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Spannungsteiler für Meßzwecke, bestehend aus Grob-und Feinspannungsteiler
Die Erfindung betrifft einen Spannungsteiler für Meßzwecke.
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Als Spannungsteiler sind Potentiometer und Autotransformatoren bekannt.
Ein Potentiometer besteht in der Regel aus einer Drahtspirale, deren Widerstand
mit R bezeichnet werde und auf welcher ein Schleifer gleitet. Zwischen dem Schleifer
und dem einen Ende der Drahtspirale wird eine Teilspannung abgegriffen, welche mittels
des Schleifers eingestellt werden kann.
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Wenn der Widerstand des zwischen dem besagten Ende und dem Schleifer
liegenden Abschnittes der Drahtspirale mit Rt bezeichnet wird, dann wird im Idealfall
zwischen diesem Ende und dem Schleifer ein SpannungsanteilRl/R der an dem Potentiometer
anliegenden Gesamtspannung abgegriffen. Diese einfache Beziehung gilt jedoch nicht,
wenn die zwischen dem Schleifer und dem besagten Ende des Potentiometers liegende
Belastung nicht eine gegenüber dem Widerstand Rt große Impedanz besitzt. Man muß
also trachten, den Widerstand des Potentiometers möglichst klein zu halten. Das
bedingt wenige und dicke Windungen, auf denen der Schleifer gleitet. Zwischen den
einzelnen Windungen treten dann naturgemäß Spannungssprünge auf, so daß in vielen
Fällen mit solchen Potentiometern eine hinreichend feine und genaue Einstellung
einer gewünschten Spannung gar nicht möglich ist.
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Ein Autotransformator weist gewöhnlich eine toroidale Wicklung mit
einer einzigen Drahtlage auf einem ringförmigen, Kern auf und einen Schleifkontakt,
der im Mittelpunkt des Kernes verdrehbar angeordnet ist und die einzelnen Windungen
nacheinander berührt.
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Der Schleifkontakt kann so breit sein, daß er zwei Windungen überbrückt.
Dann muß der Schleifkontakt einen so hohen Widerstand haben, daß große Stromstärken
vermieden werden, auch wenn der Schleifkontakt zwei Windungen kurzschließt. Dieses
Kurzschließen der Windungen ist vorteilhaft, denn ähnlich wie bei einem Potentiometer
erfolgt eine stufenweise Anderung der abgegriffenen Spannung, wenn der Schleifkontakt
von einer Windung zur nächsten bewegt wird. Dadurch, daß der Schleifkontakt zwischenzeitlich
zwei benachbarte Windungen berührt, werden solche sprunghaften Änderungen der Ausgangsspannung,
wie sie auftreten würden, wenn der Schleifkontakt in jedem Augenblick nur eine Windung
berühren würde, wenigstens teilweise ausgeglichen. Wenn auch solche Geräte für kleinere
Spannungsdifferenzen eip gestellt werden können, als der Anzahl der Windung der
Spule entsprechen würde, so haben sie doch nicht die Feinheit und Linearität, die
für einige Anwendungsgebiete, z.B. für manche Analogrechner verlangt wird. Sie haben
jedoch den Vorzug, daß sie eine annehmbar niedrige Ausgangsimpedanz ergeben.
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Es sind nun schon Spannungsteileranordnungen bekannt, bei denen durch
als Spannungsteiler geschaltete Festwiderstände oder durch mehrere feste Anzapfungen
eines Autotransformators eine Folge von festen Potentialwerten erzeugt wird und
zur Einstellung von Spannungszwischenwerten Potentiometer vorgesehen sind, welche
nacheinander an die Festwiderstände oder Transformatoranzapfungen anlegbar sind.
Durch Einstellung der Potentiometer kann dann eine Interpolation zwischen den festen
Potentialwerten erfolgen.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (USA.-Patentschrift 2501813)
wird mittels als Spannungsteiler geschalteter Festwiderstände eine Folge von festen
Spannungswerten mit gleichen Spannungsstufen erzeugt. Die Verbindungspunkte der
Festwiderstände sind mit den stationären Kontakten eines Wählschalters verbunden.
Der Wählschalter hat zwei miteinander gekoppelte bewegliche Kontaktarme.
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Zwischen diesen Kontaktarmen liegt ein Potentiometer mit zwei Schleifern,
welche um 1800 gegeneinander versetzt und ebenfalls miteinander gekoppelt sind.
