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Verfahren für den Empfang von Fernsteuerungsbefehlen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren. für den Empfang von Fernsteuerungsbefehlen nach dem Impulsintervallverfahren,
insbesondere für Zentralfernsteuerungen in Netzen zur Verteilung elektrischer Energie.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, da,ß durch
eine elektromagnetische Einrichtung beim Eintreffen eines Steuerimpulses eine Verriegelung
gelöst und dadurch Energie einer zum Zweck der Schalterbetätigung gespannten Feder
freigegeben wind, und d@aß die Energie zur Ausführung aller weiteren Schaltvorgänge
im Empfangsapparat durch einen gleichzeitig zum Gleichlauf des Empfängers mit dem
Sender dienenden Synchronmotor geliefert wird, wobei auch dde genannte Feder wieder
gespannt wird. Es ist vorteilhaft, wenn durch die Steuerimpulse eine elektromagnetische
Einrichtung gesteuert wird, die eine axiale Verschiebung einer einen Schaltarm tragenden,
durch den Synchronmotor angetriebenen Schaltwelle auslöst.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn von der Steuerstelle übertragene elektrische
Steuerenergie in den Empfangsapparaten in einem Speicherkondensator gespeichert
wird und die gespeicherte Energie darauf in kürzerer Zeit, als die Aufladung ,des
Speidhers dauerte, zur Betätigung ,der elektromagnetischen Einrichtung abgegeben
wird. Dies ermöglicht ein betriebssicheres Arbeiten der Empfänger mit einem Minimum
an Steuerleistung.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens
soll beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch den'mechanischen Teil
eines Empfängers und das elektrische Schaltschema eines solchen; Fig. 2, 3 und q.
zeigen Draufsichten auf mechanische Teile des Empfängers, und Fig. 5 ist eine schematische
Draufsicht auf die fernzusteuernden Schalter des Empfängers.
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Es wird von dem bekannten Impulsintervallverfahren ausgegangen, bei
dem vom Sender mindestens ein Startimpuls und in vorbestimmten Zeitabständen von
diesem Startimpuls Betätigungsimpulse gesendet werden und wobei in den Empfängern
durch den Startimpuls eine Schaltvorrichtung in Drehbewegung gesetzt wird, die in
der Folge die fernzubetätigenden Schalter abschreitet und diese wahlweise entsprechend
dem Eintreffen oder Ausbleiben der Betätigungsimpulse in die eine oder andere Stellung
bringt oder in der einen oder anderen. Stellung beläßt.
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In Fig. i bedeutet 71 eine zweipolige Starkstromleitung, über die
außer der 5operiodigen normalen Netzspannung auch tonfrequente Steuerimpulse von
einer elektrischen Zentrale zu den einzelnen Abonnenten gelangen. Der Kondensator
&1 bildet zusammen mit der verlustarmen Spule 82 einen Serienresonanzkreis,
der auf die Frequenz der Steuerspannung abgestimmt ist. Hat man in der Leitung 71
die Steuerspannung Ui, so ergibt sich an den Enden der Spule 82 die Steuerspannung
Uy=q.Ul wobei q den Gütefaktor des gesamten Resonanzkreises unter Berücksichtigung
der durch die Gesamtschaltung des Empfängers entstehenden, zusätzlichen Dämpfung
bedeutet. Diese zusätzliche Dämpfung ist vor allem beim Beginn eines Steuerimpulses
groß, da über den Gleichrichter 85 ein großer Ladestrom I in den Speicherkondensator
86 fließt.
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Mit wachsender Spannung U3 an den Klemmen des Speicherkondensators
86 wird der Ladestrom I und damit auch die Dämpfung auf den Resonanzkreis kleiner.
Nach einer gewissen Zeit t, während welcher die Steuerspannung U1 an der Leitung
71 liegt, erreicht die Spannung U3 am Speicherkondensator 86 einen bestimmten Wert
U3max. Der netzgespeiste, ständig laufende kleine Synchronmotor ioi treibt über
ein- Schneckengetriebe i2o und eine Welle 17o eine Nockenscheibe 89 mit einer Drehzahl
von beispielsweise vier Umdrehungen pro Minute an. Die Form der Nockenscheibe 89
ist in Fig. q., zum Teil gestrichelt, eingezeichnet; die Scheibe 89 besitzt beispielsweise
drei am Umfang gleichmäßig verteilte Nocken. Der von diesen Nocken gesteuerte Kontakt
87 schließt sich also beispielsweise alle 5 Sekunden. Er prüft dabei jedesmal, ob
in der der jeweiligen Schließung unmittelbar vorangegangenen Speicherzeit, von z.
