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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum analog-synchronen elektrischen Übertragen einer Bewegung, mit einem mechanisch-elektrischen Impulsgeber, der mechanisch nicht-simultan betätigbare elektrische Umschalter enthält, welche je ein Arbeitskontaktelement, ein Ruhekontaktelement und ein mit diesen wechselweise in und ausser Kontakt tretendes Wechselkontaktelement aufweisen, und mit einem als elektrisch-mechanischer Wandler dienenden Motor, der einen permanentmagnetischen Rotor und einen Stator mit einer ersten und einer zweiten Phasenwicklung für Bipolar-Betrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anschlussklemmen (16,17) zum Anschliessen der Einrichtung an eine einphasige Wechselstromquelle (18) vorhanden sind, dass die einen Enden (C) der ersten Wicklung (13) und der zweiten Wicklung (14) des Motors (10) miteinander und mit einer der Anschlussklemmen (16,
17) verbunden sind, dass der Impulsgeber (1) nur zwei Umschalter (S1, S2) aufweist, deren Wechselkontaktelemente (W) je mit dem andern Ende (D) der ersten (13) bzw. der zweiten Wicklung (14) des Motors (10) verbunden sind, während eines der Arbeits- und Ruhekontaktelemente (A, R) eines jeden Umschalters (S1, S2) über ein erstes elektrisches Ventil (35) mit bestimmter Durchlassrichtung und das andere der Arbeits- und Ruhekontaktelemente (A, R) eines jeden Umschalters (S1, S2) über ein zweites elektrisches Ventil (37) mit entgegengesetzter Durchlassrichtung mit der andern Anschlussklemme (17) verbunden sind, und dass parallel zu jeder der zwei Wicklungen (13, 14) des Motors (10) ein elektrischer Glättungskondensator (27 bzw. 29) angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (10) ein elektrisch reversierbarer Synchronmotor ist, der zur Speisung durch einen Wechselstrom mit der Spannung und der Frequenz der Wechselstromquelle (18) ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Schalter (51,52) vorhanden sind, die ermöglichen, die erste Wicklung (13) des Motors (10) direkt und die zweite Wicklung (14) über ein Phasenschieberglied (53) mit den Anschlussklemmen (16, 17) für den Anschluss der Wechselstromquelle (18) zu verbinden, um den Motor (10) unabhängig vom Impulsgeber (1) in Betrieb setzen zu können.
4. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (1) eine dreh- bare Exzenter- oder Nockenscheibe (41) aufweist, an deren Umfang je ein Betätigungsorgan (42,43) des einen und des andern Umschalters (S1, S2) gleitend anliegt, derart dass jeder der zwei Umschalter (S1, S2) in in Ruhe ist, wenn die Betätigung des jeweils andern Umschalters (S2, S1) erfolgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum analog-synchronen elektrischen Übertragen einer Bewegung, mit einem mechanisch-elektrischen Impulsgeber, der mechanisch nicht-simultan betätigbare elektrische Umschalter enthält, welche je ein Arbeitskontaktelement, ein Ruhekontaktelement und ein mit diesen wechselweise in und ausser Kontakt tretendes Wechselkontaktelement aufweisen, und mit einem als elektrisch-mechanischer Wandler dienenden Motor, der einen permanentmagnetischen Rotor und einen Stator mit einer ersten und einer zweiten Phasenwicklung für Bipolar Betrieb aufweist.
Bekannte Einrichtungen der genannten Art benötigen als elektrisch-mechanischen Wandler einen Schrittmotor, dessen Wicklungen über die Umschalter aus einer Gleichstromquelle gespeist werden müssen. Wenn der Schrittmotor zwei einfache Phasenwicklungen für bipolaren Betrieb aufweist, muss der mechanisch-elektrische Impulsgeber vier Umschalter aufweisen, weshalb dann zwischen dem Impulsgeber und dem Motor insgesamt vier bzw. sechs elektrische Leiter erforderlich sind, je nachdem, ob die Gleichstromquelle sich beim Impulsgeber oder beim Motor befindet. Diese relativ hohe Anzahl von benötigten Umschaltern und elektrischen Leitern wirkt sich in manchen Anwendungsfällen nachteilig aus hinsichtlich Aufwand, Platzbedarf und Kosten.
Nun kann allerdings die Anzahl der benötigten Umschalter im Impulsgeber auf zwei reduziert werden, wenn der Motor mit zwei Wicklungspaaren ausgestattet wird, wobei dann jede der insgesamt vier Wicklungen des Motors unipolar betrieben wird. In diesem Fall sind zwischen dem Impulsgeber und dem Motor fünf bzw. sechs elektrische Leiter nötig, je nachdem ob die Gleichstromquelle sich bei dem Impulsgeber oder bei dem Motor befindet. Gesamthaft betrachtet sind auch in diesem Fall Aufwand und Kosten nicht wesentlich geringer als im erstgenannten Fall. Es ist auch noch zu bedenken, dass ein für Unipolar-Betrieb ausgebildeter Motor ein merklich niedrigeres Drehmoment liefert als ein gleich grosser Motor für Bipolar-Betrieb.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art auf einfache Weise so auszugestalten, dass trotz Verwendung eines Motors mit zwei einfachen Phasenwicklungen für Bipolar Betrieb im Impulsgeber lediglich zwei Umschalter und zwischen dem Impulsgeber und dem Motor höchstens drei elektrische Leiter erforderlich sind, und dass die Energie zur Speisung des Motors anstatt aus einer Gleichstromquelle unmittelbar aus einer einphasigen Wechselstromquelle, z. B. dem Lichtstromverteilnetz, beziehbar ist.
