Bei dem sogenannten Kurbelinduktor handelt es sich um einen sogenannten Wechselstromgenerator. Durch Kurbeln wird also Strom erzeugt!

Aber:

  1. Wie funktioniert der Kurbelinduktor überhaupt?
  2. Wozu wird der Kurbelinduktor benötigt?

Unterschiedliche Induktortypen 

Die Frage nach dem "Wozu" ist sehr schnell beantwortet: Er dient zur Rufstromerzeugung in Sprechstellen und kleinen Vermittlungen. - Oder ganz einfach ausgedrückt: Durch drehen des Induktors wird Strom erzeugt und es klingelt an anderen Feldtelefonen oder kleinen Vermittlungen.

Warum klingelt es?

 

Weil ein sogenannter Wechselstromwecker angesprochen wird. Anbei ein Bild des Wechselstromweckers im Feldfernsprecher 33:

Wechselstromwecker im Feldfernsprecher 33 

Durch den erzeugten Induktorstrom läuten die Klöppel wechselweise gegen ihre zugehörigen Glocken. Als Klöppel werden übrigens die beiden Teile mit der Kugel am Ende bezeichnet, welche an die Glocke schlagen und sie so zum Klingen bringen.

 

Warum nur an kleinen Vermittlungen? Ganz einfach: Der erzeugte Strom reicht nicht für größere Vermittlungsschaltungen aus.

Hier noch einmal der Wechselstromwecker genauer:

WechselstromweckerWechselstromwecker FF26 und FF33

 

Bestandteile

Der Induktor setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

  • Ein starker Hufeisenmagnet mit rundlich geformten Polschuhen
  • Ein sogenannter Doppel-T-Anker mit Kupferwicklung (Doppel T-, da er geformt ist wie zwei aneinander klebende "T's")
  • Vorgelege für den Antrieb. (Das Vorgelege besteht aus dem großen Zahnrad, welches direkt auf der Kurbelwelle sitzt und aus einem kleinen Zahnrad, welches auf der Ankerwelle sitzt)
  • Umschalter mit den beiden Schleiffedern und der Kurbel (Hierzu später noch mehr)

Kurbelinduktor Aufbau außen

Kurbelinduktor auseinander 

"By the way": Das Logo der Firma Bosch stellt einen Doppel- T- Anker dar. Dieser wurde jedoch nicht von der Firma Bosch erfunden, sondern von Werner Siemens.

Nun sollten die Komponenten soweit bekannt sein.

 

Die mechanische Funktionsweise des Kurbelinduktors:

Der Doppel-T-Anker befindet sich direkt zwischen den beiden Polschuhen. Dieser Anker ist frei drehbar, kann aber natürlich nicht durch die Polschuhe hindurchrutschen. Die Ankerwelle ist die Welle, auf der sich der Doppel-T-Anker befindet. Am Ende dieser Welle ist das kleine Zahnrad des Vorgeleges.

Sobald nun die Kurbel aufgedreht wird, kann das Vorgelege in Bewegung gesetzt werden. Das Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnräder ist 1:6!

Das bedeutet, wenn das große Zahnrad eine komplette Umdrehung gemacht hat, hat sich das kleine Zahnrad ziemlich genau 6x komplett gedreht. Der Doppel-T-Anker hat sich also 6x innerhalb der Polschuhe gedreht.

Kurbelinduktor Mechanik 

Nun ist ein klein wenig bildliches Vorstellungsvermögen gefragt.

Wir wissen bisher, dass sich der Doppel-T-Anker genau 6x bei einer Drehung innerhalb der Polschuhe dreht. Dies hat natürlich einen guten Grund! Deshalb schauen wir uns den Doppel-T-Anker noch einmal genauer an. Auf der einen Seite der Ankerwelle befindet sich das kleine Zahnrad. Auf der anderen Seite kann man jedoch zwei metallische Kreise ausmachen. Diese beiden Kreise werden als Schleifringe bezeichnet. Es gibt einen inneren Schleifring und einen äußeren Schleifring.

Der Doppel-T-Anker besitzt zwei Kupferwicklungen (Eine auf jeder Seite). Die Enden dieser Ankerwicklungen sind isoliert zu je einem der beiden Schleifringe geführt.

Induktor Lehrmodell

Auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbel sehen wir einige Federn und Kontakte.