B. 5 Sekunden, ein Steuerimpuls eingetroffen ist oder nicht. Ist dies nicht der
Fall, so geschieht weiter nichts, als daßdurch eventuelle kleine Störimpulse verursachte
Teilladungen des Speicherkondensators 86 wieder entladen werden. Ist hingegen vor
einer Schließung des Kontaktes &7 der Speicherkondensator 86 durch einen Startimpuls
geladen worden, so entlädt er sich bei der Schließung des Kontaktes &7 über
die Erregerwicklung der elektromagnetischen Einrichtung 9@i. War der Kondensator
86 genügend hoch aufgeladen, so bewegt sich der Drehanker 171 der elektromagnetischen
Einrichtung 9i unter dem Einfluß des durch den. Entladestrom hervorgerufenen magnetischen
Feldes in Richtung des eingezeichneten Pfeils.
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Es bestünde die Möglichkeit, die elektromagnetische Einrichtung 9@i
direkt nlit den vom Netz durch das Frequenzfilter 8i, 82 ausgesiebten tonfrequenten
Steuerimpulsen zu erregen. Das beschriebene Verfahren des Gleichrichters dieser
Steuerimpulse und der während verhältnismäßig langer Zeit erfolgenden Speicherung
derselben in einem Speicherkondensator 86 mit nachfolgender, im Vergleich zur Ladung
kürzerer Entladung über die Erregerwicklung der elektromagnetischen Einrichtung
gestattet aber das sichere Arbeiten des Magneten mit sehr kleinen Steuerleistungen.
Der zu erregende Elektromagnet erhält nämlich mit Hilfe dieses Verfahrens eine Steuerleistung,
die um den Faktor
größer ist als bei der ebenfalls möglichen direkten Betätigung. In obiger Formel
bedeutet h = Verstärkungsfaktor, t, = Zeitdauer der Impulsspeicherung (ist verhältnismäßig
lang, z. B. 5 Sekunden), tR = Zeitdauer der Impulsabgabe an das Relais (ist verhältnismäßig
kurz, z. B. o,oi Sekunden), Wirkungsgradfaktor, der die unvermeidlichen Speicherungs-
und Gleichrichtunigsverluste erfaßt (@ ist immer kleiner als i).
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Infolge des erwähnten magnetischen Feldes wird die Nase
172 des Ankers 171 vom abgesetzten Ring 173, welcher fest auf der
Welle 12q. sitzt, weggezogen. Unter dem Einfluß der Druckfeder 174 bewegt sich nun
die Welle 124 samt dem Schaltarm 123, dem Zahnrad 175, dem Ring 173, dem Kronenrad
177 und der Scheibe 178 nach unten, bis die letztere auf der Lagerplatte 179 anschlägt.
Der Anker 171 kann trotz des Abklingens des Entladestromes vorläufig nicht in seine
Ruhelage zurück, da seine Nase 172 nunmehr an der zylindrischen Außenfläche des
oberen Teiles des Ringes 173 anstößt. Mit der Hinunterbewegung des Zahnrades 175
hat der an ihm befestigte Bolzen 176 den Kupplungsstift 169 so weit hinuntergestoßen,
daß das untere Ende des letzteren in eine Bohrung 16,8 der Nockenscheibe 89 eintritt.
Damit beginnt sich auch die Nockenscheibe 99 mit ihrer Welle 182 zu drehen. Das
Ritzel 183 treibt seinerseits nun auch das Zahnrad 175 mit allen auf der Welle 124
befestigten Teilen. Damit bewegt sich auch der Bolzen 176 vom Kupplungsstift 169
weg. Die Klinke 167 hat sich aber vorher unter dem Einfluß der Druckfeder i8o über
den Kragen des Kupplungsstiftes 169
geschlossen, so daß der letzter-,
bis auf weiteres unten bleibt. Der Auslösearm 184 befindet sich im :Moment des Kupplungsvorganges
etwas im Gegenuhrzeigersinn., bezogen auf den Arm 184, vor der Klinke 167 (Fig.
3), so daß er das Arbeiten der letzteren nicht verhindern kann.
