DE401963C - Selbsttaetige elektrische Regelungsvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 11. SEPTEMBER 1924

REICH S PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

— JVi 401963 -KLASSE 21 c GRUPPE 54

(V17695 VIIIj21 c*)

Joseph Louis Leon Verney in Joinville Ie Pont, Frankr.

Selbsttätige elektrische Regelungsvorrichtung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. August 1922 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Frankreich vom 19. August 1921 beansprucht.

Wenn man ein Meßinstrument, beispielsweise ein Galvanometer, in einen elektrischen Selbstregler umwandeln, d. h. für eine gegebene Abweichung des Galvanometers mittels eines Hilfsstromes einen zweiten Apparat betätigen will, der dazu, benutzt wird, eine bestimmte Funktion auszuüben, so verfährt man nach bekanntem Prinzip in der Weise, daß man einen beweglichen Teil des Galvanometers, beispielsweise den Zeiger, an einen ortsfesten, an geeigneter Stelle angeordneten Anschlag anstoßen läßt. Die . beiden metallenen Teile, Zeiger und Anschlag, sind gegeneinander isoliert und mit der Hilfs-

Stromquelle, die zur Betätigung des zweiten Apparates dient, verbunden. Praktisch stößt die Anwendung einer derartigen Selbstregelungsvorrichtung bei sehr empfindlichen Meßinstrumenten, wie ζ. Β. Galvanometern, auf sehr große Schwierigkeiten, weil der Druck, welcher von dem beweglichen Gliede des Galvanometers in dem Augenblick der Berührung auf den ortsfesten Anschlag ausgeübt ίο wird und den Durchgang des Hilfsstromes sichern muß, äußerst schwach und ungenügend ist, um den Durchgang oder die Herstellung eines Stromes zu ermöglichen, der fähig ist, den zu überwachenden Apparat zu betätigen. Um diese Wirkung zu erzielen, ist es dann nötig, daß die Ursache der Abweichung (Vergrößerung oder Verringerung der auf das Galvanometer ausgeübten elektromotorischen Kraft) genügend ist, um einen Druck auszuüben, der den Durchgang des Stromes sichert; dies verringert die Empfindlichkeit dei Vorrichtung außerordentlich. Des weiteren besteht Unsicherheit in bezug auf die geringste Größe dieses Druckes, eine Un-Sicherheit, die durch den mehr oder weniger befriedigenden Zustand der Kontakte, Erschütterungen usw. hervorgerufen oder noch erhöht wird.

Es sind schon Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um den Kontaktdruck bei selbst-' tätigen Strom- oder Spannungsreglern selbsttätig zu verstärken. Bei der einen dieser bekannten Vorrichtungen kann sich eine bewegliche Kontaktfeder, die durch den zu regelnden Strom betätigt wird, zwischen den beiden Anschlägen verschieben, die an dem Schwinganker der einen Kommutator oder Umschalter betätigenden elektromagnetischen Anordnung sitzen. Dieser Anker ist mit der Wicklung der elektromagnetischen Anordnung elektrisch verbunden, derart, daß diese letztere den Anker selbsttätig anzieht, um den Kontaktdruck dadurch zu vergrößern, daß sich der Anschlag gegen das Kontaktstück der beweglichen Feder legt, bis zu dem Augenblick, wo der zu regelnde Strom wieder seine normale Größe angenommen hat. Eine solche Vorrichtung würde in Anwendung bei einem Galvanometer eine gewisse Störung in der Wirkungsweise desselben hervorrufen, da hier der Übelstand bestehen würde, zusätzliche Abweichungen der Nadel des Galvanometers hervorzurufen und auf sie Stöße oder Erschütterungen zu übertragen, was mit seiner sachgemäßen Wirkungsweise unvereinbar ist. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung, die ebenfalls bei einem Stromregler angewendet wird, kann ein beweglicher Anker aus Weicheisen, der gegenüber einem Hauptelektromagneten angeordnet ist, in der einen oder anderen Richtung zwischen zwei ortsfesten Anschlägen seine Lage unter dem Einfluß des zu regelnden Stromes, der den Hauptelektromagneten durchfließt, ändern, um den einen oder anderen der beiden Kreise eines den Reglermechanismus betätigenden Hilfsstromes zu schließen. Dieser Anker wird dann periodisch gegen den festen Anschlag, an dem er Kontakt gemacht hat, gestützt, und zwar mittels Differentialhilfswicklungen, die auf dem Elektromagneten angeordnet sind und von dem Hilfsstrom durchflossen werden, um je nach der Richtung der Abweichung die Wirkung der ersten Wicklung zu schwächen oder zu verstärken. Hierbei unterbrechen und schließen Drehschalter die Hilfsstromkreise periodisch, um den beweglichen Anker freizugeben und die Erzeugung von Öffnungsfunken an den Anschlägen zu vermeiden. Diese Vorrichtung würde ebenfalls in der Anwendung bei hochempfindlichen Meßapparaten schwerwiegende Nachteile zur Folge haben; der Aussenkern des Elektromagneten besitzt nämlich einen remanenten Magnetismus, der, indem er der infolge der Schwingungen des zu regelnden Stromes hervorgerufenen magnetischen Wirkung entgegenwirkt, die Abweichungen des beweglichen Organs schädlich beeinflussen und infolgedessen die Genauigkeit des Meßapparates um vieles vermindern wird.

