DE1523498A1

DE1523498A1 - Verfahrensregler zur gleichzeitigen Regelung mehrerer unterschiedlicher Regelgroessen

Info

Publication number: DE1523498A1
Application number: DE1966F0050509
Authority: DE
Inventors: Robinson Robert John
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1965-10-22
Filing date: 1966-10-21
Publication date: 1970-06-18
Also published as: GB1148203A; FR1501134A; US3441053A; NL6614966A

Description

Verfahrensregler zur gleichzeitigen Regelung mehrerer unterschiedlicher Regelgrößen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung von industriellen Verfahrensabläufen, bei welcher ein während getrennter Zeitspannen getrennt auf unterschiedliche Regelgrößen ansprechender Digital-Datenverarbeiter zur Erzeugung von Regelsignalen dient, die zur Betätigung mehrerer Ventile oder sonstiger Stellglieder benutzt werden.

In den letzten Jahren fanden bei industriellen Verfahrensregelsystemen mehr und mehr mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Digital-Datenverarbeiter bzw. "Rechner" zur Regelung von Regelgrößen, wie Druck, Temperatur, Durchsatzmenge usw., Verwendung. Um am wirksamsten Nutzen aus den Rechnerfähigkeiten von Datenverarbeitern zu ziehen, ist es wünschenswert, das Gerät nach einem zeitabhängigen Multiplexverfahren arbeiten zu lassen, d.h. nach einem Verfahren, bei welchem die verschiedenen zu regelnden Regelgrößen periodisch in vorbestimmter Reihenfolge geprüft bzw, "abgefragt" werden. Anhand dieser Prüfungsergebnisse führt der

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Rechner entsprechende Berechnungen durch, die zu entsprechenden Kommandosignalen führen, welche jeweils die in der Einstellung eines bestimmten Stellglieds vorzunehmenden Änderungen angeben. Derartige Systeme werden als "Direkt-Digitalregler"-Systeme bezeichnet, um sie von Anordnungen zu unterscheiden, bei welchen ein Digitalrechner einfach zur Einstellung des Sollwerts eines herkömmlichen Analogreglers verwendet wird.

Vorzugsweise ist der Datenverarbeiter eines Direkt-Digitalregelsysteras so angeordnet, daß er für jedes Ventil bzw. sonstige Stellglied ein Kommandosignal konstanter Größe erzeugt, dessen Länge jeweils der in der Ventileinstellung vorzunehmenden Änderung proportional ist. Da Ventile und andere Stellglieder typischerweise nicht in der Lage sind, auf derartige Zeitdauersignale anzusprechen, muß das System in der Regel auch eine Einrichtung zur Umwandlung des vom Rechner abgegebenen Kommandosignals in ein für die Betätigung des Ventils geeignetes Stellsignal aufweisen. Außerdem muß das System in der Lage sein, jedes Stellsignal so lange auf dem berechneten Wert zu halten, während der Datenverarbeiter die Berechnungen für die übrigen an das System angeschlossenen Stellglieder durchführt, d.h. es sollte möglichst kein oder jedenfalls nur ein sehr geringes "Auswandern¹¹ des Stellsignals während einer bestimmten Zeltspanne

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auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung eines verbesserten Verfahrensregiere, der verhältnismäßig gedrängt gebaut ist, wirtschaftlich hergestellt werden kann und im Betrieb stabil ist. Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Verfahrensregelsyetems mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt und weggebrochen dargestellte perspektivische Ansicht eines Bauteils des Systems gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch die-^ef- stromempfindliche elektromagnetische Vorrichtung gemäß Fig. 2, in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine teilweise weggebrochene Schnittansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3, in vergrößertem Maßstab,

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Pig. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der verschiedenen Betriebsparameter der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Pig. 6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung typischer Wellenformen und Zeitfolgen der mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten verschiedenen Kommando s i gnale,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Signal-Umsetzvorrichtung,

Fig. 8 einen lotrechten Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7, in vergrößertem Maßstab,

Fig. 9 einen teilweise weggebrochenen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Konstruktion gemäß Fig. 3,

Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9, in vergrößertem Maßstab,

Pig. HA und HB schematische Darstellungen zur Veranschaulichung verschiedener Betriebsmerkmale der erfindungs. geraäßen Vorrichtung,

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Pig. 12A und 12B schematische Darstellungen zur Veranschaulichung gewisser Betriebsmerkmale einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13 ein schematisches Schaltbild eines Ventilstellungs-Anzeigekreises.

In der linken oberen Ecke von Fig. 1 sind mehrere Eingangsleitungen 15 dargestellt, von denen jede an einen nicht dargestellten Fühler, wie einen Durchsatzmesser, Temperaturfühler o.dgl., angeschlossen ist, der ein den Wert der zu messenden bzw. überwachenden Regelgröße anzeigendes Meßsignal erzeugt. Diese Meßsignale, die beispielsweise GKLeichstromsignale in der Größenordnung von 10 - 50 mA sein können, werden über den einzelnen Fühlern zugeordnete Leitungen 15 einem Hochgeschwindigkeit-Digitaldatenverarbeiter 16 eingespeist.

Dieser Datenverarbeiter 16 weist einen Eingangskreis in Form eines Multiplexers 16a auf, welcher alle eingehenden Meßsignale periodisch in vorbestimmter Reihenfolge abfragt. Diese Abfragesignale werden in den Haupt-Rechnerabschnitt des Datenverarbeiters eingegeben, welcher die Meßsignale auf herkömmliche Weise den programmierten arithmetischen Funktionen unterwirft und für jeden einzelnen Fall ein ent-

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sprechendes Signal in Form eines Impuls-Kommandosignalβ vorbestimmter Größe erzeugt, dessen Länge der berechneten, am Stellglied vorzunehmenden Änderung proportional ist.

Diese Kommandosignale werden über einen Zwischenkreis in Form eines Multiplexers 16b auf Ausgangsleitungen 17 verteilt, von denen jede zu einer Signal-Umsetzeinheit 18 führt, die, falls es sich bei dem angeschlossenen Stellglied um ein Ventil handelt, beispielsweise eine noch zu beschreibende Einrichtung zur Erzeugung eines pneumatischen Stellsignals aufweist, welches über eine Leitung 19 diesem Verfahrensregelventil 20 zugeführt wird und dessen Stellung entsprechend ändert.

Fig. 6 veranschaulicht zwei aufeinanderfolgende Zyklen von typischen Kommandosignalen, wie sie über die Leitungen 1? abgegeben werden. Jeder dieser durch jeweils einen großen Buchstaben A-E bezeichneten Impulse stellt ein Kommandosignal dar, das über eine der verschiedenen Ausgangsleitungen 17 übertragen werden kann. Diese Kommandosignale besitzen entweder positive oder negative Polarität, je nachdem, in welcher Richtung das Ventil verstellt werden soll.

Gemäß den Fig. 2 und 3, in welchen die Konstruktion der Signal-Umsetzeinheit 18 im einzelnen veranschaulicht ist, wird

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das über die zugehörige Leitung 17 eingespeiste Kommandosignal über zwei Drähte 40 und 42 an zwei Magnetspulen 36 bzw. 38 einer eine Magnetkraft erzeugenden Vorrichtung 26 angelegt, welche ein mechanisches Glied über eine Strecke zu bewegen vermag, welche eine ungefähr lineare Punktion der Zeitdauer jedes Kommandosignals darstellt. Die Vorrichtung 26 erzeugt somit während des Auftretens jedes Kommandosignals eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit.

Die Magnetspulen 36 und 38 umschließen ein eine viskose Flüssigkeit 32 enthaltendes hohles Rohr 34, in welchem ein Kolben 30 gleitfähig gelagert ist, der im wesentlichen aus einem zylindrischen Dauermagneten 102 mit Endstücken 104 und 106 besteht, von denen das letztere mit einer Umfangsdichtung 108 versehen ist. Der Kolben wird von einem Flüssigkeitsdurchgang mit verengtem bzw. Drosselquerschnitt durchsetzt. Die Eigenschaften dieses Flüssigkeitsdurchgangs werden im folgenden noch näher erläutert.

