Elektromechanische Vorrichtung zur selbsttätigen Regulierung physikalischer Vorgänge. Die bisher bekannten automatischen elek tromechanischen Reguliervorrichtungen, wie beispielsweise Thermostaten, benutzen durch wegs die durch die dabei auftretende Fun kenbildung schädliche Kontaktschaltung, welche die Betriebssicherheit und Lebens dauer stark herabsetzt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Übelstände und bewirkt eine im Ver gleich mit den bekannten Vorrichtungen gleichzeitig erheblich gesteigerte Feinfühlig keit in bezug auf die Zustandsänderungen und dadurch eine besonders hohe Regulier genauigkeit.
Die Erfindung verwendet die an sich be kannte Erscheinung, dass in einem Induk tionskreis, zum Beispiel in einer Drosselspule, bei Speisung mit Wechselstrom bezw. mit pulsierendem Gleichstrom ein verschiedener induktiver Widerstand auftritt, je nachdem sich der magnetische Widerstand im Kraft fluss ändert.
Diese Verschiedenheit des induktiven Wi derstandes wird dadurch erzielt, dass man den zwischen Magnet- und Ankerpolen auftreten- ten Luftspalt, also den Abstand zwischen Anker- und Magnetpolen, beeinflusst. Hier durch wird ein die Windungen durchfliessen der Wechselstrom bezw. pulsierender Gleich strom mehr oder weniger gedrosselt. Durch diese Stromänderungen werden dann Vor gänge zur Regulierung des Primärvorgangs ausgelöst.
In gewissen Grenzen (erfahrungsgemäss bis etwa 1 % des Eisenweges) ist der Einfluss des Luftspaltes auf den induktiven Wider stand nahezu proportional der Luftspalt weite, da die Streuung praktisch gleich Null ist. Anderseits erzielt man bei dieser Art der Beeinflussung relativ grosse Stromänderun gen im Magnetspulenkreise durch kleinste Abstandsänderungen bis zu Bruchteilen eines Tausendstel Millimeters mit grösster Ge nauigkeit. Es empfiehlt sich, die Vorrich tung innerhalb der genannten Proportionali- tätsgrenze arbeiten zu lassen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, Die Fig. 1 zeigt eine Temperaturregler- anlage; Fig. 2 zeigt eine Wasserstandsregulie- rungseinrichtung, Fig. 3 einen Drehzahlregler für eine Was serturbine.
In Fig. 1 bezeichne'G 1 den Kern des Elek tromagnetes, dessen beide Schenkel mit den Spulen 2 und 3 versehen sind. Vor den Polen ist ein Hebel 4 um die Schneide 6 drehbar angeordnet, der den Anker 5 trägt. Seine Lage gegenüber den Polen wird durch einen am Punkt 7 angreifenden, infolge Erwär mung sich ausdehnenden Stab 8 verstellt, auf den der Hebel 4 mittelst der Zugfeder 9 am Punkte 7 gedrückt wird.
Beaufschlagt man die Magnetspule 2 und 3 mit Wechselstrom bezw. pulsierendem Gleichstrom beispielsweise aus dem Kraft netz, so wird der die Spulen durchfliessende Strom durch die Wärmeausdehnungen des Fühlstabes 8 und die hierdurch bedingten Stellungen des Ankers 5 gesteuert. Die Stromänderungen sind besonders gross, wenn man innerhalb des praktisch streuungslosen Luftspaltbereiches der proportionalen Strom drosselung arbeitet. Dieser so selbsttätig ge steuerte Strom wird, wie noch dargelegt wird, Regelzwecken dienstbar gemacht.
An ,Stelle der in Fig. 1 dargestellten Be- festigung des Ankers 5 in Verlängerung des Hebels 4 kann auch das Magnetsystem um einen Winkel von 90 zur Bildebene gedreht angeordnet werden. Ferner kann der Anker 5 feststehen und der Magnet 1 mit dem He bel 4 in einer der vorbeschriebenen Lagen verbunden werden.
Die F'ig. 1 bringt einen üblichen Queck silberkippschalter, bei dem ein Magnet 10 mit einer Spule 11 versehen ist. Vor den Magnetpolen ist ein Anker 12 drehbar ange ordnet, der eine Schaltröhre 13 trägt. Bei Anwachsen des Stromes in der Spule 11 wird der Anker 12 angezogen und bringt dadurch die Röhre 13 zum Einschalten, wodurch ein zweiter Stromkreis geschlossen wird.
