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Einrichtung zur Fernübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, die zur Fernübertragung der Winkelverschiebung eines beweglichen Gliedes dient, bei welcher ein Geber mit drei in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung nacheinander betätigten Kontaktpaaren ausgestaltet ist, wobei jedes der genannten Kontaktpaare geschlossen wird, bevor das ihm in zyklischer Reihenfolge vorangehende geöffnet ist und jedes derselben in einem zum Empfänger führenden, eine Stromquelle enthaltenden Stromkreis liegt, und wobei ferner in die genannten Stromkreise im Empfänger Elektromagnete geschaltet sind, die auf einen drehbar gelagerten Eisenkern einwirken.
Die Vorrichtung soll insbesondere in Verbindung mit Kraftverstärkervorrichtungen Anwendung finden, bei denen bei geringen Eingangskräften grosse Ausgangskräfte zur Verfügung stehen. Ausserdem soll die Möglichkeit gegeben sein, von einem Geber eine Mehrzahl von Nebengeräten bei vollkommenem Synchronismus und genau proportionaler Übersetzung zu steuern.
In der österr. Patentschrift Nr. 164737 ist eine Fernsteuereinrichtung zur Übertragung von Drehbewegungen beschrieben, bei welcher im Empfänger ein System von der Reihe nach erregten fest angeordneten Polschuhen einem beweglichen System von Polschuhen gegenübersteht. Dieser bekannten Einrichtung haftet der Nachteil an, dass eine exakte Übertragung beliebig kleiner Verdrehungen des Gebers schwer durchführbar ist. B, ei dieser Einrichtung wird ein jeder Magnetspule entsprechendes Paar von Polschuhen erregt, die an entgegengesetzten Enden des Ständers vorgesehen sind.
Die Fortschaltung eines beweglichen Systems von sechs Polschuhen durch ein festes System ist in der brit. Patentschrift Nr. 1277 A. D. 1913 angegeben.
Ferner wurde durch die franz. Patentschrift Nr. l. 053. 622 eine Fernübertragungseinrichtung für Drehbewegungen bekannt, bei welcher zur Übertragung der Bewegung drei Leiter dienen, die der Reihe nach an Spannung gelegt werden, wobei der in der Drehrichtung nachfolgende Stromkreis geschlossen wird, bevor der vorangehende geöffnet wird. Die übermittelten Ströme werden einem Spulensystem zugeleitet, welches auf einen Rotor wirkt. Diese Einrichtung besitzt vor allem den Nachteil einer relativ grossen Kompliziertheit.
Erfindungsgemäss ist im Empfänger jedem Stromkreis nur ein Elektromagnet bzw. eine zusammenge- hörigeGruppe von Elektromagneten zugeordnet, der drehbar gelagerte Eisenkern ist als Polrad mit gleichmässig am Umfang verteilt angeordneten Polschuhen ausgebildet und der Winkelabstand zweier benachbarter Elektromagnete des Empfängers beträgt ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelabstandes zweier benachbarter Polschuhe, vermehrt um ein Drittel des letzteren Winkelabstandes.
Gemäss einer praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen die Elektromagnete Hufeisenkerne auf und sind die beweglichen Polschuhe des Empfängers durch Stäbchen aus Magneteisen gebildet und an der Peripherie eines nichtmagnetischen Rades parallel zu seiner Achse derart angeordnet, dass sie über einen angemessenen Luftspalt den magnetischen Kreis mindestens eines Hufeisenkernes schliessen,
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spiel schematisch dargestellt ist.
Die Fig. 1-6 zeigen schematisch sechs Phasen einer vollständigen Funktionsperiode der erfindunggemässen Vorrichtung, während Fig. 7 einen Schnitt längs der Rotationsachse des Empfängers der Vorrichtung zeigt.
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Der Geber (Fig. 1-6) enthält eine um die Achse T drehbare Welle, auf der drei gleiche Segmente A, B, C angeordnet sind, die auf drei Kontakte a, b, c dreier Stromkreise wirken, wobei die Segmente A, B, C auf der Achse T gegeneinander um je 120 verdreht befestigt sind. Der Zentriwinkel der Segmente ist um eine bestimmte Grösse K grösser als 120 , so dass bei Drehung der Welle ein Zeitintervall entsteht, während dessen voir. dem Augenblick an, in dem ein Kontakt geschlossen wird, der ihm vorangehende noch nicht geöffnet wird, wobei diese beiden Kontakte für die Dauer des genannten Zeitintervalles geschlossen bleiben.
