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Schaltungsanordnung für elektromotorischen Einzelantrieb für Wähler
o. dgl. in Fernmelde- hzw. Fernsteueranlagen Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf eine Schaltungsanordnung für elektromotorischen Einzelantrieb für Wähler o.
dgl. in Fernmelde- bzw. Fernsteueranlagen, bei welchem ein zweipoliger Rotor durch
zwei wechselweise erregte, um 9o° gegeneinander versetzte Feldmagnete in Drehung
versetzt wird und die Steuerung der feststehenden Feldmagnete durch vom Rotor betätigte
Kontakteinrichtungen erfolgt.
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Zweck der Erfindung ist ein sicheres Fortschalten und Stillsetzen
eines derartigen elektromotorischen Einzelantriebs für Wähler o. dgl., was dadurch
erreicht wird, daß die Steuerung der feststehenden Feldmagnete in der Weise erfolgt,
daß vor Ausschalten eines Feldmagneten der in der Bewegungsrichtung folgende Magnet
eingeschaltet wird und daß die Ausschaltung des Magneten bereits dann erfolgt, wenn
die Mitte des von dem eingeschalteten Magneten angezogenen Rotorpoles noch nicht
vor der Mitte des Magnetpoles steht. An Hand der Zeichnung sind 1n1 nachfolgenden
eine Anzahl Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
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Die Fig.-i zeigt in Draufsicht einen mit zwei Statorspulen versehenen
Antriebsmotor mit den erfindungsgemäß ausgebildeten, von den rotierenden Teilen
des Motors beeinflußten Schaltmitteln.
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Fig. 2 zeigt ein Diagramm, aus dem der zeitliche Verlauf der Erregung
der beiden Statorspulen ersichtlich ist.
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Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Kontaktanordnung von der Seite bzw.
von oben gesehen.
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Fig. 4, 5 und G erläutern an Hand des Stromlaufes und der Arbeitsdiagramme
die Vorgänge beim Vorwärts- und Rückwärtslauf der Antriebsvorrichtung.
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Die Fig.7, 8 und 9 zeigen entsprechende Diagramme sowie die Schaltung
für einen Motor mit drei Statorspulen.
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Die Fig. i o; i i und 12 enthalten Diagramme sowie die Schaltung für
eine Anordnung, bei
der für Vorwärts- und Rückwärtslauf je eine
Kontakteinrichtung vorgesehen ist.
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Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen je eine Kontaktanordnung für
Vorwärts- und Rückwärtslauf bei dreipoligen Motoren.
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Die Fig. 16, 17 und 18 zeigen eine Anordnung zur Sicherung des Anlaufes
der Motoren.
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Die Fig. i9 bis ä2 zeigen die Erregungsdiagramme für Vorwärts- und
Rückwärtslauf sowie Schaltungsbeispiele für dreimagnetsystemige Motoren, die Fig.
23, 24 und 25 ebensolche für sechsmagnetsystemige Motoren.
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Die Fig.26 zeigt eine Schaltungsanordnung zum sicheren Anhalten des
Motors.
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Die in Fig. i dargestellte Antriebsvorrichtung besteht aus den beiden
Statorspulen i und 2, deren Pole auf den Anker 3 einwirken, der seinerseits auf
der Achse 4 befestigt ist. Auf der Achse 4 ist außerdem die die Kontaktfedersätze
a und b betätigende Nockenscheibe 5 befestigt. Die Kontaktfedersätze
a und b sind auf einem in gewissen Grenzen schwenkbaren Arm 6 angeordnet, der mittels
zweier Schrauben 7 und 8 an der Traverse 9 festgeschraubt ist. Die Traverse 9 dient
gleichzeitig zur Lagerung der Ankerachse Die Art der Betätigung der Federsätze a
und b ist aus Fig. 3 ersichtlich: Die Ankerachse 4 trägt eine aus Isoliermaterial
bestehende Nockenscheibe 5, die beispielsweise den Federsatz a dadurch steuert,
daß Teile der Nockenscheibe 5 abwechselnd durch die entsprechend abgebogenen Enden
