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Verfahren und Vorrichtung zur Fernsteuerung einer Mehrzahl von elektrischen
Schaltern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernsteuerung einer
-Mehrzahl von elektrischen Schaltern.
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Es wird vorzugsweise in Cberlagerungsfernsteuerungsanlagen fwr Fetze
zur Verteilung elektrischer Energie angewendet und bietet in diesem Fall die Möglichkeit,
auf einfache Weise eine große Zahl von Steuerbefehlen unabhängig voneinander mit
einer einzigen Steuerfrequenz zu übertragen.
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Erfindungsgemäß wird durch einen Startimpuls in allen angeschlossenen
Empfängern je ein mit einem Schaltarm und einer Gegenhaltung ausgerüsteter, um eine
Achse drehbarer Schaltmechanismus in Bewegung gesetzt, desen Schaltarm einerseits
nur dann in den Bereich der fernzusteuernden Schalter gelangen kann, wenn die Gegenhaltung
gesteuert durch einen eintreffenden Gruppenwahlimpuls einer Führungsvorrichtung
ausweichen kann, und dessen Schaltarm anderseits beim Nichteintreffen des Gruppenwahlimpulses
durch das Zusammenwirken der Gegenhaltung und der Führungsvorrichtung der Einwirkung
auf die Schalter entzogen wird.
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Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Diese ist mit einem um eine Achse drehbaren Schaltmechanismus ausgerüstet,
der einen Schaltarm zur Betätigung der Schalter und eine Gegenhaltung besitzt, die
mit einer mit einem Auflauflappen
versehenen Führungsvorrichtung
derart zusammen wirkt, daß der Schaltarm der Einwirkung auf die zu betätigenden
Schalter entzogen wird, sofern nicht ein Gruppenwahlimpuls die Schaltvorrichtung
vom Auflauflappen der genarm= ten Führungsvorrichtung wegsteuert.
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An Hand der Zeichnung wird eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zusammen mit dem Verfahren beispielsweise näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen Schnitt durch den mechanischen Teil eines Empfängers
für Fernsteuerung in Starkstromnetzen sowie das zugehörige elektrische Schaltschema,
Fig. 2 eine Draufsicht von unten auf wichtige mechanische Teile des Empfängers,
Fig. 3 die Anordnung der -fernzusteuernden Schalter und Fig. 4 ein Impulszeitdiagramm
sowie die lineare Abwicklung wichtiger (in Wirklichkeit , kreisrunder) Teile des
Empfängers.
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In Fig. i bedeutet i einen Synchronmotor, .der. Tiber das Getriebe
2. 3 die Welle .4 antreibt. Der Schaltmechanismus besteht aus (lern Schaltarm 5
und der Gegenhaltung 40, die an der Schaltwelle 6 befestigt sind. Die Schaltwelle
6-1-st unter der Wirkung der Druckfeder 7 in axialer Richtung verschiebbar. Sie
wird in der gezeichneten mittleren Lage durch den Anker 8 des Elektromagneten gehalten,
da die Nase to desselben unter den zylindrischen Ring i i der Schaltwelle 6 greift.
Die zu betätigenden Schalter; von denen in Fig. 3 beispielsweise sieben Stück, 12
bis 18, gezeichnet sind, sind im vorliegenden Beispiel kreisförmig um die Schaltwelle
6 angeordnet, wobei ein Sektor für die Nullstellung des Schaltannes und die Gruppenwahl
frei bleiben muß. -Gemäß den F_ ig. 1 und 3 weisen die einzelnen Schalter in zwei
axial zueinander, versetzten, senkrecht zur Schaltwellenachse liegenden Ebenen sternförmig
-angeordnete Speichen ig und 2o auf, wobei die in der obern Ebene liegenden Speichen
i9 in Umfangsrichtung sich in der Mitte zwischen den in der untern Ebene liegenden
Speichen 2o befinden. Auf der gleichen Welle; mit der die Speichen i9 und 2o verbunden
sind, sitzt je ein scheibenförmiges Schaltglied 21 aus Isolierinaterial fest, das
mit Aussparungen 22 versehen ist. Die einzelnen Schalter 12 bis 18 sind geöffnet
oder geschlossen, je nachdem die Federn 12' bis 18' auf dem Umfang oder in den Aussparungen
22 des Schaltgliedes 21 aufliegen und somit von den Gegenfedern 12" bis 18" entfernt
sind oder mit denselben Kontakt machen.
