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Frequenzregler für Maschinen oder Motoren. Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur 1%onstanthaltung der Frequenz bzw. der Drehzahl von Maschinen,
Elektromotoren o. ld@gl. Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen der in der Frequenz
oder Drehzahl konstant zu haltende Wechselstrom einer Maschine auf ein auf die gewünschte
Normalfrequenz abgestimmtes Schwingungssystem einwirkt, welches bei Frequenzpendelungen
der Maschine seine Phase gegenüber dem erregenden Strom verändert und in Abhängigkeit
davon einen mit ihm mechanisch verbundenen Widerstand ändert, der wiederum die konstant
zu haltende Maschine mittelbar beeinflußt. Erfindungsgemäß wird eine wesentliche
Verbesserung derartiger Einrichtungen dadurch erzielt, daß ein frei schwingendes
mechanisches Schwingsystean verwendet wird, welches nicht einen Widerstand ändert,
sondern eine Schaltung vornimmt, und zwar zweckmäßig unter Vermittlung eines zwischen
einer schwingenden Zunge und einem gegenübergestellten Pol erfolgenden Funkenüberganges,
dessen Zündspannung etwa durch einen Hochfrequenzbilfskreis geliefert wird. Diese
Anordnung hat den Vorteil, daß sich das mechanische Schwingsystem völlig frei und
ohne mechanische Hemmungen bewegen kann.
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Der Erfindungsgedanke geht deutlicher aus der Abb. r hervor, die ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt: Auf der Achse der in ihrer Drehzahl
konstant zu haltenden Maschine m ist ein Unterbrecher tt befestigt, der in einem
aus der Batterie e und den Magnetwicklungen w1 und w2 bestehenden Stromkreise mit
dem Schleifkontakt s1 liegt. Zwischen den Wicklungen tvl und w2 befindet sich .ein
von diesen magnetisch erregtes, mit der gewünschten Frequenz der Maschine schwingendes
mechanisches
Schwingsystem, z. B. eine Blattfeder f, deren Ende
in geringem Abstande, so daß der Übergang eines kleinen Funkens stattfinden kann,
vor zwei Leitungspolen in Form von Segmenten k1 und k2 vorbeischwingt, die voneinander
durch eine. dünne Isolierschicht, z. B. ein Glimmerblättchen g, getrennt sind. Jedes
der beiden Segmente ist mit je einer Spule eines Relais Y verbunden. Die nach Durchtritt
durch die Spulen gemeinsame Leitung führt über die Kopplungsspule ll an die Batterie
zurück. Die beiden Wicklungen b1 und b2 des Relais Y sind durch je einen Kondensator
cl bzw. c2 überbrückt. Durch den Anker a des Relais r wird ein im Stromkreis der
Maschine nz, z. B. in deren Feldkreis liegender Widerstand- w bzw. ein Teil desselben,
ein,- bzw. abgeschaltet. Der Unterbrecher u ist, unter Benutzung eines zweiten Schleifkontaktes
s2, außerdem noch in den Primärkreis eines Induktors i eingeschaltet, in dessen
Sekundärkreis sich die Funkenstrecke p und ein aus Kapazität c und Spule L bestehender
Hochfrequenzschwingungskrems befindet, dessen Spule L mit der vorhin erwähnten Spule
1l induktiv gekoppelt ist, so daß im Schwingungskreis c, l entstehende Schwingungen
auch in dem Stromkreis l1, e,-f, k1 (bz-,v. k2}, r,1, (Relaisstrom(1z:reis) induziert
werden, wobei zwischen/ und kl bzw. k2 ein Funkenübergang stattfindet.