Die Ausgangsspannung wird über eine zweite Ebene des Wählschalters abwechselnd von
dem einen oder von dem anderen Schleifer des Potentiometers abgegriffen. Der Wählschalter
wird in Abhängigkeit
von der Verstellung der Potentiometerschleifer
weitergeschaltet. Dabei wird ein bei der Umschaltung von einem Potentiometerschleifer
auf den anderen auftretender Spannungssprung jeweils dadurch kompensiert, daß zur
gleichen Zeit eine Umschaltung von einer Spannungsstufe des von den Festwiderständen
gebildeten Spannungsteiler auf die nächste bewirkt wird.
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Auf diese Weise wird bei weiterem Durchdrehen das Potentiometer stufenweise
an den festen Spannung werten entlanggeschaltet. Eine volle Umdrehung der Potentiometerwelle
entspricht dabei einer Stufe des festen Spannungsteilers. Man kann daher die Spannungsteileranordnung
sehr feinfühlig und genau einstellen und erhält trotzdem keinen unzuträglich hohen
Widerstand.
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Diese bekannte Anordnung weist jedoch noch schwerwiegende Nachteile
auf. Es ist ja für viele Anwendungen erforderlich, daß die Spannung am Ausgang sich
beim Durchdrehen des Potentiometers od. dgl. praktisch stetig ändert. Es dürfen
also beim Übergang von einer Schaltstufe zur nächsten keine Unstetigkeiten und Spannungssprünge
auftreten. Das bietet aber bei der bekannten Anordnung erhebliche Schwierigkeiten.
Bei der Umschaltung der beiden Schaltarme des Wählschalters, welche an den festen
Spannungswerten anliegen, muß dort nämlich genau zur gleichen Zeit über die zweite
Ebene des Wählschalters eine Umschaltung der beiden Schleifer des Potentiometers
erfolgen, weil ja durch die letztere Umschaltung der Spannungssprung kompensiert
werden muß, welcher durch die Umschaltung der beiden Schaltarme des Wählschalters
hervorgerufen wird.
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Jede geringe und praktisch unvermeidbare Zeitdifferenz zwischen den
Umschaltvorgängen äußert sich dann als positiver oder negativer Spannungsimpuls.
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Für die bekannte Anordnung ist, wenn man überhaupt brauchbare Ergebnisse
erhalten will, eine hohe Präzision in mechanischer und elektrischer Hinsicht Voraussetzung.
Das Prinzip dieser bekannten Anordnung setzt außerdem eine streng lineare Charakteristik
der Spannungsteileranordnung voraus. Häufig sind jedoch auch gekrümmte, beispielsweise
logarithmische Charakteristiken erwünscht.
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Es sind ferner Spannungsteiler für Meßzwecke bekannt, bestehend aus
einem Grobspannungsteiler mit einer Folge fester Abgriffe und einem mit einem Schleifer
versehenen Feinspannungsteiler, der an wählbare Abgriffe des Grobspannungsteilers
anlegbar ist, wobei der Feinspannungsteiler bei der Verstellung des Schleifkontaktes
selbsttätig in zyklischer Folge an aufeinanderfolgende Abgriffe des Grobspannungsteilers
angelegt wird. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (USA.-Patentschrift 2 572
545) besteht der Feinspannungsteiler aus zwei gegeneinander isolierter Spannungsteilerwicklungen,
welche Hand über Hand an die Abgriffe des Grobspannurgsteilers angelegt werden,
während der Schleifer auf den Wicklungen des Feinspannungsteilers gleitet. Eine
solche Anordnung bedingt stets eine gewisse Unstetigkeit beim Übergang von einer
Spannungsteilerwicklung zur anderen. Bei dieser bekannten Anordnung ergibt sich
nämlich ein bestimmter Abstand der Wicklungen schon aus der Notwendigkeit, die Wicklungen
gegen einander zu isolieren. Auch liegen beim Anschluß an die Abgriffe des Grobspannungsteilers
notwendigerweise die beiden benachbarten Endwindungen der Feinspannungsteilerwicklungen
auf gleichem Potential. Diese beiden Einflüsse, welche beide eine Un-
stetigkeit
bedingen, sind eine unvermeidbare Eigenschaft des Prinzips der bekannten Anordnung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile
der bekannten Anordnung zu vermeiden. Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß
der Feinspannungsteiler aus wenigstens drei kontinuierlich ineinander übergehenden
Abschnitten eines in sich geschlossenen Widerstandes besteht und daß die Verbindungspunkte
der drei Widerstandsabschnitte an jeweils drei aufeinanderfolgende Abgriffe des
Grobspannungsteilers anschaltbar sind.