Diese Aufgabe ist bei der Einrichtung gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass zwei Anschlussklemmen zum Anschliessen der Einrichtung an eine einphasige Wechselstromquelle vorhanden sind, dass das eine Ende der ersten und der zweiten Wicklung des Motors miteinander und mit einer der Anschlussklemmen verbunden sind, dass der Impulsgeber nur zwei Umschalter aufweist, deren Wechselkontaktelemente je mit dem andern Ende der ersten bzw.
der zweiten Wicklung des Motors verbunden sind, während eines der Arbeits- und Ruhekontaktelemente eines jeden Umschalters über ein erstes elektrisches Ventil mit bestimmter Durchlassrichtung und das andere der Arbeits- und Ruhekontaktelemente eines jeden Umschalters über ein zweites elektrisches Ventil mit entgegengesetzter Durchlassrichtung mit der andern Anschlussklemme verbunden sind, und dass parallel zu jeder der zwei Wicklungen des Motors ein elektrischer Glättungs-Kondensator angeschlossen ist.
In zweckmässiger Ausgestaltung der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Motor ein elektrisch reversierbarer Synchronmotor sein, der zur Speisung durch einen Wechselstrom mit der Frequenz der vorgenannten Wechselstromquelle ausgebildet ist. Mit Vorteil kann der Synchronmotor für 220 V und 50 Hz oder für 110 V und 60 Hz ausgelegt sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile von Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, aus der nun folgenden Beschreibung und aus den zugehörigen Zeichnungen, in denen der Erfindungsgegenstand und dessen Wirkungsweise rein beispielsweise veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum analog-synchronen elektrischen Übertragen einer Drehbewegung;
Fig. 2 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 und stellt den zeitlichen Verlauf von verschiedenen elektrischen Spannungen in Abhängigkeit von den Stellungen der im Impulsgeber vorhandenen Umschalter dar.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung weist einen mecha
nisch-elektrischen Impulsgeber 1, einen mit einem elektrischmechanischen Wandler versehenen Impulsempfänger 2 und eine dazwischen angeordnete dreiadrige elektrische Leitung 3 auf. Der Impulsempfänger 2 enthält einen als elektrisch-mechanischen Wandler dienenden Motor 10, der einen permanentmagnetischen Rotor 11 und einen Stator 12 mit zwei einfachen Phasenwicklungen 13 und 14 für bipolaren Betrieb umfasst. Der Rotor sitzt auf einer drehbar gelagerten Welle 15, die mit einem (nicht gezeigten) mechanischen Arbeitsaggregat oder mit einem Drehstellungszeiger direkt oder über ein Reduktionsgetriebe gekuppelt sein kann. Der Motor 10 ist ein handelsüblicher elektrisch reversierbarer Synchronmotor, der zur Speisung aus einem Einphasen-Wechselstromverteilnetz, z. B.
mit 220 V und 50 Hz, ausgebildet ist, wobei üblicherweise eine der Wicklungen 13 und 14 direkt und die andere über einen
Kondensator zur Erzielung einer 90 "-Phasenverschiebung an das Wechselstromnetz angeschlossen wird. Im vorliegenden
Fall jedoch ist eine andere elektrische Schaltungsanordnung zur Speisung der Motorwicklungen 13 und 14 vorgesehen, wie aus der nachfolgenden weiteren Beschreibung ersichtlich ist.
Die beiden Wicklungen 13 und 14 sind mit ihrem einen Ende C miteinander und mit einer ersten Anschlussklemme 16 verbun den, die zusammen mit einer zweiten Anschlussklemme 17 zum Anschliessen der Einrichtung an eine einphasige Wechsel stromquelle 18, z. B. ein Lichtstromverteilnetz, vorgesehen ist.
Das andere Ende D einer jeden der beiden Wicklungen 13 und
14 ist an eine Verbindungsklemine 21 bzw. 22 angeschlossen, während eine dritte Verbindungsklemme 23 mit der bereits erwähnten Anschlussklemme 17 verbunden ist. Die drei Verbin dungsklemmen 21,22 und 23 sind je mit dem einen Ende der drei Adern 24,25 bzw. 26 der elektrischen Leitung 3 verbunden.
Parallel zur Wicklung 13 liegt ein Glättungskondensator 27 mit einem vorgeschalteten Strombegrenzungswiderstand 28. Desgleichen ist ein Glättungskondensator 29 mit einem vorgeschalteten Widerstand 30 parallel zur Wicklung 14 geschaltet.
Der Impulsgeber 1 weist drei Verbindungsklemmen 31,32 und 33 auf, die je mit dem entgegengesetzten Ende der drei
Adern 24,25 bzw. 26 der elektrischen Leitung 3 verbunden sind.
Weiter enthält der Impulsgeber 1 zwei elektrische Umschalter S1 und S2, die je ein Arbeitskontaktelement A, ein Ruhekontakt element Rund ein mit diesem wechselweise in und ausser Kon takt tretendes Wechselkontaktelement W aufweisen. Das
Wechselkontaktelement W eines jeden Umschalters S1 bzw.
S2 ist an die Verbindungsklemme 31 bzw. 32 angeschlossen.
Das Ruhekontaktelement R des Umschalters S1 ist mit dem
Arbeitskontaktelement A des andern Umschalters S2 und über ein erstes elektrisches Ventil 35 mit bestimmter Durchlassrich tung mit der Verbindungsklemme 33 verbunden, während das
Arbeitskontaktelement A des Umschalters S1 mit dem Ruhe kontaktelement R des andern Umschalters S2 und über ein zweites elektrisches Ventil 37 mit entgegengesetzter Durch- lassrichtung ebenfalls mit der Verbindungsklemme 33 verbun den ist. Somit steht das Wechselkontaktelement W des
Umschalters S1 über die Klemme 31, die Ader 24 und die
Klemme 21 mit dem äusseren Ende der Wicklung 13 in Verbin dung.
