DE102342C

DE102342C -

Info

Publication number: DE102342C
Application number: DENDAT102342D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Vorrichtung, welche gestattet, aus der Ferne und ohne mechanische Öebertragung mit Hülfe von Elektromagneten auf den Regulator eines Bewegungsmechanismus einwirken zu können. Die Elektromagneten müssen in derselben Weise auf den Umsteuerungshebel oder den diesem entsprechenden Mechanismus einwirken, wie es eine directe Steuerung thun würde. Dieser Zweck wird erreicht durch Anwendung eines Feldmagneten in Verbindung mit Gleichströmen von variabler Intensität und einem magnetischen Feld, welches nach Belieben verschoben werden kann.

Die neue Einrichtung hat ihrem Wesen nach eine gewisse Analogie mit der durch D. R. P. Nr. 71423 beschriebenen zur Uebertragung von Zeigerstellungen. Während aber dort nur Zeigerstellungen in die Ferne übertragen werden sollen, ist hier thatsächlich die Uebertragung mechanischer Arbeit beabsichtigt. Während es dort darauf ankommt, jede beliebige Stellung der Zeiger übertragen zu können, genügt es für den vorliegenden Zweck, wenn die Einstellung des Empfängers auf verschiedene Punkte (in den gezeichneten Beispielen z. B. 12) möglich ist. Daraus ergiebt sich denn auch ohne Weiteres, dafs man die drei festen Anschlüsse der in D. R. P. Nr. 71423 beschriebenen Einrichtung beweglich macht, während man gleichzeitig die Zuführung des benutzten Stromes feststehen lä'fst. Indem man ferner den Widerstand des Gebers durch zwei feste Contacte ersetzt, bewirkt man, dafs die Widerstände des Empfängers an seine Stelle treten, wodurch erreicht wird, dafs statt unendlich vieler Abstufungen nur eine bestimmte Anzahl (im vorliegenden Falle 12) Stellungen möglich sind.

Die Construction der Apparate und ihre Anordnung ist durch F¹Jg. 1 bis 4 beiliegender Zeichnung veranschaulicht. Im Wesentlichen bestehen sie aus Elektromotoren mit äufserem, festem Ringanker I und rotirendem Feldmagneten A. Letzterer unterscheidet sich in seiner Ausführung und Wirkungsart in nichts von den aus anderen Gleichstrommotoren bekannten; dagegen unterscheidet sich der Anker/ von bekannten dadurch, dafs er vor allem keinen Collector besitzt. Die Orientirung des durch ihn erzeugten, magnetischen Feldes wechselt je nach der Stärke der Ströme, welche ihn umkreisen. Dazu wird der Anker nicht in gewöhnlicher Weise bewickelt, sondern nach dem Schema von Wechselstroniankern mit rotirendem Feld (mehrphasigen Maschinen). In Fig. i, 2 und 4 sind Anker mit Sternwickelung angenommen, wie sie in dreiphasigen Wechselstrommaschinen gebräuchlich sind; der Anker nach Fig. 3 dagegen ist zweiphasig gewickelt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung geht aus folgender Betrachtung hervor: Wird der Anker I (Fig. 1 und 2) von einem dreiphasigen Wechselstrom durchflossen, während gleichzeitig der Elektromagnet A von einem Gleichstrom erregt wird, so mufs letzterer mit einer Geschwindigkeit rotiren, welche der Periode des Stromes entspricht, da das rotirende magnetische Feld, welches im Anker erzeugt wird, auf das Feld des Elektromagneten einwirkt. Um nun die Bewegung des letzteren nach Belieben regeln zu können, genügt es,

den beschriebenen Anker / von einem Gleichstrom durchfliefsen zu lassen, dessen Stärke man nach Bedarf derjenigen des dreiphasigen Wechselstromes entsprechend ändern kann. Den dafür nöthigen Gleichstrom erhält man direct von einer Gleichstrommaschine (Generator oder Motor) durch Vermittelung von drei HülfsbUrsten, die sich gleichzeitig auf dem Collector verschieben lassen.

Fig. ι stellt schematisch diese Uebertragung dar. C ist der Collectorring einer Gleichstrommaschine. (Die übrigen Theile derselben sind, weil zum Verständnifs nicht nöthig, weggelassen.) B und D sind die gewöhnlichen festen Bürsten, die auf demselben schleifen. α β γ sind die drei Hülfsbürsten, welche starr mit einander verbunden sind und durch die Kurbel M verschoben werden können. Die Leitungen fg h verbinden sie mit den Sectionen FGH der Wickelung des Ankers L b, A, d ist der Erregerstromkreis von A; derselbe kann von den Bürsten B und D abgezweigt werden, wie in der Figur gezeigt. Der Elektromagnet A ist mit dem Schwungrad V durch zwischengeschaltete Federn R R, ein Contactstück t und die zwei Widerlager ο ο verbunden. Auf den Umfang des die Hülfsbürsten α β γ tragenden Rades wirkt eine elektromagnetische Bremsvorrichtung e φ.

