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Fernsteuervorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf Fernsteuervorrichtungen
mit einem Geber und einem Empfänger, die durch einen elektrischen Stromkreis verbunden
sind und je einen mit einem Abtastkontakt versehenen Stromabnehmer und je einen
Spannungsverteiler enthalten, von denen die beiden-letzten mit einer Reihe von Kontaktgliedern
versehen sind, die unter nacheinander sprungweise zunehmenden und in dem Geber und
dem Empfänger mindestens annähernd einander entsprechenden elektrischen Spannungen
stehen.
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Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die Bewegung des
Empfängers durch polarisierte Differentialrelais gesteuert wird, die einerseits
-von der Stellung des Gebers, andererseits von der des Empfängers beeinflußt werden,
wobei in dem Geber und dem Empfänger nur die Stromabnehmer beweglich ausgebildet
sind. Bei dieser Vorrichtung ist nur die Übertragung einer geringen Anzahl von Zeigerstellungen
beabsichtigt, und das bekannte System kann für die Übertragung einer größeren Anzahl
von Zeigerstellungen nur durch Erhöhen der Anzahl der Kontaktglieder oder durch
Kaskadenkupplung mehrerer derartiger Vorrichtungen verwendet werden. Ein Erhöhen
der Anzahl der Kontaktglieder ist nur begrenzt möglich, und die Kaskadenkupplung
bedeutet eine erhebliche Komplikation. Zum genauen Übertragen von Winkelwerten beliebiger
Größe ist die bekannte Vorrichtung also nicht geeignet, denn bei einer genügend
hohen Anzahl der Kontaktglieder werden die erhältlichen Differenzspannungen allzu-
klein, um die elektromagnetischen Steuermittel mit Sicherheit betätigen zu können.
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Demgegenüber besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß sowohl
die Spannungsverteiler als auch -die Stromabnehmer beweglich ausgebildet sind, wobei
in dem Geber und dem Empfänger die Stromabnehmer bzw. die Spannungsverteiler durch
miteinander elektrisch gekoppelte Hilfsvorrichtungen in winkelrichtigem Synchronismus
stetig angetrieben werden,
während der Spannungsverteiler bzw. der
Stromabnehmer des Gebers mit der zu übertragenden Bewegung und der Spannungsverteiler
bzw. der Stromabnehmer des Empfängers mittels einer durch an die Abtastkontakte
angeschlossene elektromagnetische '.Mittel gesteuerten Antriebsvorrichtung angetrieben
wird. Hier wird die gute Funktion der elektromagnetischen Steuermittel dadurch gesichert,
daß die bei nicht übereinstimmenden Lagen des Gebers und des Empfängers abgetasteten
Differenzspannungen stets einen beträchtlichen Wert haben, was darauf zurückzuführen
ist, daß die Spannungsverteiler eine begrenzte Anzahl von Kontaktgliedern mit sprungweise
verschiedenen Spannungen haben. Gleichzeitig wird die unbegrenzte Anzahl von möglichen
Schaltungen und die Genauigkeit jeder Schaltlage dadurch erzielt, daß der Abtastkontakt
die in einer Reihe angeordneten Kontaktglieder stets überfährt und die Bewegungsübertragung
unter Vergleich mit einer rotierenden Bewegung erfolgt. Wenn die elektromagnetischen
Steuermittel genügend schnellwirkend gemacht werden, was an sich nicht besonders
schwierig ist, kann hierbei eine früher nicht erreichbare Genauigkeit erzielt werden.
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Bei abweichenden Lagen des Gebers und des Empfängers entstehen periodische
Stromstöße, durch die die Antriebsvorrichtung des Empfängers geregelt werden soll,
so daß die Geschwindigkeit des Empfängers geändert wird. Wie später ausgeführt,
kann die Antriebsvorrichtung sehr wirkungsvoll und schnell arbeiten, wenn sie mit
einem epizyklischen Rädergetriebe, einer Reibantriebsvorrichtung und einer von dieser
angetriebenen Reibrolle versehen ist, die einstellbar ihrem Antrieb gegenüber verstellt
werden kann und mit dem Planetenrad des epizyklischen Getriebes durch. einen Antrieb
verbunden ist, der das Planetenrad im Kreise um das Kammrad antreibt, das mit einem
Getriebe zum Verschieben der Reibrolle gegenüber deren Antrieb verbunden ist.
