-
Elektrische Einrichtung zur Erzeugung einer Dreh- oder Umlaufbewegung
durch aufeinanderfolgende Stromimpulse wechselnder Richtung Die Erfindung betrifft
eine mit einem Taumelanker arbeitende elektrische Einrichtung zur Erzeugung einer
Dreh- oder Umlaufbewegung durch aufeinanderfolgende Stromimpulse wechselnder Richtung.
-
Mit Taumelankern arbeitende elektrische Einrichtungen ähnlicher Art
sind an sich bekannt. Sie wurden z. B. vorgeschlagen zur synchronen Übertragung
der Bewegung zweier Umlaufglieder, wobei .die Bewegung eines drehend angetriebenen
Geberteiles mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und übereinstimmendem Drehsinn auf
einen Empfängerteil übertragen wird. Bei einer bekannten Einrichtung besteht dabei
der Geberteil im wesentl'ichen aus einem nach Art eines Kommutators aufgebauten
Stromschalter, und der mit einem Taumelanker arbeitende Empfänger ist mit einer
Anzahl von Elektromagneten versehen, die im Kreise um den Taumelanker angeordnet
sind.
-
Die Zahl der Elektromagneten ist dabei doppelt so groß wie die Zahl
der Kontaktstücke des Kommutators, und jedes dieser Kontaktstücke ist durch eine
Leitung mit einem Elektromagnetpaar verbunden. Bei einer großen Anzahl von Kontaktstücken
des Kommutators ist hier eine ebenso große Anzahl von Fernleitungsadern erforderlich.
Dies
aber bedingt einen hohen Aufwand an Leitungsmaterial; auch
wird hierdurch die Zahl der Störungsmöglichkeiten vergrößert.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung-einer in Aufbau und Wirkungsweise
besonders einfachen Einrichtung zur Erzeugung einer Dreh- oder Umlaufbewegung durch
aufeinanderfolgende Stromimpulse wechselnder Richtung, bei welcher ein Taumelanker
mit einer Anzahl in Kreisform angeordneter Elektromagneten zusammenarbeitet, die
durch Vermittlung einer Fortschalteinrichtung wechselweise an eine Stromquelle angeschlossen
und dabei erregt werden. Dabei sollen die Ausgestaltung und Anordnung so getroffen
sein, daß die Störungsmöglichkeiten auf ein Mindestmaß herabgesetzt .sind, ferner
daß die Anforderungen an Baustoffaufwand möglichst gering, die Anwendbarkeit hingegen
möglichst vielseitig ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die
vorzugsweise nach Art eines Kommutators aufgebaute Fortschalteinrichtung in mechanischer
Wirkverbindung mit dem Taumelanker steht und daß die Schaltbefehle durch einen nach
Art eines Polwenders wirkenden Schalter erteilt werden.
-
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung werden
die mittels ihres Magnetfeldes auf den Anker einwirkenden Elektromagneten zu vieren
oder in größerer gerader Anzahl vorgesehen, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß
die gleichen Magneten immer im gleichen Sinne erregt werden, d. h. so, daß sie stets
gleiche Pole aufweisen, daß aber aufeinanderfolgende Magneten verschiedene Pole
zeigen. Die einen Spulenenden der Elektromagneten werden. dabei mit je einem der
in gleicher Anzahl wie die Spulen vorgesehenen feststehenden und gegeneinander elektrisch
isoliert angeordneten Kontaktstücke der Fortschalteinrichtung, die anderen Enden
aufeinanderfolgender Spulen jedoch abwechselnd mit dem .einen und dem anderen Pol
einer Stromquelle und außerdem über eine Fernleitung abwechselnd mit dem einen und
dem anderen der beiden- Kontakte des als Polwender ausgebildeten Gebenschalters
elektrisch leitend verbunden, und ferner wird das bewegliche Schaltglied des Geberschalters
mit dem vom Taumelanker bewegten Teil der Fortschalteinrichtung elektrisch leitend
verbunden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn Taumelanker, Magnetsystem und Fortschalteinrichtung
in einem Gehäuse zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Die mechanische Wirkverbindung
des Taumelankers mit .dem beweglichen Teil der Fortschalteinrichtung, die eine Mietnahme
des letztgenannten Teiles durch den Ankerbezweckt, wird zweckmäßig durch ein elastisches
Zwischenglied gebildet. Der Anker kann dabei z. B. durch einen Hohlkörper aus ferromagnetischem
Werkstoff gebildet und auf einer Trag- und Führungsachse - befestigt sein, die -durch
Kugeloder- Spitzenlagerung oder durch kardanische Aufhängung- eine Taumelbewegung
gestattet. Bei einer solchen Ausführung kann ferner der bewegliche Teil der Fortschalteinrichtung
durch einen Metallring gebildet werden, durch den die Achse hindurchgesteckt ist,
derart, daß der Ring die Achse in einem Abstand umgibt. Das die Wirkverbindung zwischen
Ankerkörper und Schaltstück der Fortschalteinrichtung bildende elastische Zwischenglied
kann dabei gleichzeitig so angeordnet und ausgestaltet sein, daß sich die Wirkung
einer Nachlaufbremse ergibt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wesenhaft
veranschaulicht. Es zeigt Abb. I einen Mittellängsschnitt durch eine Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes, Abb. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Abb. I,
Abb. 3 verschiedene ausgezeichnete Stellungen des Schaltstückes der Fortschalteinrichtung,
Abb. 4 das Schaltbild für eine Einrichtung nach Abb. I und 2.