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Über den Schaltern 12 his 18 ist eine ringförmige Fiihrungschiene
41 in einer solchen Höhe angeordnet, daß die Gegenhaltung 4o sich in der gezeichneten
mittleren Lage der Schaltvorrichtung gerade unterhalb der Führungsschiene befindet.
Wie aus Fig. 3 leicht ersichtlich ist, ist die Fiilirungsschiene in einem bestimmten
Sektor durch einen inneren Ausschnitt 42 schmaler gestaltet, um dann beginnend mit
einem hinuntergehogenen Lappen .13 die volle Breite zu erreichen. Zum besseren 'Verständnis
der zeitlichen Zitsammenhänge beim Arbeiten eines Empfängers sind itt Fig.4 unter
A ein Impulszeitdiagramm, unter h dieAbwicklungder Führungsschiene 4i und
unter C die Abwicklung des Kronenrades 28 gezeichnet. Bei einer Befehlsdurchgabe
bewegt sich die Gegenhaltung 40 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung
des Pfeils von links nach rechts, das Kronenrad 28 jedoch von rechts nach links,
wobei dessen Gegenhaltung 27 stillsteht. Die \\'irkuligeti sind aber genau gleich,
wenn man zur Erhöhung der Anschaulichkeit, wie in Fig. 4C durch einen Pfeil angedeutet,
annimmt, das Kronenrad 28 stelle still und die Gegenhaltung 27 \\-erde \-(in links
nach rechts bewegt.
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Die Schalter 12 bis iS kt")nneli für verschiedene Schaltaufgaben .ausgebildet
und verwendet «-erden so z. B. für die Umschaltung von Doppeltarifzählern, für das
Ein- und Ausschalten von lleißwasserspeichern, Kiihlschr:inken, Straßen- und Treppenhausbeleuchtungen.
Entsprechend den zti bewältigenden Sclialtatifgal)cn k('itineti die einzelnen Empfänger
mit mehr oder weniger Schaltern ausgerüstet werden. Zur VIlertragung der Steuerimpulse
wird mit Vorteil Tonfrequenz benutzt. die dem vorhandenen Starkstromnetz iiberlagert
wird.
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Bei einer Befehlsdurchgabe kornrot von der Sendestelle über die Starkstromleitung
23 (Fig. i) ein erster tonfrequenter Impuls 6o, genannt StartimPuls (Fig. 4), der
in allen angeschlossenen Empfängern die Einschaltung de: SN-nclironnlotoi-s i bewirkt.
Dies geschieht wie folgt: :\n die Starkstromleitung 23 ist das aus dein Kondensator
2-1 und der Spule 25 gebildete und auf die Steuerfrequenz abgestimmte Filter angeschlossen.
Die durch den Steuerimpuls all <bei- Spule 25 bev-irkte Resonanzspannung bringt
den Elektromagneten 9 zum Ansprechen. Dieser zielst den .lnker 8 entgegen der Wirkung
der Feder 26 an, und die Nase to gibt die Welle 6 frei. Lliter der Wirkung der Feder
7 bewegt sich min die Welle 6 mit allen an ihr befestigten Teilen in axialer Richtung
in ihre untere Lage. Diese untere Lage ist durch die GegenlialtUng 27 und die gegenüberliegende
Zahnlücke des Kronenrades 28 definiert. :\in an der Welle 6 befestigten Zahnrad
20 ist ein Isolierstift 3o angebracht, der bei der Ilintinterlie\\-egtiiig der Schaltwelle
6 den atis zwei Kontaktfedern gebildeten Schaltkontakt 31 schließt. Dadurch wird
der Svnchronmotor i schaltungsgein:iß an (las Starkstromnetz 23 angeschlossen.
