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Polarisiertes Elektromagnetsystem Die Erfindung geht von einem polarisierten
Elektromiagnetsystem ;aus. Solche Magnetsysteme werden in vielen Zweigen der Technik
verwendet, wo !es -sich darum handelt, .als elektrische Stromschwankungen auftretende
oder Tals solche auswertb@are Vorgänge ,auf @elektromagnetisichem Wege in mechanische
Vorgänge umzuwandeln. Zu solchen Geräten gehören beispielsweise die verschiedenen
Arten von Relais, wie Kontakt- und Fortsichaltrel;ais, fernerhin Wechselstromwecker,
Wechselstromrufanzeiger oder andererseits die in der Lautübertragung üblichen Tonaufnahme-
oder -wiedergabegeräte und sonstige Geräte; bei dienen Stromflußeracheinungeen ,als
mechanische, optische oder akustische Erscheinungen aausgewertet werden sollen.
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Diese polarisierten Elel,:tromagnetsystemie besitzen grundsätzlich
ein Steuerflußsystem mit durch einen Luftraum getrennten Steuerpolen, ein Dauerflußsystem
und einen Anker, der unter der Einwirkung beider Flußsysteme steht. Das D;auerflußsystem
besteht meist,aus einem Permanentmiagneten; es sind ,aber insbesondere in der Lautübertragungstechnik
auch fremderregte Dauerfluß@systemie üblich.
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Bei dien meisten, bisher bekannten Bauformen von polarisierten Elektromagnetsystemen
sind das Stewerflußisystem und das Diauerflluß:syst@em in der Weise zueinander angeordnet
und derart magnetisch verbunden, daß immer nur ein Diauerflußpiol direkt dem feinen
oder beiden Steuerflußpolen zugeordnet ist, wähnend der andere Diauerflußpol dem
Anker, dem :anderen Steuierfliußpol oder seinem weiteren Steuerflußpolpiaiar zugeordnet
ist. Infolgedessen muß der Dauerfliuß immer einen Teil des, Steuerflußkreises, zumindest
seine Polenden, durchfließen. Dadurch wird seine Vergrößerung des Eisenquerschnitts
dieser Teile @erforderlich, wodurch das Baugewicht
und die Materiialko-sten
erhöht werden. In den Fällen, in dienen der Dauerfluß sogar =die spulentragenden
Weicheisenteile durchläuft, werden durch die Querschnittsvergrößerung auch noch
die Drahtlänge und damit die Kupferverluste @ vergrößert.
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Es ist fernerhin eine elektromagnetische Vorrichtung dieser Art bekannt,
bei der- der Anker durch zwei getrennte Luftspalte hindurchnagt, von denen dereine
von zwei Dauermagneben mit gleichnamigen, gegenüberstehenden Polen begrenzt wird,
während ,der zweite Luftspalt von den Polenden dies Steuerflußkreises begrenzt wird;
die über Weicheisenbrüeken je mit- dem ,anderen Pol 'der beiden Dlauerflußsysbe,me
verbunden sind. Auch bei dieser Bauart durchsetzt der Dauerfluß die Pollenden des
Stenerflußkreis;es, so daß diese @ebenso wie die verbindenden Weicheisenbrücken
.großen Querschnitt und entsprechend .größeres Gewischt besitzen.
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Es ist das Hauptziel der Erfindung, ein polarisiertes Elektrom;agnetsystem
zu schaffen, das bei gegebener Steuerleistung sehr kleine Ausmaße und entsprechend
niedriges Baugewicht besitzt und aus wenigen Bauteilen einfacher Gestalt besteht.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht .in der S:chafung seines.
piolarisierten Elektromägnetsystems, dessen Stenerfl.'ußkreis möglichst weitgehend
und insbesondere praktisch vollständig vom Dauerfloß entlastet ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der S:ch.affurgg ,eines
polarisierten Elektromagnetsystems, bei dem beigegebener Hebellänge des Ankers der
Dauerflußkreis. lmöglichst kurz ist und möglichst vollständig den Anker beeinflußt.
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Weitere Ziele der Erfindung bestehen m einer besonders günstigen Anordnung
der Dauerflußpole in b@ezug ,auf den Arbeitssplalt :oder ;auf den Anker oder auf
beeide.
