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Stellungsanzeigegerät für ihren linearen Bahnen bewegte Körper Es
ist verhältnismäßig einfach, die jeweilige Stellung bewegter Körper innerhalb bestimmter
Bahnen durch mechanische Mittel anzuzeigen. Voraussetzung dafür ist, daß diese bewegten
Körper in direkter Verbindung mit dem Anzeigesystem sind. Schwieriger ist dieses
Problem, wenn es sich darum handelt, die Lage von Körpern innerhalb von Rohren anzuzeigen,
also allgemein, wenn diese Körper nicht in direkte mechanische Beziehung zu dem
Anzeigesystem gebracht werden können. Dies ist beispielsweise der Fall bei der Anzeige
der Stellung der Regelorgane bei Atomreaktoren. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten
denkbar. Zum Beispiel können magnetisch betätigte Kontakte entlang .der Bahn angeordnet
werden. Diese sind jedoch einem gewissen Verschleiß unterworfen. Eine andere bekannte
Möglichkeit zur Stellungsanzeige in derartigen Fällen beruht darauf, daß eine Anzahl
von Induktionsspulen über die ganze Länge des Weges des anzuzeigenden Körpers verteilt
ist, wobei durch den bewegten Körper eine Induktvitätsänderung der diesem gerade
gegenüberliegenden Spulen eintritt. Zu diesem Zweck besteht der Körper aus einem
magnetischen Material. Die Induktivitätsmessung selbst wurde mit Hilfe einer Meßbrücke
durchgeführt, sie benötigte also eine geraume Zeit, so daß sich diese Anordnung
nicht gut zur Stellungsanzeige eines rasch bewegten Körpers eignet.
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Ähnliche Verhältnisse herrschen bei einer anderen hekanntgewordenen
Anordnung. Dort verändert ein nichtmagnetischer Kurzschlußring die gegenseitige
Kopplung besonders angeordneter, eisengeschlossener und ortsfester, Primär- und
Sekundärspulen. Die Anzeige erfolgt mit einem speziellen Meßinstrument, ist also
für viele Anwendungsfälle nicht übersichtlich genug.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und bezieht sich
auf ein Stellungsanzeigegerät für auf linearen Bahnen bewegte Körper, z. B. Regel-und
Steuerglieder von Atomreaktoren mit längs der Bahn verteilten Sekundärwicklungen
und wechselstromgespeisten Primärwicklungen. Die Erfindung besteht dabei darin,
daß längs der Bahn des wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material bestehenden
beweglichen Körpers mehrere Primärwicklungen in gleichmäßigen Abständen gruppenweise
so angeordnet und elektrisch hintereinandergeschaltet sind, daß stets Spulen verschiedener
Gruppenzugehörigkeit in gleicher Reihenfolge benachbart sind und außerdem in an
sich bekannter Weise eine Anzahl von mit Meldegeräten, z. B. Glühlampen, verbundenen
Sekundärspulen, deren Kopplung mit dem Primärspulensystem durch die Stellung des
beweglichen Körpers beeinflußbar ist, vorgesehen ist.
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Mit diesem Gerät ist es gegenüber bekannten Ausführungen auch möglich,
bestimmte ausgewählte Stellungen .des sich bewegenden Körpers mit zusätzlichen Schalteinrichtungen
zu versehen, die der Auslösung eines optischen oder akustischen Signals z. B. eines
Alarmsignals dienen. Gegenüber .den bisherigen Einrichtungen dient der anzumessende
Körper nicht mehr als direkte Einflußgröße, sondern nur mehr als eine indirekte,
nämlich als Kopplungsglied zwischen einer Serie von zueinandergehörigen Transformatorspulen.
