Verfahren und Einrichtung zur Steuerung mechanischer, schwingender Gebilde. Ein bekannter Nachteil beim Betrieb raechaniselter schwingender Gebilde besteht darin, dass sieh der Ausschlag während des Betriebes ändert. Diese Ausschlagsäuderun- gen können entweder durch. Tourenschwan kungen der antreibenden Maschine bedingt sein oder durch Schwankungen in der Dämp fung des schwingenden Gebildes. Die erstge nannte Ursache ist an und für sieh leicht da durch zu beseitigen, dass man die Antriebs maschine mit einem Tourenregler bekannter Art versieht. Die zweite Ursache dagegen ist mittelst der bekannten Steuerungsme thoden nicht auszuschalten.
Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck mechanische, schwingende Gebilde so zu steuern, dass der Ausschlag des schwingenden Gebildes wäll- rend des Betriebes praktisch konstant bleibt.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren besteht darin, dass Ausschlags- änderungen des mechanischen, schwingenden Gebildes zur Erzeugung von hemmend auf die-# -antreibendem.. Eüergiecfaelle-..-wiTkeuden- Impulsen ausgenutzt werden, indem man das schwingende Gebilde beim Überschreiten eines vorausbestimmten Ausschlages die Be tätigung einer Kontaktvorrichtung bewirken lässt, die ihrerseits die Hemmung der antrei benden Energiequelle veranlasst.
Dieeinen weiteren Gegenstand der Erfin dung bildende Einrichtung zur Ausübung des vorgenannten Verfahrens besitzt eine Kontaktvorrichtung, deren beweglicher Teil im Betriebszustande der Einrichtung an den Bewegungen des schwingenden Gebildes zwangläufig teilnimmt, und welche den Stromkreis von die Enerü,*ezufuhr zum schwingenden Gebilde bestimmenden Steue rungsmitteln beherrscht.
Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung sind vollkommen unabhängig von der Art der antreibenden Energiequelle für das schwingungsfähige Gebilde. Die letz tere kann beispielsweise aus einem Elektro motor, einer Turbine,. einer Verbrennungs- maschine usw. bestehen.
Während bei Ver wendung von Elektromotoren als Antriebs- inaschine die Ausbildung der Steuereinrich- tuno- verhältnismässi- einfach durchgeführt el <B>en</B> werden kann, indem beispielsweise die Erre gung oder der Ankerkreis des Motürs beein- flusst werden, muss bei andersaxtigen An:
- triebsmaschinen ein relaisaxtiges Zwischen glied verwendet werden, das seinerseits bei Verbrennungsmotoren beispielsweise die Ge mischregelung, bei Dampfmaschinen bei spielsweise das Hauptventil steuert.
Die in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiele beziehen sich sämtlich auf solche Anwendungsfälle, wo ein Elektro motor zum Antrieb des schwingenden Ge bildes verwendet wird. In der Zeichnung zeigt: Fig. <B>1</B> eine Steuereinrichtung mit Detail variante für ein mechanisches, schwingendes Gebilde in Seitenansicht, Fig. Ja einen Grundriss der Einrichtung nach Fig. <B>1,</B> Fig. 2 eine Steuereinrichtung entspre chend Fig. <B>1</B> und Fig. ja in abweichender Ausführung,
Fig. <B>3</B> eine Steuereinrielltung entspre chend Fig. 2 mit geringfügiger Änderung und ebenfalls mit Detailvariante.
Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. <B>1</B> und la, trägt der Hebel<B>1,</B> der um eine Achse pendelt, oder, wie gestrichelt dar gestellt, mittelst einer Feder 2. an einer Stütze<B>13</B> nachgiebig befestigt sein kann, eine Kontaktieder <B>3</B> mit den beiden Kontak ten 4 und<B>5.</B> An seinem vordern Ende, das hin- und hergehende Bewegungen auszufüh ren vermag, kann der Hebel<B>1</B> mit einer be liebigen schwingenden Masse<B>6,</B> so verbunden werden, dass er deren Ausschläge nach Fre quenz und Schwingungsweite mitzumachen gezwungen ist.
Es kann dies zum Beispiel dadurch geschehen, dass ein Streifen<B>7</B> aus Leder, nachgiebigem Metallblech oder dergleichen auf zwei Klötzehen <B>8</B> und<B>9</B> an der schwingenden Masse<B>6</B> befestigt wird und gleichzeitig mit dem Hebel<B>1</B> verbunden ist.
Stellt -man- nun die Kentakte <B>10</B> und<B>11</B> so ein, dass sie die Kontakte<B>5</B> und 4 in dem Augenblick berühren müssen, wo der ge wünschte Ausschlag der schwingenden Masse überschritten wird, so kann man für ein kur zes Zeitintervall auf elektrischem Wege eine Wirkung hervorbringen, die zur Amplituden- steuerung, wie in folgendem dargestellt, aus genutzt werden kann.
