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Elektrisch ferngesteuerte Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft eine elektrisch ferngesteuerte Vorrichtung, welche dazu geeignet ist, mit einer Kraftbeanspruchung, welche praktisch sehr verschiedene Grösse besitzen kann, je nachdem man die Dimensionen der Vorrichtung wählt, die Drehung einer Welle zu bewirken, wobei letztere ihrerseits dazu bestimmt ist, direkt oder indirekt, je nach der Weite der eigenen Winkelverstellung, das auf Entfernung anzutreibende Organ zu steuern.
Die Erfindung kann in den verschiedensten Gebieten Anwendung finden ; so wird sie z. B. bei den Eisenbahnen dazu verwendet werden, auf Entfernung Zeichengebungsvorrichtungen anzutreiben (Semaphor, Scheibe od. dgl. oder auch Zeichengebungen für Strassenübergänge, Weichen usw. ). Der Erfindungsgegenstand besteht hauptsächlich aus zwei Induktionsspulen, welche zwei Polschuhe entgegengesetzter Polarität einschliessen ; zwischen diesen zwei Spulen ist auf ihrer Achse drehbar eine rotierende Masse angebracht, welche von den Polschuhen angezogen werden kann.
Genauer ausgedrückt besteht die Vorrichtung aus einem Gestell aus weichem Eisen ; auf zwei gegenüberliegende Wände sind zwei zylindrische massive Kerne angebracht, ebenfalls aus weichem Eisen, auf welche zwei Spulen derart gewickelt sind, dass, wenn ein elektrischer Strom sie durchfliesst, die zwei Kerne mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert werden.
In dem Raume zwischen den Kernen ist eine Welle angebracht, welche eine Masse trägt, die in dem von den besagten Spulen hervorgerufenen magnetischen Felde rotieren kann. Auf der Drehungsachse ist fest ein exzentrischer Sektor angebracht, welcher ein Gegengewicht trägt und eine Nute besitzt, in welcher eine Rolle gleiten kann ; diese Rolle ist von dem Zapfen getragen, der die zwei Arme einer Gabel verbindet, welche ihrerseits mit einer drehbaren und an den Wänden des Gestelles eingezapften Welle starr verbunden ist.
Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, u. zw. ist Fig. 1 ein senkrechter Durchschnitt der Vorrichtung auf der Linie A-B der Fig. 3 ; Fig. 2 ist ein Querschnitt auf der Linie .-C, D-E ebenfalls der Fig. 3 ; Fig. 3 ist ein Querschnitt auf der Linie F-C, HI der Fig. 1 ; Fig. 4 ist ein der Fig. 2 ähnlicher Querschnitt und stellt die Lage dar, welche die Masse, das Exzenter und die Gabel am Schlusse ihrer Bewegung einnehmen ; Fig. 5 ist ein Schema des elektrischen Antriebes der Vorrichtung.
Nach diesem Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung aus einem massiven Gestell aus Weicheisen a ; an zwei entgegengesetzten Wänden dieses Gestells sind zwei zylindrische massive Kerne N und S ebenfalls aus Weicheisen angebracht ; auf diese Kerne sind zwei Spulen b, c derart gewickelt, dass, wenn ein elektrischer Strom sie durchfliesst, die Kerne mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert werden.
Die gegenüberliegenden Enden der Kerne sind zylindrisch ausgehöhlt und weisen schräge ebene Flächen 2, 3 auf, welche symmetrisch hinsichtlich der Achsen der Vorrichtung liegen. In dem Raume zwischen den zwei Kernen ist eine Welle e angebracht, deren Enden in den Wänden des Gestells gelagert sind, und auf dieser Welle ist eine Masse d befestigt, welche in dem magnetischen Felde rotieren kann, das von den von dem Strome durchflossenen Spulen b, c, von den Kernen N und S und von den, den magnetischen Kreis schliessenden Wänden des Gestelles a gebildet wird.
Die Masse d weist zwei symmetrisch zur Drehungsachse liegende Vorsprünge 4 und 5 auf. Mit der Drehungsachse ist weiter ein exzentrischer Sektor 6 starr verbunden, welcher auf seiner Unterseite
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einen als Gegengewicht wirkenden massiven Teil 7 und auf seiner Oberseite eine zweckmässig geformte Nut 8 aufweist. In der Nut gleitet eine Rolle 9, welche von dem die zwei Arme einer Gabel 10 verbindenden Zapfen getragen ist ; diese Gabel ist mit einer in den Wänden des Gestells a drehbar gelagerten Welle 7c starr verbunden.
