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Impulsgeber für Regeleinrichhmgen.
Die Erfindung hat einen aus einem Zeigerinstrument bestehenden Impulsgeber für Regeleinrichtungen mit isodrom wirkender Rückführung zum Gegenstande. Der stromführende Zeiger des Instrumentes, das beispielsweise ein Manometer, ein Temperaturmesser oder ein elektrisches Messinstrument sein kann, trägt eine Kontaktperle, die bei Berührung mit dem einen oder andern Kontakt eines zugeordneten Gegenkontaktpaares Stromkreise schliesst. Das Kontaktpaar befindet sich auf einem ebenfalls zeigerartig ausgebildeten Kontakthalter, der mit einer isodrom wirkenden Rückführeinrichtung in Verbindung steht.
Sobald die zu überwachende Betriebsgrösse die durch den Abstand der Kontakte auf dem Kontakthalter gegebene Differenz überschreitet, wird in dem einen oder andern Sinn ein Motor in Betrieb gesetzt, der ein Regelorgan so weit verstellt, dass die zu überwachende Betriebsgrösse wieder ihren Normalwert annimmt. Ausserdem tritt zugleich ein zweiter Motor in Tätigkeit, der die Rückführung des Kontakthalters bewirkt.
Das Anwendungsgebiet dieses Impulsgebers ist ein sehr grosses, da einerseits ohne grosse bauliche Veränderungen je nach der Art des verwendeten Zeigerinstrumentes Drücke, Temperaturen oder elektrische Grössen zur Abgabe des Impulses herangezogen werden können, anderseits infolge der stets vorhandenen isodrom wirkenden Rückführungseinrichtung die zu überwachende Betriebsgrösse mit grosser Genauigkeit eingehalten werden kann. Verwendet man als Zeigerinstrument beispielsweise ein Manometer, das man an die Dampflieferleitung eines Kessels anschliesst, so kann man mit Hilfe des Impulsgebers bei schwankendem Dampfbedarf den Dampfdruck selbsttätig konstant halten, indem man von dem Impulsgeber etwa die dem Kessel zugeführte Speisewasser-und Brennstoffmenge regeln lässt.
Wie man den Erfindungsgegenstand im einzelnen vorteilhaft ausgestaltet, ist im nachfolgenden weiter ausgeführt.
Die Fig 1, 2 und 3 zeigen den Impulsgeber in seiner einfachsten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht mit einem Schnitt durch den Rückführungsmechanismus. Fig. 2 ist eine Ansicht entsprechend dem Schnitt L-jB der Fig. 1. Fig. 3 ist eine Aufsicht entsprechend dem Schnitt C-D der Fig. 1. In den Fig. 1 bis 3 sind die gleichen Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Die Fig. 4, zeigt, in welcher Weise der Kontakthalter z. B. durch einen Motor verstellt werden kann, ohne dass eine Rückwirkung auf die Rückführungseinrichtung eintritt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung.
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ordnung.
Die Fig. 9 und 10 stellen jeweils den Grundriss zu den Fig. 7 und 8 dar.
In den Fig. 1 bis 3 stellt 1 eine Anzeigevorrichtung, z. B. ein Manometer, dar, das durch den Stutzen 2 an eine Dampfleitung angeschlossen ist. Die Grösse des jeweiligen Dampfdruckes wird durch den Zeiger 3 auf einer Skala angegeben. Dieser trägt an seiner Spitze eine Kontaktperle, die aus einem schwer schmelzbarem Material, vorzugsweise Molybdän, bestellt. Die Gegenkontakt, mit denen die Kontaktperle 4 in Berührung treten kann, befinden sich auf einem zeigerartig ausgebildeten Kontakthalter 5. Die Kontakte 6 und 7 sind auf dem Kontakthalter in einer gewissen Entfernung voneinander, die dem jeweiligen Schwankungsbereich entspricht, angeordnet.
Ihr Abstand voneinander kann mit Hilfe der Schraube 8 geändert werden. Von dem Kontakt 6 führt ein elektrischer Leiter 9 und von dem Kontakt 7 ein elektrischer Leiter 10 zu der Wicklung je eines nicht dargestellten Einschaltschützes für den ebenfalls nicht dargestellten Verstellmotor des Regelorgans. Ein Stromkreis für das Einschaltschütz in der einen oder andern Richtung wird mit Hilfe des Leiters 11 hergestellt, der auf dem Zeiger 3 befestigt ist und in der Kontaktperle 4 endet. Die Überführung des Stromes von dem Zeiger 3 zu der Leitung 11 erfolgt durch den Bügel 12.
