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Als Umkehrmotor anwendbares Antriebsaggregat Die Erfindung bezieht
sich auf ein als Umkehrmotor mit genau einsteuerbarem Drehwinkel bzw. Drehzahl,
insbesondere als Empfänger und/oder Geber einer Fernsteuerung anwendbares Antriebsaggregat.
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Die genau proportionale Fernübertragung von Winkelbewegungen einer
Achse auf andere Achsen ist um so schwieriger, je größer einerseits die zu überbrückenden
Entfernungen und Kräfte sind und je höher andererseits die Anforderungen an einen
geringstmöglichen toten Gang gestellt werden, dessen Anwachsen grundsätzlich durch
die Elastizität der Übertragungsmittel bedingt wird. Unter Fernübertragung im Sinn
.der nachfolgenden Ausführungen seien solche verstanden, die auf mechanischem, hydromechanischem,
pneumatschem oder elektromechanischem Wege sowohl relitav kurze wie auch weitere
Entfernungen überbrücken und dabei erschwerten Bedingungen sowohl in bezug auf den
Verlauf der Übertragungswege wie auch die Größe und den Verlauf der zu übertragenden
Kräfte in Verbindung mit der erforderlichen Genauigkeit unterworfen sind. Solche
Übertragungen von Drehbewegungen Werden häufig gebraucht. Sie arbeiten bekanntlich
meist elastisch oder ungenau, haben, besonders auch bei elektromechanischer
Betätigung,
geringe Drehmomente oder andere besondere Eigenschaften, die die An-Lage komplizieren
und empfindlich im Betrieb machen, wie auch im Schrifttum immer wieder betont wird.
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Sehr verbreitet als Ausführungsformen von Fernübertragungen sind Schrittschaltwerke
wegen ihrer Einfachheit und Genauigkeit, besonders bekannt als Wähler im Fernmeldewesen,
oder Fortschaltwerke in elektrischen Uhrenanlagen. Diese Schrittschaltwerke oder
andere Impulsschrittmotoren, d. h. Motoren mit ebenfalls impulsgetriebenem, genau
bestimmtem Umlaufswinkel, z. B. Motorwählermotoren, haben den Nachteil, daß sie
nur in einer Drehrichtung abtreiben. Für die Übertragung der Winkelbewegungen von
einer Achse auf nachgeordnete Achsen in beiden möglichen Umlaufsrichtungen (Umsteuerbarkeit,
Reversierbarkeit), die vielfach notwendig ist, kommen diese Schrittmotoren daher
nicht ohne weiteres in Betracht.
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Die bekannten Einrichtungen zur Übertragung von Winkelbewegungen in
beiden Umlaufsrichtungen von führender Achse zu nachgeordneter Achse auf mechanischem
Wege (Zahnradkombinationen, Wellen, biegsame Wellen, Kardanwellen, Kettenzüge, Bowdenzüge
u. a. m.), auf hydraulischem oder pneumatischem. Wege (Steuerventile oder -düsen
mit Kraftübertragung auf Arbeitskolben oder -membranem usw.) oder auf elektromechanischem
Wege (bekannte Umsteuermotoren, Motoren mit Drehfeldern usw.) sollen gemäß der Erfindung
durch neuartige Anwendung von sonst nur in einer Richtung antreibenden, Schrittmotoren
umsteuerbar und gleichwohl mit zumeßbarem Drehwinkel betreibbar und dadurch um Vorteile
bereichert werden.
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Der Endzweck der Erfindung ist also, auf verschiedene Weise, aber
stets im Rahmen eines geschlossenen Antriebsaggregates, z. B. Geber und/ oder Empfänger,
die hervorragenden Eigenschaften von Schrittschaltwerken oder ähnlichen in nur einer
Richtung abtreibenden Motoren mit bestimmtem Drehwinkel (Impulsschrittmotoren),
die in an sich bekannter Weise durch ferngegebene, mechanische, hydraulische, pneumatische
oder elektrische Impulse angetrieben werden, für den genau einsteuerbaren, stufenlos
veränderlichen, praktisch unelastischen, verzögerungsfreien Links- und Rechtslauf
von Achsen und damit zum Antrieb angeschlossener Apparaturen bei relativ hohem Drehmoment
und niedriger Abtriebsdrehzahl nutzbar zu machen.
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Der Erfindungsgedanke besteht darin, bei einem als Umkehrmotor anwendbaren
Antriebsaggregat der eingangs genannten Art mindestens je ein Grundaggregat für
Linkslauf und ein gleichartig wirkendes für Rechtslauf, und zwar Schriittschaltwerke
oder sonstige Impulsschrittmotoren, mit einer gemeinsamen abtreibenden Welle so
zu kuppeln, daß diese von dem einen Grundaggregat aus im linksläufigen und vom anderen
aus im rechtsläufigen Drehsinn genau proportional zu den wahlweise zugeführten Impulsen
entgegegn einem dauernd rückdrehenden Drehmoment oder ein dauernd mitdrehendes Drehmoment
bremsend antreibbar ist, nötigenfalls in der Ruhestellung arretiert wird, und der
Umkehrmotor als elementare Maschineneinheit, d. h. Antriebseinheit mit genau einsteuerbarem
Drehwinkel oder Impulsgeber ausgebildet isst. Die Grundaggregate können Impulsschritmotoren
unter sich gleicher oder verschiedener Bauweise sein.
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Bekannte Antriebsaggregate dieser vorstehend gekennzeichneten Art
sind nicht als Umkehrmotoren eingerichtet, sondern dienen zum Fernsteuern eines
Stufenschaltwerkes oder von Gerätewellen. In beiden Fällen sind keine nennenswerten
Drehmomente zu übertragen, und insbesondere werden die bei der Übertragung aufzubringenden
Drehmomente nur durch die Reibung des gesteuerten Gerätes oder Schaltarmes bedingt,
d. h. ihre Einwirkung hört gleichzeitig mit dem Steuervorgang auf.
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Demgegenüber ist der Umkehrmotor nach der Erfindung dafür eingerichtet,
ein dauernd rückdrehendes Drehmoment zu überwinden oder ein dauernd mitdrehen des
Drehmoment zu bremsen, wobei diese Drehmomente auch dann noch vorliegen, wenn die
Antriebsübertragung aufhört. Demzufolge muß bei der Einrichtung nach der Erfindung
eine Arretierung vorgesehen sein, die in der Ruhestellung däs weiterwirkende, rückdrehernde
oder mit-_ drehende Drehmoment aufnimmt, sofern eine solche retierung nicht schon
-bei dem angetriebenen Gerät, z. B. in Form einer Selbsthemmung, vorgesehen ist.
Ist sie dort nicht vorgesehen, so wird die Arretierung bei dem Antriebsaggregat
nach der Erfindung vorzugsweise durch eine Selbsthemmung oder anderweitig verkörpert,
Zur Verstärkung des Drehmomentes können. in jeder Drehrichtung auch mehrere Einzelaggregate
gemeinsam auf die abtreibende Welle arbeiten.
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Das ganze Aggregat bildet eine im Drehwinkel der Abtriebswelle genau
einsteuerbare Maschineneinheit in beliebigen Größen und Ausführungsarten, die als
Umkehrmotor oder Servomotor zum mechanischen Antrieb angeschlossener Apparaturen
oder in Sonderfällen als Geber für Impulsreihen dient. Derartige Impulsschrittumkehrmotoren
nach der Erfindung können als Empfänger und Geber für Fernsteueranordnungen von
relativ kleinen bis zu großen Entfernungen Verwendung finden, benötigen nur zwei
Übertragunaskanäle, können in großem Leistungsbereich gebaut werden und weisen besondere
Laufeigenschaften auf, die ihre Verwendung auch in sonstiger Weise als vorteilhaft
erscheinen lassen.