Ein, die zwei auf den Kernen N und S gewickelten Spulen durchfliessender elektrischer Strom erzeugt ein magnetisches Feld, welches die in den Fig. 1, 2 und 3 in ihrer normalen oder Anfangsstellung (bei der die Spulen unerregt sind) dargestellte Masse d in der Pfeilrichtung zum Drehen bringt, und diese Masse strebt darnach, ihre Längsachse parallel zu den Kraftlinien des Feldes, welche von einem Kern zum andern gehen, einzustellen.
Die Drehung der Masse d bewirkt diejenige der Welle e und des Exzenters 6 ; durch die Wirkung dieses letzteren überträgt sich die Bewegung auf die Gabel 10, deren Rolle 9 durch die Nut 8 veranlasst wird, sich zu verstellen ; die Gabel 10 und die Welle k rotieren somit in der Pfeilrichtung. Die Welle k überträgt die Bewegung auf das zu steuernde Organ.
Die Fig. 4 stellt, wie gesagt, die Stellung dar, welche die Masse d, das Exzenter 6 und die Gabel 10 am Ende der Bewegung einnehmen, d. h. wenn die Masse d sich mit ihrer Längsachse in die Richtung
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also dem Maximalhub der Vorrichtung entspricht, befinden sich die Vorspruinge 4,5 der Masse d in Berührung mit den Flächen 2,3 der Kerne N und S.
Der untere Teil der Nut 8 des Exzenters 6 ist derart ausgebildet, dass an jedem Punkte der Widerstand der Zugkraft proportional ist ; tatsächlich ist die Zugkraft, deren die Vorrichtung fähig ist, nicht konstant, sondern sie geht von einem Anfangsminimum bis zu einem Maximum ungefähr bei halbem Hub, um dann zu einem Schlussminimum zurückzukehren.
Eine solche Zugkraft ist derart beschaffen, dass sie eine unveränderliche anstatt einer gleichförmigen Bewegung wirkt. Die Nut 8 hat eine veränderliche Neigung, welche Punkt für Punkt den aufeinanderfolgenden Werten der Zugkraft proportional ist, so dass diese Neigung umso grösser ist, je grösser die Zugkraft ist und umgekehrt. Auf diese Art ist die Bewegung der Rolle 9 und folglich der Gabel 10 gleichförmig.
Wenn auch der Widerstand veränderlich, anstatt gleichförmig ist, kann dies bei der Ausbildung der Nut 8 berücksichtigt werden ; das Ergebnis wird immer dasjenige sein, an jedem Punkt Zugkraft und Widerstand zu proportionieren, um eine gleichförmige Bewegung zu erzielen.
Es sei nun die beschriebene Vorrichtung in der Stellung des Hubende, wie in Fig. 4 dargestellt ; wenn der speisende Strom unterbrochen ist, erregt sich das von den Spulen b, c und den Kernen N und S gebildete System ab und die Masse d bleibt der Wirkung des als Gegengewicht wirkenden Teiles 7 des Exzenters 6 unterworfen, durch welchen die Vorrichtung durch eine Drehung in zu der vorigen umgekehrten Richtung auf die Anfangsstellung (Fig. 1, 2 und, 3) zurückgeführt wird.
Die beschriebene Vorrichtung verlangt keinerlei Bremsen, weil sie sich selbsttätig sowohl bei dem Vor-als bei dem Rückgang bremst. Bei dem Vorgang wirkt die Bewegung des Ankers (Masse d) selbst auf das Induktionsfeld, den von den Spulen b, c aufgenommenen Strom und die daraus folgende magnetische Wirkung begrenzend ; ausserdem entstehen in dem aus massiven Eisenteilen bestehenden magnetischen Kreise, Foucaultsche Ströme (Wirbelströme), welche auch auf das Induktionsfeld einwirken.
Bei dem Rückgang ist die Wicklung der Spulen b, c in sich selbst geschlossen ; dies geht aus der das Schaltschema der Vorrichtung darstellenden Fig. 5 hervor. Die Spulen, e sind in derselben in
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der Fall sein, wenn die Vorrichtung sich in normaler Stellung befindet, sowohl beim Vor-als beim Rückgang.
Man sieht, dass durch die Schaltung I die Spulen b, c kurzgeschlossen sind. Wenn nun der Anker d im Begriff ist den Rückgang auszuführen, so erzeugt seine Bewegung in dem durch den remanenten Magnetismus der Induktionsmassen erzeugten ; Feld in, dem gE1schlossenen Stromkreise der Spulen einen Strom, welcher nach dem magnetischen Gesetze seinerseits-ein Feld erzeugt, das auf die Ursache seiner Entstehung, also auf die Bewegung des Ankers zurückwirkt ; daraus folgt die bremsende Wirkung. Diesem fügt sich ausserdem noch in diesem Falle die gleiche Wirkung der in den Eisenmassen entstehenden Foueaultsehen Ströme hinzu.