Die Wirkungsweise des Impulsgebers ist folgende :
Zunächst wird die Spitze des Kontakthalters 5 auf den einzuhaltenden Normaldruck eingestellt. Der als zulässig erachtete Schwankungsbereich ist durch den Abstand der beiden Kontakte 6 und 7 voneinander bestimmt. Der Zeiger 3 hat also die Möglichkeit, innerhalb dieses Abstandes ungehindert hin-und herzupendeln. Steigt nun der Dampfdruck über das zulässige Mass hinaus, so berührt die Kontaktperle 4 z. B. den Kontakt 7. Dadurch wird ein Stromkreis für ein Einschaltschütz des Verstellmotors für das Regelorgan geschlossen. Der Verstellmotor
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zunächst der Zylinder 16 nach unten gedrückt. Diese Bewegung wird über die Hebel 17, 18, 19 und 20 auf den Kontakthalter 5 übertragen. Dieser entfernt sich aus seiner Normalstellung und unterbricht damit den Stromkreis für den Verstellmotor.
Im Kolben 15 befindet sich eine Öffnung 21, durch die die Räume oberhalb und unterhalb des Kolbens miteinander in Verbindung stehen. Die Grösse dieser Öffnung ist durch die Stellung einer Nadel 22 bestimmt.
Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 15 zusammen mit dem Gehäuse 16 entsteht im Raum unterhalb des Kolbens 15 ein gewisser Überdruck. Unter Wirkung der Feder 23, die den Zylinder 16 in seine ursprüngliche Lage zurückzubringen versucht, wird ein Teil der unterhalb des Kolbens 15 befindlichen Flüssigkeit durch die Öffnung. 32 hindurch über den Kolben gelangen und dadurch einen Druckausgleich einleiten. Hat ein vollkommener Druckausgleich stattgefunden, so befindet sich der Zylinder 16 in seiner ursprünglichen, durch die Anschläge 24 bestimmten Lage. Da diese rückläufige Zylinderbewegung mit Hilfe des Gestänges 17-20 auf den Kontakthalter 5 übertragen wird. so nimmt auch der Kontakthalter 5 nach einer gewissen Zeit seine Normalstellung wieder ein.
Hat sich in dieser Zwischenzeit die Verstellung des Regelorgans auf den Zustand des Dampfes ausgewirkt, so wird der Zeiger 5 eine solche Stellung einnehmen, dass eine Berührung mit dem Kontaktstück 7 nicht mehr eintritt. War jedoch die Verstellung des Regelorgans nicht gross genug, so wird nach Beendigung der Rückführungsbewegung sofort wieder der Stromkreis für das Schütz des Verstellmotors geschlossen. und die eben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich, bis der zulässige Dampfdruck erreicht ist. Dieselben Vorgänge spielen sich ab. wenn der Dampfdruck unter den normalen Druck sinkt. Der Verstellmotor wird dann lediglich in der entgegengesetzten Drehrichtung umlaufen.
In der Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, die es gestattet, den Kontakthalter z. B. durch einen Motor zu verstellen, ohne dass dabei eine Rückwirkung auf die eben beschriebene Rückführungseinrichtung eintritt. Die Bewegung des Steuerzylinder wird hierbei zunächst über die Hebel 41. 42, 43 und 44 auf das Zahnrad 45 übertragen. das lose auf der Welle 47 sitzt. Das Kegelrad 45 steht in Eingriff mit dem Kegelrad 46, das eine Drehung der Welle 47 hervorruft und diese über ein Zahnradpaar 48 auf die Kontakthalter 34 überträgt. Soll die Grösse des einzuhaltenden Normalwertes verändert werden, so ist es lediglich erforderlich. dass der Kontakthalter 34 in eine andere Normalstellung gebracht wird.
Hierzu dient der Motor 53, der entweder von Hand aus durch Druckknöpfe oder in Abhängigkeit von einer zweiten Messeinrichtung eingeschaltet werden kann. Die Bewegung des Motors 53 wird über ein Schneckengetriebe 54 und ein Zahnradpaar 55 auf das Kegelrad 46 und damit auf die Welle 47 übertragen. die sie an die Kontakthalter 34 weiterleitet. Man erkennt, dass sowohl die Bewegung des Motors als auch die Bewegung des Steuerzylinder c unabhängig voneinander infolge des verwendeten Differentialgetriebes auf die Welle 47 übertragen werden können.