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Vier Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Danerflußsystem,
-z. B. den Permanentmagneten, nicht wie bei derbisher bekannten Systemen außerhalb
des durch die Polenden des Steuerflußkreiis:es begrenzten Arbeitsspaltes, und etwa
im Nebenschluß dazu, sondern direkt und als Ganzes in ihm anzuordnen. Dann werden
keine magnetischen Brücken zum Steuerflußkreis und :auch keine Teile dieses Stenerflußkreises
zur Leitung des Dauerflusses benötigt. Vielmehr wird dann gewissermaßen das Danerflußsystem,
z. B:. der Permianentmagnetkörp-er, als Grames .als Leiter des Steuerflusses verwendet.
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Demgemäß betrifft die Erfindung .ein piol.ari.s.iertes Ellektnomagnetsystem,
bei dem ein Stjeuerfl:üßkreis,lein Dawerflußkreis und ein Anker vorhanden sind,
und kennzeichnet ,sich dadurch, da.ß das loder ein Danerflußsystem als Anker und/oder
Aals Polscli,uh eines Steuerflußkreises oder mehrerer auf diesen Pol zusammenwirkender
Stawerflußkreiseals Ganzes; derart im ungeteilten Arbeitsspalt @ang2ordnet
ist, daß die durch seinen Nlord- und Südpol gehende Achse senkrecht zu den Feldlinien
des Steuerflusses im Luftweg verläuft.
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- Bei Ausbildnmg des Dlauerflußkreises als Anker werden @die Pole
.des Steuer$ußkneises :derart in b@ezug auf das Dauerflußsystem ausgebildet und
angeordnet, daß der Dauer fluß praktisch in ihnen verläuft. Die gleiche Wirkung
läßt sich dadurch erreichen, daß man die Pole .des Dauerfl@ußsysterns außerhalb
der Stirnflächen des Ankers, beispielswei,se :seitlich, .anordnet.
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Für die Durchführung :der Erfindung sind insbesondere Dauerflüßsysterne
in Gestalt von P@ermanentm,ag.-neten aus hochkoerzitivem Material, z. B. ,aluminiumhaltigen
Nickel-Eisen-Legierungen, geeignet.
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Weitere Erfindungsmerkmale und Vorteile sind aus der nachstehenden
Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. In diesen Zeichnungen sind Fig. i
bis 5 mit ihrem Unterfiguren Prinzipdarstellungen der verschiedenen Zuordnungsmöglichkeiten
und Ausführungsformen der Bauteile bei einem polarisierten Elektromaggnetsystem
nach der Erfindung, Fig.6eine Draufsicht ,auf ein Ausführungsbeispiel leines polarisierten
Telegraphenreliais nach der Erfindung, Fi,g.7 leine Seitenansicht auf das. Relais
nach Fig.6 in teilweisem Schnitt und teilweise fortgebrochenen Teilen, Fig.8 leine
D,räufsicht auf ein Ausführungsbei-@piel !eines polarisierten Wechselstromweckers
nach der Erfindung -mit einem Steuerflußkreis, Fig:9 ein Seitenschnitt durch den
Wecker nach Fig. 8, Fig. i o seine Teildraufsicht sauf ein weiteres, Ausführungsbeispiel
eines polarisierten Wechselstromweckers nach der Erfindung; der mit zwei Steuerflußkreisen
versehen ist, und Fig. i i ein Seitenschnitt durch den Wecker nach Fig. 10.
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Die Darstellungen in den Fig. i bis 5 wurden nach folgenden Gesichtspunkten
unterteilt: Mit :den Ziffern i bis. 5 wurden die verschiedenen Möglichkeiben der
Anordnung des Dauerflußsystems im Luftspalt des Steuerflußkreises unterschieden.
In der Figurenreihe i bildet ein Dauerflußsystem einen Polsichuh des Steuerflußkreises.
