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Elektrischer Antriebsmotor, insbesondere zum Antrieb von Kreiseln
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Motor, im besonderen zum Antrieb
von Kreiselvorrichtungen, und zwar solcher mit einem Freiheitsgrad, sogenannten
Wendezeigern oder Steuerzeigern.
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Es sind bereits Motoren dieserArt bekannt, deren Rotor aus einer Eisenscheibe
oder einem Eisenring besteht, auf dessen Umfang überstehende Massen sitzen, die
der intermittierenden Anziehung von festen, auf dem Rotorumfang angeordneten Elektromagneten
unterworfen sind. Infolge dieser Anordnung haben solche Motore verhältnismäßig große
Abmessungen sowie ein beträchtliches Gewicht. Außerdem ergibt sich bei dieser Anordnung
ein ziemlich langer magnetischer Weg, so daß die Kraftlinienverluste verhältnismäßig
groß sind und die Leistung des Motors dadurch verringert wird.
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Der elektromagnetische Motor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die festen Elektromagneten im Innern des beweglichen Eisenringes angebracht
sind. Auf diese Weise werden Ausmaße und Gewicht des Motors, auf ein Minimum reduziert,
ferner wird die Länge des magnetischen Kreises denkbar klein. Alle diese Eigenschaften
lassen den Motor vorzüglich zur Verwendung in Verbindung mit einer Kreiselvorrichtung
geeignet erscheinen.
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Die bei diesen Instrumenten geforderte hohe Empfindlichkeit bedingt,
daß die umlaufende gyroskopische Masse, die allein tätig ist, im Vergleich mit den
zusätzlichen Massen desAbstützkäfigs und derAntriebsvorrichtung möglichst schwer
sei und daß die Trägheit der letzteren- der Quere nach gleichfalls gering sei, um
die Dämpfung der gegebenenfalls vorhandenen Zeigerschwingungen zu erleichtern. Schließlich
ist es von Wichtigkeit, Ausmaße und Gewicht solcher Vorrichtungen bei den für die
Luftschiffahrt bestimmten Instrumenten möglichst zu verringern.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht, daß die von dem Rotor
des Motors gebildete ganz metallische und leicht auszugleichende Kreiselmasse im
Vergleich zur Masse der innen gelagerten Elektromagneten . groß sein kann. Zweckmäßigerweise
ersetzt man letztere durch einen einzigen bipolaren elektromagnetischen Stator.
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Die elektrischen Teile der Einrichtung sind einfach und leicht einzubauen,
so daß
es möglich ist, Kreisel äußerst kleiner Abmessungen, hauptsächlich
für Luftschifahrtsinstrumente, zu bauen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und
sind in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.
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In den als Beispiel beiliegenden Zeichnungen stellen dar: Fig. i einen
senkrechten Schnitt längs der Linie i-i der Fig. 2 eines nach der Erfindung hergestellten
elektrischen Motors, Fig.2 einen Aufriß entsprechend der Fig.i, in welchem einer
der Schilde des umlaufenden Kranzes abgenommen ist, Fig.3 einen schematischen Aufriß
der Stromwende- und Stromzuleitungsteile, Fig. 4 einen Aufriß eines mit einer Kreiselvorrichtung
gemäß der Erfindung versehenen Wendezeigers, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teiles
dieser Einrichtung.
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Bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der
Motor einen Rotor i auf, der durch zwei dünne, in ihrer Mitte einen zylindrischen
Hohlraum 12 einschließende Seitenschilde io und ii gebildet wird. Innen an einem
Eisenkranz 28 sind Eisenmassen angeordnet, die zwischen den zwei beispielsweise
aufeinandergeschraubten Schilden io und ii eingeschlossen sind. Der Kranz 28 besitzt
eine Art Innenverzahnung. In der Abbildung sind vier Zähne 29 bis 2911 dargestellt,
deren eine Fläche 30 in der Dreh= richtung (Pfeil f l, Fig. 2) kurvenförmig
verlängert ist; die andere radiale Fläche 31 des Zahnes dagegen geht senkrecht in
den Kranz über und ist mit der ersten durch eine zweckmäßig abgerundete Kurve 32,
nicht durch einen spitzen Winkel, verbunden. In der Mitte des Hohlraumes i2 wird
ein Statorelektromagnet 13 von einer mit dem Gestell des Apparates fest verbundenen
Stütze 14 getragen und auf dieser Stütze mittels Schrauben 27 o. dgl. befestigt.
Der Elektromagnet besteht aus einer Doppelwicklung 25 und 25a; seine polaren Massen,
Nord- und Südpol :26 bzw. 26a, liegen einander diametral gegenüber und stehen gegenüber
der inneren Verzahnung des Kranzes 28. Diese Anordnung ergibt für den magnetischen
Fluß einen geschlossenen Kreis mit geringem Widerstand.
