DE886485C

DE886485C - Elektromechanische Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE886485C
Application number: DEP27108D
Authority: DE
Inventors: Hans Jakob Frey
Original assignee: EDGAR GRETENER DR
Current assignee: EDGAR GRETENER DR
Priority date: 1946-10-05
Filing date: 1948-12-29
Publication date: 1953-08-13
Also published as: CH258117A; FR957751A; GB647512A

Description

Ein sehr weit verbreitetes Problem der elektrischen Regeltechnik besteht darin, eine elektrische Größe (Spannung, Strom, Leistung) innerhalb von zwei Grenzwerten zu halten. Bei automatischen Batterieladeeinrichtungen handelt es sich z. B. darum, den Ladestrom in Abhängigkeit der Batteriespannung ein- und auszuschalten. Die bekanntesten Elemente zur Lösung dieser Aufgabe sind das Kontaktvoltmeter und das Spannungsrelais. Beide Apparate können in der Praxis nicht voll befriedigen.

Beim Kontaktvoltmeter handelt es sich um ein Meßinstrument, das an Stelle des Zeigers mit einem Kontakt ausgerüstet ist. Der Hauptnachteil dieser Anordnung besteht in der Anwendung eines verhältnismäßig empfindlichen Meßsystems. Die zur Verfügung stehenden Verstellkräfte sind relativ klein. Außerdem ist zu beachten, daß beim Erreichen der Grenzwerte der Kontaktdruck theoretisch unendlich klein ist. Dieser kommt grundsätzlich erst mit dem Überschreiten des Grenzwertes zustande und erreicht im ao allgemeinen nur Bruchteile eines Gramms. Diese Instrumente eignen sich daher nur zum Schalten schwacher Leistungen von einigen Zehntel Watt.

Bei der Verwendung von Relais ergeben sich andere Schwierigkeiten. Diese haben ihren Grund beispielsweise darin, daß eine gesetzmäßige Verknüpfung zwischen Ansprech- und Abfallwert besteht, wobei es von vornherein nicht möglich ist, diese Werte beliebig nahe zusammenzurücken. Häufig wird deshalb eine Kombination von mindestens zwei Relais verwendet, wobei das eine auf Anzug arbeitend, den oberen Grenzwert überwacht, während das andere, auf Abfall arbeitend, den unteren Grenzwert kontrolliert. Solche Anordnungen sind ferner verhältnismäßig stark er-

schütterungsempfindlich. Im besonderen können sich die Relais gegenseitig beeinflussen, so daß namentlich bei kleinem Abstand der beiden Grenzwerte die Neigung zu taktmäßigem Umschalten besteht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, diese Nachteile zu vermeiden und betrifft eine elektromechanische Steuereinrichtung mit einem Elektromagneten mit zugehörigem Anker, welche Steuereinrichtung sich dadurch auszeichnet, daß mindestens ein erster Teil der

ίο Ankerbewegung in der einen Richtung durch eine Veränderung der Erregung des Elektromagneten zustande kommt, ohne daß der Anker durch ein durch diesen zu betätigendes Organ belastet wird, und daß die Rückstellung des Ankers mit zusätzlichen Mitteln periodisch erfolgt.

Zu beachten ist, daß sowohl Elektromagnetsysteme, die auf Anzug als auch auf Abfall arbeiten, denkbar sind. Im ersten Fall wird.dann der Anker periodisch abgedrückt, im zweiten dagegen periodisch angelegt.

Der Anzug bietet gegenüber dem Abfall ganz bestimmte Vorteile: Durch den verhältnismäßig großen Luftspalt werden unerwünschte Remanenzeinflüsse weitgehend beseitigt, kleine Ungenauigkeiten des Luftspältes beeinflussen den Regulierwert verhältnismäßig wenig, das System ist weniger empfindlich auf Erschütterungen.