Da der Impulsgeber die Aufgabe hat. nur innerhalb der durch die Entfernung der Kontakte des Kontakthalters gegebenen Grenzen regelnd einzugreifen, so muss in dem Augenblick, in dem der Motor 53 den Kontakthalter auf einen neuen Normalwert einstellt, der Motor 37 in Ruhe verbleiben, da er andernfalls das Verstellen des Kontakthalters durch eine entgegenstehende Kontaktgabe verhindern würde. Anderseits muss zugleich mit dem Motor 53 der Verstellmotor des Regelorganes eingeschaltet werden, damit in diesem Falle z. B. der Dampfdruck sich möglichst bald dem neuen Normalwert, auf den der Kontakthalter eingestellt wurde, anpasst. Erst nachdem der Motor 53 wieder zum Stillstand gekommen ist, übernehmen der Impulsgeber samt seiner Rückführungseinrichtung wieder ihre Aufgabe.
Es war eingangs bereits hervorgehoben, dass der auf die Rückführungseinrichtung einwirkende Motor stets in bezug auf Drehzahl und Drehrichtung mit dem Verstellmotor des Regelorgans gleichlaufen muss. Damit ist also jeder Stellung des Regelorgans eine bestimmte Stellung des Bremskolbens zugeordnet. Da solange der Motor 53 und mit ihm der Verstellmotor des Regelorganes in Betrieb ist, der auf die Rückführungseinrichtung wirkende Motor, wie bereits erwähnt wurde, in Ruhe verbleibt, so wird, nachdem der Kontakthalter auf einen neuen Normalwert eingestellt worden ist, der Kolben der Rückführungseinrichtung nicht mehr die gleiche Relativlage in bezug auf die Stellung des Regelorgans aufweisen.
Es könnte unter diesen Umständen also vorkommen, dass im Verlauf der normalen Regelung nach der neuen Einstellung des Kontakthalters der Bremskolben infolge der abgeänderten Relativlage zum Regelorgan bereits in einer seiner Grenzlagen kommt, während das Regelorgan noch nicht ganz geöffnet oder geschlossen ist. Es besteht also die Gefahr, dass eines der Teile der Rück-
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führungseinrichtung unter diesen Umständen eventuell zu Bruch geht. Dieser Mangel, der in dem endlich begrenzten Hub des Bremskolbens begründet ist, wird durch die Anordnungen behoben, die in den Fig. 7-10 dargestellt sind.
Bei dieser Anordnung wird die Verstellkraft für die Pückführungseinrichtung nicht mehr durch eine starre Kupplung von dem Verstellmotor der Rückführung abgeleitet, sondern von einem umlaufenden flüssigen oder gasförmigen Mittel aufgebracht. Gemäss der Fig. 7 fördert das Zahnrad 61, das mit einem Motor 62 gekuppelt ist, durch die Rohrleitung 63 Öl entsprechend der jeweiligen Drehrichtung des Motors 62 aus dem Zylinder 64 in den Zylinder 65 oder umgekehrt. Dadurch werden die Kolben 66, die mit ihren Kolbenstangen 67 und 68 über die Kuppelstangen 69 und 70 und den in dem Lager 81 drehbar gelagerten gleichnamigen Hebel 72 miteinander verbunden sind, in entgegengesetzter Richtung bewegt.
An der Kolbenstange 68 ist drehbar die Verbindungsstange 73 befestigt, die mit ihrem andern Ende an einem Hebel 74 angreift, der mit dem Zahnsegment 76 starr verbunden ist. Das Segment 76 ist in seinem Verstellhebel, der sich um eine in der Verlängerung der Zeigerachse des Anzeigeinstruments 79 liegende Achse schwenken lässt, gelagert und greift in das Zahnrad 81 ein, das wiederum mit dem um die Achse 80 drehbaren Rückführungszeiger 83 starr verbunden ist. Der Rückführzeiger 83 trägt die beiden Kontaktbahnen 85 und 86 : zwischen denen die Kontaktperle 87 spielt, die mit einer Feder an dem Zeiger 88 des Anzeigeinstrumentes 89 befestigt ist. Über den Kolben 66 liegen die Federteller 89, die durch die vorgespannte Feder 20 nach unten gedrückt werden. Die Bewegung der Federteller 89 ist durch die Führungsstange 91 nach unten begrenzt.
