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DrehzahlÇernübertragung Die Notwendigkeit, Drehzahlen bzw. Drehbewegungen
ohne Benutzung mechanischer Mittel in die Ferne zu übertragen, ist in der Technik
häufig. Es hat auch nicht gefehlt an Vorschlägen, diese Übertragung auf sichere
und zweckmäßige Weise auszuführen. Die bekannten Verfahren laufen dabei im wesentlichen
darauf hinaus, daß am Ausgang der Übertragung ein Geber, z. B. ein Stromerzeuger
oder auch ein Impulsgeber, und am Ziel der Übertragung ein geeignetes Empfangsgerät
vorhanden ist.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Übertragung der Drehbewegung besonders
von Ottomotoren, wie sie in Flugzeugen, auch in Kraftwagen, Krafträdern und Motorbooten,
verwendet werden und schlägt eine ganz besonders vorteilhafte Lösung der Bewegungsübertragung
vor.
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Die Notwendigkeit der Fernübertragung ergibt sich auf dem genannten
Anwendungsgebiet ohne weiteres aus der Drehzahlabhängigkeit und Drehzahlempfindlichkeit
der Ottomotoren. Die Fernübertragung gestattet
es, an beliebiger,
geeigneter Stelle, entfernt von dem Motor selbst, dessen Drehzahl zu überwachen.
Darüber hinaus ermöglicht aber die Fernübertragung, im Gegensatz zur Fernmessung,
auch eine sehr genaue Überprüfung des Gleichganges mehrerer Maschinen eines Fahrzeuges,
insbesondere eines Flugzeuges.
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Die Erzielung eines möglichst einnvandfreien Gleichganges ist bekanntlich
bei Flugzeugen deshalb so svichtig, weil die bei kleinen Drehzahlunterschieden auftretenden
Interferenzen der Massendrücke verschiedener Motoren sehr starke Resonanzschwingungen
in der Zelle des Flugzeuges hervorrufen, die als Ursache von Ermüdungsbrüchen mit
Recht gefürchtet sind. Durch reine Drehzahlmessung ist aber das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein von Gleichgang nicht zu prüfen. da gerade die kleinen Unterschiede,
die innerhalb des LIeRfehlers der oderAblesfehlers auch bester Instrumente liegen,
als Schwingungserreger besonders wirksam und gefährlich sind.
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Reproduziert man dagegen den Gang der Motoren im Führerstand, dann
kann man, etwa mittels stroboskopischer NIethoden oder durch ein Differentialgetriebe,
selbst allerkleinste Unterschiede im Gang der Niaschine sichtbar und die Vornahme
ausgleichender Bedienungshandlungen möglich machen. Diese Bedienungshandlungen können
auch selbsttätig in an sich bekannter Weise durch die Anzeigeeinrichtung, die dann
meist ein Diiterentialgetriebe sein wird, ausgelöst werden.
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Gemäß der Erfindung werden, wie an sich bereits bekannt, die in der
Zündanlage des Ottomotors auftretenden, ihrer Zahl nach der Drehzahl des Motors
proportionalen Stromstöße zur Fernübertragung der Drehbewegung dieses Motors benützt.
Während man aber bisher hierzu eine umständliche und kostspielige Anlage mit Elektronenröhren,
Anodenstromgerät, Transformatoren usw. für nötig ansah, in dem Bestreben, eine für
unzulässig angesehene unmittelbare Stromentnahme aus dem Zündstromkreis zum Betrieb
von Synchronmotoren u. dgl. zu vermeiden, wird nach der Erfindung überraschende
Einfachheit und Betriebssicherheit dadurch erreicht, daß von dem in der Zündanlage
fließenden pulsierenden Strom der Betriebsstrom für einen Synchronmotor unmittelbar
abgezweigt wird, um mittels dieses Synchronmotors eine Fernanzeige an einem N'Ieß-
oder Anzeigegerät hervorzubringen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
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Abb. r und 2 zeigen die grundsätzliche Schaltung, und zwar Abb. 1
für Magnet-, Abb. 2 für Batteriezündung; Abb. 3 bis 5 zeigen hierzu drei rerschiedelle
Ausführungsformen; Abb. 6 ist eine Seitenansicht zu Abb. 5: Abb. 7 zeigt in der
gleichen Darstellungsweise wie Abb, 6 eine weitere -Äusfübrungsform; Abb. 8 zeigt
das Schema einer Anlage mit Relais zwischen Zündstromkreis und Betrieb stromkreis
für den Synchronmotor.