Bei Systemen, die auf Anzug arbeiten, ist die Rückstellung dadurch denkbar, daß der Erregerstromkreis periodisch mechanisch Unterbrochen wird. Diese Methode erscheint dann weniger vorteilhaft, wenn Kontakte im Erregerstromkreis unerwünscht sind, die z.B. durch eine periodische mechanische Rückstellung vermieden werden.
In der Zeichnung sind Teile eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes sowie einer Variante dazu zum Teil schematisch dargestellt.
Fig. ι zeigt eine Vorderansicht,
Fig. 2 bzw. 3 die Schnitte nach den Linien A-A bzw. B-B in Fig. τ,

+ο Fig. 4 zeigt einen Grundriß, die Haltetrommel im Schnitt, . :

Fig. 5 eine .Teilseitenansicht zu.Figi 6 und.·
Fig. 6 eine Variante zu Fig. 2.
Die elektromechanische Steuerung besitzt einen Elektromagneten 1 mit einem Anker 2. Dieser ist an einer unten eingespannten Feder 3 befestigt (Federlager), wodurch unbestimmte Reibkräfte beim Ankeranzug praktisch vermieden werden. Daraus ergibt sich eine höhere Reguliergenauigkeit. Das dargestellte System arbeitet auf Anzug, d. h. ein durch den Anker zu betätigendes Organ 9 wird beim Ankeranzug in seine Arbeitsstellung verbracht. Bei der Anzugsamperewindungszahl beginnt sich der Anker in

-" Richtung auf den Magneten 1 zu in Bewegung zu setzen. Mit der Stellschraube 4 kann der Ansprechwert bzw. der Luftspalt eingestellt werden. Bei gegebenem Luftspalt ist die Regulierung des Ansprechwertes auch durch Veränderung der Vorspannung der •Feder 3 möglich. Eine elektrische Einstellbarkeit ergibt sich durch Anwendung von Serie- oder Parallelwiderständen zur Elektromagnetwicklung. Eine Antriebswelle 7 wird von einer Energiequelle (nicht gezeichnet) kontinuierlich angetrieben. 'Hierfür" eignen sich ganz besonders kleine Synchronmotoren, wie sie für elektrische Uhren verwendet werden, z. B. mit einem Untersetzungsgetriebe. Natürlich kann irgendein anderer Antriebsmotor, z. B. ein Gleichstrommotor, verwendet werden oder ein Uhrwerk mit elektromagnetischem Aufzug. Auf der Achse 7 sitzen eine Nockenscheibe 6 mit einem Nocken 5 und eine Haltetrommel 11, deren Mantel 12 eine Lücke 12" aufweist (Zentriwinkel α). Das durch den Anker zu betätigende Organ ist ein Arbeitskontakt 9, dessen eine Kontaktfeder 9° eine Traverse 8 trägt, deren eines Ende 8^a in den Weg des freien Endes 3° der Feder 3 ragt.

Die Bewegung des Ankers erfolgt beim Anzug durch Erregung des Magneten 1 und zunächst ohne Belastung durch die Traverse 8 des Federsatzes 9 wegen des Freihubes 10 zwischen dem Teil 3° und dem Traversenende 8°. Die Kraftwegcharakteristiken des Ankers und des Federsatzes sind so aufeinander abgestimmt, daß die zu Beginn durch den Kontakt 9 unbelastete Ankerbewegung durch die nachträglich hinzukommende Belastung der Feder 3 durch den Federsatz 9 nicht unterbrochen wird, sofern die Traverse 8 gerade der Lücke 12° gegenüberliegt. Es Wird, dann der Kontakt 9 geschlossen.

Wenn der Nocken 5 durch Wirkung auf einen Lappen 30 an der Feder 3 den noch erregten Anker 2 in seine Ruhelage zurückdrückt, was periodisch er- go folgt, wird der Kontakt 9 geschlossen gehalten, und zwar durch Anschlag der Traverse an der Innenseite des Trommelmantels 12. Der Nocken 5 und die Lücke 12° sind auf dem Trommelumfang in bezug aufeinander versetzt.

