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Vorrichtung zur Erzeugung einer der Größe und Richtung nach veränderbaren
Wechselspannung, z. B. für elektrische Folgebewegungs- oder Geschwindigkeitssteuerungen
Die Erfindung betrifft eine neuartige Einrichtung zur Erzeugung einer stellungsabhängigen
Regelgröße für beliebige Zwecke, vorwiegend auch zur Verwendung bei Folgebewegungssteuerungen
u. dgl. Gegenüber bekannten Systemen, die zumeist motorähnliche Wicklungen zur Erzeugung
von Drehfeldern benutzen, hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, daß
sie mit lauter festen Wicklungen und damit ohne jeden Schleifring arbeitet. Außerdem
sind sämtliche Wicklungen in, einfachster Weise als konzentrische, feste Ringspulen
ausgebildet, die jede für sich fertig gewickelt werden können.
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Die zu erzeugende Regelgröße ist eine nach Größe und Richtung veränderbare
Wechsel-Spannung. Zu ihrer Erzeugung dienen mit einphasigem Wechselstrom erregte
magnetische Kreise, deren magnetischer Widerstand durch Veränderung ,der Luftwege
der magnetischen Kraftlinnen in Abhängigkeit von der Stellung eines drehbaren, aus
magnetisierbarem Werkstoff bestehenden Steuergliedes regelbar Ist. Derartige Systeme,
die aus einer Induktionsspule und aus einem zweiten,. durch zwei gegensinnig in
Reihe geschaltete Spulen gebildeten System besteht, sind schon bekanntge*orden.
Die Spulen sind dabei auf einem dreischenkligen magnetischen Kern. aufgebracht,
der nur auf einer Seite über ein festes Joch geschlossen ist, während die magnetisch
leitende Verbindung auf ,der anderen Seite
durch das oben erwähnte
drehbare Steuerglied aus magn:etisierbarem Werkstoff hergestellt wird. Es ist bei
dieser bekannten Einrichtung jedoch schwierig, eine bestimmte vorgegebene Kurvenform
der Regelspannung zu erhalten und ihre Verwirklichung erfordert in jedem Fall teure
herstellungstechnische :Maßnahmen. Außerdem ist die Gesamtanordnung bei dem bekannten
System in ihrem räumlichen Aufbau sperrig.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer andersartigen, verbesserten Ausgestaltung
solcher Systeme. Erfindungsgemäß sind die beiden Spulenanordnungen als konzentrische
Ringspulen ausgeführt, wobei vorzugsweise die beiden gegensinnig in Reihe geschalteten
Spulen axial nebeneinander und die dritte Spule innerhalb der beiden anderen Spulen
angeordnet ist; ferner sieht die Erfindung die Lagerung einer Anzahl Bügel aus magnetisierbarem
Werkstoff, z. B. aus Eisen, zwischen den Spulen vor, die jeweils innerhalb der einen
und außerhalb :der anderen der beiden gegensinnig geschalteten Einzelspulen aneinander
anschließend in axialer Richtung verlaufen, und schließlich ist im Innern des Spulensystems
eine aus magnetisierbarem Werkstoff bestehende Welle drehbar gelagert, die an ihren
beiden Enden mit zwei gleichliegenden magnetisierbaren, vor den Stirnflächen des
Spulensystems radial sich erstreckenden Polflügeln verbunden ist und zusammen mit
den magnetisierbaren Bügeln und den Polflügeln jeweils einen magnetischen Kreis
bildet, dessen Widerstand durch Drehung der Welle regelbar ist, und dessen Erregung
durch Anschluß der beiden nebeneinanderliegenden, in Reihe geschalteten Spulen an
das speisende Wechselstromnetz erfolgt. Diese Anordnung hat gegenüber der bisher
bekannten Einrichtung den Vorzug, daß sie sich leicht in vollständig axial symmetrischer
Form halten läßt, so daß die ganze Einrichtung in einem rohrartigen Gehäuse von
äußerst geringem Raumbedarf untergebracht werden kann. Auch die Kurvenform der erzeugten
Regelspannung kann leicht wunschgemäß gestaltet werden, da hierzu lediglich entsprechende
Änderungen in der Breite der mit der Welle verbundenen Polflügel vorzunehmen sind.