In der in Fig. ι dargestellten Übertragungsvorrichtung ist die Stellung der Bürsten α β γ nach Belieben um den drehenden Collector C verstellbar; der Dynamo C speist einerseits durch B und D den Feldmagneten A und andererseits durch α β γ die Wickelungen FGH des Drehfeldes des Empfängers IA. Die Vertheilung der Ströme erfolgt nach demselben Gesetz wie in jedem Gleichstromdynamo, und die Erzeugung des Stromes geschieht unter vortheilhaften Nutzeffectbedingungen. Der Empfänger besteht aus zwei Theilen: Feldmagnet und Anker, welche auf einander mit grofser Zugkraft wirken, wie dies in jeder Dynamomaschine der Fall ist.

Die Wirkung der beschriebenen Anordnung ist nun folgende:

Die Bewegung der Kurbel M im einen oder anderen Sinne verschiebt gleichzeitig die Hülfsbürsten α β γ auf dem Collector C in demselben Sinne und ändert die Stromstärken in fF, gG,hH, folglich auch die Componente, die den Magneten A zu drehen bestrebt ist. Letzterer wird sich in demselben Verhältnifs drehen, wie die Kurbel M und wird durch die Federn R R auch das Schwungrad V mitnehmen. Die Spannung der Federn R R ist auf einen bestimmten Bruchtheil derjenigen Zugkraft geregelt, welche der Anker normal übertragen soll, so dafs beim Empfänger das Rad V vom Feldmagneten A so lange mitgenommen wird, als die Zugkraft den besagten Bruchtheil nicht übertrifft, wobei zwischen der Stellung der Geberkurbel und derjenigen des Feldmagneten im Empfänger eine Verschiebung besteht, weiche einen bestimmten Grenzwinkel, z. B. 6o°, nicht überschreiten kann. Wenn nun aus irgend einem Grunde (sei es durch plötzliche Bewegung von M oder durch zufällige Widerstände bei V) die Feder mehr zusammengedrückt wird als bis zu der betreffenden Grenze, so legt sich der Contactfinger t gegen eines der Widerlager ο ο und schliefst einen Stromkreis, welcher durch den Elektromagneten e die Bremse festzieht und auf diese Weise die Kurbel M hemmt. Das dauert so lange, bis V der Bewegung von A innerhalb der festgesetzten Grenze gefolgt ist. Durch diese automatische Hemmung wird eine vollständige Uebereinstimmung der Bewegungen von V und M erzielt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher der Dynamo bei C durch ein anderes Arrangement ersetzt ist. In der Vorrichtung mit Dynamo waren beliebig viele Abstufungen der Stärke des unter die Wickelungen FGH vertheilten Stromes möglich; in der in Fig. 2 abgebildeten Vorrichtung hingegen sind per Tour nur zwölf Abstufungen des Stromes möglich, wie hiernach gezeigt wird. Diese letztere Vorrichtung, hat den Vortheil, dafs die Gesammtheit des Stromes dem Drehfelde zugeführt wird. Der Collector C wird durch zwei feste Sectoren B und D ersetzt, welche die Endpunkte eines beliebigen Stromkreises bilden. Auf ihnen schleifen die drei Bürsten α β γ, die bezw. an die Leitungen fg h angeschlossen sind. Durch Drehung der Bürsten können zwölf verschiedene Verbindungen der Leitungen unter einander hergestellt . werden. Die dadurch bedingten Ströme sind aus folgendem Schema ersichtlich:

Stellung	+	I, 2,	3>	4;	6,	7i	8,
/	—	I T ο	-£■ —	I —	- I -	-T-	to
g	ι I	J. J₁	ο Η	+- ^l -	+- ι -	f- '

— I -
- ' -

10,

12

Die in der Fit

2 gezeichnete Stellung entspricht der Stellung 12.

Anstatt die Bürsten α β γ um die festen Sectoren B und D zu drehen, wie es die Fig. 2 zeigt, kann man aber auch die Bürsten festFo — 4— ι — ι — 1—4 + 0.

stellen und hingegen die Sectoren B und D drehen.

