-
Magnetische Hemmungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine magnetische
Hemmung, beispielsweise für Zeitmesser, bei der die Drehzahl eines fremd angetriebenen
Drehkörpers von einem lediglich magnetisch mit ihm gekoppelten Schwingkörper entsprechend
dessen Eigenfrequenz gesteuert wird.
-
Erfindungsgemäß wird von einem dieser beiden Körper mindestens ein
Magnetpol gebildet und auf dem anderen eine in sich geschlossene (endlose) Wellenbahn
aus magnetisierbarem Werkstoff angeordnet, deren Gestalt im wesentlichen dem geometrischen
Ort der Projektion des Magnetpols des einen Körpers auf den anderen während ihrer
Bewegungen entspricht. Dabei kann einer der beiden magnetisch gekoppelten Körper
als permanenter Magnet ausgebildet sein, unter Umständen auch beide. Der fremd angetriebene
Drehteil und der Schwingteil sind so zueinander angeordnet, daß bei ihrer Bewegung
der Pol oder die Pole des einen Körpers entsprechend der Eigenfrequenz des Schwingteiles
durch die magnetisierbare Wellenbahn gehemmt werden und der Schwingteil seinerseits
Impulse erhält, welche seine Schwingbewegung aufrechterhalten.
-
Vorteilhaft ist es, die miteinander magnetisch gekoppelten Teile oder
mindestens einen von ihnen so auszubilden, daß während ihrer gesamten Bewegung zueinander
ein gleichbleibender Luftspalt aufrechterhalten wird. In Einzelfällen kann es vorteilhaft
sein, auch die magnetische Reluktanz während der gegenseitigen Bewegung der Körper
gleichförmig zu gestalten. Unter Umständen jedoch kann vorzuziehen
sein,
die Teile so zu gestalten, daß die Reluktanz an den Umkehrpunkten der Bewegung des
Schwingkörpers sich verringert, so daß betont Ruhelagen des schwingenden Körpers
an diesen Stellen eintreten. Ist damit zu rechnen, daß de: schwingende Körper unter
Umständen über seine normale Schwingweite hinaus ausschlägt, dann sind vorzugsweise
an den Scheiteln der Wellenbahn Verlängerungen anzuordnen, welche eine Aufrechterhaltung
einer gleichbleibenden magnetischen Kopplung ermöglichen. Da die magnetisierbaren
Teile der Vorrichtung einer häufigen Änderung des Magnetflusses unterworfen sind,
ist es vorteilhaft, sie aus einem Werkstoff mit niedrigem Hysteresisverlust auszubilden.
-
Mit Rücksicht darauf, daß die magnetische Kopplung unter besonderen
Umständen zeitweilig aussetzen kann, werden erfindungsgemäß mindestens an einem
der beiden gegeneinander arbeitenden Teile Sperrmittel angeordnet, die einen freien
Lauf des Drehkörpers unterbinden.
-
Die Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes werden besser durch Ausführungsbeispiele
erläutert. Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind daher durch die Zeichnungen
schematisch veranschaulicht.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. i ist der Schwingkörper
der Hemmung ein Pendel a, das um die Schneide b eines messerartigen
Lagerstückes schwingt. Es enthält einen Block c aus nichtmagnetischem Werkstoff
mit einer zylindrischen Ausnehmung, in der ein in sieh geschlossener (endloser)
wellenförmiger magnetischer Leiter d eingebettet ist. Er enthält acht vollständige,
etwa sinusförmige Wellen. Der fremd angetriebene Drehteil ist ein sternförmiger
Magnet e, der innerhalb des Zylinders derart gelagert ist, daß seine Welle mit diesem
gleichachsig liegt, wenn sich das Pendel in seiner mittleren Lage befindet. Er hat
acht Pole e1, e2 von abwechselnder Polarität, so daß jeder von ihnen einer Welle
der Wellenbahn des Leiters d zugeordnet ist.
-
Wenn gleichzeitig der Drehkörper umläuft und das Pendel schwingt,
können demnach die einzelnen Pole den ihnen zugeordneten Wellenzügen folgen, und
die magnetische Kopplung zwischen ihnen und der Wellenbahn hemmt den freien Lauf
des Drehkörpers.
-
Da die Ebene des Drehkörpers stets senkrecht steht, das Pendel dagegen
wechselnde Schräglagen zu ihr einnimmt, ist die Gestalt der Wellenbahn d so ausgebildet,
daß die Amplitude der Wellen oben in der Nähe der Schwingachse des Pendels kleiner
ist und sich proportional zur Entfernung von dieser vergrößert, so daß die Abstände
der Pole von den Wellenzügen gleichbleiben. Diese Maßnahme ist vorteilhaft, wegen
der Elastizität der magnetischen Kopplung jedoch nicht in allen Fällen nötig.
-
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Erzielung eines gleichbleibenden
Luftspaltes ist im Schnitt in Fig. i A gezeigt. Hiernach erhält der Zylindermantel,
auf dem der Leiter d liegt, eine bogenförmige Achse d', so daß die Pole des sternförmigen
Magneten e dem schwingenden Leiter in allen Lagen desselben gleich nahe sind.