Die Lage der Führungsstange 91 ist so bemessen, dass bei gleicher Höhenlage der beiden Kolben 66 die Federteller 89 ihre unterste Lage erreicht haben und oben auf den Kolben 66 aufliegen, so dass die Federn 90 bestrebt sind, die Kolben 66 stets in ihrer Mittellage zu halten. Auf der Achse des gleicharmigen Hebels 72 ist der Hebel 92 befestigt und durch die Verbindungstange 93 mit dem Schieber 94 gekuppelt. Der Schieber 94 trägt unter einen keilförmigen Einschnitt und ändert je nach der Lage den Durchflussquerschnitt der Ausgleichsleitung 95 zwischen den Zylindern 64 und 65. Die Zylinder 64 und 65 sind zirka zu 2/3, die Ausgleichsleitung 95, die Rohrleitung 63 und die Zahnradpumpe 61 ganz mit Öl gefüllt. Der Verstellhebel 78 lässt sich durch die Schraube 96 in seiner Lage ändern.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende :
Der Rückführzeiger 83 zeigt auf die vorn Regler einzuhaltende auf der Skala des Instrumentes 79 angegebene Betriebsgrösse. Der Abstand der Kontaktbahnen 85 und 86 entspreche dem zugelassenen Schwankungsbereich. Wird dieser Bereich nach oben oder unten überschritten, so berührt die Kontaktperle 87 eine der Kontaktbahnen. z. B. 86. Dadurch wird ein Stromkreis geschlossen, der über ein Steuerrelais ein Schütze betätigt, dass den Motor des Regelorgans in der gewünschten Drehrichtung einschaltet. Zum Motor des Regelorgans ist der Motor 2 an der Zahnradpumpe 61 parallelgeschaltet, wird also zugleich mit vom Ein- schaltschütz betätigt. Die Drehrichtung sei so, dass die Zahnradpumpe das Öl aus dem Zylinder 65 in den Zylinder 64 fördert.
Dadurch hebt sich der Kolben 66 des Zylinders 64, während sich der des Zylinders 65 um denselben Betrag senkt. Die an der Kolbenstange 68 drehbar befestigte Verbindungsstange 73 bewegt den Hebel 74 am Zahnsegment 76 nach unten. Das Zahnsegment 76 bewegt also über das Zahnrad 80 den Rückführzeiger 83 so, dass der Kontakt zwischen der Kontaktbahn 86 und der Perle 87 gelöst wird. Dadurch fällt das Motorschütz ab und sowohl der Motor des Regelorgans als auch der Motor 62 an der Zahnradpumpe 61 bleiben stehen, und die Ölförderung hat aufgehört.
Die zusammengedrückte Feder 90 im Zylinder 64 sucht den zugehörigen Kolben 66 wieder in die Mittellage zurückzubringen unter Ausgleichung der Ölmengen der beiden Zylinder 64 und 65 durch die Ausgleichsleitung 95.
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ist der Durchfluss durch die Leitung 95 freigegeben bzw. der Durchflussquerschnitt vergrössert worden, und der Ölausgleich findet allmählich nacb Massgabe der Schieberstellen langsamer werdend statt, bis sich die Kolben 66 wieder in der Mittellage befinden und den Rückführ- zeiger 83 in die Sollage zurückgeführt haben. War dem Schieber 94 eine Überdeckung gegeben, so ist die Rückführung starr, so lange, bis der Schieber die Ausgleichsleitung 95 öffnet.
Durch Änderung der Länge des Schieberhebels 92 und des Verbindungsstückes 93 lässt sich die Rücklaufgeschwindigkeit des Rückführzeigers 83 in beliebigem Masse ändern. Hat die einmalige Kontaktgabe genügt, um den gewünschten Sollwert einzuregeln, so ist der Regelvorgang beendet, andernfalls wiederholt sich der beschriebene Vorgang so oft, bis der Sollwert erreicht ist. Bei plötzlichen grossen Schwankungen der zu regelnden Betriebsgrösse jedoch wird der Zeiger 88 mit der Kontaktperle 87 sich in der einmal eingeschlagenen Richtung weiterbewegen und die Kontaktbahn wieder berühren, bevor der Rückführanzeiger seinen Sollwert erreichen konnte.
Die fortgesetzte Kontaktgabe bewirkt, dass die Auslenkung des gleicharmigen
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Hebels 72 immer grösser wird und mithin auch die durch den Schieber 94 freigelegte Öffnung der Ausgleichsleitung 95 sich vergrössert. Die Zeitfolge der Kontaktgabe wird durch den schnellen Ausgleich der Ölmengen immer kürzer werden, bis die durch die Ausgleichsleitung 95 strömende ölmenge gleich der Fördermenge der Zahnradpumpe 61 geworden ist. In diesem Augenblick ist der Dauerkontakt hergestellt und so die grösstmögliche Verstellgeschwindigkeit des Regel- organs hergestellt. Die Verstellgeschwindigkeit ist also verhältnisgleich der Abweichung der zu regelnden Betriebsgrösse vom Sollwert.
