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Einrichtung zur Übertragung der Stellung beweglicher Organe aller Art.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Übertragung der Stellung beweglicher Organe aller Art, insbesondere zur Übertragung von Messwerten.
Zur Übertragung eines Messwertes nach dem Impulszeit-, Impulszahl-und ähnlichen Verfahren, wird der Messwert zuerst in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die hiezu bekannten Einrichtungen gestatten nur die Abgabe eines Signals, dessen Kennzeichen (Impulsdauer, Impulszahl usw. ) mit dem Zeigerausschlage des Gebers in linearem Zusammenhange steht ; überdies sind bei den bisher bekannten Einrichtungen zur Aussendung des Signals Zwischenrelais erforderlich. Der lineare Zusammenhang zwischen Zeigeraussellag und Signal bedeutet jedoch in vielen Fällen einen Mangel. Es ist nämlich bei den Empfangsgeräten häufig eine andere Skalencharakteristik erwünscht oder erforderlich, als diejenige, welche die Geber aufweisen. Es besitzen eine grosse Anzahl von Messgeräten, z. B.
Dreheisen-, Drehfeld-
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bei nicht linearen Gebern mit den bisher bekannten Einrichtungen überhaupt nicht bewerkstelligt werden.
Der Nachteil des starren, linearen Zusammenhangs zwischen Signal und Zeigerausschlag des
Gebers wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass auf eine vom Geber betätigte Welle eine Kurvenscheibe aufgesetzt ist und diese auf eine zur Kurvenscheibe bewegte Kontaktvorrichtung wirkt, wodurch Stromkreise geschlossen oder geöffnet werden. Sobald die Kontaktvorrichtung an eine bestimmte Stelle ihrer Bewegungsbahn gelangt, beginnt die Aussendung eines Signals nach dem Impulszeit-, Impulszahl oder einem ähnlichen Verfahren. Dieses Signal wird im Augenblick des Zusammentreffens zwischen Kurvenseheibe und Kontaktvorrichtung beendet.
Es kann aber auch die Aussendung des Signals beim Zusammentreffen zwischen Kurvenscheibe und Kontaktvorrichtung begonnen werden und die Unterbrechung desselben an einer bestimmten Stelle der Bewegungsbahn der Kontaktvorrichtung erfolgen.
Der Verlauf der Tastkurve an der Kurvenscheibe kann stetig oder unstetig sein.
Die Steuerung der Kontaktvorrichtung durch die Kurvenscheibe hat noch einen weiteren Vorteil.
Es kann nämlich durch entsprechende Formgebung der Kurvenscheibe überdies erreicht werden, dass die beim Zusammentreffen zwischen Kurvenscheibe und Kontaktvorrichtung auftretende Kraft ganz oder teilweise durch die Drehachse der Kurvenscheibe geht, wodurch eine Verstellung des Gebers infolge der Abtastung vermieden wird ; eine Feststellvorrichtung für die Zeigerwelle des Gebers wird hiedurch überflüssig.
Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Welle 1 des Gebers bewegt den Zeiger 2 und die Kurvenscheibe 3. Auf der Achse 4 läuft eine Tastvorrichtung, welche durch beliebige Mittel fallweise, periodisch oder dauernd in Umlauf versetzt wird. Auf der Tastvorrichtung sind zwei Schleifringe 6, 7 angebracht, von welchen der eine, 6, über seinen ganzen Umfang leitend ist,
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leitend und isoliert ist. Der Arm 8 der Tastvorrichtung trägt einen Hebel 9, der um eine radiale Achse drehbar ist und einen Kontakt 10 (Fig. 2) betätigt. In Fig. 2 ist der elektrische Zusammenschluss dargestellt.
Die Spannung gelangt vom positiven Pol durch die Bürste 12 auf den Schleifring 6, von dort über den Kontakt 10 auf den Unterbrecher-Schleifring 7, welcher die Spannung mittels der Bürste 13 auf die Fernleitung-M weitergibt. Beim Umlauf der Tastvorrichtung gelangt die Bürste 13 bei einer
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geöffnet und hiedurch die weitere Impulsgabe unterbrochen. Bevor der Hebel 9 wieder in den Auslöse- bereich der Kurvenscheibe gelangt, bewirkt eine im Raume feststehende Feder die Rückdrehung des
Hebels 9 in seine ursprüngliche Lage.
