| banisclsvlawandler. insbesondere |
| für Zählwerke. |
| Die Erfindung besieht sich auf einen elektroauchanischen
Impulswandler, der |
| bei jedem einlaufenden Impuls um einen vorgegebenen
Winkelschritt weiter- |
| dreht und nacheinander einlaufende Impulse durch aufeinanderfolgende
gleiche |
| Schritte addiert. |
| Die meist= der bekannt gewordenen impulawandler arbeiten
mit Elektromgne- |
| ten, die bei jedem einlaufenden Impuls mit einem einmaligen
Hin- und Hergang |
| ihres Ankers reagieren. Die so entstehende Schwingbewegung
wird durch Stoa- |
| und/oder Zugklinken, durch Grahm-Anker oder andere bekannt
gewordene Kon- |
| struktionselesente in Zusammenwirken mit einer Zahn- oder
Stift-Scheibe in |
| eine fortschreitende Drehbewegung verwandelt, wobei sich
meist zur Sicherung |
| der erreichten Stellung Rasteinrichtungen nicht
vermeiden lassen. |
| Solche Konstruktionselemente, die die Schwingbewegung des
Impulsempfängers |
| in eine Drehbewgung usdandeln, unterliegen wegen der nicht
zu vermeiden- |
| den Flächenreibung einer natürlichen Abnutzung, die Rasteinrichtungen
gleich- |
| falls. Zudes sässen noch für die AnkerrtIckstellung elastische
Glieder ver- |
| wendet werden, welche einer Ermüdungsgefahr ausgesetzt sind.
Man kann in |
| erster Näherung rechnen, dal die Zahl der eaipfangenen
und verarbeiteten |
| Impulse die Stendseit einer solchen Einrichtung bestiast. |
Solche Einrichtungen haben sich für kleine und mittlere Impulsfrequenzen
durchaus bewährt. Man muB aber aus den angegebenen Gründen damit rechnen, dab bei
höherer Impulsfrequenz die absolute Standzeit solcher Einrichtungen der Impulsfrequenz
proportional oder noch stärker abnimmt Die bei höheren Impulsfrequenzen trotz sorgfältigster
Materialaus-
| wk erreichbaren absoluten Standzeiten reichen dann nich4mehr
aus. |
Es ist daher erwünscht, Impulswandler verwenden zu können, welche auf einlaufende
Impulse mit einer Drehbewegung konstant bleibender Drehrichtung derart reagieren,
daß sie für jeden einlaufenden Impuls den gleichen Winkelweg zurücklegen. Dabei
ist zusätzlich noch erwünscht, daß Rasteinrichtungen vermieden werden, um nicht
die Standzeit durch eine solche Schwachatelle,wie es eine Rasteinrichtung ist, wieder
zu begrenzen. Bei solchen Impulswandlern erübrigt sich die Umsetzung einer Schwingbewegung
in eine Drehbewegung, denn die Drehbewegung des Impulswandlers kann leicht durch
bekannte Wälztriebe (Zahnräder u. dgl.) weitergeleitet werden. Ihre Standzeiten
liegen um einige Größenordnungen höher. Teillösungen der hierdurch gegebenen Aufgabenstellung
sind bekannt geworden. So ist ein Impulswandler als Impulszähler bekannt geworden,
der nicht einen Elektromagneten, sondern zwei von diesen verwendet, die fair nacheinander
einlaufende Impulse wechselseitig eingeschaltet werden, derart, das der eine Impuls
den einen Elektromagneten, der auf ihn folgende den zweiten, der nächstfolgende
wieder den ersten usw. betätigt. Zwischen den beiden einander diametral gegenüberliegenden
Elektromagneten bewegt sich ein Polrad mit einer ungeraden Anzahl von Polen. Um
ein Pendeln zu verhindern und eine eindeutige Drehrichtung zu erhalten, ist die
. Änderung
der magnetischen Leitwerte
mit dem Drehwinkel
bei beiden Elektromagneten in
gleicher Drehrichtung unsymmetrisch
gehalten. Hierdurch
ist
bereits ein wesentlicher Nachteil
solcher Einrichtungen gegeben. Das in der Einstellage auftretende Drehmoment bei
kleinen Winkelauslenkungen, das sogenannte Richtmoment, das der Rastung in die Einstellage
dienen soll, ist klein und verschwindet mit aufhörendem Impuls vollständig. Deshalb
können mit solchen Einrichtungen nur aufeinanderfolgende Impulse richtig erfaßt
werden, zwischen denen keine Pause liegt.