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Der Synchronmotor i treibt über die Welle .l. das Ritzes 34 und das
Zahnrad 29 die Schaltwelle 6 an. Kurz nach diesem Start wird die Schaltwelle 6 durch
die schiefe Ebene des ersten Zahnes 3; des sich in Richtung des Pfeils in Fig. i
drehenden Kronenrades 28, die mit der Gegenhaltung 27 zusammenwirkt, wieder in ihre
mittlere Lage hinaufgeschoben.
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Der Schaltkontakt 31 wird trotz dein Zurückweichen des Isolierstiftes
3o durch die Nase 32 (ICs Hebels 33 bis auf weiteres in der geschlossenen Lage gehalten,
da sich die Nase 32 unter der
Wirkung der Druckfeder 34 über einen
Ansatz der obern Kontaktfeder des Schaltkontaktes 31 schiebt.
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Die Nase io des Ankers 8, die an der Außenfläche des Ringes i i auflag,
solange sich die Welle 6 in der untern Lage befand, schiebt sich nunmehr wieder
unter den Ring i i und hält die Welle 6 damit in ihrer mittleren Lage, bis ein weiterer
Steuerimpuls den Anker 8 des Relais wieder zum Anziehen bringt.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß der folgende Steueriinlitils
62, wie in Fig. .I dargestellt, am Etnpiiriger eintreffe, sobald sich die Gegenhalttttig
unmittelbar vor dein liitiuntergeliogenett Lappen d3 der Führungsschiene 41t befindet.
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Dieser ltnpuls 02 sei GruppenNvahlinipuls 1I genainit. Er erregt (las
Relais 9, so claß dessen Anker 8 mit :einer Nase to die Welle 6 freigibt. Die letztere
bewegt sich unter dem Einfluß der Druckfeder 7 wieder nach unten, wobei zu beachten
ist (s. Fig. :I), daß die Gegenhaltung -lo im Ausschnitt 42 gerade noch ungehindert
unter (lern 1.alTell.I3 passieren kann und daß beim Wiederhinaufschieben der Welle
6 durch den n:ichsten Zahl' 35 des Kronenrades 28 die Gegenhaltung 4o unterhalb
der Führungsschiene 41 zu liegen kommt.
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Durch das Weiterdrehen des Synchronmotors 1 gelangt der Schaltami
5 schließlich unmittelbar vor (teil Schalter 12. I:s sei angenommen, daß dieser
Schalter 12 in seine Einschaltstellung gesteuert werden müsse. Zu (fiesem Zweck
gibt der Sender einett sogenannten lietütigullgsiml)uls 72 all das Starkstromnetz
all, und -zwar unmittelbar bevor der Schaltarm 5 den Schalter 12 erreicht hat (s.
Impulszeit(iiagrainni). Durch (fiesen Impuls wird (las Relais 9 neuerdings erregt,
so daß sein Anker 8 die Welle 6 wiederum freigibt. LTriter dem Einfluß der Pruckfeder
7 Bewegt sich die Welle-6 nach unten und bringt so den Schaltarm 5 genau in den
Bereich der Sl)eichet1 20 (ICS Schalters 12. Beim Weiterdrehen nimmt der Schaltarm
5 die Speiche 2o eine bestimmte Strecke weit finit und dreht dabei (las Schaltglied
-21 so weit, (iaß sich der Schalter 12 schließt. Unterdessen hat sich das Kronenrad
28 ebenfalls weitergedreht, so daß nunmehr sein nächster Zahl' 35 in den Bereich
der Gegenhaltung 27 gelangt ist, wodurch die Welle wieder hochgeschoben und in ihrer
mittleren Lage durch den Relaisanker 8 gehalten wird.
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Es sei angenommen, der folgende Schalter 13 niiisse ausgeschaltet
werden. Dementsprechend gibt der Sender keinen Steilerimpuls, wenn sich der Schaltarm
S vor (lern Schalter 13 befindet. Das Relais 9 arbeitet also nicht, sein Anker 8
gibt die Welle 6 nicht frei. so daß der Schaltarm 5 den Schalter 13 in seiner mittleren
Höhenlage passieren muß. Diese ist konstruktionsgemäß derart, daß der Schaltarm
5 sich diesmal im Bereich' der Speichen t9 befindet. Er nimmt die Speiche i9 also
eilte Strecke weit finit, wodurch das Sclialtglie(l 21 des Schalters 13 so lange
gedreht wird, bis sich der Schalter 13 öffnet.
