildet, die in ihrer Stellung
zwischen den Platten 9 und 12 mittels nicht dargestellter Zwischenstücke gehalten
werden und die Teile 9, 14, 15, 12 miteinander verbinden, um eine einheitliche Konstruktionsform
zu erzielen, welche eine Anzahl Antriebsvorrichtungen in dichter Aufstellung nebeneinander
hält, wie in der Fig.3 dargestellt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 wird angenommen, daß die
Antriebsvorrichtung die Betätigung eines nicht dargestellten Bowdenzuges herbeiführt,
der seinerseits beispielsweise dazu eingerichtet ist, die Einstellstifte einer Einstellvorrichtung
zu betätigen, die mit einer Vorrichtung für das Einstanzen von statistischen Registrierkarten
in Verbindung steht. Zu diesem Zwecke stößt der Magnet 1 bei dessen Betätigung gegen
einen aus Messing bestehenden Stift 20, welcher derart angeordnet ist, daß er durch
den Magnet 1 in der Längsrichtung nach unten bewegt wird, wobei der Stift 20 am
Ende des Bowdenzuges anliegt und diesen betätigt.
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Im Betriebe geht der an die Leitung 8 angelegte Strom durch die Spulen
4, 5 hindurch, wodurch die südnördlichen und nordsüdlichen Felder zustande kommen.
Wie aus der Fig.1 zu ersehen, ist der Magnet 1 so angeordnet, daß dieser senkrecht
in der südlichen und nördlichen Richtung liegt, so daß das obere Ende des Magnets,
da- dieses den südlichen Pol darstellt, im südlichen Feld der Spule 4 liegt, während
das untere Ende des Magnets, das den nördlichen Pol darstellt, sich in dem nördlichen
Feld der Spule 5 befindet. Demgemäß bewegt sich der Magnet 1 mit schneller Bewegung
nach unten, um eine treue Stellung einzunehmen, und zwar derart, daß das obere Ende
in dem nördlichen Feld der Spule 4 und das untere Ende in dem südlichen Feld der
Spule 5 liegt. Wie in der Fig. 1- dargestellt, ist ein Zwischenraum zwischen der
unteren Endfläche 17 des Magnets 1 und dem oberen Ende des Stiftes 20 vorhanden,
wodurch die Sicherheit erhalten wird, daß der Magnet 1 während seiner Bewegung in
der Richtung nach unten eine genügende Beschleunigung erhält, um dem Stift 20 die
nötige Längsbewegung zu erteilen. Fließt kein weiterer Strom durch die Leitung 8
hindurch, so wird der Magnet 1 in die in der Fig. 1 dargestellte Lage zurückgeführt,
in welche er sich selbst durch die ferromagnetischen-Platten 14, 15 hineinzieht.
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Bei der oben erläuterten Arbeitsweise der Vorrichtung wird angenommen,
daß -der an den Eingangs--draht 8 angelegte Strom Gleichstrom ist: Es ist jedoch
selbstverständlich,
daß, wenn eine ununterbrochene Reihe von Impulsen auf den Magnet 1 übertragen werden
soll, ein solches Resultat dadurch erzielt werden kann, daß man Wechselstrom an
den Draht 8 anlegt, in welchem Falle der Magnet 1 in Phase mit den Perioden des
Wechselstromes schwingt. Die ferromagnetischen Platten 14, 15 werden dann den Magnet
in die in der Fig. 1 dargestellte Lage zurückführen, falls der Wechselstrom dann
abgeschaltet wird, wenn der Magnet sich in einer anderen als der Ausgangsstellung
befindet.
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Ebenfalls ist es selbstverständlich, daß, obgleich in dem obigen Beispiel
die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung hinsichtlich ihrer Verwendung zur Betätigung
eines Bowdenzuges beschrieben worden ist, dieselbe ebenfalls dazu verwendet werden
kann, die Verschiebung von sonstigen Teilen an Stelle von Bowdenzügen herbeizuführen.
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Aus dem Obigen geht hervor, daß die Antriebsvorrichtungen mit in der
Längsrichtung geschlitzten Hülsen 13 ausgerüstet sind. In der Praxis hat es sich
jedoch erwiesen, daß, um Platz zu sparen, wenn man die Vorrichtungen, wie in der
Fig. 3 dargestellt, derart reihenweise aufstellt, daß die Vorrichtungen der einen
Reihe versetzt zu den Vorrichtungen benachbarter Reihen liegen, es nur notwendig
ist, die Vorrichtungen jeder zweiten Reihe mit Abschirmhülsen zu versehen. Aus der
Fig.3 ist zu erkennen, daß eine Mehrzahl der beschriebenen Antriebsvorrichtungen
innerhalb eines sehr kleinen Raumes untergebracht werden kann.