Man unterbricht bei spielsweise einen Magnetstromkreis des an treibenden Nebenschlussmotors und schaltet, wie dies zum Zwecke der Tourenregulierung in der Regel geschieht, einen<B>je</B> nach der be absichtigten Beeinflussung gewählten, einen Vorschaltwiderstand der Erregerwieklung ZD des Nebenschlussmotors bildendenWiderstand <B>1.-9</B> in die Unterbrechungsstelle. Der Wider stand 12 kann auch seinerseits stufenweise oder kontinuierlich änderbar sein, um nach- träglic'h eine Justierung vorzunehmen.
Von den Enden des Widerstandes führt man nun das eine zu den Kontakten<B>10</B> und <B>11</B> und das andere zu dem schwingenden Hebel<B>1</B> bezw. zu dem Doppelkontakt 4, 5, so dass der Widerstand 12 bei jeder Ampli- tudenüberschreitung für einen kleinen Mo ment kurzgeschlossen, also unwirksam ge macht wird.
Bedenkt man nun, dass durch das Einschalten des 'V#'iderstandes 12 zu nächst eine Feldschwächung und damit ein Schnellerlaufen des Nebenschlussmotors er zielt wird, so erkennt man natürlich umge kehrt, dass durch jeden vorübergehenden Kurzschluss und die daraus folo-ende Feld verstärkung der Motor eine kleine Hemmung erfährt, dass der Motor also durch solche %viederholten Hemmuncen bei feinster Dosie rung in Summa herunterreguliert wird,
wenn man ihn vorher absichtlich auf eine zur Er zielung der gewünschten Amplitade etwas zu hohe Umlaufzahl ein-estellt hat. Mit an dern Worten<B>.</B> Man kann<B>je</B> nach Wahl des Widerstandes 12 angesielits der Tatsache, dass bei jeder Amplitudenüberschreitung eine kurze Hemmungsperiode eingeschaltet und bei Unterschreitung dem Motor die Tendenz zur Umlaufsteigerung gegeben wird, deswegen einen Gleichgewichtszustand von hoher Prä zision schaffen, weil schwingende Systeme meist viele Hunderte, oft Tausende von Schwingungen pro Minute ausführen und bei jeder Schwingung zweimal korrigierend in einem oder andern Sinne,
also in jeder Minute viele hunderte oder tausendmal ein- ,gegriffen wird. Mit anderen Worten: Der <B>,</B> el Schwingungsvorgang steuert in Abhängig keit von dem Ausschlag die Energiezufuhr bezw. die Umlaufzalil auf dynamischem Weg durch Dosierung der Aus- und Ein schaltzeiten von -Widerständen.
Von besonderer Bedeutung ist es, dass im vorliegenden Falle, wo der Seliwingoungsvor- gang zur Schliessung und Öffnung der Kon takte verwendet wird, beliebig relativ grosse Öffnungswege benutzt werden 'können, so (lass Schwierigkeiten durch auftretende Fun ken nicht zu befürchten sind und besonders Unterbrechungsvorrichtungen, deren man sich bei Stromunterbrechunaen sonst zu weilen bedient, nicht oder nur in ganz beson deren Fällen erforderlich sind.
Uni Störungen bei der wiederholten Off- nun(, und Schliessung der Kontakte zu ver meiden, empfiehlt es sich, die Feder<B>3</B> so aus zubilden, dass sie aperiodisch, wirkt, das heisst dass ihre Eigenschwingungszahl höher liegt als die Schwingungszahl der schwingenden Masse<B>6.</B>
Während in Fig. <B>1</B> und la eine Steuer- einriehtung für mechanisch schwingende Systeine in zwei Ansichten veranschaulicht- ist, das bei Gleichstrom-Nebenschluss-An- triebsmotoren Verwendung findet, ist in Fig. 2 eine solche Steuereinrichtung darge stellt, die die bei -#Vechsplstrom-Antriebs- motoren erforderlichen Abänderungen zeigt.
Verwendet man beispielsweise einen Wechselstromschleifringmotor, so muss man bekanntlich, -um denselben Effekt zu erzie len, der bei Gleichstrom, zum Beispiel das Einsehalten eines Widerstandes in den Nebenschluss notwendig macht, ein Heraus nehmen von Widerstand aus dem Ankerkreis varnehmen und umo-ekehrt, das heisst man muss bei steigender Amplitude anstatt schlie ssen unterbrechen.