Die Magnetspulen 36 und 38 sind in Reihe geschaltet, jedoch entgegengesetzt gewickelt, so daß sie gegenüber ihrer Längsachse jeweils einen entgegengesetzten Magnetfluß erzeugen. Ein Kommandosignal der einen Polarität läßt den Kolben sich in die eine Richtung bewegen, während ein Kommandosignal entgegengesetzter Polarität eine Bewegung des Kolbens in die

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entgegengesetzte Richtung zur Folge hat. Bei verhältnismäßig kleinen Verschiebungen des Kolbens aus seiner zentralen Stellung ist die durch die Spulen erzeugte Kraft ungefähr der Größe des Stromflusses durch diese Spulen proportional. Da dieser Stromfluß während des Auftretens jedes Kommandosignals praktisch konstant ist, ist die durch die Magnetspulen erzeugte Kraft während der Dauer des Kommandosignals nahezu völlig konstant.

Der Bewegung des Kolbens 30 in Abhängigkeit von der durch die Magnetspulen erzeugten Antriebskraft wird durch den Widerstand der Flüssigkeit 32 beim Durchfliegen des Drosseldurchgangs durch den Kolben entgegenwirkt. Bei vorgegebener Fluidumtemperatur ist der durch diese " Dämpferwirkung¹¹ erzeugte Widerstand derart, daß sich der Kolben mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Funktion der Größe der auf den Kolben 30 einwirkenden Kraft und somit eine Funktion der Größe des durch die Magnetspulen fließenden Stroms ist.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Stromgröße der an die Magnetspulen 36 und 38 angelegten Verfahrens-Kommandosignale konstant, so daß sich der Kolben 30 mit praktisch konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die vom Kolben zurückgelegte Strecke ist somit der Zeitdauer des betreffenden Kommandosignals proportional.

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Im folgenden ist der Aufbau der Signal-Urasetzeinheit näher erläutert. Der Kolben 30 ist an seinem oberen Ende an einem Lenker 44 befestigt, der seinerseits mittels eines Kugelgelenks 46 mit einem aufwärts aus der Oberseite der Umsetzeinheit 26 herausragenden Ausgangsschaft 48 verbunden ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Ausgangsschaft 48 über eine Gestängeanordnung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines der lotrechten Stellung des" Schafts 48 entsprechenden Drucksignals verbunden.

Die Vorrichtung zur Umwandlung des durch den Schaft 48 gelieferten Signals in ein pneumatisches Stellsignal besteht aus einer Gestängeanordnung 54, die mittels eines Kugelgelenks 50 und eines Hebelarms 52 mit dem Schaft 48 verbunden ist. Das Gestänge 54 ist mit einem pneumatischen Geber 56 verbunden, der seinerseits an ein pneumatisches Relais 58 angeschlossen ist, welchem über eine Druckluftleitung 61 Druckluft zugeführt wird, woraufhin es über die Leitung I9 ein pneumatisches Stellsignal an das Ventil 20 (Pig. I) abgibt. Änderungen in der lotrechten Stellung des Kolbens 30 haben unmittelbar proportionale Änderungen in der Größe des Drucks des der Leitung I9 aufgeprägten Signals zur Folge.

Die Signal-Umsetzeinheit 18 weist ein Metallgehäuse 55 auf, dessen Deckel in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Die

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die Magnetkraft erzeugende Vorrichtung 26 weist eine rechteckige Basis 62 mit vier Gewindebohrungen 68 auf, in welche Schrauben zur Befestigung der Vorrichtung am Boden des Gehäuses 55 eingeschraubt sind. Das pneumatische Relais 58 ist ebenfalls am Boden des Gehäuses 55 befestigt, wobei die Schläuche 19 und 61 sowie deren Anschlüsse Öffnungen im Gehäuseboden durchsetzen.

Eine Anbauplatte 51 ist an einer U-Profil besitzenden Halterung 53 befestigt, die an ihren Kanten am Zylinderrohr 64 der Vorrichtung 26 angeschweißt ist. An der Platte sind das Gestänge 5k„ der pneumatische Geber 56 und ein Potentiometer 87 angebaut, während die Platte 5I nicht am Gehäuse 55 befestigt ist, so daß die an dieser Platte 5I angebauten Bauteile steif und sicher gegenüber der Vorrichtung 26 ,gehaltert sind und nur eine geringe Möglichkeit für Mißausrichtungen infolge von auf das Gehäuse einwirkenden äußeren Kräften besteht.

Bei genauer Betrachtung des Gestänges 5k erkennt man, daß sich das linke Ende 63 des Hebelarms 52 zwischen zwei Muttern 65 und 67 auf einer Schraube 69 auf und ab bewegt, die an einer an der Anbauplatte 5¹ angebrachten Halterung 71 angeschweißt ist· Diese Anordnung bildet eine einstellbare Anschlageinrichtung zur Begrenzung des Ausmaßes der lotrechten

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Bewegung des Kolbenschafts 48 und des Kolbens 30.

Der Hebelarm 52 ist an seinem rechten Ende starr an einer Welle 73 befestigt, die drehbar am einen Ende in der Anbauplatte 51 und am anderen Ende in einer angewinkelten Halterung 75 gelagert ist. Die Halterung 75 ist mit Hilfe von zwei Stiften bzw. Zapfen 77 an der Anbauplatte 51 befestigt,

Mit der Welle 73 ißt außerdem starr ein weiterer Hebel 79 verbunden, an dessen einem Ende ein exzentrisch gelagertes zylindrisches Gegengewicht angebracht ist. Dieses Gegengewicht 81 bildet einen Gewichtsausgleich für das Gewicht des Kolbens und der anderen, mit dem Hebelarm 52 verbundenen Bauteile und macht die Vorrichtung auf kleine auf den Kolben 30 einwirkende Kräfte ansprecherapfindlich. Das Gegengewicht 81 ist exzentrisch auf dem Hebel 79 gelagert, so daß es zur Verstellung der Größe des von ihm auf die Welle 73 ausgeübten Drehmoments einstellbar ist.

Mit der Welle 73 ist außerdem starr ein weiterer Hebel 83 verbunden, der an seinem rechten Ende mit dem Wischarm 85 eines Potentiometers 87 verbunden ist, dessen elektrische Anschlußleitungen 89 mit einem nicht dargestellten Meßgerät o.dgl. Einrichtung zur Anzeige der Größe des durch die Stellung des Kolbenschafts 48 bestimmten Signals verbunden sind.

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Die Reibung zwischen dem Wischarm 85 und dem Widerstandskörper des Potentiometers 87 wird vorteilhafterweise als Bremse ausgenutzt, um das Gestänge 5¹+ und somit den Kolben 30 sowie das vom Umwandler 24 abgegebene Stellsignal

zwischen.aufeinanderfolgenden Kommandosignalen auf einem konstanten Wert zu halten und hierdurch zu gewährleisten, daß das von der Signal-Umsetzeinheit abgegebene Signal nicht "auswandert"·

Am hintersten Ende der Welle 73 ist außerdem noch ein Hebel 91 befestigt, der schwenkbar mit einem waagerechten Hebel verbunden ist, welcher seinerseits schwenkbar mit einem Klappenhebel 95 des pneumatischen Gebers 56 verbunden ist.

Obwohl es sich beim Geber 56 um eine bekannte Vorrichtung handelt, wird seine Arbeitsweise im folgenden der Vollständigkeit halber beschrieben. Der Klappenhebel 95 ist starr an einer Welle 97 befestigt, die schwenkbar in einer Halterung 99 gelagert ist. An der Welle 97 ist eine "Klappe" 101 aus dünnem biegsamen Metall starr befestigt, deren unteres Ende die Auslaßöffnung einer Druckluftdüse 103 abdeckt, welche über einen Schlauch 105 mit Druckluft vom Relais 58 beaufschlagt wird. Zwischen einer lotrechten Stützplatte 109 und dem mittleren Abschnitt der Halterung 99 ist ein Druckluftbalgen 107 montiert, der über einen anderen biegsamen

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Schlauch 111 vom Relais 58 her mit Druckluft beaufschlagt wird. Die Halterung 99 und die Stützplatte 109 sind durch eine Grundplatte 113 miteinander verbunden, wobei die Hai», terung 99 mittels einer Biegestelle 115 schwenkbar an der Grundplatte 113 gelagert ist.