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Vor der Betrachtung der verschiedenen mehr oder weniger einfachen
Möglichkeiten, die in bekannter Weise einseitig abtreibenden Impulsantriebe (Grundaggregate)
erfindungsgemäß zu Umkehrmotoren zusammenzubauen, müssen zunächst die allgemeinen
Eigenschaften dieser Impulsmotoren für sich .erörtert werden, von denen bei der
Erfindung ganz oder zum Teil Gebrauch gemacht wird. r. Schrittschaltwerke Schrittschaltwerke
sind gekennzeichnet durch eine Arbeitsklinke mit vorwiegend tangential hin
und
her gehender Bewegung, die stoßend oder ziehend ein Arbeitsrad (Steigrad, Sperrad,
das auch die Form einer Zahnstange annehmen kann) mit geradem oder schrägem Zahnprofil
schrittweise antreibt. Die Arbeitsklinke fällt .durch Eigengewicht, Führung oder
in den meisten Fällen durch Federkraft in die Zahnlücken ein. Ihr Hub beträgt mindestens
eine Zahnteilung.
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Die zugemessenen Antriebsimpulse wirken auf die Arbeitsklinke gewöhnlich
nur in einer Richtung, während die entgegengesetzte Bewegung meist durch die Kraft
einer Rückzugfeder erfolgt.
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Die mechanische Energie der Antriebsimpulse kann rein mechanisch durch
Gestänge, Bowdenzug usw., hydraulisch oder pneumatisch durch Kolben; Membranen usw.
oder elektromechanisch durch Elektromagnete oder ähnlich erzeugt und aus kleinerer
oder größerer Entfernung übertragen werden (Anblasen, Elektrostriktion).
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Bei raschen Impulsfolgen allgemein üblich und zur Erzielung spezieller
Vorteile bei einigen .der erfindungsgemäßen Ausführungen vielfach notwendig ist
eine Überschleuderungssicherung. Sie besteht in einem gehäusefesten Anschlag, der
die Arbeitsklinke in einer Endstellung auf das Arbeitsrad preßt, womit deren Hub
in dieser Richtung begrenzt und ein etwaiges Durchrutschen des beschleunigten Arbeitsrades
um mehr als eine Zahnteilung verhindert wird.
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Nicht in jedem Fall, wohl aber bei am Arbeitsrad dauernd wirksamem
rückdrehendem Drehmoment unbedingt erforderlich ist die gehäusefest gelagerte Rücksperrklnke,
die gewöhnlich durch Federkraft nach jeder Drehung um eine Zahnteilung in die nächste
Zahnlücke einfällt und eine Rückdrehung verhindert. Ohne sie käme in vielen Fällen
nur eine oszillierende, aber keine Drehbewegung des Arbeitsrades zustande.
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Bei einem zeitweise .in Arbeitsrichtung auftretenden »mitdrehenden«
Drehmoment kann eine »Vorlaufsperre« notwendig werden, .die, im Verbindung mit der
Arbeitsklinke gesteuert, ähnlich der Ankerhemmung von Uhrwerken bei einem Arbeitsspiel
der Arbeitsklinke ein Durchrutschen des Arbeitsrades um mehr als eine Zahnteilung
verhindert.
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Rücksperrklinke und Vorlaufsperre können, auch wenn an der Abtriebswelle
rück- und mitdrehende Momente wirken., durch Zwischenschaltung einer selbsthemmenden
Einrichtung überflüssig werden, z. B. einer selbsthemmenden Schnecke mixt Schneckenrad,
die allerdings den Wirkungsgrad beträchtlich verschlechtert.
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Gegebenenfalls kann die Rücksperrklinke und/ oder die Vorlaufsperre
ersetzt werden durch ein leichtes Rastgesperre auf den Zähnen des Arbeitsrades,
das eine Drehung in beiden Richtungen gegen einen gewissen Widerstand ermöglicht.
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Wichtig neben diesen für Schrittschaltwerke mehr oder weniger notwendigen.
Zubehörteilen ist noch die Unterscheidung von direktem und in, direktem Antrieb.
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a) Bei dem direkten Antrieb dreht die Arbeitsklinke unter der Einwirkung
des Antriebsimpulses unmittelbar das Arbeitsrad um eine Zahnteilung weiter, spannt
dabei die Rückzugsfeder stärker an und wird durch diese nach Beendigung des Impulses
in die Ruhestellung zurückgezogen, worauf die Klinke in die nächste Zahnlücke einfällt.
Der Antriebsimpuls dreht also das Arbeitsrad direkt und gleichzeitig.
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b) Bei dem indirekten Antrieb ist es genau umgekehrt. Der Arbeitsimpuls
zieht die Arbeitsklinke aus der Ruhelage entgegen der Wirkung der sich stärker anspannenden
Rückzugsfeder über .die Zahnflanke zurück, bis sie in die nächste Zahnlücke einfällt,
und bereitet so den Arbeitsschritt vor. Erst nach Beendigung des Impulses dreht
die Rückzugsfeder unter Ausnutzung der zusätzlich gespeicherten Energie über die
Arbeitsklinke .das Arbeitsrad um eine Teilung weiter. (Die Rückzugsfeder wird daher
in diesem Fall richtiger als Arbeitsfeder bezeichnet.) Hier wirkt also die Energie
des Antriebsimpulses indirekt. Impuls und Bewegung des Antriebes erfolgen zudem
nicht gleichzeitig.
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Die letztgenannte Antriebsart bietet gegenüber dem direkten Antrieb
gewisse Vorteile, insbesondere die genaue Begrenzung des Drehmomentes durch die
Spannung der Arbeitsfeder, die etwaige Abschaltung nachfolgender Impulse durch Eigenkontakte
im impulslosen Zustand und - bei zusätzlicher Verwendung einer Rücksperrfeder und
einer Überschleuderungssicherung - die absolute Festbremsung des Arbeitsrades in
der Ruhestellung durch das Festklemmen der Arbeitsklinke zwischen Arbeitsrad und
dem gehäusefesten Anschlag der Überschleuderungssicherung. (Bei direktem Antrieb
kann im Fall der Eigenabschaltung ein andauerndes Rattern eintreten; zur absoluten
Festbremsung :in der Ruhestellung müßte .eine zusätzliche Einrichtung, eventuell
ähnlich der Vorlaufsperre, vorgesehen werden.) 2. Andere anwendbare Impulsschrittmotoren
Die Schrittschaltwerke mit hin und hier gehender Arbeitsklinke wurden bereits oben
erörtert.
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Als Impulsschrittmotoren können außer den Schrittschaltwerken auch
andere Antriebe bezeichnet werden, die, ohne Vermittlung dieser hin und her gehenden
Arbeitsklinke, durch Impulse vorwiegend, elektromechanischer, aber auch sonstiger
mechanischer Art betätigt, sich um einten jeweils genau festgelegten Drehwinkel
von meist 9o oder I8o° nur in einer Drehrichtung weiterbewegen und dabei, ein Drehmoment
erzeugen.
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Bekannt hierfür sind z. B. Elektromotoren mit Z-oder Doppel-Z-förmigem
Anker, wie sie in Rasierapparaten Verwendung finden, oder der von M. Langer beschriebene
Motor von Motorwählern (s. Elektrotechnik, Jg. 2, Januar 1948, Heft i, S.25).
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Auch diese fallen unter den Begriff der Impulsschrittmotoren und bilden
letztlich in der Wirkungsweise eine Abart der Schri-ttsch.altwerke im Sinn der Erfindung.
Bezeichnend ist die nur einseitig mögliche Drehmomentabgabe und die Tatsuche,
daß
einer Rückdrehung durch Fremdantrieb keine Hindernisse, wie etwa eingerastete Klinken,
entgegenstehen.