Der Empfänger (Fig. 7) besteht im wesentlichen aus einem drehbaren Polrad R, an dessen Umfang Polstäbchen p angeordnet sind, und aus drei feststehenden Elektromagenten A', B', C', wobei das Polrad und die Elektromagnete auf einer gemeinsamen Grundplatte s angeordnet sind. Die Polstäbchen p bestehen aus Magneteisen und werden von einer Scheibe d aus nicht-magnetischem Material von geringem Beharrungsvermögen (Kunststoff, Leichtlegierung usw.) getragen, an deren Peripherie sie angeordnet sind.
Die Zahl der Polstäbchen ist von sekundärer Bedeutung und von der Wahl des Scheibendurchmessers abhängig, wobei zu beachten ist, dass der Abstand zweier Polstäbchen voneinander für alle Polstäbchen gleich ist. Im dargestellten Beispiel sind 12 Polstäbchen vorgesehen, was schematisch in den Fig. 1 - 6 dargestellt ist.
Die Länge der senkrecht auf die Ebene der Scheibe d angeordneten Polstäbehen ist derart gewählt, dass der magnetische Kreis des U-förmigen Joches n der Elektromagnete A', B'und C', dessen einer Schenkel mit einer Wicklung v versehen ist, über einen entsprechenden Luftspalt geschlossen ist. Die
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viele Polschritte auf dem Bogen zwischen zwei benachbarten Elektromagneten vorgesehen sind.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 - 6 beträgt n = 1 und der Winkel zwischen den Achsen zweier benachbarter Elektromagnete demnach :
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Bei insgesamt 12 Polstäbchen ergibt sich :
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Wie in den Fig. 1-6 dargestellt, ist je einer der durch die Segmente A, B, C betätigten Kontakte a, b, c je einem Elektromagneten A', B', C'zugeordnet und steht mit diesem in elektrischer Verbindung.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende : Befindet sich z. B. das Segment A in einer solchen Stellung, in welcher der Kontakt a geschlossen ist (Fig. 1), so wird der Elektromagnet A'erregt, so dass z. B. das Polstäbchen 1 von diesem angezogen und festgehalten wird, wobei es eine Lage einnimmt, in der es dem Joch (n in Fig. 7) genau gegenüberliegt. In dieser Stellung sind die Kontakte b und c geöffnet.
Dreht sich nun die die Segmente A, B, C tragende Welle in der dargestellten Pfeilrichtung, so wird durch das Segment B auch der Kontakt b geschlossen, während der Kontakt a geschlossen bleibt, so dass die beiden Elektromagnete A* und B'gleichzeidg erregt werden. Infolge der hiebei eintretenden kombinierten Magnetwirkung erfolgt eine Beeinflussung des Polrades R in dem Sinne, dass eine Stellung herbeigeführt wird, in der die Polstäbchen 1 und 2 symmetrisch zu den Elektromagneten A'und B'liegen, indem das Polrad R'aus der in der Fig. 1 dargestellten Lage in die in Fig. 2 dargestellte Lage verdreht und in dieser Lage solange festgehalten wird, als die Kontakte a und b gleichzeitig geschlossen bleiben.
Bei weiterer
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von der in Fig. 2 dargestellten Lage in die in Fig. 3 dargestellte Lage, in welcher das Polstäbchen 2 genau dem Joch des Elektromagneten B'gegenüberliegt. Bei weiterer Drehung wird die in Fig. 4 dargestellte Stellung herbeigeführt, in der die Kontakte b und c geschlossen sind und die Elektromagnete B'und C' gleichzeitig erregt werden. Die Scheibe dreht sich hiebei um einen Winkel, der notwendig ist, um die Polstäbchen 2 und 11 symmetrisch zu den Jochen der Elektromagnete B'und C'zu stellen.
In einer darauf folgenden Verdrehung der Segmente öffnet sich der Kontakt b und nur der Kontakt c bleibt geschlossen, so dass, da nunmehr der Elektromagnet C'allein erregt wird, das Polrad gezwungen ist, eine Drehung um
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einen solchen Winkel durchzuführen, dass das Polst bchen 11 dem Joch des Elektromagneten C'gegen- überliegt (Fig. 5). Erreicht man die Stellung der Fig. 6, so ist ausser dem Elektromagneten C'auch der Elektromagnet A'neuerlich erregt, wobei die Polstäbchen 11 und 12 in eine Mittelstellung zwischen den Jochen der beiden Elektromagnete A'und C'gebracht werden. Wenn sich nun die Welle des Gebers weiterdreht, so gelangt man wieder zu der in Fig. 1 dargestellten Stellung, in der nunmehr der Polschuh 12 dem Joch des Elektromagneten A'genau gegenüberliegt.