Die Fig. 1 stellt zusammengenommen eine selbsttätige Temperaturregulierung für elektrische Beheizung dar. 'Nach Abglei- chunr" der I@änge des Fühlstabes 8 auf eine bestimmte einzuhaltende Temperatur, bei spielsweise für elektrische Raumbeheizung, arbeitet der Regler folgendermassen:
Beim Einheizen ist der Fühlstab 8 entsprechend der niedrigen Temperatur kürzer, so dass zwi schen Magnet 1 und Anker 4 Luftspalte be stehen. Hierdurch wird der die Spulen 2, 3 und 11 durchfliessende Messstrom wenig ge drosselt, so dass der Anker 12 angezogen wird und den Heizstrom einschaltet. Dieser Zustand bleibt bis zur Erreichung der ge wünschten Temperatur bestehen. Dann lie gen die Pole des Ankers 5 an den Magnet polen an, der Messstrom wird stark gedrosselt und lässt den Anker 12 von dem Magneten 10 abfallen, so dass die Röhre 13 den Heizstrom ausschaltet. Die Raumtemperatur fällt dar aufhin, der Fühlstab 8 verkürzt sich und ent fernt den Anker 5 wieder von den Magnet polen-.
Der Messstrom wächst an und schaltet die Heizung mittelst der Röhre 13 wieder ein, wodurch sich das Arbeitsspiel wiederholt.
Die Fig. 2 bringt ein Beispiel für eine Flüssigkeitsstandsregulierung. Vor den Po len des Elektromagnetes 14 mit den Spulen 15 und 16 bewegt sich ein um das Schneiden lager 17 drehbarer, einarmiger Hebel 18, der den Anker 19 und den Schwimmer 20 trägt. Dieser taucht in einen Flüssigkeitsbehälter 21 ein, dessen Spiegel konstant zu halten ist. Bei Entnahme sinkt der Schwimmer 20 nach unten, wodurch der Anker 19 vom Magneten 14 entfernt wird.
Hierdurch wächst der Mess- strom an und stärkt die Zugkraft des Sole noides 22, das einen Eisenkern 2,3 in sich hineinzieht und einen zweiten Stromkreis durch den Schalter 24 schliesst, der in Fig. 3 geöffnet gezeichnet ist. Dieser zweite Strom greis beaufschlagt den mit der Pumpe 25 ge- kuppelten Elektromotor 26, wodurch solange Flüssigkeit in den Behälter 21 durch das Rohr 27 gefördert wird, bis der einzuhaltende Flüssigkeitsspiegel erreicht ist.
In ähnlicher Weise können im Zusam menbau mit den in der Elektrotechnik übli chen Apparaten auch Absperrorgane, wie Ventile, Schieber und andere Einrichtungen unmittelbar oder mittelbar betätigt oder bei Bedarf grosser Regelkräfte Anlasser, Kon- troller und dergleichen automatisch bedient werden.
Unter Benutzung der durch die Drossel spule hervorgerufenen Phasenverschiebung in Verbindung mit nichtphasenverschobenem bezw. andersphasigem Strom wird mit Hilfe von 3Sla.gneten ein in seiner Feldstärke wech selndes Drehfeld erzeugt, das zum Beispiel unter Verwendung von Apparaten nach Art der Asynchron- oder Induktionsmotore eben falls selbsttätige Regulierungsvorgänge aus löst bezw. ausführt.
So bringt Fig. 3 einen Wasserturbinen regler, bei dem die Aufgabe auf elektrischem \Wege gelöst ist, die Drehzahl bezw. die Lei stung in Abhängigkeit von der Tourenzahl durch Beeinflussung der Wasserbeaufschla- gung mittelst Verstellung des Regulierringes der Turbine<B>28</B> zu regeln. Dies geschieht durch eine Fliehkraftvorrichtung 29, die mit der Welle<B>30</B> der Turbine verbunden ist und den Luftspalt eines Doppelrelais verändert. Sie hebt zum Beispiel bei sinkender Drehzahl den Anker 31.
Die Vorrichtung hat zwei Elektromagnete 32 und 3.3 in verschiedener Lage zueinander, die einstellbar sind. Bier bei kann der Anker zum festen Magnet oder der Magnet zu einem festen Anker bewegt werden. Hierdurch wird der den Magneten :32 umfliessende Strom gestärkt, der Strom des zweiten Magnetes 33 dagegen geschwächt.