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Bei längeren aufgeschalteten Impulsreihen brauchen derartige Motoren
in den Pausen zwischen den einzelnen Impulsen nicht völlig zum Stillstand zu kommen,
so daß sich ein geräuscharmer, zügiger Lauf ergibt, der allerdings durch die Notwendigkeit
erkauft wird, für die sofortige Bremsung nach Schluß des letzten empfangenen Impulses
verhältnismäßig komplizierte oder den Wirkungsgrad verschlechternde Maßnahmen zu
treffen.
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Im Schrifttum (z. B. H. Hopf, ZVDI, Bd. 87 [I943], Heft 29/3o, S.
449) wird als Schrittverfahren u. a. auch eine Methode des elektrischen Fernantriebes
bezeichnet, bei der ein einziger Anker unter dem Einfluß von nur in ausgezeichneten
Winkelstellungen wirksamen, aber grundsätzlich dauernd vorhandenen elektromagnetischen
Kräften sich in deren Richtung einstellt. Auch bei den mit regelrechten Drehfeldern
arbeitenden bekannten Wechselstromübertragungssystemen ist letztlich nur die Zahl
der möglichen Winkelstellungen vervielfacht. Charakteristisch ist für alle diese
Systeme, daß die Kräfte meist dauernd, zumindest während eines Verstellvorganges,
wirksam sind, nicht impulsmäßig unterteilt auftreten, nur die Resultierende der
Kräfte umläuft, und insbesondere, daß ein und derselbe Anker die Abtriebswelle in
beiden Richtungen antreibt.
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Derartige Übertragungen können. nicht als Schrittsysteme im Sinn der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, die sich nur auf einseitig wirkende Impulsschrittmotoren
als Grundaggregate bezieht. 3. Impulse Aus der Bannweise der oben beschriebenen
Impulsschrittmotoren ergeben sich gewisse Anforderungen auf Art und Wirkungsweise
der antreibenden Energieimpulse.
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Bei den Schrittschaltwerken muß der Antriebsimpuls jeweils einen Hin-
und Hergang der Arbeitsklinke bewirken. Ob das, wie oben bereits verschiedentlich
angedeutet, auf rein mechanische Weise durch Zahnräder, Nocken, Gestänge, Bowdenzüge
usw., hydromechanisch oder pneunnatisch durch Kolben oder Membranen oder elektromechanisch
durch Magnete, Elektrostriktion usw. geschieht, ist grundsätzlich nebensächlich.
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Bei den anderen Impulsschrittmotoren muß durch im allgemeinsten Sinn
mechanische Kräfte nicht eine hin und her gehende, sondern sofort eine definierte
Drehbewegung, vorzugsweise elektromechanisch, erzeugt werden.
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Ganz allgemein .ist zu sagen, daß die wirksamen Impulse sich nicht
etwa nur zwischen Null und einem Maximum zu bewegen brauchen, sondern auch zwischen
einem Kleinst- und einem Größtwert schwanken können. Sie müssen selbstverständlich
einen gewissen Energieinhalt besitzen und unter sich etwa gleichartig sein. Die
wichtigste technische Voraussetzung für da einwandfreie Arbeiten aller dieser Schrittschalt
werke und der ihnen gleichwertigen Motoren is die energiemäßige und zeitliche Vollständigkeit
de: Arbeitsimpulse, die mit ausreichender Sicherheit j Impuls bestimmt einen und
nur einen Arbeitsschrit bewirken müssen. Die genaue Einhaltung der ein seitig wirksamen
Winkelbewegungen der ange führten Schrittmotoren ist dann durch die Anzah der aufgeschalteten
Antriebsimpulse gewährleistet Für die bevorzugte Ausführung der Erfindung sind nun
zwei Konstruktionsarten grundsätzlich zu unterscheiden, nämlich A. Arbeitsräder
auf gemeinsamer Welle und B. Bauweise mit Differential.
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Zu A. Beide Grundaggregate wirken auf Arbeitsräder, Anker od. dgl.,
die fest auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
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a) Das gerade arbeitende Grundaggregat kann in diesem Fall nur wirksam
werden, wenn das andere sich leer rückwärts drehen läßt. Dies ist der Fall, wenn
z. B. zwei entgegengesetzt wirkende Anker von Elektromotoren, wie sie oben angeführt
wurden, zur Anwendung kommen. Ein hierbei etwa notwendiges Rastgesperre (Kugel,
Walze) behindert die Rückdrehung ebenfalls nicht.
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b) Die Grundaggregate sind nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mechanische Schrittschaltwerke im üblichen Sinn, bei denen die Arbeitszahnräder
(oder ein gemeinsames Arbeitszahnrad) fest auf einer gemeinsamen Welle sitzen und
die Umsteuerung dadurch ermöglicht wird, daß die für jede Drehrichtung vorgesehenen
Arbeitsklinken in die Zähne der Arbeitsräder entweder im Ruhezustand nicht eingreifen
oder ebenso wie etwa verwendete Rücksperrklinken aus diesen ausgehoben werden, wenn
die Arbeitsklinken für die entgegengesetzte Drehrichtung betätigt werden.
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Werden dabei keine Rücksperrklinken verwendet, so werden die Arbeitsklinken
so ausgebildet, daß sie im Ruhezustand nicht eingreifen und leere Rückdrehung möglich
ist, oder es wird die Arbeitsklinke für die nicht benötigte Drehrichtung in Zusammenhang
mit der gerade arbeitenden, entgegengesetzt wirkenden Arbeitsklinke aus der Zahnlücke
ausgehoben und dadurch die Rückdrehung ermöglicht.
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Werden aber Rücksperrklinken benutzt, so muß die Rücksperrklinke und
im letztgenannten Fall gleichzeitig auch die Arbeitsklinke für die nicht b°-nötigte
Drehrichtung im Zusammenhang mit der arbeitenden, entgegengesetzt wirkenden Arbeitsklinke
aus der Zahnlücke ausgehoben und dadurch die Rückdrehung ermöglicht werden.
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Zu B. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen sind die einseitig
wirkenden Schrittschaltwerke bzw. Schrittmotoren (Grundaggregate) mit einem Differentialgetriebe
zu einer Baueinheit zusammengebaut, wobei: je einer von zwei Motoren bzw. MotoLrensätzen
mit j e einem der drei beweglichen Glieder des Getriebes und die abtreibende Welle
mit dem dritten Glied gekuppelt ist, und. wobei eine Arretierung ,in der Ruhestellung
entweder an den Grundaggregaten oder am Differentialgetriebe vorgesehen
ist,
so daß die abtreibende Welle von dem einen Grundaggregat aus im linksläufigen und
vom anderen Grundaggregat aus im rechtsläufigen Drehsinn proportional zu den zugeführten
Impulsen antreibbar ist.
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Beide Grundaggregate wirken also auf Arbeitsräder, Anker od. dgl.,
die mit je einem der drei beweglichen Glieder eines starren (Kegelrad-, Stirnrad-)
Differentialgetriebes verbunden sind. Mit dem dritten Glied ist die abtreibende
Welle gekuppelt.
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Bei dieser Anordnung kann die abtreibende Welle nur dann ein Drehmoment
ausüben, wenn auf eines der beiden anderen Glieder ein solches aufgedrückt wird
und gleichzeitig das dritte Glied festgestellt (oder zumindest gebremst) wird.
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Die Feststellung in der Ruhelage kann entweder durch entsprechenden
Eingriff am Differential (der im Arbeitsfall lösbar sein muß), durch Zwischenschaltung
einer selbsthemmenden Vorrichtung, z. B. selbsthemmende Schnecke und Schneckenrad,
zwischen jedes Grundaggregat und zugehöriges Kegelrad oder durch Arretierung jedes
Grundaggregates selbst vorgenommen werden.
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Die Arretierung jedes Grundaggregates im Ruhezustand ist besonders
einfach bei Verwendung mindestens je eines Schrittschaltwerkes mit indirektem Antrieb
wegen deren absoluter Feststellung in der Ruhelage mittels der Überschleuderungssicherung.
Auch die Anbringung einer Vorlaufsperre bereitet hierbei keine Schwierigkeiten.