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Der Kontakt 87 wird nunmehr nicht mehr von der N ockenscheibe 89,
sondern von der Nockenscheibe 99 gesteuert. Die Form der letzteren ist in Fig.4
ausgezogen gezeichnet. Da der Kupplungsvorgang immer unmittelbar nach einem Schließen
des Kontaktes 87 durch einen der drei Nocken der Scheibe 89 erfolgt, ist die gegenseitige
Lage der beiden Nockenscheiben im gekuppelten Zustand stets entsprechend (Fig.4).
Nach dem Kuppeln bleibt deer Kontakt 87 durch die Nockenscheibe 99 für zwei Drittelumdrehungen,
entspricht beispielsweise io Sekunden, geschlossen. Damit wird verhindert, daß sich
der Speicherkondensator 86 durch den Rest des Startimpulses nochmals laden und damit
-einen weiteren Fprnsteuerimpuls vortäuschen kann. Nach diesen zwei Drittelumdrehungen
öffnet sich der Kontakt 87; der Speicherkondensator 86 ist nun aufnahmebereit für
den ersten Betätigungsimpuls. Kommt ein solcher, so lädt sich der Speicherkondensator
86 während der folgenden Drittelumdrehung, beispielsweise 5 Sekunden, der Nockenscheibe
99.
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Unterdessen hat sich die Welle 124 mit dem Schaltarm 123 vor den ersten
zu betätigenden Schalter 112 gedreht (in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet). Ferner
hat das Kronenrad 177 durch Auflaufen eines seiner Zähne auf den feststehenden.
Nocken 185 unter Spannen der Feder 174 die Welle 124 mit allen auf ihr sitzenden
Teilen wieder so weit gehoben, daß die -Nase 172 des Ankers 171 sich unter dem Einfluß
der Zugfeder 186 wieder unter den oberen Teil des Ringes 173 schieben könnte. Die
Welle 124 bleibt also vorläufig durch die Nase 172 in der -"--zeigten Stellung verriegelt,
trotzdem durch Weiterdrehen des Kronenrades 177 nunmehr über den Nocken 185 eine
Zahnlücke zu liegen kommt.
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Angenommen, der Speicherkondensator 86 sei während der bereits genannten
Drittelumdrehung der Nockenscheibe 99 durch einen Betätigungsimpuls geladen worden,
so entlädt er sich beim Schließen des Kontaktes 87 über die Erregerwicklung der
elektromagnetischen Einrichtung 9i. Der Anker 171, 172 zieht an und gibt die Welle
124 frei, so daß sie sich durch die Druckfeder 174 bis zu dem durch die Scheibe
178 und die Platte 179 bewirkten Anschlag nach unten bewegt. Da die Nase 172 nach
Schluß des Entladeimpulses wieder an der zvlindrischen Seitenfläche des Ringes 173
anstäßt, bleibt die Welle 124 bis auf weiteres unten. Der Schaltarm 123 bewegt sich
also in der unteren Lage (in Fig. i gestrichelt gezeichnet) am Schalter 112 vorbei.
Er dreht dabei eine der Speichen I S7 und damit auch den Schaltnocken 188 so weit
in Richtung des in Fig. 5 eingezeichneten. Pfeils, bis die Kontaktfeder 112' in
den nächsten Einschnitt des Schaltnockens 188 hineinfällt, wodurch der Schalter
11.2 geschlossen wird. Hätte sich der Schalter 112 bereits vorher in der geschlossenen
Stellung befunden, so hätte sich der Schaltarm 123 an der in diesem Fall sich um
6o` in Richtung des eingezeichneten Pfeils weiitergedrehten Lag-, befindlichen Speiche
187 vorbeibewegen können, ohne den Schaltnocken 188 zu drehen; das heißt, der Schalter
112 wäre ordnungsgemäß in der geschlossenen Stellung verblieben.
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Nimmt man andererseits an, der Schalter 112 müsse befehlsgemäß geöffnet
werden, so wird während der entsprechenden Zeit kein Betätigungsimpuls gegeben.
