DE430896C - Elektrische Zwangsfernsteuerung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. JUN11926

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- M 430896 ■ KLASSE 21c GRUPPE 46

(G 65208 VIIII21C²)

Elie Granat und Compagnie des Forges et Acieries de la Marine et d'Homecourt

in Paris.

Elektrische Zwangsfernsteuerung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. August 1925 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Frankreich vom 20. September 1924 beansprucht.

Vorliegende Erfindung betrifft eine zwangläufige Fernübertragung mit Polyphasenwechselstrom.

Eine derartige Vorrichtung muß nachstehenden Bedingungen gerecht werden:

i. Die Drehung des Empfängers muß von

der des Senders in einer unveränderlichen Verhältniszahl so abhängig sein, daß, wenn man den Sender um einen bestimmten Winkel dreht, auch der Empfänger um einen in der bestimmten Verhältniszahl entsprechenden Winkel sich drehen muß.

2. Die Drehgeschwindigkeit des Empfängers muß in weiten Grenzen veränderlich sein von Null bis auf den Wert, der der Maximalgeschwindigkeit des gesteuerten Apparates entspricht. Da diese letztgenannte Bedingung bei wesentlich veränderlichem Gange erfüllt werden muß, so arbeitet der elektrische Antrieb der Fernsteuerung unter besonders schwierigen Umständen. Während nämlich ίο das Widerstandsmoment des gesteuerten Apparates bei allen Geschwindigkeiten wesentlich konstant ist, wechselt das motorische Moment des Empfängers mit der Geschwindigkeit und nimmt im allgemeinen ab, wenn die Geschwindigkeit wächst. Infolgedessen wird das motorische Moment bei einer gewissen Geschwindigkeit kleiner als das Widerstandsmoment, und die Zwangsübertragung kommt außer Tritt.

Die Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung hat wesentlich den Zweck, diesen Übelstand durch eine Zwangsfernsteuerung zu beseitigen, die auch bei denkbar größten Schwankungen in der Geschwindigkeit ohne wesentliche Änderungen des motorischen Momentes arbeitet.

Die nachstehend beschriebenen Einrichtungen ermöglichen außerdem eine Differentialübertragung.

Die Gesamtvorrichtung besteht in der Hauptsache aus einem Sender und einem Empfänger, die durch Leitungsdrähte \^rerbunden sind. Die Versorgung mit Strom erfolgt mittels einer elektrischen Polyphasenstromquelle. Der Sender ist ein elektrischer Motor, der aus einem Stator mit Polyphasenwicklung besteht, welcher durch N in gleichem Abstand angeordnete Stromabnehmer durch die Polyphasenwechselstromleitung gespeist wird.

Der Rotor mit Kollektor wird mittels Polyphasenwechselstromes gespeist durch N in gleichem Abstand angeordnete, feststehende Bürsten, die mit der Leitung L verbunden sind und mit dem Stator in Nebenschluß stehen. Um den Kollektor dreht sich ein Gestell mit N Bürsten. Diese Drehbürsten sind an die Verbindungsdrähte des · Empfängers angeschlossen.

Der Empfänger besteht aus einem Stator mit Polyphasenwicklung, der durch N Stromabnehmer gleichen Abstandes mit den Drähten der Leitung L verbunden ist, ferner aus einem Polyphasenrotor, der durch die Drehbürsten des Senders unter Vermittlung von N Ringen und N festen Bürsten mit Strom versorgt wird.

Umgekehrt könnte man den Stator mit dem Sender und den Rotor mit der Leitung verbinden. Man könnte außerdem eine Vorrichtung schaffen, bei welcher die Drehung ' des Senderankers durch einen Hilfsmotor bewirkt würde. Der Sender würde in diesem Falle als Generator arbeiten.

Als Erläuterungsbeispiel, welches jedoch die Erfindung nicht erschöpft, ist nachstehend eine Ausführungsform beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen einer elektrischen Zwangsfernsteuerung dargestellt, welche mit dreiphasigem Wechselstrom versorgt wird. Gleichzeitig sind verschiedene Varianten dieser Ausführungsform gegeben.

Abb. ι zeigt eine Fernsteuerung, deren Sender durch eine Handkurbel getrieben wird,

Abb. 2 schematisch dieselbe Vorrichtung mit einem Sender, der mechanisch unter Vermittlung einer geeigneten Transmission angetrieben wird,

Abb. 3 schematisch eine Differentialsteuerung mit mehrfacher Schaltung und Polyphasenempfänger mit doppelter Stromzuleitung.