Die Wirkungsweise ergibt sich von selbst: In der Ruhestellung sind beide Grundaggregate
selbst oder am Differential arretiert. Werden einem Grundaggregat Antriebsimpulse
zugemessen, so läuft es in seiner normalen Drehrichtung vorwärts, das zugehörige
Kegelrad wälzt zwischen sich und dem anderen feststehenden Kegelrad (das mit dem
zweiten Grundaggregat verbunden ist) das Planetenrad ab, welches den Achsstummel
mitnimmt, auf dem es fliegend angeordnet ist, und der mit :der abtreibenden Welle
ein festes Achsenkreuz bildet. Die abtreibende Welle dreht sich infolgedessen proportional
zu den aufgeschalteten Impulsen, und zwar mit der halben Drehzahl des angetriebenen
Kegelrades.
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Die Anordnung des zweiten Grundaggregates ist so getroffen, daß bei
seinem Vorwärtslauf in gleichartiger Wirkungsweise das Planetenrad im umgekehrten
Sinne abgewälzt wird und damit die abtreibende Welle sich ebenfalls proportional
zu den aufgedrückten Impulsen, jedoch in der umgekehrten Drehrichtung, bewegt.
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Es sind auch andere Anschlußkombinationen möglich, z. B. ein Grundaggregat
am Kegelrad, das zweite Grundaggregat über Achsenkreuz am Planetenrad, Abtrieb am
zweiten Kegelrad. Hierdurch werden lediglich die Antriebsgesrhwindigkeiten im Verhältnis
I : 2 verändert, was in Sonderfällen erwünscht sein kann.
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Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Grundaggregate sind von völlig
normaler, erprobter Bau-und Wirkungsweise und' arbeiten nur in einem Drehsinn, so
daß z. B. bei Schrittschaltwerken jegliches Ausheben von Klinken oder sonstige Komplikationen
entfallen.
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Das zusätzlich notwendige Differentialgetriebe ist ebenfalls eineinfaches,
erprobtes und billiges Maschinenbauelement, das insbesondere kaum Energieverluste
verursacht.
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Die Untersetzung der sowieso langsam laufenden Arbeitsräder der Schrittschaltwerke
im Verhältnis 2 : I auf die abtreibende Welle dürfte ebenfalls meist erwünscht sein,
während z. B. bei den rasch laufenden Drehstromübertragungssystemen gewisse Vorteile
des rasch umlaufenden Ankers durch die fast in allen Fällen notwendige hohe Untersetzung
mehr als aufgehoben werden.
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Die feste Verriegelung der Abtriebswelle in den Arbeitspausen ist
ohne jeden zusätzlichen Aufwand gegeben und ebenfalls häufig erwünscht.
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Energie wird im allgemeinen auch nur während der Arbeitsimpulse benötigt,
dagegen ist sie bei anderen Übertragungsverfahren meist dauernd eingeschaltet.
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Diese Ersparnis an Betriebsenergie gilt allerdings nicht nur für die
Bauweise mit Differentialgetriebe, sondern auch für fast alle anderen der zu schützenden
Bauweisen.
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Der nach der Erfindung bevorzugte Einbaueiner selbstihemmenden Vorrichtung,
z. B. Schnecke und Schneckenrad, kann Rücksperrklinken und Vorlaufsperren sowie
Arretierungen weitgehend überflüssig machen, da sie die Rückwirkung von etwa zeitweise
wirksamen, mit- und rückdrehenden Momenten an der abtreibenden Welle auf die Grundaggregate
verhindert. Bei der Verwendung von selbsthemmender Schnecke und Schneckenrad wird
dieser Vorteil allerdings durch einen ungünstigen Wirkungsgrad erkauft. Es sind
möglichst andere selbstsperrende Mechanismen vorgesehen, die den Momentendurdhfluß
nur in einer Richtung gestatten.
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Ein weiterer Zweck der erfindungsgemäßen Verwendung einer selbsthemmenden
Vorrichtung ist, unabhängig von der Eigenart des wirksamen Drehmoments - ob gleichmäßig
oder mit Unterbrechungen oder abwechselnd rück- oder mitdrehend -, bei jedem zugeführten
Impuls einen und nur einen entsprechenden Winkelschritt der abtreibenden Welle sicherzustellen.
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Insbesondere bei Ausführungen der Grundaggregate als Schrittschaltwerke,
d. h. mit !hin und her gehenden Arbeitsklinken, ist es durchaus nicht nötig, daß
die Arbeitsenergie aus je einem beso-nderen Antriebsorgan für Links- und für Rechtslauf
entnommen wird. Im Interesse der Wirtsch.aftlidhkei:t oder Gewichtsersparnis kann
es erwünscht sein, ein gemeinsames Antriebsorgan zu benutzen. In .diesem Falle muß
allerdings zusätzlich eine mechanische Ausweicheinrichtung eingebaut werden, die
unter dem Einfluß der .ankommenden Links- bzw. Reehtslaufimpulse die en'tsprec'henden
Arbeitskliniken mit dem gemeinsamen Antriebsorgan kuppelt, während die Klinken für
de entgegengesetzte Arbeitsrichtung wirkungslos bleiben.
Gegebenenfalls
kann diese Weiche auch zum Ausheben von Klinken benutzt werden.
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Über die speziellen Laufeigenschaften der An, triebsaggregate gemäß
der Erfindung ist zur Begründung ihrer nachstehenden Verwendungsmöglichkeiten (aus
Zweckmäßigkeitsgründen an Hand der Ausführung mit elektrisch betätigten Schrittsch:altwerken
mit indirektem Antrieb als Grundaggregate und deren Kopplung mit einem Differentialgetriebe,
das für die anderen möglichen Bauarten in sinngemäßer Abwandlung gilt) zusammenfassend
folgendes zu sagen: Das wesentliche Charakteristikum ist die absolute Abhängigkeit
der Winkelbewegung von den aufgeschalteten Vollimpulsen in beiden Drehrichtungen.
Hinzu kommt die Tatsache, daß jeder Winkelschritt erst nach dem Impuls im stromlosen
Zustand erfolgt und daß die abtreibende Achse im Ruhezustand in beiden Drehrichtungen
starr gebremst ist. Im Rahmen der möglichen Höchstgeschwindigkeit ist jeder Schritt
oder jede Schrittfolge völlig unabhängig von dem letzten vorhergehenden Schritt,
da jeder Schritt seine eigene Anlaufverzögerung und Auslaufbremsung enthält.
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Das ergibt eine Nachlaufsteuerung ohne jegliche Neigung zu einer Pendelung,
die sonst eine stete Gefahr bedeutet und zumindest besondere Vorkehrungen für möglichst
rasche Bremsung des beschleunigten Ankers oder Kolbens erfordert (Bremslüftmagnete,
Rückführung od. dgl.).
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Die Wirkungsweise einer Nachlaufsteuerung wird als bekannt vorausgesetzt.
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Bei einer elektrischen Nachlaufsteuerung sind auf der abtreibenden
Welle. eines Umkehrmotors in einer zu dieser senkrechten Ebene zwei Kontakte in
gewissem Abstand voneinander und in der Drehrichtung gegeneinander angeordnet, zwischen
denen sich leicht beweglich ein Kommandokontakt befindet, der an eine Stromquelle
angeschlossen ist. Dieser Geberkontakt ist zwischen den beiden Nachlaufkontakten
durch schwache Federung so eingestellt, daß er im Ruhezustand genau zwischen den
beiden Kontakten steht, jedoch durch einen geringen Zwischenraum von ihnen getrennt
ist.