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Die Erfindung besteht in einer Kombination dreier Merkmale, nämlich
der Verwendung von wenigstens drei Widerständen für die Feineinstellung, der Ausbildung
der Spannungsteilerwiderstände als kontinuierlich ineinander übergehende Abschnitte
eines in sich geschlossenen Widerstandes und der Anschaltung der Verbindungspunkte
der drei Widerstandsabschnitte an jeweils drei aufeinanderfolgende Abgriffe des
Grobspannungsteilers. Ein kontinuierlicher Übergang von einem Spannungsteilerwiderstand
zum anderen, also die Ausbildung der Spannungsteilerwiderstände als Abschnitte eines
in sich geschlossenen Widerstandes ist nur möglich, wenn man wenigstens drei solcher
Abschnitte vorsieht. Es ist leicht einzusehen, daß bei einem in sich geschlossenen
Widerstand nach Art der vorliegenden Erfindung mit nur zwei Abschnitten ein » Hand-über-Hand
«-Schalten des Widerstandes an den Spannungsteilerabgriffen des Grobspannungsteilers,
wie es im vorstehenden geschildert wurde, nicht möglich wäre. Dann beim Übergang
von einem Abschnitt zum anderen könnte ja nicht der tXbergangspunkt gleichzeitig
an zwei Abgriffen anliegen. Das gäbe einen Kurzschluß. Es müßte also der eine Übergangspunkt
von seinem Abgriff getrennt werden, bevor der andere Übergangspunkt an den nächsten
Kontakt angelegt werden kann. Die abgegriffene Spannung würde dabei einen Sprung
machen, der dem Doppelten des Abstandes des Schleifkontaktes von dem gerade durchlaufenden
Abgriff entspricht. Man würde dann also gerade nicht einen vollständigen, kontinuierlichen
Übergang der Spannung erreichen.
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Der Zweck der Erfindung würde dann aber auch nicht erreicht, wenn
man bei der vorerwähnten, bekannten Anordnung statt zweier Widerstände deren drei
vorsehen würde, denn dadurch erhielte man noch nicht den kontinuierlichen Obergang,
wie oben schon geschildert wurde.
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Es wird mittels der erfindungsgemäßen Kombination eine Stetigkeit
erzielt, wie sie mit den bekannten Anordnungen grundsätzlich nicht möglich ist.
Es ist weder eine Isolierung der einzelnen Potentiometerabschnitte gegeneinander
erforderlich wie bei der letzterwähnten Anordnung noch eine Umschaltung von Potentiometerschleifern
wie bei der vorher geschilderten bekannten Anordnung. Die Umschaltung der einzelnen
als Potentiometer wirkenden Widerstandsabschnitte erfolgt in einem Zeitpunkt, wo
diese Widerstandsabschnitte die abgegriffene Spannung in keiner Weise beeinflussen.
Es kommt dort also auf den Umschaltzeitpunkt gar nicht so genau an.
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Dies ermöglicht in weiterer Ausbildung der Erfindung die Anwendung
eines besonders einfachen Umschaltmechanismus. Dieser ist erfindungsgemäß so ausgebildet,
daß die Abgriffe konzentrisch zu einer Innenverzahnung angeordnet sind, mit welcher
ein Zahnrad im Eingriff steht, daß der die Spannungsteilerwiderstände für die Feineinstellung
bildende geschlossene
Widerstand mit dem Zahnrad verdrehbar ist
und drei Anzapfungen aufweist, die mit drei über den Abgriffen gleitenden Schleifkontakten
verbunden sind, und daß bei Verstellung des Schleifkontaktes für das Abgreifen der
Spannungszwischenwerte das Zahnrad an der Innenverzahnung abgewälzt wird. Dabei
beschreiben die Schaltkontakte Epi- oder Hypozykloiden und kommen während dieser
Bewegung mit den stationären Anzapfungen des Grobspannungstellers in der richtigen
Reihenfolge in Berührung.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und im folgenden beschrieben: Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Spannungsteileranordnung
nach der Erfindung, bei welcher einige Teile weggebrochen dargestellt sind; Fig.
