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Elektrische Uhrenanlage. Die Erfindung, betrifft eine elektrische
Uhrenanlage mit synchron laufenden Nebenuhren, bei der,die Hauptuhr von einem Gleichstrommotor
angetrieben wird und ihrerseits eine Einrichtung antreibt, die pulsierenden Wechselstrom
zum Betrieb der. Nebenuhren erzeugt.
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Das Neue besteht darin, @daß die Segmente des Kollektors des die Hauptuhr
betreibenden Gleichstrommotors gleichzeitig als Unterbrecher für den die Nebenuhren
betreibenden Strom dienen, wobei entweder für letzteren eine besondere Stromquelle
vorgesehen oder die Stromquelle des Hauptuhrmotors mit benutzt werden kann.
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Der gleichmäßige Lauf der Hauptuhr wird in an sich bekannter Weise
durch eine federnde Verbindung, z. B. durch eine Schrauben- oder Spiralfeder, zwischen
der Motorwelle und der Hemmung gesichert, die von jeder beliebigen Art, wie Pendel-,
Unruhheminung usw., sein kann.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i eine Ansicht gegen die Stromzuführungsseite
des Hauptuhrankers.
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Fig. z läßt die Voreilung der Kollektorlamellen bei dem Anker einer
Nebenuhr erkennen.-Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der eine besondere zweite Stromquelle
benutzt wird. Die Fig. 3 a, 4 und 4a entsprechen Fig. 3, nur .wird hier die Speiseleitung
der Nebenuhren ebenfalls von der Stromquelle der Hauptuhr versorgt.
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Die Hauptuhr und die Nebenuhren sind mit Ankern versehen, von denen
jeder aus einer einzigen Spule besteht, während man gewöhnlich bei den Zählern der
üblichen Bauart drei Wicklungen- benutzt. Auf diese Weise bildet jeder Anker gewissermaßen
den Rahmen eines Galvanometers nach Deprezd'Arsonval, bei dem der obere Teil der
Leitung auseinandergezogen avird, um den freien Durchgang für den Träger des von
einem Zylinder oder einer Kugel aus weichem Eisen gebildeten Konzentrators zu ermöglichen.
Dieser Rahmen kann durch einen Karton-oder Preßspanzylinder öl (Fig. i) verstärkt
werden oder auch, wie bei einem gewöhnlichen Galvanometer der angegebenen Bauart,
durchbrochen hergestellt sein. Die Hauptuhr besitzt einen Anker a, der durch eine
Spulenwicklung in Form eines Galvanometerrahmens gebildet wird und sich um einen
festen Magnetkern und gleichzeitig in dem von den Polen b, c eines Dauermagneten
erzeugten Felde dreht. Auf der Ankerwelle ist der Kollektor befestigt, der hier
zwei Lamellen d hat, die entsprechend mit den Enden der Ankerwicklung verbunden
sind. Auf diesem Kol-
Lektor schleifen die um i8o° versetzten Bürsten
p, q, die an dem Gleichstromkreis des Elements e liegen.
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In den Stromkreisi des Elements ist noch ein Widerstand feingeschaltet,
der zur Verringerung des Drehmoments der Vorrichtung dient; dieser Widerstand kann
unter Umständen Null sein, z. B. wenn. die elektromotorische Kraft des Elements
sich nicht zu.sehr von der Gegenkraft des! Motors unterscheidet, denn in diesem
Falle kann der scheinbare Widerstand in dem .Anker während des Laufens schon ausreichen.
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Die Ankerwelle steht mit dem Zeigeruhrwerk in Verbindung.
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Der Anker d besitzt nur eine Wicklung und der Kollektor zNvei Lamellen.
Um das Anlaufen zu ermöglichen, muß man das erste= mal den Anker in Umdrehung versetzen,
indem man ihn beispielsweise mit der Hand anstößt, gerade wie man das Pendel einer
Uhr anstößt, um sie in Gang zu setzen.
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Die Bürsten führen nämlich den Strom nur zweimal bei jeder Umdrehung
zu den Kallektorlamellen.
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Die Nebenuhren besitzen sämtlich Anker, die gerade wie bei der Hauptuhr
mit einer einzelnen, rahmenförmigen Wicklung- (Fig. i und z) versehen sein können,
die von einem Zylinder aus Karton oder sonst einem geeigneten Stoff getragen werden.