Die eben beschriebene Sendeeinrichtung kann durch Verwendung eines nicht unterteilten Metallbogens statt des kollektorartigen Teiles des Schleifringes 7 zur Abgabe von
Signalen nach dem Impulszeitverfahren herangezogen werden.
Die praktische Durchführung der Abtastung führt jedoch häufig zu grossen Schwierigkeiten, weil der Kontaktdruck direkt auf die Welle des Gebers wirkt und diese Beanspruchung zu einer Beschädigung oder Verstellung des Gebers führt. Zur Entlastung der Welle des Gebers wurde bei mit Tastvorrichtungen arbeitenden Sendern vorgeschlagen, die Kontaktgabe der Tastvorrichtung zur Steuerung von Zwischen- relais zu verwenden und erst diese zur Bewältigung der Schaltleistung für die Fernübertragung heran- zuziehen.
Diese Zwischenrelais besitzen aber insbesondere den Nachteil, dass die Länge des Signals von der Eigenzeit der Relais beeinflusst wird ; die Eigenzeit der Relais ist aber spannungsabhängig, damit wird auch die Länge des Signals spannungsabhängig, wodurch eine der wesentlichsten Ubertragungs- eigenschaften, nämlich die Spannungsunabhängigkeit, verlorengeht.
Die schädlichen Rückwirkungen auf den Geber werden erfindungsgemäss dadurch verhindert, dass das Tastelement der Kontaktvorrichtung deren Kontakte unter Zwischenschaltung von kraftsparen- den Mitteln betätigt. Hiedurch kann der Kontaktdruck und damit die Schaltleistung so hoch gehalten werden, dass die Impulse ohne Verwendung von Zwischenrelais gesendet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Hebel 20 drückt auf die Kontaktfeder 16, wodurch diese an die Kontaktfeder 15 angedrückt wird. Das obere Ende des
Hebels 20 liegt an einer Ansatzfläche der Auslöseldinke 21, welche um die Achse 23 drehbar ist. Infolge der Hebelwirkung des Hebels 20 ist sein Druck auf die Auslüseklinke 21 geringer als der Kontaktdruck. Zur Auslösung der Klinke und damit auch zur Auslösung der Kontaktbewegung ist nur mehr die Reibung zwischen Klinke 21 und Hebel 20 zu überwinden ; die hiezu erforderliche Kraft ist aber nur mehr ein sehr kleiner Teil des Kontaktdruckes.
Es kann aber auch dieser geringe Betrag noch dadurch verringert werden, dass die Berührungsfläche zwischen Klinke und Hebel nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hebels gemacht wird, sondern eine die Auslösung begünstigende Schrägung erhält.
Diese Kontaktvorrichtung wird beispielsweise folgendermassen für Fernmesszwecke verwendet : die Kontaktvorrichtung wird auf dem umlaufenden Tastarme 8 (Fig. 1) befestigt, u. zw. derart, dass die Klinke 21 an die Stelle des Hebels 9 tritt. Die Kontaktvorrichtung sei zunächst geschlossen. Die Tastvorrichtung läuft um und beginnt die Aussendung eines Signals. Sobald die Klinke 21 die Kurvenscheibe 3 berührt, springt die Klinke auf, die Kontakte öffnen sich und unterbrechen das Signal. Bei der Weiterbewegung des Kontaktarmes wird durch im Raume feststehende Führungen der Hebel 20 wieder eingerückt und die Klinke 21 geschlossen.
Die Einschaltung der Kontaktvorrichtung kann dadurch vereinfacht werden, dass eine ausserhalb des Auslösebereiches liegende Führung beim Vorbeigang der Tastvorrichtung auf den Stift 24 einwirkt und die Klinke in ihre Ausgangslage zurückdreht. Bei der Einschaltung der Klinke 21 wird durch eine schräge Fläche derselben der Hebel 20 gegen den Tastarm 8 geschoben und dadurch die Kontaktfedern 15, 16 wieder geschlossen.
Eine Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht in der Anwendung einer einzigen Tast- vorrichtung zur Fernübertragung mehrerer Messstellen. Dies geschieht z. B. in der Weise, dass die Wellen der Geber, welche mit Kurvenscheiben ausgerüstet sind, rings um die Achse der umlaufenden Kontaktvorrichtung angeordnet sind. Der Sender überträgt dann in zyklischer Reihenfolge die Messwerte der einzelnen Messstellen.
