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Vorrichtung zur Einstellung der Laufzeit von Synchron-Motoren
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Regelung der Umlauf-Dauer von Synchron-Motoren - insbe- sondere für Antrieoe von Programmsteuerungen-, wobei dem Synchron-Motor einSteuer-Kontaktvorge- schaltet ist, und setzt sich die Schaffung eines möglichst einfach aufgebauten, technologisch gut be- herrschbaren, dauerhaften, betriebssicher und verlässlich arbeitenden Aggregates zum Ziele, das eine stetige Regelung der Umlauf-Dauer von Synchron-Motoren durch Handeinstellung während des Betriebes ermöglicht.
Derartige Regel-Vorrichtungen sind für die synchronen Antriebe von Programmsteuerungen aller Art erforderlich-so insbesondere auch für die Antriebe von Verkehrssignal-Steuerungen, sogenannten "grüne Wellen".
Bei Synchron-Motoren, deren synchrone Drehzahl den festen Zeitmassstab bildet und daher weder ge- ändert werden darf noch kann, wird eine Einstellung der Laufzeit bekanntlich durch impulsförmige Anspeisung erreicht-d. h. also durch periodische Stromunterbrechung ; diese Möglichkeit beruht auf der be- kannten Tatsache, dass sich der Rotor eines Synchron-Motors stets an den Sektor-Grenzen seiner Polteilung abbremst-u. zw. nach Wegnahme des Speisestromes bei der jeweils nächstliegenden, so dass dann die effektive Laufzeit durch das Verhältnis Impuls-Dauer zu Impuls-Pause des Speisestromes bestimmt wird.
Die bisher bekannten Einstell-Vorrichtungen für die Umlauf-Dauer von Synchron-Motoren können jedoch nicht während des Betriebes von aussen, sondern nur nach Stillsetzung der Anlage durch Eingriff in das Regelorgan eingestellt werden, und auch dann nur sprunghaft für bestimmte Zeitwerte und nicht über einen gewünschten Bereich der Laufzeit stetig gleitend. Weiters bereitet auch der Aufbau eines RegelAggregates von ausreichend hoher Lebensdauer d. h., geringstmöglicher Abnutzung, erhebliche Schwierigkeiten : so erfordern vor allem die bei diesen bekannten Einrichtungen vorhandenen verstellbaren-z.
B. verdrehbaren - Unterbrechungs-Kontakte flexible Zuleitungen, die bekanntlich eine häufige Fehlerquelle bilden ; ebenso schafft auch jeder zusätzliche Kontakt neue Fehlerquellen-so insbesondere Kombinationen, z. B. von ortsfesten und verdrehbaren Kontakten.
Nach der Erfindung werden nun bei Einstell-Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art für Syn- chron-Motoren die oben aufgezeigten Mängel dadurch behoben, dass sie mit einem zweiten SynchronMotor sowie mit einem während des Betriebes von Hand betätigbaren Einstellorgan zur stetigen Regelung des Verhältnisses von Öffnungs- und Schliessungs-Dauer des Steuer-Kontaktes je Laufzeit des zu regelnden Motors versehen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sitzt auf der Welle des zweiten Synchron-Motors eine Betätigungsscheibe für den beweglichen Steuer-Kontakt des zu regelnden Synchron-Motors lose und axial verschiebbar auf, die einerseits durch eine Rückstellfeder vom Steuer-Kontakt abgehalten wird und an deren anderer Seite über achsenparallele Stössel ein an der Antriebswelle exzentrisch angelenkter, einarmiger Hebel anliegt, der an seinem freien Ende eine über eine bogenförmige Rampe von stetig verstellbarer Bogenlänge laufende Taumelrolle trägt, wodurch der einarmige Hebel seine Verschwenkung über die Stössel auf die Betätigungsscheibe überträgt, die dann den Steuer-Kontakt des zu regelnden SynchronMotors je Umlauf in dem durch die eingestellte Bogenlänge der Rampe bestimmten Teilungsverhältnis unterbricht.