Die Primärspulen sind alle mit Wechselstrom gespeist, wobei auch Ströme nicht sinusförmiger
Kurvenform Verwendung finden. können. Bei .denjenigen Spulen, bei welchen der anzumessende
Körper entsprechend seiner Stellung nicht als Kopplungsglied fungiert, wird in der
Sekundärspule nur eine sehr kleine Spannung induziert, die bei weitem nicht ausreicht,
ein angeschlossenes Meßgerät ausreichend mit Energie zu versorgen oder z. B. eine
Glühlampe zum Aufletachten zu bringen. Diese in den Sekundärwindungen erzeugten
Spannungen können aber auch wahlweise einem besonderen Schaltgerät zugeführt werden,
das bei einer bestimmten Eingangsspannungshöhe in der Lage ist, ein besonderes optisches
oder akustisches Anzeigesignal zu geben. Damit ist es möglich, bestimmte markante
Stellungen, wie z. B. Grenzstellungen auf einfache Weise zur Anzeige zu bringen,
ohne d@aß das Überwachungspersonal auf solche möglichen. Ereignisse bereits vorher
ein I>esonderes Augenmerk legen muß.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen drei verschiedene Stellungsanzeigeeinrichtungen,
die nach dem Prinzip dieser Erfindung aufgebaut sind. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung
zur Überwachung nur eines bewegten Körpers. Entlang der Bahn dieses Körpers 12 ist
eine Anzahl von Primärwicklungen 10 gleichmäßig verteilt angeordnet
und
diesen gegenüber ein. gleiche Anzahl von sekundären Transformatorwicklungen 14.
Diese Primär- und Sekundärwicklungen können z. B. einzeln auf getrennten unmagnetisch.en
Trägern angeordnet werden, oder aber auch paarweise koaxial um die Bahn des Körpers
12 gewickelt sein, z. B. über einen die Bahn des Körpers eng umschließenden rohrförmiben
Isolierkörper. Ein Abschnitt des bewegten Körpers 12 ist aus magnetischem Material
hergestellt und dieser ist annäherungsweise gleich lang wie .der durch die Anordnung
überwachte Weg. Über dieses magnetische Material wird entsprechend der Üb,erdeckung
zwischen überwachter Bahnlänge und beweglichem Körper eine feste Kopplung der Primär-
und Sekundärwicklungen erreicht, so daß die an die sekundären Wicklungen 14 angeschlossenen
optischen Anzeigeinittel, wie z. B. Glühlampen 16 aufleuchten. In dem Beispiel sind
die Anzeigelampen 16 einmal über die Leitungen 18 mit den einzelnen Sekundär-`vicklungen
14 verbunden und auf der anderen Seite über die Leitungen 22 an die gemeinsame Leitung
20 angeschlossen, die mit der Leitung 24 verbunden ist, an welche wiederum die Selrttndärwicklungen
14 mit ihrem anderen Ende angeschlossen sind. Die Primärwicklungen sind in diesem
Beispiel in 4 Gruppen unterteilt und so angeordnet, daß die einzelnen Wicklungen
jeder Gruppe mit denjenigen der Nachbargruppe in der gleichen Reihenfolge in Reihe
geschaltet sind. Da jede Gruppe in diesem Ausführungsbeispiel 6 Einzelleitungen
enthält, ergeben sich zunächst 6 getrennte Zuleitungspaare 32/34 für .die 4 Gruppen
von Primärwicklungen. Diese Speiseleitungssysteme .ind über jeweils eine Drossel30,
die sich in einem gesonderten Gerät 26 befindet, über die Leitungen 28 an die gemeinsame
Stromquelle angeschaltet. Das Gerät 26 mit den eingebauten Drosseln 30 hat dabei
die Aufgabe, die einzelnen Primärspulenkreise so zu entkoppeln, daß keine schädlichen
Rückwirkungen innerhalb des gesamten Systems zu befürchten sind. Die Unterteilung
der Primärwicklungen in diese 6 Stromversorgungszweige hat den Zweck, bei Ausfall
einer Leitung trotzdem eine ungefähre Stellungsanzeige zu gewährleisten.