Die Erschütterungsempfindlichkeit der Anordnung ist wirksam herabgesetzt, da der Anker 2 nur während eines, kleinen Bruchteils einer Trommelumdrehung die Möglichkeit hat, vollständig anzuziehen, nämlich dann, wenn sich die Traverse 8 gegenüber der Lücke I2^a befindet. Die Lücke kann an einer beliebigen Stelle des Trommelumfanges angeordnet werden, nur nicht bei dem Nocken 5.

Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich ein elektrischer Wert (Strom oder Spannung).überwachen. Die zu überwachende Größe beeinflußt den Elektromagneten so, daß sein Anker unterhalb eines bestimmten Grenzwertes dauernd abgefallen ist, während er oberhalb desselben nach jeder Rückstellung durch den Rückstellnocken wieder anzieht. Unterhalb dieses Grenzwertes ist deshalb, abgesehen von der Wirkung der Haltetrommel 11, der Kontakt 9 dauernd offen, oberhalb dagegen dauernd betätigt.

Durch zusätzliche Mittel ist es aber möglich, zwei Grenzwerte zu überwachen in dem Sinne, daß beim Erreichen eines oberen Grenzwertes die Kontaktbetätigung erfolgt und erst dann wieder rückgängig gemacht wird, wenn die überwachte Größe den unteren Grenzwert erreicht hat. Zu diesem Zwecke wird in den Erregerkreis des Magneten 1 ein passender Widerstand geschaltet, der durch einen Arbeitskontakt wie 9 kurzgeschlossen wird. Solange die Kontaktanordnung nicht betätigt ist, ergibt sich die Erregeramperewindungszahl unter Berücksichtigung des Vorwiderstandes. Wenn der Anker angezogen hat, wird der Widerstand über den Arbeitskontakt kurz-

geschlossen, so daß die Amperewindungszahl entsprechend ansteigt. Der Anker zieht nach dem mechanischen Zurücklegen durch den Nocken 5 erst dann nicht mehr an, wenn die kontrollierte elektrische Größe entsprechend kleiner, d. h. gleich oder kleiner als der untere Grenzwert geworden ist.

Die Steuereinrichtung kann mehrere der beschriebenen Anordnungen aufweisen, welche dann durch einen gemeinsamen Motor getrieben werden, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, mehr als zwei Grenzwerte zu überwachen.

Mit einer Kombination von zwei Anordnungen läßt sich die Wirkungsweise eines Kontaktvoltmeters mit Umschaltekontakt nachbilden, welche Steuereinrichtung dadurch charakterisiert ist, daß an den beiden Grenzen der eine oder andere Kontakt geschlossen wird, während dazwischen beide Kontakte geöffnet sind. Dieser Effekt wird mit zwei Anordnungen der beschriebenen Art dann erreicht, wenn der Ansprechwert der einen an die untere Grenze des Regelbereiches und derjenige der anderen an die obere Grenze des Bereiches verlegt wird. Unterhalb des unteren Grenzwertes sind keine Anker angezogen, im Zwischenbereich nur der eine und oberhalb des anderen Grenzwertes beide.

An Stelle des gesteuerten Kontaktes 9 kann ein mechanisches Organ treten, beispielsweise eine geschwindigkeitsregulierte Antriebswelle. Ein solcher Antriebsmechanismus wird z. B. mit Vorteil bei Bogenlampen zur Vorschubregulierung der Kohlen in Abhängigkeit des Stromes oder der Spannung oder eines anderen passenden Kriteriums angewendet.

Ein Teil eines Ausführungsbeispiels dieser Art ist als Variante zu Fig. 1 bis 4 in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine gesteuerte Reibkupplung. Wie oben beschrieben, erfolgt auch hier der Antrieb der Antriebswelle 21 von einem passenden Motor mit konstanter Tourenzahl. Über einen Reibbelag 22 wird das Moment der Nockenscheibe 23 auf die Zahnscheibe 24 übertragen, da die Feder 25 die beiden Scheiben gegeneinanderdrückt. Solange sich der Anker 2 in der gezeichneten Ruhestellung befindet, dreht die Zahnscheibe 24 mit der gleichen Tourenzahl wie die Nockenscheibe 23. Beim Erreichen der Sollamperewindungszahl spricht der Anker unbelastet an und sperrt mit seiner Nase 27 die Zahnscheibe 24 und wird durch diese gehalten. Es ist auch hier zu beachten, daß ein erster Teil des Anzuges des Ankers ohne jegliche Belastung durch die Scheibe 24 erfolgt.