Der Speicherkondensator 86 lädt sich also nicht. Beim Schließen des Kontaktes 87
fließt kein Entladestrom durch die elektromagnetische Einrichtung 9i. Der Anker
171 zieht nicht an, die Welle 124 und damit auch der Schaltarm 123 bleiben durch
die Nase 17z in ihrer oberen Lage. Befindet sich der Schalter 112 bereits in der
geöffneten Lage (Fig. 5), so passiert der Schaltarm 123 vor den Speichen 189, ohne
den Schaltnocken 188 zu drehen; der Schalter 112 bleibt ordnungsgemäß geöffnet.
Hätte sich der Schalter 112 jedoch in der geschlossenen Stellung befunden, so hätte
der Schaltarm 123 eine der Speichen 189 so weit gedreht, bis die Feder 112' auf
einen Teil des Schaltnockens 188 mit maximalem Radius aufgelaufen wäre, wodurch
sich der Schalter 112 ebenfalls ordnungsgemäß geöffnet hätte.
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Hat der Schaltarm 123 den Schalter i 12 passiert, so kommt der nächste
Zahn des Kronenrades 177 in den Bereich des festen Nockens 185, so daß die Welt-,
124, sofern sie sich nicht bereits in der oberen Lage befindet, wieder in dieselbe
hinaufgeschoben wird.
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Der Kontakt 87 bleibt nach seinem Schließen zur Auslösung des ersten
Betätigungsbefehls für den Schalter 112 wieder während zwei Drittelumdrehungen der
Nockenscheibe 99 geschlossen und verhindert damit eine nochmalige Ladung des Speicherkondensators
86 durch den eventuellen Rest des ersten Betätigungssignals. Eine solche unerwünschte
Ladung könnte fälschlicherweise ein zweites Betätigungssignal vortäuschen und damit
zu Fehlschaltungen führen. Während der folgenden Drittelumdrehung der Nockenscheibe
99 öffnet sich der Kontakt 87. Der Kondensator 86 kann nur durch ein eventuelles
zweites Betätigungssignal zur Einschaltung des Schalters 113 aufgeladen werden.
Der Schaltarm 123 hat sich inzwischen auch bis zum Schalter 113 gedreht. Die Betätigung
desselben erfolgt analog wie für den Schalter 112 beschrieben. Weiter :erfolgt auch
die Betätigung der Schalter 114 bis und mit 118 in gleicher Art und Weise.
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Hat der Schaltarm 123 alle Schalter 112 bis 118 passiert und wieder
seine Nullage erreiicht (in Fig.5 ausgezogen. eingezeichnet), so wird die Kupplung
zwischen den Nockenscheiben 89 und 99 durch den auf der Welle 124 befestigten Auslösearm
184 gelöst. Dies geschieht wie folgt: Der Auslösearm 18..4 befindet sich für die
Auslösung in der in Fig.3 eingezeichneten Stellung. Die punktiert gezeichnete Kupplungsvorrichtung
ih9, 168, 167 bewegt sich kurz vor der Auslösung
in Richtung des
eingezeichneten Pfeils auf den Auslösearm 184 zu. Dabei gelangt die rückwärtige
Verlängerung 19o der Klinke r67 unter den abgebogenen und schief abgefrästen Teil
igi des Auslösearmes i84. Während des Weiterdrehens der ganzen Kupplung wird die
Verlängerung igo an diesem schiefen Teil igi des Auslösearmes 184 so weit nach unten
gedrückt, daß die Klinke 167 den Kupplungszapfen 169 freigibt. Er bewegt sich unter
dem Einfluß der Druckfeder 181 nach oben, schlägt aber vorläufig unten an der Lagerplatte
19,3 an, kuppelt also noch nicht ganz aus. Erst wenn. er die genaue Nullage erreicht
hat, kann er durch ein sich in der Lagerplatte 19.3 befindliches Loch i92 ganz nach
oben gehen und vollständig auskuppeln. Dieses Loch 192 verhindert nun aber auch
sofort ein; Weiterdrehen (Auslaufen) der Nockenscheibe 99; diese wird vielmehr in
der genau gestimmten Nullage arretiert. Über die Zahnräder 183 und 175 wird hierdurch
auch die Welle 124 mit allen .ihren Teilen genau in der Nullage arretiert. Insbesondere
befindet sich der Kupplungsbolzen 176 wieder genau über dem Kupplungsstift 169.