| Da solche Impulsfolgen selten zur Verfügung stehen, ist
zusätzlich noch |
| ein Impulsumsetzer erforderlich, der ankommende Impulse
in erforderlicher |
| Weise umformt. Dieser wird meist elektronisch ausgelegt.
Der hier zu |
| treibende Aufwand durch den Impulsumformer und durch &e
beiden nicht zu |
| entbehrenden Elektromagnete ist genau so unerwünscht, wie
der Faumbe- |
| darf einer solchen Einrichtung mit den nicht u entbehrenden
Zugitzen. |
Soll aber diese Elektronik bei einer solchen Einrichtung vermieden werden, sind
mechanische ,Umschalteinrichtungen erforderlich, die, bei höheren Impulsfrequenzen
den gleichen Abnutzungserscheinungen unterliegen, wie die vorher bekannt gewordenen
Impulswandler. Dann sind diesen gegenüber keine Vorzüge mehr
zu erkennen.
| Weiterhin ist schon vorgeschlagen worden, zur Zählung von
elektrischen |
| Impulsen diese für für die Erregung von im Ringspalt
eines permanenten oder |
| konstant erregten Magneten beweglich angeordneten Tauchspulen
zu rr- |
| wenden, deren pendelnde Bewegung dann über Getriebe oder
mit Sperrädern |
| zusammenwirkende Anker auf ein Rollenzählwerk übertragen
wurde. Die |
| durch die Massen der Getriebeteile und die Trägheitsmomentm
der Zahlen- |
| rollen gegebene größtmöglich zu verarbeitende Impulszahl
pro Sekunde |
| konnte dabei noch dadurch heraufgesetzt werden, daß zum
Antrieb der |
| Zählrollen nicht mehr die Zählstroailee selbst di.en@eno
sondern ein |
| Fremdantrieb in Gestäi'a iMm Vaiorn-benutzt
Wurde und die Zähistromim- |
des Ankers jeweils die von einer Polgruppe ausgehende magnetische
Kraftwirkung im impulsfreien Zustand schwächer, bei Impulseingabe stärker
als die von einer dieser Polgruppe benachbarten Polgruppe ausgehende magnetische
Kraftwirkung ist, und daß der zu seiner Drehachse symmetrisch gestaltete Anker gegenüber
einer durch diese gelegten Ebene eine Unsymmetrie aufweist, bei der er in jeder
Dreh-Stellung von beiden Polgruppen beeinfluBbar und jeweils in eine Drehstellung
gegenüber derjenigen Polgruppe magnetisch einrastbar ist, die mit dem stärkeren
magnetischen Fluß auf ihn einwirkt, wodurch der Anker bei jedem Beginn und Ende
eines Stromimpulses je um ein Viertel der Polteilung, bei Ablauf jeder Impulsdauer
also um eine halbe Polteilung weiterdrehbar ist. Am Anker können nach der Erfindung
z. B. sichelförmige Polflächen als in der gleichen Umfangsrichtung wegragende Zungen
vorgesehen sein. Der Magnet kann elektrisch erregbar oder als Dauermagnet ausgebildet
sein. Die unterschiedliche Wirkung der beiden Polgruppen kann z. B. dadurch erzielt
werden ,daß an den Polen der einen Polgruppe je eine vom Impuls-Strom durchfließbare
Wicklung vorgesehen ist. Je nach der Richtung des Impulsstromflusses läBt sich dabei
der Erregerfluß verstärken oder schwächen. So kann der Erregerfluß in der einen
Polgruppe verstärkt
und in der anderen Polgruppe gegebenenfalls
gleichzeitig geschwächt
werden.