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Auf den beiliegenden Zeichnungan stellen dar: Fig. i eine schematische
Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Vorrichtung zum Steuern oder Übertragen
von Bewegungen, Fig.2 eine schematische Ansicht des Teiles der Vorrichtung, Fig.3
eine schematische Ansicht desselben Teiles in einer anderen Winkelstellung.
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Fig. a eine abgeänderte Ausführungsform eines mechanischen Antriebes,
der einen Teil des Gerätes nach Fig. i bildet, Fig.5 eine andere Ansicht eines Teiles
des Antriehes nach Fig. 4.
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Nach den Zeichnungen ist ein Geber mit einer drehbaren Welle i versehen,
deren Winkel-oder Drehbewegungen auf den Empfänger üb::rtragen werden sollen. Die
Welle i kann durch eine Kurbel 3 gedreht werden. Der Geber ist mit einem elektrischen
Spannungsverteiler versehen, der fest auf. der Welle i sitzt und mit einer :Mehrzahl
von Schleifringen .1 ausgerüstet ist, die voneinander isoliert sind. Die Schleifringe
.4 sind elektrisch je mit einem Verteilersegment 5 verbunden. Diese Segmente sind
voneinander isoliert und auf einem Flansch 6 des Verteilers angebracht. Je eine
Kontaktbürste 7 schleift auf jedem der Ringe .f. Eine dieser Bürsten ist geerdet,
und die anderen Bürsten sind mit Stromquellen verschiedener Spannung verbunden,
z. B. führen die Bürsten Spannungen von o, 4, 8, 12 und 16 Volt, und in diesem Falle
liegen die Kontaktsegmente 5 der Reihe nach unter der Spannung von o, 4., 8, 12
und 16 Volt. Die spannungsführenden Kontaktsegmente 5 bilden die Hälfte einer kreisförmigen
Kontaktbrücke, deren andere Hälfte aus dem mit dein Nullpunkt verbundenen Kontaktsegment
und einem elektrisch isolierten Feld 6o besteht, das zwischen jenem Kontaktsegment
un(f dem die höchste Spannung führenden Kontaktsegment liegt. Koaxial mit dem Verteiler
2 ist eine als Stromabnehmer dienende Bürstentrommel 8 angeordnet, die von einem
Synchronmotor 9 gedreht wird. Die Bürstentrommel 8 ist mit zwei Schleifringen 12
versehen, die elektrisch voneinander isoliert sind und je mit einer gegenüberliegenden
Kontaktbürste ioverbunden sind. Während der Drehbewegung der Bürstentrommel 8 bewegen
sich die Bürsten io im Kreise über die Kontaktsegmente 5 des Verteilers und kommen
mit diesen in Eingriff, so daß sie nacheinander mit den Segmenten 5 eine elektrische
Verbindung von schrittweise zu- oder abnehmender Spannung herst°llen, es sei denn,
daß der Spannungsverteiler 2 genau dieselbe Drehgeschwindigkeit hat wie die Bürstentrommel
B. Die Bürsten io sind durch ihre Schleifringe 12 elektrisch je mit einer von zwei
Kontaktbürsten ii verbunden, die Enden von elektrischen Leitungen bilden.
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Der Empfänger mit seinem Spannungsverteiler, seiner Bürstentrommel,
seinen Bürsten usw. entspricht beim vorliegenden Ausfiiltrungsbeispiel der Erfindung
genau dein Geber. So ist der Empfänger mit einem Spannungsverteiler i
, , versehen, der mit entsprechenden Spannungen, z. B. o, .l, 8, 12 und 16
Volt arbeitet, die durch Kontaktbürsten 7 zugeführt werden. Der Verteiler 13 ist
mit z-inem nicht dargestellten Teil verbunden, dessen Bewegung oder Stellung gesteuert
werden soll. Die entsprechenden Bürsten 7 des Gebers und Empfängers können zu diesem
Zweck an dieselbe Stromquelle angeschlossen sein. Genau brauchen sich jedoch die
Spannungen nicht zu ent-#prechen, sondern sie können etwas verschieden voneinander
sein. Eine Abweichung von
o,2 Volt erscheint zulässig. Die Bürstentrommel
14 des Empfängers arbeitet mit Bürsten 15 zusammen und wird durch einen Synchronmotor
16 angetrieben. Die Bürsten io drehen sich in der Richtung der Pfeile in Fig. 2.