Bei Verwendung umlaufender Tastvorriehtungen kann die Häufigkeit der Messwertübertragungen dadurch erhöht werden, dass mehrere gegeneinander versetzt angeordnete Kontaktvorrichtungen zur Wirkung gebracht werden. In Fig. 4 ist eine solche Einrichtung beispielsweise dargestellt. Es sind zwei Tastarme 8a, 8b angeordnet, auf welchen zwei Kontaktvorrichtungen nach Fig. 3 befestigt sind. Die von den Kontaktvorrichtungen bestätigten Kontakte 10a, lOb sind untereinander parallel geschaltet und führen analog den Fig. 1 und 2 zu den Kollektoren (Schleifringen) 6', 7' (Fig. 5). Der Kollektor (Schleifring) 7'unterscheidet sich von dem der Fig. 2 nur dadurch, dass eine Teilung auf die Hälfte zusammengedrängt und einmal wiederholt wird.
Eine Weiterbildung der Tastvorrichtung besteht darin, dass mehrere Tastarme auf eine allen Tastarmen gemeinsame Kontaktvorrichtung wirken. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung zeigt Fig. 6. Auf der Welle 30 ist die Tastvorrichtung 31 aufgesetzt. Diese trägt drei Auslösebolzen 32,33, 34, welche von den Tastarmen 35, 36, 37 gedreht werden. Die Auslösebolzen tragen an ihrem unteren Ende eine ebene Fläche. Stehen die ebenen Flächen der Auslösebolzen senkrecht zur Drehachse 30, so kann das Kontaktrad 38 gegenüber dem Teil 31 verdreht werden. Das Kontaktrad 38 trägt die eine Kontakthälfte 39, während die andere Kontakthälfte 40 der Teil 31 trägt. Beide Kontakthälften sind mit Schleifringen 41, 42 verbunden, auf welchen die Bürsten 43, 44 schleifen.
Eine zwischen den Teilen 31 und 38 wirkende Feder 51 versucht ; das Kontaktrad 38 im Umlaufsinne gegenüber dem Teil 31 um einen
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bestimmten Winkel zu verdrehen, wodurch die Kontakthälften 39,40 öffnen. Am Umfange des Kontakt- rades 38 sind drei Bolzen 45, 46, 47 vorgesehen. Nähert sich beim Umlaufe der Tastvorrichtung der
Tastarm 35 dem Auslösebereich der Kurvenscheibe, so kommt der Bolzen 45 zum Anschlag mit der Kon- takteinschaltung 48. Das Kontaktrad 38 und folglich die Kontakthälfte 39 werden dadurch verzögert. so dass die gleichförmig umlaufende Kontakthälfte 40 mit der Kontakthälfte 39 in Berührung kommt.
Der Kontakteinschalter wird nun entgegen der Wirkung der Feder 49 durch den Bolzen verdreht und dieser gelangt ausser Eingriff mit dem Kontakteinschalter 48. Gleichzeitig mit der Einschaltung des
Kontaktes kommt der Tastarm mit seinem rechten Ende mit der Tastarmeinschaltfeder 50 in Berührung.
Der Tastarm wird hiedurch in seine Einlöselage, nämlich parallel zur Achse 30 gebracht. Der Tastarm verdreht den Auslösebolzen 32 ; die ebene Fläche des Auslösebolzens steht nicht mehr senkrecht zur Dreh- achse, wodurch eine Rückbewegung des Kontaktrades 38 nach dem Verlassen der Kontakteinschaltvor- richtung verhindert wird. Der Beginn des Signals kann, ebenso wie früher, entweder durch die Kontakt- einschaltung oder durch Kontaktgabe eines Schleifringes (Kollektors od. dgl. ) erfolgen.
Trifft der Tast- arm 35 bei seinem Umlaufe auf die Kurvenscheibe (Zeiger), so wird die Verdrehung des Auslösebolzens 32 das Kontaktrad freigeben, welches durch Federwirkung den Kontakt 39,40 öffnet und damit das Signal unterbricht.