-
Die in Abb. I und 2 dargestellte Einrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Elektromagnetsystem, einem eine außermittige Umlaufbewegung in dem Magnetfeld
ausführenden Anker und einer die Erzeugung des Magnetfeldes steuernden Fortschalteinrichtung.
-
Das Elektromagnetsystem wird gebildet von vier Elektromagneten b I,
b:2, b 3, b 4, welche in einem gleichzeitig als Magnetkern dienenden Gehäuse r I
im Kreis angeordnet sind. Die Wicklungen der Spulen der Magneten b I bis b 4 sind
so ausgeführt und sie werden durch- eine später zu beschreibende Einrichtung so
erregt, daß im Kreis aufeinanderfolgende Magneten verschiedene Pole aufweisen. In
dem durch die einander zugekehrten Pole der Elektromagneten b I, b 2, b 3, b 4 umgrenzten
Hohlraum ist ein Anker c untergebracht und so angeordnet; daß er unter Wirkung der
magnetischen Kraft eine außermittige Umlaufbewegung (Taumelbewegung) in bezug auf
die Mittelachse des Magnetsystems bzw. des Gehäuses r I ausführen kann. Zu diesem
Zweck ist der als kegelstumpfartiger Hohlkörper aus ferromagnetischem Werkstoff
hergestellte Anker unnachgiebig auf einer Achse e festgelegt, die zur Mittelachse
des Gehäuses r I geneigt ist und in einem in einem Gehäusefortsatz r2 untergebrachten
Kugelgelenk f so geführt wird, daß sie der außermittigen Umlaufbewegung des Ankers
c folgen kann. Mit ihrem aus dem Anker c herausragenden oberen Ende e I greift die
Achse e an einer Treibscheibe l an, welche auf einer in dem Gehäusedeckel
r 3 gelagerten Welle m sitzt. Letztere dient zur Weiterleitung der
Bewegungen des Ankers c zu einem Anzeige- oder Meßinstrument oder zu einem sonstigen
durch den Anker- in Bewegung zu setzenden Gerät. Zur Erregung des Magnetfeldes ist
eine Fortschalteinrichtung vorgesehen, welche aus einem feststehenden und einem
beweglichen Teil besteht. Der feststehende Teil der Fortschalteinrichtung wird gebildet
durch im Gehäuse r i festgelegte, im Kreis angeordnete und gegeneinander isolierte
Kontaktstücke a i, a2, a3, a4 (Segmente), deren Anzahl mit der Zahl der Elektromagneten
li r, b 2, b 3, b 4 übereinstimmt. Der bewegliche Teil der Fortschalteinrichtung
wird gebildet durch einen Metallring g, der sich gegen - die Kontaktstücke
a
I, a 2, a 3, a 4 abstützt und bei seiner Bewegung diese Stücke überschleift und
nebeneinanderliegende Kontaktstücke nacheinander überbrückt. Diese Bewegung des
Kontaktringes g kommt durch eine mechanische Wirkverbindung dieses Teiles mit dem
Anker c zustande. Diese Wirkverbindung besteht im wesentlichen aus einer Druckfeder
i, welche mit ihrem unteren Ende an dem Kontaktring g befestigt ist und die sich
mit ihrem oberen Ende über eine Druckplatte d unter Reibungsschluß gegen eine Querwand
c I des Ankerkörpers anlegt. Bei der beschriebenen Anordnung von Anker c, Druckplatte
d, Feder i und Kontaktring g ergibt sich bei der Umlaufbewegung des
Ankers gleichzeitig eine Wirkung als Nachlaufbremse, wobei die Bremskraft abhängig
ist von der Druckkraft des elastischen Gliedes (Feder i).