Wenn sich der Kolbenschaft 48 der Vorrichtung 26 in eine neue lotrechte Stellung bewegt, wird die Welle 73 durch den Hebelarm 52 verdreht und wird die Stellung des Potentiometerwischers 85 in lotrechter Richtung geändert, so daß sich das Anzeigesignal ändert. Der Hebel 91 verdreht sich mit der Welle 73 und bewegt dabei über die Hebel 93 und 95 die Klappe 101 entweder von der Auslaßöffnung der Düse 103 weg oder näher an diese heran.

Das Relais 58 ist ebenfalls von bekannter Bauart, wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 105 508 beschrieben ist. Es weist eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Leitungsdrossel der üblicherweise in Klappen-Düsen-Regelvor« richtungen verwendeten Art auf, die zwischen die Druckluft-Speiseleitung 61 und den Schlauch 105 eingefügt ist, so daß der Gegendruck der Düse 103 durch Ausrichtung der Klappe 101 gegenüber der Auslaßöffnung der Düse 103 geregelt wird. Über den Schlauch 111 wird dem Auslaflschlauch 19 und dem Balgen 107 ein pneumatieohes Signal zugeführt, dessen Größe dem Düsen-Gegendruck unmittelbar proportional ist und unter

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dessen Einfluß der Balgen 107 die Halterung 99 entweder auf die Öffnung der Düse 103 zu oder von dieser weg verechwenkt, um die Klappe 101 vor der Stellungsänderung des Schafts 48 innerhalb von wenigen Tausendstel Millimetern in ihrer Stellung auszurichten· Diese geringfügige Änderung der Klappenstellung reicht aus, um das dem Schlauch 19 aufgeprägte Stellsignal in beträchtlichem Ausmafl zu ändern. Auf diese Weise liefert der Druckluftschlauch 19 ein pneumatisches Stellsignal, dessen Größe der Stellung des Schafts 48 und des Kolbens 30 unmittelbar proportional ist.

Im folgenden werden die konstruktiven Einzelheiten der Einheit 26 wiederum anhand von Fig. 3 beschrieben. Der Rohrkörper 64 der Vorrichtung 26 besteht aus einer Metallhülse, deren Unterseite an der Basis 62 angeschweißt ist. Die Basis 62 weist an ihrem unteren Ende einen mit Innengewinde versehenen Anschlusstutzen 70 auf, der gemäß Fig. 2 eine explosionsgeschützte Leitung 72 aufzunehmen vermag, welche die Drähte 40 und 42 umhüllt und sie zu einem von der Einheit 26 entfernten "sicheren" Raum führtj hierdurch wird ein explosionssicherer Betrieb der Vorrichtung gewährleistet. Die Drähte 40 und 42 durchsetzen jeweils eine von zwei in der Basis 62 vorgesehenen Bohrungen 72 bzw. 74 und sind an elektrische Anschlüsse 76 angeschlossen, von denen in Fig. nur einer dargestellt ist. Das untere Ende des Rohrs 34 ist

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mittels eines Epoxyharzklebers auf einen vorspringenden Abschnitt 80 der Basis 62 aufgeklebt. Die Anschlüsse 76 sind an einer das Rohr 34 an dessen Unterseite umgebenden Scheibe 82 aus Isoliermaterial befestigt. Die die Drähte 40 und 42, den Anschluß ?6 und die Verbindung des Hohrs 34 mit der Basis 62 umgebenden Zwischenräume sind mit Epoxyharz ausgegossen, welches auch die Räume 78 zwischen der Außenhülse 64 und den Spulen 36 und 38 ausfüllt, um die Drähte 88 der Spulen gegenüber den diese umgebenden Teilen der Vorrichtung zu isolieren. Eine dünne Isolierscheibe 84 trennt die Spulen 36 und 38 voneinander, während die Spulen 36 und 38 mittels einer dünnen Hülse 86 (Fig. 4) aus dem unter dem geschützten Handelsnamen "Mylar" bekannten Isolier-Kunststoff gegenüber dem Rohr 34 isoliert sind.

Diese bauliche Anordnung besitzt den Vorteil, ohne Verwendung einer schweren Abschirmung explosionsgeschützt zu sein. Die Spulen 36 und 38 sind von Epoxyharz umschlossen und die Verbindung zwischen dem Rohr 34 und der Basis 62 ist an der Oberseite der Vorrichtung durch eine Flüssigkeitssäule von etwa 75 mm Länge gegenüber der Atmosphärenluft getrennt. Auf diese Weise sind die elektrischen Anschlußklemmen gut gegenüber der Außenluft isoliert, so daß die Vorrichtung nicht von einem schweren Gehäuse umschlossen zu sein braucht, um den für explosionsgeschützte Vorrichtungen gültigen Vorschriften zu genügen.

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Die Einheit 26 ist mit einer Kappenanordnung 66 "auslauf sicherer" Bauart versehen, die ein Abstandglied 90 in Form eines Napfes mit einer in seinem Boden vorgesehenen Öffnung und in Richtung auf diese Öffnung geneigten Bodenwänden 92 aufweist. Diese Öffnung bildet die obere Öffnung für das Rohr 34. An der Oberkante des Abstandglieds 90 ist zwischen einer Dichtung 96 und einer Abschirrascheibe 98 ein inneres Kappenglied 94 mittels eines Haltestücks 100 befestigt, welches auf ein an der Oberseite der Hülse 64 vorgesehenes Außengewinde aufgeschraubt ist. Der abwärts abstehende Hülsenabschnitt 64 des inneren Kappenglieds 94 hindert bei einem Umkippen der Vorrichtung den größten Teil der Flüssigkeit an einem Auslaufen aus dem Rohr. Wenn die Vorrichtung wieder in lotrechte Stellung zurückgebracht wird, fließt die Flüssigkeit 32 in das Rohr 34 zurück.

Der Kolben 30 besitzt eine Anzahl vorteilhafter Merkmale, die sich am besten anhand von Fig. 4 und auch von Fig. 3 erläutern lassen. Der Kolben 30 besteht aus einem hohlen, dickwandigen, rohrförmigen Dauermagneten 102 mit zwei aufgeschweißten Messing-Endstücken 104 und 106. Der Magnet kann aus jedem bekannten permanentmagnetischen Material bestehen und ist vorzugsweise aus "Alnico 5"» einer speziellen permanentmagnetischen Metallegierung gegossen.

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Ein großer Teil des durch die Spulen des üblichen Solenoids erzeugten Magnetflusses dient zur Sättigung des typischerweise aus Weicheisen bestehenden Kolbens. Der erfindungsgemäße Kolben 30 ist dauermagnetisiert und somit effektiv bereits mit Magnetfluß gesättigt, so daß die Magnetfluß verminderung im Kolben bei seiner Bewegung aus seiner Zentralstellung verhältnismäßig gering ist. Aus diesem Grund bleiben die Kraftänderungen über ein beträchtliches Stück von der Zentralstellung entfernt durchaus innerhalb annehmbarer Grenzen.

Gemäß Fig* b ist im unteren Endstück 106 des Kolbens 30 eine Umfangsnut vorgesehen, in die ein aus Kunststoff bestehender Kolbenring 108 eingesetzt ist, welcher einen fluidumdichten Sitz zwischen dem Kolben 30 und der Wand des Hohrs Jk gewährleistet. Außerdem bewirkt der Ring 108 einen Widerstand gegenüber einer Kolbenbewegung, wodurch zusammen mit der Reibung des Schleifers 85 des Potentiometers 8? eine Bremswirkung gewährleistet wird, welche den Kolben zwischen aufeinanderfolgenden Kommandosignalen in seiner Stellung hält und hierdurch ein "Auswandern" verhindert.