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Wird der Kommandokontakt durch ein kleines Drehmoment auf einen Nachlaufkontakt,
beispielsweise den linken, hin bewegt, so wird er nach einem kurzen toben Winkel
diesen berühren und über eine flexible Leitung dem Umkehrmotor Strom zuführen, der
diesen nunmehr anlaufen läßt, und zwar so, daß sich das Doppelkontaktsystem gemeinsam
mit der abtreibenden Welle ebenfalls nach links bewegt. Die abtreibende Welle läuft
also sozusagen dem Kommandoorgan nach. Die Nachlaufbewegung dauert so lange, bis
der Geberkontakt angehalten oder die Nachlaufgeschwindigkeit größer wird als die
Gebergeschwindigkeit. In beiden Fällen wird in diesem Moment der Kontakt unterbrochen,
und es kommt nun darauf an, daß der Motor praktisch sofort stillgesetzt wird. -Anderenfalls
könnte der Gegenkontakt nun zum Geberkontakt auflaufen, wodurch der Motor nun in
entgegengesetztem Drehsinn angetrieben werden würde. Dadurch wird zwar der Gegenkontakt
sofort wieder zurückbewegt und abgeschaltet, aber der Rücklauf könnte nun wieder
bis zum Linkslaufkontakt erfolgen und dieses Spiel, eben das gefürchtete »Pendeln«,
dauernd im Gange bleiben.
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Dieses Pendeln erfolgt zwar stets nur ingeringem Spielraum um die
jeweilige Stellung des Geberkontaktes, stellt jedoch bei gewöhnlichen Umsteuermotoren
eine beträchtliche Belastung des Ankers dar und ist deshalb grundsätzlich zu vermeiden.
Bei nicht elektrischem Antrieb treten an die Stelle der Kontakte entsprechende mechanische
Organe.
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Da bei dieser Nachlaufsteuerung, deren Wirkungsweise im anderen als
dem oben beispielsweise angeführten Drehsinn genau entsprechend ist, bei einwandfreiem
Funktionieren die abtreibende Welle stets genau dem durch ein schwaches Drehmoment
angetriebenen Kommandokontakt folgt, stellt sie eine sehr gute Möglichkeit einer
einwandfreien Drehmomentverstärkung in beiden Richtungen dar.
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Die Tatsache, daß die Bewegung der abtreibenden Welle bei dem Umkehrimpulsschrittmotor
mit indirekt schaltenden Schrittschaltwerken im stromlosen Zustand erfolgt, schließt
Bein Pendeln völlig aus. Die gebremste Ruhestellung, Selbsthemmung, Vorlaufsperre
und andere bereits beschriebene Maßnahmen ergeben im Zusammenhang damit eine sehr
gute Anwendung der Erfindung auf Drehmomentverstärker.
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Impulsschrittumkehrmotoren gemäß der Erfindung eignen sich besonders
zum Aufbau von Fernantrieben .aller Art, wobei die Erzeugung und Dosierung der Antriebsimpulse
zunächst eine Sache für sich ist. Bedingung ist lediglich, daß die Impulse den Empfängern
auf zwei getrennten Kanälen zugeführt werden, zu denen gegebenenfalls ein gemeinsamer
Rücklaufkanal kommt.
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Soll aus der mehr gefühlsmäßig zu dosierenden Fernbetätigung eine
exakt und winkelgetreu betätigte Fernsteueranordnung, z. B. elektrische Welle, gemacht
werden, so ist die Voraussetzung dafür ein entsprechender Geber. Primär wird man
bei jeder derartigen Fernsteuerung ein Kommandoorgan in beiden Drehrichtungen beeinflussen
müssen, sei es. »von Hand« oder durch andere Mechanismen, z. B. Meßinstrumente.
Dieses Kommandoorgan muß nun bei einer Impulsschrittfernsteuerung sekundär einen
Geber betätigen, der seinerseits den Fälge- oder Empfängeraggregaten die entsprechenden
Impulse zumißtt.
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Die Ausführung eines Gebers mach dem Prinzip der Erfindung und, des
genannten Drehmomentverstärkers mit Nachlaufsteuerung ist hierfür besonders geeignet,
da hierbei die Bewegung des Kommandoorgans in einzelne Sehritte unterteilt wird.
Jedoch müssen einige Besonderheiten beachtet werden: Dem Geberkontakt des Kommandoorgans
eines Drehmomnentvers.tärkers müssen vorbereitete Impulse zur Verfügung stehen.
Dies kann z. B. ein zerhackter Gleichstrom oder im einfachsten. Fall auch ein Wechselstrom
sein. Je nach dem Zeitpuntt der Berührung von Geberkontakt und einem
der
beiden Nachlaufkontakte kann der :erste Impuls beschnitten werden. Ein solcher verstümmelter
Impuls wird oftmals nicht ausreichen, um einen Schritt zu bewirken, der dann erst
bei. dem folgenden Vollimpuls zustande kommt. Das ist zeitlich bedeutungslos, macht
es aber unmöglich, mit demselben Kontaktpaar etwa weitere, parallel geschaltete
Schrittmotoren zu betreiben, da bei einer Anlage mit der Möglichkeit zur Bildung
verstümmelter Impulse infolge des nie ganz gleichmäßigen Energiebedarfs der einzelnen
Motoren deren genauer Synchronismus nicht gesichert ist.
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Um einen einwandfreien Synchronlauf eines Geberaggregates, das aus
den dargelegten Gründen vorteilhaft auf dem Prinzip des Drehmomentverstärkers mit
Nachlaufsteuerung gemäß der Erfindung beruht, mit einem oder mehreren Folgeaggregaten
zu erzielen, muß daher jeder Schritt des Geberaggregates in jeder Richtung genau
festgestellt und dann ferngegeben werden. Das ist bei dem indirekt - betriebenen
Schrittschaltwerk unschwer zu erreichen. Ein verstümmelter Impuls bewirkt nämlich
nur dann einen Schritt, wenn er noch ausreicht, um die Arbeitsklinke = eine Zahnteilung
zurückzuziehen. Wenn sie dann in die nächste Zahnlücke eingefallen ist, wird nach.
Impulsende mit Hilfe der Arbeitsfeder der Schritt auch bestimmt ausgeführt. Ein
zu kurzer Impuls wird dagegen. nur eine kleine und damit unwirksame Bewegung der
Arbeitsklinke verursachen.
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Das Organ aber, das mit Sicherheit bei jedem Schritt des Arbeitsrades
und nur dann betätigt wird, ist die Rücksperrklinke. Sie ist daher besonders geeignet,
ihrerseits den Geberkontakt für angeschlossene Grundaggregate zu betätigen. Bei
Umkehrimpulsschrittmotoren muß selbstverständlich die Einrichtung für jede Drehrichtung,
also doppelt, vorhanden sein.
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Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung ist daher die Rücksperrklinke
(bei indirekt angetriebenen Schrittschaltwerken) oder ein entsprechendes Organ,
das nur bei einem ausgeführten Schritt betätigt wird, bei etwaigen anderen Ausführungsarten
als eigentliches Geberorgan für die zum Antrieb nachgeordneter Empfänger bestimmten
Impulse vorgesehen.
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Die an den Empfängeraggregaten zur Verfügung stehende, genau dosierbare
Energie kann unmittelbar zur Arbeit !herangezogen werden, nötigenfalls aber durch
Drehmomentverstärker noch vergrößert werden, wozu wiederum Antriebsaggregate gemäß
Anspruch 6 durch das Wegfallen der Pendelungsgefahr besonders geeignet erscheinen.
Es ist zu betonen, daß die durch den beschriebenen Geber gesteuerten Impulse auch
noch für andere Zwecke Verwendung finden können.
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Bereits vorstehend im Abschnitt 3 über Impulse wurde im letzten Absatz
betont, wie wichtig die energiemäßige und! zeitliche Vollständigkeit der Impulse
ist, welche bei raschester Impulsfolge mindestens 5o % eines Spieles betragen darf.