Der sogenannte Umschaltfedersatz berührt dabei die Kurbelwelle. Der Umschaltfedersatz hat eine wichtige Funktion: Er dient nämlich dazu, in Ruhelage die Wicklung kurzzuschließen!  Im Ruhezustand bzw. Stillstand, also wenn die Kurbel nicht bewegt wird, drückt die Kurbelwelle die Umschaltfeder zurück und es besteht kein Kontakt mehr zu der Doppel-T-Spule. Beim Rufen, also wenn man kurbelt, fährt die Kurbelwelle jedoch zurück und der Umschaltfedersatz hat direkten Kontakt zum Gehäuse!

 

Wie aber kommt es, dass die Kurbelwelle zurückfährt?

Erstmal muss man wissen, dass die Kurbelwelle nicht direkt mit dem großen Zahnrad verbunden ist! An der Kurbelwelle ist kurz vor dem großen Zahnrad ein Stift eingelassen. Dieser Stift sitzt in einem V- förmigen, schrägen Schlitz, der direkt am Zahnrad befestigt ist. Beim Drehen der Kurbel gleitet der Stift an der Kurbelwelle nun entlang des V- förmigen Schlitzes in drückt so die Kurbelwelle zurück. Um wieder in die Ausgangsposition zu gelangen ist an der Kurbelwelle auf Seite der Kurbel eine Feder angebracht, die sogenannte Schraubenfeder. Diese drückt nach dem Drehen den Stift wieder zurück, die Kurbelwelle geht wieder in ihre Ausgangsposition zurück und der Umschaltfedersatz wird vom Gehäuse weggedrückt. -> Die Wicklung ist wieder kurzgeschlossen.

Umschaltfedersatz

 

Dieser Vorgang noch einmal zusammengefasst:

Beim Drehen fährt die Kurbelwelle zurück und der Umschaltfedersatz wird gegen das Gehäuse gedrückt. -> Es besteht Kontakt zur Wicklung.

Hören wir auf zu drehen, fährt die Kurbelwelle wieder aus und der Umschaltfedersatz verliert den Kontakt zum Gehäuse und somit zur Wicklung.

Kurbelinduktor Kurbeln 

 

Wir haben also den Umschaltfedersatz, der beim Drehen mit dem Gehäuse verbunden ist und darunter zwei Schleifkontakte, die je mit einer Wicklung durch die Schleifringe verbunden sind. 

Wenn der Umschaltfedersatz Kontakt zum Gehäuse hat und durch Drehen schleifen gleichzeitig die Schleifkontakte an den beiden Schleifringen, wird der Wechselstrom erzeugt.

Bleibt lediglich noch die Frage: WIE bitteschön wird denn der Strom erzeugt?

Magnetanker Kurbelinduktor

 

Stromerzeugung durch Drehung - Die Induktionswirkung

Der Grund, warum beim Drehen des Induktors Strom erzeugt wird, ist die sogenannte Induktionswirkung!

Aber was ist denn nun schon wieder die Induktionswirkung?

Wahrscheinlich kennt jeder das Prinzip aus dem Alltag, nach dem der Kurbelinduktor des Feldfernsprecher 33 funktioniert... Woher?

Wenn es draußen dunkel wird und wir wollen gerne noch eine Runde mit dem Fahrrad fahren, benötigen wir in der Regel aufgrund der Sichtverhältnisse und der Verkehrssicherheit Licht am Fahrrad. Und sehr viele Fahrräder nutzen zur Erzeugung dieses Lichtes einen kleinen "Mini- Generator": Der Dynamo!

Auch beim Dynamo wird durch eine mechanische Kraft, welche wir produzieren Strom erzeugt. Das Prinzip nennt sich auch hier Induktionsiwirkung!

Wir wollen an diesem Punkt nicht zu sehr in die Grundlagen der Elektronik eingehen, versuchen jedoch hier trotzdem in etwa zu beschreiben, wie denn nun der Kurbelinduktor Strom produziert.

Der Hufeisenmagnet besitzt zwei Polschuhe: Einen Nordpol und Südpol. Auch der Doppel-T-Anker besitzt zwei Pole, also ebenfalls Nordpol und Südpol. Der Doppel-T-Anker, auf dem sich ja eine Kupferwicklung befindet, wird durch die Feldlinien des Magneten durchsetzt. Wenn wir nun kurbeln, dreht sich der Anker. Bei diesem Drehvorgang ändert sich die Anzahl der magnetischen Feldlinien, welche die Wicklung durchsetzen.