In analoger Weise steht das Wechselkontaktelement W des andern Umschalters S2 über die Klemme 32, die Ader 25 und die Klemme 22 mit dem äusseren Ende D der zweiten
Wicklung 14 in Verbindung. Je eines der Arbeits- und Ruhekon taktelemente A bzw. R der beiden Umschalter S1 und S2 ist über das erste Ventil 35, die Klemme 33, die Ader 26 und die
Klemme 23 mit der Wechselstrom-Anschlussklemme 17 ver bunden, und jeweils das andere der Ruhe- und Arbeitskontakt elemente R bzw. Ader beiden Umschalter S1 und S2 ist über das zweite Ventil 37, die Klemme 33, die Ader 26 und die Klemme
23 ebenfalls mit der Wechselstrom-Anschlussklemme 17 ver bunden.
Zur Betätigung der Wechselkontaktelemente W der beiden Umschalter S1 und S2 ist eine Nockenscheibe 40 vorhanden, die auf einer drehbar gelagerten Welle 41 sitzt, welche von aussen her in Drehung versetzbar ist. Jedes der Wechselkontaktelemente W ist mit einem Betätigungsorgan 42 bzw. 43 verbunden, das unter dem Einfluss einer (nicht gezeigten) Feder ständig an den Umfang der Nockenscheibe 40 anliegt. Die letztere ist so geformt, dass bei ihrer Rotation das Wechselkontaktelement W eines jeden Umschalters S1 bzw. S2 wechselweise mit dem Kontaktelement A und dem Kontaktelement R kontaktiert. Überdies sind die beiden Umschalter S1 und S2 in bezug auf die Nockenscheibe 40 derart angeordnet, dass die Betätigung der Umschalter niemals gleichzeitig erfolgt.
Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass beim Drehen der Nockenscheibe 40 das Wechselkontaktelement W des einen Umschalters S1 jeweils dann betätigt wird, wenn das Betätigungsorgan 43 des Wechselkontaktelementes W des andern Umschalters S2 sich etwa in der Mitte des erhöhten Nockens der Nockenscheibe 40 befindet und umgekehrt.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in welcher die oberste Kurve 44 den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung der an die Anschlussklemmen 16 und 17 angeschlossenen Wechselstromquelle 18 veranschaulicht. Die Frequenz fl dieser Wechselspannung beträgt z. B. 50 Hz. Die Kurve 45 zeigt die jeweilige Stellung des Wechselkontaktelementes des ersten Umschalters S1. Die Kurve 46 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Spannung über der einen Wicklung 13 des Motors 10 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Umschalters S1.
Die Kurve 47 zeigt die jeweilige Stellung des Wechselkontaktelementes des zweiten Umschalters S2, und die Kurve 48 stellt schliesslich den zeitlichen Verlauf der Spannung über der zweiten Wicklung 14 des Motors 10 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Umschalters S2 dar.
Wenn der Wechselkontakt W des Umschalters S1 die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt, gelangen nur die positiven Halbwellen des Wechselstromes (Kurve 44) von der Anschlussklemme 17 über das elektrische Ventil 35 zum äusseren Ende D der Motorwicklung 13, während die negativen Halbwellen durch das Ventil 35 gesperrt werden, so dass das Ende D der Wicklung 13 gegenüber dem inneren Ende C positiv wird. Über der Wicklung 13 liegt daher eine Gleichspannung U1, die mittels des Kondensators 27 geglättet wird, wie durch die Kurve 46 in Fig. 2 dargestellt ist.
Sobald der Wechselkontakt des Umschalters S1 seine Stellung wechselt, wird die Polarität der über der Motorwicklung 13 liegenden Gleichspannung U1 umgekehrt, weil dann nur die negativen Halbwellen des Wech- selstromes (Kurve 44) über das Ventil 37 fliessen, während die positiven Halbwellen durch das Ventil 37 gesperrt werden. In analoger Weise steuert der Umschalter S2 die über der zweiten Motorwicklung 14 liegende Gleichspannung U2. Wenn der Umschalter S2 die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt, werden nur die negativen Halbwellen des Wechselstromes (Kurve 44) über das Ventil 37 zum äusseren Ende D der Wicklung 14 durchgelassen, so dass das äussere Ende dieser Wicklung gegenüber dem inneren Ende C negativ wird.
Sobald jedoch der Wechselkontakt des Umschalters S2 seine Stellung wechselt, werden nur die positiven Halbwellen des Wechselstromes über das Ventil 35 zum äusseren Ende D der Wicklung 14 durchgelassen, während die negativen Halbwellen durch das Ventil 35 gesperrt werden, so dass die Polarität der Gleichspannung U2 über der Wicklung 14 umgekehrt wird. Der Kondensator 29 sorgt jeweils für eine Glättung der über der Wicklung 14 liegenden Gleichspannung U2.
Wenn man mittels der Welle 41 die Nockenscheibe 40 in einer bestimmten Richtung dreht, wechseln die Umschalter S1 und S2 jeweils nicht simultan ihre Stellungen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wodurch die Polarität der über den Motorwick lungen 13 und 14 liegenden Gleichspannungen U1 und U2 wie auch die Polarität der durch diese Wicklungen fliessenden Ströme periodisch umgekehrt wird. Dies hat jeweils auch eine Umkehrung der Magnetisierung der Statorpole des Motors 10 zufolge. Da die magnetische Polarität der in Umfangsrichtung des Stators 12 aufeinanderfolgenden Pole jeweils nicht gleich- zeitig sondern gestaffelt wechselt, entsteht im Stator 12 eine Rotation des Magnetfeldes. Dies hat eine gleiche Rotation des Rotors 11 des Synchronmotors 10 zur Folge.
