DE919177C

DE919177C - Electric synchronizing device for transmitting control movements

Info

Publication number: DE919177C
Application number: DEP4981A
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Schunck
Original assignee: Frankl and Kirchner GmbH and Co KG
Current assignee: Frankl and Kirchner GmbH and Co KG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1954-10-14

Description

Elektrische Gleichlaufvorrichtung zum Übertragen von Steuerbewegungen Die Erfindung betrifl`t eine aus einem Geber und einem Empfänger bestehende elektrische Gleichlaufvorrichtung mit Drehmomentverstärkung, wie sie z. B. bei der selbsttätigen Steuerung von Drehbänken Verwendung findet. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird der Gleichlauf zwischen dem elektrischen Geber und dem elektrischen Empfänger in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt, bei der zum Antrieb des Gebers ein nur sehr kleines Drehmoment aufzuwenden ist, während der Empfänger ein sehr erhebliches Drehmoment zu entwickeln vermag.Electric synchronizing device for transmitting control movements The invention relates to an electrical device consisting of a transmitter and a receiver Synchronization device with torque amplification, as z. B. in the automatic Control of lathes is used. In the known devices of this Art is the synchronization between the electrical transmitter and the electrical receiver produced in the manner described below, in the case of driving the encoder Only a very small amount of torque has to be applied, while the receiver has a very high torque able to develop considerable torque.

In Fig. i der Zeichnung ist eine :bekannte Gleichlaufvorrichtung mit einem zwölfpoligen Geber und einem zwölfpoligen Empfänger beispielsweise veranschaulicht. Der Geber wird z. B. von einem kleirien 12eibradgetriebe mit einer n äch Größe und Richtung wechselnden Geschwindigkeit angetrieben. Diese Bewegungen des Gebers werden vom Empfänger, der beispielsweise den Support einer Drehbank betätigt, winkeltreu wiederholt, wobei der Empfänger ein erhebliches Drehmoment zu entwickeln vermag.In Fig. I of the drawing is a: known synchronizing device with a twelve-pole transmitter and a twelve-pole receiver, for example. The giver is z. B. from a kleirien 12eibradantrieb with a n äch size and Direction changing speed driven. These movements will be the giver from the recipient, who operates the support of a lathe, for example, at the correct angle repeatedly, whereby the receiver is able to develop a considerable amount of torque.

Der Geber hat die Form eines drehbaren Gleichstromkollektors mit zwölf Lamellen und zwei feststehenden Bürsten. Es sind die Lamellen i, 5 und 9 mit einem Schleifring und Schleiffeder a, die Lamellen 3, 7 und i i mit einem Schleifring und Schleiffeder b, die Lamellen 2, 6 und io mit einem Schleifring und Schleiffeder c, die Lamellen q., B und 12 mit einem Schleifring und Schleiffeder d verbunden. Der Empfänger hat einen zwölfpoligen Stator und einen sechspoligen Rotor. Die zwölf Pole des Stators sind in zwei Wicklungsgruppen geschaltet. In der einen Wicklungsgruppe sind die Pole i, 3, 5, 7, 9 und i i hintereinandergeschaltet, und der Wicklungsanfang ä ist mit der Schleiffeder a, das Wicklungsende b' mit der Schleiffeder b verbunden. In der anderen Wicklungsgruppe sind die Pole 2, q., 6, 8, io und 12 hintereinandergeschaltet, und der Wicklungsanfang c' ist mit der Schleiffeder c, das Wicklungsende d' mit der Schleiffeder d verbunden.The transmitter is in the form of a rotating direct current collector with twelve fins and two fixed brushes. There are the slats i, 5 and 9 with a slip ring and slide spring a, the slats 3, 7 and ii with a slip ring and slide spring b, the slats 2, 6 and io with a slip ring and slide spring c, the slats q., B and 12 connected to a slip ring and slip spring d. The receiver has a twelve-pole stator and a six-pole rotor. The twelve poles of the stator are connected in two winding groups. In one winding group, poles i, 3, 5, 7, 9 and ii are connected in series, and the beginning of the winding ä is connected to the slide spring a, the winding end b ' to the slide spring b . In the other winding group, poles 2, q., 6, 8, io and 12 are connected in series, and the beginning of the winding c 'is connected to the slide spring c, the winding end d' to the slide spring d.