-
Wenn die Vorrichtung arbeitet, wird die Drehung des sternförmigen
Magneten durch die Eigenfrequenz des Pendels gesteuert. Ist die Wellenform des Leiters
eine wirkliche Sinuswelle und die Amplitude der Pendelschwingung genau die gleiche
wie die Amplitude dieser Welle, dann wird die Drehung des Sternrades e im wesentlichen
von gleichbleibender Geschwindigkeit sein. Ist jedoch die Amplitude der Pendelschwingung
ein wenig größer (was sein kann), dann wird bei jeder Umkehr der Pendelbewegung
eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Sternrades eintreten.
-
Die Hemmung ist mechanisch reibungslos, frei von Abnutzung und arbeitet
ohne Geräusch. Die auf den magnetischen Leiter d durch das Sternrad ausgeübte Kraft
wird die Pendelschwingung weich anregen, indem sie ihr, in jeder Bewegungsrichtung
einen Impuls gibt, während das schräge Stück des wellenförmigen magnetischen Leiters
durchlaufen wird, wogegen jeder Neigung zur Übererregung der Schwingung durch Vermehrung
der magnetischen Verluste proportional mit der Überamplitude der Schwingung entgegengewirkt
wird, so daß diese Verluste die Schzdingungsamplitude dann so verringern, daß sie
im wesentlichen der vorgesehenen Wellenbahn folgt.
-
Bei einem anderen Beispiel der Erfindung ist, wie in Fig. 2 veranschaulicht,
in einem hohlen feststehenden Zylinder f' aus nichtmagnetischem Werkstoff ein magnetisierbarer
Draht f angeordnet, der wieder eine sinusartige Wellenform zeigt. Innerhalb des
Zylinders läuft auf einer fremd angetriebenen Welle ä ein Drehkörper, der an den
Enden federnder Speichen 1i von flachem Querschnitt permanente Magneten 1a trägt.
Das ermöglicht eine Schwingung der Speichen in der Ebene der Welle, wie durch die
Pfeile 1a2 veranschaulicht.
-
Offensichtlich arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 2 grundsätzlich
unter der gleichen Wirkung wie die zuerst beschriebene . Vorrichtung, da die Magnetanordnung,
während sie sich langsam dreht, im wesentlichen entsprechend der natürlichen Frequenz
ihrer Federvorrichtung und ihres eigenen Trägheitsmomentes, der Sinuskurve des Zylinders
folgend, schwingen wird. Das Gehäuse ist zweckmäßig leicht tonnenförmig ausgebildet,
so daß es sich der bogenförmigen Bahn der Magnetenden anpaßt.
-
Das Pendel i der Fig. 3 und q. besitzt einen kastenförmigen Magneten
il mit Nord- und Südpolen i2 und i3. Diesen Polen ist eine fremd angetriebene Drehscheibe
j mit magnetisierbarer wellenförmiger Umrißkante zugeordnet. Beim Schwingen des
Pendels folgen die Pole i2, i3 den Wellen des magnetischen Leiters. Das Arbeitsprinzip
ist das gleiche wie vorher. Das Pendel erhält durch die auf die Scheibe ausgeübte
Drehungskraft Impulse, während- die Umlaufgeschwindigkeit der Scheibe durch die
Frequenz des Pendels gesteuert wird.
-
Nach Fig. 5 enthält das Pendel k einen C-förmigen Magneten k1, dessen
Pole magnetisch mit einem
wellenförmigen Leiter ni gekoppelt sind,
der auf einem um eine Welle nil drehbaren Zylinder liegt. Bei diesem Beispiel besitzt
der wellenförmige magnetische Leiter Verlängerungen nie an den Wellenscheiteln,
die eine größere Änderung der Schwingungsausschläge des Pendels zulassen.
-
Die in Fig. 6 gezeigte Hemmung enthält ein Paar permanenter Magneten
ii, die mit entgegengesetzten Polen auf einer magnetisch leitenden Grundplatte befestigt
sind und an den freien Polen federnde Zungen n.1 aus magnetisch leitendem Werkstoff
tragen. Die beiden Magneten wirken gemeinsam als ein Magnet, der zwischen den Zungenspitzen
ein Magnetfeld erzeugt. In diesem Feld läuft als fremd angetriebener Drehkörper
eine flache Drehscheibe o aus magnetisierbarem Werkstoff mit wellenförmigem Rand.
Offensichtlich wird die Drehzahl der Scheibe durch die Eigenschwingungsfrequenz
der Zungen gesteuert.
-
Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 liegt als fremd angetriebener Drehkörper
p ein -zweipoliger permanenter Magnet innerhalb eines wellenförmigen magnetisierbaren
Leiters q, der drei vollständige Sinuswellen aufweist und so gelagert ist, daß er
um einen Durchmesser seiner Mittelebene schwingen kann. Seine Schwingungsfrequenz
wird durch eine Unruhfeder q1 bestimmt. Wie bei dem Beispiel der Fig. i sind die
Amplituden der Wellen des wellenförmigen Leiters proportional der Entfernung von
der Schwingachse. Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist im Prinzip die gleiche.
