DE707788C - Anordnung zur UEbertragung von Winkelverstellungen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Übertragung von Winkelverstellungen Zur übertragung von beliebigen Winkelverstellungen bzw. Drehbewegungen sind schon zahlreichhe Einrichtungen bekanntgeworden. Eine der am meisten verwendeten Anordnungen dieser Art ist das übertragungssystem, welches sowohl als Geber wie auch als Empfänger ,einen sogenannten Drehwandler benutzt, d. h. eine Einrichtung, welche nach Art ,eines Synchronmotors ,aufgebaut ist. Derartige Einrichtungen können verschiedenartig geschaltet seien. Beispielsweise werden der Geber und der Empfänger mit- je einem dreiphasigen Ständer versehen, die beide an das gleiche D@nehstromnetz angeschlossen sind, während die Läufer ein- oder mehrphasig ausgebildet und aufeinandergeschal.tet sind. Es hat sich nun gezeigt, daß derartige Übertragungseinrichtungen verhältnismäßig viel Leistung benötigen, um ein ausreichendes Drehmoment für die Einstellung des Empfängers in Abhängigkeit vom Geber aufbringet?, zu können. Aus diesem Grunde sind derartige mit Drehwandlern.arbeitende Übertragungssysteme oft im Verhältnis zum Zweck der Einrichtung vergleichsweise reichlich zu bemessen.
• Besonders ungünstig liegen solche Fälle, in denen @es auf äußerst geringes Gewicht der beweglichen Systeme ankommt, z. B. zur Fernübertragung der Anzeige von Meßinstrumen_ben. Bildet man nämlich die Läufer nach Art von Drehspulen aus, so erhält man einen verhältnismäßig sehr kleinen Winkelquerschnitt bei verhältnismäßig sehr breitem Luftspalt. Die Leistungsübertragung von den Ständern auf die Läufer oder umgekehrt wird dann so gering, daß in den Empfängern zu kleine Drehmomente auftreten, als daß eine Fernübertragung gewährleistet sein könnte.
• Die Erfindung betrifft nun eine Verbesserung von übertragungseinrichtungen der gekennzeichneten Art, welche eine Verminderung der benötigten Leistung oder umgekehrt bei gleichem Effektivwert der Ströme bzw.

  bei etwa gleicher Verlustleistung die Auf-

  bringung eines vielfachen Einstelldrehmomen-

  tes gegenüber den bisher bekannten Anord-

  nungen erlaubt. Sie soll in erster Linie für

  Zwecke der Fernanzeige. beispielsweise der

  Fernübertragung der Anzeige von Meßinstru.

  menten, benutzbar sein und verwendet daher

  Geber- und Empfängersysteme mit sehr klei-

  ner beweglicher Masse, bei denen also der

  Ständer dreiphasig ausgebildet ist, z. B. mit

  einer in Nuten untergebrachten dreiphasigen

  Ringwicklung, während der Läufer als Kör-

  per mit möglichst kleiner beweglicher Masse

  hergestellt wird. Erfindungsgemäß ist der

  Läufer in Form einer Rahmen- oder Glocken-

  spule vorgesehen, die drehbar 'im Luftspalt

  zwischen dem Ständer und einem zylindri-

  schen, glatten, vorzugsweise fest mit dem

  Ständer verbundenen Eisenkern angeordnet

  ist, und die Läufer von Geber und Empfänger

  sind weiterhin an eine W ,#chsel.spannungs-

  quelle angeschlossen, die Spannungen liefert,

  welche einen im Vergleich zu normalen tech-

  nischen Wechselspannungen extrem hohen

  Spannungsgradienten besitzen. Eskommt llter-

  für beispielsweise eine Speisung mit höheren

  Frequenzen in Frage, etwa mit Tonfrequenz

  oder Hochfrequenz, wie sie an sich für andere

  Übertragungssystetrne schon bekannt ist, oder

  aber die Speisung mit niederfrequentem nicht

  sinusförmigem Wechselstrom mit im Verglich

  zu seinem Effektivwert hohem Scheitelwert,

  vorzugsweise Spitzenstrom, wie man ihn mit

  einem Kippschwinggerät, Kontaktwalze, rotie-

  rendem Quecksilberschalter oder einer sonsti-

  gen Schaltvorrichtung erhält, die es gestattet,

  kurz dauernde Stromstöße. von hohem Schei-

  telm#ert, aber geringem Eitektivwert, peri-

  odisch zu erzeugen.