Wenn man die Drehrichtung der Nockenscheibe 40 umkehrt, ändert in gleicher Weise auch die Drehrichtung des Rotors 11 im Motor 10.
Bei stillstehender Nockenscheibe 40 bleibt auch der Rotor 11 des Motors in der jeweiligen Lage stehen, da dann das Magnetfeld im Stator 12 des Motors stationär ist und den Rotor 11 festhält.
Somit wird bei jeder Umdrehung der Nockenscheibe 40 im einen oder im andern Drehsinn gleichzeitig der Rotor 11 des Motors 10 um eine Polpaarteilung des Stators 12 im einen bzw.
andern Drehsinn bewegt, gleichgültig, ob die Drehung der Nokkenscheibe 40 schnell oder langsam erfolgt. Die beschriebene Einrichtung ist daher zur analog-synchronen elektrischen Fern übertragung von Drehbewegungen geeignet. Diese Bewegungsübertragung ist unabhängig von der Frequenz fl der Wechselstromquelle 18, solange die Schaltfrequenz der Umschalter S1 und S2 kleiner als etwa Y3 der Wechselstromfrequenz fl ist.
Gegenüber bekannten Einrichtungen, die einen Schrittmotor aufweisen und eine Gleichstromquelle benötigen, hat die beschriebene Einrichtung gemäss der Erfindung hauptsächlich die folgenden Vorteile: Zwischen dem Impulsgeber 1 und dem Impulsempfänger 2 sind lediglich drei Leiter 24,25 und 26 erforderlich, welche in einfacher Weise die Adern eines dreiadrigen Kabels sein können. Im Impulsgeber 1 sind nicht mehr als zwei Umschalter S1 und S2 erforderlich. Der Motor 10 im Impulsempfänger 2 ist ein handelsüblicher, elektrisch reversierbarer Synchronmotor, der für die Spannung und die Frequenz der Wechselstromquelle 18 ausgelegt ist.
Mittels der Anschlussklemmen 16 und 17 ist die Einrichtung unmittelbar an die Wechselstromquelle 18 anschliessbar, so dass die Zwischenschaltung eines Gleichrichteraggregates mit einem spannungsreduzierenden Transformator entfällt.
In manchen Anwendungsfällen ist es sogar möglich, den Impulsgeber 1 mit dem Impulsempfänger 2 nur durch ein Zweileiterkabel zu verbinden. In diesem Fall entfällt der Leiter 26 zwischen den Verbindungsklemmen 23 und 33, und der Impulsgeber 1 wird mit einer zusätzlichen Anschlussklemme 17a versehen, wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien gezeichnet ist.
Diese Anschlussklemme 17a wird mit dem Nulleiter eines vorhandenen Wechselstromverteilnetzes verbunden, während die Anschlussklemme 16 des Impulsempfängers 2 mit einem Phasenleiter des genannten Wechselstromverteilnetzes verbunden wird. Die andere Anschlussklemme 17 des Impulsempfängers 2 bleibt in diesem Fall unbenützt. Es leuchtet ein, dass bei der beschriebenen Variante der Nulleiter des Wechselstromverteilnetzes die Funktion des weggelassenen Leiters 26 übernimmt.
Auch bei mehrkanaligen Übertragungseinrichtungen zum elektrischen Übertragen von zwei oder mehr Bewegungen unabhängig voneinander brauchen zwischen den jeweils zusammengehörenden Impulsgebern 1 und Impulsempfängern 2 je nur zwei Leiter 24 und 25 vorhanden zu sein, während für alle Übertragungskanäle ein gemeinsamer Leiter 26 vorgesehen wird, der - wie oben beschrieben - der Nulleiter eines Wechselstromverteilnetzes sein kann, aus dem die Speisung der Motoren 10 der Impulsempfänger erfolgt.
Der Synchronmotor 10 hat gegenüber einem bisher gebräuchlichen Schrittmotor noch den weiteren Vorteil, dass er auch ohne Betätigung des zugeordneten Impulsgebers 1 durch Speisung aus der Wechselstromquelle 18 in Betrieb gesetzt werden kann, wenn dies gewünscht wird. Zu diesem
Zweck braucht es im Impulsempfänger 2 lediglich die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien eingezeichneten Modifikationen: An den mit X bezeichneten Stellen werden die Verbindungen zu den äusseren Enden D der zwei Wicklungen 13 und 14 des
Motors 10 unterbrochen. Das äussere Ende D der einen Wicklung 13 wird an einen Umschalter 51 angeschlossen, mit dessen
Hilfe die Wicklung 13 wahlweise entweder mit der Verbin dungsklemme 21 oder mit der einen Elektrode eines Phasen schieberkondensators 53 und über einen Tasterkontakt 54 mit der Anschlussklemme 17 verbindbar ist.
In ähnlicher Weise wird das äussere Ende D der andern Motorwicklung 14 an einen Umschalter 52 angeschlossen, mit dessen Hilfe die Wicklung 14 wahlweise mit der Verbindungsklemme 22 oder mit der andern Elektrode des Phasenschieberkondensators 53 und über einen zweiten Tasterkontakt 55 mit der Anschlussklemme
17 verbindbar ist. Zweckmässig sind die beiden Umschalter 51 und 52 miteinander mechanisch gekuppelt, so dass sie nur zusammen betätigbar sind. Befinden sich die Umschalter 51 und 52 in der gezeichneten Stellung, so arbeitet die Einrichtung in der oben beschriebenen Weise und ermöglicht die analogsynchrone Übertragung der Drehbewegung der Nockenscheibe 40 auf den Rotor 11 des Motots 10.