Die Erfindung hat den Zweck, diese Übelstände zu vermeiden. Sie bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche die Umwandlung von Meßapparaten und besonders von hochempfmdlichen Galvanometern in selbsttätige Regelungsvorrichtungen von zuverlässiger Wirkungsweise ermöglicht. Gemäß der Erfindung ist die selbsttätige Regelungsvorrichtung mit Meßapparat und von diesem überwachten Relais im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Einfluß der zu regelnden Größe ausgesetzter, an tordierbaren Fäden beweglich aufgehängter Eisenstab mit zwei seitlichen magnetisierbaren Kontaktteilen versehen ist, die frei in Haltespulen ragen und an ihren Enden die Kontakte tragen, welche mit Gegenkontakten zusammenarbeiten, die zugleich als Bewegungsbegrenzung für den freibeweglichen Eisenstab dienen und den Stromschluß sowohl für die Haltespulen als auch für einen bekannten elektromagnetischen Schalter mit Selbstunterbrechung der Steuerstromkreise nach beendetem Schaltweg bewirken, so daß auch der Stromkreis der Haltespulen durch den Schalter nut unterbrochen wird und der Eisenstab für die Beeinflussung durch die zu regelnde Größe wieder frei wird.

Andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

In den Zeichnungen sind Ausführungsfor-

men der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar ist

Abb. ι eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Relaissystems gemäß der Erfindung, welches in Verbindung mit einem Torsionsgalvanometer benutzt wird.

Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie A-A der Abb. i.

Abb. 3 ist eine Draufsicht auf die Darstellung der Abb. i.

Abb. 4 veranschaulicht schematisch den Kommutator, und

Abb. 5 stellt ein Schema der Verbindungen zwischen Galvanometer, Kommutator und angeschlossenem Apparat dar.

Abb. 6 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform des Galvanometers.

Wie im besonderen aus den Abb. 1, 2 und 3 hervorgeht, bezeichnet 2 den Fuß des Apparates, 3 den isolierten Balancier, 4 den galvanometrischen Rahmen, 5 ein Gegengewicht und 6, 7 die Anker,, die auf dem Fuß 2 durch den Bügel 8 befestigt sind. Die Anker 6 und 7 werden durch zwei gleichnamige Pole 9, 10 umklammert,, welche im Innern des galvanometrischen Rahmens 4 derart angebracht sind, daß ein vierpolares megnetisches System geschaffen wird, 11 bezeichnet den Metalldraht, welcher einerseits an einen Haken 12 des Balanciers 3 und anderseits an einen Haken 13 angelötet ist, der seinerseits an dem Kopf 14 befestigt ist, der sich mit einer leichten Reibung in der Mitte der mit Einteilungen versehenen Scheibe 15 drehen kann, die ihrerseits von dem Ständei 16 getragen wird, welcher durch den Draht 17 mit dem zu regelnden Strom verbunden ist. 18 ist ein Zeiger, der auf 14 fest angebracht ist, um das Ablesen zu erleichtern. Mit 19 ist der untere Draht bezeichnet, der einerseits an einem Haken 20 des Balanciers 3 und anderseits an einem Haken 21 festgelegt ist, welcher auf einer elektrischen Schiene 22 sitzt, die ihrerseits durch den Draht 23 mit dem das Instrument beeinflussenden Strom verbunden ist. Der galvanometrische Rahmen 4 ist durch zwei Drähte 24, 25 mit den Haken 12 und 20 verbunden. Ein Zeiger 26 verschiebt sich vor einer Skala 27, wodurch die Gleichgewichtslage des Balanciers 3 bestimmt werden kann.