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Das Schild i i des Rotors weist eine große mittlere Bohrung 16 auf,
durch welche der Träger 14 in das Innere des Hohlraums 1.2 dringt. Das Schild io
ist in der Mitte mit einem zylindrischen Bund 17 versehen, in welchem durch Einschrauben
oder sonstwie die Achse des Rotors i g befestigt ist.
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Die den Rotor i fliegend abstützende und den Elektromagnet 13 und
die Stütze 14 frei durchquerende Achse ig ruht in zwei, im Käfig 2 angeordneten
Kugellagern 2o, :2i. Die Achse ig von hinreichend großer Länge und geringem Querschnitt
ist so ausreichend elastisch, um zu gestatten, daß sich der Rotor i bei seiner Drehung
selbst zentriert, so daß er selbst, wenn er der Ouere nach nicht vollkommen ausgeglichen
wäre, trotzdem ohne Schwingungen umlaufen kann. Seitlich wird die Achse durch zwei
Widerlager bildende Kugeln abgestützt, deren eine, 22, feststeht, während die andere,
23, gegen die Achse durch eine leichte Feder 24 gedrückt wird, so daß das seitliche
Spiel des Rotors stets vollständig behoben wird. Der Motor ist mit einem geeigneten
Stromwender versehen, der in dem Stromkreis der Wicklung z5 und 25a des Elektromagneten
13 liegt und entsprechend dem Vorbeilaufen der Zähne des Rotors an den Polmassen
26 und 26a den Strom in dieser Wicklung aufeinanderfolgend ein- und ausschaltet.
Der bewegliche Teil dieses Kommutator s wird vorzugsweise von dem Rotor selbst betätigt.
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Bei Verwendung des oben beschriebenen elektrischen Motors in einem
gyroskopischen Wendezeiger stellt der Rotor i die Kreiselmasse dar, und der Stator
2 ist mit dem Käfig (der Kappe) des Gyroskops verbunden, der um zwei Zapfen 3 und
4 (Fig. 2 und 3) auf einem nicht dargestellten Gestell schwingt.
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Um dem schwingenden Käfig 2 den Strom zuzuführen, ohne dessen unbehinderte
Schwenkbarkeit zu beeinträchtigen, gelangen bei der schematisch in Fig.3 dargestellten
Einrichtung zwei leitende Lamellen 33, 34 zur Anwendung, die an die Pole der Stromquelle
angeschlossen werden. Die Lamellen sind an dem nicht dargestellten Gestell mittels
isolierender Unterlagen befestigt und sind gegen die Achse des Käfigs 2 gerichtet,
in deren Ebene sie in Silberkornkontakte 35, 36 endigen. Die letzteren stützen sich
gegen Lamellen 37, 38 ab, welche von isolierenden Körpern 39, 40 getragen werden,
mittels der sie zwar mechanisch mit dem Käfig :2 verbunden, jedoch elektrisch
von ihm isoliert werden. Die Lamellen 37, .38 sind an die beiden Enden des Drahtes
des Elektromagneten 13 angeschlossen, und zwar die eine unmittelbar und die andere
unter Vermittlung der Kommutiervorrichtung.
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Die Kommutierungsvorrichtung weist bei dem dargestellten Beispiel
eine dünne Stahlfeder 41 auf, die mit einem Ende starr an der vorerwähnten, am Käfig
:2 festsitzenden Isolation 4o befestigt ist und am anderen Ende ein Wolframkorn
42 trägt, das .mit einem zweiten, auf einer zweiten Feder 44 angeordneten Korn 43.
in Berührung treten kann. Die Feder 41 ist an die den Strom zuführende Lamelle 38
angeschlossen, wähsend
die Feder 44 mit dem Ende des Drahtes 45
des Elektromagneten verbunden ist. Diese Federn sind überdies an zwei Klemmen eines
Kondensators 46 angeschlossen. Zwei Stellschrauben 47, 48 dienen als Widerlager
für die Federn 41, .44.
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Der aus Isoliermaterial bestehende Nocken 18 quadratischer oder sonstiger
Form ist, wie oben angedeutet, zwangsläufig mit der Achse l11 des gyrostropischen
Rotors verbunden und hebt bei seiner Drehung die Feder 41, so daß das Korn 42 in
Berührung mit dem Korn 43 kommt, oder läßt die Feder in die Ruhelage zurückkehren,
in der die Berührung der Kontakte 42, 43 aufgehoben ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt: Der
2"Tocken 18 ist in bezug auf die Eisenverzahnung der umlaufenden Masse derart eingestellt,
daß eine der Spitzen 1811 die Feder 41 hebt und den Stromkreis schließt, wenn sich
die Flanken 3o der Zähne 29 gegenüber den Polen des Elektromagneten befinden, d.
h. sobald die Lage des Pols 26 des Elektromagneten beispielsweise eine solche ist,
daß der von diesem Pol auf die Flanke 3o des Zahns 29 ausgeübte Zug stärker ist
als der von ihm noch auf die Flanke 3oc des vorherigen Zahns 29c ausgeübte Zug.