Bei den Ausführungen nach Fig. 2 und <B>3,</B> die sich nur hinsichtlich der Lagerung des schwingenden Hebels<B>1</B> unterscheiden ist der schwingende Hebel<B>1</B> in bezug auf Befesti gung, Gestalt und Art der Bewegung iden tisch mit dem- bezw. denjenigen der Fig. <B>1</B> und ja. Dagegen sind an Stellen der Kontakt feder<B>3</B> zwei Kontaktfedern<B>3'</B> und<B>3"</B> vorge sehen, die durch zwei Arme<B>16</B> und<B>17,</B> die mit Anschlagrollen 20, 21, aus geeignetem weichem Material (Fiber ete.) versehen sind. bei Amplitudenvergrösserung abgehoben wer den.
Die Kontakte<B>10</B> und<B>11</B> sind im Rahezu- stand und während des Betriebes einstellbar und die Kontaktböcke 14 und<B>15</B> sind durch eine metallische Verbindung kurzgesehlossen.
Da die beiden Aussenpole eines vor die Ankerwichlung geschalteten Widerstandes 12 über die Federböcke<B>18. 19</B> und die Kon takte 4,<B>5, 10</B> und<B>11</B> über die Kontakt.böcke 14,<B>15</B> kurz geschlossen sind, so muss bei je der Unterbrechung dieses Kurzschlusses der Widerstand 1,2 in Funktion treten und den Motor vorübergehend hemmen. Theoretisch müssten bei Drehstrom alle drei Phasen etwa durch drei Relais gesteuert werden. Prak tische Versuche haben jedoch gezeigt, dass es durchaus genügt, nur an einer Phase hem mend zu wirken.
Die vorlieaende Methode zur Steuerung mechanischer schwingender Gebilde beruht also auf der Beeinflussung der dem Antriebs motor zuo-eführten Energie, und zwar findet die Beeinflussuno, statt durch zeitweiligen Kurzschluss Moder durch zeitweilige Unter brechung einer Kurzschlussleitung von Widerständen in Abhängigkeit von dem Aus schlag des schwingenden Gebildes.
Wird dpr Ausschlag grösser und grösser, so vergrössert siel-i auch zeitlich entsprechend der durch die Kontaktvorrichtung verursachte hein- mende Impuls auf die Energiequelle, so da2) ein Gleichgewichtszustand zwischen den Ur sachen, die -auf eine Amplitudenvergrösserung hinwirken, einerseits und der Energiequelle anderseits herbeigeführt wird.
Method and device for controlling mechanical, vibrating structures. A known disadvantage in the operation of mechanized oscillating structures is that the deflection changes during operation. These rashes can either be caused by. Tour fluctuations of the driving machine may be due to fluctuations in the damping of the vibrating structure. The first-mentioned cause can be easily eliminated by equipping the drive machine with a tour controller of a known type. The second cause, on the other hand, cannot be eliminated by means of the known control methods.
The purpose of the present invention is to control mechanical, oscillating structures in such a way that the deflection of the oscillating structure remains practically constant during operation.
The method forming the subject of the invention consists in that deflection changes of the mechanical, oscillating structure are used to generate impulses that inhibit the- # -driving .. Eüergiecfaelle -..- wiTkeuden- impulses by the oscillating structure when crossing a predetermined deflection can cause the Be actuation of a contact device, which in turn causes the inhibition of the driving energy source.
The device forming a further object of the invention for performing the aforementioned method has a contact device whose moving part in the operating state of the device inevitably participates in the movements of the vibrating structure and which controls the circuit of the energy supply to the vibrating structure determining control means .
The method and the device according to the invention are completely independent of the type of driving energy source for the vibratory structure. The latter can for example consist of an electric motor, a turbine. an internal combustion engine, etc. exist.
While when using electric motors as the drive machine, the design of the control device can be carried out relatively easily, for example by influencing the excitation or the armature circuit of the motor different ax to:
- prime movers a relay-axtiges intermediate member can be used, which in turn controls the mixing control in internal combustion engines, for example, and the main valve in steam engines.
The exemplary embodiments shown in the drawing relate to all those applications where an electric motor is used to drive the vibrating Ge image. The drawing shows: Fig. 1 </B> a control device with a detailed variant for a mechanical, oscillating structure in side view, Fig. Yes, a floor plan of the device according to Fig. 1, </B> Fig. 2 a control device corresponding to Fig. 1 and Fig. Yes in a different design,
FIG. 3 shows a control device corresponding to FIG. 2 with a slight change and also with a detailed variant.
In the first embodiment according to FIGS. 1 and 1 a, the lever 1, which swings around an axis, or, as shown by dashed lines, carries a spring 2 on one Support <B> 13 </B> can be flexibly attached, a contact lower <B> 3 </B> with the two Kontak th 4 and <B> 5. </B> At its front end, the reciprocating Able to execute movements, the lever <B> 1 </B> can be connected to any oscillating mass <B> 6 </B> in such a way that it is forced to take part in its deflections according to frequency and oscillation amplitude.
