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Elektrische Vorrichtung zur Umsetzung von hin und her gehenden Bewegungen
in ständig in einer Richtung umlaufende Drehbewegungen Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrische Vorrichtung zur Umsetzung von hin und her gehenden Bewegungen
in ständig in einer Richtung umlaufende Bewegungen, namentlich zur Vornahme von
mit Messungen verbundenen Anzeigen. Sie ist gekennzeichnet durch ein Anzeigesystem,
das durch ein Drehfeldgerät gebildet ist, und ein mit ihm verbundenes Gebersystem,
das aus einem Spannungsteiler besteht, auf dem in an sich bekannter Weise zwei in
einem festen Abstand voneinander angeordnete Schleifkontaktstücke verschiebbar sind,
an denen eine Gleichstromspannung liegt, und durch eine Umschaltvorrichtung, welche
stets dann eine Vertauschung der Zuleitungen zu den Feldspulen des Drehfeldanzeigesystems
bewirkt, wenn die Schleifkontaktstücke eine ihrer beiden Extremstellungen in bezug
auf den Spannungsteiler einnehmen.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Fernanzeige von Meßgrößen bekannt,
bei denen das Anzeigesystem durch ein Drehfeldgerät gebildet ist und bei denen das
mit dem Anzeigesystem verbundene Gebersystem aus einem Spannungsteiler besteht,
auf dem zwei in einem festen Abstand voneinander angeordnete Schleifkontaktstücke
verschiebbar sind, an denen eine Gleichstromspannung liegt. Die bekannten Einrichtungen
waren aber nicht bestimmt, um hin und her gehende Bewegungen in fortlaufende Bewegungen
umzusetzen. Vielmehr erfolgte bei ihnen anzeigesystemseitig ebenso wie geberseitig
eine hin und her gehende Bewegung, wogegen beim Erfindungsgegenstand die geberseitige
hin und her gehende Bewegung anzeigesystemseitig in eine fortlaufende Bewegung umgesetzt
wird. Eine solche Umsetzung ist in verschiedenen Gebieten der Technik erwünscht
und erforderlich. Beispielsweise kann es zur fortlaufend, in einer Richtung erfolgenden
Steuerung des Schreibstreifens eines Indikators erwünscht sein,. eine hin und her
gehende Bewegung in eine gleichsinnig umlaufende Bewegung umzusetzen.
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Das Anzeigesystem ist durch ein n-phasiges Drehfeldgerät gebildet,
und das mit ihm verbundene Gebersystem besteht aus einem Spannungsteiler von der
Länge
woselbst L die Länge der begrenzten geradlinigen oder Winkelbewegung bedeutet, dem
in zwei im. Abstand
voneinander entfernten Punkten eine Gleichspannung aufgedrückt
ist
und der
bzw.
Anzapfungen aufweist, je nachdem, ob aa ungerade oder gerade ist. Von diesen Anzapfungen
sind n Anzapfungen im Ab-.; stand mit den Feldspulen des Drehfeld-1
gerätes verbunden, während Strombrücken jene Anzapfungen miteinander verbinden,
deren Abstand gleich der Länge L ist und eine zusätzliche Strombrücke den Anfang
des Spannungsteilers mit einem um die Strecke L von ihm entfernten Punkt verbindet.
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Zu bemerken ist ferner, daß die Schaltung etwas voneinander verschieden
ausgeführt sein muß, je nachdem die Phasenzahm eine ungerade oder eine gerade Zahl
ist. In dem zuerst genannten Fall muß die erste Anzapfung des Spannungsteilers um
die Strecke
von einem seiner beiden Enden entfernt sein. Hingegen muß sich in dem zuletzt genannten
Fall die erste Anzapfung des Spannungsteilers an einem seiner Enden befinden.
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Aus Einfachheitsgründen ist es meist angezeigt, die Vorrichtung dreiphasig
auszubilden. In diesem Fall weist das Anzeigesystem drei räumlich um 12o° versetzte
Feldspulen auf, und der Spannungsteiler ist mit fünf Anzapfungen versehen, von denen
die erste im Abstand
von einem Ende des Spannungsteilers entfernt und ebenso wie die beiden unmittelbar
auf sie folgenden Anzapfungen mit je einer der Feldspulen verbunden ist. Die Gegenenden
der Feldspulen stehen in stromleitender Verbindung miteinander.