io des Federsatzes a hindurchgehen: Der zeitliche Verlauf der Erregung der Statorspülen
i und 2 ist aus dem in Fig.2 dargestellten Diagramm ersichtlich, und zwar zeigen
die schraffierten Stellen des äußeren Ringes i die jeweilige Erregung der Statorspule
i, während die schraffierten Stellen des inneren Ringes :2 die jeweilige Erregung
der Statorspule 2 veranschaulichen. Wie ersichtlich, überdecken sich die beiden
Erregungszustände auf einem gewissen Winkelbetrag cl (etwa 5°), so daß also während
dieser Zeit gleichzeitig beide Statorspulen erregt sind. Es wird hierdurch erreicht,
däß in keinem Moment das auf den Anker wirkende Drehmoment Null werden kann. Aus
dem Diagramm ist außerdem der Grad der Verteilung ersichtlich. Es sei angenommen,
daß der Anker in der aus Fig. i ersichtlichen Pfeilrichtung sich dreht. Die Erregung
der Statorspule i setzt nicht etwa erst dann ein, wenn der Anker einen Winkel -von
go° zur Spulenachse einnimmt, sondern -um einen in Fig.2 mit b1 bezeichneten Winkelbetrag
früher. Ebenso wird auch die Ausschaltung dieser Statorspule i nicht erst dann vorgenommen,
wenn der Ankerpol 3' vor Polmitte der Statorspule i angelangt ist, sondern schon
um einen bestimmten Winkelbetrag dl (etwa 5 bis io°) früher. Mit dieserVoreilung
wird einerseits die infolge der Selbstinduktion der Magnete für das Erregen und
Abklingen des magnetischen Feldes erforderliche Zeit gewonnen und dadurch der schnelle
Lauf des Motors, andererseits aber auch durch Veränderung der Voreilung jederzeit
eine Regelung der Drehzahl ermöglicht. Durch das Zusammenwirken der vorstehend genannten
Maßnahmen wird außerdem erreicht, daß der Motor in jeder Stellung des Ankers genügendes
Drehmoment besitzt und sicher anläuft.
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Aus Fig. 4, 5 und 6 ist ersichtlich, in welcher Weise man in der Lage
ist, den in Fig. i dargestellten Motor sowohl vorwärts als auch rückwärts laufen
zu lassen. Der Vorwärts- und Rückwärtslauf ist bedingt, durch die Reihenfolge, in
der die Spulen i und 2 erregt werden, wobei die Polarität der Elektromagnete völlig
gleichgültig ist. Fig. 5 stellt ein Diagramm für den Rechtslauf dar und Fig. 6 ein
ebensolches für den Linkslauf. Die Drehrichtung ist durch die entsprechenden Pfeile
angedeutet. Steht beispielsweise der Anker des Motors zwischen den Polen der Elektromagnete
i und 2, so wird bei Rechtslauf (Fig. 5) zuerst die Spule 2 und bei Linkslauf zuerst
die Spule i erregt. Durch eine an sich bekannte, in den Fig. 5 und 6 nicht dargestellte
Rastanordnung kann der Anker 3 im Ruhezustand des Motors so eingestellt sein, daß
er nicht vor einem der beiden Pole steht, sondern sich in einer Zwischenlage befindet
zwecks Sicherstellung des Ankeranlaufes: Die Fig.4 zeigt die Schaltung zurVerwirklichung
der auf Fig. i und 2 dargestellten Steuerung. Mit nlz sind die beiden vom Anker
3 gesteuerten Nockenkontakte (Federsätze a und b, Fig. i) bezeichnet. Mit
zz sind 'Umschaltekontakte bezeichnet zur Umschaltung der Drehrichtung, die beispielsweise
aus außerhalb des Motors angeordneten Relaiskontakten bestehen. In der dargestellten
Stellung der genannten Kontakte erhält die Statorspule I zuerst Strom über Erde,
zz.k-Kontakt, u-Kontakt, Spule I, Batterie B, Erde. Nach einer gewissen Drehung
des Ankers schließt sich der untere ula-Kontakt, so daß die Spule II erregt wird
über Erde, unterer nk-Kontakt, unterer v-Kontakt, Spule II, Batterie; Erde. Dieser
Vorgang wiederholt sich nun dauernd und bewirkt, daß der Motor nach links läuft.
Werden nach Abschaltung des Motors die Kontakte ic umgelegt, so wird beim Einschalten
des Stromes zuerst die Spule II erregt und dann erst die Spule I. Der Motor läuft
also nach rechts (Fig. 5).
Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen die entsprechenden
Diagramme sowie .die Schaltung für einen mit drei Spulen ausgerüsteten Motor. Auch
hier wird die Umschaltung der Drehrichtung durch außerhalb des Motors liegende Umschaltekontakte
bewirkt, indem die Reihenfolge der Erregung der Spulen I, 1I und III verändert wird.