This can be done, for example, by placing a strip <B> 7 </B> made of leather, flexible sheet metal or the like on two block toes <B> 8 </B> and <B> 9 </B> on the oscillating mass <B> 6 </B> is attached and at the same time connected to the lever <B> 1 </B>.
Set -man- now the Kentacts <B> 10 </B> and <B> 11 </B> so that they have to touch the contacts <B> 5 </B> and 4 at the moment when the ge If the desired deflection of the oscillating mass is exceeded, an electrical effect can be produced for a short time interval which can be used for amplitude control, as shown below.
For example, a magnetic circuit of the driving shunt motor is interrupted and, as is usually the case for the purpose of speed regulation, a resistor is selected that creates a series resistor of the exciter voltage ZD of the shunt motor, which is selected according to the intended influence > 1.-9 </B> in the interruption point. The resistance 12 can for its part also be changeable in steps or continuously in order to carry out an adjustment afterwards.
From the ends of the resistor one now leads one to the contacts <B> 10 </B> and <B> 11 </B> and the other to the oscillating lever <B> 1 </B> respectively. to the double contact 4, 5, so that the resistor 12 is short-circuited for a small moment each time the amplitude is exceeded, that is, it is rendered ineffective.
If you now consider that switching on the 'V #' resistor 12 initially aims at a field weakening and thus a faster running of the shunt motor, you can of course see the other way around that every temporary short circuit and the resulting field strengthening of the Motor experiences a small inhibition, so that the motor is downregulated in sum by such% repeated inhibitions with the finest dosage,
if you have intentionally set it beforehand to a revolution rate that is a little too high to achieve the desired amplitude. In other words <B>. </B> One can <B> depending </B> on the choice of the resistor 12 due to the fact that a short inhibition period is switched on each time the amplitude is exceeded and the motor is given a tendency to increase the number of revolutions when the amplitude is exceeded , therefore create a state of equilibrium of high precision, because vibrating systems usually carry out many hundreds, often thousands of vibrations per minute and correct twice for each vibration in one sense or the other,
so many hundreds or thousands of times are intervened every minute. In other words: The <B>, </B> el oscillation process controls the energy supply or energy supply depending on the deflection. the circulation rate in a dynamic way by metering the switch-off and switch-on times of resistors.
It is of particular importance that in the present case, where the Seliwingoungsvor- process is used to close and open the contacts, any relatively large opening paths can be used, so (do not worry about difficulties caused by sparks and especially interruption devices which are otherwise used in the event of power interruptions, are not necessary or only necessary in very special cases.
To avoid disturbances during the repeated opening and closing of the contacts, it is advisable to design the spring <B> 3 </B> in such a way that it acts aperiodically, that is, its natural frequency is higher than the number of oscillations of the oscillating mass <B> 6. </B>
While in FIGS. 1 and 1 a a control device for mechanically oscillating systems is illustrated in two views, which is used in direct current shunt drive motors, such a control device is shown in FIG which shows the modifications required for - # Vechsplstrom-drive motors.
If, for example, an alternating current slip ring motor is used, it is well known that in order to achieve the same effect that with direct current, for example, the connection of a resistor into the shunt, the resistance must be removed from the armature circuit and vice versa That means you have to interrupt instead of closing when the amplitude increases.
In the embodiments according to FIGS. 2 and 3, which differ only in terms of the mounting of the oscillating lever 1, the oscillating lever 1 is related to Fastening, shape and type of movement identical with dem- or. those of Fig. 1 and yes. In contrast, two contact springs <B> 3 '</B> and <B> 3 "</B> are provided at points of the contact spring <B> 3 </B>, which are supported by two arms <B> 16 </ B > and <B> 17, </B> which are provided with stop rollers 20, 21 made of suitable soft material (fiber, etc.) are lifted off when the amplitude is increased.
The contacts <B> 10 </B> and <B> 11 </B> are adjustable in the rough state and during operation and the contact blocks 14 and <B> 15 </B> are short-circuited by a metallic connection.
Since the two outer poles of a resistor 12 connected upstream of the armature winding are via the spring brackets <B> 18. 19 </B> and the contacts 4, <B> 5, 10 </B> and <B> 11 </B> are short-circuited via the contact blocks 14, <B> 15 </B>, see above If this short circuit is interrupted, resistor 1,2 must come into operation and temporarily inhibit the motor. Theoretically, with three-phase current, all three phases would have to be controlled by three relays. Practical tests have shown, however, that it is sufficient to only have an inhibiting effect on one phase.
The method presented here for controlling mechanical vibrating structures is based on influencing the energy supplied to the drive motor, and the influencing takes place instead of a temporary short circuit by temporarily interrupting a short-circuit line of resistors depending on the deflection of the vibrating structure .
If the deflection becomes larger and larger, the incoming impulse on the energy source caused by the contact device also increases in time, so that there is a state of equilibrium between the causes that work towards increasing the amplitude on the one hand and the energy source on the other is brought about.