Und genau diese ständigen Änderungen erzeugen tatsächlich in der Wicklung Spannung! Sobald nun ein Verbraucher angeschlossen wird, hat dies natürlich einen entsprechenden Strom zur Folge.

Wie man sich diesen Spannungsverlauf vorstellen kann, zeigt folgende Grafik:

Frequenzbild Kurbelinduktor 

Es beginnt mit der waagerechten Stellung des Ankers. Hierbei verläuft das Magnetfeld mit der größten Stärke durch die Wicklung.

Die Änderung des sogenannten Kraftlinienflusses (Φ) und damit gleichzeitig auch die induzierte Spannung beträgt in diesem Zustand genau Null. Also nichts!

Nun beginnt man mit dem Drehen, die Spannung steigt an und sobald der Anker dann die senkrechte Stellung durchläuft, ist die Spannung am größten.

Alle magnetischen Feldlinien, die im vorherigen Schritt die Wicklung durchlaufen haben, sind nun verschwunden! Sie sind so lange verschwunden, bis der Anker durch drehen aus der senkrechten Stellung  wieder in die Waagerechte bewegt wird. Bei dieser Drehung, also von senkrecht in waagrecht, dringen wieder Feldlinien in die Wicklung ein. Zuerst sehr schnell und dann langsamer. Bei diesem Vorgang fällt die induzierte Spannung wieder ab. Und man ahnt es: Sobald der Anker wieder die Waagerechte Stellung eingenommen hat, ist die induzierte Spannung wieder gleich Null.

Bei der nächsten Drehung wiederholt sich der Vorgang. Aber Vorsicht -> Eine Kleinigkeit ist nun anders! Denn nun liegen ja nicht mehr Süd an Nord und Nord an Süd an! Sondern jetzt ist es genau umgedreht! Die induzierte Spannung geht nun also bei der nächsten Drehung von der Waagerechte in die Senkrechte in die entgegengesetzte Richtung! Warum? Weil die Feldlinien nun die Wicklung natürlich auch in umgekehrter Richtung durchlaufen!

 

Frequenz des Rufstroms

Wenn man sich nun die Abbildung anschaut, wird man sehr schnell darauf kommen, dass es sich klar um eine Wechselspannung handelt! (+/- Frequenz).

Bei einer kompletten Umdrehung des Ankers durchläuft die induzierte Spannung genau eine Periode. Wenn nun nach der Frequenz gefragt wird, kann man hierauf eine einfache Antwort geben: Die Frequenz des Rufstroms ist gleich der Zahl der sekundlichen Ankerumdrehungen. 

Der Rufstrom bei den Weckern der Wehrmacht sollte einheitlich eine Frequenz von ca. 18Hz haben.

Bei benötigten 18Hz muss der Anker also 18 Umdrehungen pro Sekunde machen!

Nun noch ein wenig Kopfrechnen:

Wir kennen bereits das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder: 1:6! Bei einer Umdrehung mit der Kurbel dreht sich der Anker exakt 6x!

Daher rechnen wir nun 18 : 6 = 3!

Wir benötigen also drei Umdrehungen pro Sekunde um die benötigten 18 Herz als Ruffrequenz sicherzustellen und der Wecker wird klingeln!

 

Bleibt nur noch eine letzte offene Frage zum Thema Induktor:

Wie hoch ist die erzeugte Spannung beim Drehen?

Einfache Antwort: Bei einer Drehzahl von drei Drehungen pro Sekunde werden vom Induktor ca. 70 - 100 Volt erzeugt.

Die absolute Spitzenspannung, welche erreicht werden kann, liegt bei 120 Volt. 

 

Quellen

FEG-1 Arbeitsunterlagen für den nachrichtentechnischen Unterricht - Fernsprechgerätelehre - Heft 1 - Grundlagen - Druckerei der Luftnachrichtenschule, Januar 1943

FEG-2 Arbeitsunterlagen für den nachrichtentechnischen Unterricht - Fernsprechgerätelehre - Heft 2 - Sprechstellen - Druckerei der Luftnachrichtenschule, Oktober 1942

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