Wagnerscher Hammer
Der Wagnersche Hammer (Rheotōm) ist ein Unterbrecher, der im Gegensatz zum Blitzrad magnetisch angetrieben ist und selbsttätig arbeitet. Der Name resultiert von seinem Erfinder Johann Philipp Wagner (1799-1878), der ihn 1836 ersann, und der von ihm gewählten Form des Kontaktes.
Aufbau und Funktion
Der Wagnersche Hammer besteht aus einem Elektromagneten, einem von diesem bewegten Anker und einem daran angebrachten Schaltkontakt (Öffner). Beim Einschalten ist ein Kontakt geschlossen und durch den in der Spule des Elektromagneten fließenden Strom wird der Anker angezogen, sodass der Kontakt den Strom unterbricht. Das Magnetfeld bricht daraufhin zusammen und der Schaltkontakt schließt wieder - er wird durch eine Rückstellfeder in die Ruhelage gezogen. Anschließend beginnt der Vorgang periodisch von neuem. Es handelt sich um ein selbsterregtes beziehungsweise rückgekoppeltes System.
Die Arbeitsfrequenz beziehungsweise Schwingungsperiode wird bei geeigneter Dimensionierung durch die mechanische Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems Anker-Rückstellfeder bestimmt.
Anwendungsbeispiele
Auf dem Prinzip des Wagnerschen Hammers beruht die Wirkungsweise von elektromechanischen Klingeln und vielen anderen Geräten, die eine Schwingbewegung erfordern, etwa:
- so genannte Zerhacker: Die Schwingbewegung erzeugt mit einem Umschaltkontakt aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung, die transformiert werden kann (heute ersetzt durch transistorisierte Wechselrichter).
- Funkeninduktor: Funktion wie eine Zündspule, der Unterbrecher ist ein Wagnerscher Hammer.
- elektrische Hupe
- alte Elektrisiergeräte (etwa Violet Wands)
Störungen und Verschleiß
Ein Wagnerscher Hammer erzeugt Funkstörungen und unterliegt einem Kontaktverschleiß (Schaltfunke, Kontaktabbrand). Um die Funkstörungen zu verringern und den Kontaktabbrand zu senken, wird oft ein Kondensator parallel zum Kontakt geschaltet, der im Moment des Unterbrechens kurz den Stromfluss übernimmt, bis die Kontakte genügend weit voneinander entfernt sind. Dieser Kondensator steigert auch die Effizienz, da er Energieverluste im Schaltfunken vermeidet.
Betriebsarten
Klingeln, Zerhacker oder Funkeninduktoren arbeiten besonders effektiv und reproduzierbar, wenn die Arbeitsfrequenz mit der mechanischen Eigenresonanz übereinstimmt. Der Wagnersche Hammer kann auch mit Wechselspannung betrieben werden. Dann stellt sich eine Schwebung mit der Frequenz der Betriebsspannung ein - es sei denn, jene besitzt die halbe Arbeitsfrequenz.
Nicht um einen Wagnerschen Hammer handelt es sich bei fast baugleichen Anordnungen ohne Unterbrecherkontakt, bei denen der Elektromagnet mit Wechselstrom (Netzfrequenz) betrieben wird (Haustürklingel, -rassel). Hier beträgt die Eigenresonanz des Ankers zweckmäßigerweise das Doppelte der Betriebswechselspannung. Türgongs schlagen nur beim Einschalten oder beim Ausschalten an - sie besitzen einen vergleichsweise schweren Anker, der der Wechselspannung nicht folgen kann. Ältere Telefon-Klingeln arbeiteten ebenfalls ohne Unterbrecherkontakt direkt an der hierfür besonders niederfrequenten Rufspannung (25 Hertz). Alle diese Anordnungen verursachen keine Funkstörungen und sind vergleichsweise zuverlässig und verschleißfrei.
Eine ebenfalls kontaktlose und damit verschleißfreie Alternative zur Erzeugung schwingender Bewegungen ist der Schwingankerantrieb zum Beispiel beim Rasierapparat, bei kleinen Membranpumpen oder bei bestimmten langsam laufenden Kaffeemühlen. In diesen Fällen ist die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmt. Soweit das System mit magnetischer Vorspannung (Dauermagnet) betrieben wird, ist die einfache Netzfrequenz möglich. Bei der Kaffeemühle erfolgt eine mechanische Gleichrichtung durch Klemmwalzen, deren Wirkung dem Rücktritt ähnelt.
Eine weitere Alternative zur Erzeugung einer Schwingungsbewegung sind Apparate, bei denen ein Kurbeltrieb die Drehbewegung eines Elektromotors in eine Schwingbewegung umwandelt (elektrische Zahnbürste, große Membranpumpen, Vibrationsalarm).
Als invertierter Wagnerscher Hammer kann eine Wiederanlaufsicherung in Elektrogeräten interpretiert werden. Der Schalter ist im Ausgangszustand geöffnet und der Kontakt muss mechanisch geschlossen werden. Durch den folgenden Stromfluss hält der Elektromagnet den Schalter in dieser Position. Bei einer Stromunterbrechung wird der Schalter von einer Federkraft wieder geöffnet und ein Wiederanlaufen der Maschine wird verhindert.