Die Bürste ios' des Gebers ist durch eine elektrische Leitung mit der Bürste iom'
des Empfängers verbunden, und die andere Bürste ios" ist durch eine andere elektrische
Leitung mit der anderen Bürste, iom" des Empfängers verbunden. Die Motoren g und
16 werden synchron angetrieben und sind an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen,
die mit einem Transformator 61 verbunden ist.
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Der Spannungsverteiler 13 ist durch ein Zahnrädergetriebe 17, 18 mit
einer Antriebswelle ig verbunden; die durch ein Umkehrgetriebe'2o mit einer Welle
21 verbunden ist, auf der ein Sperrad 22 sitzt. Das Sperrad 22 ist durch eine Schlupfkupplung
25 mit einer Welle 24 eines Motors 23 verbunden. Das Umkehrgetriebe 2o wird durch
einen Hebel 27 gesteuert, der auf einem Zapfen 26 gelagert und zwischen zwei Elektromagneten
28 und 29 beweglich gelagert ist. Die Elektromagnete 28, 29 sind mit einer Stromquelle
30 verbunden, und ihre Stromkreise können durch ein Gerät 31 geschlossen
und geöffnet werden, das zwischen zwei polarisierten Magneten 32 und 33 angeordnet
ist, deren Spulen mit den die Bürstentrommeln 8 und 14 verbindenden Leitungen verbunden
sind.
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Das Sperrad 22 wirkt mit einem federbelasteten Anker 35 zusammen,
der von einem Elektromagnet 34 gesteuert wird. Die Spule des Elektromagneten 34
ist mit einer Stromquelle 36 verbunden, und dieser Stromkreis ist mit elektrischen
Steuerungen, z. B. Relais 37, 38 verbunden, die je mit einer der beiden Leitungen
verbunden sind, die die Bürsten ios' und io-' bzw. ios" und io"'L" verbinden.
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Wenn die Spannungsverteiler 2 und 13 des Gebers und Empfängers dieselben
in Fig. 2 gezeigten Relativstellungen einnehmen, führt keine der die Bürsten ii
und 15 verbindenden Leitungen Ström, da keine Potentialdifferenz zwischen den an
ein und dieselbe Leitung-angeschlossenen Bürsten besteht. Sie führen dieselbe Spannung,
z. B. o bis 16 Volt. Wenn nun die Welle i und damit der Spannungsverteiler 2 aus
dieser Stellung herausgedreht wird, wird die Spannung an den Bürsten ii und 15 am
Geber und Empfänger verschieden hoch, da diese nun mit Segmenten 5 verschiedener
Spannung verbunden werden. Dann fließt ein Strom durch die Relais 37 und 38, die
den Strom für den Elektromagneten 34 schließen, so daß dieser den Anker 35 anzieht,
der das Sperrad 22 freigibt. Darauf hört der Schlupf in der Kupplung 25 auf, das
heißt der Motor 23 beginnt, die Welle 21 zu drehen, was sehr schnell und mit einem
erheblichen Drehmoment eintritt. Solange zwei Bürsten ii und 15, die die Enden ein
und desselben Stromkreises bilden, mit Kontaktsegmenten 5 verschiedener Spannung
verbunden sind, bleibt der Anker 35 angezogen, und die Welle ig dreht den Verteiler
13 des Empfängers. Nach Fig. 2 sind die Bürsten io und die Kontaktsegmente 5 so
angeordnet, daß nur eine von einem Paar Bürsten io mit einem stromführenden Segment
in Berührung kommen kann. Wenn z. B. der Verteiler 2 des Gebers in Richtung des
Pfeiles etwas, und zwar weniger als der Breite eines Segmentes 5 - entspricht, in
die strichpunktierte Stellung nach Fig. 3 verdreht worden ist, entsteht ein Spannungsunterschied
an den beiden Bürsten oder Leitungsenden ii und 15 einer jeden elektrischen Leitung
nur während der Zeit, in der sich die beiden Bürsten ios' und los" von der in ausgezogenen
Linien dargestellten Stellung A in die strichpunktiert gezeichnete Stellung B bewegen.
