DEP0046289DA - Vorrichtung zur elektrischen Fernübertragung von Drehgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Bekannt ist, zum Antrieb ausnutzbare Drehmomente nach dem sogenannten Nachlaufverfahren zu übertragen.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass ferngesteuerte Festpunkte angegeben und von Nachlaufmotoren erreicht werden. Es entstehen dann Bewegungsstufen, die bei langsam sich ändernden Festpunkten sogar zum zeitlichen Stillstand und erneuten Anlaufen der Nachlaufwerke führen.

Bekannt ist ferner, zur Übertragung von zum Antrieb nicht ausnutzbaren sehr schwachen Drehmomenten das Impulsverfahren zu verwenden, das zur Fernübertragung von Zeigerstellungen von Messgeräten ausgenutzt wird. Dieses Verfahren ist eine Drehgeschwindigkeitsübertragung. Sie arbeitet im wesentlichen stufenlos.

Bei dem Gegenstand der Erfindung wird mit einem reinen Frequenzverfahren gearbeitet, das es gestattet, für Antriebe ausnutzbare Drehmomente beliebiger Grösse zu steuern, ja selbst grössere Drehmomente als sie vom Gebergerät ausgehen. Das Gerät hat gegenüber anderen Fernsteuerapparaten den Vorteil des einfachen Aufbaues mit wenig Bauteilen, einer normalen zwei- oder dreiadrigen Steuerleitung zwischen Geber und Empfänger, und korrigiert nicht nur bestimmte Winkeldrehungen, sondern zügig die ganze Funktion, sowohl in den Absolutwerten wie in ihren Geschwindigkeiten. Das Gerät gestattet, Drehgeschwindigkeiten über Null hinweg zu steuern von dauernd in gleichem Drehsinn umlaufenden Antriebselementen z. B. Motoren, ohne dass die Antriebselemente anlaufen oder stillgesetzt werden müssen. Trägheiten und Verzögerungen, die durch Anlauf oder Stillsetzen hervorgerufen werden, fallen somit bei der Wertübertragung weg. Es werden damit auch die kleinsten Drehmomente übertragen, die anlaufe Motoren oder andere Antriebselemente unter Umständen nicht überwinden könnten.

In den Abbildungen 1 bis 3 ist die Erfindung in einem Beispiel schematisch dargestellt.

Abb. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Anordnung.

Abb. 2 zeigt eine Ausführung mit elektrischer Summenbildung durch Frequenzumformung.

Abb. 3 zeigt schematisch die Wicklung des Frequenzumformers nach Abb. 2.

In den Abbildungen bedeuten:

1. Synchronmotor zur Erzeugung eines konstanten Drehmomentes.

2. Drehstromzuleitung zum Ständer.

3. Gleichstromzuleitung zum Läufer.

4. Drehsinn umkehrendes Vorgelege.

5. Differentialgetriebe zur Summenbildung.

6. Frequenzumformer oder Synchronmaschine als Generator.

7. Gleichstromzuleitung zum Läufer unter Verwendung einer Synchronmaschine.

8. Steuerleitung vom Geber zum Empfänger.

9. Synchronmotor, dessen Drehfeld von der Steuerfrequenz erzeugt wird.

10. Gleichstromzuleitung zum Läufer.

11. Differentialgetriebe zur Differenzbildung.

12. Synchronmotor zur Erzeugung eines konstanten Drehmomentes.

13. Drehsinn umkehrendes Vorgelege.

14. Gleichstromzuleitung zum Läufer.

15. Drehstromzuleitung zum Ständer.

16. Antriebswelle (Geber).

17. Wicklung des Frequenzumformers.

18. Schleifringe für Drehstromzuleitung.

19. Kollektor und Bürstensatz mit um 120 elektrische Grade verschobenen Bürsten. Bürsten dienen zur Abnahme der Steuerfrequenz.

20. Wicklung des Frequenzumformers.

21. Kollektor mit feststehendem Bürstensatz zur Abnahme der Steuerfrequenz.

22. Schleifringe für Drehstromleitung.

In der Abbildung 1 liefert der Synchronmotor 1 eine der konstanten Frequenz, z.B. 50 Hz, proportionale konstante Drehzahl über das Vorgelege 4 in das Differentialgetriebe 5. Die zu übertragende Drehzahl +/-n der Antriebswelle wird ebenfalls in das Differentialgetriebe 5 geleitet. In dem Differentialgetriebe 5 wird die arithmetische Summe gebildet aus der konstanten Drehzahl des Synchronmotors 1 und der Drehzahl +/-n.