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Zwischen der Größe des Widerstandes der Spannungsteilerstrecke L und
der Größe des Widerstandes der Feldspulen des Drehfeldgeräte.s soll eine solche
Beziehung bestehen, daß der jeweilige Drehwinkel des Drehfeldes ganz oder annähernd
proportional der Verschiebung der Punkte, an denen dem Spannungsteiler die Gleichspannung
aufgedrückt wird, in bezug auf den Spannungsteiler ist. Die Durchführung dieser
Berechnung für ein Dreiphasensystem ergibt die Beziehung" R2 - 3,86 R,, in der R2
die Größe des Widerstandes der Spannungsteilerstrecke L und R1 die Größe des Widerstandes
einer jeden der Feldspulen bedeutet.
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Weil das dreiphasige System sich durch seine besondere Einfachheit
auszeichnet, ist es sämtlichen Figuren der Zeichnung zugrunde gelegt.
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Die Fig. i bis 4 sind Schaltbilder zur Erläuterung eines Teils der
erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie geben das Anzeigesystem und das Gebersystem an
sich wieder und unterscheiden sich nur durch die Stellung der Punkte voneinander,
an denen dem Span--üüngsteiler die Gleichspannung aufgedrückt Jist. In den genannten
Figuren ist jeweils derjenige Stromkreis, der im wesentlichen die Entstehung des
Drehfeldes bewirkt, fett ausgezogen.
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Fit->. 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Den Fig. i bis q. zufolge sind die beiden Pole +, - einer Gleichspannungsquelle
im Abstand
voneinander angeordnet. Sie können längs eines Widerstandes verschoben werden. Die
maximale Länge dieser Verschiebungsbewegung beträgt L. In der Zeichnung ist eine
geradlinige Verschiebungsbewegung angenommen. Ebensogut könnte es sich aber um eine
bogenförmige Verschiebungsbewegung handeln, in welchem Fall der Widerstand offenbar
bogenförmig auszubilden wäre. Die Länge des Widerstandes beträgt
Da es sich um ein Dreiphasen-System handelt, so ist, dem Obigen zufolge, der Widerstand
mit fünf Anzapfungen 1,:2,3,4 und der Endanzapfung 5 versehen. Die Anzapfungen 1,:2
und 3 sind an die Feldspulen A, B, C angeschlossen, die räumlich um 1200
gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Gegenenden der drei Spulen
A, B, C sind stromleitend miteinander verbunden. In Übereinstimmung mit den
oben gemachten Angaben ist die erste Anzapfung i des Spannungsteilers um die Strecke
von dem einen Ende des Spannungsteilers entfernt angeordnet. Jene Anzapfungen, deren
Abstand gleich der Länge L ist, sind durch Strombrücken miteinander verbunden. Dies
sind einerseits die Anzapfungen i und 4 und andererseits die Anzapfungen 2 und 5.
Eine zusätzliche Strombrücke verbindet den Anfang o des Spannungsteilers mit dem
von ihm um die Strecke L entfernten Punkt 3a.
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Gemäß Fig. i stehen die beiden Gleichstrompole + und -, die durch
Schleifstücke gebildet sind, auf den Punkten o und 2 des Spannungsteilers. Der vom
Pluspol ausgehende Strom verzweigt sich auf die beiden Zweige Widerstand o, i, Spule
A und Widerstand 3a, 3, Spule C und fließt durch die Spule B zurück zum Minuspol,
der sich auf dem Punkt 2 befindet. Es sei angenommen, daß sich im Feld der Spulen
A, B und C eine drehbar gelagerte polarisierte Magnetnadel befindet, die
sich in Richtung der Achse der Spule B einstelle.
Die Fig. a zeigt
die Stromverteilung unter der Voraussetzung, daß die Gleichspannungspole -E-, -
um
nach links verschoben wurden. Der vom Pluspol ausgehende Strom verteilt sich sodann
auf die beiden Zweige Widerstand -, i, Spule A und Widerstand -f-, 2, Spule B und
fließt durch die Spule C zum Minuspol zurück, der sich auf dem Punkt 3 befindet.
Der polarisierte Zeiger wird sich numnehr in Richtung der Achse der Spule C einstellen.
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Gemäß Fig. 3 sind die Schleifbürsten -@-, -um die Strecke
weiter nach links verschoben. Der vom Pluspol ausgehende Strom verteilt-sich auf
die beiden Zweige -f-, 2, Spule B und +, 3, Spule C und fließt durch die Spule A
und die Strombrücke i, ¢ zum Minuspol, der sich auf der Anzapfstelle q. befindet.