Die Spitzen z811 geben hingegen die Feder 41 frei, die in die ursprüngliche Lage
zurückkehrt, um so den Stromkreis zu unterbrechen in dem Zeitpunkt, in welchem das
Zahnende seinerseits vor das Polende der Elektromagnetpole gelangt.
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Die Tangentialkomponente der durch den Pol 26 z. B. auf den Zahn 29
(Fig. 2) ausgeübten Zugkraft bestimmt die Drehung der gyrostropischen Masse i und
nimmt den Zahn mit, bis das Ende desselben gegenüber dem ihn anziehenden Pol 26
gelangt. Da in diesem Zeitpunkt der elektrische Stromkreis durch den Nocken 18 unterbrochen
wird, so hört diese Zugkraft plötzlich auf, aber der gyrostropische Kranz i läuft
infolge seiner Trägheit weiter, so daß die schräge Flanke 3o11 des folgenden Zahnes
2911 sich ihrerseits gegenüber dem Po126 des Elektromagneten einstellt. Nun schließt
der Nocken 18 wiederum den elektrischen Stromkreis, und die gleichen Wirkungen der
Anziehung beeinflussen den Zahn 29a und erteilen der umlaufenden Masse i einen neuen
Anstoß usf.
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Selbstverständlich gilt die obige auf den Pol 26 des Elektromagneten
13 sich beziehende Betrachtung zugleich für den zweiten Pol 26a, vorausgesetzt,
daß die Verzahnung symmetrisch ist. Zu bemerken ist, daß, wenn diese Symmetrie sorgfältig
bei der Ausführung berücksichtigt wird, nur die Tangentialkomponenten ihrer beiden
Zugkräfte vorhanden sind, da sich die anderen symmetrischen Komponenten paarweise
aufheben, so daß die umlaufende Masse den Anstößen eines wirklichen Kräftepaares
unterworfen ist, ohne daß irgendwelche parasitäre Reaktion auf ihre Achsen ausgeübt
wird.
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Es ist gleichfalls möglich, der gyrostropischen Masse ohne Schwingungen
sehr hohe Drehgeschwindigkeiten mitzuteilen, die bloß durch die Zeitkonstante des
elektromagnetischen Systems, gekennzeichnet durch seine aufeinanderfolgenden Magnetisierungs-und
Entmagnetisierungsgeschwindigkeiten, begrenzt wird.
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Wie bereits angedeutet, werden zweckmäßig zwei Stellschrauben 47,
48 vorgesehen, die den Federn 41, 44 als Widerlager dienen.
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Die erstere gestattet, die Feder 41 genügend hoch in ihrer Ruhelage
zu halten, so daß sie sich nicht ständig auf dem Nocken 18 abstützt und nur die
Nockenspitzen 1811 die Feder 41 abheben können.
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Die zweite Stellschraube 48 dient als Widerlager für die Feder 44,
damit diese, die bei Berührung der Kontakte 42, 43 leicht gehoben ist, bei der Trennbewegung
auf ein Widerlager trifft, das den Unterbrechungspunkt genau festzulegen gestattet.
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Der Vorteil dieser Anordnung beruht einerseits darauf, daß die Kontaktdauer
gemäß den entsprechenden Lagen des Nockens 18 und der beiden Federn 41,
44 beliebig regelbar ist und daß andererseits leicht federnde und schon in
der ursprünglichen Lage kräftig gespannte Federn verwendet werden können, so daß
die Eigenschwingungen der Federn gänzlich behoben werden, ohne daß sich eine übermäßige
Reibung an dem Nocken i8 geltend macht.
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Die Vorrichtung zur Kommutierung mittels der sich auf Nocken 18 abstützenden
Feder 41 zur Öffnung oder Schließung des Erregungsstromkreises des Elektromagneten
im erforderlichen Zeitpunkt gestattet außerdem die vollständige Absorption der Kommutierungsfunken
durch den Kondensator 46. Sie bietet der Drehung nur einen geringen Widerstand und
arbeitet sehr sicher, da sie nur einen beweglichen, durch den Nocken scharf beeinflußten
Kontakt aufweist.
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In Abb. 4 und 5 ist ein Instrument dargestellt, bei dem die gyrostropische,
mit einem Elektromotor gemäß der Erfindung versehenen Einrichtung als Wendungsanzeiger
verwendet wird.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tragkäfig (die
Kreiselkappe) quer innerhalb einer Verschalung So hinter der sichtbaren Wand bzw.