  Die Anwendung von Schaltapparaten, Kon-

  taktvorrichtungen u. dgl. zur wechselweisen

  Ein- und Ausschaltung von Strömen ist selbst-

  verständlich an sich bekannt. Es handelt

  sich dabei uni die Erzeugung intermittieren-

  der Ströme schlechthin aus Gleichstrom, und

  es ist auch schon angegeben worden, die

  Erzeugung intermittierender Ströme für die

  Anwendung in Übertragungssy#st,em,en auf die-

  sem Wege vorzunehmen, damit auch auf der

  Grundlage eines Gleichstromnetzes mehrpha-

  sige C`bertragungssysteme benutzt werden kön-

  nen. Bei derartigen bekannten Einrichtungen

  wird _jedoch nach Möglichkeit die Erzeugung .

  sinusförmiger Wechselspannungen. angestrebt

  und kann auch durch Einschaltung entspre-

  chender Induktivitäten mehr oder weniger gut

  verwirklicht werden. Nach der Erfindung

  dagegen soll gerade die Plötzlichkeit des

  Schaltvorganges in einem derartigen Kon-

  taktapparat ausgenutzt werden, um Spannungs-

  änderungen von besonders großer Steilheit i

  zu erzeugen. Durch. die Verwendung derartiger Ströme zur Speisung des einen Teiles (Ständers oder Läufer) der Systeme lassen sich die in dem anderen Teil induzierten ..Ausgleichströme unter Umständen außerordentlich steigern, wodurch die in den Empfängern bei Ausl:enkung der Geber erzeugten Drehmomente ebenso zunehmen, ohne daß die schädliche Erwärmung der Wicklungen zunimmt, weil diese immer nur vom Effektivwert des sie durchfließenden Stromes abhängt. Anstatt der obenerwähnten Kontakt-oder Kippkreisanordnungen können zur Umformung bzw. Erzeugung von Spannungs- bzw. Stromstößen mit steilen Flanken, d. h. von Spannungen bzw. Strömen mit spitzer Kurvenform, gemäß der Erfindung auch Transformatoren oder Drosseln . mit hochgesättigtem Eisenkern oder mit einem Kern, dessen Material einen scharfen Knick der Magnetisierungskurve aufweist, angeordnet werden, wie sie für solche Zwecke anderweitig schon vielfach Verwendung gefunden haben.
• Besonders einfach und vorteilhaft sind die Übertragungseinrichtungen nach der Erfindung deswegen, weil durch die beschriebene Ausbildung der Systeme die träge Mässe und das Gewicht des beweglichen Teiles auf einen Kleinstwert gebracht werden, der in vielen Fällen eine Fernübertragung überhaupt erst ermöglicht und "nicht nur erhöhte Einstellmomente, sondern auch eine Verbesserung der sonstigen Einstellbedingungen ergibt.
• Werden in Verfolgung des Erfindungsgedankens höhere Frequenzen angewendet, so ist zu beachten, daß bei Steigerung über eine optimale Frequenz hinaus die übertragbare Nutzleistung bzw. das Einstelldrehmoment wieder abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit steigender Frequenz die Verluste durch Streuung und Wirbelsträme wachsen.
• Der Erfindungsgedanke möge an Hand des in der Abbildung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel.es näher erläutertwerden. Der Geber t und der die Winkelstellung des Gebers nachbildende Empfänger 2 mögen jeder einen dreiphasigen Ständer besitzen, der nach Art des Ständers eines Synchron-Motors ausgebildet ist.- je eine Phasenwicklung des Gebers ist mit je einer Phasenwicklung des Empfängers über die Leitungen 3 verbunden. Geber und Empfänger !sind läuferseitig einphasig ausgebildet und über Schleifringe q. bzw. 5 an die Leitungen 6, 7 ange= schlossen, welche beispielsweise von einem nur schematisch dargest,el.lten Kippgerät 8 gespeist werden. Das Gerät 8 kann mitGleichstrom oder Wechselstrom aus der Stromquelle r o gespeist werden. Als Kippgerät kann gemäß der Erfindung jedes für diesen Zweck geeignete und schon anderweitig bekannte Gerät Verwendung finden, beispielsweise unter Verwendung von Schaltungen mit Glimmröhren, Elektronenröhren oder Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit oder ohne Gittersteuerung. In Abb.2 ist schematisch ein Schnitt durch ein Gerät dargestellt, wie es beispielsweise für den Geber und den Empfänger verwendet werden