Sollten aus irgendwelchen Gründen die Impulse zu schwach sein oder zu kurz dauern,
so sind gemäß der Erfindung zweckmäßig an geeigneter Stelle Verstärkungs- und Verlängerungsorgane
vorgesehen. Diese 'können einer Hilfskraft zugeordnete Ventile oder z. B. Relais
mit verzögertem Abfall sein.
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Als Impulsgeber für eine genau zumeßbare Fernsteuerung mit Impulsschrittempfängern
müssen nicht unbedingt Geberaggregate mit Nachlaufsteuerung verwendet werden. Aus
Gründen der größtmöglichen Einfachheit können etwa auch geeignete Nocken- bzw. Zahnräder
die Impulse für jeden der beiden Übertragungskanäle direkt oder über Ventile oder
Kontakte steuern. Die Vollständigkeit der Impulse wird dann durch geeignete Nockenform
bestimmt. Vorsorge muß jedoch getroffen werden gegen die etwaige Abgabe einer zu
schnellen Impulsfolge, denn die Empfänger können zwar jede beliebig langsame Impulsreihe
verarbeiten, nach oben !hin sind jedoch ihrer Leistungsfähigkeit Grenzen gesetzt.
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Bei Geberaggregaten mit Nachlaufsteuerung ist die Impulsfolge nach
oben hin durch die am Kommandokontakt zur Verfügung stehende Impulszahl begrenzt,
bei den hier angeführten Steuernocken muß deren Betätigungsgeschwindigkeit mechanisch
auf ein Maximum beschränkt werden.
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Über die Vorteile der technischen Anwendung der Erfindung ist folgendes
zu sagen: Die Einzelelemente und ihre Kombinationen sind bekannt und teilweise millionenfach
im Gebrauch (Wähler in Fernsprechanlagen). Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind
nicht zu bezweifeln. Die Parallelschaltung vieler Empfängeraggregate ist ohne Schwierigkeit
möglich, wie jede große elektrische Uhrenanlage zeigt. Es ist bekannt, daß hierbei
fast beliebig viele Tochteruhren von einer Mutteruhr gesteuert werden.
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Eine Uhrenanlage vermag aber nicht, in Sekunden- oder Minutenschritten
rückwärts zu gehen, also zu reversieren. Der Zusammenbau von zwei Antriebsaggregaten,
z. B. mit Differentialen gemäß der Erfindung, würde auch diese Frage auf einfachste
Weise lösen.
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Die besonders bei Verwendung von Schrittschaltwerken niedrige und
durch Änderung der Zähnezahl der Arbeitsräder unschwer allen Bedürfnissen anzupassende
Abtriebsdrehzahl bei relativ 'hohem Drehmoment, das sich durch Parallelschaltung
mehrerer Grundaggregate ebenfalls fast beliebig erhöhen läßt, dürfte für fast alle
Verstellaufgaben sehr vorteilhaft sein.
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Etwaige Elastizitätserscheinungen, die bei rein mechanischer, hydraulischer
oder pneumatischer Fernleitung stets mehr oder weniger auftreten können, lassen
sich vor der Auswirkung auf die Arbeitsräder unschwer ausgleichen, so daß sich jeder
Impuls an der abtreibenden Welle ganz unelastisch als genau bestimmter Schritt auswirkt.
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Die Ansprüche an die mechanische Ausführung der Schrittschaltwerke,
die sich ihauptsädhlidh auf gut passende Lagerstellen erstreckt, dürften bei deren
robuster Ausführung zweifellos geringer als bei anderen Geräten gleicher Leistungsfähigkeit
sein (Luftspalt, geringe Verstel'lkräfte). Es ist klar,
daß die
auch bei Schrittmotoren letztlich unvermeidlichen Ungenauigkeiten kleiner sein müssen
als ein angemessener Bruchteil des Schrittes, aber diese Genauigkeit scheint feinmechanisch
im Vergleich zu sonst häufig notwendiger Präzisionsarbeit unschwer erreichbar zu
sein.
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Auch ohne Einbau in eine Fernsteueranordnung kann der zu den aufgedrückten
Impulsen völlig synchrone und mit diesen gegebenenfalls stufenlos veränderliche
Lauf eines Impulsumkehrsehrittmotors in Verbindung mit dem wohl kaum zu übertreffenden
verzögerungslosen Anlauf und der ebenfalls unverzögerten Bremsung in manchen Fällen
technische Vorteile bieten.
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Die von der Belastung unterhalb der zulässigen Höchstgrenze völlig
unabhängige Geschwindigkeit, die Begrenzung auf ein Höchstdrehmoment, insbesondere
bei indirektem Antrieb und die Ungefährlichkeit einer Überlastung, die z. B. bei
jedem Kollektormotor die Ankerwickelung gefährdet, der sparsame Energieverbrauch
nur während des Verstellvorganges, die geringe Anzahl (höchstens drei) und einfache
Verlegung der Impulskanäle, energielose Abschaltung, robuste, typisierte und geschlossene
Baumöglichkeiten verschiedenster Größen und für verschiedene Verwendungszwecke,
Anspruchslosigkeit in der Wartung; keine Kollektoren, völlige Funkenfreiheit und
damit Radiostörfreiheit bei elektrischen Empfängermotoren, billigste Wickelarbeit
der Elektromagnete bei elektrischem Antrieb und noch manche anderen Vorteile erschließen
dem Impulsumkehrschrittmotor günstige Anwendungsmöglichkeiten.
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Die Zeichnungen geben schematische Ausführungsbeispiele von Impulsschrittumkehrmotoren
verschiedener Bauweise, und zwar mit Schrittschaltwerlcen und anderen Impulsschrittmotoren
als Grundaggregaten. Der Einfachheit halber wurde bei Fig. i und 3 eleletromechanisdher
Antrieb skizziert, der jedoch auch mit andersartigen mechanischen Impulsfolgen,
wie in Fig. 2 angedeutet, geschehen kann.
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Fig. i zeigt einen Impulsschrittumkehrmotor mit Schrittschaltwerken
mit indirektem Antrieb als Grundaggregaten.
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Auf einer Hohlwelle i sitzt fest auf einem Ende das eine Kegeltellerrad
2 eines Differentialgetriebes und auf dem anderen Ende ein schräg verzahntes Arbeitsrad!
3, das für den Antrieb des Aggregates im Rechtslauf in der Pfeilrichtung 3a dient.
Dem Schaltrad 3 ist eine an einem Hebel 4 angelenkte Schalt- oder Arbeitsklinke
5 zugeordnet, die unter der Spannung einer Zugfeder steht. Die Hubbewegung der Schaltklinke
5 ist durch einen am Maschinenrahmen 7 befestigten Anschlag 8 (Überschaleuderu:ngssicherung)
begrenzt. Der Maschinenrahmen 7 ist in der Zeichnung durchweg nur durch Schraffierung
angedeutet.
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Das obere freie Ende des Hebels 4 ist durch eine starke Zugfeder (Arbeitsfeder)
9 gleichfalls mit dem Maschinenrahmen 7 verbunden. Das andere Ende des doppelarmigen
Hebels 4 ist bei Io gelenkig am Maschinenrahmen angebracht, und der mittlere Teil
des Hebelarmes ist fest mit dem Anker i i einer Magnetspule I2 verbunden, die bei
Erregung den Anker i i an sich zieht. Dabei wird der Hebel 4 um sein Gelenk Io entgegen
der Spannung der Feder 9 mitgenommen und zieht die Arbeitsklinke 5 entgegen der
Richtung des Pfeiles 3a über einen Zahn des Arbeitsrades. zurück.
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Bei der durch die Impulsfolge gegebenen Unterbrechung der Erregung
zieht die Arbeitsfeder 9 den Hebel 4 mit der Klinke 5 in der Pfeilrichtung 3a des
Arbeitsrades weiter, so daß dieses, indirekt angetrieben, einen Arbeitsschritt ausführt.
Die Hohlwelle i ist über die Hauptwelle 27 in, der angedeuteten Weise am Maschinenrahmen
7 gelagert.
