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Wähler mit einer durch Stromstöße gesteuerten elektromotorischen Antriebsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wähler mit einer durch Stromstöße gesteuerten
elektromotorischen Antriebsvorrichtung. Gemäß der Erfindung dient als Läufer des
Wählers ein vorzugsweise sternförmig gestalteter Dauermagnet, und die Ständerelektromagnete
des Wählers werden im Betrieb in periodischer Folge magnetisch umgepolt.
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Bekannt sind elektromotorisch angetriebene Wähler mit Weicheisenanker,
bei denen zwei Ständerelektromagnete abwechselnd eingeschaltet werden. Demgegenüber
können bei dem erfindungsgemäßen Wähler ständig alle Ständerelektromagnete stromführend
sein, und nur ihre magnetische Polung wird periodisch gewechselt. Auf den Anker
wirken daher nicht nur, wie bei der bekannten Anordnung, Anzugskräfte, sondern gleichzeitig
Abstoßungskräfte. Durch die auf diese Weise erhöhte Leistung wird eine erheblich
größere Sicherheit bei der Wählereinstellung erzielt.
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Eine Gefahr bei elektromotorisch angetriebenen Wählern besteht darin,
daß der Motoranker insbesondere bei der Stillsetzung des Wählers Pendelbewegungen
ausführt, durch die er unter Umständen in die Nähe eines vorausliegenden oder zurückliegenden
Ständerpoles gelangt, so daß er von diesem statt von dem gewünschten Ständerpol
angezogen wird. Diese Gefahr ist bei dem erfindungsgemäßen Wähler vermieden, da
ja der jeweils vorausliegende bzw. zurückliegende Ständermagnet magnetisch gegensinnig
gepolt ist, so daß diese beiden Ständerpole den Anker also nicht anzuziehen, sondern
im Gegenteil abzustoßen bestrebt sind. Die Ankerpendelungen werden daher weitgehendst
unterdrückt. Auch wenn die Erregung der Feldmagnete vorzeitig aufhört, so wird trotzdem
jeder Schritt mit Sicherheit vollendet, weil die magnetische Kraft des Ankers selbst
diesen in die nächste stabile Lage bringt. Ferner ist es auch für die Festhaltung
des Wählers in der gewünschten Stellung nicht notwendig, einen der Elektromagnete
ständig erregt zu halten, sondern der Ankermagnet hält den Wähler selbsttätig ein
für allemal in der erreichten Stellung fest, so daß ein Verrücken der Motorwelle
nach rechts oder links nur unter verhältnismäßig großer Kraftaufwendung möglich
ist.
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Diese Wirkungen treten bei normalen Arbeitsmaschinen, die von Motoren
angetrieben werden, nicht auf, sondern nur bei solchen Arbeitsvorrichtungen (Wählern),
bei- denen eine Stillsetzung der Antriebsvorrichtung in bestimmten Winkelstellungen
gefordert wird. Die Schwierigkeiten, die bei der Stillsetzung von Wählern mit motorischer
Antriebsvorrichtung entstehen, sind bei den bisher bekannten Motorwählern in umständlicherer
Weise gelöst worden.
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Ein weiterer Vorteil der -erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin,
daß der Wähler, z. B. wenn er in freier Wahl. arbeitet, unmittelbar von einer Wechselstromquelle
aus gespeist
werden kann, während dies bei einem Motor mit Weicheisenanker
nicht ohne weiteres möglich ist. , ,, Im folgenden ist ein Ausführungsbeis#1J, der
Erfindung an Hand eines Hebdrehwäte im Zusammenhang mit den Abbildungen, läutert.