In der Figurenreihe z ist jedem Steuerfllußpol ein Dauerflußsystem als P,olschüh
zugeordnet. Bei der Figurenreihe 3 b'estehlen beide Polschuhe und der Anker aus
Dauerflußsystemen. Bei der Figurenreihe q. sind zwei Dauerfiußsysteme vorhanden,
von denen das einte dien Anker und das andere einen Polschuh des Steuerflußsystems
'bildet. Bei der Figurenreihe 5 schließlich ist nur der Anker als Dauerflußsystem
ausgebildet.
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Bei den Figuren mit dem Index. a wurde die normale Ausgestaltung der.
drei Bauteile, nämlich der beiden Polschu e und des Ankers, dargestellt. Blei den
Figuren mit dem Index b- ist ein Plot mit vergrößerten Polflächen versehen. Der
Index c kenn-Deicline@ Bauformen, bei denen Teile des Kernes als Polflächen wirken.
Die Figuren mit dem Index d betreffen Ausführungsformen, bei denen der Anker mit
vergrößerten Übergangsflächen versehen ist. In den Figuren mit dem Indexe sind Ausführungsformen
dargestellt, bei denen die Pole des Dauer -flüßkrei.ses sich nicht an den Stirnflächen
befinden.
In allen Fi:g. i bis 5 sind gleiche Teile mit gleichen
Bezugsziffern verstehen. Der Kernoder das Joch des Steuerfllußkreiises ist mit i,
und seine Erregerspule ist mit 2 bezeichnet. Das Dauerflußsystem trägt grundsätzlich
die Bezugsziffer 3. Wenn das Dauerflußsystem einen Polschuh bildet, trägt es den
weiteren Index p, während !es als Anker mit dem Index a versehen ist. Falls "der
Anker Bein Weicheisienkörper, :also kein Dauerfliußsystem ist, trägt @er die Bezugsziffer
4.
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Bei dem Modell nach Fig. i a besteht der Steu@erflußkreis ,aus dem
Eisenkern i in Form eines im Bereich des Luftspaltes offenen Rechtecks und der auf
den Kern saufgesetzten Spule 2, die biet Erregung einen Stenerfluß Ost liefert,
dessen Verkauf in .der Fig. i :a durch gestrichelte Pfeillinien angedeutet ist.
Im Luftweg des Steuerflußkreises ist das Dauerflußsystem als ein Polschuh 3 p am
Joch befestigt; es liefert den D:auerfl@uß OD und besitzt Nordpol N
und Südpol
S. Zwischen diesem dauermagnetischen Polschuh 3 p iund dem anderen Polende i i des
Steuerfllußkreises ist der Anker ¢ drehbeweglich angeordnet, wobei an seinen beiden
Längsseiten die zu seiner Bewegungsfreiheit @erforderlichen Arbeitsspalte vorgesehen
sind.
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Wieaus Fig. i a ersichtlich ist, verläuft die punktiert gezeichnete
Nord-Süd-Achse :des Diauerflußkreises senkrecht zum gestrichelt dargestellten Steuerfl!uß.
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Wie biet ,allen polarisierten Elektromagnetsysbemen b.eieinflußt der
Ste@uerfluß je nach Richtung und Stärke die beiden Pole des Dauerflusses gegensätzlch
und bewirkt die Verlagerung des durch den Dauerflluß polarisierten Ankers.
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Die Ausführungsform nach Fig. i b unterscheidet sich von dem Modell
nach Fi;g. i ia dadurch, daß das Polende i i mit deiner Erweiterungsplatte 12 versehen
ist. Diese Erweiterungsplatte besteht beispiielsw eise .aus einem Stück Weicheisenblech,
das am Polende festgeschraubt, aufgeschweißt oder sonstwie magnetisch leitend befestigt
ist. Diese Erweiterungsplatte dient zur Vergrößerung des Luftspaltquerschnitts und
damit zur Verringerung des magnetischen Widerstandes im System. Sie kann aus schwachem
und @entsprechend leichtem Material bestehen und ist aus diesem Grunde günstiger
als die vorm Dauerflluß belasteten und entsprechend verstärkten Polenden bei ;dien
bekannten Systemien.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i,c wird -die Vergrößerung des Luftspaltquerschnitts
dadurch erreicht, daß er ,an der Seitenfläche des Jochschenkels i i ,angeordnet
:ist. Die Erregerspule --
sitzt hierbei vorzugsweise auf dem das DaueTflußsYstem
3 p tragenden Schenkel. Hierdurch lassen sich die baulichen Abmessungen verkleinern.