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Das vorstehend beschriebene Schrittschaltwerk bildet das eine Grundaggregat
des Antriebsaggregates für Rechtslauf.
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In gleicher Weise wird ein zweiter Antriebsmotor für Linkslauf durch
folgende Teile gebildet: Arbeitsrad I3, Arbeits- oder Schaltklinke I4 mit zugehöriger
Feder I5, Anschlag I6 (Überschleuderungssicherung), Arbeitsfeder I7, Hebel I8, der
an der Arbeitszugfeder I7, an der Schaltklinke I4, einem Anker I9 und :am Schwenklager
2o angreift., und Magnetspule 2I für den Anker I9.
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Bei impulsweiser Erregung der Magnetspule wird das Arbeitsrad I3,
wie bei dem Antriebsmotor für Rechtslauf, in Richtung des Pfeiles 22, d. h. für
den Linkslauf schrittweise gedreht. Es sitzt fest auf der Hohlwelle 23, .an deren
anderem Ende das zweite Differentialkegelrad 24 angebracht ist.
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Zwischen den Kegeltellerrädern 2 und 24 des Differentialgetriebes
laufen fliegend die Planeten-oder Ausgleichsräder 25 und 25a, deren Achsstummel
26 fest mit der Hauptwelle 27 zu einem Achsenkreuz verbunden sind. Diese isst durch,
die Hohlwellen a bzw. 23 hindurchgeführt und am rechten Ende am Rahmen 7 und am
anderen Ende gleichfalls am Rahmen 7 oder innerhalb der Hohlwellen i bzw. 23 gelagert.
Die Welle 27 ist die in beiden Drehrichtungen abtreibende Welle des Aggregates und
trägt in der Zeichnung (strichpunktiert) eine Kurbel 28 zum Antrieb einer Kurbelstange
29 für begrenzte Drehwinkel. Statt dessen kann natürlich :die abtreibende Welle
27 mit Organen zum Antrieb mit unbegrenztem Drehwinkel versehen sein.
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Bei Beaufschlagung der Drehmagnete 12 und 21 mit !geeigneten Impulsen
wirkt das Gesamtaiggregat auf die nachfolgend noch genauer beschriebene Weise als
Umkehrmotor.
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Fig. 2 zeigt :abgeänderte Einzelheiten einer Ausführung schematisch.
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Dabei kann die abtreibende Hauptwelle 27, wie in Fig. 2 oder 3 gezeichnet,
mit selbsthemmender Schnecke und Schneckenrad oder einer anderen selbsthemmenden
Vorrichtung gekuppelt sein, die Rück.wickungen des abzunehmenden Drehmomentes verhindert
und gleichzeitig als Vorlaufsperre dienen kann.
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Statt dessen könnte bei einer (nicht gezeichneten) Bauweise etwa statt
zweier Elektromagnete (12
und 21) ein gemeinsamer Drehmagnet über
eine Ausweichvorrichtung mit zwei Hilfsumschaltmagneten jeweils die entsprechenden
Arbeitsklinken 5 oder I4 antreiben.
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Bei der Verwendung als Drehmomentverstärker (Servomotor) wird noch
die nachfolgend beschriebene Nachlaufsteuerung hinzugefügt: Auf der abtreibenden
Welle 27 sitzt fest eine Trägerscheibe 30 einer Nachlaufsteueranordnung. Die isolierte
Trägerscheibe 30 trägst federnd, z. B. mittels einer Blattfeder 31, ein Kommandoorgan
32, :dem aus einem Impulsgenerator 33 oder im einfachsten Falle aus dem Wechselstromnetz
elektrische Impulse über eine bei 34 angedeutete flexible Leitung zu einem Kontaktstück
35 zugeführt werden. Dem Doppelkontakt 35 sind mit geringem Abstand ein Linkslaufkontakt
36 und ein Rechtslaufkontakt 37 zugeordnet, die an dem Trägerstück 3o befestigt
und mit den elektrischen Leitungen 38 bzw. 39 verbunden sind. Die Leitung 38 führt
zum Magneten 21 für den Linkslaufantrieb und die Leitung 39 zu dem Magneten 12 für
den Rechtslaufantrieb. Die elektrische Rückleitung von den Magneten 12 und 21 erfolgt
gemeinsam :zu dem anderen Pol des Impulserzeugers 33.
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Wird das Kommandoorgan 32 nach links geschwenkt, so wird der Stromkreis
für Linkslauf am Kontakt 36 geschlossen. Dabei verursacht der Magnet 21 die Drehung
des Arbeitsrades 13 in Richtung des Pfeiles 22 und eine gleichsinnige Drehung der
abtreibenden Welle 27, die über das Differentialgetriebe (bewegtes Kegeltellerrad
24, feststehendes Kegeltellerrad 2, abgewälztes Planetenrad 25, Achsstummel 26)
mit der halben Drehzahl des Arbeitsrades 13 bewirkt wird. Diese Drehbewegung nimmt
das Trägerstück 3o der Nachlaufsteueranordnung im gleichen Drehsinn mit, so daß
der Kontakt !bei 36 sofort wieder unterbrochen wird, wenn das Kommandoorgan. nach
einer bestimmten Winkeldrehung festgehalten wird. Der Drehwinkel der abtreibenden
Welle ist also stets genau so groß wie der Drehwinkel am Kommandoorgan 32.
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Der gleiche Vorgang spielt sich im umgekehrten Drehsinn ab, wenn das
Kommandoorgan 32 zum Kontakt 37 hin verschwenkt wird und dadurch der Magnet 12 das
Schaltrad 3 in der Pfeilrichtung 3a (R) und damit über das Differentialgetriebe
die abtreibende Welle 27 mit der halben Drehzahl des Arbeitsrades 3 in Umlauf setzt.
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Zur Verwendung dieses Aggregates als Impulsgeber für eine Fernsteueranordnung
sind unterhalb der Arbeitsräder 3 und 13 vorgesehene Rücklaufsperrkl.inken 4o bzw.
41 (mit Zugfedern 4oa und 41a - erstere nicht gezeichnet -) mit isolierten Kontakten
42 bzw. 43 vorgesehen, die mit Gleichspannung versorgt werden und mit Geberkontakten
44 für Rechtslauf bzw. 45 für Linkslauf bei der Bewegung der Schalträder zusammenarbeiten.
Die an diese Kontakte angeschlossenen Steuerleitungen sind in der Zeichnung nur
:angedeutet. Sie führen gemäß Anspruch 8 nötigenfalls zu je einem an sich bekannten
elektrischen Verzögerungsrelais zwecks Verlängerung und (oder) Verstärkung der durch
die Klinken. 40 und 41 eingesteuerten Impulsdauer, da die von den Kontakten 44 bzw.
45 erzeugten Impulse eine kürzere Dauer haben als ein Schaltschritt am Klinkenrad.
Die erzeugten Steuerimpulse sollen aber zum Antrieb der Grundaggregate eines oder
mehrerer Empfängerumkehrmotoren dienen, die grundsätzlich ähnlich wie das vorbeschriebene
Geberaggregat ausgebildet sind, mit dem einzigen Unterschied, daß die Nachlaufsteueranordnung
wegfällt. Zu diesem Zweck .können die Geberimpulse durch das Verzögerungsrelais
oder andere Mittel verlängert und verstärkt und erst dann auf die Fernsteuerleitungen
für Rechts-,oder Linkslauf weitergegeben werden. Weitere Verstärker können nachgeschaltet
werden.
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Am eigentlichen Empfänger werden dann die Linkslaufimpulse einem dem
Magnet z3 entsprechenden Magneten und die Rechtslaufimpulse einem dem Magnet I2
entsprechenden Magneten zugeführt. Die abtreibende Welle des Empfängeraggregates
führt dann genau die gleiche Drehbewegung wie die Hauptwelle 27 des Gebers aus,
d. h. über genau den gleichen Drehwinkel und mit genau der gleichen Drehzahl, somit
vollkommen synchron zur Welle 27.