Wenn hingegen die Schalter 51 und 52 umgelegt sind, kann man durch Drücken des Tasterkontaktes 54 oder des Tasterkontaktes 55 eine der Wicklungen 13 und 14 des Motors 10 direkt und die andere über den Phasenschieberkondensator 53 an die Wechselstromquelle 18 anschliessen, so dass sich der Rotor 11 unabhängig vom Impulsgeber 1 mit der zur Frequenz fl der Wechselstromquelle synchronen Drehzahl in der einen bzw. der andern Richtung dreht.
Diese Betriebsweise kann z. B. dazu dienen, ein mit der Welle
15 des Motors 10 gekuppeltes Arbeitsaggregat rasch in eine bestimmte Betriebsstellung oder einen mit der Welle 15 gekuppelten Drehstellungsanzeiger in seine Nullstellung zurückzubringen.
Es ist klar, dass die Anschlussklemmen 16 und 17 zum Anschliessen der Wechselstromquelle 18 anstatt am Impulsempfänger 2 ebenso gut am Impulsgeber 1 angeordnet sein könnten. In diesem Fall ist die gegebenenfalls zusätzlich vorgesehene Anschlussklemme 17a anstatt am Impulsgeber zweckmässig am Impulsempfänger angeordnet.
Die Nockenscheibe 40 kann anstelle eines einzigen erhöhten Nockens gegebenenfalls zwei oder mehr solche Nocken aufweisen, die über den Umfang der Scheibe gleichmässig verteilt sind. Ebenso ist es möglich, die Nockenscheibe 40 durch einen kreisscheibenförmigen Exzenter zu ersetzen, sofern die Umschalter S1 und S2 als Kippschalter ausgebildet sind, deren Wechselkontakte W jeweils sprungartig von einer Schaltstellung in die andere wechseln, auch wenn das Betätigungsorgan 42 bzw. 43 langsam bewegt wird. Ein solcher Exzenter in Verbindung mit Kippschaltern hat den Vorteil, eine gleichmässigere Drehung und eine höhere Umdrehungszahl der Antriebswelle 41 zu gestatten.
Ferner ist es natürlich auch möglich, die Umschalter S1 und S2 je durch eine eigene Nocken- oder Exzenterscheibe zu betätigen, wobei die beiden Scheiben identisch ausgebildet, aber in bezug aufeinander um 90" versetzt auf einer gemeinsamen Antriebswelle 41 sein können, während die beiden Schalter S1 und S2 auf gleicher Höhe nebeneinander angeordnet sind.
Schliesslich sei noch die Möglichkeit erwähnt, zur Betätigung der Umschalter S1 und S2 anstelle einer rotierenden Nokken- oder Exzenterscheibe 40 eine in ihrer Längsrichtung verschiebbar geführte Nockenstange mit mehreren in gleichmässigen Abständen angeordneten erhöhten Nocken zu verwenden.
Dadurch wird ermöglicht, eine lineare Bewegung der Nockenstange elektrisch in eine analog-synchrone Drehbewegung des Rotors 11 des Motors 10 umzuwandeln. Wenn die Welle 15 des Motors 10 mit einem Zahnradritzel in Verbindung steht, das mit einer Zahnstange in Eingriff ist, lässt sich die rotierende Bewegung der Motorwelle 15 in eine lineare Bewegung der erwähnten Zahnstange umwandeln.
Die Verwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Einrichtung zur analog-synchronen Fernübertragung einer Bewegung sind dem Fachmann zweifellos bekannt und werden auch wegen ihrer Vielfältigkeit hier nicht aufgezählt. Lediglich beispielsweise sei erwähnt, dass die Antriebswelle 41 der Nockenscheibe 40 des Impulsgebers 1 mit der Spindel eines Absperroder Durchfluss-Regulierschiebers gekuppelt sein kann, wäh- rend der Impulsempfänger 2 und ein mit der Welle 15 des Motors 10 gekuppelter Drehstellungszeiger in einer Zentrale angeordnet sein können, wodurch ermöglicht wird, die jeweilige Stellung oder Bewegung des Schiebers von der Zentrale aus zu überwachen.
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PATENT CLAIMS
1.Device for the analog-synchronous electrical transmission of a movement, with a mechanical-electrical pulse generator which contains mechanically non-simultaneously actuable electrical changeover switches, which each have a normally open contact element, a normally closed contact element and an alternating contact element which comes into and out of contact therewith, and with a motor serving as an electrical-mechanical converter, which has a permanent magnetic rotor and a stator with a first and a second phase winding for bipolar operation, characterized in that two connecting terminals (16, 17) for connecting the device to a single-phase AC power source ( 18) are provided that the one ends (C) of the first winding (13) and the second winding (14) of the motor (10) with one another and with one of the connecting terminals (16,
17) that the pulse generator (1) has only two changeover switches (S1, S2), the changeover contact elements (W) of which are connected to the other end (D) of the first (13) and the second winding (14) of the motor ( 10) are connected, during one of the working and normally closed contact elements (A, R) of each switch (S1, S2) via a first electrical valve (35) with a certain direction of passage and the other one of the working and normally closed contact elements (A, R) Each changeover switch (S1, S2) is connected to the other connection terminal (17) via a second electrical valve (37) with the opposite direction of passage, and that an electrical smoothing capacitor () is connected in parallel to each of the two windings (13, 14) of the motor (10). 27 or 29) is connected.