Abb. 4 stellt schematisch eine weitere Differentialsteuerung dar mit einheitlicher Schaltung und Empfänger mit einfacher Zufuhr. Abb. 5 ist eine Differentialsteuerung, bei welcher der Sender der Abb. 4 mit dem Empfänger der Abb. 3 kombiniert ist,

Abb. 6 eine Differentialsteuerung mit Kaskadensendern nach Abb. 4, die gleichzeitig als Sender und als Empfänger dienen.

Die Vorrichtung entsprechend Abb. 1 hat einen Sender A. Dieser setzt sich zusammen aus dem Stator 1 mit gleichmäßiger Dreiphasenwicklung, die durch drei in gleichem Abstand befindliche Stromabnehmer 4, 5 und 6 gespeist wird, ferner aus einem bewickelten Rotor 2 mit Kollektor 3, der den Strom durch drei feststehende Bürsten 7, 8, 9 ioo erhält, die mit der Leitung L verbunden sind. Um den Kollektor drehbar ist ein Gestell 30 angeordnet mit drei um 120⁰ zueinander versetzten Bürsten 10, 11, 12. Die Drehung erfolgt durch Handrad 31 unter Vermittlung des Kegelrades 32 und des Zahnrades 33. Die Bürsten sind an drei Drähte 16, i", 18 angeschlossen, welche den Sender A mit dem Empfänger B verbinden. Die Vorrichtung besitzt ferner einen Empfänger B, der aus dem Stator mit gleichmäßiger Dreiphasenwicklung 19 besteht und Strom durch drei in gleichen Abständen angeordnete Stromabnehmer 21, 22, 23 erhält, welche mit den Verbindungsdrähten 13, 14 und 15 der Dreiphasenleitung verbunden sind. Der Dreiphasenrotor 20 wird durch drei Gleitringe 27, 28, 29 gespeist, auf welchen die feststehenden Bürsten 24, 25, 26 schleifen, die mit den Drähten 16, 17, i8 der Leitung C verbunden sind.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist fol-

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gende; Stator und Rotor des Senders werden durch den Dreiphasenstrom der Leitung L mit der Frequenz F gespeist und erzeugen beide je ein Drehfeld. Die Verschiebung der beiden Felder zueinander ist eine konstante und wird durch die Stellung der festen Bürsten 7, 8, 9 bestimmt, so daß der Rotor des Senders mit einer feststehenden Geschwindigkeit mitgenommen wird. Die Spannung

ίο unter den Drehbürsten io, ri, 12 ist in bezug auf die des Stromnetzes phasenverschoben, j Dieser Phasenunterschied hängt ab von der j gegenseitigen Stellung der Drehbürsten 10, ; 11, 12 und der drei feststehenden Bürsten 7,

is 8, 9. Solange das Gestell der drehbaren Bürsten 10, 11, 12 in Ruhe bleibt, bleibt die Frequenz des die Leitung C passierenden Stromes gleich der Frequenz F des Stromes der Leitung L. Der Rotor des Empfängers, der mit den Bürsten 10, 11, 12 durch die Drähte 16, 17, 18 verbunden ist, erhält Dreiphasenwechselstrom gleicher Frequenz F. Stator und Rotor des Empfängers, die beide mit Wechselstrom der Frequenz F gespeist werden, erzeugen jeder ein Drehfeld gleicher Geschwindigkeit. Somit bewirkt diese Stromzufuhr keinen Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Drehfelde des Rotors und dem des Stators; es entsteht kein Kraftmoment, und der Rotor bleibt in einer bestimmten Stellung in Ruhe. Wenn man aber das Gestell der drei drehbaren Bürsten 10, ir, 12 mittels des Handrades 31 des Kegelrades 32 und des Zahnrades. 33 dreht, so ändert sich die Phasenverschiebung zwischen der Spannung der Leitung (feststehende Bürsten 7, 8, 9) und der Spannung unter den drehenden Bürsten 10, 11, 12, somit die Frequenz des die \^rerbindungsleitung C passierenden Stromes während einer Bewegungsperiode entsprechend der Geschwindigkeit der Bewegung der Drehbürsten 10, 11, 12. Diese auf die Drehbewegung des Bürstengestelles zurückzuführende Frequenz / ist proportional der Geschwindigkeit des Drehbürstengestelles in bezug auf die Geschwindigkeit des drehbaren Induktionsdrehfeldes des Senders.