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Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Eine
. innere Ringspule i, die von zwei gegensinnig in Reihe geschalteten äußeren Ringspulen
z und 3 kOnzentrisch umfaßt wird, ist gemeinsam mit diesen im Gehäuse q, mittels
ineinanderpassender Tragkörper aus Preßstoff 5, 6, 7 fest angeordnet. In der Bohrung
des inneren Tragzylinders 5 ist eine Welle 8 aus magnetisierbarem Werkstoff, z.
B. Eisen, drehbar, die an ihren Enden, z. B. mittels zweier Zapfen 9, io in zwei
Preßstoffscheiben 11, 12 gelagert ist. An ihren Enden trägt die Welle 8 je einen
Flügel 13, 14 aus magnetisierbarein Werkstoff, dessen Form etwa durch Abb. z a gegeben
sein mag. Beide Flügel sind mit der Welle so verbunden, daß sie sich in der gleichen
radialen Richtung, bezogen auf die Welle 8 erstrecken und in dieser gegenseitigen
Läge durch Drehen der Welle 8 vor den Stirnseiten der Spulenanordnung verstellbar
sind. Die äußeren Spulen 2, 3 sind im Ausführungsbeispiel mit zwei nach Abb. a b
am Umfang diametral gegenüberliegenden magnetischen Schlüssen versehen, :die durch
die eingefügten, z. B. eisernen Bügel 15, 16, 17, 18 gebildet werden. Der eine magnetische
Weg besteht aus den beiden Bügeln 15, 16, verläuft also außerhalb der Spule 3, jedoch
innerhalb der Spule 2. Der zweite besteht aus .den beiden Bügeln 17, 18, verläuft
also umgekehrt innerhalb der Spule 3 und außerhalb der Spule a. Diese einzelnen
magnetischen Wege schließen sich bei entsprechender Stellung der Welle 8 durch die
Flügel 13, 14., die Welle 8 und die geringen Luftspalte zwischen den Flügeln und
den Bügeln 15, 16 bzw. 17, 18. Werden die Spulen :2, 3 mit Einphasenstrom gespeist,
während sich die Flügel 13. 14. beispielsweise in der gezeichneten Stellung befinden,
dann wird durch den genannten magnetischen Kreis ein Wechselfluß getrieben. Bezüglich
der Entstehung und der Größe dieses Flusses ist zu beachten, daß die außerhalb einer
Spule verlaufenden magnetischen Wege von dieser Spule nicht magnetisiert werden.
In Abb. i ist die Entstehung des resultierenden Flusses durch Pfeile angedeutet,
für den Fall, daß :die augenblickliche Richtung des in den Spulen a, 3 fließenden
Wechselstromes durch die eingezeichneten Richtungszeichen gegeben ist. Es ist daraus
zu entnehmen, daß die Teilflüsse für die gezeichnete Flügelstellung sich nicht etwa
gegenseitig aufheben, sondern daß sich tatsächlich ein resultierender Wechselfluß
ergibt. In der Spule i wird daher eine Wechselspannung induziert.
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Drehen wir nun die Flügel 13, 14 langsam an den Seitenarmen der Bügel
15, 16 vorbei, dann vergrößert sich der magnetische Widerstand des Kreises, der
resultierende Fluß wird geringer und die in der Spule i induzierte Wechselspannung
sinkt daher ebenfalls. Drehen wir die Flügel so weit, daß sie gegen die Bügel um
go° versetzt sind, dann erreicht der resultierende Fluß und damit auch die in der
Spule i induzierte Wechselspannung ihren kleinsten Wert, der angenähert gleich Nullsein
wird.