2 ist eine Draufsicht auf das Gerät jeder Fig. 1; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der
Linie III-III von Fig. 2; Fig. 4, 5 und 6 sind Schnitte längs der Linien IV-IV,
V-V und VI-VI von Fig. 3; Fig.7 bis 14 sind schematische Darstellungen, welche die
Arbeitsweise der Umschaltmittel bei der in Fig. 1 bis 6 gezeigten Vorrichtung veranschaulichen;
Fig. 15 und 16 zeigen etwas vereinfacht die elektrische Schaltung, und Fig. 17 veranschaulicht
die Wicklungsart des als Grobspannungsteiler dienenden Autotransformators bei der
Anordnung nach Fig. 1 bis 6; Fig. 18 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung in einer Darstellung ähnlich Fig. 17.
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Das Gerät weist ein topfförmiges Gehäuse 20 aus unmagnetischem Material
auf. In dem Gehäuse 20 ist eine Welle 22 zentral gelagert, die mittels eines Rändelknopfes26
verdrehbar ist. An der offenen Seite des Gehäuses 20 ist ein Zahnkranz 28 mit Innenverzahnung
in das Gehäuse 20 eingesetzt. Mit diesem Zahnkranz 28 steht ein Zahnrad 29 im Eingriff,
welches weniger Zähne und einen kleineren, Durchmesser hat als der Zahnkranz 28.
Das Zahnrad 29 ist auf einem Exzenter 30 der Welle 22 gelagert und wälzt sich beim
Verdrehen der Welle 22 an dem Zahnkranz ab.
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In dem Gehäuse 20 ist ein Ringkern-Autotransformater 31 angeordnet,
dessen Wicklung an mehreren Stellen in noch zu beschreibender Weise angezapft ist.
Diese Anzapfungen sind mit Kontakten 35 an der Oberseite des Zahnkranzteiles 28.
Die Eingangsklemmen 36 a und 36 b des Autotransformators 31 liegen an der Mantelfläche
des Gehäuses 20, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.
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Das Zahnrad 29 trägt an seiner Oberseite drei bogenförmige Blechstreifen
40 (Fig. 5), die gegeneinander isoliert sind und radiale Zungen 41 aufweisen, die
gegeneinander um 1800 versetzt sind. Diese Zungen 41 dienen als Schleifkontakte
und arbeiten mit den stationären Kontakten 35 des Autotransformators 31 zusammen.
Über den Blechstreifen 40 ist ein schalenförmiger Isolierstoffkörper 42 befestigt,
der einen zentralen Durchbruch aufweist. In dieser liegt eine feingewickelte, ringförmige
Potentiometerwicklung 45.
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Diese ist durch Kontaktklemmen 46 (Fig. 3 und 4) in drei Abschnitte
unterteilt. Die Klemmen 46 sind mit je einem der Blechstreifen 40 verbunden.
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Auf der Stirufläche der Welle 22 ist ein Flansch 52 vorgesehen, der
auf seiner Oberseite einen Blechring 54 mit einer als Schleifer auf der Potentiometerwicklung
45 gleitenden Zunge 56 (Fig. 3 und 4) trägt. Der
Blechring 54 bildet ferner eine
sich radial nach innen erstreckende Kontaktfeder 57, die an einer zentralen Klemmenschraube
58 anliegt, welche in einem Gehäusedeckel 60 angeordnet ist. Die Ausgangsspannung
des Gerätes wird zwischen der Schraube 58 und einer der Klemmen 36 a oder 36 b abgegriffen.
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Das Gerät ist für gewöhnlich mit einem nicht gezeigten Anschlag versehen,
welcher verhindert, daß die Welle 22 ununterbrochen in einer Richtung mehr als eine
vorgegebene Anzahl von Umdrehungen gedreht wird. In dem gezeigten Gerät mit drei
Schleifkontakten 41 sollte sich die Welle so weit frei drehen können, daß sich jede
Schleifkontaktzunge41 über ein Drittel der kreisförmig angeordneten Kontakte 35
bewegt, d. h. über einen Bogen von 1200. Wie später noch zu erläutern sein wird,
erfordert eine solche Bewegung der Zunge zehn Umdrehungen 22.
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Wenn der Drehknopf 22 in einer Richtung verdreht wird, so wird der
auf der Welle 22 befestigte Schleifkontakt 56 über die Oberfläche der Potentiometerwicklung
45 bewegt. Durch die Drehung des Exzenters 30 mit der Welle wird gleichzeitig das
Zahnrad 29 bewegt, wodurch dessen Zähne aufeinanderfolgend mit den Zähnen des Zahnkranzes
28 in Eingriff kommen.