Das Endstück 106 weist eine zentrale Axialöffnung auf, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der im Magneten 102 vorgesehenen Bohrung. In diese Öffnung ist ein Kapillarrohr

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vorbestimmten Innendurchmessers und vorbestimmter Länge eingesetzt, welches bei einer Bewegung des Kolbens 30 durch das Fluidum 32 von diesem durchströmt wird.

Das obere Endstück 104 weist in seinem obersten Ende eine Öffnung 112 und eine mit dieser kommunizierende erweiterte Ausnehmung 114 auf, in welche ein Edelstein-Drosselglied eingesetzt ist, das in einem Bereich verringerter Dicke mit einer sehr kleinen, zentral angeordneten Öffnung 118 versehen ist, welche eine scharfkantige Düse bzw. Drosselöffnung bildet.

Weiterhin ist ein zweites Kapillarrohr 120 vorbestimrater Länge und vorbestimmten Innendurchmessers in das obere Ende des Endstücks 104 eingesetzt, welches das Endstück durchsetzt und dessen Innendurchmesser vorzugsweise wesentlich kleiner als derjenige des unteren Kapillarrohrs 110 ist.

Wenn auf den Kolben 30 eine Kraft ausgeübt wird, wird das im Rohr 34 befindliche Fluidum 32 durch das am einen Ende des Kolbens vorgesehene Kapillarrohr 110 und durch die durch das Kapillarrohr 120 und die Düse 118 festgelegten parallelen Durchgänge hindurchgedrückt. Diese Anordnung gewährleistet eine vorteilhafte Temperaturkompensation, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 30 durch das Fluidum 32

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unter konstanter, auf den Kolben einwirkenden Kraft unabhängig von weiten Temperaturschwankungen des Fluidums praktisch konstant bleibt.

Bei den bekannten Dämpfer- bzw. Pufferanordnungen fließt das Fluidura zwischen dem Kolben und den Zylinderwänden häufig turbulent, während die erfindungsgeraäße Anordnung einen im wesentlichen laminaren Fluidumstrom gewährleistet, d.h. das Fluidum strömt mit niedriger Heynold-Zahl und wenig oder gar keiner Turbulenz. Bei Vorliegen derartiger Strömungsbedingungen ist die Kolbengeschwindigkeit eine umgekehrte Funktion der Viskosität des Fluiduras, durch welches sich der Kolben bewegt. Als Nachteil ist Jedoch zu verzeichnen, daß sich die Viskosität selbst der besten verfügbaren Pufferfluiden stark in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Obwohl sich die von der Firma Dow-Corning unter der Bezeichnung "DC 200" vertriebene Dimethylpolysiloxan-Flüssigkeit mit einer Viskosität von 5 centistoke als eine für diesen Zweck am besten geeignete Pufferflüssigkeit erwiesen hat, beträgt ihre Viskosität etwa 2 cp bei -31,7⁰C und 28 cp bei +80⁰C, d.h. sie besitzt einen Schwankungsbereich von mehr als 10:1. Die durch eine derart große Viskositätsänderung bewirkte Änderung der Kolbengeschwindigkeit ist nicht tolerierbar.

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Durch die Bereitstellung des Drosselglieds 116 mit seiner scharfkantigen Düse 118 wird jedoch die Änderung der Kolbengeschwindigkeit bei Temperaturschwankungen weitgehend herabgesetzt, da hierdurch das Pluidum zu einer turbulenten anstelle einer laminaren Strömung gezwungen wird. Bei turbulenter Strömung ist die Kolbengeschwindigkeit im wesenfcliehen unabhängig von der Pluidumviskosität und ist vielmehr eine umgekehrte Punktion der Quadratwurzel der Fluidumdichte. Die Dichte des Fluidums ändert sich jedoch in wesentlich geringerem Ausmaß als seine Viskosität.

In Fig. 5 ist die Geschwindigkeit des Kolbens 30 als Punktion der Temperatur bei konstanter Spannung an den Spulen 36 und 38 graphisch dargestellt. Die Kurve X veranschaulicht die Änderungen der Kolbengeschwindigkeit, wenn der Fluiduafluß nur durch die Düse 116 erfolgt, d.h. wenn das Kapillarrohr 110 entfernt und das Kapillarrohr 120 blockiert ist. Diese Kurve zeigt eine Änderung der Kolbengeschwindigkeit von nur etwa 18 % über einen Temperaturbereich von etwa HO⁰C, was eine beträchtliche Verbesserung gegenüber der Änderung von ICU bzw. 1000 % darstellt, die bei einer Laminarströmung am Kolben vorbei auftreten würde.

Die Kurve X wurde statt des negativen Gefälles gemäß Pig. 5 ein verhältnismäßig geringes positives Gefälle besitzen,

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sofern keine andere Ä'nderungsUrsache in der Änderung der Kolbengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur bestehen würde. Bei zunehmender Temperatur der Spulen 36 und 38 nimmt jedoch auch deren Widerstand zu. Bei gemäß Fig. 6 konstante Spannung besitzenden Kommandosignalen trachtet der Stromfluß durch die Spulen, mit zunehmender Temperatur abzunehmen, wodurch die an den Kolben angelegte Kraft herabgesetzt wird, was eine Verringerung der Kolbengeschwindigkeit mit sich bringt. Das negative Gefälle der Kurve X beruht also auf dem temperaturabhängigen Spulen« widerstand.

Es ist zu beachten, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidums durch die Düse 116 der Quadratwurzel des auf das Fluidum ausgeübten Drucks proportional ist. Da dieser Druck der auf den Kolben einwirkenden Kraft proportional ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch die Kolbengeschwindigkeit der Quadratwurzel der ausgeübten Kraft proportional. Dies ist insofern vorteilhaft, als sich die Kolbengeschwindigkeit, während sich die angelegte Kraft mit der Kolbenstellung und mit Temperaturänderungen ändert, um einen kleineren Faktor proportional zur Quadratwurzel der Kraftänderung ändert.

Das parallele Kapillarrohr 120 dient zum Ausgleich für die

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negativen Geschwindigkeitseigenschaften der Kurve X, d.h. zur Kompensation der Auswirkungen der Abnahme der Fluidumdichte und der Zunahme des Spulenwiderstands bei steigender Temperatur, Der FluidumfluS durch das Kapillarrohr 120 erfolgt laminar und die Strömungsgeschwindigkeit durch das Rohr 120 ist der Fluidumviskosität umgekehrt proportional. Der GesamtfluQ durch den Kolben 30 setzt sich aus dem Fluidumstrom durch die Düse 118 und dem Fluidumstrom durch das Kapillarrohr 120 zusammen. Die bei Verwendung sowohl des Kapillarrohrs 120 als auch der Düse 118 erzielte kombinierte Geschwindigkeitskurve ist in Fig. 5 mit Y bezeichnet. Die Änderungen der Fluidumdichte und des Spulenwiderstands geben der Kurve ein leicht negatives Gefälle, während das Kapillarrohr 120 der Kurve Y ein positives Gefälle verleiht. Die Gesamt-Geschwindigkeitsschwankung über einen Temperaturbereich von etwa HO⁰C wird durch diese Kombination auf etwa 5 % herabgesetzt.

Eine weitere Verbesserung der Geschwindigkeits-Temperatur-. kurve wird durch die Bereitstellung des Kapillarrohrs HO erreicht. Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Kapillarrohr 120 ist dem Druck auf das Fluidum unmittelbar proportional. Der Druckabfall über die Länge des Rohrs 110 vermindert den auf die Düse und das Kapillarrohr 120 einwirkenden Druck und setzt somit die Strömungsgeschwindigkeit durch

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diese Öffnungen herab. Da die Strömung durch das Kapillarrohr 110 laminar ist, let die Größe des Druckabfalls längs des Rohrs 110 der Viskosität unmittelbar proportional, so daß das Rohr 110 danach trachtet, die Kolbengeschwindigkeit bei zunehmender Temperatur zu verringern.