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Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist die folgende Die Blattfeder
f wird in Schwingungen Versetzt, wenn die Maichina m ihre verlangte Drehzahl, die
mit der Frequenz der Blattfederschwingung übereinstimmt, erreicht hat. Die Schwingungen
der Blattfeder sind dann, wenn dis Schwingungssystem einmal durch die Spulen w1,
w2 angestoßen ist, frei, d. h. das System ist ein frei schwingendes mechanisches
System mit konstanter Schwingungszahl, dessen Schwingungen wohl durch die ferneren
Anstöße der Spulen w1, w2 unterhalten, aber nicht etwa bei Änderung der Drehzahl
der Maschine m und damit sich ändernden Stößen in den Spulen w1, w2 be,-einflußt
wird. Gleichzeitig werden durch den im gleichen Rhythmus erregten Induktor l im
Hochfrequenzkreis c, L Schwingungen erzeugt und über die Kopplung
1,11. in dem durch Stromquelle e, Blattfeder f, Leitungspol k1 bzw. k2 und
Relais Y gebildeten Relaisstromkreis induziert. Die Anordnung ist nun durch eine
entsprechende Stellung der beiden Schleifkontakte s1 und' s2 zueinander so bemessen,
daß, im Falle genauer Resonanz zwischen Maschinen- und Blattfederhewegung, der Übergang
des Funkens zwischen f und k1, k2 gerade in dem Augenblick stattfindet, in crem
sich die Feder f genau vor der Mitte von kt und k2, also an dien Isolierstelle,
g befindet. Tritt nun eine, wenn auch ganz geringe Abweichung zwischen Zungenfrequenz
und Maschinendrehzahl ein, so entsteht eine kleine Phasenverschiebung zwischen der
Schwingung der Blattfeder f und den induzierten Hochfrequenzimpuls.en, die zur Folge
hat, daß der Funke nicht mehr in der Mittelstellung der Zunge f auf beide Segmente
gleichzeitig übergeht, sondern daß er nunmehr nur noch ein einziges der beiden Segmente
k1 oder k. bevorzugt. In diesem Falle gelangt bei jedem Funkenübergang von der Batterie
e aus über Feder f und Segment (dies sei beispielsweise k1) ein Gleichstromstoß
auf die betreffende Seite des Relais Y, der den Kondensator cl auflädt und, wenn
dies erfolgt ist, wieder aufhört. Der Kondensator entlädt sich darauf über die zugehörige
Relaisspule b1, die dadurch den Anker a betätigt, der dann in bekannter Weise durch
Ein- oder Ausschalten eines Teiles des Widerstandes w die Maschinenspannung so beein$ußt,
daß eigne Änderung ihrer Drehzahl in dem Sinne -erfolgt, daß die vorher erfolgte
Abweichung von der gewünschten Drehzahl wieder ausgeglichen wird. In dem Augenblick,
in dem wieder völlige Resonanz zwischen Maschine und Blattfeder besteht und die
Maschine naturgemäß dazu neigt, i11 ihrer Frequenz nach der anderen Seifte von der
Sollfrequenz abzuweichen, tritt der Funke von der Blattfeder zum anderen Segment
k2 über, wodurch bewirkt wird, daß die andere Relaisspüle k2 den Relaisanker a betätigt,
der die vorher eTfolgte Widerstandsänderung im Maschinenlcreis wieder aufhebt.
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Die Konstanthaltung der Maschinenfrequenz erfolgt also in Form einer
Pendelung um die Sollfrequenz. Je rascher sich diese Pendelungen vollziehen, desto
genauer arbeitet die gesamte Anordnung.
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Ein sehr rasches Pendeln läßt sich durch eine besondere Form der Leitungspole
k1 und k2 erreichen, indem man diese nicht als Segmente, die der Spitze der schwingenden
Zunge gegenüberliegen, ausbildet, sondern, wie in Abb. z dargestellt, in Z-artiger
Form, wobei ihr mittlerer, durch. die Isolierstelle g unterbrochener Teil x, y einen
sehr spitzen Winkel mit der Ruhelage der Blattfeder bildet. Die Leitungspole k1
und k2 befinden sich dabei nicht mehr der Spitze der Feder gegenüber, sondern in
geringem Abstande ober- oder unterhalb der Feder, so da.ß der Funkenübexgang längs
der Fanten beider Teile stattfindet. -Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in Abb.3 dargestellt: Bei dieser Anordnung befindet sich gegenüber
der
Blattfeder nur :eine einzige feststehende Zunge z; während das andere Ende der Feder
mit einer Gleichstronihochspannttngsquelle, z. B. einem aufgeladenen Kondensator
c, in Verbindung steht. Der Kondensatar c wird während jeder Schwingungsperiode
der Feder f durch eine besondere Gleichstromhochspannungsquelle (In.dülz:tor, Gleichrichterschaltung
oder ähnliches) einmal aufgeladen. Die Aufladung geschieht am besten dann:, wenn
die Feder ihren größten Ausschlag erreicht hat. Der Stromkreis wird vervollständigt
durch ein Relais r über einen durch Endpunkte der Zuleitungen angedeuteten Schleifkontakt
zu dem Unterbrecher tt. der auf der Welle der zu regulierenden Maschine ttt sitzt
und dessen Segmente; s1 und s2 mit je einer Relaisspule b1 bzw. b2 verbunden sind.