Dieser Strom veränderlicher Frequenz Fl = P -{- f speist die Dreiphasenwicklung 20 des Empfängerrotors B durch die Verbindungsdrähte 16, 17, 18, die Bürsten 24, 25, 26 und die Ringe 27, 28, 29, die mit den drei in gleichem Abstand angeordneten Stromabnehmern des Rotors 20 verbunden sind, und erzeugt ein Drehfeld veränderlicher Geschwindigkeit, welches von dem des Stators verschieden ist. Das Drehfeld des Rotors wird infolgedessen in bezug auf das Drehfeld des Stators verschoben, es entsteht ein Kraftmoment, und der Rotor des Empfängers dreht sich in gewünschtem Sinne um einen Winkel, der genau der Verstellung des Gestelles der drehbaren Bürsten des Senders entspricht. Der Empfänger arbeitet als autosynchroner Dreiphasenmotor veränderlicher Geschwindigkeit, und zwar in sehr weite:i Grenzen mit geringen Schwankungen des Kraf tmoxnentes.

Abb. 2 stellt eine elektrische Zwangsfernsteuerung desselben Typs wie die vorbeschriebene dar, bei welcher das Gestell der drehbaren Bürsten des Senders unmittelbar durch die Drehung eines beliebigen Empfängerorgans Z gesteuert wird. Die Zwangsfernsteuerung bewirkt die Wiedergabe der Drehung des Empfangsorgans Z, ist von wesentlichem Vorteil für Differentialzwangsiibertragung mit Polyphasenstrom und gestattet auf der Welle des Empfängers die algebraische Summe der Bewegungen wiederzugeben, die durch mehrere Sender übermittelt wurden.

Die Abb. 3 stellt die Ausführungsform einer derartigen elektrischen Differentialzwangssteuerung dar. Die Einrichtung besitzt zwei Sender des beschriebenen Typs. Der Sender!) speist den Stator des Empfängers F, der Sender E den Rotor des Empfängers F. Der Rotor des Empfängers F dreht sich somit um einen Winkel, der gleich ist der algebraischen Summe der Bewegungen der drehbaren Gestelle jedes der Sender.

Man kann nun die beweglichen Bürsten eines Senders G durch die Welle des Empfängers F mechanisch drehen. Dieser Sender speist seinerseits den Rotor eines neuen Empfängers / mit Wechselstrom veränderlicher Frequenz. Der Stator des letzteren erhält Strom \·οη einem Sender H. Auf diese Weise erhält man auf der Welle des Empfängers I die algebraische Summe der Bewegungen von drei Sendern.

Wenn man so Sender und Empfänger in Kaskade anordnet, so kann man eine unbeschränkte Anzahl von Korrekturen summieren. Der Sender A, der oben beschrieben wurde, kann auch in nachstehender Weise umgeändert werden zur Erzielung einer Differentialsteuerung anderen Typs mit einfacher Stromzuleitung (Abb. 4). Der Stator D erhält Dreiphasenwechselstrom der Leitung L durch drei Stromabnehmer gleichen Abstandes 3, 4, 5. Der Rotor E hat zwei Kollektoren 1 und 2. Um den Kollektor 1 sind zwei Bürstengestelle angeordnet, wovon das eine fest angebracht ist und aus drei Bürsten 6, 7, 8 besteht, die mit den Stromabnehmern 3, 4, 5 des Stators verbunden sind; das andere bewegliche Gestell besteht aus den drei drehbaren Bürsten 9, 10, 11 und wird mittels des Kurbelrades 14 und der zwei Kegelräder 12 und 13 verstellt. Die Bürsten