Das elektromagnetische System besitzt eine Stange 28 aus weichem Eisen, die auf dem Balancier 3 befestigt ist. Die genannte Stange läuft in zwei metallische, aber nicht magnetische Kontaktstangen 29 und 30 aus. Das System weist ferner zwei Solenoide 31 • und 32 auf, die konzentrisch auf der Stange 28 angebracht sind. Die beiden Solenoide sind auf den Trägern 33 und 34 befestigt. Anschläge 35 und 36, in Gestalt von kleinen, aus nicht magnetischem Metall gefertigten Scheiben, sind an den Einstellschrauben 27 und 38 angelötet, welche von den Klemmen 39 und 40 getragen werden, die ihrerseits auf den Ständern 33 und 34 sitzen. Die Weicheisenstange 28 ist elektrisch mit der Hilfsstromquelle durch einen biegsamen Draht 41 verbunden, der durch den Balancier 3 möglichst nahe seiner Ausschwingungsachse in der Mitte hindurchgeht, so daß die Empfindlichkeit des Galvanometers nicht störend beeinflußt wird. Der Draht ist ferner zu einem ortsfesten Ständer 42 geführt, der selbst mit der Hilfsstromquelle durch den Draht 43 verbunden ist. Die Enden der Solenoide sind einerseits mit den Anschlägen 35 und 36 durch die Drähte 44 und 45 und anderseits mit dem Kommutator durch die Drähte 46 und 47 verbunden.

Der an sich bekannte Kommutator (Abb. 4) besitzt im wesentlichen einen metallischen Waagebalken 48, der um eine Achse 49 des Ständers 50 ausschwingen kann, der seinerseits auf dem isolierten Fuß 51 sitzt. Eine mit einem Gegengewicht 53 versehene Stange 52 ermöglicht, daß der Schwerpunktsmittelpunkt des Waagebalkens oberhalb der Achse zu liegen kommt, um ein labiles Gleichgewicht des Waagebalkens zu erzielen. go

Der Waagebalken 48 ist mit zwei Armierungen aus Weicheisen 54 und 55 versehen, die gegenüber den beiden Elektromagneten 56 und 57 liegen, welche auf dem Fuß symmetrisch mit Bezug auf die Achse 49 festgelegt sind. Zwei metallische Daumen 58 und 59, die an dem Waagebalken 48 angelötet sind, sind nach einem Kreisbogen ausgeschnitten, dessen Mittelpunkt die Achse 49 ist. Die erwähnten Daumen haben eine solche Länge, daß sie bei der Ausschwingung des Waagebalkens 48 abwechselnd die Reibekontakte 60 und 61 berühren, die von geeigneter Länge sind und auf dem Fuß 51 sitzen. Die-Wicklungen der Elektromagnete 56 und 57 sind mit dem einen Ende mit den Solenoiden, 31 und 32 durch die Drähte 46 und 47 und mit dem anderen Ende mit den Reibeikontakten 60 und 61 durch die Drähte 78 und 80 verbunden (Abb.4 und 5).

Ein Unterbrecher 64 ist auf dem Waagebalken 48 mittels einer isolierten Muffe 65 festgelegt und wird durch eine Stange 66 gebildet, die mit ihren beiden Zinken in zwei Näpfe 67 und 68 eintaucht, in denen sich Quecksilber befindet, wodurch der Strom des angeschlossenen Apparates geschlossen oder unterbrochen wird, der von dem Selbstregler betätigt wird. 69 ist ein Gegengewicht, welches auf dem Waagebalken 48 sitzt.

In Abb. 5 sind die Verbindungen zwischen dem Selbstregler, dem Kommutator und dein

angeschlossenen Apparat angedeutet. Mit 70 ist der galvanometrische Selbstregler bezeichnet, welcher auf die Solenoide 31, 32 sowie auf die Kontakte 29, 35 und 30, 36 reduziert ist. 71 ist eine Batterie, die den Hilfsstrom für das Relais liefert. 72 ist der Kommutator und 73 eine Batterie, welche den angeschlossenen Apparat 74 mit Strom versieht. Mit 66 ist die Stange des Unterbrechers für die Batterie 73 bezeichnet.

Die Verbindungen sind im allgemeinen die obenbeschriebenen. 43 steht mit einem der Pole der Batterie 71 mittels der Weicheisenstange 28 in Verbindung; 48 verbindet das Solenoid 31 mit dem Magneten 57, und 78 verbindet den Magneten 56 mit dem Reibekontakt 61. In analoger Weise steht das Solenoid 32 durch 47 mit dem Magneten 57 in Verbindung und letzterer durch 80 mit dem ao Reibekontakt 60. Schließlich verbindet 81 den Waagebalken 48 mit dem anderen Pol der Batterie 71.