Dreht man die Flügel weiter als go° aus der ursprünglichen
Lage, so daß sie sich nunmehr ,den Bügeln 17, i8 nähern, :dann kehrt sich beim Überschreiten
dieser Mittellage jeweils die Richtung des resultierenden Wechselflusses um; die
induzierte Wechselspannung in der Spule i wird also eine Phasenverschiebung von
i8o° erfahren. Der größte Wert, den die induzierte Spannung annehmen kann, tritt
auf, wenn die Flügel 13, 14 sich gerade vor den Bügeln 15, 16 bzw. 17, 18 befinden.
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Die Größe. der Wechselspannung der Spule i ist also eine sinusartige
Funktion von der Winkelstellung der Flügel 13, 14. In Abb. 3 sind beispielsweise
mehrere solcher Funktionen dargestellt. Die Form der Kurven ist dabei noch von der
Breite der Bügel und der Breite und Gestalt der Flügel 13, 14 abhängig.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steilheit der in
Abb-. 3 dargestellten Spannungskurven verändert werden, indem man die Zahl der Bügel
verändert. Man kann z. B. mit mehreren nebeneinander angeordneten Bügeln Kurven
erhalten, die in der Nähe des Nullpunktes steiler verlaufen als die mit nur zwei
Bügeln erzeugte Spannungskurve (vgl. Kurven 2, 3 in Abb.3). Ferner läßt sich die
Kurvenform noch weitgehend dadurch beeinflussen, daß man die Bügel am Umfang unsymmetrisch
verteilt. Es ist mit diesen Hilfsmitteln praktisch jede gewünschte Kurvenform, insbesondere
auch eine mehr oder weniger angenäherte Sinusform, erreichbar.
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Das Anbringen der magnetisierbaren Bügel 15, 16 usf. kann ohne Raumverlust
praktisch dadurch erfolgen, daß die aus Kunststoff o. dgl. hergestellten Spulenkörper
der Spulen 2, 3 außen und innen mit entsprechenden Nutungen versehen sind, in welche
die Bügel eingelegt werden.
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Werden beispielsweise insgesamt vier magnetische Schlüsse vorgesehen,
dann sind die Spulenkörper zweckmäßig so auszuführen, wie es in Abb.2c dargestellt
ist. Auf der Innenseite trägt dann jeder Spulenkörper zwei nebeneinanderliegende
Nuten und auf der Außenseite entweder symmetrisch oder unsymmetrisch zu den ersteren
eine gleiche Zahl von nebeneinanderliegenden Nuten, in welche die Bügel einzulegen
sind. Außerdem sind in die Stirnflächen der Spulenkörper z-#veckmägig j e vier Radialnuten
eingepreßt, in welche die Seitenarme der U-förmigen Bügel eingelegt wenden. Die
magnetischen Stege sind damit gegen Verschiebung in der Umfangsrichtung gesichert.
Gegen radiale Verschiebung werden die Stege am besten dadurch gesichert, daß man
die ganze Spulenanordnung z. B. - .mit Paßsitz in ein zylindrisches Gehäuse einfügt,
das an seinen Enden gleichzeitig die Lagerung für die Welle 8 tragen kann.
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Die Erfindung läßt sich nun sowohl bei geschwindib keitsabhängigen
als auch bei wegabhängigen Fernsteuerungen mit Vorteil verwenden. SolldieAnordnungbeispielsweisezur
Betätigung einer Geschwindigkeitssteuerung gemäß Fig. 4 dienen, dann wird das System
nach der Erfindung als Geber verwendet. Dabei ist der Ständer fest und die Welle
8 mit einer Steuerkurbel 22 o. dg1. gekuppelt. Die in der Spule i induzierte Wechselspannung
wird zweckmäßig einem Richtverstärker oder Röhrenverstärker ig zugeführt, der einen
von der Winkelstellung der Flügel 13, 14 gegenüber dem Ständer abhängigen Gleichstrom
von beliebig vorzugebender Stärke an den Verstellantrieb M abgibt.