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Es sei ferner angenommen, daß die folgenden drei Schalter 14 his i6
geöffnet bleiben sollen, ihr Schaltglied 21 darf durch den Schaltarm 5 also nicht
gedreht werden. Wie aus Fig. i und 3 ohne weiteres ersichtlich, ist dies der Fall,
wenn keine Betätigungsimpulse gesendet werden, wodurch der Schaltarm 5 sich in der
gezeichneten mittleren Höhenlage an den Schaltern 14 bis 16 vorbeibewegt. Da sich
diese Schalter bereits in der Ausschaltstellung befinden, stehen ihre Speichen i9
derart, daß der Schaltarm 5 vor den Schaltern 14 bis 16 passieren kann, ohne eine
Speiche i9 mitzunehmen.
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Es sei ferner beispielsweise angenommen. daß die Schalter
17 und 18 in der bereits geschlossenen Lage verbleiben müssen. Zu diesem
Zweck gibt der Sender gemäß dem Impulszeitdiagramin in Fig..I je einen Betätigungsimpuls
77, 78 ins Netz, ulld zwar jeweils unmittelbar bevor der Schaltarm 5 den Schalter
17 bzw. 18 erreicht hat. Durch diese Impulse wird jeweils das Relais 9 erregt, so
daß der Schaltarm 5, wie bereits beim Schalter 12 beschrieben, in die Höhenlage
der Sl)eichen 20 gesteuert wird.
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Da die Schalter 17 und 18 jedoch bereits geschlossen sind, befinden
sich die Speichen 20, wie aus der Zeichnung ersichtlich, bereits in einem solchen
Winkel zum Schaltarm 5,- daß kein Mitnehmen mehr erfolgen kann.
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Im vorliegenden Beispiel entspricht also der Sendung eines Betätigungsimpulses
die Einschaltstellung und keinem Betätigungsirriptils die Ausschaltstellung. Das
beschriebene Verfahren ist aller nicht all diese Lösung gebunden, sondern es sind,
(lern jeweiligen Zweck entsprechend, unter den einzelnen Schaltern die verschiedensten
Konil>inationen möglich.
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Die zeitgerechte Sendung der Betätigungsimpulse bereitet keine Schwierigkeiten
und kann z. B. ohne weiteres im Sender durch einen synchronlaufenden Kontaktarm
gesteuert werden.
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Bei Erreichen der in Fig. 3 gezeichneten End-oder Startstellung des
Schaltarmes 3, d. h. nach einer Umdrehung der Schaltwelle 6, xvird der Synchronniotor
i wieder selbsttätig stillgesetzt. Dies geschieht wie folgt: Das Zahnrad 29, von
(lern in Fig. 2 eitle Draufsicht von unten gezeichnet ist, besitzt einen keilförmigen
Stift 36 und zwölf auf einem Kreis angeordnete Aussparungen 37. Von diesen Aussparungen
37 entsprechen acht den sieben Schalterstellungen und der Startstellung. Das Zahnrad
29 ist in der Startstellung gezeichnet. In dieser Stellung ragt ein an der oberen
Kontaktfeder des Kontaktes 31 befestigter Isolierstift 38 in die erste Aussparung
37 des Zahnrades 29. Da sich das Zahnrad 29 bei jedem Betätigungsimpuls nach unten
bewegt, muß in demselben bei jeder Schalterstellung eitle Aussparung 37 vorhanden
sein, damit der Isolierstift nicht anstößt. Bewegt sich der keilförmige Stift 36
kurz vor Erreichen der Startstellung in Richtung des Pfeils mit seiner abge= schrägten
Fläche am obern abgebogenen Teil des Hebels 33 vorbei, so wird die Nase 32 von 'der
obern Kontaktfeder des Kontaktes 31 gelöst. Der Kontakt 31 kann jedoch erst öffnen
und so den
?Motor i vom Netz 23 abschalten, wenn der Isolierstift
38 in die entsprechende Aussparung 37 hineingleiten kann. Dies erfolgt stets etwas
später als die Lösung der Nase 32, um so zu gewährleisten, daB sich beim Stillstehen
des Synchronmotors i der konische Stift 36 bereits wieder am Hebel 33 vorbeibewegt
hat (Fig. 2) und sich die Gegenhaltung 40 wieder in der Aussparung 42 befindet.