-
In Abb. 4 ist das Schaltbild einer Einrichtung nach Abb. I und 2 in
Zusammenarbeit mit einem als Impulsgeber dienenden, nach der Art eines Polwenders
wirkenden elektrischen Schalter n dargestellt. Demnach werden die einen Spulenenden
der Elektromagneten b I, b 2, b 3, b 4, z. B. die Wicklungsanfänge, und zwar in
gleicher Reihenfolge mit je einem der Kontaktstücke a I, a2, a3, a4, der Fortschalteinrichtung
verbunden, und die anderen Spulenenden der Elektromagneten b I, b 2, b 3, b 4, z.
B. die Wicklungsenden, aufeinanderfolgender Spulen werden abwechselnd mit dem einen
und dem anderen Pol einer Gleichstromquelle o und außerdem über eine Fernleitung
h I, h 2 abwechselnd mit dem einen, n I, und dem anderen, n2, der beiden Kontakte
n i, n2 des als Geberschalter dienenden Polwenders n verbunden, während das bewegliche
Schaltglied n3 dieses Schalters mit dem beweglichen Teil der Fortschalteinrichtung
(Schaltstück g) durch eine Leitung h3, die auch durch eine Erdleitung ersetzt
werden kann, in Verbindung steht.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Es sei angenommen,
der Anker c befinde sich in Ruhe und stehe zwischen den beiden Elektromagneten b
I und b4. Der von ihm angetriebene bewegliche Teil (Metallring g) der Fortschalteinrichtung
hat dann die in Abb. 3 mit der Zahl bezeichnete Stellung, in welcher er die Kontaktstücke
a I und a4 des feststehenden Teiles der Fortschalteinrichtung miteinander verbindet.
Gemäß Abb. 4 ist der positive Pol der Stromquelle ö verbunden mit dem Ende der Spule
b I sowie mit dem Ende der Spule b 3 und mit dem Kontakt n 2 des Geberschalters
n, während der negative Pol der Stromquelle o in Verbindung steht mit den äußeren
Enden der Spulen b2 und b 4 sowie mit dem Kontakt n I des Gebers n. Die inneren
Enden der Spulen b I bis b 4 sind, und zwar unter Einhaltung der zyklischen Reihenfolge,
an die Kontaktstücke a I bis a4 der Fortschalteinrichtung angeschlossen. Bei der
durch die Zahl I in Abb. 3 gekennzeichneten Stellung des Metallringes g sind also
die beiden Spulen b I und b 4 in Hintereinanderschaltung an die Stromquelle angeschlossen.
Beide Magneten b I und b 4 sind erregt, jedoch nur mit der halben Erregerspannung.