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Bei den bisher beschriebenen Motoren gemäß Fig. 5, 6, 7 und 8, an
Hand deren nur die grundsätzliche Anordnung der der Anmeldung zugrunde liegenden
Antriebseinrichtung, nicht aber die erfindungsgemäße Anordnung erläutert wurde,
erfolgt die Umschaltung von Spule zu Spule, jedesmal dann, wenn der Anker vor Polmitte
steht. Um einen schnellen und sicheren Lauf des Motors zu erzielen, ist es gemäß
der Erfindung jedoch erforderlich, die Umschaltung mit einer gewissen Voreilung
(beispielsweise io°), vorzunehmen und dabei kurze Zeit beide Spulen gleichzeitig
zu erregen, wie dies an Hand der Fig. 2 oben näher beschrieben wurde. Aus diesem
Grunde ist es erforderlich, für Motoren, die sich in beiden Drehrichtungen bewegen
sollen, für jede Drehrichtung je eine Kontakteinrichtung zu benutzen. Die Wirkungsweise
einer solchen Anordnung ist aus den Fig. io, ii und 12 ersichtlich, und zwar in
Anwendung bei zweipoligen Motoren. Die Erregung der Spule II (Fig. io) erfolgt nicht
dann, wenn der Anker in der Längsachse des Statorpoles I, also um 9o° verdreht zur
Längsachse des Statorpoles 1I, steht, sondern um einen gewissen Winkelbetrag früher;
weiterhin erfolgt die Abschaltung der Spule II nicht erst dann; wenn der Anker vor
Polmitte des Statorpoles 1I steht, sondern um einen gewissen Winkelbetrag früher.
In der in Fig.12 dargestellten Schaltung befinden sich die beiden u-Kontakte in
einer Stellung, die den Linkslauf des Motors bewirkt, das dazugehörige Einschaltdiagramm
zeigt Fig. i i. Beim Einschalten des Motors erhält zuerst die Spule I Strom über
Erde, nk-Kontakt für Linksdrehung, ZG-Kontakt, Spule I, Batterie B, Erde. Nach Umlegen
des nk-Kontaktes für Linksdrehung nach einer gewissen Verdrehung des Ankers erhält
die Spule 1I Strom über Erde, nk-Kontakt für Linksdrehung, unterer ZG-Kontakt, Spule
II, Batterie B, Erde. Werden die beiden zc-Kontakte umgelegt, sQ wird die Kontakteinrichtung
nk für Linksdrehung abgeschaltet und dafür die Kontakteinrichtung nk für Rechtsdrehung
eingeschaltet. In diesem Falle erfolgt die Erregung der SpuleII zuerst über Erde,
nk-Kontakt für Rechtsdrehung, unterer za-Kontalct, Spule II, Batterie B, Erde; alsdann
wird über oberen u-Kontakt Spule I erregt..
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In gleicher Weise wie eben beschrieben erfolgt die Durchführung bei
dreipoligen Motoren, wie aus den Fig. 13, 1q. und 15 ohne weiteres ersichtlich ist.
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Während bei den dreipoligen Motoren mit zweipoligem Anker das Anlaufen
vor Polmitte ohne weiteres gesichert ist, sind bei zweipoligen Motoren besondere
Maßnahmen erforderlich. Ein an sich bekanntes Mittel zur Sicherung des Anlaufes
sind am Anker angebrachte Streunasen, die den Anker immer in derselben. Drehrichtung
anwerfen. Einen solchen Anker kann man auch verwenden für Motoren für Vorwärts-
und Rückwärtslauf. Wird beispielsweise die Kontakteinrichtung für die Drehrichtung
eingeschaltet, welche mit den Streunasen übereinstimmt, so läuft der Motor ohne
weiteres an. Schaltet man die andere Kontakteinrichtung ein, so- dreht sich der
Anker, wenn er z. B. vor Polmitte steht, zuerst ein Stück in der falschen Richtung,
bis ein Nockenkontakt den Pol, den der Anker verlassen wollte, wieder erregt. Der
Anker wird nun dadurch in der richtigen Drehrichtung angestoßen und läuft durch.
den erhaltenen Schwung in der richtigen Drehrichtung weiter. Wenn auch diese Lösung
an sich einfach ist, so hat sie aber den Nachteil, daß der Motor in bestimmten Stellungen
nicht anläuft, die im normalen Betrieb zwar nicht vorkommen, mit denen aber trotzdem
gerechnet werden muß. Zwecks Vermeidung dieser Nachteile finden gemäß der Erfindung
Hilfspole Anwendung, die die Aufgabe der,Streunasen übernehmen und ein sicheres
Anlaufen in jeder Stellung des Ankers gewährleisten. Fig. 18 stellt schematisch
eine solche Anordnung dar. Am Anker 3 sind keine Streunasen, wie dargestellt, er
kann aber auch mit zwei symmetrisch angeordneten Streunasen ausgestattet sein. Die
Hauptstator spulen sind mit I und II bezeichnet, die Hilfspole mit A und B. Soll
beispielsweise der Motor rechtsherum laufen, so wird gleichzeitig mit der Statorspule
I die Hilfsspule B erregt und mit Spule II die Hilfsspule A. Beim Linkslauf werden
II mit B bzw. I mit A gleichzeitig erregt.