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Die Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. i d besteht darin,
daß der Anker q. derart geformt oder mit solchen Erweiterungsteilen versehen ist,
daß den Polen des Dauerflußsystems auch an den Stirnflächen Ankerflächen gegenüberstehen.
Hierdurch werden die Streuverluste verringert. Bei dem Modell nach Fig. i e schließlich
ist ein DiauerflußsYste @m 3 p vorhanden, dessen Nord- und Südpol sich nicht an
den Stirnflächen, sondern seitlich davon; und zwar gegenüber den Seitenflächen des
Ankers q., befinden. Hierdurch werden die Streuverluste verringert.
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Die Fig. 2 a, 2 d und 2,e bedürfen keiner besonderen Erklärung, da
sie lediglich die Kombination der hoben besprochenen Bauprinzipien 2 und a bzw.
d bzw. @e darstellen. Durch die Verwendung zweier Deuerfllußsysteme besteht die
Möglichkeit, das Gesamtsystem empfindlicher zumachen. Das Modell 2 e insbesondere
ist für schnellwechselnde, z. B. tonfrequente Steuerströme geeignet.
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Eine weitere Verstärkung des Dauerflusses wird bei den Modellen nach
Fig. 3 a, 3 d und 3 e erzielt, bei denen auch der Anker 3,a ..als Diauerflußsystem
ausgebildet Bund derart angeordnet isst, daß seine Pole entgegengesetzten Polren
der fest angeordneten Dauerlußsysteme gegenüberstehen.
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Die Modellreihe nach den Fig. q. a bis 4,e stellt einte weitere Ausführungsserie
mit dauermagnetischem Anker 3 ,a dar, der zwischen einem dauermagnetischen Polschuh
3 p und einem Polende i i des. Ste@nerfl'ußkreis@es arbeitet. Auch biet dieser Modellreihe
stehen sich ungleiche Polte von drehfesten und drehbaren Diawerflußsystem@en gegenüber.
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Die Ausführungsformen nach der Figurenserie 5 a bis 5 @e sind gegenüber
allen bisher beschriebenen Modellen Üadurch ausgezeichnet, diaß sie eine Geringstzahl
von Bauteilen rund damit den geringsten baulichen Aufwand besitzen. Hierdurch wird
sogar der Nachteil aufgewogen, diaß der Anker :eine größere Masse und entsprechend
höhere Trägheit besitzt.
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Bei den Modellen 3 d, ¢ d und 5 d bestehen die Erweiterungsflächen
,an den Ankern aus Weicheisenblechen, die an den Permianientmagnetkörper magnetisch
leitend angesetzt, z. B. :angeschweißt oderangeklammert sind.
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Wie aus den vorstehenden Darlegungen hervorgeht, gibt @es im Rahmen
des grundsätzlichen Erfindungsgedankens zahlreiche grundsätzliche Ausführungsformen,
so daß, die Erfindung sehr unterschiedliche Aufgaben zu lösen vermag. Im nachstehenden
sollen nun drei praktische Anwendungsbeispiele ausführlicher beschrieben werden.
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Biet dem polarisierten Telegraphenrelais nach Fig. 6 und 7 ist auf
einer Grundplatte i o paus nichtmagnetischem Material, z. B. Aluminiumspritzguß,
der Eislenkern i in üblicher Weise, beispielsweise mittels Haltebrücken 12 und Schrauben
13 befestigt. Der Eisenkern i besteht in üblicher Weise aufs seiner Vielzahl
von überexnandergeschichteten Lamellen aus niedrigkoerzitivem Weicheisen und trägt
die Spule 2, die mit dem Relaissteuerstrom gespeist wird und zu diesem Zweck mit
den üblichen Steckerstiften 2 i verbunden ist. An die beiden Polenden des Eisenkerns
i sind je ein Diauermagniet 3 p angeschraubt, die plattenförmig gestaltet undderart
zueinander angeordnet sind, daß sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. Die Dauermagnete
bestehen aus bochkoerzitivern Magnetmaterial, z. B. aus der unter der geschützten
Warenbezeichnung Alnico im Handel erhältlichen, aluminiumhaltigen Eisen-
Nickel-Ko-balt-Legierungen,
und sind -derart magrnetis#ert, daß sich ihre Pole, wie eingezeichnet, übler :die
einander zugekehrten !und den Luftspalt begrenzenden Seitenflächen erstrecken. Diese
Polanordnung läßt sieh durch Einwirkung entsprechend ausgebildeter Magnetisiereinrichtungen
@erzielen. Zwischen den beeiden Dauermagneten 3 p ist der Anker 4 beweglich iangeordnet.