-
Die Vorrichtung nach Fig. 8 zeigt einen rechteckigen federnden Rahmen
r. An den Mitten seiner Längsseiten ist ein wellenförmiger Ring r1 aus magnetisierbarem
Stoff befestigt. Innerhalb desselben läuft ein fremd angetriebener sternförmiger
Drehkörper s, dessen Pole magnetisch mit dem wellenförmigen inneren Umfang r2 des
Ringes gekoppelt sind. Beim Arbeiten der Vorrichtung schwingt der ganze Ring r1
senkrecht auf und ab und steuert die Drehung des sternförmigen Drehkörpers s. Umgekehrt
gibt dies dem schwingenden System die Impulse und hält die Schwingung aufrecht.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig.9 ist ein Hemmungshebel t vorgesehen,
dessen eines Ende in üblicher Weise mechanisch mit einem Unruhreifen ii verbunden
ist, während das andere einen nichtmagnetisierbaren Zylinder mit einem wellenförmigen
magnetischen Leiter t1 trägt. Innerhalb des Leiters t1 läuft als Drehkörper ein
Sternrad v auf einer Welle v1 und wird durch übliche Mittel angetrieben. In Fig.
9 A ist ein Pol v2 des Sternrades v gezeigt, der im Verhältnis zu der wellenförmigen
magnetischen Bahn eine beträchtliche Breite hat. Die Wirkung solcher Abmessungen
ist, daß der Pol, wenn er sich, wie mit gestrichelten Linien gezeigt, an einem Scheitelpunkt
der Wellenbahn befindet, von einer größeren Länge des wellenförmigen Leiters magnetisch
beeinflußt wird, als wenn er sich in einer Mittellage befindet, wie sie in vollen
Linien gezeichnet ist. Dementsprechend wird an den Bahnscheiteln eine Verringerung
des magnetischen Widerstandes (Reluktanz) zwischen dem Pol und dem wellenförmigen
Leiter auftreten sowie eine Neigung, den Hebel in dieser Lage zu halten, bis durch
das Moment des Unruhreifens seine Rückbewegung eingeleitet wird. Die schwingende
Unruhe erhält wie bei allen beschriebenen Beispielen ihre Impulse durch die magnetische
Kopplung des Hebels mit den Polen des sternförmigen Rades v, wenn jene den schrägen
Teilen der wellenförmigen magnetischen Bahn folgen.
-
Der wellenförmige magnetische Leiter w der Fig. io und ioA ist in
der inneren Wandung eines Zylinders w1 von Messing oder anderem nichtmagnetischem
Werkstoff eingebettet. Auf der inneren Oberfläche dieses Zylinders sind Längsrippen
x in versetzter Anordnung vorgesehen, welche die Pole mechanisch festhalten, sobald
sie der wellenförmigen Bahn nicht mehr folgen. So verhindern sie mechanisch eine
Drehung der Pole, wenn diese die magnetische Bahn verlassen. Bei der üblichen Arbeit
der Vorrichtung kommt diese mechanische Sperrung jedoch nicht zur Wirkung.
-
Nach Fig. i i hat die wellenförmige Bahn y kanalartigen Querschnitt
und ist permanent magnetisch, so daß ihre Kanten Dauerpole bilden. Eine solche Bahn
kann auf verschiedene Art und Weise Verwendung finden, beispielsweise bei der Anordnung
der Fig. i. In diesem Fall würde das Sternrad e nicht permanent magnetisch sein,
oder es würde mit zusätzlichen magnetisierbaren, z. B. U-förmigen Endstücken versehen
werden, wenn eine stärkere magnetische Kopplung mit den magnetischen Kanten gewünscht
wird.
-
Der Erfindungsgedanke gestattet auch andere Ausführungsformen. Beispielsweise
kann ein außen, am Schwingteil, angebrachter Magnet mit einer magnetischen Sinuswelle
auf der äußeren Oberfläche eines durch Feder angetriebenen Zylinders zusammenarbeiten.
Vorteilhaft kann es in einigen Fällen auch sein, daß die in den verschiedenen Figuren
gezeigten Magneten axial und nicht radial magnetisiert werden.
-
Wenn auch eine Sinuskurve eine im wesentlichen weiche oder gleichmäßige
Hemmwirkung hervorruft, ist die Erfindung nicht auf sie beschränkt, da die Wellenform
im Bedarfsfall so verändert werden kann, daß sie anderen besonderen Bedingungen
entspricht, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. Ebenso können auch die
Durchbildungen in anderen Einzelheiten abgeändert werden.
-
In allen Fällen werden die magnetischen Teile, in denen der magnetische
Fluß einer Veränderung unterworfen ist, sei es hinsichtlich einer Änderung seiner
Dichte oder seiner Richtung, zweckmäßig aus einem Werkstoff mit niedrigem Hysteresisverlust
hergestellt, der in verschiedener Ausführungsform bekannt ist und mit solchen Eigenschaften
hergestellt wird.