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In Abb. 6 ist der grundsätzliche Aufbau der motorischen Antriebsvorrichtung
dargestellt. Die Polzahl der Antriebsvorrichtung kann an sich jede beliebige gerade
Zahl sein; aus später ersichtlichen Gründen ist die Polzahl 8 gewählt worden. Ein
8poliger Dauermagnet befindet sich als Rotor in einem 8poligen, mit Feldspulen versehenem
Stator,3 aus lamelliertem Weicheisen. Die Dauermagnetpole sind durch sichelförmige
Ansätze q. alle in gleichem Sinne unsymmetrisch gestaltet. Der Schrittschalter arbeitet
folgendermaßen: Werden die Statorwicklungen vom Strome z. B. so durchflossen, daß
die in der Zeichnung angegebenen magnetischen Polaritäten des Stators entstehen,
so wird der Rotor in der gezeichneten Stellung festgehalten. Wird nun die Stromrichtung
und damit die magnetische Polarität im Stator umgedreht, so wird auf den Rotor eine
abstoßende Kraft ausgeübt. Durch die besondere Form der Dauermagnete weist diese
Kraft von vornherein eine Komponente in einer bestimmten Drehrichtung auf, im Gegensatz
zu den gewöhnlichen Synchronmotoren, bei denen die Schwungenergie die erforderliche
Komponente in der Drehrichtung liefern muß, und der Rotor dreht sich nach rechts
um eine Polteilung weiter. Das gleiche wiederholt sich bei einer neuerlichen Umkehrung
des Statorstromes. Der Rotor dreht sich also synchron mit den Wechseln des Statorstromes
schrittweise weiter. Von der Achse dieses Schrittschalters aus werden die Schaltarme
des Wählers eingestellt.
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Als Ausführungsbeispiel für den weiteren. Aufbau des Hebdrehwählers
ist der in den Abb. z und a dargestellte Aufbau gewählt worden, wobei alles Bekannte
weggelassen worden ist. Voraussetzung ist bei vorliegendem Wähleraufbau also auch,
daß Zahnstange, Zahnkamm und Schaltarme in bekannter Weise zu einem festen. Ganzen
zusammengebaut sind und auf der Wählerwelle sich in axialer Richtung verschieben
lassen, mit der Wählerwelle jedoch gedreht werden und bei der Auslösung nach Beendigung
eines Gespräches durch eine Rückzugsfeder wieder in die Ruhelage zurückgeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird zum Heben und Drehen ein und derselbe Schrittschalter
benutzt. Die Achse b des Schrittschalters trägt zu diesem Zweck- eine Schnecke a
und ein Zahnrad oder einen Zahnstern c. Das Schneckenrad a greift in ein auf der
Wählerwelle e lose sitzendes Zahnradfein. Der Zahnstern c greift in der Ruhelage
des Wählers in die Zahnstange d ein. Auf der Wählerwelle e sitzt zwischen den fest
angebrachten Stellringen lt und i außer dem eben erwähnten Zahnrad ¢ die
mit diesem fest e0)undene zahnartig ausgefräste Scheibe g, 4ei mit der Wählerachse
fest verbundene Kupp--iingsträger k und die lose aufgeschobenen Führungsringe der
Umschalthebel in und n. Die Kupplungsklinke L, auf dem Kupplungsträger k bei k2
drehbar gelagert, wird durch eine (nicht gezeichnete) Feder im Uhrzeigersinne gedreht,
die Halteklinke r durch die Feder q
schwach nach außen gedrückt.
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Die Arbeitsweise des Wählers. ist folgende: Jeder Stromstoß bewegt
den Schrittschalter um zwei Polteilungen, d. i. im vorliegenden Falle eine Viertelumdrehung,
weiter. Der Zahnstern c hebt also die Zahnstange d (und damit den Zahnkamm o und
die Schaltarme) um so viele Schritte hoch, a1,9 Stromstöße ankommen. Das Zahnrad
f mit der gezahnten Scheibe g dreht sich dabei lose mit; denn die Kupplungsklinke
1, die nach dem ersten Höhenschritt von dem Ansatz o' des Zahnkammes o freigegeben
worden ist, wird, solange der Wähler noch nicht eingedreht hat, auch weiterhin am
Einfallen in die Zahnscheibe g durch den Ansatz P1 der Führungsleiste P verhindert.