kann. Ein in der normalen Bauart .elektrischer Maschinen hergestellter Ständer i i, dessen symmetrisch liegende dreiphasige Wicklung nicht dargestellt ist, umfaßt einen zylindrischen Eisenkern 12. In dem Luftspalt zwischen dem -Ständer i i und dem Kern 12 ist ein Spulenrahmen 13 angeordnet, dessen Zuführungen über Schlieifringe- z q. an die Klemmen 15 geführt sind. Die Achse 16 der Spule 13 trägt beim Empfänger einen Zeiger 17, der über der Skala 18 schwingt. Beim Geber sind außerdem Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Achse vorgesehen. Geber und Empfänger können mit jeder bekannten. Dämpfüngseinrichtung, insbesondere auch mit magnetischer Wirbel.-strömdämpfung; versehen sein.
• De Abb. 3 und q. zeigen zwei Ausführungsbeispiele für die Ausbildung derartiger leichter Läufersysteme. In Abb.3 ist i das Ständerpaket, dessen Nuten auf der rechten Hälfte des Schnitts dargestellt sind. Die Wicklung ist in der Abbildung der Deutlichkeit halber weggelassen. -Fest mit dem Ständer verbunden sind die Grundplatte 2 und die Lager 9, i o für die Achse 5 des Läufers. Als Läufer dient ein vorzugsweise frei tragend ausgebildeter Spulenrahmen 8, der im Luftspalt zwischen dem Ständer i und einem glatten zylindrischen Kern 3 drehbar ist. Der Kern ist entweder aus Blechen aufgeschichtet oder besteht aus einem Spezialeisen, z. B. Hochfrequenzeisen, und kann auf der Grundplatte 2 beispielsweise durch ein Rohr q. und Druckplatten 6, 7, welche vorzugsweise aus unmagnetischem Material. bestehen, befestigt sein. Die Spule 8 ist mit der Achse 5 nur oberhalb des Kernes 3 fest verbunden. Unterhalb der Platte 7 ist sie frei um das Befestigungsrohr ¢ herumgeführt. Die Zuführung der Ströme zur Spule 8 sei durch die Schleifringe i i angedeutet. Sie kann jedoch u. U. auch durch Federn erfolgen.
• Abb.4 zeigt eine abgeänderte Ausführung mit glockenförmiger Wicklung des Läufersystems. Der Ständer sei wieder mit i bezeichnet, die Grundplatte mit. 2, der unmittelbar auf der Grundplatte befestigte Kern mit 3. Die Ständerwicklung ist nicht dargestellt. Der Läufer besteht aus den beiden Spulen ¢ und 5, welche mittels eines Bügels 6 frei tragend ati der Achse 7 befestigt sind.
• Statt eines Kippgerätes können, wie schon oben erwähnt wurde, auch Schaltapparate zur Erzeugung von periodischen Stromstößen kurzer Dauer verwendet werden. Abb. 5 zeigt ' ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltung mittels rotierenden ' Quecksilberschalters, Kontaktwalze oder mechanischen Pendelschalters. Die Anlage möge aus einer Gleichstromquelle i o gespeist werden, die z. B. einen Kondensator 12 über eine Drossel i i mit vergleichsweise hoher Induktivität und merklichen Ohmschem Widerstand auflädt. Wird der Schalter 13 im Laufe seiner -periodischen Bewegung geschlossen, so entsteht unter dem Einfluß der plötzlichen Entladung des Kondensators 12 ein sehr starker und steil. .verlaufender Stromstoß in den Wicklungen -14 bzw. 15 der Empfänger, deren zweite Wicklungen 16, 17 miteinander verbunden sind. Nichtsdestoweniger braucht der Schalter 13 bei der öffnung nur einen kleinen Strom zu unterbrechen, nämlich einen über die Drossel i i fließenden Strom, da der Kondensator i 2 inzwischen seine Ladung bereits weitgehend verloren hat und nach der - Schalteröffnung erst wieder über die Drossel, i i aufgeladen werden muß.
• Vergleichende Versuche haben gezeigt, däß, wenn eine Übertragungseinrichtung nach Abb. i und 2 einmal mit sinusförmigen Wechselspannungen der Frequenz 5o Hz und einmal mit über ein Kippgerät erzeugten Kippspannungen von 50 Hz gespeist wurde, im letzteren Falle bei- gleichem Effektivstrom bzw. bei etwa der gleichen Verlustleistung ungefähr das iofache Drehmoment für die Einstellbewegung des Empfängers zur Verfügung steht. Durch geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen von Geber- und Empfängereinrichtung sowie durch entsprechende Beeinflussung- der Kurvenform und Frequenz der zugeführten Spannungen kann dieses Ergebnis gegebenenfalls noch verhessert werden.