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Durch eine solche Bewegung des Zahnrades 29 wird sich, während seine
Zähne mit den Zähnen des festen Zahnkranzes kämmen, das innere Zahnrad auf dem Exzenter
in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehung der Welle 22 drehen. Während dieser
Bewegung bewegt das Zahnrad 29 die Schale42, die Potentiometerwicklung 45 und die
Schleifkontaktzungen 41 mit. In dem gezeigten Gerät bewegt sich jeder Schleifkontaktfinger
41 von einem Kontakt 35 zum nächsten der im Kreis angeordneten Reihe von Kontakten
35, während eines Zeitintervalls, in welchem die Welle 22 eine vollständige Umdrehung
ausführt und, da dreißig Kontakte 35 vorhanden sind, bewegt sich jeder Schleifkontakt
über 120 in einer Richtung, wenn sich die Welle um 360" in der entgegengesetzten
Richtung bewegt. Infolge der beschriebenen Bewegung des Zahnrades 29 beschreibt
jeder Schleifkontakt41 eine Hypozykloide. Die Bewegung ist derart, daß der Schleifkontakt
jeweils während zwei Dritteln der Umdrehung der Welle 22 mit einem Kontakt 35 in
Berührungbleibt.
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Darauf bewegt sich der Schleifkontakt während des Restes der Umdrehung
der Welle rasch über eine gekrümmte Bahn und kommt mit dem nächsten Endkontakt in
Eingriff. Als eine Folge einer solchen Bewegung der Schleifkontakte brauchen die
Ausdehnungen der Endkontakte, welche von den Schleifkontakten berührt werden, nicht
so eng toleriert zu werden.
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Die Arbeitsweise einer beschriebenen Anordnung ist in den Fig. 15
und 16 hinsichtlich der elektrischen Schaltung erläutert, während die Fig. 7 bis
14 die Bewegungen der Teile des Gerätes der Fig. 1 und die dadurch bewirkten Umschaltvorgänge
veranschaulichen.
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In Fig. 15 ist die Spule 31 a des Autotransformators 31 mit den Eingangsklemmen
36 a, 36 b versehen, und jede dritte Windung der Spule ist angezapft. Es sind sechs
Anzapfungen mit Kontakten vorhanden, die aufeinanderfolgend mit 1 bis 6 bezeichnet
sind. Die Fig. 15 zeigt die in drei Elemente aufgeteilte Impedanz, welche mit AB,
BC und CA bezeichnet sind und den Teilen der Spule 45 zwischen, den Kontaktklemmein
46 entsprechen. Die Punkten, B und C weisen Kontaktfinger41' auf, welche den Schleifkontaktfingern
41 entsprechen.
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In Fig. 15 ist das Element AB unmittelbar über die Kontakte 1, 2
mit der Wicklung des Autotransformators verbunden, und das Element BC ist unmittelbar
über die Kontakte 2, 3 verbunden. Das Element CA ist zu den Elementen AB und BC
parallelgeschaltet.
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Ein Schleifkontakt 56', welcher dem Schleifkontakt 56 des Gerätes
entspricht, ist sich entlang des Elementes AB von A nach B bewegend gezeigt. Der
Schleifkontakt ist mit einer Ausgangsklemme58', die der Kontaktschraube 58 des Gerätes
entspricht, verbunden. In dem Schaltbild ist eine zweite Ausgangsklemme 62 mit einem
Ende des Autotransformators verbunden. In dem in Fig. 1 gezeigten Gerät dient eine
der Klemmen 36 a oder 36b als zweiter Ausgangskontakt.