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In Abb. I ist I die Primärwicklung, deren eines Ende unmittelbar,
deren anderes Ende über die Feldwicklung 2 eines NIaUnetnotors und den Unterbrecher
3 an Nasse liegt. Gegebenenfalls kann die Schaltung auch etwas anders mit ähnlicher
oder gleicher ,Virkung ausgeführt werden, um die an normalen Zündmagneten, z. B.
für die Fremderregung der Primärwicklung beim Anlassen. bereits vorgesehenen Leitungen
zu benutzen.
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In Abb. 2 ist 4 die Stromquelle. von welcher eine Leitung 5 über
die Feldspule 6 des Magnetmotors zur Zündspule 7 geht. an deren anderes Ende der
Unterbrecher 8 geschaltet ist.
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Der LIagnetmotor bedarf zur Anpassung an den besonderen Zxveclv einer
geeigneten Ausbildung, durch die gewisse Betriebsnachteile, die an üblichen Niagnetmotoren
auftreten würden, überbrückt werden. Diese Nachteile bestehen vor allem darin. daß
ein normaler Magnetmotor bei Speisung durch die harten von Oberschwingungen stark
überlagerten Stromstöße der Zündung schlecht und unruhig, besonders bei niederen
Drehzahlen. laufen würde, sowie darin, daß solche Magnetmotoren nicht von selber
anlaufen.
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Erfindungsgemäß werden zur Anpassung des Magnetmotors an die vorliegenden
Betriebsbedingungen folgende LIaßnahmen vorgeschlagen.
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Es ist bekannt, NIagnetmotoren zur Erleichterung des Anwurfs mit
Schwungscheiben auszurüsten, die mit der Ankerwelle lose gekuppelt sind. Versuche
ergaben, daß derartige Anordnungen für den Betrieb mit Zündstromstößen nicht ausreichen,
da sie dort eine Laufberuhigung jeweils nur für einen eng begrenzten Drehzahlbereich
ergeben. während bei anderen Drehzahlen der Motor wieder Neigung hat, außer Tritt
zu fallen oder zu pendeln. Jedoch kann eine ausreichende Laufruhe erreicht werden,
wenn erfindungsgemäß verschiedene Schwungmassen vorgesehen werden, die mit der LIotorachse
verschieden fest reibungsgekuppelt sind.
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Besonders vorteilhaft kann es oft sein.
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Teile des von dem Niotor anzutreibenden Gerätes, etwa den Magneten
eines Virbelstromdrehzahlmessers, als Schlrungmasse zu verwenden, die Antriebskupplung
also so auszubilden, daß sie innerhalb gewisser Grenzen
rutschen
kann. Ein eigentlicher, störender Schlupf ist hierbei nicht zu befürchten, da das
Rutschen in beiden Richtungen erfolgt, die Schwungmasse also dem Läufer des Motors
abwechselnd vor- und nacheilt.
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Das Anwerfen des Motors kann natürlich von Hand oder mittels eines
zeitweise einschaltbaren Hilfsmotors geschehen. Im allgemeinen ist jedoch selbsttätiger
Anlauf erwünscht. Die üblichen Mittel, nämlich durch eine versetzte Hilfsphase ein
Drehfeld zu erzeugen, scheiden im vorliegenden Falle wegen zu geringer Größe der
zur Verfügung stehenden Leistung und auch besonders wegen des großen Frequenzbereiches
aus. Erfindungsgemäß wird deshalb der Magnetmotor beispielsweise mit einem normalen
KQllektormotor gekuppelt, der das Bestreben hat, schneller als der Magnetmotor zu
laufen. Der Magnetmotor wirkt dann, bei richtiger Abstimmung der Drehmomente beider
Motoren, als eine Art frequenzabhängige Bremse, die in dem Augenblick wirksam wird,
wo der Magnetmotor über seine synchrone Drehzahl von dem Hilfsmotor geschleppt werden
soll.
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Der Widerstand, den ein Magnetmotor dieser Überschreitung seiner synchronen
Drehzahl entgegensetzt, ist sehr groß, so daß die Anordnung mit großer Sicherheit
und Zuverlässigkeit arbeitet. Ein Vorteil ist dabei, daß die zur Abgabe nach außen
verfügbare Leistung um die des Hilfsmotors größer ist als die des Magnetmotors allein,
so daß besonders beim Anlaufen ein sehr kräftiges Drehmoment zur Verfügung steht.