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Es können daher vom Kommandoorgan 32 des Geberaggregates aus beliebige
Drehwinkel und Drehzahlen am Empfänger im einen oder im anderen Drehsinn eingesteuert
werden, der somit einen Umkehrmotor darstellt. Das Drehmoment ist dabei gleichbleibend
durch die Stärke der Arbeitsfedern 9 bzw. 17 gegeben und nach oben begrenzt, so
daß das Empfängeraggregat nicht überlastet werden kann. Eine Begrenzung der eingesteuerten
Drehzahl nach oben findet erst statt, wenn die Empfängeraggregate aus mechanischen
Gründen der aufgeschalteten Impulsgeschwindigkeit nicht mehr folgen können.
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Bei einer etwaigen Überlastung oder überschnellen Impulsfolge wird
selbstverständlich der Synchronismus gestört, eine Schädigung der Drehmagnete durch
Überlastung, wie sie bei den Ankern anderer Systeme sehr rasch eintreten kann, ist
nicht möglich. Der Energieverbrauch, für den die Anlage ausgelegt sein ruß, ist
fast unabhängig vom abgegebenen Drehmoment, die Erwärmungsverhältnisse bei elektrischem
Betrieb wegen der nur dem Verstellvorgang proportionalen Einschaltdauer günstig.
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Sollte der Synchronismus einmal .gestört sein, so läßt er sich .mit
geringem zusätzlichem Aufwand auch aus der Ferne wieder herstellen, etwa durch Einsteuerung
einer Normallage unter gleichzeitiger Benutzung beider Übertragungskanäle.
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Die oben behandelte Bauart nach Fig. i mit Differentialgetriebe bietet
verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten. Sie läßt sich nötigenfalls auch mit anderen
Typen von Schrittschaltwerken oder auch anderen Impulsschrittmotoren als Grundaggregaten
ausführen, wenn nur dafür gesorgt wird, daß ein Kegeltellerrad stillsteht, während
das andere angetrieben wird. Sie dürfte jedoch
dank ihrer Einfachheit
und Vielseitigkeit eine gewisse Standardbauweise darstellen.
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Je nach der Eigenart des Einzelfalles ist jedoch auch eine andere
Grundbauweise vorgesehen, bei der nämlich die Grundaggregate auf eine gemeinsame
Welle ohne Vermittlung eines Differentialgetriebes arbeiten. Es ist ohne weiteres
möglich, z. B. zwei normale Schrittschaltwerke mit Arbeitsklinke und Rücksperrklinke
auf zwei Arbeitsräder wirken zu lassen, :die nebeneinander auf einer .gemeinsamen
abtreibenden Welle befestigt sind, jedoch im entgegengesetzten Drehsinn arbeiten.
Es muß dann allerdings dafür :gesorgt werden, daß, wenn die Arbeitsklinke der einen
Drehrichtung zu arbeiten beginnt, die eingerasteten Klinken .der anderen Drehrichtung
ausgehoben werden.
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Fig. 2 zeigt einen Impulsschrittumkehrmotor mit Schrittschaltwerk
und im Ruhezustand aus-.gehobenen Arbeitsklinken.
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Erheblich einfacher gestaltet sich die Ausführung bei der Verwendung
von Schrittschaltwerken, wenn keine Rücksperrklinken verwendet werden und die Arbeitsklinken
im Ruhezustand nicht in die Arbeitsräder eingreifen. Diese neue Ausführung ist im
Beispiel nach Fig. 2 :dargestellt.
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Die :beiden grundsätzlich notwendigen Arbeitsräder mit entgegengesetzt
schrägem Zahnprofil für jede Drehrichtung sind hier zu einem einzigen Arbeitsrad
I mit symmetrischen Zähnen zusammengefaßt, das mit der Welle 2 fest verbunden und
in dem schraffiert gezeichneten Maschinenrahmen 3 bzw. 7 gelagert ist. Ein ebenfalls
gehäusefestes Rastgesperre, bestehend aus Kugel oder Walze 4 und Feder 5, dessen
Lagerung 6 gleichzeitig als Überschleuderungssicherung ausgebildet ist, :arretiert
das Arbeitsrad I nach jedem Schritt leicht, setzt aber dem Klinkenantrieb keinen
größeren Widerstand entgegen. Die in der gehäusefesten Lagerung 7 tangential hin
und her beweglichen Arbeitsklinken 8 (für Linkslauf L) und 9 (für Rechtslauf R)
können in diesem Falle nur Nach dem Prinzip des »direkten« Antriebes arbeiten. In
der gezeichneten Ruhestellung werden sie auf geeignete Weise, z. B. Klinke 8 durch
Fläche Io und gehäusefesten Anschlagbolzen II oder Klinke 9 durch einen an ihr angebauten
Nocken 12 und maschinenrahmenfesten Anschlag 13 aus den Zähnen des Arbeitsrades
I ausgehoben. Der Hub jeder Klinke ist etwas größer .als eine Zahnteilung. Bei Beginn
eines Arbeitshubes in der Drehrichtung L bzw. R senkt sich die jeweilige Klinke
unter dem Einfluß der zugehörigen Federn 8a und 9a nach dem Abheben von den Anschlägen
II bzw. 13 zunächst in die Zahnlücke und vollendet dann ihren Arbeitsschritt unter
Drehung des Rades I um eine Zahnteilung. Eine gegenseitige Behinderung findet nicht
statt, etwaiges gleichzeitiges Arbeiten führt allerdings zur Blockierung (übrigens
im Gegensatz zur Bauart gemäß Fig. I, bei der gleichzeitiges Arbeiten eine ausgezeichnete
Arbeitskontrolle ergibt).
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Die Wichtigkeit einer selbsthemmenden Einrichtung, .hier durch Schnecke
14 und Schneckenrad 15 dargestellt, wird augenscheinlich., wenn man sich die abtreibende
Welle 16 mit einer Seiltrommel 17 verbunden denkt, an der eine Kraft ein einseitig
wirkendes Drehmoment hervorruft.
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Bei der Entscheidung über die möglichen Bauweisen gemäß Fig. I und
2 dürfte die Gegenüberstellung der Kosten für Differential oder Schnecke samt Schneckenrad,
sowie der Wirkungsgrad und die Betriebsverhältnisse (Schmierung usw.) die maßgebende
Rolle spielen.
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Fig. 3 zeigt einen Impulsschrittumkehrmotor ohne Arbeitsklinken.
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Die bisherigen Beispiele zeigten Schrittschaltwerke normaler und unnormaler
Bauweise als Grundaggregate. Sie haben den Nachteil eines verhältnismäßig lauten
Ganges, der bei der Ausführung gemäß Fig. 3 wesentlich verringert wird.
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Hier sind auf eine gemeinsame Welle I je ein Impulsschrittmotor .mit
z. B. Z-förmigem Anker 2, angetrieben durch die Elektromagnete 2a und 2b für Linkslauf,
und Anker 3 mit den Magneten 3a und 3b für Rechtslauf fest angeordnet. Um eine Ruhelage
sicherzustellen, die den Anlauf im jeweiligen Drehsinn gewährleistet, ist eine Nockenscheibe
4 vorgesehen, die in Verbindung mit der Blattfeder 5, die am Maschinenrahmen 6 befestigt
ist, ein leichtes Rastgesperre darstellt. Auch hier ist zwischen Hauptwelle I und
der nach außen wirksamen abtreibenden Welle 7 gegebenenfalls eine selbsthemmende
Schnecke 8 mit Schneckenrad 9 vorzusehen. Die Geräuscharmut dürfte der wesentlichste
Vorteil dieser Bauart sein, dem verschiedene Komplikationen, insbesondere zur raschen
Abbremsung dienend, und schlechter Wirkungsgrad gegenüberstehen.