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Fig. 15 zeigt, daß, wenn die Klemmen 36a, 36b des Autotransformators
mit einer Wechselstromquelle verbunden werden, ein allmählicher Abfall der Spannung
von einer Zapfstelle zur nächsten entlang der Wicklung erfolgt, wobei die Spannungsstufen
zwischen benachbarten Anzapfungen gleich sind. Wird die Spannung, welche bei Kontakt
1 auftritt, als Bezugsspannung bezeichnet, dann unterscheidet sich z. B. die Spannung
am Kontakt 3 von der Bezugsspannung um zwei Spannungsstufen. Wenn die Elemente AB,
BC und CA, wie in. Fig. 15 gezeigt, geschaltet sind, ergibt sich eine Spannungsänderung
entlang dem Element AB von einer Spannungsstufe. Während sich der Schleifkontakt
56' von A nach B bewegt, nimmt die Spannung zwischen den Klemmen 58', 62 zu, bis
die Spannung gleich ist der Bezugsspannung plus einer Spannungsstufe, wenn der Kontakt
56' Punkt B berührt. Erreicht der Kontakt Punkt B und bewegt sich entlang dem Element
BC, so bewirken Schaltmittel, daß Punkt A vom Kontakt 1 getrennt wird und in Berührung
mit Kontakt 4 kommt. Dieser Zustand ist in Fig. 16 dargestellt. Darauf bewegt sich
der Schleifkontakt 56' in Richtung auf Punkt C entlang Element BC und verbindet
nun unmittelbar die Kontakte 3, 4. Wenn deshalb der Schleifkontakt 56' über die
Punkte B oder C hinweggeht, wird die Spannung an den Klemmen 58', 62 nicht unterbrochen,
so daß sich die Spannung an diesen Klemmen stufenlos mit der Bewegung des Schleifkontaktes
56' ändert.
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Die Fig. 15 und 16 zeigen, daß die drei Elemente AB, BC und CA in
zyklischer Folge mit aufeinanderfolgenden Paaren von benachbarten Anzapfungen verbunden
werden. Es ist also zumindest ein leitendes Element immer wirksam, um ein Paar Kontakte
des Autotransformators zu verbinden, und der Schleifkontakt bewegt sich immer entlang
eines solchen wirksamen Elementes.
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Fig. 17 zeigt die Wicklung 31a der Fig. 15 und 16 auf einen ringförmigen,
magnetischen Kern 31 b. Mit 1 ist wieder der Bezugskontakt bezeichnet. Die darauffolgenden
Kontakte 2, 3 usw. sind mit jeder dritten Windung der Wicklung verbunden und liegen
um ungefähr 1200 zueinander versetzt. Beim zweiten Durchgang um denKern3i b kommen
die Windungen des Leiters zwischen die Windungen des ersten Durchganges, und zwar
dahinterzuliegen, so daß die Kontakte der beiden Durchgänge nebeneinanderzuliegen
kommen.
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Wie Fig. 17 zeigt, sind drei Kontakte 1, 2 und 3 vom ersten Durchgang
des Leiters genommen und zapfen jede dritte Windung an. Drei weitere Kontakte 4,
5 und 6 zapfen jede Windung des Leiters des zweiten Durchgganges an. Die Kontakte
4, 5 und 6 liegen wieder knapp nebeneinander, sind aber gegen die ent-
sprechenden
Kontakte, 2 und 3 versetzt. Um die Länge der Leitungen von der Anzapfung der Wicklung
zu den Schaltkontakten zu verringern, weist die toriodale Wicklung die beschriebene
Steigung auf, so daß jede Anzapfung nahe an dem zugehörigen Kontakt liegt. Wenn
man eine lineare Charakteristik erhalten will, muß die Anzahl der Windungen zwischen
den Anzapfungen die gleiche sein. Bei Geräten, in welchen Linearität nicht gewünscht
wird, kann auch eine ungleiche Windungszahl zwischen den Anzapfungen liegen. Nach
Fig. 17 sind die leitenden Elemente AB, BC und CA kreisförmig angeordnet und miteinander
verbunden. An den anliegenden EndenA, B und C der Elemente sind Schleifkontaktzungen
41' vorgesehen, welche mit den Kontakten 1 bis der Autotransformatorwicklung in
Kontakt kommen können.
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Der Schleifkontakt 56' ist mit den leitenden Elementen, während sie
rotieren,, in Berührung. Er ist als sich entgegen dem Uhrzeigersinn entlang dem
Element AB bewegend gezeigt, wobei die Kontakte der Elemente mit den Kontakten 1,
2 der Wicklung 31 a verbunden sind.
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Die Betätigung der Schaltmittel des Gerätes geht aus den Fig. 7 bis
14 hervor, in welchen der Zahnkranz 28' dem Zahnrad 28 entspricht und das Zahnrad
29' dem Zahnrad 29. Der Zahnkranz 28' trägt Kontakte, welche mit den Anzapfungen
des Autotransformators verbunden sind. In dem Gerät sind selbstverständlich die
Kontakte in einem engen Kreis am Zahnrad angeordnet. Es sind sechs Kontaktel bis
6 gezeigt und ein weiterer Kontakt ist mit T bezeichnet.