Es gibt Fälle, bei welchen die Aussendung mehrerer Signale für denselben Messwert notwendig wird. Dies tritt z. B. ein, wenn ein Messwert sowohl gezählt als auch in besonderer Weise angezeigt werden soll. Für die Zählung eines Messwertes muss die Kurvenscheibe derart ausgebildet sein, dass das abgegebene Signal dem Messwerte proportional ist. Dagegen ist bei einer vorgeschriebenen Skalencharakteristik für die Anzeige ein anderer Zusammenhang zwischen Messwert und Signal und daher auch eine andere Kurvenscheibe erforderlich. Die Aussendung mehrerer verschiedener Signale für denselben Messwert kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mehrere Kurvenscheiben von dem Messgeber betätigt werden und die Tastvorrichtung mit einer entsprechenden Anzahl von mit den einzelnen Kurvenscheiben in Verbindung kommenden Auslösern (Tastarmen) und Schleifringen besteht.
Zur Übertragung der Summe mehrerer Messwerte werden die Signale nacheinander abgegeben.
Die Aufeinanderfolge der Signale wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die Tastvorrichtungen durch mechanische Kupplung auf Gleichlauf gehalten werden und die Tastarme (Auslöseklinken) in bezug auf Signalabgabe gegeneinander phasenverschoben laufen.
Die Aufeinanderfolge der Signale kann aber auch elektrisch ausgelöst werden. Erfindungsgemäss erhält jede Tasteinrichtung eine elektromagnetische Sperre, welche in an sich bekannter Weise bei Er- regung die Bewegung der Tastvorrichtung zur Abgabe eines oder mehrerer Signale freigibt. Die Anspeisung der Auslösemagnete der Sperren erfolgt z. B. durch einen umlaufenden Verteiler.
Der Antriebsmotor für den Verteiler kann erfindungsgemäss dadurch erspart werden, dass eine der Tastvorrichtungen dauernd umläuft und dabei den Verteiler treibt, welcher die Anspeisung der Aus- lösemagnete, mit denen die übrigen Tastvorrichtungen ausgestattet sind, besorgt.
Sollen die Angaben mehrerer Messwerte auf derselben Leitung übertragen werden, so wird dem
Messsignal jedes Instrumentes z. B. ein Rufzeichen vorangestellt und am Ende des Messsignals ein Schluss- zeiclen gegeben. Das Ruf-und Schlusszeichen wird dabei erfindungsgemäss durch eine mit der Tastvorrichtung in zwangsläufiger Bewegung befindliche Schalteinrichtung abgegeben. Es ist dies z. B. der
Kollektor 7 (Fig. 1), welcher zu diesem Zweck mit zusätzlichen Lamellen ausgerüstet ist. Werden statt des Kollektors andere Kontaktvorrichtungen benutzt, so werden diese in gleicher Weise zur Abgabe des Ruf-und Schlusszeichens herangezogen.
Bei der Übertragung von Messwerten über Telephonleitungen kann es vorkommen, dass Wechselstrom mit einer Frequenz, welche wesentlich grösser als 50 Perioden/sek. ist, verwendet werden muss.
Zur Erzeugung der erforderlichen Frequenz aus dem vorhandenen Gleich-oder Wechselstromnetz wird ein mit der Tastvorrichtung in zwangsläufiger Bewegung befindlicher Unterbrecher verwendet, welcher die Übertragungsspannung zerhackt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass jede Lamelle des Kollektors mehrfach unterteilt ist. Zur Unterdrückung aller andern hiebei entstehenden, unerwünschten Frequenzen werden an sich bekannte Siebeinrichtungen verwendet.
Eine Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht in der Überwachung der Betriebsbereitschaft der Sendestelle. Die Überwachung erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass das Impulssignal um einen Kontrollimpuls vermehrt, bzw. verlängert wird und in der Empfangsstelle eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die Wirkung des Kontrollimpulses auf die Anzeige und Zählung aufhebt, jedoch beim Ausbleiben des Kontrollimpulses eine Alarmvorrichtung in Tätigkeit setzt.
Ein Ausfülrungsbcispiel einer solel en Einrichtung zum Empfang nach dem Impulsai lsystem ist in Fig. 7 dargestellt. Die Impulse kommen auf der Leitung 110 an. Beim Einlangen des ersten Impulses sprechen die Relais 111, 112 an. Sobald der erste Impuls zu Ende ist, fällt das Relais 112 ab, während Relais 111 infolge seiner Abfallverzögerung noch angezogen hält. Treffen die folgenden Impulse ein, so können sie über die Kontakte der Relais 111, 112 zur Spule 90 des Empfangsmagneten gelangen. Das Relais 112 kann aber nur beim ersten Impuls ansprechen, da alle folgenden durch eine Gegenwicklung des Relais 112 gelangen.