Die Wirkungsweise ist die folgende: Nimmt man an, daß der Selbstregler zur Kontrolle der Temperatur mittels einer thermoelektrischen Kupplung verwendet werden soll und daß die Abweichungen des Galvanometers bei Erhöhung des Stromes in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Uhrzeigerbewegung stattfinden, wobei bei 29 bis 35 (bzw. bei 30 bis 36) der Minimalkontakt (bzw. der Maximalkontakt) stattfinden wird, d. h. der Kontakt, der einem Abfall (bzw. einem Aufstieg) der Stromstärke oder der zu regelnden Temperatur unter den zum voraus bestimmten Minimalwert (bzw. über den Maximalwert) entspricht. Das Galvanometer wird auf Null eingestellt, ^as durch die Lage des Zeiger 26 des Balanciere 3 vor der Skala 27; erreicht wird. Die Kontakte 29 und 30 der Weicheisenstange 28 befinden sich alsdann in einem gewissen Abstande von den Anschlägen 35 und 36, wobei der genannte Abstand gewünschtenfalls geregelt und eingestellt werden kann. Man betätigt alsdann den Kopf 14, indem man ihn in der Uhrzeigerrichtung um einen geeigneten Winkel entsprechend der festgesetzten Temperatur dreht. Dies hat zur Folge, daß der Balancier ini derselben Richtung abweicht und daß die Stange 29 und der Anschlag 35 in Berührung gebracht werden. Andererseits kann der Waagebalken 48 des Kommutators zwei Stellungen einnehmen (Abb. 5). Die eine ist durch die ausgezogene Linie dargestellt, wobei der Magnet 57 mit dem Solenoid 32 und an dem Maximalkontakt 30 bis 36 in Verbindung steht, während die andere Stellung durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, wobei der Magnet 56 mit dem Solenoid 31 und an dem Minimalkontakt 29 bis 35 in Verbindung steht. Hieraus folgt, daß nach Betätigung des Kopfes 14, wodurch ! 29 und 35 in Berührung gebracht werden, die normale Lage des Waagebalkens diejenige sein wird, welche durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Wenn dies nicht der Fall sein sollte, d. h. wenn der Waagebalken 48 die durch die ausgezogenen Linien dargestellte Lage einnimmt, wird der Kömmutator selbsttätig wirken und den Waagebalken in durch die gestrichelten Linien angedeutete Lage führen. Diese Wirkung wird eintreten, da in der durch die ausgezogenen Linien dargestellten Lage der Stromkreis zwisehen 59 und 61 geschlossen ist. Der Strom der Batterie 51 geht somit durch das Solenoid 31, welches auf die Stange 28 wirkt und diese gegen den Anschlag 35 hinführt und somit selbsttätig den Kontakt 29 bis 35 herstellt, und die Stange 28 so lange in dieser Stellung hält, bis der Strom durch den Kommutator unterbrochen wird. Der Magnet 56, welcher von dem Hilfsstrom durchflossen wird, wird den Anker 5 4 anziehen und den Waagebalken 48 ausschwingen und ihn in die durch die gestrichelten Linien dargestellte Lage führen, die er einnehmen soll. Ist die Ausschwingung beendet, so wird der Stromkreis das Solenoid 31 bei 59 bis 61 unterbrechen, und das Galvanometer wird frei abweichen können. Der Kommutator nimmt aber immer diejenige Lage ein, die er einnehmen soll.

Bei dieser Schwingbewegung wird der Unterbrecher 66, indem er den Strom der Batterie 73 unterbricht, den angeschlossenen Apparat 74 abschalten.

Das Galvanometer wird mit der thermoelektrischen Kupplung durch die Drähte 17 und 23 verbunden, wenn die Temperatur den festgesetzten Mindestwert hat. Das Drehmoment des galvanometrischen Rahmens wird das Drehmoment des Aufhängedrahtes ausgleichen, der Balancier 39 in die Nullstellung kommen und den Minimalkontakt 29 bis 35 unterbrechen. Dieser Bewegung steht kein Widerstand entgegen, da der Stromkreis durch das Solenoid 31 bei 59 bis 61 unterbrochen ist und da kein Strom durch die Solenoide 31 und 32 strömt.