Es ist auch ohne weiteres möglich"
diese Wirkungen mittels eines Impulsumsetzers
bei Impulseingabe
oder impulafreiem Zustand
zu vertauschen.
| pulse nur zur Steuerung einer Hmmavorrichtung verwendet
Wurden. |
| Schließlich ist es bereits bekennt: bei Sehrittwalzwerkenj,
die durch |
| elektrische Impulse betätigt werden und als Antriebe von
Zeitaeßge- |
| räten, Iipulszählern u. dgl. Anwendung finden: in magnetischen
Kreis |
| des,ettors einen Dauersageeten anzuwenden, der eine
Vormagnetisierung |
| hervorruft! die den von den Feldspulen erzeugten Fluß entgegengerichtet |
| ist. Wird eine derartige Vorrichtung mit Straaimpulsen gleicher
Rieh- |
| tung betrieben, so erfolgt eine schrittweise Drehbewegung
des Rotors, |
| die sich aus einer Halbdrehung des Rotors, hervorgerufen
durch den Strom- |
| impuls,und einer weiteren Halbdrehung» hervorgerufen durch
die Vorsagne- |
| tisIesung des Dauermagneten" zusammensetzt. |
| Die Erfindung vermeidet die vorerwähnten Nachteile. Sie
benötigt in ihrer |
| GrunBsuslegang keinerlei Kontakte und/oder
ümsehaltungen und ist, obgleich |
| in der Ausgangsstellung magnetisch gerastet, bei der Drehbewegung
des Ankers |
| weitgehend unabhängig von der Länge des Impulses und der
zwischen zwei In- |
| pulsen luden Pause! wenn nur beide Werte bestimmte Mindestwerte
nicht |
| unterschreiten. |
| Ein elekts@onschsniseher hpulsdandler, insbesondere für |
| mit einen |
| in magnetischen Kreis eines Stators angeordnetem als Dauermagnet
ausgebil- |
| deten Rotor= der durch eingehende St ro ninpulse
in eine sebrittvsise ablatz- |
| (ende nlreöb«efg versetzbar ist, ist erfindungsgemäß
in erster T:inie da- |
| durch gelamseiclmetg daß der Stator ans einem Magneten
besteht, dessen |
| katsentriseh zur ahse eines als mit diametral sich erstreckenden |
| Stegen verseherner An gestalteten Roterz in einer
als ganzes Vie@lfaehes |
| von vier betragenden Anzahl und mit gleicher Teilung angeordnete
Pole derart |
| durch einen edogei@enäen streut='] s beeinflußbar sind, daß In Drehbereich |
Bei dem so beschaffenen Impulswandler beschränkt sich die mechanische
Beanspruchung praktisch auf das Lager des Ankers, Die Schaltgeschwindigkeit ist
im wesentlichen durch die Masse des Ankers bestimmt, die sich mit den derzeitigen
Können des einschlägigen Fachmannes äußerst klein halten läbt. Es sind demzufolge
außerordentlich kurze Schaltzeiten bei größter Lebensdauer erzielbar. Erfindungswesentliche
Merkmale sollen im folgenden an Hand der Zeichnung ausführlich erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäben Impulswandler
mit vier Polen, von denen je zwei einander gegenüberliegende mit einer vom Impulsstrom
durchflossenen Wicklung versehen sind, Fig. 2 im wesentlichen die gleiche Anordnung,
bei der jedoch alle vier Pole eine Wicklung tragen, in denen die Richtung des Stromflusses
mittels eines Impulsumsetzers steuerbar ist, Fig. 3 einen Schnitt durch eine besondere
Ausführungsform der Erfindung gemäß der Linie III - III in Fig. 4, Fig. 4 eine Draufsicht
auf die Ausführungsform nach Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt durch ausschließlich die
Polschuhe der vorgenannten Ausführungsform nach der Linie V - V in Fig. 4 und Fig.