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Die bauliche Verwirklichung dieses Erfindungsgedankens kann auf verschiedenen
Wegen erreicht werden. Besonders einfach ist eine starre Verbindung der beiden Motoren,
also mittels eines Vorgeleges (Abb. 3) oder durch Aufsetzen der beiden Läufer um
eine gemeinsame Welle (Abb. 4).
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Wird ein Vorgelege verwendet (Abb. 3), dann können durch Wahl der
Übersetzung die Leistungen abgestimmt oder die Abstimmung unterstützt werden. Sitzen
beide Läufer auf einer gemeinsamen Welle (Abb. 4), dann erfolgt die Anpassung des
Hilfsmotors im wesentlichen durch geeignete Bemessung seiner Wicklungen. Geht der
Drehzahlbereich des Magnetmotors über den des Hilfsmotors hinaus, dann können Überholkupplungen
oder drehzahlabhängige Kupplungen angeordnet werden, um zu verhüten, daß im oberen
Drehzahlbereich der Magnetmotor den Hilfsmotor schleppt.
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Man kann auch den Magnetmotor und den Hilfsmotor zu einer Einheit
zusammenziehen, indem man nach Abb. 5 in den ohnehin vorhandenen Nuten des Magnetmotorläufers
eine Ankerwicklung unterbringt und außer der normalen, von denStromstößen erregten
Feldwicklung eine Hilfswicklung vorsieht, die, ebenso wie die Ankerwicklung, dauernd
von Strom durchflossen wird. Um wieder das Schleppen zu verhüten, können beide Hilfswicklungen
oder eine von ihnen drehzahlabhängig abschaltbar sein. Ein solcher Motor würde,
solange keine Stromstöße vorhanden sind, wie ein normaler Gleichstrommotor laufen,
er fällt jedoch sofort in Synchronismus, sobald die Hauptfeldwicklung durch Stromstöße
rhythmisch erregt wird.
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Gemäß Abb. 3 läuft der Läufer I3 des Magnetmotors in dem Ständer
I I, I I, welcher die von den Zündstromstößen durchflossene Wicklung I2, 12 trägt.
Er ist durch ein Vorgelege 9, 10 mit dem Hilfsmotor verbunden.
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Der bewickelte Anker 14 des Hilfsmotors läuft in einem Ständer 15
mitStänderwicklung I6. Der Ankerwicklung I4 wird der Strom über einen Kollektor
I7 und Bürsten I8 zugeführt.
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In Abb. 4 sind ein ebensolcher Magnetmotor und Hilfsmotor wie nach
Abb. 3 auf einer gemeinsamen Achse angeordnet.
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Abb; 5 stellt die Vereinigung von Magnetmotor und Hilfsmotor bei
gemeinsamen Körpern für Ständer und Läufer dar. I9 ist der Ständer, der eine Hauptwicklung
20, 20 und eine Hilfswicklung 2I, 2I hat, von denen die erstere durch die Stromstöße
der Zündung erregt wird, während die Hilfswicklung 2I, 2I dauernd unter Strom steht.
Der Läufer 22 ist mit einer Wicklung 23 ausgerüstet, die neben oder hinter die Feldhilfswicklung
21 geschaltet ist. Der Stromzuführung zur Läuferwicklung dient der Kollektor 24
mit den Bürsten 25.
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Im Gegensatz zu üblichen Magnetmotoren wird man bei dieser Bauart
die Nuten a, a im Ständer unter Umständen fortlassen; als Synchronmagnetmotor läuft
ja der Motor trotzdem und der Anlauf, wobei der Motor als gewöhnlicher Gleichsftomkollektormotor
läuft, wird dabei erleichtert. Vorteilhaft erscheinen auch solche Ausführungen,
bei denen die Nuten wohl vorhanden, jedoch flacher oder kürzer sind als bei normalen
Magnetmotoren. Außer der Bemessung der Wicklung ist auch die Bemessung und Formgebung
dieser Nuten a ein Mittel, um die beiden verschiedenen Drehmomente, die der Motor
einmal als Magnetmotor, zum anderen als Gleichstrommotor entwickelt, aufeinander
abzustimmen.