An die Leitung 110 sind weitere Relais 113, 114 angeschlossen, von welchen das
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Tastvorrichtung stehen oder bleibt die Spannung aus, so kann kein Impuls gesendet werden und das Relais 113 fällt ab ; bleibt in der Sendestation die Tastvorrichtung stehen und wird gerade ein Signal abgegeben, so bleibt die Leitung unter Spannung, wodurch Relais 114 zum Ansprechen kommt. In beiden Störungsfällen wird eine Störungsschiene 117 unter Spannung gesetzt, von welcher jene Einrichtungen angespeist werden, welche im Störungsfalle betätigt werden sollen.
Werden die Signale nach dem Impulszeitverfahrengegeben, so tritt z. B. an Stelle der Relais 111, 112 ein einziges Relais 120 (Fig. 8), welches eine Ansprechverzögerung besitzt, die gleich ist der Verlängerung
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schaltung des Impulses auf die Spule 90 des Empfangsmagneten.
Es gibt Messgrössen, welche direkt nicht gemessen werden können. Eine solche Messgrösse ist beispielsweise die Wärmemenge, welche von einer strömenden Flüssigkeit abgegeben wird. Zur Fernübertragung dieser Messgrösse wird die Temperaturdifferenz der strömenden Flüssigkeit in Vor- und Rücklauf und die Menge der Flüssigkeit gemessen. Hierauf werden die beiden Teile werte am Messort in bekannter Weise miteinander multipliziert und durch die Stellung eines beweglichen Organs zum Ausdruck gebracht.
Die Fernmesseinrichtung besorgt dann die Fernanzeige der Stellung des beweglichen Organs. Dieses Verfahren hat die Nachteile, dass eine verhältnismässig komplizierte und kostspielige Einrichtung zur Multiplikation erforderlich ist und diese Multiplikation nicht absolut genau erfolgen kann ; zu den unvermeidbaren Fehlern der Übertragung gesellt sich also der Fehler der Multipliziervorriehtung noch hinzu.
Diese Mängel werden erfindungsgemäss wie folgt vermieden : die Kurvenscheiben werden derart ausgebildet, dass das entstehende Signal (Impulsdauer, Impulszahl od. dgl.) mit der Messgrösse in einem durch eine mathematische Funktion ausrückbaren Zusammenhang steht. Die Bildung eines Messwertes aus mehreren Teilmesswerten wird durch zugleich oder nacheinander folgende Sendung von Signalen obgenannter Art eingeleitet.
Soll beispielsweise die von einer Flüssigkeit abgegebene Wärmemenge bestimmt werden, so wird bekanntlich die Temperaturdifferenz im Vor- und Rücklauf und die Flüssigkeitsmenge gemessen. Temperaturdifferenzmesser und Mengenmesser werden mit Kurvenscheiben und Tastvorrichtungen ausgestattet, welch erstere erfindungsgemäss derart geformt sind, dass z. B. die Dauer t der Signale folgenden Bedingungen Genüge leistet :
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e, Temperatur im Vorlauf, dz Temperatur im Rücklauf, M Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit,
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Die Summe der Signale ist dann ein Ausdruckfür die abgegebene Wärmemenge Q :
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Werden die Signale nacheinander abgegeben, so kann ein einziges Empfangsgerät Anwendung finden.
Das angegebene Verfahren kann aber auch zur Durchführung von Rechenoperationen ganz allgemeiner Art und auf beliebige Entfernung angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Übertragung der Stellung beweglicher Organe aller Art, insbesondere zur Über- tragung von Messwerten, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Organ bzw. das Messinstrument eine Kurvenscheibe verstellt und dass eine Kontaktvorrichtung vorgesehen ist, deren relative Lage in bezug auf die Kurvenscheibe durch die Verstellung derselben geändert wird, und dass die Kontaktvorrich- tung in bezug auf die Kurvenscheibe eine zusätzliche Relativbewegung ausführt und beim Zusammen- treffen mit der Kurvenscheibe Stromkreise schliesst oder öffnet.