Nach dem ersten Höhenschritt hat die am Zahnkamm a befestigte Nase t die
Halteklinke r freigegeben, diese ist unter dem Druck der Feder q von dem Umschaltehebel
abgeglitten, und die Feder s drückt nun über den Umschaltehebel ia gegen den Ansatz
k1 des Kupplungsträgers k und über den Umschaltehebel m gegen den Ansatz P2 der
Führungsleiste P. Die Feder s versucht also jetzt den Kupplungsträger k und damit
die Wählerwelle (mit Zahnstange, Zahnkamm und Schaltarmen) einzudrehen. Damit aber
kein vorzeitiges Eindrehen des Wählers stattfindet und sich die erste Stromstoßreihe
voll auf die Zahnstange d auswirkt, wird das Eindrehen des Wählers durch eine besondere
einfache Klinke u verhindert, die in Abhängigkeit von dem bei jedem Wähler vorhandenen,
während der ersten Stromstoßreihe angezogenen Verzögerungsrelais arbeitet und an
irgendeiner günstig gelegenen Stelle des Wählers angreift. In Fig. 3 ist die Wählerwelle
e im Schnitt C-D besonders herausgezeichnet; man erkennt aus dieser Figur, wie die
Klinke 7L in eine Nut der Welle e eingreift und bei ihrer Bewegung nach rechts die
Wählerwelle freigibt. Ist die Stromstoßreihe beendet und gibt das Verzögerungsrelais
den Wähler frei, so wird der Wähler durch die Feder s eingedreht. Dabei kommt die
Zahnstange d außer Eingriff mit dem Zahnstern c, während die Kupplungsklinke L vom
Ansatz p. abgleitet und in die nächste Nut der gezahnten Scheibe g einfällt. Über
die Kupplungsklinke l und den Kupplungsträger k ist
jetzt
also die Wählerwelle e fest mit dem Zahnrad f verbunden, so daß die weiteren Schritte
des Schrittschalters den Wähler nicht mehr heben, sondern drehen.
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Die für die einzelnen Wählerarten in Frage kommenden Schaltungen sind
auszugsweise, soweit sie für die Wählereinstellung in Frage kommen, und unter Weglassung
alles aus den bereits bestehenden Wählersytemen Bekannten in den Abb. 7 bis 9 angegeben.
Die Einschaltung des Schrittschalters und seine Ausschaltung beim Heben, Eindrehen,
Stillsetzen und Auslösen ist aus diesen Abbildungen zu ersehen und wird später noch-
kurz erläutert.
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Nach Beendigung des Gespräches dreht der Wähler weiter bis zu einer
bestimmten Endstellung (i2. Schritt). Dabei wird die Umschaltefeder s, die ja bei
der nächsten Belegung wieder in Tätigkeit treten muß, auf folgende Weise gespannt:
Der Umschaltehebel n kommt zwischen dem zo. und zz. Schritt gegen den Anschlag P3
(der Führungsleiste p) zu liegen. Beim Weiterdrehen des Wählers wird der Umschaltehebel
m vom Kupplungsträger k (mittels des Lagers für die Kupplungsklinke L) gegen den
Umschaltehebel n gedrückt und so die Feder s gespannt. Gleichzeitig ist die Feder
q durch den Anschlag P,, etwas nach innen gedrückt worden, so daß die Halteklinke
y hinter dem Umschaltehebel in einhakt, sobald sich m und st einander weit genug
genähert haben. Hat der Wähler die Einstellung ganz erreicht, so gleitet in bekannter
Weise der Zahnkamm o von der Führungsleiste P ab, der Wähler fällt nach unten. Dabei
schlägt der Ansatz o' auf die Kupplungsklinke l und reißt sie aus der Zahnscheibe
g; die Wählerwelle e ist damit von dem Zahnrad f entkuppelt, und der Wähler dreht
unter dem Einfluß der Rückzugsfeder in die Ruhelage zurück. Da hierbei die Feder
q den Anschlag p4 verläßt, die Halteklinke r den Umschaltehebel aber noch weiterhin
festhalten muß, wird nunmehr y durch die Nase t in seiner Lage festgehalten, so
daß ein vorzeitiges Entspannen der Feder s nicht stattfinden kann.