Der den Magneten 32 umfliessende, in seiner Phase um<B>900</B> gegenüber dem Netz verscho bene Strom wird der Feldspule 34 zugeleitet, die im Zusammenwirken mit der dauernd di rekt vom Netz gespeisten Feldspule 35 dem Rotor 36 ein beispielsweise rechts drehendes Moment erteilt und ihn im Uhrzeimersinne in Bewegung setzt. Hierdurch wird die Steuer- w elle 37 gedreht und betätigt so durch den Schneckentrieb 38 den an der
Steuerwelle Regulierring 39 der Turbinenleit- schaufeln derart, dass der Wasserausfluss ver- grössert und die Drehzahl der Turbine her aufgesetzt wird.
In sinngemässer Umkehrung des Arbeits vorganges wird bei zunehmender Drehzahl das links drehende Moment der Feldspule 35 und 40 das entgegengesetzt drehende Moment der Feldspule 34 überwinden, dadurch eine Linksdrehung der Steuerwelle hervorrufen und mittelst des Leitschaufelregnlierringes die Wasserzufuhr verringern, so dass die Drehzahl sinkt.
In der Fig. 3 ist das Reglerrelais gleich zeitig mit einer Rückstellvorrichtung ver sehen, um eine Überregulierung zu vermeiden. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeich net, dass die beiden Magnete 32 und<B>3</B>3 in ihrer Lage gegenüber dem Anker 31 verän dert werden können.
Wenn also, wie ange nommen, der Anker 31 um eine gewisse Strecke gehoben ist, sich demnach um ein bestimmtes Mass aus der Mittellage entfernt hat, werden durch eine auf der Steuerwelle 37 sitzende starre oder elastische Kupplung 41 in Verbindung mit Schraubenspindel 42 und Keil 43 die Magnete 32. und 33 gehoben, wodurch der Anker 31 in eine Mittellage zu ihnen kommt. Dies ergibt gleiche Strom stärke bei beiden Magneten, die beiden Dreh felder heben sich gegenseitig auf und der Rotor 36 bleibt stehen. Nunmehr kann sich der Rotor erst wieder in der einen oder andern Richtung drehen, wenn der Anker 31 von der Fliehkraftvorrichtung 2,9 einen neuen Impuls erhält.
Electromechanical device for the automatic regulation of physical processes. The previously known automatic elec tromechanical regulating devices, such as thermostats, use by way of the kenbildung caused by the sparking harmful contact circuit, which greatly reduces the operational reliability and life.
The present invention avoids these inconveniences and causes a comparatively similar to the known devices at the same time significantly increased sensitivity with respect to the state changes and thus a particularly high regulation accuracy.
The invention uses the phenomenon known per se that in an induction circuit, for example in a choke coil, when fed with alternating current or. With pulsating direct current, a different inductive resistance occurs, depending on the change in the magnetic resistance in the power flow.
This difference in inductive resistance is achieved by influencing the air gap that occurs between magnetic and armature poles, that is, the distance between armature and magnetic poles. Here the alternating current flows through the windings respectively. pulsating direct current more or less throttled. These changes in current then trigger processes to regulate the primary process.
Within certain limits (based on experience up to about 1% of the iron path), the influence of the air gap on the inductive resistance was almost proportional to the air gap width, since the spread is practically zero. On the other hand, with this type of influencing, relatively large changes in current in the magnet coil circuit can be achieved with the greatest accuracy through the smallest changes in distance of up to fractions of a thousandth of a millimeter. It is advisable to let the device work within the stated proportionality limit.
In the drawing, several exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. FIG. 1 shows a temperature control system; FIG. 2 shows a water level regulating device, FIG. 3 shows a speed controller for a water turbine.
In Fig. 1 designate'G 1 the core of the elec tromagnetes, the two legs of which are provided with the coils 2 and 3. A lever 4, which carries the armature 5, is arranged rotatably around the cutting edge 6 in front of the poles. Its position in relation to the poles is adjusted by a rod 8 which acts at point 7 and expands as a result of heating, on which the lever 4 is pressed by means of the tension spring 9 at point 7.
If you act on the solenoid coil 2 and 3 with alternating current or. pulsating direct current, for example from the power network, the current flowing through the coils is controlled by the thermal expansion of the sensor rod 8 and the resulting positions of the armature 5. The changes in current are particularly large if one works within the practically non-scattering air gap area of the proportional current throttling. This automatically controlled current is, as will be explained, made available for control purposes.
Instead of the attachment of the armature 5 shown in FIG. 1 as an extension of the lever 4, the magnet system can also be arranged rotated by an angle of 90 to the image plane. Furthermore, the armature 5 can be stationary and the magnet 1 can be connected to the He bel 4 in one of the positions described above.