Die sechs Pole des Rotors werden in Reihe mit den Bürsten des Gebers als Folgepole erregt. Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise: Stehen z. B. die Bürsten des Gebers auf den Lamellen i und 7, wie gezeichnet, so werden die Statorpole i, 5 und 9 als Nordpole, die Statorpole 3, 7 und ii als Südpole erregt, während die Statorpole 2, 4., 6 usw. unerregt bleiben.The six poles of the rotor are in series with the brushes of the encoder excited as a consequent pole. This results in the following mode of action: If z. B. the Brushing the encoder on lamellae i and 7, as shown, will become the stator poles i, 5 and 9 as north poles, the stator poles 3, 7 and ii as south poles, while the stator poles 2, 4, 6 etc. remain unexcited.

Der sechspolige Rotor wird sich also so einstellen, daß seine Südpole unter den Statorpolen i, 5 und 9, seine Nordpole unter den Statorpolen 3, 7 und i i stehen. Dreht sich der Geber so; daß seine Bürsten auf die Lamellen 2 und 8 zu stehen kommen, so werden die Statorpole 2, 6 und io als Nordpole, die Statorpöle q., 8 und 12 als Südpole erregt. Infolgedessen dreht sich der Rotor um eine Statorpolteilung im Uhrzeigersinn weiter.The six-pole rotor will adjust itself so that its south poles under stator poles i, 5 and 9, its north poles under stator poles 3, 7 and i i stand. Does the encoder turn like this; that his brushes on slats 2 and 8 come to a standstill, the stator poles 2, 6 and io become the north poles, the stator poles q., 8 and 12 excited as south poles. As a result, the rotor rotates one stator pole pitch clockwise further.

Hätte der Geber sich im entgegengesetzten Sinn gedreht, so daß also seine Bürsten auf die Lamellen 12 und 6 gekommen wären, so wären die Statorpole 2, 6 und io als Südpole und die Statorpole q., 8 und 12 als Nordpole erregt worden, und der Rotor hätte sich um eine Statorpolteilung gegen den Uhrzeigersinn gedreht.If the giver had turned in the opposite direction, so that If his brushes had come to the lamellas 12 and 6, the stator poles would be 2, 6 and io as south poles and the stator poles q., 8 and 12 as north poles, and the rotor would have rotated counterclockwise one stator pole pitch.

Der Rotor dreht sich also stets mit derselben Geschwindigkeit und in demselben Drehsinn wie der Geber. Das Drehmoment des Rotors ist proportional dem Produkt aus dem Statorstrom und dem Rotorstrom.The rotor therefore always turns at the same speed and in the same direction of rotation as the encoder. The rotor torque is proportional the product of the stator current and the rotor current.

Dieser bekannten Anordnung haften indessen noch mehrere wesentliche Nachteile an. Läuft eine Bürste auf eine Lamelle auf, so erhält die bisher nicht eingeschaltete Wicklungsgruppe Netzspannung, so daß eine einigermaßen funkenfreie Kommutierung nur bei niedrigen Netzspannungen und unter Parallelschaltung von Kondensatoren und Widerständen möglich ist.This known arrangement, however, adheres to several essentials Disadvantages. If a brush runs onto a lamella, it has not yet received it switched-on winding group mains voltage, so that a reasonably spark-free Commutation only at low line voltages and with capacitors connected in parallel and resistances is possible.

Ferner ist jeweils nur eine Wicklungsgruppe eingeschaltet, wodurch die Eisen- und Kupferausnutzung schlecht ist.Furthermore, only one winding group is switched on, which means the iron and copper utilization is poor.

Schließlich hängen Rotor- und Statorstrom und damit das Drehmoment des Empfängers vom ohmschen Widerstand der Wicklungen und von der im Stator des Empfängers erzeugten gegenelektromotor'ischen Kraft ab. Letztere ist proportional der Drehzahl. Damit nun der Strom im Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen nicht zu groß wird, muß die Spannung im Verhältnis zum ohmschen Widerstand der Wicklung verhältnismäßig. klein gewählt werden. Bei größeren Drehzahlen und damit zunehmender gegenelektromotorischer Kraft sinkt der Strom und damit proportional auch das Drehmoment ab. Es ist klar, daß unter diesen Verhältnissen der Wirkungsgrad eines normalen Gleichstrommotors nicht zu erreichen ist, bei welchem der ohmsche Spannungsverlust nur ein Bruchteil der gegenelektromotorischen Kraft ist.After all, the rotor and stator current and thus the torque depend of the receiver from the ohmic resistance of the windings and from that in the stator of the Receiver generated counter electromotive force. The latter is proportional the speed. So that the current does not run at standstill or at low speeds becomes too high, the voltage must be in relation to the ohmic resistance of the winding relatively. be chosen small. At higher speeds and thus increasing counter-electromotive force, the current decreases and thus proportionally also the torque away. It is clear that under these conditions the efficiency of a normal DC motor can not be achieved at which the ohmic voltage loss is only a fraction of the back electromotive force.