Durch entsprechende Auswahl der Relativabmessungen zwischen den Kapillarrohren 110 und 120 sowie der Düse 118 kann die Kolbengeschwindigkeit im Hinblick auf Temperaturechwankungen nahezu ganz konstant ausgelegt werden. In Fig. 5 zeigt die Kurve Z die bei Verwendung beider Kapillarrohre 110 und 120 sowie der Düse 118 erzielten Ergebnisse. Es hat sich gezeigt, daß die gesamte Geschwindigkeitsschwankung in diesem Fall nur etwa 95 % über einen Temperaturbereich von etwa 110⁰C hinweg beträgt.

Nachstehend sind typische Abmessungen des vorstehend beschriebenen Pluidumdurchgangs angegeben, wie sie bei einer bereits zufriedenstellend erprobten Ausführungsform der Erfindung angewandt wurden. Bei dieser Ausführungsforra besitzt die Düse 118 einen Durchmesser von etwa 0,234 mm, während die Zentralöffnung im Magneten 102 einen Durchmesser von etwa 3,96 mm besitzt. Das mit dieser in Reihe liegende Kapillarrohr HO besitzt einen Innendurchmesser von etwa 1,27 mm und eine Länge von etwa 28,2 mm, während das parallel

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liegende Kapillarrohr 120 einen Innendurchmesser von etwa 0,229 mm und eine Lange von etwa 13,67 mm besitzt.

In den Fig. 7 und 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform der elektromagnetischen Einheit dargestellt. Diese Einheit 122 ist in manehsr Hinsicht der Einheit 26 gemäß den Pig. und 4 ähnlich, weshalb enfcspreohende Bezugsziffern zur Bezeichnung von bei beiden Konstruktionen ähnlichen Bauteilen verwendet werden. Die Hauptunterschiede zwischen den Einheiten 26 und 124 bestehen eiianal darin, daß bei letzterer das Dämpfer- bzw. Puffern uiduii 32 nicht durch den Kolben strömt, wenn dieser sich in. Eolrt* 3^ bewegt, sondern vielmehr über einen Umleitkanal um den Kolbar herumgeleitet wird, Außerdem ist ein Ventil zur Eineteilung der Durchsatzmenge durch den Uraleitkanal vorgesehen, so daß das Verhältnis von Stromstärke zu Kolbengeschwlndigkeit eingestellt werden kann. Zudem ist in diesem Fall keine Düsen- oder Kapillarrohre*!» Ordnung für einen Temperaturausgleich vorgesehen. Schließlich besteht der Kolben 30 noch aus einer zusammengesetzten Konstruktion, wie sie nachstehend näher erläutert werden wird.

Gemäß Fig. 8 weist die elektromagnetische Einheit 122,eine Basis 12*4- einen Oberteil 126, ein Umleitrohr 128 und eine Spulenanordnung auf. Letztere besteht aus entgegengesetzt

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gewickelten Spulen 36 und 38 und entspricht praktisch der bei der Einheit 26 gemäß Pig. 3 verwendeten Anordnung.

Der Oberteil 126 ist mit einer waagerechten Bohrung I30 versehen, die mit dem oberen Abschnitt des Hohrs 34 in Verbindung steht, während die Basis 124 mit einer ähnlichen waagerechten Bohrung 134 versehen ist, die mit der Unterseite des Rohrs 34 kommuniziert. Die waagerechten Bohrungen 130 und I34 kommunizieren mit lotrechten Bohrungen, die durch das Umleitrohr 128 miteinander verbunden sind und eine Umleitung zwischen Ober- und Unterseite des Rohrs 34 bilden. Basis und Oberteil sowie die Spulenhülse 64 sind durch zwei Schraubbolzen I36 und 138 (Fig. 7 und 8) zusammengehalten. Im Oberteil 126 und in der Basis 124 sind Gewindebohrungen 131 bzw. 133 zum Anbau der Einheit 122 an einer Halterung vorgesehen. In das Ende jeder Bohrung 131 und ist zum Verschließen derselben je eine Metallkugel 135 eingesetzt.

Der Fluidum-Umleitkanal ist mit einem Nadelventil 140 versehen, das einen mit Gewinde versehenen Schaft 142 mit einem geschlitzten Kopf 144 und einer spitzgedrehten Spitze 146 aufweist. Der Gewindeschaft ist in eine im Oberteil 126 vorgesehene Gewindebohrung eingeschraubt und in der Zeichnung in seiner innersten Stellung dargestellt, in welcher er mit

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seiner Spitze die Umleitung vollständig verschließt und somit den Fluidurafluß durch diese Leitung völlig blockiert. Der Schlitzkopf 144 kann gedreht werden, um die Spitze 146 zurückzuziehen und eine verstellbare Öffnung zur Änderung der Pluidum-Durchsatzmenge durch die Leitung zu schaffen. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Kolbens 30 eingestellt werden, so daß seine Bewegungsgröße bei einer vorgegebenen Größe des angelegten elektrischen Stroms vergrößert oder verringert werden kann.

Der Kolben 30 gemäß Pig. 8 besteht aus zwei permanentmagnetischen Endabschnitten 14b und 150, die an einem zentralen Weicheisenstück 152 befestigt sind. Der Kolbenschaft 48 ist mittels einer Endplatte 154 an der Oberseite des Magneten 148 angebracht. Am oberen Ende des Schafts 48 ist eine Kugelverbindung 156 vorgesehen.

Die aus den Spulen 36 und 38 in Verbindung mit dem zusammengesetzten Kolben 30 bestehende Solenoidanordnung gewährleistet eine wesentlich konstantere Kraft als das Solenoid gemäß Fig. 3· Der Grund hierfür läßt sich am besten anhand der Fig. 11 und 12 erkennen.

Fig. HA zeigt schematisch eine Solenoidanordnung mit einem einen einzigen Dauermagneten aufweisenden Kolben 30,

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der gegenüber den entgegengesetzt gewickelten Spulen 36 und 38 zentral angeordnet ist. Außerdem sind in Pig. HA drei Kurven l60a, 162 und 164a eingezeichnet, weiche qualitativ die Änderung des Magnetflusses und der Kolbenkraft längs des Solenoids veranschaulichen.

Die Kurve 160a gibt die Änderung der Luftspalt-Radialflußdichte längs des permanentmagnetischen Kolbens, d.h. die Änderung der radialen Komponente des Magnetflusses im Luftspalt zwischen dem Magneten und der Wand seines Gehäuses an. Die Magnetflußdichte ändert sich vom Nord- zum Südpol ungefähr linear und beträgt an einem Punkt in der Mitte zwischen beiden Polen e Null.

Die Kurve 162 gibt die Amperewindungen pro Längeneinheit der Spulen 36 und 38 an, wenn in beiden Spulen gleichgroße Ströme fließen. Der durch die Spule 36 erzeugte Magnetfluß besitzt gegenüber dem durch die Spule 38 erzeugten Magnetfluß umgekehrte Polarität.

Die Kurve 164a schließlich veranschaulicht die Änderung der auf den Kolben ausgeübten Kraft, die an jedem Punkt des Diagramms proportional dem Produkt aus der Araperewindungszahl und der Magnetflußdichte im Luftspalt des Permanentmagneten an diesem Punkt ist. Aus diesem Grund ist die auf

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den Kolben ausgeübte Kraft In der Mitte des Magneten gleich Null. Die auf den Kolben 3D insgesamt ausgeübte Kraft ergibt sich aus der Summe der in Fig. 11A durch die Kurve 164a angedeuteten Kräfte, d,h. durch das Integral über der X-Achse auf die Länge des Solenoids,

Fig. HB zeigt das gleiche Solenoid wie Fig. 11A» jedoch mit um einen Abstand m nach rechts von der Mitte verschobenem Kolben 30, Die Kurve 160b entspricht daher der Kurve 160a, jedoch ^ it des Unterschied, daß alle Punkte um den Abstand m nach rechts verschoben sind. Da die die Amperewindungszahl pro Längeneinheit der Spule darstellende Kurve 162 unverändert bleibt, ist sie l-i Fig. HB nicht noch einmal dargestellt« Da die Magnetflußdichte im Luftspalt des Magneten im bereich ra negativ ist und die Amperewindungszahl pro Spulen-Längeneinheit positiv ist, ist die in diesem Bereich erzeugte Kraftkomponente I65 negativ und wirkt der über die restliche Länge des Solenoids ausgeübten Kraft entgegen«, Hierdurch wird die durch die Kurve 164b dargestellte verfügbare Geeamtkraft um einen Betrag verringert, welcher dem Quadrat des vom Kolben in der Spule zurückgelegten Wegs m proportional ist.