6 und 7 jeweils eine Draufsicht auf einen Bauteils der zwei benachbarte Polschuhe
trägt.
| In Fig. 1 ist 1 ein Eagnetjoch, das eine an die Klemme n a
und b einer |
| besonderen Speisequelle anlegbare Erregerspule 2 trägt. Dieses
Erreger- |
| joch kann gegebenenfalls auch in bekannter Weise durch einen
Dauer- |
| magneten mit geeignete= magnetischem Nebenschlub ersetzt werden.
Für |
| die Erläuterung der Wirkungsweise wird hier jedoch von einer
besonderen |
| Erregerspule -2 ausgegangen. |
| Der einfachen Darstellungsweise wegen wird in Fig. 1 der eintreffende |
| Impuls von der Speisequelle abgeleitet und in an sich bekannter
Weise |
| mittels eines Schalters 3 erzeugt. An die Stelle dieses Schalters
kön- |
| nen selbstverständlich auch andere impulserzeugende Vorrichtungen
treten, |
| und es ist nicht erforderlich, die Impulse, wie gezeichnet,
von der |
| Speisequelle für die Erregung abzuleiten |
Das Erregerjoch trägt in Fig. 1 vier Pole 4, 5, 6 und 7, von denen die Pole 4 und
6 mit Spulen 15 bzw. 16 bewickelt sind, die vom Impulsstrom derart durchflossen
werden, das die so geschaffenen Amperewindungen den über die Pole 4 und 6 gehenden
Erregerfluß bei eintreffenden Impulsen vergrößern. Innerhalb der Pole 4, 5, 6 und
7 ist ein Anker 8 auf einer Achse 21 drehbar gelagert, an dessen Steg 8a in gezeichneter
Weise zwei sich diametral gegenüberliegende, sichelförmige Polflächen 9 und 10 angebracht
sind, die in die Polflächen der für die augenblickliche Einstellage des Ankers 8
nicht maßgebenden Pole hineinragen. Der Anker 8 ist zwar zu seiner Drehachse 21
symmetrisch, jedoch zu einer durch diese gelegten Axialebene A - A unsymetrisch
gestaltet.
Die Luftspalte zwischen dem Anker 8 und den Polen 5 und
7 sind wesentlich kleiner gehalten als die zwischen dem Anker 8 und den Polen 4
und j 6. Dadurch hat der Anker 8 eine eindeutig gerastete Ausgangslage in der gezeichneten
Stellung zwischen den Polen 5 und 7. Trifft nun ein Impuls auf die Spulen 15 und
16 des Impulswandlers, d. h. wird in dem gezeichneten Beispiel der Sehalter 3 geschlossen,
so beginnt ein Strom durch die Spulen 15 und 16 zu fließen, welcher der Zeitkonstante
ihres Stromkreises entsprechend ansteigt. Der über die Pole 4 und 6 gehende Induktionsfluh
steigt an. Mit den Polen 4 und 6 zusammen bilden nun die Zungen 9 und 10 einen Elektromagneten
mit veränderlicher Flächenbedeckung, der ein Drehmoment am Anker 8 in Richtung des
Pfeiles 17 hervorruft, das dem Quadrat des über die Pole 4 und 6 gehenden Induktionsflusses
proportional ist. Übersteigt dieses Drehmoment das durch die Pole 5 und 7 hervorgerufene
Richtmoment, so wird sich unter seiner Wirkung der Anker 8 in Richtung des Pfeiles
17 drehend in Bewegung setzen. Diese Drehbewegung wird er so lange beibehalten,
bis er zwischen den Polen 4 und 6 eine Stellung einnimmt,
die der gezeichneten
Ausgangsstellung
zwischen den Polen
5 und 7 entspricht. in
diese Stellung wird
er magnetisch einrasten,
in gleicher
| Weise, wie er in der gezeichneten Ausgangeatellung magnetisch