9, ίο und Ii sind an dieselbe Verteilungsleitung L mit Hilfe dreier Schleifringe 44, 45, 46 und dreier feststehender Bürsten 38, 39, 40 angeschlossen. Der Kollektor 2 trägt ein Biirstengestell mit drei drehbaren Bürsten 15, 16, 17, die auf einem Zahnkranz r8 aufsitzen. Dieses Gestell wird mittels des Handrades 20 und der Kegelräder 18 und 19 gedreht. Die Bürsten 15, 16, 17 sind an die Drähte 21, 22, 23 der Leitung C mit Hilfe von Schleifringen 47, 48, 49 und von feststehenden Bürsten 41, 42, 43 angeschlossen. Der Rotor B mit den Teilen 24 bis 37 ist von gleichem Typ wie der vorher beschriebene. Die Arbeitsweise ist folgende: Wenn man das bewegliche Gestell des Kollektors 1 um einen bestimmten Winkel α dreht, so ändert sich die Spannungsphase des Rotors unter den Bürsten 9, 10 und 11, und infolgedessen wird die Stromspannung der drehbaren Bürsten des Kollektors 2 um einen entsprechenden Winkel phasenverschoben. Dadurch, daß die drei Bürsten 6, 7 und 8, die mit dem Stator verbunden sind, fest angeordnet sind, wird die Drehgeschwindigkeit des Senders unabhängig von der Stellung der drei beweglichen Bürsten 9, 10, 11. Diese Verstellung der Bürsten 9, 10, 11 erzeugt in der Verbindungsleitung C eine Frequenzänderung in bezug auf die des Netzes. Das Drehfeld des Empfängerrotors wird somit in bezug auf das Statorfeld verstellt. Es entsteht ein Kraftinoment, und der Rotor des Empfängers dreht sich in gewünschtem Sinne um einen Winkel α, der genau dem Verstellungswinkel des Gestelles der drehbaren Bürsten 9, 10, 11 des Senders entspricht. Wenn man nun das bewegliche Gestell des Kollektors 2 um einen Winkel'/? dreht, so entsteht in der Verbindungsleitung C wieder eine Frequenzänderung in bezug auf die des Netzes, und der Rotor des Empfängers dreht sich um denselben Winkel β wie bereits oben ausgeführt wurde. Es ergibt sich hieraus, daß diese Vorrichtung eine elektrische Zwangsdifferentialsteuerung bildet, welche es gestattet, von derselben Senderstation aus die algebraische Summe zweier Bewegungen zu übermitteln. Man könnte übrigens um denselben Kollektor mehrere bewegliche Bürstengestelle anordnen, um die Anzahl der übertragenen Einzelbewegungen zu vermehren. Die Kombination des Senders der Abb. 4 mit dem Empfänger der Abb. 3 liefert die Summe einer bestimmten Anzahl von auf einen Fernempfänger mit Hilfe mehrerer Sender zu übertragenden Bewegungen.

So liefert die weiter unten beschriebene

Einrichtung, die in Abb. S dargestellt ist, die Summe von vier Übertragungen auf einen einzigen Empfänger. Diese Vorrichtung besteht aus zwei Sendern A, B desselben Typs wie der Sender A der Abb. 4 und einem Empfänger C, der dem Empfänger B der Abb. 1 und 4 entspricht. Der Rotor des Empfängers C ist mit den drei Drähten der Leitung F des Senders B unter Vermittlung der auf den drei Gleitringen schleifenden Bürsten verbunden. Der Stator des Empfängers C ist an die drei Drähte der Leitung E, die vom Sender A ausgeht, angeschlossen. Jede Drehung der Kurbelräder V₁, V₂ des Senders A bewirkt eine entsprechende Verschiebung des Feldes des Empfängerrotors. In gleicher Weise erzeugt jede Drehung der Handräder V₅, V₄, des Senders B eine entsprechende Verstellung des Feldes des Empfängerrotors. Infolgedessen entspricht die Drehbewegung des Rotors D in bezug auf den Stator der algebraischen Summe der Bewegungen der vier Handräder V₁, V₂, V₃, F₄. Wenn die Kurbelräder V₁ und V₂ eines anderen Senders A durch die Empfänger von zwei Zwangsfernsteuerungen oder durch einen Empfänger und einen Handantrieb gesteuert werden, so kann man eine sehr große Anzahl verschiedener Kombinationen hervorbringen, welche jede gewünschte Anzahl von Elementen algebraisch summiert.

Die in Abb. 6 dargestellte Zwangsfernsteuerung besteht aus einer hintereinander angeordneten Reihe von Sendern A bis D der in Abb. 4 dargestellten Art. Sämtliche Statoren dieser Sender w;erden durch dieselbe Leitung L mit Dreiphasemvechselstrom gespeist. Die Drehbürsten des Kollektors 2 jedes Senders sind elektrisch mit den Drehbürsten des Kollektors 1 des darauffolgenden Senders verbunden. Die Drehbürsten des Kollektors 2 des letzten Senders D sind durch drei Bürsten und drei Gleitringe mit dem Rotor eines Empfängers E der in Abb. 1 dargestellten Art verbunden, dessen Stator durch die Verteilungsleitung L gespeist wird. Demnach entspricht die Verstellung durch den Rotor des Empfängers der algebraischen Summe der Einzelbewegungen der Kurbelräder V₁, V_z, V₃, F₄, V₅, V_c, V₇, V_s. Verfügt man über eine genügende Anzahl von Sendern, so kann man auf diese Weise die Summe einer beliebigen Anzahl von Bewegungen erhalten. Man kann außerdem den Stator des Empfängers durch eine Leitung mit Dreiphasenwechselstrom speisen, die von einer anderen Reihe von in Kaskade angeordneten Sendern kommt, und folgende Summe erhalten:

(F₁ + F₂. .. V_n) + (V₁ + F₈.. . + V_n).

