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Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung elektromotorischer Antriebe
Bei Motoren tritt vielfach das Bedürfnis auf, die Geschwindigkeit auf einem bestimmten
Wert zu halten; das gilt besonders dann, wenn eine Verwendung des Motors für Meßzwecke
in Betracht kommt. Zu dem Zweck ist schon vorgeschlagen worden, die Umdrehungszahl
des Motors mit einem Uhrwerk zu vergleichen und bei Abweichungen durch Stromunterbrechung
oder Einschalten von Widerständen die Drehzahl zu regeln. Die Regelung ist also
immer eine nachträgliche. Naturgemäß schwankt daher die Drehzahl etwas, wenn auch
unter Umständen in kleinen Grenzen. Für viele Zwecke ist entweder die erreichte
Genauigkeit nicht groß genug oder bei Steigerung der Genauigkeit der Aufwand zu
groß.
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Diese Nachteile lassen sieh mit der nachstehend beschriebenen Einrichtung
zur Geschwindigkeitsregelung für elektromotorische Antriebe vermeiden. Sie kann
beispielsweise zur Regelung kleiner Motoren benutzt werden, die .als Antrieb bzw.
Zeitlaufwerk für Geräte oder Instrumente, z. B. für Integriersysteme, geeignet sind.
Bei der neuen Einrichtung dient erfindungsgemäß ein nach Maßgabe seiner Eigenschwingungsdauer
die Motorgeschwindigkeit bestimmendes, vom Motor selbst angetriebenes Schwingsystem
zurGeschwindigkeitsregelung. Das Schwingsystem, dessen Eigenschwingungsdauer zweckmäßig
regelbar ist, wirkt hierbei auf eine den Motorstromkreis steuernde Kontaktvorrichtung
oder ist selbst Bestandteil einer solchen Kontaktvorrichtung, indem es z. B. während
jeder Eigenschwingung den Motorstromkreis mindestens einmal öffnet und schließt.
Um hierbei eine besonders hohe Spannungsunabhängigkeit zu erzielen, ist nach
einem
weiteren Erfindungsmerkmal die Regeleinrichtung so ausgebildet, daß die Zeit der
Motorstromunterbrechung ein Vielfaches der Zeit der Stromschließung beträgt.
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Nachstehend ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
neuen Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Schrittschaltmotors näher beschrieben.
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Fig. i zeigt den Motor mit der Regeleinrichtung im Schnitt, während
Fig. 2 bis 4 Einzelheiten dazu darstellen.
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Im Innern eines Isoliergehäuses 2 i befindet sich ein Topfmagnet,
dessen Mantel 2.die Grundplatte 2' und die Polplatte 3 trägt. Mit der Grundplatte
2' ist der Kern i fest verbunden. 4 stellt die-Magnetspule .dar. Der Kern i ist
durchbohrt und nimmt die Achse b des Schwingankers 5 auf. Die Bohrung ist so groß
gewählt, daß die Achse frei hindurchgeht, ohne den Kern zu berühren. Die Lagerung
:dieser Achse geschieht in Platten 8 und 9 aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem
Material, beispielsweise aus Kunstharzpreßstoff. Diese Ausbildung der Lagerung gewährleistet
eine geringe Reibung. Der Anker 5 trägt einen Stift io, der durch eine Öffnung 9'
in der Platte 9 hindurchragt. D,ie öffnung ist so, ausgebildet, daß sie die Bewegungsmöglichkeit
des Ankers 5 begrenzt. Die beiden Grenzlagen, die der Anker einnehmen kann, zeigen
die Fig. 2, und 3, die eine Aufsicht auf die Polplatte 3 mit dem Anker 5 darstellen.