Das Schaltglied n3 des Gebers n befindet sich zunächst in der Mittellage zwischen
den beiden Kontakten n I und n2, in welcher es keinen dieser Kontakte berührt. Die
Einrichtung bleibt damit zunächst in der Ruhelage. Wird nun das Schaltglied n 3
des Gebers n in die mit I bezeichnete Stellung, also in Verbindung mit dem Kontakt
n I gebracht, so kommt der bewegliche Teil g der Fortschalteinrichtung über die
Leitung h 3, Schaltglied n 3, Kontakt n I und Leitung h I in Verbindung mit dem
Minuspol der Stromquelle o. Damit aber wird die Erregung des Magneten b I auf den
vollen Wert gebracht, während die Erregung des Magneten b4. durch Kurzschlußüberbrückung
seiner Spule rückgängig gemacht wird. War also vorher an der Innenseite des Magneten
b I ein Südpol und an der Innenseite des Magneten b 4 ein Nordpol, so verschwindet
der letztere, während die Wirkung des ersteren verstärkt wird. Die Folge davon ist,
daß der Anker c von dem Südpol des Magneten b I kräftig angezogen wird. In diesem
Augenblick aber unterbricht der Schalter n wieder. Infolge seiner lebendigen Kraft
wird der Anker c etwas über seine Mittellage vor dem Magneten b I in Richtung auf
den Magneten b 2 zu hinausbewegt, so daß der Metallring g der Fortschalteinrichtung
die Überbrückung zu dem nächsten Kontaktstück a2 der Fortschalteinrichtung herstellt
(Stellung 2 in Abb. 3). In diesem Augenblick sind dann die Spulen b I und b 2 in
Hintereinanderschaltung an die Stromquelle o angelegt, so daß jeder Magnet, und
zwar mit halber Spannung, erregt wird in dem Sinne, daß der Magnet b I an seinem
inneren Ende nach wie vor einen Südpol, der Magnet b 2 einen Nordpol aufweist. Wird
nun das Schaltglied n3 des Gebers n in die andere, in Abb. 4 gestrichelt angedeutete
Lage II gebracht, so wird der positive Pol der Stromquelle o an den beweglichen
Teil g der Fortschalteinrichtung angeschlossen und somit die Erregung der Spule
b I durch Kurzschlußüberbrückung rückgängig gemacht, während die Spule b 2 voll
erregt wird. Sie zieht nun den Anker c kräftig an, der nach erfolgter Unterbrechung
der Verbindung zwischen dem Schaltglied 7a 3 und dem Kontakt n-> infolge der Trägheit
seiner Masse wieder etwas über die Mittellage vor dem Elektromagneten b 2 hinausgeschleudert
wird, so daß der Metallring g nunmehr die Kontaktstücke a2 und a3 der Fortschalteinrichtung
überbrückt (Stellung 3 in Abb. 3). Hier wiederholen sich nunmehr die oben beschriebenen
Vorgänge. Bei stetigem Wechsel der Schaltbewegungen des Schaltgliedes 'z3 in der
vorher beschriebenen Reihenfolge vollführt also der Anker c eine Drehbewegung im
Sinne des Pfeiles A in Abb.4 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne. Wird das Schaltglied
n3 in seiner Mittellage, wo es mit keinem der Kontakte n i und 112 Verbindung hat,
festgehalten, so kommt der Anker zur Ruhe. Erfolgt bei Wiederinbetriebsetzung die
Kontaktgabe am Geber n in der gleichen Reihenfolge, also angefangen mit der Schaltstellung
I, dann II, dann wieder I, so wird der Anker c wieder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne
bewegt, während bei umgekehrter Schaltfolge, also angefangen mit der
Stellung
II des Schaltgliedes n3, eine Drehbewegung des Ankers c im Uhrzeigersinne erzielt
wird.
-
Um nach jedem Stillstand des Ankers bei der Mittelstellung des Schaltgliedes
n3 mit Sicherheit eine Drehbewegung des Ankers zu erzielen, ruß Vorsorge getroffen
werden, daß der Anker immer in einer solchen Lage zum Stillstand kommt, bei der
der von ihm bewegte Teil (Metallring g) der Fortschalteinrichtung zwei benachbarte
Kontaktstücke ax und ax + i überbrückt. Dies ist beispielsweise zu erreichen durch
eine geeignete Abstimmung der Nachlaufbremswirkung der Feder i, oder es kann auch
eine Hilfseinrichtung vorgesehen werden, die den Anker c in einer Zwischenstellung
zwischen aufeinanderfolgenden Magneten bx und bx + i festhält. Eine solche Hilfseinrichtung
kann z. B. durch j e einen kleinen Permanentmagneten gebildet werden, der zwischen
aufeinanderfolgenden Elektromagneten bx und bx + i angeordnet ist und nach Aufhören
der Wirkung der letzteren den Anker in die Zwischenstellung zieht.
-
Einrichtungen der beschriebenen Art können z. B. zur Ferndrehzahlmessung
von. Maschinen oder zur Fernanzeige der Drehrichtung dienen.. In diesem Fall kann
das. Schaltglied n3 des Gebers n zweckmäßig durch einen 'auf der umlaufenden Maschinenwelle
angeordneten Nocken oder Exzenterantrieb bewegt werden. Die Frequenz der Schaltbewegungen
des Schaltgliedes n 3, welche indem zuletzt erwähnten Anwendüngsfall mit der Maschinendrehzahl
übereinstimmt, :steht dabei in einem festen, durch :die Zahl der vorhandenen Elektromagneten
bestimmten: Verhältnis zu der Drehgeschwinidigkeit des Ankers c.