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Das Zahnrad29' trägt die leitenden Elemente oder AbschnitteAB, BC
und CA, die in Reihe geschaltet sind. Die miteinander verbundenen Enden der Elemente
haben den Kontaktfingern 41 entsprechende Kontaktfinger 41'. Der Schleifkontakt
56' entspricht dem Schleifkontakt 56 und kann sich entlang den sich drehenden leitenden
Elementen bewegen.
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In der in Fig. 7 gezeigten Lage berührt der Schleifkontakt 56' den
Punkt A, wo die Elemente AB und CA miteinander verbunden sind. Die Schleifkontakte,
gezeigt an den Punkten A und B, liegen auf den Kontakten 1 bzw. 2, und der Kontakt
am Punkt C liegt auf dem Kontakt T. Wenn sich der Schleifkontakt 56' entgegen dem
Uhrzeigersinn entlang des leitenden Elementes AC (Fig. 8) bewegt, wälzt sich das
Zahnrad 29' an dem Zahnkranz28' ab, und der Kontakt41', der mit dem Punkt C verbunden
ist, bewegt sich vom Kontakt T auf den Kontakt 3 zu. Während der Weiterbewegung
des Schleifkontaktes 56' und des Zahnrades 29' kommen die Kontaktfinger41', welche
mit den Punkten A, B und C verbunden sind, in Berührung mit den entsprechenden Kontakten
1, 2 und 3, dann, wenn der Schleifkontakt 56' den Punkt B (Fig. 9) erreicht.
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Wenn der Schleifkontakt 56' sich entlang dem Element BC zu bewegen
beginnt, bleibt dieses Element mit seinen Kontaktfingern 41' an den Kontakten 2,
3 der Autotransformatorwicklung liegen, aber der Kontaktfinger41', der mit Punkt
A verbunden ist, bewegt sich vom Kontakt 1 weg in Richtung auf den Kontakt4 (Fig.
10).
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Während der Bewegung des Schleifkontaktes 56' entlang des Elementes
BC gegen den Punkt C (Fig. 11) bleiben die Schleifkontakte 41' mit den Punkten B
und C verbunden und in Berührung mit den Kontakten 2 bzw. 3. Der mit dem Punkt A
verbundene Schleifkontakt 41' bewegt sich gegen den Kontakt 4, bis der
Schleifkontakt
56' den Punkt C erreicht. In diesem Moment kommt der Schleifkontakt41', der mit
dem Punkt A in Verbindung steht, mit dem Kontakt 4 in Berührung, so daß die PunkteA,
B und C mit den Punkten 4, 2 bzw. 3 verbunden sind. Sobald sich der Schleifkontakt
56' von dem Punkt C entlang des Elementes CA (Fig. 12, 13) wegbewegt, verläßt der
Schleifkontakt41', der mit- dem Punkt B verbunden ist, den Kontakt 2 und beginnt
sich gegen den Kontakt 5 zu bewegen. Aber die anderen Kontakte41', welche mit den
Punicten A und C in Verbindung stehen, bleiben in Berührung mit den Kontakten 4
und 3.
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Wenn der Schleifkontakt56' den Punkt A (Fig. 14) erreicht, werden
die Punkten, B und C durch ihre Schleifkontakte41' mit den Kontakten4, 5 bzw. 3
verbunden und während sich der Schleifkontakt 56' vom Punkt A wegbewegt und entlang
des Elementes wandert, verbleiben die PunkteA und B durch ihre Schleifkontakte41'
mit den Kontakten 4 und 5 verbunden, und der Kontakt 41', welcher mit dem Punkt
C verbunden ist, bewegt sich auf den Kontakt 6 zu. Dieser Vorgang, wie er oben beschrieben
ist, wiederholt sich bei Weiterdrehen des Schleifkontaktes 56' bei den folgenden
Umdrehungen des Schleifkontaktes.
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In jeder Stellung während dieser Bewegung gleitet der Schleifkontakt
auf dem Leiterelement, welches mit einem Paar benachbarter Kontakte des Autotransformators
verbunden ist.
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In dem gezeigten Gerät verursacht das Abwälzen des Zahnrades 29 an
dem Zahnkranz 28, daß die Schleifkontakte 41 hypozykloidale Kurven beschreiben.