Bei einer geringen Temperaturerhöhung wird der Strom in dem galvanometrischen Rahmen größer. Der Balancier wird in einer der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzten Riehtung abweichen, wie dies oben erwähnt worden ist, und den Maximalkontakt 30 bis 36 herstellen. Der Hilfsstrom von der Quelle 71 kann alsdann wirken, da der Stromkreis bei · 58 bis 60 geschlossen ist. Das Solenoid 32 lao wird in Wirkung treten, um den Maximalkontakt zu vollenden, worauf der Magnet 57

in Wirkung tritt, um den Waagebalken 48 des Kommutators aufzuschwingen und ihn in die durch die ausgezogenen Linien dargestellte Lage in Abb. S zu bringen. Der Unter brecher 66 versetzt den angeschlossenen Apparat 74 nunmehr in Wirkung. Zur selben Zeit wird der Hilfsstromkreis bei 58 bis 60 unterbrochen und bei 59 bis 61 geschlossen, was zur Wirkung hat, daß das Galvanometer entlastet wird, da kein Strom durch die Solenoide 31 und 32 strömt, und wodurch der Stromkreis an dem Minimalkontakt durch 59 und 61 hergestellt wird.

Es ist zu erkennen, daß die elektromagnetische Einrichtung in Kombination mit dem Kommutator die Wirkung zeitigt, daß die Kontakte des Selbstreglers vollständig hergestellt werden und daß diese Kontakte aufrechterhalten bleiben, bis der angeschlossene Apparat zu wirken beginnt.

Es ist weiter zu erkennen, daß die durch das elektromagnetische System ausgeübte Funktion, d. h. die Erregung des Hilfsstromes im Moment des Kontaktes, durch dieAnordnung des galvanometrischen Rahmens mit. Bezug auf den beweglichen Kontakt erfüllt ist, wobei der Druck des letzteren gegen den ortsfesten Anschlag proportional der Entfernung des Rahmens und der Weicheisenstange von der Schwingungsachse des Balanciers ist. Diese Entfernungen kann man genau auswählen, derart, daß der Druck so weit erhöht wird, bis die Erregung des Hilfsstromes mit Sicherheit gewährleistet ist.

Ferner ist zu erkennen, daß die Unterbrechung des Hilfsstromes des Selbstreglers stets zwischen den Teilen des Kommutators stattfindet. Man vermeidet somit die Bildung von Abreißfunken zwischen den Maximal- und Minimalkontakten, wodurch diese Kontakte stets in guter Beschaffenheit gehalten, werden.

Abb. 6 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform des beweglichen Teiles des Galvanometers. Hier sind mit 85 und 82 die beiden galv,anometrischen Rahmen bezeichnet, welche in gleicher Entfernung von der Schwingungsachse 83 des Balanciers 84 angeordnet sind. Diese Einrichtung ermöglicht, daß das Gegengewicht 5 der Abb. 1 durch ein Gewicht ersetzt werden kann, welches die Empfindlichkeit des Galvanometers für ein und dieselbe Empfindlichkeit in den Abmessungen des Apparates erhöht bzw. verringert.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Selbsttätige elektrische Regelungsvorrichtung mit Meßapparat und von diesem überwachten Relais, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Einfluß der zu regelnden Größe ausgesetzter, an tordierbaren Fäden beweglich aufgehängter Eisenstab (28) mit zwei seitliehen magnetisierbaren Kontaktteilen (28) versehen ist, die frei in Haltespulen (31, 32) ragen und an ihren Enden die Kontakte (29, 30) tragen, welche mit Gegenkontakten (35, ^6) zusammenarbeiten, welche zugleich als Bewegungsbegrenzung für den freibeweglichen Eisenstab dienen und den Stromschluß sowohl für die Haltespulen (3 Ij 3²) sis auch für einen bekannten elektromagnetischen Schalter mit Selbstunterbrechung der Steuerstromkreise nach beendetem Schaltweg bewirken, so daß auch der Stromkreis der Haltespulen (31, 32) durch den Schalter mit unterbrochen wird und der Eisenstab für die Beeinflussung durch die zu regelnde Größe wieder frei wird.
2. 2. Regelungs vorrichtung nach Anspruch I, dessen Meßapparat aus einem Torsionsgalvanometer mit Ablesung der Abweichungen nach der akinetischen Methode besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Galvanometer aus einem isolierenden, ausgeglichenen Balancier (3 oder 84) gebildet wird, der sich in wagerechter Ebene um eine senkrechte aus zwei Metalldrähten (n, 19 bzw. 83) bestehende Achse drehen kann und an einem Ende einen galvanometrischen Rahmen (4) oder an beiden Enden je einen solchen Rahmen (82 und 85) trägt, während die seitlichen Kontakteile (28) in einem geringeren Abstand von der senkrechten Drehachse als der oder die Rahmen als Balancier angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.