einrastete. |
| Er wird diese Stellung beibehalten, so lange der Mapuls
andauert. |
| Nach Beendigung des Impulses, d.h, wenn, wie in dem gezeichneten
Bei- |
| spiel gezeigt, der Schalter 3 wieder geöffnet wird, bilden
nun die in die |
| Polflächen der Pole 5 und 7 hineinragenden Zungen
9 und 10 mit diesen |
| Polen einen Elektromagneten mit veränderlicher Flächenbed£ung,
wodurch |
| wieder= ein Ihrsbaoment in Richtung des Pfeiles 11auf
den Anker g ein- |
| wirkt. Hei kleiner werdende® Induktionsflut über die Pole
4 und 6 wird |
| der An ker 8 unter Wirkung dieses Drebmmentes schließlich
eine Bewegung |
| ausführen, die Ibn in Richtung des Pfeiles 17 Beine der
gezeichneten |
| Stellung vollständig entsprechende Stellung zwischen
den Polen 5 und 7 |
| führt, in die er wieder magnetisch einrastet. Diese Stellung
ist gegen- |
| über der Ausgangsstellung des Ankers 8 um i80° gedreht. |
| In dieser Stellung verharrt nun der Anker 8, bis ein neu
eintreffender |
| Impuls den geschilderten Torgang abereals ablaufen lätt.
Unter der Wirkung |
| eines jeden Impulses wird also in den gezeichneten Beispiel
der Anker 8 eine |
| Drehung von 18G° ausführen, wobei bei Überschreiten bestirnter
Mindesiaverte |
| die Idinge eines Impulses sewie die zwischen zwei Impulsen
liegende Pausen- |
| länge rollständig ohne Einflut sind. |
| In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden bei gleich
bleibenden Träg- |
| heitamoment des Ankers 8 die auf ihn wirkenden Drebnomente
dadurch vorgrö- |
| tert, dat auch auf die Pole 5 und 7 in nicht gezeichneter,
aber leicht |
| dnrahschsnbarer Weine Spulen gelegt werden, die mit den
gezeichneten Spulen |
| 15 und 16 in Reihe liegen, aber so gepolt sind, dat sie
den über die Pole |
| 5 und 7 gehenden Mnänktionsflut bei eintreffend«
Impuls schwächen. Dann |
| nimmt gleichseitig alt des Ansteigen des durch die
Spulen 15 und 16 über |
| die Pole 4 und 6 auf den Anker 8 ausgeübten Drebnomentes
das von dee Polen |
| 5 und 7 auf den Anker wirkende Richtmoment ab, das resultierende
Moment |
| wird größer und der Anker 8 setzt sich früher und schneller
in Bewegung. |
| Hei geeigneter Ausbildung dieser zusätaiahen Spulen kann
man errerichen, |
| dai preMsah keine Ilnderung des |
| zehr eintritt, @n ein |
| Iignla den Mefalsmptfger erreicht. In der Erregerspule 2
auftretende |
| indu:ierte Spannung» werden denn sehr klein, und
der Stronkreis äi«er |
Spule 2 wird durch die Vorgänge praktisch nicht mehr beeinflußt.
Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß man den Ohmschen Widerstand des Stromkreises
der Spule 2 verhältnismäßig klein halten kann und damit die aufzuwendende Erregerleistung
vermindert wird. Von besonderem Vorteil ist eine solche Anordnung, wenn anstelle
eines Elektromagneten mit Erregerspule ein Dauermagnet verwendet werden soll. Die
bei Impulsempfang wirksamen Amperewindungen beeinflussen diesen dann kaum noch,
und magnetische Nebenschlüsse zum Dauermagneten werden weitge-
hend entbehrlich.