• Die Erfindung bietet- also technische Vorteile gegenüber den bisher bekannten Einrichtungen erstens hinsichtlich der Genauigkeit und Schnelligkeit der Einstellung des Empfängers auf die übertragenen Winkelwerte und zweitens hinsichtlich des Raum-, Gewicht- und Leistungsbedarfs einer solchen Fernanzeige- -anl.age. Von größter Bedeutung ist die nun mögliche äußerste Verringerung von Gewicht und Trägheitsmoment der Läufersysteme. Insbesondere bei der Anwendung derartiger Einrichtungen auf Fahrzeugen können diese Vorteile für die Verwendungsmöglichkeiten von Fernanzeigeeinrichtungen von ausschlaggebender Bedeutung sein, indem sie erlauben, auch in solchen Fällen übertragungseinrichtungen nach dem Drehwandlerprinzip mit ihren sonstigen bekannten Vorzügen nutzbar zu machen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur übertragung von Win. kelverstellungen oder zur Fernanzeige mii Hilfe von Geber- und Empfängereinrichtungen nach dem Drehwandlerprinzip, bei denen der feste Teil des Gebers als dreiphasiger Ständer ausgebildet und mit dem gleichartig ausgebildeten festen Teil des Empfängers in Gegenschaltung verbunden ist, während die einphasig gewickelten Läufer von Geber und Empfänger, die aus einer gemeinsamen Spannungsquelle gespeist werden, als Systeme mit sehr kleiner beweglicher Masse ausgebildet sind, insbesondere zur Fernübertragung der Anzeige von Meßinstrumenten, _ dadurch gekennzeichnet, daß die als drehbare, im Luftspalt zwischen dem Ständer und einem zylindrischen, glatten Eisenkern angeordnete Rahmen- oder Glockenspule ausgestaltete Läuferwicklung des Gebers und Empfängers an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, welche Spannungen mit im Vergleich zu normalen technischen Wechselspannungen extrem hohem Spannungsgradienten liefert. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Gebers und Empfängers eine Wechselspannungsquelle höherer Frequenz, beispielsweise mit einer Frequenz von mindestens i oo Hz, dient. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des übertragungssystems ein Kontaktapparat vorgesehen ist, der durch periodische Ein-oder Ausschaltung bzw. Umpolung einer dem Geber und Empfänger zugeführten Gleich- oder Wechselspannung eine periodische Wechselspannung mit sehr hohem Spannungsgradienten erzeugt. a. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ,gekennzeichnet, daß der mit vergleichsweise niederer Frequenz arbeitende Kontaktapparat in den Stromkreis einer gleich-oder höherfrequenten Stromquelle eingeschaltet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Schaltoperation des Kontaktapparates zu der Frequenz der geschalteten Wechsel-Spannung in einem vorgegebenen Verhältnis steht. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer des Kontaktapparates im Vergleich zur Schaltpause bzw. Schaltperiode kurz bemessen ist. 7. Anordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kippgerät an sich bekannter Bauart vorgesehen ist, vermittels dessen dem Geber und dem Empfänger absatzweise Spannungsstöße, beispielsweise Kippspannungen beliebig wählbarer Form, zugeführt werden. B. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierender Quecksilberschalter als Kontaktapparat vorgesehen ist. 9. Anordnung nach Anspruch 3 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltapparat in Reihe mit den Empfängern an einen Kondensator angeschlossen ist, der über eine Drossel vergleichsweise hoher Induktivität und gegebenenfalls einen Vorschaltwiderstand aus einer Gleichstromquelle aufgeladen wird (Abb.5). i o. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung von Spannungen bzw. Strömen mit steilem Anstieg Transformatoren bzw. Drosseln mit hochsättigbarein Eisenkern vorgesehen sind, mittels deren eine zugeführte, im wesentlichen sinusförmige Spannung in eine solche spitzer Kurvenform umgewandelt wird.