Diese verstellbare Rampe des Einstellorganes besteht erfindungsgemäss aus zwei oder mehreren aufeinander liegenden, um eine gemeinsame Achse fächerartig ausschwenkbaren, sektorförmigen Gliedern
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mit zylindrisch aufgebogenem, äusser M Rand, deren unterstes an einer der Welle des zweiten Syrcliron- Motors gegenüberliegenden Platine befestigt ist und deren oberste Glied mit der Achse des Einstellorganes verbunden ist wobei die etwa dazwischen liegenden Sektoren mit sinngemäss angebrachten Anschlägen oder Führungen zu ihrer gestaffelten Mitnahme versehen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht nun die verstellbare Rampe des Einstellorganes aus zwei halbkreisförmigen Gliedern und liegen ausserdem im Steuerkreis des zu regelnden Syn- chr011-Motors ein als Umschalt-Kontakt ausgebildeter Steuer-Koniakt sowie einKipp-Umschalter in Serie, welch'letzterer beiden festen Kontakten des Steuer-Kontaktes wahlweise Ruhe- oder Arbeits-Funktion zuordnet, wodurch durch zweimalige, gegenläufige-beiden Stellungen des Kipp-Umschalters zugeordnete - Verdrehung des Einstellkopfes um je 180 ein Regelbereich de-Laufzeit von minimaler synchroner Laufzeit (t) bis"" (Dauerlauf bis Stillstand) erzielt wird.
Weitere Merkmale sowie der konstruktive Aufbau der erfindungsgemässen Regel-Vorrichtung für Syn- chron-Motoren werden an Hand der beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. So zeigen : Fig. 1 und 3 die wirksamen Teile der Regel-Vorrichtimg mit dem von Hand betätigten Einstellorgan in der Schliessungs-phase des Sceuer-Kontaktes im Mittelschpitt (Fig. 1) sowie während der Öffnung ces Steuer-Kontaktes (Fig. 3) ; Fig. 2 den Tragarm der Synchron-Welle mit dem angelenkten einarmigen Hebel in Draufsicht ; Fig. 4a und b die mehrgliedrige, verstellbare Rampe in zwei Winkelstellungen in Draufsicht ;
Fig. 5 und 6 für eine Variante der Regel-Vorrichtung mit nur zweiteiliger Vollkreis-Rampe das Schaltschema des Steuerkreises des zu regelnden Synchron-Motors (Fig. 5) sowie ein Diagramm mit der Zuordnung der Impulsbilder und Umlaufzeiten zu verschiedenen Stellungen des Ram- pen-Fächers über den gesamten Regelbereich.
Bei der in Fig. l und 3 dargestellten Einstell-Vorrichtung ist links der Steuer-Kontakt des zu regelnden Programm-Motors mit dem festen Kontakt 1 und dem beweglichen Kontakt l'zu sehen ; in der oberen ortsfesten Platine L'ist nun die von einem zweiten, kontinuierlich laufenden Synchron-Motor angetriebene Welle 3 fliegend gelagert, auf welcher eine Betätigungsscheibe 4 lose und axial verschiebbar angebracht ist, die also von der Welle 3 nicht mitgenommen wird und durch eine Rückstellfeder 5 in Abstand vom beweglichen Kontakt l* des Steuer-Kontaktes gehalten wird ;
auf der Antriebswelle 3 ist weiters ein Arm 6 befestigt, an dessen Ende am Bolzen 7 ein einarmiger Hebel 8 exzentrisch gelagert itt, der die Welle 3 mit einem Langloch umgreift und an seinem freien Ende eine Taumelscheibe 9 trägt, die somit dauernd mit der Antriebswelle umläuft und mit dem Hebel 8 ausschliesslich achsenparallel bewegbar ist ;
zwischen der Betätigungsscheibe 4 und dem - wie aus Fig. 2 ersichtlich-zu diesem Zwecke beiderseits der Welle 3 verbreiterten-vorzugsweise etwa kreuzförmig ausgebildeten - Hebel 8 sind nun zwei achsenparallele, durch den Tragarm 6 lose hindurchgeführte Stössel 10 angeordnet, mittels deren axiale
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zweiten Platine 2'ist nun in Flucht mit der Antriebswelle 3 eine drehbare Achse 11 eingesetzt, die aussen den Einstellknopf 12 trägt und auf der innenseitig eine verstellbare bogenförmige Auflauframpe 13 angebracht ist, die in der Bahn der umlaufenden Taumelrolle 9 liegt.