Fig. 12A zeigt ein ähnliches Solenoid wie Fig. UA, nur mit dem Unterschied, daß der Kolben die Konstruktion gemäß

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Pig. 8 besitzt, d.h. der Kolben weist ein zentrales Weicheisenstüok 152 auf, das zwischen zwei Permanentmagnetglieder 148 und 150 eingefügt ist.

In Fig. 12A veranschaulicht die Kurve 166a die Änderung der Magnetflußdichte im Luftspalt des Permanentmagneten, welche im wesentlichen den durch die Kurve 160a gemäß Pig. HA dargestellten Verlauf hat, nur mit dem Unterschied, daß sie in der Nähe des Weicheisenstücks I52 nahezu Null beträgt.

Die Änderung der Amperewindungszahl pro Längeneinheit der Spule gemäß Kurve 168 entspricht praktisch dem Verlauf gemaß der Kurve 162 in Fig. HA.

Die durch die Kurve 170a veranschaulichte Kraftänderung für das Solenoid entspricht praktisch derjenigen gemäß der Kurve 164a gemäß Fig. HA, nur mit dem Unterschied, daß im Weicheisenkern keine Kraft erzeugt wird, da der Magnetfluß im Luftspalt an diesem Abschnitt gleich Null ist.

Fig. 12B zeigt die Kurt.e 166b für die Magnetflußdichte im Luftspalt des Permanentmagneten und die Kraftkurve 170b im Fall der Kolbenkonstruktion, welche der Fig. 12A zugrundeliegt, nachdem sich der zusammengesetzte Kolben um einen

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Betrag m verschoben hat, welcher ungefähr der halben Länge des Weicheisenabschnitts I52 entspricht. Durch das Vorhandensein des Weicheisenstücks wird die Magnetflußdichte im Luftspalt des Permanentmagneten über seine Länge hinweg auf konstantem Nullwert gehalten und wird die Erzeugung einer negativen Kraftkomponente vermieden, solange sich der Kolben um einen Betrag aus seiner zentralen Lage verschiebt, der nicht größer ist als der Abstand m. Auf diese Weise wird durch den zusammengesetzten Kolben ein Bewegungsbereich erzielt, über welchen nur eine geringe Kraftänderung auftritt, wodurch die Genauigkeit der elektromagnetischen Vorrich· tung 122 erhöht wird, in welcher der zusammengesetzte Kolben angewandt ist.

Die elektromagnetische Vorrichtung 122 gemäß den Fig. 7 und 8 ist nicht nur insofern vorteilhaft als der zusammengesetzte Kolben eine vergleichsweise konstantere Kraftänderungskurve besitzt, sondern auch in der Hinsicht, daß er vergleichsweise weniger empfindlich gegenüber durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen Fehlern ist als dies ohne den Fluidum-Uraleitkanal der Fall wäre. Ein beträchtlicher Teil des Fluidums 32 steht nicht in enger Berührung mit dem um die Spulen 36 und 38 herum vorgesehenen Gehäuse und ist daher nicht der Erwärmung ausgesetzt, die durch die elektrische Erwärmung dieser Spulen hervorgerufen werden kann·

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Ersichtlicherweise kann der zusammengesetzte Kolben gemäß Fig. 8 ebenfalls auf die in Fig. 3 dargestellte Weise mit einer ihn durchsetzenden Bohrung versehen sein und ebenfalls die Temperatur-Ausgleichanordnungen gemäß Fig. aufweisen. Außerdem ist es ersichtlich, daß bei der Konstruktion gemäß Fig. 8 gewünschtenfalls ein voller, aus einem einzigen Magneten bestehender Kolben angewandt werden kann.

In den Fig. 9 und 10 ist ein weiter abgewandelter Kolben dargestellt, bei welchem das Fluidum zwischen dem Kolben und der Wand des Kolbenrohrs fließt, wodurch die Notwendigkeit für einen Umleitkanal entfällt, wie er bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 7 und 8 vorgesehen ist, oder für einen hohlen Dauermagneten, wie er bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 vorgesehen ist. Der Kolben gemäß den Fig. 9 und 10 weist einen zylindrischen Dauermagneten I72, zwei nichtraagnetische Führungsplatten 174 und 176 und einen an der obersten Platte 174 befestigten Kolbenschaft I77 auf. Jede Führungsplatte 174 und I76 besitzt solchen Durchmesser, daß sie in fluidumdichter Gleitberührung mit der Innenwand des Rohrs 34 steht. Gemäß Fig. 10 weist jede Platte 174, I76 in ihrer Kante vier symmetrisch verteilte Kerben 178 auf, die kleine Fluidum-Durchflußkanäle festlegen, über welche das Fluidum 32 vom einen Ende

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des Kolbens zum anderen feu strömen vermag.

Die Führungsplatten 17^ und I76 richten den Kolben zentral im Rohr 3^ aus, so daß das Fluidum symmetrisch um den Kolben herumzufließen vermag. Falls diese Zentriermittel nicht vorhanden wären, würde der Kolben danach trachten, sich insbesondere unter dem Einfluß der auf ihn einwirkenden elektromagnetischen Kräfte näher an die eine Seite des Rohrs als an die andere anzulegen. Infolge einer solchen Mißausrichtung würde der Fluidumdurchgang asymmetrisch werden und würden sich Instabilität und/oder Fehler in der Kolbenbewegung durch das Fluidum ergeben,

Die in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Vorrichtungen können als Integratoren verwendet werden. Die durch den Kolben zurückgelegte Strecke ist der an ihn angelegten Kraft proportional und diese Kraft ist ihrerseits ungefähr dem über die Magnetspulen fließenden Strom proportional. Infolgedessen ist die vom Kolben zurückgelegte Strecke dem Zeitintegral des angelegten elektrischen Signals proportional. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 3 und 4 arbeitet auf ähnliche Weise, nur mit dem Unterschied, daß die vom Kolben zurückgelegte Strecke dem Zeitintegral der Quadratwurzel des angelegten elektrischen Signals proportional ist.

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Pig. 13 zeigt eine Anordnung zum Messen und Anzeigen der Stellung des Kolbens 30 des elektromagnetischen Puffer-Integrators. Diese Anordnung verwendet die Spulen 36 und 38 sowie den Kolben 30 als Differentialinduktor. Die Spulen 36 und 38 bilden zwei Zweige einer Brücke mit zwei die anderen beiden Brückenzweige darstellenden identischen Widerständen 180 oder Kondensatoren 182, An die beiden Anschlüsse zwischen den Spulen und den beiden Impedanzgliedern, d.h. Widerständen oder Kondensatoren, ist eine Wechselstromquelle 186 angeschlossen, während zwischen die anderen beiden Klemmen der Brücke ein Wechselstrom-Voltmeter eingeschaltet ist.

Wenn der Kolben 30 gegenüber den Spulen zentral ausgerichtet ist, besitzen die beiden Spulen dieselbe Induktivität und somit beide Seiten der Brücke dieselbe Impedanz, d.h. die Brücke ist abgeglichen und das Voltmeter 18^· zeigt Null. Bei einer Bewegung des Kolbens erhöht sich jedoch die Induktivität der einen und verringert sich die Induktivität der anderen Spule um einen entsprechenden Betrag, so daß die Brücke unabgegliehen wird. Infolgedessen ist die Anzeige des Voltmeters 18^ eine Punktion der Helativsteilung des Kolbens 30.

