Wagnerscher Hammer

Der Wagnersche Hammer (Rheotōm) ist ein elektromechanischer Unterbrecher, der im Gegensatz zum Blitzrad magnetisch angetrieben ist und selbsttätig arbeitet. Der Name resultiert von seinem Erfinder Johann Philipp Wagner, der ihn 1836 ersann, und der von ihm gewählten Form des Kontaktes. Funktionell ist der Wagnersche Hammer durch elektronische Schaltungen wie den Multivibrator abgelöst.

Aufbau und Funktion

Wagnerscher Hammer, um 1900

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. Ein wichtiger Faktor für das Auftreten der Schwingungen ist die verzögerte Rückkopplung, die dadurch bewirkt wird, dass der Anker und der Schaltkontakt auf zwei von einander getrennten Blattfedern montiert sind. Auf diese Weise hinkt der Schaltkontakt den Bewegungen des Ankers immer ein wenig hinterher, und das Gesamtsystem zeigt Hysterese. Ein weiterer Faktor für die verzögerte Rückkopplung ist die Selbstinduktion der Magnetspulen. Ohne die verzögerte Rückkopplung würde sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem sich der Schaltkontakt stark erwärmen würde, weil an ihm ein grosser Teil der Spannung abgebaut werden würde. In diesem, hier unerwünschten, Betriebszustand würde der Anpressdruck zwischen den Schaltkontakten nahezu null sein, und es würde zwischen den Schaltkontakten ein zwischen null (geschlossen) und unendlich (offen) liegender elektrischer Widerstand herrschen, was zu einem starken Kontaktabbrand führen würde.

Die Arbeitsfrequenz beziehungsweise Schwingungsperiode wird bei geeigneter Dimensionierung durch die mechanische Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems Anker-Rückstellfeder bestimmt.

Anwendungsbeispiele

Animation zum Wagnerschen Hammer

Auf dem Prinzip des Wagnerschen Hammers beruht die Wirkungsweise von elektromechanischen Klingeln die eine Schwingbewegung erfordern, und früher beispielsweise eingesetzte wurden bei:

• so genannte Zerhacker: Die Schwingbewegung erzeugt mit einem Umschaltkontakt aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung, die transformiert werden kann.
• Funkeninduktor: Funktion wie eine Zündspule, der Unterbrecher ist ein Wagnerscher Hammer.
• elektrische Hupe in älteren Automobilen.
• alte Elektrisiergeräte wie etwa Violet Wands.

In heutigen Anwendungen wie Türklingeln ist der Wagnersche Hammern durch elektronische Schaltungen ersetzt.

Störungen und Verschleiß

Ein Wagnerscher Hammer erzeugt zufolge des Schaltlichtbogen Störungen und unterliegt einem Kontaktverschleiß und 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. Eine weitere Methode, die Funkstörungen zu verringern und den Kontaktabbrand zu senken, ist, eine Schutzdiode in Sperrrichtung parallel zu den Magnetspulen zu schalten, was aber nur bei Gleichspannungsbetrieb möglich ist.

Betriebsarten

Wagnerscher Hammer aus einem Funkeninduktor mit 10cm Schlagweite

Elektromechanische 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.

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.