In Fig. 1 und 2 sind nun die beiden, während eines synchronen Umlaufes möglichen Phasen-Lagen mit geschlossenem bzw. geöffnetem Steuer-Kontakt 1-1'veranschaulicht, wonach die Wirkungsweise des Reglers eigentlich ohne weiteres klar ist : während jedes Umlaufes der synchron angetriebenen Welle 3 wird über den der von Hand eingestellten Winkelöffnung der bogenförmigen Rampe 13 entsprechenden Bruchteil des Vollkreises die mit dem Hebel 8 axial bewegbare Taumelrolle 9-wie in Fig. 2 dargestellt-angehoben und ihre Bewegung über die beiden achsenparallelen Stössel 10 auf die Betätigungsscheibe 4 übertragen, die dann den beweglichen Kontakt l'des Steuer-Kontaktes öffnet ;
die Einstellung der bogenförmigen Auflauframpe 13 mittels des Drehknopfes 12 kann nun, wie ersichtlich, während des Betriebes erfolgen u. zw. stetig veränderlich.
Fig. 4a nnd 4b zeigen nun die nach der Erfindung vorgesehene fächerförmig Ausbildung der verstell-
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auf der Platine 2'ortsfest angebracht und der oberste 13c auf der Welle 11 fixiert ist ; weiters sind diese Sektoren mit geeigneten Führungen zur gestaffelten Mitnahme bis zur vollständigen Öffnung des Fächers versehen-hier z. B. der mittlere und obere Sektor 13b bzw. 13c mit einem Langloch 14 sowie einem Stift 14', wobei dann der mittlere Sektor 13b in geöffneter Lage von einem Anschlag festgehalten wird ; die Dimensionierung des Fächers-d. h. die Anzahl der Sektoren sowie ihre Winkelöffnung - : bestimmen, wie ersichtlich, den Regelbereich, d. h. das minimale und maximale Verhältnis von Impuls-Pause zu Impuls-Dauer : so wird z.
B. mit einem Fächer von drei Gliedern mit je 60 Bogenöffnung ein Regelbereich
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des Rampen-Bogens von 1 : 3-das ist also ein Verhältnis Impuls-Pause zu Impuls-Dauer von mindestens 1 : 5 bis höchstens 1 : 1 erreicht.
Selbstverständlich können in gleicher Weise auch zwei-, vier-bzw. n-gliedrige Fächer aufgebaut werden. Ganz allgemein gilt also, je kürzer der Rampen-Bogen bzw. die Sektoröffnung der einzelnen Fächerglieder, um so mehr kann man sich dem Zustand der Dauerspeisung des Programm-Motors nähern, und umgekehrt könnte mit einer geschlossenen kreisförmigen Rampe theoretisch vollkommener Stillstand des Programm-Motors (dauernd geöffneter Steuer-Kontakt) erreicht werden, wobei natürlich zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Regelbereiches auch entsprechend viele Fächer-Glieder notwendig wären.
Für die Dimensionierung des verstellbaren Rampen-Fächers kann also im Einzelfall den jeweils gegebenen Erfordernissen zweckentsprechend angepasst werden. d. h. an das gewünschte Regel-Verhältnis, die Regel-Genauigkeit in einem bestimmten Bereich der Laufzeit sowie gegebenenfalls auch die Abweichung von der Linearität der Beziehung Drehwinkel-Laufzeit.