Nach jeder Umdrehung wird der Anker 2 durch den Nocken 28 der Nockenscheibe 23 in seine Ruhelage zurückgelegt, so daß die Sperrung der Zahnscheibe vorübergehend aufgehoben wird. Sofern der Anker 2 unmittelbar darauf wieder anzieht, wird die Zahn scheibe 24 erneut blockiert. Bei passender Ausbildung des Nockens 28 und der Zähne 29 kann erreicht werden, daß die Zahnscheibe 24 pro Umdrehung der Nockenscheibe 23 nur um einen Zahn weitergeschaltet wird.

Das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeit entspricht also in diesem Fall gerade der Zähnezahl. Besitzt die Nockenscheibe mehrere Nocken auf dem Umfang, so ergibt sich für dieses Verhältnis der Wert Zähnezahl: Nockenzahl. Zur Erzielung eines möglichst großen Tourenzahlverhältnisses muß jenes Verhältnis möglichst groß vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanische Steuereinrichtung mit einem Elektromagneten mit zugehörigem Anker, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster Teil der Ankerbewegung in der einen Richtung durch eine Veränderung der Erregung des Elektromagneten zustande kommt, ohne daß der Anker durch ein durch diesen zu betätigendes Organ belastet wird, und daß die Rückstellung des Ankers mit zusätzlichen Mitteln periodisch erfolgt.

2. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Rückstellung des Ankers vermittels einer durch eine zusätzliche Kraftquelle angetriebenen Nockenscheibe erfolgt.

3. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankeranzug elektromagnetisch und die Rückstellung des Ankers in die Ruhelage mechanisch erfolgt.

4. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Federlagers für den Anker.

5. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftquelle für den Antrieb der Nockenscheibe ein Synchronmotor mit einer Untersetzung verwendet wird.

6. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung der Ansprechamperewindungszahl des Elektromagneten.

7. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, mit einer Kontaktanordnung und einer Haltetrommel, gekennzeichnet durch ein auf Anzug arbeitendes Elektromagnetsystem, wobei die Haltetrommel die Kontaktanordnung so beeinflußt, daß diese mindestens für die Zeit, da der Anker von der Nockenscheibe in seine Ruhestellung zurückgelegt wird, in der betätigten Stellung gehalten bleibt und die außerdem so ausgebildet ist, daß die Kontaktbetätigung nur während eines Bruchteils einer Rückstellperiode möglich ist.

8. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Vorwiderstand im Erregerstromkreis des Elektromagneten, wobei dieser Widerstand für die Dauer der Betätigung der Kontaktanordnung von einem ihrer Kontakte kurzgeschlossen wird.

9. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens zwei Elektromagneten mit verschiedenem Ansprechwert, zum Zwecke, in Abhängigkeit einer zu regelnden Größe mindestens drei Schaltkriterien zu erhalten.

10. Elektromechanische Steuereinrichtung nach

Anspruch ι bis 6, mit einer Zahnscheibe, auf die von der Nockenscheibe durch Reibung ein Drehmoment übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Zahnscheibe für die Dauer, da der Anker angezogen ist, über eine Sperrnase von diesem blockiert wird.

ii. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch ι bis 6 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl der Scheibe größer ist als die Nockenzahl der Nockenscheibe.

12. Elektromechanische Steuereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzug des Ankers elektromagnetisch erfolgt, währenddessen Rückstellung in die Ausgangslage durch periodische Unterbrechung des Erreger-Stromkreises des Elektromagneten zustande kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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