2. Device according to claim 1, characterized in that the motor (10) is an electrically reversible synchronous motor which is designed to be fed by an alternating current with the voltage and frequency of the alternating current source (18).
3. Device according to claim 2, characterized in that electrical switches (51, 52) are present which enable the first winding (13) of the motor (10) directly and the second winding (14) via a phase shifter member (53) to connect the connecting terminals (16, 17) for the connection of the alternating current source (18) in order to be able to start the motor (10) independently of the pulse generator (1).
4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulse generator (1) has a rotatable eccentric or cam disc (41), on the circumference of which an actuating member (42, 43) of one and the other switch (S1, S2) is sliding, so that each of the two changeover switches (S1, S2) is at rest when the other changeover switch (S2, S1) is actuated.
The present invention relates to a device for analog-synchronous electrical transmission of a movement, with a mechanical-electrical pulse generator, which contains mechanically non-simultaneously actuable electrical changeover switches, which each have a normally open contact element, a normally closed contact element and an alternating contact element that comes into and out of contact therewith have, and with a motor serving as an electrical-mechanical converter, which has a permanent magnetic rotor and a stator with a first and a second phase winding for bipolar operation.
Known devices of the type mentioned require a stepper motor as the electrical-mechanical converter, the windings of which have to be fed from a direct current source via the changeover switches. If the stepper motor has two simple phase windings for bipolar operation, the mechanical-electrical pulse generator must have four changeover switches, which is why a total of four or six electrical conductors are required between the pulse generator and the motor, depending on whether the DC source is at the pulse generator or at Engine is located. This relatively high number of switches and electrical conductors required has a disadvantageous effect in some applications in terms of effort, space and costs.
However, the number of changeover switches required in the pulse generator can now be reduced to two if the motor is equipped with two pairs of windings, in which case each of the four windings of the motor is operated unipolar. In this case, five or six electrical conductors are required between the pulse generator and the motor, depending on whether the direct current source is located at the pulse generator or at the motor. Overall, the effort and costs in this case are not significantly lower than in the former case. It should also be borne in mind that a motor designed for unipolar operation delivers a noticeably lower torque than a motor of the same size for bipolar operation.
The object underlying the invention is to design a device of the type mentioned in a simple manner so that despite the use of a motor with two simple phase windings for bipolar operation in the pulse generator, only two switches and between the pulse generator and the motor at most three electrical conductors are required, and that the energy for feeding the motor instead of from a direct current source directly from a single-phase alternating current source, e.g. B. the luminous flux distribution network is available.
This object is achieved in the device according to the invention in that there are two connection terminals for connecting the device to a single-phase AC power source, in that the one end of the first and the second winding of the motor are connected to one another and to one of the connection terminals in that the pulse generator has only two change-over switches, the change-over contact elements of which are connected to the other end of the first or
are connected to the second winding of the motor, while one of the working and normally closed contact elements of each switch is connected to the other connecting terminal via a first electrical valve with a specific forward direction and the other of the working and normally closed contact elements of each switch is connected to the other connecting terminal via a second electrical valve and that an electrical smoothing capacitor is connected in parallel with each of the two windings of the motor.
In an expedient embodiment of the device according to the invention, the motor can be an electrically reversible synchronous motor which is designed to be fed by an alternating current at the frequency of the aforementioned alternating current source. The synchronous motor can advantageously be designed for 220 V and 50 Hz or for 110 V and 60 Hz.
Further details and advantages of embodiments of the device according to the invention result from the dependent claims, from the following description and from the associated drawings, in which the subject matter of the invention and its mode of operation are illustrated purely by way of example.
Fig. 1 shows schematically an embodiment of the device for analog-synchronous electrical transmission of a rotary movement;
Fig. 2 is used to explain the operation of the device of FIG. 1 and represents the time course of various electrical voltages depending on the positions of the changeover switch present in the pulse generator.
The device shown in Fig. 1 has a mecha
nisch-electrical pulse generator 1, a pulse receiver 2 provided with an electro-mechanical converter and a three-wire electrical line 3 arranged between them. The pulse receiver 2 contains a motor 10 serving as an electrical-mechanical converter, which comprises a permanent magnetic rotor 11 and a stator 12 with two simple phase windings 13 and 14 for bipolar operation. The rotor sits on a rotatably mounted shaft 15, which can be coupled with a mechanical working unit (not shown) or with a rotary position indicator directly or via a reduction gear. The motor 10 is a commercially available electrically reversible synchronous motor, which is used for feeding from a single-phase AC distribution network, e.g. B.
with 220 V and 50 Hz, is formed, usually one of the windings 13 and 14 directly and the other via one
Capacitor is connected to the AC network to achieve a 90 "phase shift. In the present
In this case, however, another electrical circuit arrangement is provided for feeding the motor windings 13 and 14, as can be seen from the further description below.
The two windings 13 and 14 are connected at one end C to one another and to a first connection terminal 16, which together with a second connection terminal 17 for connecting the device to a single-phase AC power source 18, for. B. a luminous flux distribution network is provided.
The other end D of each of the two windings 13 and
14 is connected to a connection terminal 21 or 22, while a third connection terminal 23 is connected to the connection terminal 17 already mentioned. The three connec tion clamps 21, 22 and 23 are each connected to one end of the three wires 24, 25 and 26 of the electrical line 3.
A smoothing capacitor 27 with an upstream current limiting resistor 28 is parallel to the winding 13. Likewise, a smoothing capacitor 29 with an upstream resistor 30 is connected in parallel with the winding 14.
The pulse generator 1 has three connecting terminals 31, 32 and 33, each with the opposite end of the three
Wires 24, 25 and 26 of the electrical line 3 are connected.