Dieser Anker b@esteht aus zwei Weicheisenblechen 41, die zwischen sich leinen Träger
42 in Form einer Blattfeder geiltschließen. Die Blattfeder 42 ist in ihrer Mitte
(mit je reiner seitlichen Verlängerung 43 versehen, die über den Umriß :der Ankerbleche
41 hinausragen und vorzugsweisse in der magnetischen Mitte des Dauerflußsystems
liegen. Diese Verlängerungen 43 dienen zur Halterung des. Ankers. Sie sind zu diesem
Zweck ;an Ansätzen 44 eines Lagerbügels 45 -durch Nietung iod. dgl. befestigt, der
seinerseits durch Schrauben ,oid. dgl.einstellbar an der Grundplatte i o ungeordnet
ist. Diese einstellbare Anordnung ist bekannter Stand der Technik. Sie ermöglicht
die ierforderliche justlerung des Ankers. Gegebenenfalls kann auch der Eiwinkern
i, z. B. mittels langgeschlitzter Schraubenlöcher, rauf der Grundplatte relativ
zum Anker lagenveränderlich befestigt :sein.
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Der Anker 4 trägt ;an seinem 'der Spule abgawendeten Ende ;außierhalb
des Bereichs der Bolschuhe den Ankerkontakt. Dieser besteht in biekännter Weise
aus iabgewinkelten Federplättchen 46 mit aufgesetzten Kontaktkuppen 47- Die Fed:erplättchen
sind unter Einfügung von isolierenden Zwischenlagen und reiner Lötöse zum Anschluß
ides Kontaktstromkreisees mit dem Ankerkörper 4 verschraubt. Dien Kontaktkuppen
47 .stehen Gegenkontakte 48 gegenüber, die von Schrauben 14 getragen werden, :die
in isolierten Liagerböcken 15 auf der Grundplatte i o einstellbar iangeordnet :sind.
Diesle Kontaktanordnung ist als solche bekannt.
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Unter dem Einfiuß der die Spule 2 durchfließenden Steuerströme werden
die Pole der Dauermagnete 3 p iderart beeinflußt, diaß der Anker 4 Dreh- bzw. Kippschwingung-au
tun seine als TorsIonsfedern wirkenden Ansätze 43 ausführt. Dadurch wird ientweder
dieeine oder die andere Kon taktkuppie 47 ;an. ihren Gegenkontakt 48 federnd angelegt
und der Kontaktstromkreis entsprechend geschliossIen.
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Brei dem polaxisierten Wechselstromwecker nach Fig. B und 9, der nach
dem Prinzip 5 c gebraut ist, ist der Kern i o i ider Erregerspule i o2 ,aus zwei
gleichen, gestanzten Weicheisienbliechen zusiammengesietzt, die miteinander durch
Punktschweißung o,d. idgl. verbunden sind. Das obere Ende der Bleche ist als Polschuh
i i i abgebogen; um gegenüber dem -als Anker- -ausgebildeten Diauermagneten io3,a
leinen möglichst großen Luftquerschnitt zu erzielen. Der Kern i o i ist mit einem
rechteckig 1 zusammengebiogenen, ebenfalls Baus gestanztem Weicheisenbleph bestehenden
Joch mittels Sehraubien149 zusammengebaut: Dieses Jioch trägt iam oberen Teil den
Ankerlagerzapfen 143 und ist am unterem Ende als Befestigungsfuß des Weckers aus-,gebildet.