Will man auf einem Empfänger/⁷ beispielsweise die Summe V₁ + V₂ + V₃ -f- F₄ nur eines Teiles der Einzelbewegungen der

Senderreihen erhalten, so speist man seinen Stator durch die Leitung L und seinen Rotor durch die mittels der Kurbelräder V₁ bis V₄, gedrehten Bürsten und erhält dann auf dem Empfänger die Summe:

V₁ + V₂ + V₃ + F₄.

Claims (9)

1. Patent-Ansprüche:

   ίο i. Elektrische Zwangsfernsteuerung,

   gekennzeichnet durch einen Sender (A), bestehend aus einem Stator mit Polyphasenwicklung, der mittels N voneinander gleich entfernter Stromabnehmer durch eine Verteilungsleitung (L) gespeist wird, aus einem bewickelten Kollektorrotor, der mit Polyphasenwechselstrom durch die Leitung (L) mittels N feststehender Bürsten gespeist wird, und aus einem beweglichen Trägergestell für die um den Kollektor sich drehenden Bürsten, in Verbindung mit von den Drehbürsten ausgehenden Fernleitungen (C) und einem Empfänger (B), bestehend aus einem Motor, dessen Stator (oder Rotor) von der Polyphasenwechselstromleitung (L) gespeist wird und dessen Rotor (bzw. Stator) Polyphasenwechselstrom veränderlicher Frequenz von den Drehbürsten des Senders durch die Fernleitungen (C) erhält.
2. 2. Ausführungsform der Vorrichtung für die elektrische Zwangsfernsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Senderankers mittels eines Hilfsmotors bewirkt wird und der Sender als Generator arbeitet.
3. 3. Elektrische Fernzwangsübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Gestell der Drehbürsten des Senders durch die Welle eines beliebigen Empfangsorgans gesteuert wird, das die Bewegung des Senders einer Zwangsfernsteuerung wiedergibt.
4. 4. Differentialzwangssteuerung, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Empfängers nach Anspruch 1, welcher durch Stromversorgung des Stators und des Rotors mittels zweier Polyphasenfernsteuerungslinien die algebraische go Summe der getrennten Bewegungen aufnimmt, und durch eine Kaskadenanordnung der Sender und der Empfänger, welche die algebraische Summe einer beliebigen Anzahl Bewegungen liefert.
5. 5. Ausführungsform der Differentialzwangssteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender nach Anspruch r auf ein bewegliches Bürstengestell für Stromzuführung aufgesetzt ist, der in dem Empfänger die algebraische Summe der Bewegungen der beiden Drehbürstengestelle des betreffenden Senders wiedergibt.
6. 6. Differentialzwangssteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß um den Kollektor eine beliebige Anzahl drehbarer Gestelle mit getrennt geschalteten Bürsten angeordnet ist.
7. 7. Zwangsfernsteuerung, gekennzeichnet durch die gemeinschaftliche Anordnung zweier Sender nach Anspruch 5, von denen jeder zwei bewegliche Bürstengestelle besitzt, und eines Empfängers nach Anspruch 4 mit doppelter Stromzufuhr und mehreren Sendern und Empfängern in Kaskadenanordnung, zum Zwecke, eine beliebige Anzahl von Bewegungen zu summieren.
8. 8. Zwangsfernsteuerung nach Anspruch 7 zur Erzielung der Summe einer beliebigen Anzahl von Bewegungen mittels einer Reihe von Sendern nach Anspruch 5 mit je zwei beweglichen Bürstengestellen in Kaskadenanordnung, wovon das zweite Gestell des letzten Senders den Rotor eines Empfängers nach Anspruch 1 speist.
9. 9. Zwangsfernsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Empfänger an verschiedenen go Stellen der Senderreihe in Kaskadenanordnung mit Strom gespeist werden, zum Zwecke, Teilsummen der Einzelbewegungen zu erhalten.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.