Anstelle der Widerstände 18^ können auch Kondensatoren 182

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verwendet werden, um übermäßige Belastung des Kommandosignalkreises zu vermeiden· Auch können andere passende Schaltungen vorgesehen sein, um ein unerwünschtes Gegenwirken zwischen dem Kommandosignalkreis und der Wechselstromquelle 186 zu vermeiden. Die Wechselstromquelle sollte eine so hohe Frequenz besitzen, daß die von ihr abgegebenen Signal* den Kolben 30 nicht bewegen.

Das entweder durch das Potentiometer 87 oder die Brückenschaltung gemäß Fig. 14 gelieferte Stellung-Anzeigesignal kann als Hückkopplungssignal benutzt werden, das einem Analog-"Unterstützungs"-Regler zugeführt wird, der als Bereitschaftsersatz für den Rechner 15 dient. Wenn der Analogregler nicht benutzt wird, kann sein Ausgang gleich dem durch das Potentiometer oder die Brückenschaltung erzeugten Rückkopplungssignal gehalten werden, so daß unerwünschte Übergänge beim Umschalten von Rechner-Regel- auf Analog-Regelbetrieb auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Selbstverständlich soll die vorstehende Beschreibung nur als erläuternd und keinesfalls als die Erfindung einschränkend angesehen werden, da dem Fachmann ersichtlicherweise zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß die

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Erfindung nioht auf die Anwendung im Zusammenhang mit einem Verfahrensregler zur gleichzeitigen Regelung mehrerer unterschiedlicher Regelgrößen der speziell beschriebenen Art beschränkt ist, sondern auch im Zusammenhang mit anderen Regelvorrichtungen verwendet oder unabhängig von einer solchen Vorrichtung als Integrator, als Dämpfervorrichtung, als elektromagnetischer Wandler zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie oder für andere Zwecke eingesetzt werden kann..

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Claims

~³⁶' Jf 23*98

Patentansprüche

1.· Verfahrensregler zur gleichzeitigen Regelung mehrerer unterschiedlicher Regelgrößen mit einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Digitalrechner, der während getrennter Zeitspannen getrennt auf die unterschiedlichen Regelgrößen einwirkt und eine den einzelnen Regelgrößen zugeordnete Eingang-Multiplexeinrichtung zur Erzeugung von aufeinanderfolgenden Meßsignalen, von denen jedes dem Wert der zugeordneten Regelgröße entspricht, sowie eine Ausgang-Multiplexeinrichtung zur Abgabe von Kommandosignalen an auf die betreffenden Regelgrößen einwirkende Stellglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Digitalrechner (16) und die einzelnen Stellglieder (20) je eine Signal-Umsetzeinrichtung (18) eingeschaltet ist, die ein in ausgewählte Stellungen bewegbares Glied (30), eine auf das vom Digitalrechner empfangene Kommandosignal ansprechende und das Glied während der Dauer dieses Signals bewegende krafterzeugenden Einrichtung (26), eine der Bewegung des Glieds entgegenwirkende Einrichtung, welche die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Glieds während der Dauer des Kommandosignals zumindest ungefähr konstant hält, so daß die Stellungsänderung des bewegbaren

ORiQiNAL KBPCGTED -37-

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Glieds der Dauer des Kommandosignals proportional ist, und eine duroh das bewegbare Glied gesteuerte Einrichtung aufweist, welche dem zugeordneten Stellglied ein Stellsignal zuführt, dessen Größe der Stellung des bewegbaren Glieds entspricht.

2, Verfahrensregler nach Anspruch 1, bei welchem den einzelnen Signal-Umsetzeinrichtungen die Kommandosignale ■ jeweils mit zeitlichen Zwischenräumen eingespeist werden, wobei der Wert der einzelnen Kommandosignale durch die Länge des jeweiligen Signals bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Glied ein Kolben (30) ist, dessen Stellung für die Größe des von der betreffenden Signal-Umsetzeinrichtung (18) abgegebenen Stellsignals maßgebend ist, und daß die der Bewegung des bewegbaren Glieds entgegenwirkende Einrichtung eine Dämpfereinrichtung mit einem Mittel ist, das den Kolben während der Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Kommandosignalen in seiner Stellung hält.

3· Verfahrensregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die krafterzeugende Einrichtung (26) zwei auf den Kolben (30) einwirkende Magnetspulen (36, 38) aufweist.

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*l·. Verfahrensregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (30) einen Dauermagneten (102) aufweist.

5. Verfahrensregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfereinrichtung ein mit einer viskosen Flüssigkeit gefülltes Gehäuse (3^) aufweist, in welchem der Kolben (30) mit flüssigkeitdichter Abdichtung gleitfähig gelagert ist, daß ein Durchgang zum Umleiten von Flüssigkeit vom einen Teil des Gehäusee zum anderen während der Verdrängung der Flüssigkeit durch die Bewegung des Kolbens vorgesehen ist, und daß der Durchgang eine Drosselstelle (118) sowie zwei Kapillarkanäle aufweist, von denen der eine (110) die Drosselstelle teilweise überbrückt und der andere (120) sowohl mit der Düse als auch mit dem ersten Kapillarkanal in Reihe liegt.

6, Verfahrensregler nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang im Kolben (30) vorgesehen ist und dessen beide Enden miteinander verbindet, daß die Drosselstelle (118) am einen Ende des Durchgangs vorgesehen ist und der erstgenannte Kapillarkanal (110) in diesem Ende des Kolbens angeordnet ist und eine Umgehungs. verbindung zwischen dem Durchgang und dem neben diesem

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Kolbenende befindlichen Innenbereich des Gehäuses herstellt, und daß der zweitgenannte Kapillarkanal (120) im anderen Ende des Kolbens angeordnet ist und den Durchgang mit dem am anderen Kolbenende befindlichen Gehäusebereich verbindet.

7. Verfahrensregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kolben (30) gesteuerte Einrichtung ein der Kolbenstellung entsprechendes Druckluftsignal erzeugt.

8. Verfahrensregler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Kolbenstellung ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer die Kolbenbewegung darstellenden elektrischen Anzeige vorgesehen ist.

9. Verfahrensregler nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Potentiometer (87) ist, dessen Schleifer (85) mit dein Kolben (30) bewegungsgekoppelt ist und das gleichzeitig die den Kolben während der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommandosignalen in seiner Stellung haltende Reibeinrichtung bildet.

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10. Verfahrensregler nach" Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Stellung des Kolbens (30) relativ zu den Magnetspulen (36, 38) letztere in Reihe an eine Wechselstromquelle (186) angeschlossen und in einen Brückenkreis eingeschaltet sind, dessen andere beiden Zweige durch Glieder (180 bzw. 182) fester Impedanz gebildet werden.

11. Integrator zur Erzeugung eines Ausgangsignals,welches dem Zeitintegral eines elektrischen Eingangsignals entspricht, gekennzeichnet durch eine Magnetspule mit Anschlüssen zum Empfangen des Eingangsignals, in welcher ein Kolben aus magnetischem Material beweglich gelagert ist, eine Einrichtung, die den Kolben in Abhängigkeit vom Eingangsignal eine Druckkraft auf ein Fluidum ausüben läßt und die eine Drosseleinrichtung zur Drosselung des Durchflusses des Fluidums aufweist, und eine Einrichtung, welche das Fluidum mit einer Geschwindigkeit strömen und der Druckkraft ausweichen läßt, welche das Zeitintegral bestimmt,

12. Integrator zur Erzeugung eines Ausgangsignals, welches dem Zeitintegral eines elektrischen Eingangsignals entspricht, gekennzeichnet durch einen Dämpfer mit einem Kolben aus magnetischem Material, der sich im Dämpfer

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unter dem Einfluß einer angelegten Kraft in eine das Zeitintegral der Größe der angelegten Kraft darstellende Stellung zu bewegen vermag, und eine Magnetspule, in welcher sich der Kolben als Anker bewegt.

13. Integrator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule zwei entgegengesetzt gewickelte Einzelspulen aufweist, welche den Kolben umschließen.