Die Enden der Spule sind an zwei auf einem Durchmesser einander gegenüberliegende
Kollekt-)rlamellen d, d angeschlossen, die also an Stelle der bei der früher
beschriebenen Anordnung vorhandenen Schleifringe treten.
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Der halbphasige Strom der Leitung gelangt nun zu den Zweilamellenkollektorvn
der Nebenuhren, und wenn diese einmal von Hand in Umdrehung versetzt sind, so wird
die Bewegung synchron zu der der Hauptuhr aufrechterhalten.
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Bei dieser neuen Anordnung. wird der .Kollektor d, d des Hauptuhrmotors
gleichzeitig als Unterbrecher - des die Nebenuhren treibenden Stromes benutzt. Im
übrigen sind die Stromkreise der Hauptuhr und der Nebenuhren gemäß Fig. 3 vollkommen
voneinander getrennt und werden von zwei verschiedenen Stromquellen e und. e1 gespeist,
so daß ein vollständig unabhängiges Arbeiten bei der Hauptuhr erzielt wird. Es hat
sich übrigens bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß solche mit Halbphasenstrom
betriebene Nebenuhren bei einem Element von 1,4 Volt Spannung im Mittel nur 45 bis
9o Mikroampere verbrauchten, während bei der .Anlage mit Dreiphasenstrom der Stromverbrauch
für jede Nebenuhr im Mittel ungefähr 5oo Mikroampere betrug, also fast zehnmal soviel.
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Die theoretischen Erwägungen und die praktische Ausführung haben ergeben,
daß es für die Erzielung eines guten Synchronismus vorteilhaft ist, -den Kollektoren
der Nebenuhren eine kleine Voreilung zur Ebene der Ankerspulenwicklung zu geben:
Nimmt man zur Veranschaulichung des Gedankenganges an, der Anker einer. Nebenuhr
sei um einen Bruchteil einer Umdrehung zur Hauptuhr zurückgedreht, so daß der von
der letzteren ausgesandte Strom ihn in dem Augenblick erreicht, wo nur ein Teil
seiner Spulenwicklung sich in dem magnetischen Felde des Luftzwischenraumes befindet,
während .die übrigen Windungen noch außerhalb liegen, so schickt das Element, da
die elektromotorische Gegenkraft schwächer ist, einen-. stärkeren, synchronisierend
wirkenden Ström zur Nebenuhr und beschleunigt in zweckmäßiger Weise ihren Gang;
wenn .dagegen der Anker zur Phase des ausgesandten Stromes nicht etwas nachkommt,
bleibt die Stromstärke natürlich normal. Wenn aber .der Kollektor keine Voreilung
besäße, und: wenn der Anker der Nebenuhr vorliefe und zum Teil schon den Luftzwischenraum
verlassen hätte, so würde das Element einen beschleunigenden, den Synchronismus
störenden Strom in .die Nebenuhr senden, die dann sofort .durchgehen und nicht mehr
synchron laufen würde.
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Diese Gefahr. des Außertrittfällens wird aber vermieden, wenn der
Kollektor dl (in Fig. z) etwas Voreilung erhält, so daß der Kontakt etwas eher unterbrochen
wird, als der Anker der Nebenuhr .den Luftzwischenraum zwischen den Polen verläßt.
Die Anlage arbeitet dann mit der größten Gleichmäßigkeit und mit dem geringsten
Stromverbrauch. Man könnte denselben Erfolg ohne eine besondere Voreilstellung des
Kollektors erreichen, wenn man die beiden Lamellen genügend verbreitert, aber im
allgemeinen wird dann der magnetische Kraftlinienfluß weniger gut ausgenutzt. -Damit
der Lamellenkollektor d (Fig.3), über den die Hauptuhr Strom erhält,l als Unterbrecher
für den Nebenuhrenstrom benutzt werden kann, sind an ihm, um 9o° versetzt zur Kommutierungsebene
der Bürsten, die vom Element e Strom zum Anker führen, zwei weitere Bürsten
1, m angebracht, und zwar in derselben senkrechten Ebene, d. h. tängential
auf ein und derselben Seite des Kollektors, wie es in der hier sonst noch nicht
in Betracht kommenden Fig. 3 a gezeigt ist. Jedesmal, wenn dann einelamelle unter
diesen beiden Bürsten durchläuft, schließt sie die letzteren kurz, und infolgedessen
kann der Strom von dem Element e1 wieder zur Linienleitung fließen. Die Stromkreise
der Elemente e und e1 sind nichtsdestoweniger vollkommen voneinander getrennt, denn,
wenn
die Bürsten p und. q die beiden Kollektorlamellen d berühren,
sind sie isoliert von den Bürsten 1"m und auch umgekehrt; die Unabhängigkeit ist
also tatsächlich vollständig vorhanden.