The F'ig. 1 brings a conventional mercury toggle switch in which a magnet 10 is provided with a coil 11. In front of the magnetic poles, an armature 12 is rotatably arranged, which carries a switching tube 13. When the current in the coil 11 increases, the armature 12 is attracted and thereby causes the tube 13 to switch on, whereby a second circuit is closed.
Taken together, FIG. 1 represents an automatic temperature regulation for electrical heating. After adjusting the length of the sensor rod 8 to a certain temperature to be maintained, for example for electrical room heating, the controller operates as follows:
When heating up, the sensor rod 8 is shorter according to the low temperature, so that there are 4 air gaps between magnet 1 and armature's rule. As a result, the measuring current flowing through the coils 2, 3 and 11 is slightly throttled, so that the armature 12 is attracted and the heating current is switched on. This state remains until the desired temperature is reached. Then the poles of the armature 5 lie against the magnet poles, the measuring current is greatly throttled and the armature 12 drops off the magnet 10, so that the tube 13 switches off the heating current. The room temperature then falls, the sensor rod 8 is shortened and ent removed the armature 5 again from the magnet pole.
The measuring current increases and switches the heating on again by means of the tube 13, whereby the working cycle is repeated.
Fig. 2 gives an example of a liquid level regulation. Before the Po len of the electromagnet 14 with the coils 15 and 16, a one-armed lever 18 rotatable around the cutting bearing 17 and carrying the armature 19 and the float 20 moves. This dips into a liquid container 21, the level of which is to be kept constant. When it is removed, the float 20 sinks, as a result of which the armature 19 is removed from the magnet 14.
As a result, the measuring current increases and strengthens the tensile force of the solenoid 22, which pulls an iron core 2, 3 into itself and closes a second circuit through the switch 24, which is shown open in FIG. 3. This second current is applied to the electric motor 26 coupled to the pump 25, as a result of which liquid is conveyed into the container 21 through the pipe 27 until the liquid level to be maintained is reached.
In a similar way, in conjunction with the apparatus customary in electrical engineering, shut-off devices such as valves, slides and other devices can be actuated directly or indirectly, or starters, controllers and the like can be operated automatically if large control forces are required.
Using the phase shift caused by the choke coil in conjunction with non-phase shifted BEZW. different-phase current is generated with the help of 3Sla.gneten a rotating field that changes in its field strength, which, for example, also triggers automatic regulation processes using asynchronous or induction motors. executes.
So Fig. 3 brings a water turbine controller, in which the task is solved electrically \, the speed respectively. to regulate the power as a function of the number of revolutions by influencing the water admission by adjusting the regulating ring of the turbine <B> 28 </B>. This is done by a centrifugal device 29, which is connected to the shaft 30 of the turbine and changes the air gap of a double relay. For example, it lifts armature 31 when the speed drops.
The device has two electromagnets 32 and 3.3 in different positions to each other, which are adjustable. Beer can move the armature to the fixed magnet or the magnet to a fixed armature. As a result, the current flowing around the magnet: 32 is strengthened, whereas the current of the second magnet 33 is weakened.
The current flowing around the magnet 32 and shifted in phase by <B> 900 </B> relative to the network is fed to the field coil 34, which, in cooperation with the field coil 35 continuously fed directly from the network, rotates the rotor 36, for example clockwise Moment and sets it in motion clockwise. As a result, the control shaft 37 is rotated and thus actuated by the worm drive 38 on the
Control shaft, regulating ring 39 of the turbine guide vanes in such a way that the water outflow is increased and the speed of the turbine is increased.
In an analogous reversal of the work process, the counterclockwise torque of the field coil 35 and 40 will overcome the counter-rotating torque of the field coil 34 as the speed increases, thereby causing the control shaft to turn to the left and reducing the water supply by means of the guide vane regulating ring so that the speed drops.
In Fig. 3, the regulator relay is seen ver at the same time with a reset device to avoid overregulation. This device is characterized in that the position of the two magnets 32 and 3 with respect to the armature 31 can be changed.
So if, as assumed, the armature 31 is lifted by a certain distance, accordingly has moved a certain amount from the central position, a rigid or elastic coupling 41 seated on the control shaft 37 in connection with screw spindle 42 and wedge 43 the magnets 32nd and 33 raised, whereby the armature 31 comes to them in a central position. This results in the same current strength in both magnets, the two rotating fields cancel each other out and the rotor 36 stops. Now the rotor can only rotate again in one direction or the other when the armature 31 receives a new pulse from the centrifugal device 2.9.