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Nach dem beschriebenen Verfahren können also von einer zentralen Stelle
aus in allen-angeschlossenen Empfängern, die den gleichen Ausschnitt 42 in der Führungsschiene
41 besitzen, die Schalter 12 bis 18 nach Belieben durch eine entsprechende Steuerimpulsfolge
ein- oder ausgeschaltet werden.
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Wesentlich ist, daß nach dem Startimpuls 6o im richtigen zeitlichen
Abstand auch der Gruppenwahlimpuls 62 gesendet wird. Unterläßt man die Sendung des
Gruppenwahlimpulses 62, so wird die Gegenhaltung 40 im entscheidenden Moment nicht,
wie oben beschrieben, durch das Arbeiten des Relais 9 und die Abwärtsbewegung der
Welle 6 gesenkt und unterhalb die Führungsschiene 41 gesteuert. In diesem Fall läuft
die Gegenhaltung 40 vielmehr auf dem hinuntergebogenen Lappen 43 auf, wodurch die
Welle 6 samt dem Schaltarm 5 entgegen der Wirkung der Feder 7 in eine obere Lage
gewunden wird. In dieser obern Lage muß die Welle 6 mit dem Schaltarm 5, ganz unabhängig
davon, ob weitere Steuerimpulse folgen oder nicht, den begonnenen Umdrehungszyklus
vollenden. Da der Schaltarm 5 in dieser obern Höhenlage dem Bereich der Speichen
i9 und 20 vollständig entzogen ist, kann er in diesem Fall die Stellung der Schalter
12 bis 18 nicht beeinflussen. Man kann nun die angeschlossenen Empfänger beispielsweise
in vier Gruppen I bis IV einteilen, wobei der Ausschnitt 42 der Führungsschiene
41 bei den Empfängern der Gruppe I nur bis zur radialen Linie I (s. Fig. 3), bei
den Empfängern der Gruppe I1 bis zur radialen Linie 11, bei den Empfängern
der Gruppe III bis zur Linie III und bei den Empfängern der Gruppe IV bis zur Linie
IV geht.
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Die zentrale Sendestelle hat nach dem Beschriebenen beispielsweise
die Möglichkeit, die Stellung der Schalter 12 bis 18 in allen Empfängern der Gruppe
I zu ändern, ohne hierbei auch die Stellung der Schalter 12 bis 18 in den Empfängern
der Gruppen 1I bis IV zu beeinflussen. Hierzu muß die Sendestelle nur im richtigen
Zeitabstand vom Startimpuls den Gruppenwahlimpuls I aussenden und die Gruppenwahlimpulse
II bis IV unterdrücken. Durch Senden des entsprechenden Gruppenwahlimpulses können
natürlich auch die Schalter jeder beliebigen Gruppe unabhängig von den andern Gruppen
gesteuert werden.
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Die Zahl der Steuerbefehle, die von der Sendestelle mit einer Steuerfrequenz
übertragen werden können, ist demnach von beispielsweise 6 auf beispielsweise 24
angewachsen. Selbstverständlich kann sowohl die Zahl der Gruppen als auch diA-Zahl
der Schalter pro Gruppe beliebig gewählt werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, die :\ussparung Lind den Auflauflappen
veränderbar bzw. verschiebbar zu gestalten, so daß durch bloßes Verschieben des
Auflauflappens und durch gleichzeitiges Vergrößern oder Verkleinern der Aussparung
jeder Empfänger rasch für den l:nihfang einer bestimmten Befehlsgruppe eingerichtet
werden kann.