Eine derselben ist in Fig. 7 durch gestrichelte Linien gezeigt und stellt die Bewegung
des Schleifkontaktes dar, der mit dem Punkt A verbunden ist. Eine solche hypozykloidale
Bewegung der Schleifkontakte 41' bewirkt, daß jeder Kontakt 41 an einem Kontakt
1, 2, 3 verweilt und auf diese Weise mit ihm für mehr als zwei Drittel einer Umdrehung
der Welle des Instrumentes in Verbindung ist. Während der letzten Drittelumdrehung
der Welle bewegt sich der bewegliche Kontakt 41' zu dem nächsten stationären Kontakt.
Während der Schleifkontakt56' entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird diese
Bewegung dem Zahnrad 29' in solcher Weise mitgeteilt, daß die Schleifkontakte 41'
im Uhrzeigersinn entlang der Reihe der Kontakte des Autotransformators fortschreiten.
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Das beschriebene Gerät kann mechanisch auf viele Arten abgewandelt
werden, ohne seine elektrischen Charakteristiken zu verändern. So kann das Innenzahnrad
29 festgehalten und der Zahnkranz 28 exzentrisch bewegbar gelagert werden. In diesem
Fall werden die Kontakte 35, welche mit den Zapfstellen des Autotransformators verbunden
sind, von dem inneren Zahnrad getragen, und die Potentiometerwicklung 45 und die
Schleifkontakte 41 werden auf dem Zahnkranz mit sich radial nach innen erstreckenden
Zungen angeordnet. Bei einer solchen Konstruktion beschreiben die Schleifkontakte
epizykloidale Kurven.
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In einer anderen Ausführungsform der mechanischen Vorrichtung des
Gerätes wird die Kombination der inneren und äußeren miteinander im Eingriff stehenden
Zahnräder, wobei das innere Zahnrad exzentrisch montiert ist, ersetzt durch ein
Paar konzentrischer Kronzahnräder, die eine verschiedene Anzahl von Zähnen aufweisen
und durch ein Ritzel um die Welle 22 als Mittelpunkt durch einen auf der Welle befestigten
Arm gedreht werden. Wenn das äußere Zahnrad fest ist und das innere Zahnrad frei
verdreh-
bar, wie es in der gezeigten Ausführungsform dargestellt ist, verursacht
die Bewegung des Ritzels um die Welle, daß das innere Zahnrad sich bei jeder Bewegung
der Welle fortbewegt um einen Abstand, der bestimmt ist durch die Differenz der
Zähnezahl zwischen den inneren und äußeren Zahnrädern. Der Drehsinn des inneren
Zahnrades wird der gleiche sein wie der Drehsinn der Welle, und die Kontakte 41
auf dem inneren Zahnrad werden so in derselben Richtung bewegt wie der Schleifkontakt
56. Dadurch wird eine Veränderung der Lage der Anzapfstelle am Autotransformator
notwendig, so daß die Zapfstellen 4, 5 und 6 gleich beim zweiten Durchgang des Leiters
um den Kern vor den Zapfstellenl, 2 und 3 zu liegen kommen im Gegensatz zu der Konstruktion,
wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, wo sie nachher zu liegen kommt.
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Die Zapf stellen jedes folgenden Durchganges des Leiters sind vor
den Zapfstellen des früheren Durchganges. Mit der beschriebenen Anordnung bewegen
sich die Kontaktzungen 41 stufenlos mit Bezug auf die Kontakte, und der Abstand
der Zungen und die Größe und der Abstand der Kontakte werden so gewählt, daß das
Leitungselement, welches in Berührung mit dem Schleifkontakt 56 kommt, sofort über
ein Paar von Kontakten verbunden wird.
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Eine geänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist
skizzenhaft in Fig. 18 gezeigt.
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Er enthält einen Hauptautotransformator, der aus einer Wicklung 31
a und einem Kern, 31 b besteht. Die Wicklung enthält Eingangsklemmen 36 a, 36b und
Anzapfungen mit Kontakten 1 bis 6. Die Widerstandsabschnitte sind Abschnitte A'B,
B'C und C'A der Wicklung eines Hilfsautotransformators 63. Der Hilfsautotransformator
ist in ähnlicher Weise auf dem inneren Zahnrad befestigt wie das Zahnrad 29 und
erhält eine Bewegung, die gleich ist wie jene der miteinander verbundenen Leitungselemente
AB, BC und CA des in Fig. 7 gezeigten Gerätes.