Aus der Fig. 5 ersieht man ausserdem, dass die Stellung Il des Schalters 12 den Speisungskreis der Spulen b, e durch die Batterie 11 schliesst ; diese ist also die Stellung, welche eingenommen werden muss, um die Tätigkeit der Vorrichtung zu bewirken.
Es ist ausserdem eine dritte'Stellung des Schalters vorgesehen, diese bewirkt die Speisung der Spulen b, c durch die kleine Batterie 13 anstatt durch die Batterie 11.
Die Stellung 111 wird, von Hand oder selbsttätig, hergestellt, wenn die Vorrichtung ihren Vorwärtsgang völlig zurückgelegt hat und die zwei Vorsprünge 4,5 folglich in Berührung'mit den-Fläehen 2, 3 stehen. Unter solchen Umständen ist der Raum zwischen dem beweglichen und dem festen Teil auf Null verringert ; sodann benötigt, weil aus diesem Grunde oder gleichem Zwischenraum die zum Festhalten der Masse cl in der Vorgangsschlussstellung erforderliehe Wirkung viel geringer als die zur Bewirkung
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ihrer Bewegung erforderliche ist, das Beibehalten der erreichten Stellung nicht die ganze Stromstärke, deren die Batterie 11 fähig ist, sondern kann mit einer viel geringeren Speisung, wie die der Batterie 13 aufrecht erhalten werden.
Das durch die Welle k gesteuerte und auf Entfernung durch die beschriebene Vorrichtung angetriebene Organ wird folglich, so lange es in der Endstellung bleibt, nur den Verbrauch eines Bruchteiles der Energie verlangen, welche zur Ausführung der Arbeit selbst erforderlich ist.
Der Übergang des Schalters selbst von der Stellung II auf die Stellung 111 kann auch selbsttätig durch ein Relaissystem stattfinden ; dieses System könnte von dem Strome der Batterie 11 selbst gespeist werden, welcher die Spulen b, c durchfliesst und könnte die Steigerung ausnutzen, welche in dem besagten Strome am Ende des Hubes der Masse d stattfindet, wenn bei dem Aufhören der Bewegung des Ankers auch die entsprechende Reaktion aufhört, so dass die besagten Spulen den ganzen Strom aufnehmen, der ihrem chemischen Widerstand entspricht.
Eine weitere Eigentümlichkeit der beschriebenen Vorrichtung ist folgende : Wie aus der die Anfangsstellung darstegenden Fig. 2 hervorgeht, ist es unmöglich, die Vorrichtung aus dieser Stellung durch Einwirkung auf die Welle k zu verstellen, weil die Rolle 9 der Gabel 10 in einem Ende der Nut 8 des Exzenters 6 derart eingeschlossen ist, dass die Verstellung der Rolle ohne die Verstellung des Exzenters nicht stattfinden kann, so dass die Verdrehung des Ankers d selbst und somit die Erregung der Spulen b, c erforderlich ist. Es ist weiter zu bemerken, dass die Einrichtung nach der Erfindung keinen beweglichen elektrischen Kontakt erfordert.
Die beschriebene Vorrichtung bewirkt, nach Fig. 4, die Drehung der gesteuerten Welle k um einen kleinen Winkel, welcher Winkel mittels besonderer Vorgelege, welche die Bewegungsgrösse vermehren, auf die zu betätigende Einrichtung übertragen wird.
Der Erfindungsgegenstand kann jedoch auch auf andere Weise ausgeführt werden, z. B. kann eine zum direkten Antrieb genügende Winkelverstellung bewirkt werden, in welchem Falle die zu betätigende
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eigenschaften des Erfindungsgegenstandes und seiner Wirkungsweise unverändert, so wie sie sich aus der Beschreibung ergeben.
PATENT-ANSPRÜGHE :
1. Elektrisch ferngesteuerte Vorrichtung, bestehend aus einem zwischen den Polschuhen eines Elektromagneten drehbaren Anker und einem Hebel, welcher durch den Anker mittels eines exzentrisch zur Drehachse des einen Teils verlaufenden Führungsschlitzes und eines in denselben eingreifenden Zapfens versehwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität jedes Punktes der führenden Fläche des Schlitzes einen solchen Wert besitzt, dass in jedem Punkt der Bewegung des Ankers der Widerstand proportional der Zugkraft ist. wodurch eine gleichförmige Bewegung der gesteuerten Vorrichtung resultiert.