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Die Hilfsspulen a und b können entweder parallel zu den Statorspulen
I und II, wie dies aus der Fig. 16 ersichtlich ist, oder aber in Serie (Fig. 17)
mit den Statorspulen I und II geschaltet werden. Werden die Hilfsspulen parallel
zu Statorspulen geschaltet, so sind allerdings mehr Umschaltkontakte erforderlich,
als wenn diese in Serie mit den Statorspulen geschaltet sind. Wird gemäß Fig. 16
der Stromkreis der Batterie geschlossen, so erfolgt zunächst die Erregung der Statorspulen
2, und zwar über Erde, Kontakte nkl, u1, Statorspule II und über u', Hilfsspule
B, Batterie, zurück zur Erde. Nach Umlegen des Kontaktes nkl erhält auf dieselbe
Weise die Statorspule I sowie - die Hilfsspule A Strom
über
Erde, Kontakte zahl, u', Stätorspule I und über u3, Hilfsspule A, Batterie, Erde.
Durch Umlegen der Kontakte ü1 bis 1-t4 erfolgt die Umschaltung der Drehrichtung
des Motors, und zwar erhält in diesem Falle die Statorspule I zuerst Strom über
Erde, Kontakte nk2, u', Statorspule I und Hilfsspüle B, Batterie, Erde. Nach Umlegen
des Kontaktes uh' wird die Statorspule II gleichzeitig mit der Hilfsspule A erregt,
und, zwar über Erde, Kontakte nk', itl, Statorspule II und Hilfsspule A, Batterie,
Erde. Vor der Umlegung der Umschaltekontakte läuft demnach der Anker entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn, also nach links, während er nach dem Umlegen der Kontakte u1
bis u4 nach rechts läuft; also im Uhrzeigersinn.
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Liegen die Hilfsspulen in Serie mit den Statorspulen, so ergeben sich,
wie aus Fig. 17 ersichtlich, folgende Stromläufe: In der in der Zeichnung dargestellten
Stellung der verschiedenen Kontakte erhält beim Einschalten des Stromes zunächst
die Statorspule II Strom über Erde, Hilfsspüle B, Umschaltekontakt u', Nockenkontakt
nk4, Statorspule II, Batterie, Erde: Nach Öffnen des Nockenkontäktes nk4 und Schließung
des Nockenkontaktes nk3 ist die Statorspule I erregt über Erde, Hilfsspule A, Umschaltekontakt
W, Nockenkontakt nk3, Statorspule I, Batterie, Erde. Soll nun der Motor seine Drehrichtung
ändern, so. werden die Kontakte atl und u= umgelegt, wodurch an Stelle der Nockenkontakte
nk3 und nk4 die Nockenkontakte nhl und uk' in Wirkung treten. Beim Einschalten des
Stromes wird nicht die Spule II, sondern- die Statorspule I zuerst erregt; und zwar
über Erde, Hilfsspule B, Umschaltekontakt u', Nockenkontakt nkl, Statorspule I,
Batterie, Erde. Nach öffnen des Kontaktes zähl und Schließen des Kontaktes aäk'
wird II erregt über Erde, Hilfsspule A, Kontakte zti, lik', Statorspule II, Batterie,
Erde: Die in der Schaltung dargestellten Widerstände und Kondensatoren dienen in
der Hauptsache der Funkenlöschung. Zum Stillsetzen des Motors ist außerdem ein Haltekontakt
h vorgesehen, bei dessen Schließung die Spule I Dauerstrom erhält und dadurch der
Klotor schnell zum Stillstand kommt.