Der ,als Dauermagnet ausgebildete Anker 1 03 a wird von einer Schelle
i 5o umschlossen; die beiderseitig Fortsätze i 5 i besitzt, die je mit reiner Bohrung
bzw. Nabe zur Aufnahme des Lagerzapfens 143 versiehen :sind. Der -eine dieser beiden'
Fortsätze trägt weiterhin. den Doppelklöppel 152 ides Weckers, dessen Stiel in bekannter
Weise -durch Nietverbindung mit dem Fortsatz verbunden ist. Diese Klöppel befinden
sich im Bereich der beiden Glö.ckenschalen i 53, die am joch i o i' gehaltert sind.
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Um den lern gegenüber dem joch und damit die Polschuhe i i i gegenüber
dem Anker i o3,a einstellen zu können, besitzt der Kern langgeschlitzte Diurchtrittslöcher
für die Schrauben 149.
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Die Lagerung für den Ankerzäpfen 143 iam loch ioi' ierfolgt in: baulich
einfacher Weise mit Hilfe eines die Welle überdeckenden, federnden Haltebleches
154, das am Joch angenietet ist. Die -Befestigimmgsnieten dienen gleichzeitig als
Anschläge für die Begrenzung der Ankerbewegung.
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Der in den Fig. i o und i i .dargestellte Wechs@elstromwecker isst
nach dem Prinzip i e aufgebaut. Auf den kürzeren Schenkeln :eines U-förmigen Joches
201 .sind zwei Erregerspulen 2o2 und 202' aufgebracht. Der zwischen den Spulen liegende,
fache Teil des jochesdient seinerseits Tals ein gemeinsamer Pol der beeiden Steuerflußknelsie
und andererseits als Lagerstütze für den Anker 2o4. Dieser Anker 204 besteht aus
einem rechteckigen Weicheisienkörp.er, der in seinem mittleren Teil zwei rechtwinklig
nach hoben abgebogene-, um das Joch herumgreifende Ansatzlappen z 5i trägt (s. Fig.
I i). Diesle Lappen tragen Bohrungen, durch idie der Lagerzapfen 243 hindurchreicht,
ider wie bei dem Wecker nach Fig. 6 und 7 mit Hilfe -eines Abideckbleches 254 am
jioch ;gehalftert ist. Der einie Ansatzlappen ist etwas länger und hält an seinem
oberen, nochmals abgewinkelten Ende :den Stiel252 des Klöppiels. Dieser Aufbau ist
an sich bekannt.
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Die über die Erregerspülen 202 hinausragenden Enden der U-Schenkel
dies jioches toi sitzen auf einem Brückenteil 2 5 q., der laus einem mehrfach abgewinkelten,
symmetrisch gestalteten Bliechstanztel besteht. Die freien Endren des Brückenteils
254 sind ;an den Bolzen 2 5 5 befestigt, die die Glockenschalen 253 tragen und z.
B. ,am Telephongehäuse ,oder sonstwo angeordnet sind. Der mittlere Teil des Brückenteils
254 trägt einen Diauermagneten 203 n, dessen Pole im Bereich der dem Brückenteil
254 abgewendeten Seitenfläche liegen (s. Fig. io). Diesle Seitenfläche liegt parallel
zum mittleeren Teil des joches 201 und bildet den zweiten, gemeinsamen Pol der vereinigten
Steuerilußkreise. Der Anker 2o4 bi findet sich Im Luftraum zwischen den Dauermagneten
203 p und dem Joch 201. Um die Weite des Luftraums und damit der Arbeitsspalte des
Wieckersysbems reinstellen zu können, sind entweder in dem freien Endendes U-förmigen
lo-ches oder im Brückentei1254 Langschlitze vorgesehen, durch die die Halteschrauben
249 hindurchgreifen.
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Ein Vorteil der in den Fig. 8 bis i i .dargestellten und beschriebenen
Weckerformen liegt darin, daB nur wenige Bauteile benötigt werden, die überdies
nach
den wirtschaftlichen Verfahren der Stanz- und Prägetechnik herstellbar sind. Außerdem
wird durch die Verkürzung der Eisenwege nicht nur an Größe und Gewicht gespart,
sondern gleichzeitig eine Verkleinerung der Erregerspulen mit allen damit zusammenhängenden
Vorzügen erreicht.