Während der Zwischenzeiten führen die Leitungen zwischen den Bürsten ii und 15 keinen
Strom, und der Magnet 34 läßt den Anker 35 los, der durch eine Feder augenblicklich
in die Sperrstellung bewegt wird und das Sperrad 22 und damit auch die Welle ig
anhält. Daher bewegt sich die Welle ig und der Spannungsverteiler 13 des Empfängers
mit kurzen, schnellen Schritten, bis der Verteiler 13 sich im Sinne des Uhrzeigers
drehend die in Fig.3 strichpunktiert gezeichnete Stellung erreicht hat und damit
Synchronismus hergestellt ist. Die Sperrvorrichtung ist so eingerichtet, daß das
Sperrad 22 bei jedem Stromstoß eine sehr schnelle Drehbewegung um einen Zahn ausführt.
Diese Mindestbewegung gewährleistet die sichere Wirkung der Vorrichtung.
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Wenn die Welle i des Gebers zusammen mit dem Verteiler 2 im Winkel
entgegen der Pfeilrichtung in Fig. 2 verstellt wird, muß natürlich der Verteiler
13 des Empfängers rückwärts gedreht werden. Dann.-muß die Welle entgegen der Richtung
umlaufen, die notwendig ist, um i ein Nacheilen auszugleichen. Aber die Welle 21
dreht sich immer in derselben Richtung. Daher muß das Getriebe 2o die Drehrichtung
der Welle i9 in Abhängigkeit der Winkelverstellung zwischen Geber und Empfänger
umkehren.
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Dies kann herbeigeführt werden durch die polarisierten Magnete 32
und 33 und eine geeignete gegenseitige Anordnung der strom- und nichtstromführenden
Kontaktsegmente der Spannungsverteiler. Wenn z. B. der Verteiler 2 gegenüber dem
Verteiler 13 in Richtung des Pfeiles nach Fig. 2 durch einen Schritt entsprechend
dem Winkelmaß eines Segmentes 5 verstellt worden ist, führt die Leitung zwischen
den Bürsten ios" und iom" Strom, während die Leitung zwischen den Bürsten ios' und
ioil"
stromlos ist. Bei einer Winkelverstellung in entgegengesetzter Richtung führt die
Leitung zwischen den Bürsten io,' und io"t' Strom, während die Leitung zwischen
den Bürsten io," und io"t" stromlos ist. Infolgedessen wird das Gerät 31 angezogen,
entweder durch den -Magnet 32 oder den Magnet 33 in Abhängigkeit von der
Richtung der relativen Winkelverstellung, und infolgedessen erhält die Spule des
einen Magnets 28 oder des anderen Magnets 29 in Abhängigkeit von der Richtung
dieser Verstellung Strom. Daher wird die Umsteuervorrichtung 2o und damit die Drehrichtung
der `Felle ic? in Abhängigkeit von der Richtung der relativen Winkelverstellung
des Gebers und Empfängers gesteuert. Dies hat zur Folg" daß die Welle ici dein Verteiler
13 vorwärts oder rückwärts dreht, wenn die `Felle i, das heißt die Kurbel 3, vorwärts
oder rückwärts gegenüber dem Verteiler 13 bewegt «-orden ist. -Bei der bisher beschriebenen
Ausführungsform ist angenommen, daß die Vorrichtung dazu dient, Bewegungsänderungen
von einem im Winkel einstellbaren Teil, z. B. einerri Zeiger oder einer Kurbel,
auf einen anderen Teil, z. B. einen Zeiger, zu übertragen, aber die Erfindung ist
hierauf nicht beschränkt. Die Verteiler des Gebers und Empfängers können z. B. je
@ mit einem sich drehenden Teil einer Maschine verbunden sein und schnell unerwünschte
Phasenverschiebungen berichtigen, die durch Unregelmäßigkeiten im Antrieb hervorgerufen
sind. Solange die beiden Spannungsverteiler mit genau derselben Geschwindigkeit
umlaufen, erhält der -Magnet 3.1 keine Stromstöße, aber sobald eine Phasenverschiebung
eintritt, beginnt die Welle i9 sich zu drehen und berichtigt den Fehler wie beschrieben.