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In den Fig. zg bis einschließlich 25 sind Einrichtungen gezeigt, die
es gestatten, dreipolige bzw. mehrpolige elektromotorische Antriebsvorrichtungen
bei Verwendung nur einer Kontakteinrichtung mit Voreilung der Erregung vorwärts
und rückwärts laufen zu lassen. Der Überdeckungswinkel w' wird hierbei so groß und
symmetrisch zu den Magnetpolen gemacht, daß für beide Richtungen eine gleich große
Voreilung erzielt wird. Man erreicht hierdurch, daß die Kontakteinrichtung n.)z
die für den Anlauf notwendige Voreilung und Überdeckung aufweist, so daß der Motor
in jeder Stellung ein genügendes Drehmoment hat und einwandfrei anlaufen kann: Durch
Umschalten der Reihenfolge der zu erregenden Magnete wird. die Antriebsvorrichtung
in anderer Drehrichtung gedreht. Die Kurve IIIl (Fig. ig) stellt beispielsweise
die Strecke dar, während welcher die Statorspule III erregt ist. Diese Statorspule
III wird nicht etwa erst stromlos, wenn der Anker vor Polmitte angelangt ist, sondern
um einen gewissen Winkelbetrag w3 früher. Die Reihenfolge der Erregung der Statorspule,
die maßgebend ist für die Drehrichtung, ist aus Fig. 1g beiinRechtslauf und aus
Fig.2o beim Linkslauf ersichtlich. Die dazugehörige Schaltung zeigt Fig. 21 und
22; von denen die Schaltung nach Fig.22 im wesentlichen die gleiche ist wie Fig.
21, jedoch eine einfache Darstellung des Umschalters zeigt. Ist entsprechend Fig.
2i der Umschalter für Rechtslauf eingestellt, so erhält zunächst die Statorspule
I Strom über Erde, Kontakt Il; u1, Statorspule I; Batterie, Erde. Nach einer gewissen
Drehung des Ankers erhält die Statorspule II Strom über Erde, III, u', Statorspule
II, Batterie; Erde und nach einer weiteren Drehung des Ankers die Erregung der Statorspule
III über Erde, 11h, 0, Statörspule III, Batterie, Erde usw. Wird nun der
Umschalter zu dem Zwecke umgelegt, den Motor in entgegengesetzter Richtung laufen
zu lassen, so erhält zuerst die Statörspule III Strom über Erde, Il, u1, Statorspule
III, Batterie, Erde. Nach einer gewissen Drehung des Ankers in der entgegengesetzten
Richtung schließt IIII, wodurch die Spule II erregt wird über Erde, IIII, u3, Statorspule
II, Batterie, Erde. Nach einer weiteren Umdrehung schließt Il', wodurch die Statorspuie
I erregt wird über Erde, IIl, u=; Statorspule I, Batterie, Erde. Die in den beiden
Fig. 2i und :2?- dargestellten Widerstände und Kondensatoren dienen in der Hauptsache
der Funkenlöschung an den Umschaltekontakten.
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In den Fig. 23, 24 und 25 ist ein Ausführungsbeispiel eines Elektromotors
dargestellt, der unter Verwendung nur einer Kontakteinrichtung vorwärts undrückwärtslaufenkannund
dessen Stator aus sechs feststehenden Magneten besteht. Die einander gegenüberstehenden
Magnete sind- in Serie geschaltet. Die Reihenfolge ihrer Erregung sowie die Anordnung
der Magnete ist aus den beiden Diagrammen 23 und 2:1 ersichtlich, während die Schaltung
nach Fig. 25 in ganz ähnlicher Weise arbeitet wie die an Hand der Fig.2i beschriebene
Schaltung: Zwecks sicheren Anhaltens des Motors finden die in Fig. -26 dargestellten
Einrichtungen Anwendung. Hier steuert der Anker einen
Kontaktfedersatz
kwl bis liw3, der die Wicklung desjenigen Poles, vor welchem der Anker halten soll,
über den Haltekontakt 1a° erregen kann. Mit dem Haltekontakt lt= ist ein weiterer
Haltekontakt hl mechanisch verbunden. Der Haltekontakt hl kann einen Stromkreis
eines die Umschaltekontalcte aa betätigten Relais U einschalten. Soll der Motor
angehalten werden, so werden zunächst die Haltekontakte lal und h" geschlossen.
Hierdurch wird einerseits das Magnetpaar, vor welchem der Anker halten soll, und
andererseits das Umschalterelais U -eingeschaltet. Das Umschalterelais U legt die
Kontakte u1 bis aal um und zwingt dadurch den Anker, seine Drehrichtung umzukehren.
Hierdurch wird die Umdrehungszahl des Ankers stark herabgesetzt, so daß der eingeschaltete
Haltepol besser zur Wirkung kommen kann.
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Der Haltekontakt lag kann auch als Wechselkontakt ausgebildet werden
und so justiert sein; daß er später als hl umgelegt wird und dadurch die Spannung
von den Kontakten nk wegnimmt. Der Anker wird hierdurch nur für eine ganz kurze
Zeit gezwungen, die Drehrichtung umzukehren, während in der folgenden Zeit nur die
Haltewicklung eingeschaltet bleibt.