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Steuerung, insbesondere für hydraulische Servomotore von elektrischen
Reglern Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungen, beispielsweise für hydraulische
Servomotoren an elektrischen Reglern.
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Die meisten derartigen Steuerungen haben den Nachteil, daß die Kräfte,
mit denen sie nach Wirksamkeit in ihre Nullage zurückbewegt werden, proportional
dem erreichten Ausschlag aus dieser Nullage sind (insbesondere tritt dies im allgemeinen
bei Verwendung elastischer Kräfte für die Rückbewegung ein). Derartige Steuerungen
werden, besonders wenn sie klein dimensioniert sind und daher kleine Steuerbewegungen
haben, infolgedessen nur langsam und wegen der nicht zu vermeidenden Reibungskräfte
und sonstiger Störungen mit einer merklichen Ungenauigkeit in die Mittelstellung
zurückgeführt, so daß Überregelungen und langsames Pendeln bzw. Vibrieren der Steuerung
um die Mittellage unvermeidlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, hiergegen Abhilfe zu schaffen, indem
Kräfte Anwendung finden, die auch schon bei geringen Ausschlägen des Steuerorgans
aus der Mittellage einen endlichen Wert haben. Nach dem weiteren Gegenstand der
Erfindung wird hierzu, insbesondere bei solchen Steuerungen, die sich nach zwei
verschiedenen Seiten bewegen sollen, eine unstetige Kraftverteilung (als Funktion
der Verschiebung) genommen. Derartige Kräfte, die bereits für kleinste Ausschläge
oberhalb einer positiven unteren Grenze liegen, können beispielsweise durch vorgespannte
Federn hervorgerufene Kräfte sein, die entweder direkt die Rückbewegung bewirken
oder mittelbar durch Einschaltung von Hebelübersetzungen, Schnappvorrichtungen usw.
Sie können auch durch elektromagnetische Kräfte geliefert werden, beispielsweise
dadurch, daß bei der kleinsten Verstellung ein elektrischer Kontakt geschlossen
wird, der einen Magnet einschaltet, oder durch elektrostatische Kräfte mit meist
elektrischer Vorspannung.
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Das Pendeln des Steuerorgans bei seiner Rückbewegung in die Nullage
kann allgemein dadurch verhindert oder in seiner Wirksamkeit herabgesetzt werden,
daß man bei der Rückbewegung zusätzliche Kräfte wirken läßt, die beispielsweise
die Masse oder die Elastizität des Steuerorgans oder seiner Befestigung verändern.
Auf diese Weise ist es möglich, je nach Bedarf die sonst nach Masse und Elastizität
zu erwartende Schwingung zu dämpfen oder in ihrer Frequenz zu verändern oder aus
der Schwingung gar einen aperiodischen Vorgang zu machen. Eine diesem Zwecke dienende
Maßnahme kann bei geeigneter Konstruktion schon in der Unstetigkeit der Rückbewegung
enthalten sein. Aber selbst in diesem Fall kann es angebracht sein, durch besondere
Einrichtungen dem
Pendeln noch wirkungsvoller entgegenzuarbeiten.
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Unter anderem kann dies auch dadurch geschehen, daß man bei Annäherung
an die Mittelstellung eine ö1- oder Luftbremse in Wirkung treten läßt, so daß mit
Sicherheit eine aperiodische Dämpfung erzielt wird. Damit diese nicht beim ersten
Anschlag der Steuerung, sondern nur bei der Rückbewegung wirkt, wird sie zweckmäßig
erst durch, den Ausschlag der Steuerung eingeschaltet.
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Auch ein magnetisch angezogener Stift, der beim Nachlassen der magnetischen
Kräfte wieder in Steuerorgane einschnappt, kann hierzu benutzt werden.
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Von den Abbildungen stellt Abb. i eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung an einem Steuerschieber für den hydraulischen Servomotor eines elektrischen
Spannungsreglers dar, Abb. 2 veranschaulicht die dabei auftretenden Kräfte schematisch,
Abb.3 zeigt eine besondere Hilfseinrichtung zum Hintanhalten von Pendelungen der
Rückbewegung an einer Einrichtung etwa nach Abb. i, Abb.4 stellt ein beispielsweises
Schaltschema einer Einrichtung nach Abb. i dar. In Abb. i stellt i den Schwebekolben
eines hydraulischen Reglers dar, der in einem Steuergehäuse 2 in Richtung seiner
Achse beweglich ist. Um die Verstellkräfte von den Kräften der auf ihn wirkenden
Reibungen zu entlasten, werde er in Rotation gehalten. Mittels je einer Verbindungsstange
3a und 3b ist der Steuerkolben i an seinen beiden Enden mit den Ankern 4a und 4b
je eines Elektromagneten 5a, b verbunden. Die Verbindungsstangen 3 werden
von je einem ringförmigen Widerlager 6a, b umfaßt, das durch eine vorgespannte Schraubenfeder
7a, b, die mit ihrem anderen Ende gegen einen Rückhalt 8a, b lehnt, an die beiden
Stirnflächen des Schiebers i drückt, so jedoch, daß sie gleichzeitig gegen Abhebearme
ga, b und ioa, b stoßen. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die folgende:
Die Magnete sind so gebaut, däß die Kräfte jedes einzelnen etwa doppelt so groß
sind wie die mit Rücksicht auf die Vorspannung nicht wesentlich veränderliche Federkraft.