In
besonderen Fällen dürfte es zweckmäßig sein, die Zungen 9 und 10 des Ankers 8 so
auszubilden, daß sie bei Führung eines bestimmten Induktionsflusses bereits magnetisch
gesättigt werden. Auf diese Weise können die Riehtmomente in den Einstellagen vergröbert
und die Einstellung des Ankers 8 sicherer gehalten werden. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kann noch zusätzlich zum eigentlichen Impulsempfänger ein Impulsumsetzer
nach Fig. 2 verwendet werden. In dieser Fig. 2 wurden die Bezeichnungen der Fig.
1 beibehalten, die auf den Polen 5 und 7 liegenden Spulen mit 18 und 19 bezeichnet.
Der dort vorgesehene elektrische Impulsumsetzer hat die Bezeichnung 20 erhalten.
Der Ipulsumsetzer kann nun so arbeiten, dab er die Spulen 19 und 18 ständig von
Strom durchflossen hält, wenn kein Impuls eintrifft, und zwar so, das diese Spulen
noch den an sich die Pole 5 und 7 durchsetzenden Induktionsflut verstärken. Dann
wird schon eine verstärkte Rastung in
der
Ausgangsstellung
erreicht, wenn
die zwischen Anker g
und den Polen liegenden
Luftspalte sämtlich
gleich sind.
Der Impulsumsetzer 20 soll
nun so arbeiten, daß er in an sich bekannter Weise bei einem eintreffenden Impuls
den den Spulen 19 und 18 zugeleiteten Strom in seiner Richtung umkehrt. Da nach
Fig. 2 die Spulen 15 und 16 in vorher beschriebener Weise direkt vom Impulsstrom
durchflossen werden, ist die sonstige Arbeitsweise des so ausgebildeten Impulsempfängers
die gleiche, wie vorher beschrieben. Bei Impulsende wird der die Spulen 18 und 19
durchflie-Sende Strom wieder umgekehrt und fließt nun bis zu einem neu eintreffenden
Impuls ständig. Nach der Erfindung ausgelegte Impulsempfänger sind besonders vorteilhaft,
wenn eine flache Bauweise erwünscht ist. Ist eine gedrungenere Bauform in anderen
Fällen erwünscht, so kann auch eine Bauweise gewählt werden, bei der Anker und Ständer
mehr walzenartig ausgelegt sind. Geeignete Bauweisen sind in den Fig. 3 bis 8 dargestellt.
In Fig. 3 ist das Erregerjoch 1' als Rundkern ausgebildet, der die Erregerspule
2 trägt und die Achse 21 zur Lagerung des Ankers 8 aufnimmt. Anstelle des magnetisch
weichen Joches 1 kann auch ein Dauermagnet treten. An den Enden des Erregerjoches
sind die winkelförmigen Pole 4, 5, 6 und 7 in einer Weine angebracht, die aus den
Fig. 7 und 8 ersichtlich ist. Eine Draufsicht gibt noch die Fig. 4 1, die, ebenso
wie Fig. 5.ohne weitere Erläuterungen bei Verwendung des bisher dargestellten Grundprinzips
verständlich ist. Bemerkt sei noch, daß in Fig. 5 eine Ausführung gewählt wurde,
die der vorhergehenden Abbildung 1 entspricht, bei der also swei der hier vorgesehenen
Pole unbewickelt sind.
| Die Zeichung bezieht sich auf vierpolige Impulswandler"
ofleich es durch- |
| aus möglich und in die Erfindung eingeschlossen ist, das
erfinderische |
| Prinzip auf äquivalent gebaute Anordnungen zu überxtragen,
deren Pol- |
zahl ein ganzzahliges Vielfaches von vier ist. Ein Impulsempfänger nach der Erfindung
hat nun alle Vorzüge, die vorher für solche drehenden Impulsempfänger als wünschenswert
dargestellt wurde.
die aber durch bisher bekannt
gewordene Impulsempfänger
nur teilweise gegeben sind.