Bei jeder vollständigen Umdrehung der die Segmente tragenden Welle bewegt sich somit das PolradR um einen Polschritt weiter u. zw. in sechs aufeinanderfolgenden Drehwinkeln, von denen jeder die gleiche Grösse, nämlich 1/6 eines Polschrittes, aufweist.
Wird die Drehung der Welle des Gebers fortgesetzt, so bewegt sich das Polrad des Empfängers bei jeder vollständigen Umdrehung der Geberwelle um einen Polschritt weiter.
Es ist klar, dass, gleichgültig, in welchem Moment und auch gleichgültig, in welcher relativen Stellung zwischen Geber und Empfänger eine Umkehrung der Drehung der Geberwelle erfolgt, auch eine Umkehrung der Drehung des Polrades des Empfängers herbeigeführt wird.
Die wesentlichsten Eigenschaften des erfindungsgemässen Übertragungssystems sind folgende :
1. Der Empfänger hat mittlere Winkelgeschwindigkeiten, die genau proportional denen des Gebers sind.
2. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den mittleren Winkelgeschwindigkeiten des Gebers und des Empfängers kann nachbelieben festgelegt werden, indem die Zahl der Kreissegmente des Gebers und bzw. oder die Zahl der Polstäbchen auf dem Polrad des Empfängers entsprechend gewählt wird.
Bei Gleichheit der Winkelgeschwindigkeit der Geberachse wird durch Vervielfachung der Zahl der
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Anzahl der Polstäbchen bewirkt im gleichen Masse eine Verminderung der Winkelgeschwindigkeit des Polrades, d. h., die Winkelgeschwindigkeit ist verkehrt proportional zur Zahl der Pole.
3. Die Übertragung erfolgt mit einer Verschiebungstoleranz, deren Winkelwert konstant ist und durch die Formel
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ausgedrückt wird, wobei n die Anzahl der Polstäbchen bedeutet. Wird die Drehbewegung des Polrades
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men hat. da entweder einer der drei Elektromagnete oder aber ein Paar von ihnen immer erregt bleiben.
5. Das System ist vollkommen stabil, vorausgesetzt, dass das Trägheitsmoment J des Polrades nicht
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Die Sätze der drei Antriebselektromagnets können, soweit es im Hinblick auf den Platzbedarf und den Durchmesser des Polrades konstruktiv möglich ist, vervielfältigt werden, wobei auch das Antrieb"moment um den gleichen Wert vervielfacht wird. Hiebei können die entsprechenden Spulen untereinander in Serie oder parallel geschaltet sein, wobei sie gruppepweise zusammengefasst und analog der beschriebenen Ausführung angeordnet sein können.
Ein einziger Geber kann ferner eine beliebige Anzahl von Empfängern betreiben, wenn die Spulen der analogen Elektromagnete in Serie oder parallel zueinander geschaltet werden.
Für die direkte Verbindung zwischen dem Geber und dem Empfänger werden ausser der gemeinsamen Rückleitung, die auch durch die Erde erfolgen kann, nur drei Verbindungsdrähte benötigt, wobei das System zusätzliche Zwischenorgane aufweisen kann, durch die die Zahl der Leiter vermindert werden kann.
Es können auch induktive oder elektronische Impulsgeber, vor allem auch unter Verwendung drahtloser Übertragungseinrichtungen zur Anwendung gelangen.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht nur für die Fernübertragung von Drehbewegungen geeignet, sondern auch unter Anwendung entsprechender Mechanismen zur Übertragung linearer Bewegungen od. dgl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung, die zur Fernübertragung der Winkelverschiebung eines beweglichen Gliedes dient, bei welcher ein Geber mit drei in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung nacheinander betätigten Kontaktpaaren ausgestaltet ist, wobei jedes der genannten Kontaktpaare geschlossen wird, bevor das ihm in zyklischer Reihenfolge vorangehende geöffnet ist und jedes derselben in einem zum Empfänger führenden. eine Stromquelle enthaltenden Stromkreis liegt, und wobei ferner in die genannten Stromkreise im Empfänger Elektromagnete geschaltet sind, die auf einen drehbar gelagerten Eisenkern einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfänger jedem Stromkreis nur ein Elektromagnet bzw.
eine zusammengehörige Gruppe von Elektromagneten zugeordnet ist, dass der drehbar gelagerte Eisenkern als Polrad mit gleichmässig am Umfang verteilt angeordneten Polschuhen ausgebildet ist und dass der Winkelabstand zweier benachbarter Elektromagnete des Empfängers ein ganzzahliges Vielfaches des Winkelabstandes zweier benachbarter Polschuhe, vermehrt um ein Drittel des letzteren Winkelabstandes, beträgt.