Letzteren sind wweder die Kondensatoren cl bzw. c2, parallelgeschaltet. Wenn die
Blattfeder sich gegenüber z befindet, so entlädt sich der Kondensator c, und es
gelangt ein Stromkreis je nach der Stellung der Unterbrecherscheibe u in
den dazugehörigen Kondensator des Relais, worauf eine Entladung wieder über die
parallel geschaltete Relaisspule stattfindet. Der Unterschied dieser Schaltung gegenüber
der vorigen besteht darin, daß der Gleichstromstoß nicht in dem Augenblick verfolgt,
wo die erregende Kraft in den Magnetspulen ihr Maximum erreicht, sondern dann, wenn
sich die Feder in der Mittellage befindet. Die Kontaktstellung des Unterbrechers
ist derart, da:ß im Fälle der Resonanz zwischen Maschinen- und Blattfederfrequenz
der Stromstoß aus dem Kondensator c über beide Segmente der Unterbrecherscheibe
u fließt und so auf das Relais keine Wirkung -ausübt. - Bei einer geringen Phasenverschiebung
zwischen den Stromstößen in w1 und w2 (die, wie in Abb. i, durch einen mit der Motorwelle
verbundenen Unterbrecher erzeugt -werden) und damit der Bewegung der Maschinenwelle
einerseits und der Feder f andererseits befindet sich der Schleifkontakt im Augenblick
des Stromstoßes auf dem Segment s1 oder s2.
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Eine Vereinfachung dieser Schaltung wird dadurch erzielt, daß bei
z nicht ein Funkenübergang stattfindet, sondern, wie in Abb. q. gezeigt, ein galvanischer
Schluß zwischen Feder und Leitungspol mittels einer kleinen Bürste aus weichem,
elektrisch leitendem Material hergestellt wird; in diesem Falle genügt es, statt
des Kondensators c und seines Aufladekreises eine Gleichstromquelle von verhältnismäßig
niedriger Spannung in den Relaisstromkreis zu legen.
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Eiri@e weitere Ausgestaltung der beschriebebenen Anordnung zeigt endlich
Abb.5, bei der der Stromübergang zwischen Blattfeder und Stromleiter durch Tonisatiön
der dazwischenliegenden Luftstrecke mittels einer Hilfsfunkenstrecke, über die ein
dauernder, mittels eines Kondensators und einer Spule erzeugter Hochfrequenzstrom
aus einem Induktor Z fließt, erleichtert wird. Auch hierbei ist im Kelaisstromkreis
nur eine Gleichstromquelle mäßiger Spannung erforderlich.
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Für alle beschriebenen Ausführungsarten ist die Art ;der Erregung
der schwingenden Zunge f nicht auf die elektromagnetische Methode beschränkt. Die
Blattfeder kann z. B. ebenso durch unmittelbare mechanische Kupplung mit der Maschinenachse
von dieser angestoßen und- in ihren Schwingungen unterhalten werden oder durch Vorbeiführen
eines auf der Achse befestigten magnetischen Poles oder auf irgendeine andere geeignete
Weise.
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Ferner ist die Verwendung der Anordnung keineswegs auf elektrische
Maschinen beschränkt. Sie ist viehmehr bei allen andleren Arten vorn Maschinen,
Motoren oder sonstwie periodisch bewegten Systemen verwendbar. In diesem Fall würde
der Anker, anstatt den Widerstandskreis w zu regeln (Abb, i und 3), etwa den Erregerstrom
einer Magnetspule beeinflussen,deren Anker als Bremsklotz für die Maschine ausgebildet
ist.
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Um eine zu große Dämpfung in dem die Funkenstrecke enthaltenden Stromkreis
zu vermeiden, ist zweckmäßig die schwingende Zunge in bekannter Weise in ein evakuiertes
Gefäß eingebaut.