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In Abb. q. und 5 ist ein im Aufbau noch einfacheres Ausführungsbeispiel
für vorliegende Erfindung dargestellt. Schrittschalterachse mit Schnecke und Zähnstern
sind nicht mehr mitgezeichnet, da sie aus dem Vorhergehenden bereits bekanntgeworden
sind. Die Kupplungsvorrichtung besteht hier nur aus der Schiene 1, die mittels der
Schrauben k' und den Langlöchern 1' an dem Rahmen k befestigt ist,
sie kann daher in radialer Richtung etwas gleiten und wird durch die Feder v nach
der Wählerachse zu gedrückt. Die Umschaltevorrichtung der Wählerkonstruktion nach
Abb. z und 2 (na, 1a, P3, P4, q, r, s, t) ist ganz fortgefallen und
wird durch eine besondere Einstellung der Rück= zugsfeder ersetzt. Diese ist nämlich
so eingestellt, daß der Wähler bei entspannter Feder zwischen dem ersten und zweiten.
Drehschritt steht. Dasselbe Ziel kann man natürlich auch erreichen durch die Anordnung
zweier einander entgegenwirkender Federn, deren Spannungen sich bei einer Wählerstellung
zwischen- dem ersten und zweiten Drehschritt das Gleichgewicht halten. Die Arbeitsweise
dieses Wählers ist folgende: In der Nullstellung (Ausgangsstellung) versucht die
Rückzugsfeder den Wähler einzudrehen. Dies wird verhindert durch die Klinke
w, die auf der Grundplatte a
des Wählers drehbar gelagert ist und durch
eine Feder x gegen den Anschlag y gedrückt wird. Bei der esten Stromstoßreihe wird
der Wähler in bekannter Weise gehoben. Dadurch kommt der Zahnkamm o von der Klinke
w frei; der Wähler kann trotzdem nicht sofort nach dem ersten Stromstoß eindrehen,
weil er wie vor durch eine Klinke u des Verzögerungsrelais daran gehindert wird
(Abb. 2 und 3). Nach Ablauf der ersten Stromstoßreihe und Abfall des Verzögerungsrelais
dreht der Wähler unter dem Einfluß des Verzögerungsrelais einen Schritt ein. Dabei
gleitet die Schiene L unter dem Druck der Feder v, die zwischen Zahnkamm o und Schiene
l in Nuten eingebettet liegt, von den (in der Wählerdrehrichtung) abgeschrägten
Auflaufschienen z1 und z2 ab und fällt in die nächste Nut der Zahnscheibe g, die
hier größer als das Zahnrad/ sein muß, ein. Der Zahnkamm o und damit der
eigentliche Wähler ist mit dem Zahnrad f jetzt gekuppelt und wird bei den folgenden
Schritten des Schrittschalters mitgedreht. Die Auslösung spielt sich folgendermaßen
ab: Am Ende des zwölften Schrittes gleitet in bekannter Weise der Zahnkamm o von
der Führungsleiste ab, und der Wähler fällt nach unten. In der tiefsten Stellung
kommt die Schiene l außer Eingriff mit der Zahnscheibeg. Unter dem Druck der Rückzugsfeder
wird der Wähler zurückgeschleudert. Durch die während der Bewegung vom zwölften
bis zum ersten Drehschritt gewonnene kinetische Energie wird er dabei über den spannungslosen
Zustand der Rückzugsfeder hinaus in die Nullstellung gedreht. Die Schiene l läuft
auf die Auflaufschienen z1 und z2 und wird nach außen gedrückt. In der Nullstellung
angekommen, wird der Wähler, wie schon erwähnt, durch die Klinke w festgehalten.