Furthermore, the pulse generator 1 contains two electrical changeover switches S1 and S2, each of which has a normally open contact element A, a normally closed contact element, an alternating contact element W which alternately comes into and out of contact therewith. The
Changeover contact element W of each changeover switch S1 or
S2 is connected to the connecting terminal 31 or 32.
The normally closed contact element R of the switch S1 is connected to the
Normally open contact element A of the other switch S2 and via a first electric valve 35 with a certain direction of passage connected to the connecting terminal 33, while the
Normally open contact element A of the changeover switch S1 with the normally closed contact element R of the other changeover switch S2 and via a second electrical valve 37 in the opposite direction of passage is also connected to the connecting terminal 33. Thus, the change-over contact element W is
Switch S1 via the terminal 31, the wire 24 and the
Terminal 21 with the outer end of the winding 13 in connec tion.
In an analogous manner, the changeover contact element W of the other changeover switch S2 is connected to the outer end D of the second one via the terminal 32, the wire 25 and the terminal 22
Winding 14 in connection. One of the working and resting contact elements A and R of the two changeover switches S1 and S2 is via the first valve 35, the terminal 33, the wire 26 and the
Terminal 23 connected to the AC connecting terminal 17, and each of the other of the normally open and normally open contact elements R or core of the two switches S1 and S2 is via the second valve 37, the terminal 33, the core 26 and the terminal
23 also connected to the AC connection terminal 17.
To actuate the change-over contact elements W of the two changeover switches S1 and S2, a cam disk 40 is provided, which is seated on a rotatably mounted shaft 41, which can be rotated from the outside. Each of the change-over contact elements W is connected to an actuating element 42 or 43, which constantly bears against the circumference of the cam disk 40 under the influence of a spring (not shown). The latter is shaped in such a way that, when it rotates, the changeover contact element W of each changeover switch S1 or S2 alternately contacts the contact element A and the contact element R. Moreover, the two changeover switches S1 and S2 are arranged with respect to the cam disk 40 in such a way that the changeover switches are never actuated simultaneously.
The arrangement is preferably such that when the cam disk 40 is rotated, the changeover contact element W of the one changeover switch S1 is actuated when the actuating member 43 of the changeover contact element W of the other changeover switch S2 is located approximately in the middle of the raised cam of the cam disk 40 and vice versa .
The use and operation of the device described is as follows:
Reference is now made to FIG. 2, in which the uppermost curve 44 illustrates the time profile of the AC voltage of the AC power source 18 connected to the connection terminals 16 and 17. The frequency fl of this alternating voltage is z. B. 50 Hz. The curve 45 shows the respective position of the changeover contact element of the first switch S1. The curve 46 illustrates the time course of the voltage across the one winding 13 of the motor 10 as a function of the respective position of the changeover switch S1.
Curve 47 shows the respective position of the changeover contact element of second changeover switch S2, and curve 48 finally shows the time course of the voltage across second winding 14 of motor 10 as a function of the respective position of changeover switch S2.
When the changeover contact W of the changeover switch S1 assumes the position shown in FIG. 1, only the positive half-waves of the alternating current (curve 44) pass from the connecting terminal 17 via the electrical valve 35 to the outer end D of the motor winding 13, while the negative half-waves through the Valve 35 are blocked so that the end D of the winding 13 relative to the inner end C is positive. There is therefore a direct voltage U1 across the winding 13, which is smoothed by means of the capacitor 27, as shown by the curve 46 in FIG. 2.
As soon as the changeover contact of the changeover switch S1 changes its position, the polarity of the direct voltage U1 lying across the motor winding 13 is reversed, because then only the negative half waves of the alternating current (curve 44) flow through the valve 37, while the positive half waves through the valve 37 be blocked. In an analogous manner, the changeover switch S2 controls the direct voltage U2 lying across the second motor winding 14. When the changeover switch S2 assumes the position shown in FIG. 1, only the negative half-waves of the alternating current (curve 44) are passed through the valve 37 to the outer end D of the winding 14, so that the outer end of this winding is negative relative to the inner end C. becomes.
However, as soon as the changeover contact of the changeover switch S2 changes its position, only the positive half-waves of the alternating current are passed through the valve 35 to the outer end D of the winding 14, while the negative half-waves are blocked by the valve 35, so that the polarity of the direct voltage U2 is exceeded the winding 14 is reversed. The capacitor 29 ensures smoothing of the DC voltage U2 lying across the winding 14.
If one rotates the cam disk 40 in a certain direction by means of the shaft 41, the changeover switches S1 and S2 each do not simultaneously change their positions, as can be seen from FIG. 2, as a result of which the polarity of the DC voltages U1 and 14 lying above the motor windings U2 as well as the polarity of the currents flowing through these windings is periodically reversed. This also results in a reversal of the magnetization of the stator poles of the motor 10. Since the magnetic polarity of the poles which follow one another in the circumferential direction of the stator 12 does not change simultaneously but in a staggered manner, a rotation of the magnetic field occurs in the stator 12. This results in the same rotation of the rotor 11 of the synchronous motor 10.
If the direction of rotation of the cam disk 40 is reversed, the direction of rotation of the rotor 11 in the motor 10 also changes in the same way.
When the cam disk 40 is stationary, the rotor 11 of the motor also remains in the respective position, since the magnetic field in the stator 12 of the motor is then stationary and holds the rotor 11 in place.
Thus, with each revolution of the cam disk 40 in one or the other direction of rotation, the rotor 11 of the motor 10 is simultaneously rotated by one pole pair pitch of the stator 12 in one or
moves in the other direction, regardless of whether the rotation of the cam disk 40 is fast or slow. The device described is therefore suitable for analog-synchronous electrical remote transmission of rotary movements. This movement transmission is independent of the frequency fl of the AC source 18, as long as the switching frequency of the changeover switches S1 and S2 is less than approximately Y3 of the AC frequency fl.