In der Fig. 2 ist auch als Beispiel die Speisung des Feldmagneten in Nebenschlufs zu den Sectoren gezeigt; der Feldmagnet kann

natürlich auch in Serienschaltung mit den Sectoren gespeist werden.

Sollen noch mehr Zwischenstellungen erforderlich sein, so erreicht man diese dadurch, dafs man die Bürsten entsprechend um eine gerade Zahl vermehrt und die Ankerwickelungen dementsprechend ändert.

Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel elektromagnetischer Kraftübertragung für die Bewegung eines Umsteuerhebels oder eines ähnlichen Mechanismus aus der Ferne. Die Haupttheile AI erhalten ihre Bewegung durch die Veränderungen in der Stärke zweier Zweigströme, nachdem diese einen Indicatormechanismus Ä Γ in Bewegung gesetzt haben. Die Ringanker //' tragen jeder eine zweiphasige Wickelung, seine Componenten allein würden jeden der Feldmagnete AA' in eine andere Lage einstellen. Die Bewegung von AA' in ihren Ankerringen hängt von der Handhabung des Rheostaten ρ p' ab, der durch Drehung seiner Welle M das Verhältnifs ■ der Stromstärken in den beiden Stromzweigen ändert, indem er den Contact d verschiebt. Die Construction ist so gewählt, dafs eine Verschiebung des Contactes d von ρ nach ρ' eine Veränderung in Gröfse und Vorzeichen der Stromstärken in λ und μ bedingt, welche gröfser ist als diejenige, welche der Orientirung des Inductors A innerhalb der Grenzen seiner Beweglichkeit entspricht. Mit dem Feldmagneten A dreht sich um die gleiche Achse ein unabhängiger Kreissector K, welcher mit dem ersteren auf eine weiter unten beschriebene Weise verbunden ist. Die Bethätigung des Apparates aus der Ferne geschieht auf folgende Weise:

Da der Sector K bei einer Drehung von A nach rechts oder links nicht mitgenommen wird, so kommt der Contactstift t mit einem der Widerlager ο ο in Berührung und schliefst einen Stromkreis b, t, o, j, e, d, welcher die Bremse φ anzieht und die Bewegung von M aufhält, bis die Verschiebungen von K innerhalb eines gewissen vorgesehenen Spielraumes gleich geworden sind. Die Drehung von A wird auf den Kreissector in folgender Art übertragen: A trägt die Cohtactfedern t und $. Dieselben sind in ihrer Ruhestellung in Contact mit den Schraubencontacten, die sich am Sector K befinden, und halten den Stromkreis der Relais Y und Z geschlossen. Diese Relais schliefsen jeder in anderem Sinne durch ξ und χ einen Localstrom im Anker u> des Motors Φ. Entsprechen sich die Stellungen von K und A ganz genau, so sind beide Relaisströme gleichzeitig wirksam und heben sich gegenseitig auf. Beginnt A sich zu bewegen, so wird einer der beiden Contacte ι oder θ unterbrochen, der Strom wird bei Y oder Z unterbrochen, und der andere Strom fliefst durch ξ und χ nach dem Anker und bringt diesen zum Rotiren.

Durch Schneckenräder und Schrauben ohne Ende wird diese Bewegung auf den Sector K übertragen, bis derselbe wieder eine Stellung einnimmt, in der die Contacte ι und θ geschlossen sind. In den localen Stromkreis, der den Motor Φ speist, ist hinter dem Anker ω und Elektromagneten W noch ein automatischer Rheostat eingeschaltet. Dieser besteht aus einem Elektromagneten X, der doppelte Wickelung trägt, und einem Widerstand 5, der je nach der Bewegung des Ankers hinter diesen oder aber auch kurz geschaltet wird. Wird der Anker des Elektromagneten angezogen, so wird der Widerstand 5 hinter den Anker geschaltet. Der Strom geht dann durch b'Sux. Die Kraft der Anziehung ist abhängig von der Zahl der Amperewindungen auf dem Elektromagneten.

Die Maximal- und Minimalstärke des Stromes, sowie die Gröfse des Widerstandes von S ergeben sich durch Rechnung aus den sonstigen Constructionsgröfsen. Unter gewissen Umständen kann man auch die Ein- und Ausschaltung der Widerstände in verschiedenen Stufen sich vollziehen lassen. Die Wirkung des Ganzen ist aber aus dem gezeichneten Schema ersichtlich.