Anstatt die Bürstentrommeln oder Stromabnehmer anzutreiben, können die eingangs
erwähnten Hilfsvorrichtungen, die Motoren e9, 16. auch die beiden Spannung,verteiler
antreiben: in diesem Falle nehmen die Stromabnehmer an der zu übertragenden Bewegung
teil. Es ist auch möglich, daß z. B. der Stromabnehmer des Gebers und der Verteiler
des Empfängers synchron miteinander angatrieben werden, wobei der Verteiler des
Gebers und der Stromabnehmer des Empfängers zum Übertragen der Bewegung benutzt
werden, und umgekehrt. Es ist, um den Erfindungsgedanken zu verwirklichen, auch
nicht notwendig, daß der Geber und der Empfänger so übereinstimmend ausgebildet
sind, wie oben beschrieben. ' Die soeben beschriebene Fernsteuervorrichtung wie
auch andere Ausführungsformen zum Steuern von Dreh- oder Winkelbewegungen sind zweckmäßig
mit Vorrichtungen ausgerüstet, die geeignet sind, die schnellen elektrischen Stromstöße
oder einen einzelnen Stromstoß nutzbar zu machen, z. B. um die dadurch her- j vorgerufene
Synchronisierung zu bescHeunigen, wie an Hand der Fig. .1 und 5 beschrieben werden
soll.
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Bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel nach der-Erfindung treibt
das U mkehrgetrie br 2o (Fig. i und 4) eine Welle 57 anstatt der Welle ic) an. Auf
der Welle 57 ist ein Kegelrad 58 angeordnet, das einen Teil eines epizvkuschen Getriebes
bildet, dessen Planetenrad 3ä drehbar auf einer Querachse 51 angeordnet ist. Die
Achse 51 ist an einer Scheibe 41 befestigt, die mit einem Zahnkranz 5c) versehen
ist und drehbar auf der Welle 57 gelagert ist. Das andere Kammrad .Mo ist an dem
einen Ende einer Welle .4z befestigt, an deren anderem Eri(c! das Ritzel 18 angeordnet
ist, das mit dem Zahnrad 17 kämmt (Fig. i). Die Zahnräder 58, und 4o haben alle
dieselben Abmessungen. Ein Zahnrad .13 ist auf der Welle .h befestigt und kämmt
mit einem anderen Zahnrad _14, das denselben Durchmesser wie das Zahnrad .13 hat.
Die Nabe des Zahnrades 4.1 bildet eine Hülse 4,5, in die eine Mutter :16 eingepreßt
ist. Das mit Gewinde versehene Ende einer Geschwindigkeitssteuerwelle :17 ist in
die -Mutter :16 eingeschraubt, und die Welle 47 trägt eine Reibrolle :18, die daran
befestigt ist. Die Reibrolle .18 steht in Berührung mit einer Reibscheibe .I9, die
durch einen nicht dargestellten Motor mit gleichmäßiger Geschwindigkeit angetrieben
wird. Die Scheibe .1q kann jedoch auch gewünschtenfalls absatzweise oder rnit wechselnder
Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Welle .17 ist axial verschiebbar und drehbar
in einem Lager 53 gelagert, so daß die Reibrolle 48 radial zu der Reibscheibe .19
aus der dargestellten mittleren Stellung verschf)ben «-erden kann. Ein Zahnrad
50 ist durch einen Keil 5.4 mit der Welle :17 verbunden, so daß diese Welle
in dem Zahnrad 5o hin und her gleiten, aber sich nicht darin drehen kann. Durch
nicht dargestellte Mittel «erden die Hülse .M5 und das Zahnrad 5o in ihrer axialen
Stellung gehalten. Infolgedessen kämmt das Zahnrad 5o immer mit dem Zahnkranz 5c)
auf der Scheibe 4.1, der doppelt so viel Zähne liest wie das Zahnrad 5o.