Seite 5o11 derselben angeordnet. Der Käfig 2 trägt zwei kleine zylindrische Flächen
51, 52, die Signalscheiben
bilden und oberhalb bzw. unterhalb von
zwei waagerechten, benachbarten, in der Vorderwand 5oa der Verschalung vorgesehenen
Fenstern 53. (Fig. 5) angeordnet sind.
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Bei diesem Apparat sind zur Speisung des Elektromagneten. zwei sehr
leichte Leiter 54, 55 verwendet, die spiralförmig angeordnet sind und. wie bereits
angedeutet, zur Zuführung des Stromes zum Käfig 2 verwendet werden können. Diese
spiralförmigen Leiter wirken in der gleichen Weise wie die Lamellen 33, 34 der schematischen
Anordnung nach Fig. 3. Der Leiter 54 ist an eine Lamelle 56 angeschlossen, die unter
Vermittlung einer Isolierung 57 und einer Schraube 58 o. dgl.- am Käfig befestigt
wird. Der andere Leiter steht in Verbindung mit einer Feder 4, die in der gleichen
Weise wie jene nach Fig.3 wirkt und in Form eines Winkels ausgebildet ist, dessen
einer Schenkel 41" in Fig.4 und dessen anderer Schenkel4z in Fig. 5 sichtbar ist.
Der Schenkel 41a trägt ein Wolf ramkorn 42, mit dem ein zweites Korn 43 zur Berührung
gelangt, das auf einer zweiten Feder 44 vorgesehen ist, die in der gleichen Weise
wirkt wie die entsprechende Feder der Fig.3. Die von dem Nocken 18 beeinflußte Feder
44 wird isoliert, mittels Schrauben 58, 59 befestigt und mittels eines nicht dargestellten
Leitungsdrahtes mit der Spule des Elektromagneten verbunden.
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Der Käfig 2 wird durch eine Gegenfeder 5 in die Ruhelage zurückgeführt.
Diese Gegenfeder 5 dient gleichzeitig als leitende Verbindung des Kondensators 46
(Fig. 4) mit der Unterbrecherfeder 44.. Die zweite Kondensatorklemme ist mit der
Feder 41 mittels der Leitung 6o und der spiralförmigen Stromzuleitung 55 verbunden.
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Die Spiralfeder 5 wird unter Vermittlung eines isolierten Bolzens
61 an den waagerechten Schenkel 62 einer gebogenen Feder angeschlossen, welche bei
63 am Gestell befestigt ist (Fig.4). Unter Druck einer Stellschraube 64 (Fig. 5),
die auf den mittleren Teil 65 des senkrechten Schenkels der gebogenen Feder
wirkt, neigt sich die letztere mehr oder weniger. Der mittlere Teil 65 ist durch
zwei Schlitze 66 von den seitlichen Feststellteilen getrennt und durch einen Verstärkungswinkel
67 (Fig. 5)- an den waagerechten Schenkel 62 angeschlossen. Auf diese Weise ist
es möglich, die Spannung der Gegenfeder 5 zwecks Änderung der Empfindlichkeit des
Instruments zu regeln.
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Zum Ingangsetzen und Anhalten des Gyroskops wird ein Abreißschalter
bekannter Bauart verwendet, der die Stromzuleitung 61 mit der zum spiralförmigen
Leiter 55 führenden Leitung 6o verbindet. Er weist einen Isolierblock 74 quadratischen
Querschnitts auf, der zwischen zwei leitenden Federn 75, 76 drehbar ist und auf
zwei seiner gegenüberliegenden Seiten zwei Metallplättchen 77, 78 trägt, die leitend
miteinander verbunden sind. Bei aufeinanderfolgenden Drehungen um 9o° liegen die
vorerwähnten Federn 75, 76 entweder auf den Plättchen 77, 78 oder auf den beiden
anderen isolierenden Seiten des Blocks 74 auf, so daß auf diese Weise Schließen
und Öffnen des elektrischen Stromkreises hervorgerufen wird. Durch Anordnung von
Klinken 79 o. dgl. wird zweckmäßigerweise die Drehung des Blocks in nur einer bestimmten
Richtung ermöglicht.
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Der Block 74 trägt außerdem zwei federnde Arme 8o, 8r, die bei der
Drehung des Blocks die sphärische Außenfläche des Rotors streifen und ihm einen
Impuls erteilen. Diese Arme sind derart eingestellt, daß der vorerwähnte Anstoß
knapp vor Schließen des Stromkreises des Elektromagneten erfolgt. Das Inganä setzen
des Gyroskops wird auf diese Weise bewerkstelligt, sobald der Schalter auf Laufstellung
geschaltet wird.
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DieErfindung ist nicht auf die nur beispielsweise dargestellten und
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.