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An Stelle der glockenförmigen Anker kann man ebensogut Scheibenanker
ohne Eisen verwenden oder auch solche von beliebiger anderer Form, nur muß möglichst
.darauf geachtet werden, daß keine Hysteresisverluste oder Foucaultströme auftreten.
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Während bei der Schaltung gemäß Fig. 3 für Hauptuhr und Nebenuhr gesonderte
Stromquellen e und e1 verwendet werden, .ist es bei den Schaltungen nach Fig.3a,
¢ und 4a auch möglich, unter Beibehaltung eines einzigen Kollektors mit zwei Lamellen
die ganze Anlage von einer Stromquelle e= aus zu # betreiben. Dies wird dadurch
erreicht, daß entweder unter go° versetzt- zu den Bürsten p, q für die Hauptuhr
die Bürsten 1, m für die Speiseleitung x, o gemeinsam an die Stromquelle
e2 derart angeschlossen werden (Fig. 3 a), daß der Strom/schluß .durch die Kollektorlamellen
die Speisung der Hguptuhr und der Leitung zu den Nebenuhren nacheinander bewirkt.
Wendet man ferner die Schaltung nach Fig.4a an, so lassen sich die Bürsten
1, ni durch eine einzige Bürste ml ersetzen, wobei infolge -des Stromschlusses
durch den Kollektor sowohl- die Hauptuhr über e2, f, p, q, e2 als
die Nebenuhren über e2, q, in', o, st, R, e2 gleichzeitig Strom erhalten.
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Das Synchronlaufen von Hauptuhr und Nebenuhren kann nun leicht auf
folgende Weise herbeigeführt werden.
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Wenn der Kollektor der Nebenuhr in der Phase zu dem der Hauptuhr nachläuft,
so tritt ein synchronisierend wirkender Strom auf, der die Nebenuhren beschleunigt,
so .daß sie die Geschwindigkeit der Hauptuhr wieder zu erreichen bestrebt sind.
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Wenn. der Kollektor der Nebenuhr in der Phase dem der Hauptuhr voreilt,
d. h. wenn die Winkelgeschwindigkeit der Nebenuhr .zu groß ist, so unterbricht die
letztere selbsttätig den Strom, während das Element ei noch weiter Strom in die
Linienleitung absendet und so die übrigen Nebenuhren speisen kann. Der in der Hauptuhr
unterbrochene, voreilende Strom verringert also seine Bewegungsgeschwindigkeit.
Wie man erkennt, ist demnach jede Nebenuhr selbstregelnd, denn sie verkürzt selbsttätig
die Zeitdauer der Aufnahme für den durchfließenden Strom, wobei diese Dauer einen
um @so größeren Bruchteil -der Gesamtzeit eines Stromstoßes ausmacht, j e weniger
die Nebenuhr der Hauptuhr.vorläuft oder, was auf dasselbe herauskommt;
je weniger der Kollektor der betreffenden Nebenuhr in der Phase zu :dem der
Hauptuhr voreilt. Ist das Element e1 im Vergleich. zu den elektromotorischen Gegenkräften
in den Nebenuhren sehr kräftig, so kann man den tinfluß,des ausgesandten bzw. aufgenommenen
Stromes dadurch mildern, daß man etwa einen Widerstand R (Fig. 3) einschaltet oder
den Abstand zwischen den Bürsten 1 und m der Hauptuhr so regelt, daß die Zeitdauer
des, Stromstoßes verkürzt wird (vgl. Fig.3a). Oder man verkürzt die Zeitdauer der
Stromaufnahme in jeder Nebenuhr, indein man unter Beibehaltung 'der Stellung einer
Bürste die zweite verschiebt oder indem man auch beide versetzt (vgl. Fig.4a). Schließlich
kann man natürlich auch alle diese Mittel gleichzeitig anwenden oder sie in geeigneter
Weise kombinieren.