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Von den Schaltungsauszügen Abb.7 bis 9 gilt Abb. 7 für Gruppenwähler,
die in erzwungener Wahl heben und in freier Wahl drehen und bei denen das während
des Hebens vom Fernsprechteilnehmer gesteuerte Stromstoßrelais A auch zur Stromstoßgabe
während des Eindrehens benutzt wird. Abb.8 gilt für Gruppenwähler, bei denen für
die erzwungene Wahl das Stromstoßrelais A und für die freie Wahl das Stromstoßrelais
1 benutzt wird. Abb. 9
gilt für Leitungswähler, die in erzwungener
Wahl sowohl heben als auch drehen und die durch ein Stromstoßrelais E gesteuert
werden. Die Bezeichnungen der Relais und Kontakte lehnen sich aus Zweckmäßigkeitsgründen
unter Weglassung alles nicht unmittelbar an der Wählereinstellung Beteiligten eng
an, die in Deutschland gebräuchlichen Bezeichnungen für die bekannten Wählersysteme
an.
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Zu Abb. 7 ist folgendes zu bemerken: Für das Drehen in freier Wahl
könnte ebenso wie bei den bereits bekannten Schaltungen ein Wechselspiel zwischen
dem Kraftrelais (hier Schrittschalter) und dem Stromstoßrelais durch einen Kontakt
des Kraftrelais stattfinden. Der Schrittschalter müßte zu diesem Zwecke vier Nocken
haben. Da bei dem Schrittschalter ein ungenügendes Durchziehen aus später noch erläuterten
Gründen (s. Stehenbleiben zwischen den Schritten) nicht zu befürchten und dieser
Umstand gerade auf das Wesen vorliegender Erfindung zurückzuführen ist, ist in der
Abbildung eine Arbeitsweise gewählt worden, bei der das Stromstoßrelais auf Selbstunterbrechung
arbeitet. Die Schaltvorgänge sind folgende: Bei der ersten Stromstoßreihe (erzwungene
Wahl) werden abwechselnd die beiden Wicklungen S1 und SZ des Schrittschalters, die
entgegengesetzten Wicklungssinn haben, durch den ai Kontakt eingeschaltet. Das A-Relais
wird hierbei durch eine nicht gezeichnete Wicklung vom Teilnehmer her beeinflußt.
Jeder Stromstoß dreht den Schrittschalter um eine Polteilung, d. i. eine %-Umdrehung,
weiter. Da auf jeden Anzug des A-Relais ein Abfallen folgt, wird der Schrittschalter
also bei jedem Stromstoß um eine Viertelumdrehung weitergedreht. Ist die Stromstoßreihe
beendet und hat der Wähler den Umschalteschritt gemacht, so ist das A -Relais durch
den Wellenkontakt w' auf Selbstunterbrechung geschaltet und gibt weiterhin Stromstöße,
jetzt zum Eindrehen des Wählers, auf den Schrittschalter, bis durch den Kontakt
des Prüfrelais P die Stromkreise für das A-Relais und den Schrittschalter unterbrochen
werden. Der Kontakt av hat den Zweck, ein vorzeitiges Abfallen des A-Relais zu verhüten
und damit eine sichere Stromstoßgabe für die Wicklung S, des Schrittschalters
zu erreichen. Durch den Doppelruhekontakt von wird derselbe Zweck für die Wicklung
S, erreicht, indem diese schon vor der Wicklung des A-Relais unter Strom kommt.
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Für die Abb. 8 gilt das gleiche wie für Abb. 7, nur daß hier noch
eine Umschaltung der Schrittschalterwicklungen von dem Kontakt des Stromstoßrelais
der erzwungenen Wahl (A-Relais) auf den Kontakt des Stromstoßrelais der freien Wahl
(J-Relais) hinzukommt.
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Die Abb. 9 bedarf keiner näheren Erklärungen als der, daß i, z, io
die Stellungen des Steuerschalters bedeuten und e' der Kontakt des schon erwähnten
Stromstoßrelais E ist.