Compared to known devices that have a stepper motor and require a direct current source, the device described according to the invention has the following main advantages: Between the pulse generator 1 and the pulse receiver 2, only three conductors 24, 25 and 26 are required, which are the wires in a simple manner of a three-core cable. No more than two changeover switches S1 and S2 are required in pulse generator 1. The motor 10 in the pulse receiver 2 is a commercially available, electrically reversible synchronous motor which is designed for the voltage and the frequency of the AC source 18.
The device can be connected directly to the alternating current source 18 by means of the connecting terminals 16 and 17, so that there is no need to interpose a rectifier unit with a voltage-reducing transformer.
In some applications, it is even possible to connect the pulse generator 1 to the pulse receiver 2 only by means of a two-wire cable. In this case, the conductor 26 between the connecting terminals 23 and 33 is omitted, and the pulse generator 1 is provided with an additional connecting terminal 17a, as shown in broken lines in FIG. 1.
This connection terminal 17a is connected to the neutral conductor of an existing AC distribution network, while the connection terminal 16 of the pulse receiver 2 is connected to a phase conductor of the AC distribution network mentioned. The other terminal 17 of the pulse receiver 2 remains unused in this case. It is obvious that in the variant described the neutral conductor of the AC distribution network takes over the function of the omitted conductor 26.
Even with multichannel transmission devices for the electrical transmission of two or more movements independently of one another, only two conductors 24 and 25 need to be present between the respectively associated pulse generators 1 and pulse receivers 2, while a common conductor 26 is provided for all transmission channels, which - as above described - can be the neutral conductor of an AC distribution network from which the motors 10 of the pulse receivers are supplied.
The synchronous motor 10 has the further advantage over a previously used stepper motor that it can be operated by actuation from the AC power source 18 even if the associated pulse generator 1 is not operated, if this is desired. To this
Purpose in the pulse receiver 2 is only the modifications shown with dashed lines in FIG. 1: At the points marked X, the connections to the outer ends D of the two windings 13 and 14 of the
Motor 10 interrupted. The outer end D of the one winding 13 is connected to a changeover switch 51, with the switch
Help the winding 13 either with the connec tion terminal 21 or with one electrode of a phase shift capacitor 53 and via a push button contact 54 can be connected to the terminal 17.
In a similar manner, the outer end D of the other motor winding 14 is connected to a changeover switch 52, with the aid of which the winding 14 can be connected either to the connecting terminal 22 or to the other electrode of the phase-shifting capacitor 53 and, via a second push-button contact 55, to the connecting terminal
17 is connectable. The two changeover switches 51 and 52 are expediently mechanically coupled to one another so that they can only be actuated together. If the changeover switches 51 and 52 are in the position shown, the device operates in the manner described above and enables the synchronous transmission of the rotary movement of the cam disk 40 to the rotor 11 of the motor 10.
If, on the other hand, the switches 51 and 52 are flipped, one of the windings 13 and 14 of the motor 10 can be directly connected by pressing the push button contact 54 or the push button contact 55 and the other can be connected to the AC power source 18 via the phase shift capacitor 53, so that the rotor 11 independent of the pulse generator 1 with the speed synchronous to the frequency fl of the AC power source in one or the other direction.
This mode of operation can, for. B. serve one with the shaft
15 of the motor 10 coupled working unit to quickly return to a certain operating position or a rotary position indicator coupled to the shaft 15 to its zero position.
It is clear that the connection terminals 16 and 17 for connecting the alternating current source 18 could also be arranged on the pulse generator 1 instead of on the pulse receiver 2. In this case, the additionally provided connection terminal 17a is expediently arranged on the pulse receiver instead of on the pulse generator.
The cam disk 40 can optionally have two or more such cams instead of a single raised cam, which are evenly distributed over the circumference of the disk. It is also possible to replace the cam disk 40 by a circular disk-shaped eccentric, provided that the changeover switches S1 and S2 are designed as toggle switches, the changeover contacts W of which suddenly change from one switching position to the other, even if the actuating member 42 or 43 is moved slowly . Such an eccentric in connection with toggle switches has the advantage of allowing a more uniform rotation and a higher number of revolutions of the drive shaft 41.
Furthermore, it is of course also possible to actuate the changeover switches S1 and S2 each with their own cam or eccentric disc, the two discs being identical, but offset by 90 "in relation to one another on a common drive shaft 41, while the two switches S1 and S2 are arranged side by side at the same height.
Finally, the possibility of using a cam rod displaceable in its longitudinal direction with a plurality of raised cams arranged at uniform intervals to be used to actuate the changeover switches S1 and S2 instead of a rotating cam or eccentric disk 40.
This makes it possible to electrically convert a linear movement of the cam rod into an analog-synchronous rotary movement of the rotor 11 of the motor 10. When the shaft 15 of the motor 10 is connected to a gear pinion which is in engagement with a rack, the rotating movement of the motor shaft 15 can be converted into a linear movement of the rack mentioned.
The possible uses of the described device for analog-synchronous remote transmission of a movement are undoubtedly known to the person skilled in the art and are also not listed here because of their diversity. For example, it should be mentioned that the drive shaft 41 of the cam disk 40 of the pulse generator 1 can be coupled to the spindle of a shut-off or flow regulating slide, while the pulse receiver 2 and a rotary position indicator coupled to the shaft 15 of the motor 10 can be arranged in a center , which makes it possible to monitor the respective position or movement of the slide from the control center.