Gemäß der Erfindung können diese Nachteile dadurch beseitigt werden, daß der Geber aus einem feststehenden Kollektor und mit Gleichstrom gespeisten umlaufenden Bürsten besteht, die in Reihe mit dem Rotor des Empfängers geschaltet sind, dessen Stator eine Ring- oder Trommelwicklung mit einer der Netzspannung entsprechenden Anzahl mit den Kollektorlamellen des Gebers verbundene Spulen aufweist.According to the invention, these disadvantages can be eliminated by that the encoder consists of a fixed collector and is powered by direct current rotating Brushes that are connected in series with the rotor of the receiver whose Stator a ring or drum winding with a voltage that corresponds to the mains voltage Has number of coils connected to the collector lamellas of the encoder.

Bei Anschluß der Gleichlaufvorrichtung gemäß der Erfindung an ein Wechselstromnetz wird zweckmäßig vor den den Gleichstrom erzeugenden Gleichrichter eine Drossel geschaltet, die einen von der gegenelektromotorischen Kraft des Stators im wesentlichen unabhängigen Strom erzeugt und deren Blindstrombedarf durch Kondensatoren kompensiert werden kann.When connecting the synchronization device according to the invention to a Alternating current network is expedient before the rectifier generating the direct current a reactor connected to one of the counter electromotive force of the stator Generates essentially independent electricity and its reactive power requirement through capacitors can be compensated.

Eine Anordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.An arrangement according to the invention is shown in Fig. 2 of the drawing in an embodiment illustrated.

Als Beispiel ist ein zweipoliger Stator gewählt worden. Die Anordnung kann natürlich auch vielpolig ausgeführt werden.. Der Geber besteht aus einem feststehenden Kollektor mit sechs Lamellen. Innerhalb des Kollektors laufen zwei Bürsten B und C um, denen Gleichstrom über zwei Schleifringe zugeführt wird.A two-pole stator has been chosen as an example. The order can of course also be designed with multiple poles. The encoder consists of a fixed Collector with six lamellas. Two brushes B and run inside the collector C um, to which direct current is fed via two slip rings.

Der Empfänger besteht aus einem mit einer Gleichstromwicklung D versehenen Stator E. Der Übersichtlichkeit wegen ist eine GrammescheWicklung gezeichnet worden; es kann jedoch auch jede Trommelwicklung mit Nuten Verwendung finden. Die Wicklung hat sechs fortlaufend geschaltete Spulen, deren Anzapfungen i bis 6 mit den entsprechend numerierten Kollektorlamellen des Gebers verbunden sind. Die niedrige Spulenzahl ist nur mit Rücksicht auf eine einfache Darstellung gewählt worden. In Wirklichkeit richtet sich die Spulenzahl nach denselben Gesichtspunkten wie beim normalen Gleichstrommotor, d. h. sie wird so hoch gewählt, daß am Kollektor eine genügend niedrige Lamellenspannung entsteht.The receiver consists of a DC winding D. Stator E. For the sake of clarity, a gram winding has been drawn; however, any drum winding with grooves can also be used. The winding has six consecutively switched coils, their taps i to 6 with the corresponding numbered collector lamellas of the sender are connected. The low number of bobbins has only been chosen with a view to simplicity of presentation. In reality the number of coils is based on the same criteria as with a normal DC motor, d. H. it is chosen so high that there is a sufficiently low lamella voltage at the collector arises.

Der Rotor F ist entsprechend der gewählten Bürstenanordnung zweipolig gezeichnet. Er wird in Reihe mit den Schleiffedern des Kollektors des Gebers über Schleifringe mit Gleichstrom erregt. Die Schleifringe sind in der Abbildung nicht eingezeichnet. Der Rotor kann natürlich auch durch eine besondere Gleichstromquelle gespeist werden.The rotor F has two poles in accordance with the brush arrangement selected drawn. He is in series with the slip springs of the collector of the giver over Slip rings excited with direct current. The slip rings are not in the picture drawn. The rotor can of course also be powered by a special direct current source be fed.

Bei Stillstand der Bürsten des Kollektors stellt sich der Rotor, solange kein Drehmoment auf ihn ausgeübt wird; in die gezeichnete Stellung ein. Ist ein Drehmoment vorhanden, so wird er sich bis zu 9ö°` im Uhrzeiger- bzw. Gegenuhrzeigersinn verdrehen, bis er sein größtes Drehmoment erreicht hat. Im übrigen wird er genau den Bewegungen der Geberbürsten folgen. Dies braucht nicht näher erläutert zu werden, da es genau der Wirkungsweise des normalen Gleichstrommotors entspricht. Genau wie bei diesem werden Eisen und Kupfer voll ausgenutzt. Auch ist die Anordnung von Wendepolen und Kompensationswicklung möglich.If the brushes of the collector come to a standstill, the rotor will remain in position for as long no torque is applied to it; in the position shown. Is a If torque is present, it will be up to 90 ° clockwise or counterclockwise twist until it has reached its greatest torque. Otherwise it will be accurate follow the movements of the encoder brushes. This does not need to be explained in more detail, as it works exactly of the normal DC motor. Just like this one, iron and copper are fully utilized. Also is the arrangement of reversing poles and compensation winding possible.