Die Öffnung 9' ist gestrichelt angedeutet. Gegen den Stift io drückt eine Feder
24, die den Anker stets in der. Stellung der Fig.3 hält, wenn der Magnet nicht vom
Strom durchflossen ist. Die Feder ist so stark, daß sie gerade mit, Sicherheit die
Reibungskräfte, die in dem Lager der Achse 6 und an der Klinke 17 wirksam sind,
überwindet. Inder Platte 9 und der drehbar angeordneten Lagerbuchse 14 ist die Achse
16 gelagert, die einen Schwingarm i i- trägt; auf i i sind zwei Körper 12 verschiebbar
angeordnet. Mit i i einerseits und 14 andererseits ist eine Feder 13 fest verbunden;
.durch Verdrehender Lagerbuchse 14 wird die Feder in der Weise gespannt, daß sie
,den Schwingarm i i gegen den Stift io drückt, und zwar so, daß der Anker die Lage
der Fig. 3 einzunehmen sucht. Die Teile i i bis 14 stellen ein nach Art einer Unruhe
auf Spitzen gelagertes Schwingsystem dar. Statt des Schwingarms i i könnte auch
ein Rad und statt .der Schraubenfeder 13 auch eine Spiralfeder, wie sie bei -Uhrenhemmungen
üblich sind, benutzt werden. Das eine Ende 22 der Spule ¢ ist mit der Batterie verbunden,
während das andere Ende 25 zu der auf der Platte 9 befestigten Feder 24 führt. Diese
Feder steht immer in leitender Verbindung mit dem Stift fo. In der Ruhestellung
des Ankers (Feg. 3) hat der Stift io Kontakt mit dem Schwingarm ii. Von hier fließt
der Strom durch die Feder 13, die Lagerbuchse 14 und die Leitung 23 über den Schalter26
zur Batterie. Bei geöffnetem Schalter 26 befindet sich also der Anker in der Stellung
der Fig. 3, und der Stift fo berührt den Arm i i. Wird .der Schalter geschlossen,
so folgt eine Drehung ;des Ankers in die Stellung- der Fig. 2. Während dieser Bewegung
bleibt,der Kontakt zwischen io und ii erhalten. Bei Erreichen dieser Stellung wird
jedoch der Kontakt unterbrochen, das Magnetfeld verschwindet, der Anker kehrt in
.die Stellung 'der Fig. 3 zurück, während der Schwingarm i i entsprechend dem ihm
erteilten Drehimpuls und der Eigenschwingung eine Schwingung ausführt, deren Weite
vom Impuls und deren Zeit von der Eigenschwingung abhängt. Nach Beendigung der Schwingung
wiederholt sich der Vorgang von neuem.
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Der Motor arbeitet um so spannungsunabhängiger, je größer der Unterschied
zwischen dem Ankerweg bis zum Punkt -der Kontaktunterbrechung einerseits und -dem
vom Schwingsystem zurückgelegten Weg andererseits ist. Da ersterer gegenüber dem
letzteren verschwindend klein ist, arbeitet der Motor praktisch spannungsunabhängig
und selbst bei beträchtlichen Spannungsschwankungen mit großer Konstanz. Zur Anpassung
an verschiedene Spannungsbereiche ist die Feder 13 zweckmäßig verschieden vorzuspannen.
Bei großer Vorspannung tritt dabei leicht die Gefahr auf, daß durch Zurückprellen
des Schwingarms i i nach -dem ersten Auftreffen auf io eine unsaubere Kontaktgabe
erfolgt. Um diesen Zustand zu vermeiden, sind das mechanische Schwingsystem beeinflussende
Dümpfungsmittel vorhanden, die unmittelbar vor der Stromschließung wirksam werden.
Gemäß Fig. i trifft der Schwingarm i i auf eine Feder 15, die die Bewegung des Arms
i i abbremst.
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Eine Verbesserung der Kontaktgäbe wie überhaupt .der Regelwirkung
läßt sich mit der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion erreichen. Der Stift io trifft
nicht -unmittelbar den Arm ii, sondern einen federnden Stift 27, der fest mit der
Achse 16 verbunden ist. Inder Ruhestellung berührt der federnde Stift 27 die Kontaktfläche
29; die mit dem Spulenende 25 verbunden ist. Nach Ausführung der Schwingung stößt
jedoch der Stift 27 nicht direkt auf den Kontakt 29, sondern gleitet über eine nicht
leitende Fläche 28 und trifft erst wieder in der Ruhestellung auf die Kontaktfläche
29. Durch die Verwendung eines federnden Stiftes 27 wird eine weitere Steigerung
der Spannungsunabhängigkeit erzielt, weil die Kraft zum Antrieb ;des mechanischen
Schwingsystems den elastischen Kräften des federn-,den Stiftes 27 entnommen wird.
Je nach Bemessung dieses elastischen Gliedes ist es nämlich möglich, ,die Anordnung
so auszugestalten, daß der Ausschlag ,des Schwingsystems praktisch nicht mehr von
der Größe des ihm vom Anker erteilten Drehimpulses abhängig ist. In diesem Fall
erübrigt sich eine Nachregulierung der Vorspannung der Feder 13 nach Maßgabe des
jeweils benutzten Motorstromes sowie die Hemm- bzw. Schleifvorrichtung 15, 28, 29.
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Um Drehbewegungen entnehmen zu können, trägt die Achse 6 am vorderen
Ende eine Schaltklinke 17, die in ein gezahntes Schaltrad 18 eingreift, welches
fest mit der im Gehäuse 2i gelagerten Achse 2o verbunden ist. Um ein Zurückdrehen
des Schaltrades zu verhindern, ist eine weitere, am Gehäuse 21 gelagerte Sperr-
oder Rastklinke ig vorgesehen.
Die hier für Schrittschaltmotoren
beschriebene Ausführung des Erfindungsgedankens kann auch bei umlaufenden Motoren
bei sinngemäßer Ausgestaltung Anwendung finden.