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Eine andere Anordnung der den Anlauf bewirkenden Hilfswicklung zeigt
Abb. 7. Der eigentliche Magnetmotor besteht hier aus dem Ständer 26 und dem Läufer
27. Die Ständerwicklung 28 wird von den Zündstromstößen durchflossen. Gegenüber
dem Ständer 26 ist
ein gleichartiger Ständer 29 vorhanden, der die
Hilfswicldung 30 trägt, die dauernd von Strom durchflossen wird. Der Läufer ist
z. B.
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5polig, und die Ständerteilung ist so gewählt, daß der Läufer, je
nach seiner Stellung, entweder den Kraftlinienfluß des linken (Haupt-) Ständers
26 oder den des rechten (Hilfs-) Ständers 29 schließt. Die beiden Wicklungen werden
zueinander so abgestimmt, daß, vorwiegend für den Drehzahlbereich des Anlaufes,
die Zahl der AÄV der Hauptwidclung28 mindestens doppelt so groß ist, wie die Zahl
der AÄV der Hilfswiclilung 30.
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Der Motor arbeitet dann folgendermaßen: Ist die Hauptwicklung 28
stromlos, dann stellt sich der Läufer so ein, daß, wie gezeichnet, seine Pole denen
des Hilfsständers 29 gegenüberstehen. Erhält die Hauptwicklung Strom, dann ist während
dieser Zeitspanne das Feld des Hauptständers beispielsweise doppelt so stark wie
das des Hilfsständers, so daß die Ankerpole von den Polen des Hilfsständers ab und
zu den Polen des Hauptständers hingezogen werden. Hört der Strom in der Hauptwicklung
wieder auf, dann wird der Läufer wieder in eine Stellung gegenüber dem Hilfsständer
gezogen usf. Die Trägheit des Läufers und die Schwungscheiben sorgen hierbei dafür,
daß die Läuferbewegungen stets gleichsinnig sind und der Anker nicht etwa pendelt.
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Bestimmte Drehrichtung beim Anlauf kann durch eine kleine Asymmetrie
der Gestaltung der Teile erzielt werden.
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Hat man bei Motoren mit mehreren Zündmagneten oder Unterbrechern
etwa abwechselnde Stromstöße zur Verfügung, dann kann man auch die beiden Wicl;lungen
28 und 30 gleichmachen und die eine in den einen, die andere in den anderen Zündstromkreis
legen.
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Wesentlich für die Erfindung ist der Betrieb der bestimmungsgemäß
verwendeten Synchronmotoren mittels Stromstößen der Zündanlage. Abweichend von den
gezeichneten Beispielen kann auch, gegebenenfalls nach Umspannung, der hochgespannte,
sekundäre Stromstoß zum Betrieb des Synchronmotors benutzt werden. Die bei mehrzylindrigen
Motoren übliche Versetzung der für die verschiedenen Zylinder bestimmten Stromstöße
ist dann ein sehr bequemes NIittel, um in den Synchronmotoren echte Drehfelder zu
erzeugen, so daß Selbstanlauf und sehr ruhiger Gang bei bester Eiraftausnutzung
gegeben sind.
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Werden größere Leistungen benötigt, als man dem Zündstrom ohne Gefahr
für den Zündvorgang entziehen kann, dann können Verstärkerrelais beliebiger Bauart
benutzt werden, die durch Zündstromstöße gesteuert werden und ihrerseits den Synchronmotor
mit Stromstößen ausreichender Stärke speisen.
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Eine derartige Schaltung, für die Abb. 8 ein Beispiel gibt, wird besonders
dann am Platze sein, wenn (z. B. in Flugzeugen) die Svnchronmotoren über ein Differentialgetriebe
od. ä. direkt die Regelung der Ottomotoren beeinflussen sollen. Als besonderer Vorteil
ergibt sich hier die Möglichkeit. die Kurvenform des zum Betriebe der Synchronmotoren
erzeugten pulsierenden Stromes durch Verwendung geeigneter Relais dem besonderen
Zweck anzupassen, gegebenenfalls auch mehrphasigeStröme durch dieseRelais zu erzeugen.
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Die Relais können an den Ottomotoren angeordnet werden, so daß die
von dort zu den Magnetmotoren gehenden Kabel verbindungen keinen Zündstrom führen
und ihre Beschädigung, z.B. durch feindliche Geschosse, keinen Einfluß auf das Arbeiten
der Zündung hat.