14·. Integrator nach Anspruch 12 oder I3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mindestens einen Permanentmagneten aufweist,

15. Integrator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung das Pluidum praktisch mit Turbulenz fließen zu lassen vermag.

16. Integrator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus zwei Permanentmagneten zusammengesetzt ist, zwischen denen ein Teil hoher magnetischer Permeabilität und niedriger magnetischer Remanenz angeordnet ist.

17. Integrator zur Erzeugung eines Ausgangsignals, welches dem Zeitintegral eines elektrischen Eingangsignals

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entspricht, gekennzeichnet durch eine Dämpfereinrichtung mit einem eine viskose Flüssigkeit enthaltenden Gehäuse, in welchem ein mit seinen Seiten in fluidumdichter Berührung mit den Innenwänden des Gehäuses stehender Kolben gleitfähig gelagert ist, der aus einem permanent magnetisierten Material besteht und einen eine Verbindung zwischen den Kolbenenden herstellenden Durchgang aufweist, dessen eines Ende von einer Düse teilweise verschlossen und mit einem Kapillarrohr versehen ist, das eine Umgehungsverbindung zwischen dem Durchgang und dem an diesem Kolbenende befindlichen Gehäusebereich herstellt, und in dessen anderem Ende ein eine Verbindung zwischen dem Durchgang und dem an diesem Kolbenende befindlichen Gehäusebereich herstellendes zweites Kapillarrohr vorgesehen ist, wobei neben dem Kolben um das Gehäuse zwei in entgegengesetztem Sinn gewickelte Spulen herumgelegt sind und eine Einrichtung zum Anlegen des elektrischen Eingangsignals an die Spulen vorgesehen ist.

18. Integrator nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Kolbenstellung ansprechende Anzeigeeinrichtung zur Erzeugung eines die Kolbenstellung darstellenden Anzeigesignals vorgesehen ist.

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19. Integrator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Potentiometer mit einem mit dem Kolben mitbeweglich gekoppelten Abgriff ist, wobei die Beibungsberührung des Abgriffs im Potentiometer eine Halterkraft erzeugt, durch welche der Kolben in seiner Stellung gehalten wird, wenn dem Integrator kein elektrisches Eingangsignal zugeführt wird.

20. Integrator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anzeigeeinrichtung zwei Spulen und eine Schaltung zur Speisung der Spulen mit Wechselstrom und zur Erzeugung eines elektrischen Anzeigesignals aufweist, welches von der relativen Induktanz der Spulen abhängt und die Stellung des Kolbens relativ zu den Spulen anzeigt.

21. Integrator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse, in welchem der Kolben und eine Flüssigkeit vorgesehen sind, und einen die beiden Enden des Kolbens miteinander verbindenden Kanal im Gehäuse aufweist.

22. Integrator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal die Flüssigkeit bei ihrer Strömung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Kolbens um diesen herum umleitet und daß eine Ventileinrichtung zur Ein-

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stellung der im Kanal möglichen Flussigkeit-Durchflußgeschwindigkeit vorgesehen ist.

23. Integrator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal aus einem Zwischenraum zwischen dem Kolben und einer Innenwand des Gehäuses besteht und daß eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines praktisch konstanten Abstands zwischen der Wand und dem Kolben über den ganzen Hub des Kolbens im Gehäuse hinweg vorgesehen ist.

?Λ. Oämpfervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ein Fluidum enthaltendes Gehäuse aufweist, in welchem eine Drosseleinrichtung mit einem verengten Fluidumdurchgang vorgesehen ist, der das Fluidum in Abhängigkeit von auf das Fluidum ausgeübten Druckkräften mit vorbestimmter Geschwindigkeit durchströmen läßt, daß der Kolben Druckkräfte auf das Fluidura auszuüben vermag, wenn ihm eine Antriebskraft erteilt wird, und daß der Fluidumdurchgang das Fluidum praktisch mit Turbulenz durch den Durchgang strömen läßt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung ein Glied mit einer scharfkantigen Düse aufweist.

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26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung einen zweiten verengten Fluidumdurchgang aufweist, welcher das Fluidum praktisch laminar durchströmen läßt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang mit dem erstgenannten Durchgang in Reihe geschaltet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang parallel zum erstgenannten Durchgang liegt.'

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter verengter Pluidumdurchgang vorgesehen ist, der eine praktisch laminare Strömung des Fluidums hervorbringt und mit dem ersten und dem zweiten Durchgang in Reihe liegt.

30. Dämpfervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ein Fluidum enthaltendes Gehäuse aufweist, in welchem ein Kolben arbeitet und in welchem eine Drosseleinrichtung mit einem verengten Fluiduradurchgang vorgesehen ist, der das Fluidum in Abhängigkeit von auf das Fluidura ausgeübten Druckkräften mit vorbestimmter Geschwindigkeit

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durchströmen läßt, daß der Kolben Druckkräfte auf das Pluidum auszuüben vermag, wenn ihm eine Antriebskraft erteilt wird, daß ein Ausrichtglied zum Ausrichten des Kolbens im Gehäuse vorgesehen ist, so daß zwischen dem Kolbenkörper und den Gehäusewänden ein vorbestimmter Zwischenraum aufrechterhalten bleibt, und daß das Ausrichtglied mit mindestens einer Öffnung versehen ist, welche das Fluidum am Kolben vorbeiströmen läßt, während sich der Kolben durch das Pluidum bewegt.

Dämpfervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein eine viskose Flüssigkeit enthaltendes Gehäuse aufweist, in welchem ein mit seinen Seiten in fluidumdichter Berührung mit den Innenwänden des Gehäuses stehender Kolben aus permanent magnetisiertem Material gleitfähig gelagert ist, der eine eine Verbindung zwischen den Kolbenenden herstellende Öffnung, eine das eins Ende der Öffnung teilweise verschließende Düse, ein im genannten Kolbenende angeordnetes erstes Kapillarrohr, das eine Umgehungsνerbindung zwischen der Öffnung und dem neben dem genannten Kolbenende befindlichen Gehäusebereich herstellt, und ein im anderen Kolbenende angeordnetes zweites Kapillarrohr aufweist, welches eine Verbindung zwischen der Öffnung und dem am anderen Kolbenende befindlichen Gehäusebereich herstellt.

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32. Elektromagnetischer Wandler zur Umwandlung von elektrischer Energie in eine mechanische Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zu einer Spule gewickelten Leiter beträchtlicher Länge und ein beweglich innerhalb der Spule gelagertes längliches Glied aufweist, das dem durch die Spule erzeugten elektromagnetischen Fluß ausgesetzt ist, permanent magnetisiert ist und aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Koerzitivkraft besteht.

33· Wandler nach Anspruch JZ₉ dadurch gekennzeichnet, daß um das längliche Glied herum eine zweite Spule angeordnet ist, die gegenüber der erstgenannten Spule entgegengesetzt gewickelt ist.

34. Wandler nach Anspruch 33₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen in einen Wechselstromkreis eingeschaltet sind und zusammen mit dem länglichen Glied eine Differential-Induktionsvorrichtung bilden.

35. Wandler nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Glied zwei Körperteile aus permanent magnetisiertem Material mit verhältnismäßig hoher magnetischer Koerzitivkraft sowie einen zwischen den beiden anderen Körperteilen befestigten dritten Körperteil aus

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einem Material mit verhältnismäßig hoher magnetischer Permeabilität und verhältnismäßig niedriger magnetischer Koerzitivkraft aufweist.

36. Wandler nach Anspruch 3^, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen in Reihe miteinander in eine Brücke eingeschaltet sind, von der sie zwei Zweige bilden, während die anderen beiden Zweige Impedanzglieder enthalten, und daß zwischen zwei gegenüberliegenden Anschlüssen der Brücke ein Meßgerät zum Messen des Ausmaßes des Unabgleichs der Brücke eingeschaltet ist, welches von einer Verschiebung des länglichen Glieds aus einer zentralen Stellung gegenüber den Spulen herrührt.

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