Die Klinke 167, 190 hat den Auslösearm- i84 nunmehr, passiert (in' Fig. 3 ausgezogen
gezeichnet) ; sie wird wähl durch die äußere Mantelfläche des Kragens des Kupplungsstiftes
169 im ausgeklinkten Zustand gehalten, hingegen nicht mehr :durch den Kupplungsarm
184. Ein neuer Start ist also ohne weiteres möglich. Da sich im gezeichneten Beispiel
die Welle 124 mit dem Auslösearm 184 achtmal langsamer dreht als die Nockenscheibe
99, ist ohne weiteres ersichtlich, daß nach jedem Start die Kupplungsauslösung erst
nach acht vollen Umdrehungen der Nockenscheibe 99, entsprechend einer Umdrehung
der Welle 12'4, erfolgt.
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Damit beim Kuppeln der Kupplungsbolzen 176 durch seine sofort nach
dem Start erfolgende Drehbewegung nicht im Loch 192 der Lagerplatte 193 hängenbleibt,
ist er im Durchmesser wesentlich kleiner gehalten als der Kupplungsstift 169. Die
Lagerplatte 193 enthält ferner aus .dem gleichen Grund im Weg des Bolzens
176 einen- kreisbogen= förmigen Schlitz, der etwas breiter, ist, als der Bolzen
176 dick ist.
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Der Hauptvorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß
die Energie zur Ausführung aller Bewegungen in den Empfangsapparaten, das heißt
bis und mit der Betätigung der fernzusteuernden Schalter i 12 bis i 18, von ein
und demselben Kleinsynchronmotor herstammen, der ohnehin zur Erreichung des Gleichlaufes
zwischen Sender und Empfänger benötigt wird. Wo immer nämlich plötzliche Bewegungen
durch Federkräfte ausgeführt werden, folgt in einem anderen Zeitpunkt des gesamten:
Funktionsablaufes ein Wiederspannen dieser Federn durch den Synchronmotor. Einzig
die Auslösung a11 dieser Bewegungen erfolgt durch eine elektromagnetische Einrichtung,
deren Betätigungsenergie durch die vom Sender kommenden Steuerimpulse geliefert
wird.
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Die Praxis zeigt, daß in den Netzen zur Verteilung elektrischer Energie
die tonfrequenten Steuerspannungen zur Betätigung der Empfänger verhältnismäßig
starken zeitlichen. und örtlichen Veränderungen unterworfen sind. Die Sendeleistung
in der Zentrale muß natürlich so groß gewählt werden, daß der örtlich am ungünstigsten
gelegene Empfänger selbst im ungünstigsten Zeitpunkt -noch genügend Steuerenergie
erhält. Dadurch erhalten günstiger gelegene Empfänger wesentlich mehr Steuerspannung
als notwendig. Solange dadurch kein Schaltelement überlastet wird, ist dies harmlos.
Es kann aber leicht der Fall eintreten, daß z. B. der Gleichrichter 85 oder der
Speicherkondensator 86 spannungsmäßig überlastet werden, was natürlich zur Zerstörung
dieser Elemente führen muß. Der Kondensator 86 kann allerdings ohne Schwierigkeiten
für eine auf alle Fälle genügend große Spannung gebaut werden; tut man aber dasselbe
beim Gleichrichter, so erhält man viele Gleichrichterzellen in Serie, was einen
schlechten Gleichrichterwirkungsgrad für diejenigen. Empfänger zur Folge hat, die
nur eine kleine Steuerspannung erhalten.
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Es ist deshalb vorteilhafter, den Gleichrichter 85 und den Kondensator
86 durch irgendeinen Spannungsbegrenzer zu schützen. Dies kann z. B. mit Hilfe einer
in Fig. i eingezeichneten Glimmlampe 195 geschehen, die parallel zur Spule 82 geschaltet
ist. Erreicht die Spannung an der Spule die Zündspannung der Glimmlampe, so zündet
diese, der durch sie fließende Strom erhöht die Dämpfung des Serienresonanzkreises,
so daß ein wesentliches weiteres Ansteigen. der Spannung an der Spule 82 verhindert
wird.
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Eine zweite Möglichkeit zur Spannungsbegrenzung besteht darin, daß
man den Eisenkern der Spule 92 so dimensioniert, daß die Eisenverluste beim Überschreiten
der gewünschten : Spannung durch Erreichen, der Sättigung stark anwachsen, was ebenfalls
eine zusätzliche Dümpfungdes Serienresonanzkreises und daher ein verhältnismäßig
langsames weiteres Steigen der Spannung zur Folge hat.