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Die Wicklungen sind so aufeinander abgestimmt, daß hei Luftkopplung,
wenn also der bewegte Körper nicht in der Nähe ist, in der Sekundärwicklung eine
Spannung in der Größenordnung von 0,2 V induziert wird, jedoch nach erfolgter magnetischer
Kopplung durch den beweglichen Körper 12 dieser Wert etwa um den Faktor 10 ansteigen
wird. Die angeschlossenen Lampen werden so ausgewählt, daß sie erst bei nahezu voller
magnetischer Kopplung zu leuchten beginnen.
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Daraus ergibt sich, daß die Zahl der leuchtenden Lampen der Stellung
des bewegten Körpers 12 auf seinem Weg entspricht. Sollte es erforderlich sein,
die exakte Stellung des bewegten Körpers 12 innerhalb des notwendigen Abstandes
zwischen einem Paar der am nächsten stehenden Sekundärwicklungen zu ermitteln, so
kann dies durch Messung der Spannung der obersten brennenden Lampe erfolgen. In
der Fig. 1 kann beispielsweise die genaue Lage des Endes 104 des bewegten Körpers
12 durch Messung der Spannung an der gegenüberliegenden Lampe 16 bestimmt werden.
Zweckmäßigerweise wird das Meßinstrument dabei nicht in Spannung, sondern gleich
in Weglängen geeicht. Ein ungefähres Maß des Annäherungsrades des Endes 104 .des
bewegten Körpers 12 ergibt ,ich aber auch durch den Grad der Helligkeit des beiiaelil>rtrten
Lampensvstems. Es ist natürlich auch möglich, die Primärwicklungen zu einer einzigen
(nicht gezeichneten) kontinuierlichen Primärwindung zusammenzufassen, die sich ungefähr
über die gesamte Weglänge .des bewegten Körpers 12 erstreckt. Die Arbeitsweise einer
derartigen Anordnung ist praktisch dieselbe wie diejenige der beschriebenen. Selbstverständlich
kann auch eine beliebig andere Zahl von Primärwicklungen Verwendung finden, die
nicht mit der Zahl .der Sekundärwindungen 14 übereinstimmen muß. Jedoch sind in
diesen Fällen wie in dem erstgenannten, Entkopplungsdrosseln vorteilhaft.
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In Fig. 2 ist eine Stellungsanzeigeeinrichtung nach dem vorbeschriebenen
System zur Anzeige einer Mehrzahl von bewegten Körpern 36 erweitert. Außerdem sind
hier noch besondere Schalteinrichtungen angeordnet, um bestimmte erreichte Positionen
des bewegten Körpers 36 anzuzeigen. Jedem bewegten Körper 36 ist ein System
38 von primären und sekundären Transformatorwicklungen, ähnlich wie in Fig. 1, zugeordnet.
Die Primärwicklungen jeder dieser Serien 38 sind wieder an einem Entkopplungsgerät
26' angeschlossen. Diese Geräte 26' sind ihrerseits wieder über die Leitungen 28'
mit einer Anzahl von Querverbindungen 40 verbunden. Diese wiederum verzweigen sich
in die Leitungen 42, die z. B. zu weiteren anschließbaren Geräten gleicher Art führen
können, und die Leitungen 44, die zu dem Schalter 46 führen. Ein weiteres Leitungspaar
52 ist ebenfalls über den Leiter 28' an .die Entkopplungsgeräte 26' sowie an den
Schalter 46 angeschlossen. Die durch den Schalter 46 unterbrochenen Leitungen 44
werden auf der anderen Seite des Schalters 46 mit der Bezeichnung 50 weitergeführt
und sind dort über den Schalter 62 und die Leitungen 60 und 58 mit dem Wechselstromgenerator
56 verbunden. Die verbleibenden Primärleitungen 48 und 52 setzen sich nach dem Schalter
46 über die Leitungen 54 zu einem Magnetschütz 64 fort, .das dieses entweder an
die Hauptstromquelle 56 oder an eine noch zu beschreibende Notstromquelle anschließt.