In Fig. 5 und 6 ist nun eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieses Grundprinzips dieser Erfindung veranschaulicht, bei dem einerseits der Steuer-Kontakt des Programm-Motors als Umschalt-Kontakt 15'-15-15"ausgebildet sowie in Serie zu diesem ein Kipp-Umschalter 16 angeordnet ist und weiters die verstellbare Rampe aus zwei halbkreisförmigen Gliedern 13'und 13"besteht.
Nach dem oben, zum vorherigen Beispiel gesagten ist nun durchaus verständlich, dass mit dieser Einrichtung eine vollkommen stetig veränderbare Einstellung der Laufzeit im vollen Bereich von t = 1 - Dauerlauf bis t = 00 (vollständige Unterbrechung) - möglich ist, u. zw. in zwei durch die Stellungen A und B des Kipp-Schalters 16 bestimmten Teilbereichen : nämlich bei Stellung A von t = 1 bis t = 2 und für
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=Diagramme für das Regel-Verhältnis : Speisung : Pause sowie die dadurch erzielte relative Laufzeit in der Masseinheit des Dauer-Umlaufes (t = 1) zusammengestellt sind.
Für die linke Kolonne ist Kipp-Umschalter 16 auf A, so dass-u. zw. entgegen der Zuordnung gemäss Fig. 1 - die obere Stellung 15'des Unterbrechungs-Kontaktes 15 des Programm-Motors der Speisung und die untere 15" dem Stillstand zugeordnet ist ; Fig. 6a zeigt also als Ausgangsstellung die vollständig geschlossene Rampe 13, wodurch bei konstant angehobener Taumelscheibe 9 und Betätigungsscheibe 4 der Steuer-Kontakt 15 in Stellung 15'Dauer-Lauf des Programm-Motors erhalten wird ; bei Eindrehen des oberen Halbkreises in Pfeilrichtung wird im Anteil des geöffneten Winkels der Kontakt 15 auf 15" gelegt und der Speise-Strom unterbrochen - so entsteht daher die dem eingezeichneten Impuls-Verhältnis der Stellungen b und c entsprechende Verzögerung der Laufzeit bis zu ihrem maximalen Wert t = 2 bei bis zum Halbkreis eingedrehter Rampe g0mäss Fig. 6d.
Die rechte Kolonne gilt nun für die angezeigte Stellung B des Kipp-Umschalters 16, wobei nun der innere Rampen-Bogen - von der eingefahrenen Stellung e - in der eingezeichneten Pfeilrichtung-also gegenläufig-herausgedreht wird. Durch die Umschaltung des Kipp-Schalters 16 werden aber auch die Stellungen 15'und 15"des Steuer-Kontaktes den beiden Betriebs-Phasen umgekehrt zugeordnet als vorher bei Stellung A, so dass nunmehr die untere Stellung 15" der Speisungs-Impuls und die obere 15'der Unterbrechung entspricht ;
die Grundstellung e schliesst jedoch-wie ersichtlich-mit t = 2 an die letzte Stellung der A-Phase an, wonach dann-selbstverständlich alle über die Zwischenstelldngen fund g- wieder vollkommen stetig alle Impuls-Verhältnisse durchlaufen werden bis t= os bei voll ausgedrehter Rampe 13"gemäss Fig. 6 h.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Vorrichtung zur Einstellung der Laufzeit von Synchron-Motoren - insbesondere für Antriebe von Programm-Steuerungen-. wobei dem Synchron-Motor ein Steuer-Kontakt vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Synchron-Motor zum Antrieb eines rotierenden, axial verschieblichen, eine Kontaktgabe vermittelnden Organes aufweist, das mit einem während des Betriebes von Hand betätigbaren Einstellorgan zur stetigen Regelung des Verhältnisses von Öffnungs- und SchliessungsDauer des Steuer-Kontaktes je Laufzeit des zu regelnden Motors versehen ist.