Das im Vorstehenden beschriebene System soll dazu dienen, eine für beliebige Manipulationen, nöthige, mechanische Kraft auf beliebige Entfernungen zu übertragen. Fig. 4 zeigt dasselbe schematisch dargestellt in seiner Anwendung auf eine Schiffssteuervorrichtung.

M bezeichnet das Handsteuerrad, dessen innerer Umfang gezahnt ist und in das Zahnrad N eingreift. Mit letzterem sind die Bürsten α β γ fest verbunden, die auf den Sectoren B und D schleifen. AI und A¹I' sind zwei Vorrichtungen , wie unter Fig. 1 und 2 beschrieben, die die Fernübertragung der Kraft bewirken. V ist das zu bewegende Steuerrad, welches seine Bewegung durch den Motor Φ erhält.

L und'L' sind Vorrichtungen, welche den Ausschlag des Ruders anzeigen (Axiometer). Der Zeiger m folgt den Bewegungen des Handrades M; ferner Zeiger ν denen des Steuers V; Zeiger i folgt durch Uebertragung vermittelst Schneckenrädern und Schrauben ohne Ende der Drehung von A', während t von A ähnlich beeinflufst wird. Fund Z sind die Relais, Φ ist der Elektromotor, XS der automatische Widerstand, dessen Wirkung durch die Beschreibung von Fig. 3 erläutert wurde. Die Zeichen -j- und — zeigen die Richtung des das Ganze bethätigenden Stromes an, der einer beliebigen Elektricitätsquelle (Dynamo, Accumulator, Batterie) entnommen sein kann; und zwar die in der linken oberen Ecke befindlichen Zeichen den Stromkreis, der die Uebertragung

bewirkt, und die in der rechten unteren Ecke angegebenen den localen Stromkreis, der den Motor Φ treibt. Die Wirkung des Ganzen ist der im Vorhergehenden beschriebenen ganz analog.

Beim Drehen von M rotirt das Zahnrad N und die Bürsten αβγ verschieben sich auf den Sectoren BD; die Stromstärken in f g h werden verändert und die Sectoren A und A' werden aus ihrer Ruhelage gedreht. Die Drehung von A verursacht eine entsprechende Bewegung von L, durch die einer der Contacte t oder θ unterbrochen wird. Einer der Relais YZ kommt zur Wirkung. Der Anker cw des Motors Φ erhält ebenfalls eine Bewegung und dreht das Rad V so lange, bis der Zeiger ν seines Axiometers dieselbe Stellung einnimmt, in welche Zeiger t durch A gedreht wurde.

Die Drehung von A, also auch von M kann nicht über ein bestimmtes Mafs der Drehung von V voreilen, da durch den Contact t mit einem der Contacte ο die Schliefsung des Stromkreises b", t, o,j, e, d" bewirkt wird, der durch den Elektromagneten e auf die Bremsvorrichtung φ einwirkt. Diese Anordnung bildet die vom Empfänger auf den Sender rückwärts wirkende, automatische Hemmvorrichtung.

Statt in der vom Schema angegebenen Weise zu arbeiten, könnte auch der Steuernde einfach das Axiometer m drehen. Das Nachfolgen λ'οη i bis zur Coincidenz würde dann durch einen localen Hilfsstromkreis bewirkt, der auf N in ähnlicher Weise wirken müfste, wie es zwischen ν und t stattfindet.

Claims

Pa tent-Ansprüche:

Fernsteuervorrichtung, bei der ein rotirendes magnetisches Feld in einem mehrphasigen Wechselstromringanker vermittelst Gleichströmen von verschiedener Stärke erzeugt wird, welcher einen in ihm gelagerten Feldmagneten um ein Bestimmtes dreht, der mit dem übrigen Bewegungsmechanismus durch eine elastische Kuppelung verbunden ist, welche auf eine den Sender hemmende Bremsvorrichtung einwirkt, sobald der Bewegungsunterschied zwischen Empfänger und Sender einen bestimmten Grenzwinkel übertrifft.

Die Anwendung von automatischer Bremsung der Bewegung bei der elektromagnetischen Fernsteuerung, wodurch die Voreilung des vom Steuernden bethätigten Uebertragers über den Feldmagneten des Empfängers nur innerhalb gewisser Grenzen stattfinden kann.

Als Sicherheitsvorrichtung beim Schliefsen des Motorstromkreises die Einschaltung eines automatischen Widerstandes, bestehend aus einem Elektromagneten mit doppelter Wickelung, der einen Widerstand entweder in Serien oder in Kurzschlufs schaltet, um die Stromstärke zwischen bestimmten Grenzen zu halten.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.