Beim Anschluß an ein Wechselstromnetz wird der zum Betriebe der Anordnung erforderliche Gleichstrom von einem Gleichrichter G geliefert. Um den Strom unabhängig von der Drehzahl und damit von der gegenelektromotorischen Kraft des Stators konstant zu halten, ist vor den Gleichrichtertransformator eine Drossel H geschaltet. Bei genügender Größe der Drossel wird der Strom im wesentlichen nur von dem ohmschen Widerstand der Motorwicklung und der gegenelektromotorischen Kraft abhängen.When connected to an alternating current network, it is used to operate the arrangement required direct current supplied by a rectifier G. To the electricity independently constant from the speed and thus from the counter-electromotive force of the stator A choke H is connected upstream of the rectifier transformer. at If the choke is of sufficient size, the current is essentially only ohmic The resistance of the motor winding and the counter electromotive force depend on.

Es sei z. B. der Strom, auf die Primärseite des Transformators bezogen, io Amp., die Wechselspannung ioo Volt, die gegernelektromotorische Kraft 50 Volt, der ohmsche Widerstand der Wicklung o,5 Ohm. Dann muß der Spannungsabfall in der Drossel sein: yT002-552 = 83,5 Volt, d. h. die Drossel muß 8,35 Ohm Widerstand haben. Wird bei Stillstand des Motors die gegenelektromotorische Kraft gleich Null, so beträgt der Strom Der Blindverbrauch der Drossel kann durch den Kondensator K kompensiert werden. Wird der Rotor durch einen besonderen Gleichrichter gespeist, so kann eine entsprechend größere Stromminderung im Statorkreis zugelassen und die Drossel entsprechend kleiner bemessen werden.Let it be B. the current, based on the primary side of the transformer, io Amp., The AC voltage 100 volts, the opposing electromotive force 50 volts, the ohmic resistance of the winding 0.5 ohms. Then the voltage drop in the choke must be: yT002-552 = 83.5 volts, ie the choke must have 8.35 ohms resistance. If the counter-electromotive force equals zero when the motor is at a standstill, the current is equal to The reactive consumption of the choke can be compensated by the capacitor K. If the rotor is fed by a special rectifier, a correspondingly greater current reduction in the stator circuit can be permitted and the choke can be dimensioned correspondingly smaller.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei Reihenschaltung von Rotor und Stator auch wie ein Wechselstrom-Reihenschlußkollektormotor mit Wechselstrom betrieben werden. Die zur Konstanthaltung des Stromes erforderliche Induktivität kann dabei ganz oder teilweise in die Rotor- und Statorwicklung eingebaut werden.The arrangement according to the invention can with a series connection of the rotor and stator also like an alternating current series collector motor with alternating current operate. The inductance required to keep the current constant can be completely or partially built into the rotor and stator windings.

Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die verhältnismäßig zahlreichen Verbindungen zwischen dem Kollektor des Gebers und dem Stator des Empfängers solche zwischen zwei ortsfesten Vorriohtungsteilen sind, da sonst die Anordnung einer praktisch unausführbar großen Anzahl - von Schleifringen nötig wäre.There is a significant advantage of the arrangement according to the invention in that the relatively numerous connections between the collector of the Encoder and the stator of the receiver between two stationary Vorriohtungstteile are, otherwise the arrangement of a practically impracticable large number - of slip rings would be necessary.

Claims

PATENT CLAIMS: i. An electrical synchronizing device consisting of a transmitter and a receiver with torque amplification for transmitting control movements, characterized in that the transmitter consists of a fixed collector and rotating brushes fed with direct current, which are connected in series with the rotor of the receiver, the stator of which is a ring or drum winding with a number of coils connected to the collector lamellas of the transmitter that corresponds to the mains voltage.

2. Electrical synchronization device according to claim i, characterized in that when it is connected to an alternating current network before the rectifier generating the direct current, a choke is connected, the reactive power requirement of which can be compensated for by capacitors. Cited publications: German Patent Specifications No. 621 537, 632 Zoo, 686 649, 7 0 5 446, 713 365, 722 304; Journal "Kinotechnik" 1938, pp. 324 to 327.