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`Fenn der Geber (Fig. i) gegenüber dem Empfänger im Winkel verstellt
wird, veranlassen die elektrischen Stromstöße mit Hilfe der Sperrvorrichtung 22,
35 die Umkehrvorrichtung 2o, die M'elle 21 und damit die Welle 57 schrittweise zu
drehen. Dabei dreht das epizyklische Rädergetriebe die Welle schrittweise in entgegengesetzter
Richtung, und die Zahnräder 43, .1.M ziehen mit Hilfe der :Mutter .I6 die Welle
:M7 in die Hülse .I5 hinein und verschieben dabei die Reibrolle :18 aus der mittleren
Stellung auf der Reibscheibe .19. Infolgedessen drehen sich die Reibrolle .18 und
die Welle 47 mit einer Geschwindigkeit, die
abhängt von - der Stellung
der Rolle 48, das heißt von der Winkelverstellung der Welle 57 oder der Zahl der
Stromstöße zwischen dem Geber und Empfänger. Dadurch dreht das Zahnrad 5o die Zahnscheibe
41 in derselben Drehrichtung, in der sich die Welle 42 dreht. Auf diese Weise wird
das Planetenrad 39 im Kreise um das Kammrad 58 mit einer Geschwindigkeit gedreht,
die von der exzentrischen Stellung der Reibrolle 48 auf der Reibscheibe 49 abhängt,
und zu dieser Geschwindigkeit kommt die von der Drehbewegung der Welle 57 ausgehende
Geschwindigkeit hinzu. Diese zusätzliche Geschwindigkeit wird auf das Kammrad 40
übertragen, das außerdem eine weitere zusätzliche Geschwindigkeit dadurch erhält,
daß das Planetenrad 39 auf dem Kammrad 58 abrollt. Dadurch erhält die Welle 42 eine
wesentlich erhöhte Drehgeschwindigkeit, die die Synchronisierbewegung des Spannungsverteilers
am Empfänger beschleunigt. Die Welle 42 wird aber nicht angehalten, wenn ein elektrischer
Stromstoß und die Drehbewegung der Welle 57 aufhört, sondern die Vorrichtung überträgt
weiter die Drehbewegung der Reifischeibe 49 auf die Welle 42, weil die Rolle 48
ihre exzentrische Stellung auf der Reibscheibe 49 beibehält. Infolgedessen kann,
wenn die Winkelverstellung des Spannungsverteilers 2 sehr klein ist, ein einziger
Stromstoß, das heißt eine einzige kurze Drehbewegung der Welle 57 genügen, Synchronismus
der beiden sich drehenden Verteiler wieder herzustellen. Wenn ein einzelner Stromstoß
nicht genügen sollte, folgt 'ein weiterer oder noch mehr Stromstöße unmittelbar
und drehen die Welle 57 weiter um einen oder mehrere Schritte, so daß die Drehgeschwindigkeit
der Rolle 48 und dadurch die Drehgeschwindigkeit der@#,'elle42 entsprechend erhöht
werden. Die jetzt beschriebene Antriebsvorrichtung kann nicht nur schrittweise Bewegungen
in eine gleichförmige Bewegung umformen, sondern sie kann noch insofern von größerer
Bedeutung sein, als sie die Tätigkeit der Sperrvorrichtung erleichtert oder diese
sogar ganz ersetzen kann. "renn der Verteiler 2 nach einer relativen Winkelverstellung
mit gleicher Geschwindigkeit umläuft, hört die Sperrvorrichtung nach wenigen Sekunden
auf zu wirken, da sich dann der Empfänger mit derselben Geschwindigkeit dreht wie
der Geber. Die Sperrvorrichtung wirkt nur, wenn sich die Drehgeschwindigkeit des
Gebers oder Empfängers ändert.