Diese Summendrehzahl arbeitet auf einen Frequenzumformer oder einen Generator, der den gleichen Aufbau haben kann wie 1. Dieser Frequenzumformer 6 wandelt die Summendrehzahl in einen elektrischen Befehl um, in eine Summenfrequenz. Durch die Bildung der Summe aus konstanter Drehzahl und der zu übertragenden Drehzahl ist es möglich, bei der Übertragung von Drehzahlen wechselnder Richtung und Grösse eindeutige elektrische Befehle zu erhalten. Es wird also eine Verlagerung des Nullwertes der zu übertragenden Drehgeschwindigkeit auf eine konstante Drehzahl bewirkt. Drehzahlen wechselnder Richtung wirken sich somit wie eine Erhöhung oder Erniedrigung der Summendrehzahl beziehungsweise der Summenfrequenz aus. Die Summenfrequenz stellt die Steuerfrequenz für den Empfänger dar, die über eine dreiadrige Steuerleitung 8 dem Empfänger zugeführt wird. Bei Anordnung einer Kunstschaltung kann hier auch eine zweiadrige Steuerleitung verwendet werden, denn es ist bei Anwendung einer Kunstphase möglich, mit einem einphasigen Wechselstrom ein Drehfeld im Synchronmotor 9 zu erzeugen. Die elektrische Summenfrequenz 50 Hz+/-(Omega) wird über die Steuerleitung 8 dem Synchronmotor 9 zugeführt, der wiederum diese Summenfrequenz in eine proportionale Summendrehzahl umwandelt. Diese Summendrehzahl wird auf ein Kegelrad des Differentialgetriebes 11 geleitet. Gleichzeitig wird auf das Differentialgetriebes 11 mittels des 9 gegenüberliegenden Kegelrades eine der konstanten Frequenz proportionale konstante Drehzahl geleitet. Diese konstante Drehzahl muss die gleiche Grösse haben wie die von dem Synchronmotor 1 gelieferte Drehzahl. Aus diesem Grunde muss der Synchronmotor 12 den gleichen Aufbau haben wir 1. Die beiden Drehstromzuleitungen 2 und 15 müssen aber auch gleiche Frequenz liefern. In den meisten praktischen Fällen liegen Geber und Empfänger an dem gleichen Drehstromnetz. Bei etwaigen Frequenzschwankungen im Geber werden die gleichen Schwankungen im Empfänger auftreten, der Fehler wird also selbsttätig korrigiert. Die Frequenz braucht in diesem Falle nicht genau konstant zu sein. Liegen Geber und Empfänger soweit auseinander, dass sie an verschiedenen Netzen angeschlossen sind, so wird im allgemeinen eine Frequenzschwankung üblicher Grösse für die Steuerung von untergeordneter Bedeutung sein. Es muss der Synchronmotor 9 die gleiche Drehzahl ergeben, die als Summendrehzahl in 6 hineingeleitet wurde. Man erreicht diese Forderung nach der bekannten Methode der Wahl der Polpaare.

Im Differentialgetriebe 11 wird die Differenz gebildet aus der Summendrehzahl von 9 und der konstanten Drehzahl von 12. Als Differenz wird dem Differentialgetriebe die zu übertragende Drehzahl +/-n wieder entnommen.

Gemäss anderer Ausbildung der Erfindung ist statt der mechanischen Summenbildung der Drehzahlen auch eine elektrische Summierung, somit auch Differenzbildung möglich.

Die Abbildung 2 zeigt beispielsweise eine Ausführung der elektrischen Summenbildung durch Frequenzumformer.

Die Antriebswelle 16, deren Drehzahl +/-n übertragen werden soll, arbeitet über eine Zahnradübersetzung auf einen Frequenzumformer. Der Frequenzumformer besteht lediglich aus einem Rotor mit einer Wicklung 17, die an dreh festen um 120 Grad elektrisch verschobenen Punkten Anzapfungen besitzt. Über dreh Schleifringe 18 wird diesen festen Punkten Drehstrom zugeführt. Die Wicklung 17 besitzt ausser drei Schleifringen noch einen Kollektor 19. An diesem Kollektor 19 wird die Steuerfrequenz an feststehenden Bürsten, die um 120 elektrische Grade verschoben sind, entnommen. Bei Drehung des Frequenzumformers durch die Welle 16 wird, je nachdem ob die Drehung in Richtung oder gegen die Richtung des Drehfeldes erfolgt, eine der Winkeländerung beziehungsweise Winkeldrehung pro Periode des Drehstromes proportionale Steuerfrequenz erhalten, wobei die Frequenz somit auch proportional der Drehgeschwindigkeit ist. In Abb. 3 ist die elektrische Schaltung des Frequenzumformers skizziert. In der Zeichnung bedeutet 20 die Wicklung des Umformers, 22 die Schleifringe für die Drehstromspeisung und 21 den Kollektor, an dem an drei feststehenden Bürsten die Steuerspnnung abgenommen wird.

Die in den Abbildungen 1, 2 und 3 gegebenen Ausführungen sind Beispiele des Erfindungsgedankens und können durch gleichwertige oder ähnliche elektrische, magnetische oder mechanische Summenbildung beziehungsweise Differenzbildung ersetzt werden.

Insbesondere kann die Differenzbildung im Empfänger auch so erfolgen, dass man einen gewöhnlichen Schleifringmotor verwendet. Dem Ständer wird dann der frequenzgewandelte Steuerstrom zugeführt, dem Läufer die konstante Frequenz z.B. die des Netzes. Die Differenzbildung wird dann im Motor erfolgen und zwar im magnetischen Feld. Die Drehzahl ist proportional der Differenzfrequenz. Die Teile 11 bis 14 in der Schaltung nach Abb. 1 kommen alsdann in Fortfall.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur elektrischen Fernübertragung von Drehgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Erzeuger oder Verbraucher grosser Drehmomente und deren wechselnde Grösse und Drehrichtung durch Frequenzänderung gesteuert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfrequenz aus der im Geber gebildeten arithmetischen Summe einer konstanten Frequenz, z.B. der Netzfrequenz, und einer der zu übertragenden Drehgeschwindigkeit proportionalen Frequenz besteht, und im Empfänger durch Differenzbildung die der Drehgeschwindigkeit proportionale Frequenz und damit die ursprüngliche Drehung hergestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summenbildung und die Differenzbildung auf mechanischem, elektrischem oder magnetischem Wege erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragene Drehung von nur einem Empfängermotor abgeleitet wird, und dass die Differenzbildung im Drehfeld durch den Vergleich der beiden Frequenzen in Läufer und Ständer erfolgt, von denen der eine mit der konstanten Frequenz, der andere mit der veränderlichen Steuerfrequenz gespeist wird.