Die polarisierte Magnetnadel stellt sich nunmehr in die Richtung der Achse der Spule
A ein.
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Der Fig. q. zufolge sind die Schleifkontaktstücke @-, - wieder um
die Strecke
weiter nach links verschoben. Nunmehr fließt vom Pluspol, der sich auf dem Punkt
3a befindet, ein Strom über den Widerstand 3a, 3 und die Spule C, und parallel zu
ihm fließt ein Strom über die Brücke 3a, o, den Widerstand o, i und die Spule A;
diese beiden Ströme vereinigen sich und fließen über die Spule B und die Brücke
2, 5 zum Minuspol, der sich an der Anzapfstelle 5 befindet. Die polarisierte Magnetnadel
stellt sich nun in die Achsrichtung der Spule B ein. Sie hat somit einen Kreisbogen
von 36o° zurückgelegt.
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Der vorstehenden Betrachtung wurden vier definierte Stellungen eines
Schiebers zugrunde gelegt, der die Gleitbürsten -@-, -trägt. In den Zwischenstellungen
findet eine stetige Veränderung der Stromstärken, der Richtung des sich aus den
drei Magnetfeldern ergebenden resultierenden Drehfeldes und somit der Richtung der
polarisierten Magnetnadel statt.
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Außer den zuvor behandelten Strömen fließen in der Schaltung noch
andere Ströme, deren Berücksichtigung zu ihrem Verständnis jedoch nicht unbedingt
erforderlich ist und deren Behandlung daher unterlassen werden kann.
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Ein gleichsinniger Umlauf des Drehfeldes wird erfindungsgemäß durch
Vorsehen einer Umschaltvorrichtung erzielt, welche stets dann eine selbsttätige
Vertauschung der Zuleitungen zu den Feldspulen des Drehfeldanzeigegerätes bewirkt,
wenn die Gleichspannungszuführungen +, - eine ihrer beiden Extremstellungen in bezug
auf den Spannungsteiler einnehmen. Die Fig. 5 gibt eine Schaltung dieser Art wieder.
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Die Anzapfung i ist stromleitend mit den beiden Kontaktstücken Ha
und IIb eines Schützenschalters verbunden. In entsprechender Weise ist die Anzapfung
3 mit den Kontaktstücken IIIa und IIIb des Schützenschalters verbunden. Die Spule
A ist an die beiden Kontaktstücke b1 und b. und die Spule C an die beiden Kontaktstücke
cl und c2 des Schützes angeschlossen. Die Bürsten -;-und - der Gleichstromzuführung
befinden sich an einem Schieber 9, der in seinen beiden Extremstellungen die beiden
Hilfsschalter 6a, 6b bzw. 7a, 7b schließt. Durch das Schließen des Hilfsschalters
6a, 6b wird die Schützenspule ioa und durch das Schließen des Hilfsschalters 7a,
7b die Schützenspule iob erregt. Die genannten Schützenspulen steuern einen stabförmigen
Tauchmagneten, an dem die beiden Strombrücken i ia und i ib befestigt sind. Diese
beiden Strombrücken sind voneinander isoliert.
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Es sei angenommen, daß sich der Schieber 9 zunächst in jener Extremstellung
befindet, in welcher der Hilfsschalter 6a, 6b durch ihn geschlossen wird. Infolgedessen
ist die Magnetspule ioa erregt, und die Kontaktbrücken ,ja und i ib werden nach
links auf die Kontaktstücke b1, IIa bzw. c,, IIIa gezogen. In dieser Lage werden
die Brücken i ia, i ib durch eine zeichnerisch nicht dargestellte mechanische Sperrung
festgehalten. Die Spule A ist sodann an .die Anzapfung i und die Spule C an die
Anzapfung 3 angeschlossen. Wenn der Schieber 9 seine andere Extremstellung erreicht,
löst er die zuvor erwähnte mechanische Sperrung und schließt den Hilfsschalter 7a,
7b. Nunmehr werden die Brücken iia, iib nach rechts auf die Kontaktstücke IIb, c2
bzw. IIIb, b2 gezogen, woselbst sie wiederum durch eine zeichnerisch nicht dargestellte
mechanische Sperrung festgehalten werden. Nunmehr ist die Spule A an die Anzapfung
3 und die Spule C an die Anzapfung i angeschlossen.