Zur Verstellung des einzuregelnden Sollwertes dient die Schraube 96, durch die sich der VersteIlhehel 78 um die Achse 80 schwenken lässt.
Dabei wird der Drehpunkt des Zahnsegmentes 76 verschoben, so dass eine weitgehende Verstellung des Rückführzeigers 83 möglich ist.
Hält sich der zugelassene Schwankungsbereich der zu regelnden Betriebsgrösse in sehr hohen Grenzen, so kann der Fall eintreten, dass für die Rückführbewegung zu wenig Raum vorhanden ist. Dann ist die Stellung der Kontaktbahnen 85 und 86 so dicht, dass beim Ausweichen des Rückführzeigers 83 die Kontaktperle 87 des Zeigers 88 auf die andere Kontaktbahn aufläuft und so ein dauerndes Pendeln entsteht. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, gegebenenfalls eine getrennte Bewegung der Kontaktbahnen 85 und 86 durch zwei Rückführanzeiger 83 und 84 vorzunehmen, so dass nur der Rückführungszeiger eine Rückführbewegung ausführt, dessen zugehörige Kontaktbahn von der Perle 87 berührt wurde, während der andere Rückführzeiger in seiner Lage verbleibt.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Anordnungen ist in den Fig. 8 und 10 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau ist derselbe, wie er bereits vorhergehend beschrieben war. Die Verbindung der Kolbenstangen 67 und 68 über Kupplungsstangen 69 und 70 mit dem gleicharmigen Hebel 72 ist dieselbe, wie bei der erstbeschriebenen Anordnung, ebenso die Inneneinrichtung der Zylinder 64 und 65. Jeder der beiden Rückführzeiger 83 und 84 erhält jedoch ein besonderes Zahnrad 81 und 82, die in je ein Zahnsegment 76 und 77 eingreifen und ihren Antrieb über die Verbindungshebel 74 und 75 von je einer der Führungsstangen 91 der Zylinder 64 und 65 erhalten. Die Segmente 76 und 77 sind in einem gemeinsamen Verstellhebel 78 gelagert, der durch die Schraube 96 um die Achse 80 schwenkbar ist.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ähnlich wie die der vorbeschriebenen Einrichtung. Der linke Rückführungszeiger 83 ist dem linken hier nicht sichtbaren Federteller 89 und der rechte Rückführungszeiger 84 dem rechten Federteller 89 zugeordnet. Berührt die Kontaktperle 87 die linke Kontaktbahn 85, so tritt wie beim ersten Beispiel die Zahnradpumpe 61 in Tätigkeit und fördert jetzt das Öl aus dem Zylinder 65 in den Zylinder 64, der Kolben 66 des Zylinders 64 hebt den zugehörigen Federteller 89, der über die Führungstange 91 das Verbindungsstück 73 und das Zahnsegment 76 den Rückführzeiger 83 so bewegt, dass der Kontakt der Kontaktbahn 85 mit der Perle 87 gelöst wird. Da der Federteller 89 des Zylinders 65 stehenbleibt, ist auch die Kontaktbahn 86 an ihrem Platz verblieben.
Durch eine geeignete Vorrichtung kann es erreicht werden, dass der stehenbleibende Rückführzeiger von dem ausweichenden Rückführzeiger nach Überschreiten eines festgelegten Winkels mitgenommen wird, damit bei plötzlicher entgegengesetzter Tendenz des Zeigers 88 mit der Kontakperle 87 Gegenkontakt gegeben wird. Für die Wirkungsweise des Schiebers 94 gilt das gleiche. wie das für das erste Ausführungsbeispiel Gesagte.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Impulsgeber für Regeleinrichtungen, bei dem ein in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse wandernder Kontakt bei Berühren mit dem einen oder andern Kontakt eines Gegenkontaktpaares, dessen Lage den einzuhaltenden Normalwert des zu regelnden Zustandes bestimmt, gleichzeitig Stromkreise für mindestens einen Verstellmotor eines Regelorgans und für einen mit diesem verhältnisgleich umlaufenden Rückführungsmotor schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungsmotor (13 bzw. 37 bzw. 62) über ein Zwischengetriebe das Gegenkontaktpaar (6, 7 bzw. 35,36 bzw. 85, 86) zunächst aus seiner Normalstellung verschiebt. bis die Kontaktgabe mit dem in Abhängigkeit von der Änderung der Regelgrösse wandernden Kontakt (4 bzw. 33 bzw.
87) aufgehoben ist und das Zwischengetriebe dann das Gegenkontaktpaar wieder in seine Normalstellung zurückführt.