Erregung des einen Magneten, beispielsweise 511, führt zur Anziehung des Ankers
4a und zur Bewegung des Steuerschiebers i in die gewünschte Steuerstellung, entgegen
der Kraft der Feder 7a. Dagegen wirkt die Feder 7b bei dieser Verstellung nicht
mit, da der unter ihren Federkräften stehende Ring 6b durch die Anschläge gb und
lob von der unteren Stirnseite des Steuerschiebers abgehoben wird. Sobald die Magnetkraft
zu wirken aufhört, wird, der Schieber i unter dem Einfluß der gesamter Spannkraft
der Feder 7" der Nullage zage trieben. Dies gilt für die kleinsten Aus Schläge
des Steuerschiebers. Bei Ausschlag nach der anderen Seite, durch die Wirksamkeit
des Magneten 5b, gilt ähnliches. Die Anschläge g und io sind mittels zweier zweiseitiger
Schrauben ig und 2o verstellbar. Urr eine Einstellung der Nullage zu ermöglichen
kann ferner beispielsweise durch eine Mikrometerschraube (etwa ig) erreicht werden,
da£ der Abstand je zweier Anschlagflächen (etwa von 9a nach gb) um ein weniges kleiner
bzw. größer ist als der Abstand der beiden Stirnflächen des Steuerschiebers i voneinander,
um der Bewegung des Steuerschiebers ein geeignetes Spiel zu lassen, das entsprechend
der Unempfindlichkeit der Steuerung ausgeführt werden kann.
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Die durch die Federn zum Zweck der Rückbewegung ausgeübten Kräfte
F werden als Funktion der Verschiebung s in Abb. 2 -dargestellt. Die Kraft P (s)
steigt für positive sowohl wie für negative Ausschläge mit s in geringem Maße, hat
jedoch für s - O erfindungsgemäß eine Unstetigkeit. Die gestrichelte Linie in Abb.
2 deutet den Verlauf bei normalen Rückbewegungen von Steuerungen mittels elastischer
Kräfte an, bei denen für kleine Ausschläge nur kleine Kräfte auftreten, was erfindungsgemäß
vermieden werden soll.
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Abb.3 stellt eine ähnliche Einrichtung, insbesondere auch zur Verhinderung
des Pendelns oder Vibrierens dar, das (in einer durch die Elastizität der Federn
und die Größe der bewegten Masse gegebenen Frequenz) um die Ruhelage des Steuerschiebers
i stattfindet. Zu diesem Zweck wird der Steuerschieber i. mit einem Leitstift oder,
wegen der Rotation des Schiebers, mit einem Leitring i i verbunden. Der Leitring
i i wird von beiden Seiten mittels einer Feder 12 durch Hebel 13d und 13b in die
Mittellage gedrückt, und zwar so, daß durch Anschläge 14a und i4b die Hebel gehindert
werden, über die Nullage hinaus zu drücken. Mit der Wicklung des Magneten 5a bzw.
5b ist je ein Magnet 1511 bzw. 15b in Reihe geschaltet, der den Hebel 13a bzw. 13b
anzieht, sobald der Magnet durch Strom betätigt wird.
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Für sich allein würde die zusätzliche Einrichtung nach Abb. 3 eine
ähnliche Wirkung haben wie die Einrichtung der Abb. i.
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Abb.4 stellt in Form einer Schaltskizze eine Einrichtung zum Konstanthalten
der Spannung mittels eines die Erfindung verwendenden elektrischen Reglers dar:
eine Blattfeder 21 wird durch eine Schraubenfeder 22 angezogen; ihr wirkt der durch
die konstant zu haltende Spannung beeinflußte Magnet
23 entgegen,
so daß für den gewünschten Wert der Spannung das Ende der Blattfeder 2 i zwischen
zwei Kontaktpaaren 24.9 und 24b frei liegt. Je nachdem, ob die Spannung zu gering
oder zu groß ist, wird durch den Kontakt 24a oder 24b der Stromkreis der Batterie
25 geschlossen und durch die Spule 26a bzw. 26b der Magnet 5a bzw. 5b der Abb. i
angezogen, der in der beschriebenen Weise den Steuerschieber i bewegt, durch den
z. B. ein Feldwiderstand verändert werden kann.
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Die Ausführungsbeispiele erstreckten sich auf Steuerungen, die einen
beiderseitigen Ausschlag erfordern. Der Erfindungsgedanke läßt sich natürlich in
einfacher Form auch bei solchen Steuerungen verwenden, die nur einseitige Ausschläge
haben und bei denen die negative Hälfte der Abb. 2 wegfiele.
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Die Erfindung ist in ihrer Anwendung keineswegs auf hydraulische Regler
beschränkt. Genau so, wie die in Abb. i dargestellten Teile des Reglers im wesentlichen
in gewisser Hinsicht als Verstärkungsvorrichtungen wirken, kann sie auf andere derartige
Verstärker- bzw. Umsteuereinrichtungen ohne weiteres übertragen werden, nicht nur
allgemein auf Verstärker mechanischer Wirkungen, sondern ebensogut auf elektrische
oder magnetische Verstärker.
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Alle bekannten Verstärker dieser Art weisen den zum Teil sehr störenden
Nachteil auf, daß die verstärkte Größe der zu verstärkenden, selbst wenn sie bei
langsamer Änderung der zu verstärkenden Größe ihr proportional bleibt, dies bei
schneller Änderung nicht mehr ist, sondern daß ein Schwingvorgang (eine Schwingung
oder der Beginn einer solchen) einsetzt. Die Frequenz dieser Schwingung ist im allgemeinen
unabhängig von der Amplitude der zu verstärkenden Größe. Durch die Erfindung wird
erreicht, claß die Frequenz, die die Schwingung hätte, wenn sie sich voll ausbilden
könnte, um so größer ist, je kleiner die Amplitude der zu verstärkenden Größe ist.
Auf diese Weise kann man auch bei einer den kleineren Amplituden angemessenen Änderungsgeschwindigkeit
hinreichend genau arbeiten.