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Die Anordnung arbeitet dabei in folgender Weise: Dreht man die Geberwelle
8 mit den Flügeln 13, 14 aus ihrer Nullage heraus, dann wird in der Spule durch
die mit Einphasenstrom gespeisten Spulen 2, 3 eine Wechselspannung induziert, deren
Größe der jeweiligen Auslenkung der beiden Flügel aus der Nullalt und deren Richtung
(gleich oder entgegengesetzte Phasenlage wie die induzierende Primärspannung) .der
Richtung dieser Auslenkung entspricht. Mit dieser Wechselspannung wird der Richtverstärker
bzw. Röhrenverstärker ig gespeist, der seinerseits eine Gleichspannung abgibt, die
den Verstellmotor M .zum Anlaufen veranlaßt, und zwar mit einer Drehgeschwindigkeit
und einem Drehsinn, die genau der Stellung der Flügel 13, 14 entsprechen. Dreht
man die Flügel in eine andere Lage, dann wird in der Spule i eine andere Spannung
induziert, der Verstärker gibt eine andere Gleichspannung ab, und der Verstellmotor
nimmt daher eine neue Drehgeschwindigkeit an. Soll der Verstellantrieb bzw. der
zu verstellende Gegenstand 21 zur Ruhe kommen, dann müssen die Flügel in ihre Nullage
zurückgedreht werden, in der also keine Spannung mehr induziert wird.
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Abb. 5 zeigt eine andere Anordnung, bei der der Erfindungsgegenstand
als Geber einer wegabhänbigenFernsteuerung verwendet wird. Die Spule i ist wieder
über einen Verstärker ig mit dem Verstellmotor M verbunden, der z. B. über ein Schneckengetriebe
2o den Verstellgegenstand 21 antreibt. Mit dem Verstellgegenstand ist nun das drehbar
gelagerte Gebergehäuse 4 entweder mechanisch oder mittels elektrischer Welle gekuppelt,
so daß es jeder Drehung des Verstell;gegenstandes nachfolgt. Die Wirkungswneiseistfolgende:
Werden die Flügel 13, 14 mittels der Welle8 in irgendeine Sollage eingestellt, dann
wird in der Spule i wieder eine entsprechende Wechselspannung
induziert,
die den Verstärker ic, zur Abgabe einer Gleichspannung veranlaßt, welche den Verstellmotor
zum Anlaufen bringt. Sobald sich der Verstellgegenstand aber zu drehen beginnt,
verdreht er auch das mechanisch oder elektrisch mit ihm gekuppelte Gebergehäuse
q. im Sinne einer Beseitigung der Winkelabweichung zwischen dem Gebergehäuse und
der Welle B. Dadurch nimmt die erzeugte Wechselspannung in dein Maße ab, wie der
Stellungsunterschied zwischen Geber und Verstel.lgegenstand verschwindet, und der
Verstellmotor M mit dem Verstellgegenstand kommt in seiner neuen, gewünschten Sollage
zur Ruhe.
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Das Gerät hat einen äußerst geringen Raumbedarf und ist auch denkbar
einfach herzustellen. Die Ausführung :der Anordnung ist im übrigen nicht an die
in !den Zeichnungen dargestellte Form gebunden. Beispielsweise kann unter Beibehaltung
der Grundanordnung der Spulen dem ganzen Gerät eine flache Form, d. h. kleine axiale
Länge bei größerem Durchmesser gegeben werden, wenn dies dein Verwendungszweck entspricht.
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Für die Wirkungsweise des Gerätes ist es ferner gleichgültig, ob die
Speisung des Systems an den gegensinnig geschalteten Spulen a, 3 erfolgt oder an
der Ringspule i. Im ersten Falle wird die Regelwechselspannung an der Spule i abgenommen,
im zweiten Falle an den Spulen a, 3. Die Anschlüsse am Primär- und Sekundärteil
des Gerätes können also ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise vertauscht werden.