Die Notstromquelle enthält in dem Beispiel eine Batterie 68 und einen Umformer,
bestehend aus dem Motor 70 und dem Wechselstromgenerator 72. Die von diesem erzeugte
Wechselspannung ist ungefähr so groß wie diejenige der Hauptstromquelle 56, wobei
die Wechselspannung nicht unbedingt sinusförmig sein muß. Es ist vielmehr ganz allgemein
eine pulsierende Spannung gemeint, die einen brauchbaren Transformationseffekt erzielen
läßt. Über den Schalter 80 kann dieses Notstromaggregat in Bereitschaft gestellt
werden. Bei Ausfall der Hauptspannung vom Motor 56 fällt das von diesem erregte
Schütz 78 ab und schließt die Kontakte 74 und 82. Damit wird das Notstromaggregat
72/70 in Tätigkeit gesetzt und außerdem das Schütz 64 erregt, das die Leitungen
54 von der Hauptstromquelle 56 abschaltet und mit den von -dem Generator 72 abgehenden
Leitungen 86 und 84 verbindet. Somit werden im Notfall nur die an die Leitungen
52 bzw. 48 angeschlossenen Primärwicklungen der einzelnen Systeme 38 erregt und
damit infolge der gleichmäßigen Verteilung der zugehörigen Primärwicklungen eine
ungefähre Einstellungsanzeige der Körper 36 ermöglicht.
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Wie bereits erwähnt, sind mit den einzelnen Systemen 38 besondere
Schaltmittel 92 verbunden, die mit Hilfe einer optischen oder akustischen Anzeigeeinrichtung
102 in der Lage sind, das Einlaufen des bewegten Körpers in eine bestimmte Stellung
zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist dieses Gerät 92 z. B. zur Lampe 16a (Fig. 1) über
die Leitungen 94 und 96
parallel geschaltet. In dem Beispiel ist
diese besondere Stellung gegeben durch die äußerste rechte Lage des bewegten Körpers
36 bzw. die unterste des Körpers 12 in Fig. 1. Wichtig dabei ist, daß das Gerät
92 so eingerichtet ist, .daß es auf eine Spannung anspricht, die zwischen derjenigen
bei Leerlauf und derjenigen hei voller Kopplung liegt. Das bedeutet, daß in dieser
Stellung die Lampe 16 nicht leuchtet. Das Gerät 92 enthält beispielsweise einen
Kippkreis, .dem über die Leitungen 94 und 96 das Eingangssignal zugeführt wird;
die allgemeine Spannungsversorgung erfolgt über die Leitungen 98, die den Leitungen
52 parallel geschaltet sind, also in jedem Falle bei normalem und auch bei Notstrombetrieb
unter Spannung sind. Der Kippkreis ist ausgangsseitig über die Leitungen 100 an
.die optische bzw. akustische Signal- oder Alarmeinrichtung 102 angeschlossen. Die
Kippschaltung im Gerät 92 kann zweckmäßig durch Magnetverstärker ergänzt werden,
um das Eingangssignal nur bei einem Wert von beispielsweise 0,5 V durchzulassen.
Dieser Spannungswert wird erreicht sein, wenn nach Fig. 1 das Ende 104 des bewegten
Körpers 12 gerade die untersten Sekundärwicklungen 14a passiert hat. Selbstverständlich
kann .diese zusätzliche Schalt- und Anzeigeeinrichtung auch jeder beliebigen anderen
Lampe 16 parallel geschaltet werden, um andere diskrete Stellungen besonders anzuzeigen.
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Aus den beiden Beispielen ist ersichtlich, daß es auf verhältnismäßig
einfache Weise möglich ist, die Lage derartig bewegter Körper sicher und präzise
anzuzeigen. Selbstverständlich sind noch viele andere Variationen denkbar.