DE505422C - Steuerungseinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 19. AUGUST 1930

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 72f GRUPPE

Fried. Krupp Akt-Ges. in Essen, Ruhr*)

Steuerungseinrichtung Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Januar 1927 ab

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungseinrichtungen mit einer Vorrichtung zur Umwandlung einer mit geringer Energieentwicklung erfolgenden Steuerbewegung in eine nach einem gleichartigen Gesetz erfolgende, durch eine Kraftmaschine erzeugte Bewegung des gesteuerten Teiles. Es sind bereits Steuerungseinrichtungen dieser Art vorgeschlagen worden., bei denen für die Kraftmaschine eine Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, die einerseits eine die Geschwindigkeit der Kraftmaschine in einem möglichst gleichbleibenden Verhältnis zur Geschwindigkeit des sich mit geringer Energieentwicklung bewegenden steuernden Teiles haltende Hauptregelung und andererseits unter Vermittlung eines Schalters, der bei einer Abweichung von dem vorgeschriebenen Wert des Verhältnisses zwischen den vom steuern-

ao den und gesteuerten Teile zurückgelegten Wegen in Wirksamkeit tritt, eine zusätzliche Regelung im Sinne der Wiederherstellung des vorgeschriebenen Wegverhältnisses bewirkt. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine sich durch Einfachheit und große Genauigkeit der Bewegungsübertragung auszeichnende Steuerungseinrichtung dieser Art, bei der eine elektromagnetische Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, die mit einer eine der Geschwindigkeit des steuernden Teiles verhältnisgleiche Induktion erzeugender Erj regerwicklung versehen ist und außerdem eine durch den Schalter ein- oder ausschaltbare Spannungsquelle aufweist, die, wenn sie eingeschaltet ist, eine im Sinne der Wied.erherstellung des vorgeschriebenen Wegverhältnisses wirkende zusätzliche Induktion erzeugt.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der den Gegenstand der Erfindung bildenden Steuerungseinrichtung veranschaulicht, bei denen angenommen ist, daß die zum Antrieb des gesteuerten Teiles dienende Kraftmaschine ein Elektromotor ist, und zwar zeigt

Abb. ι die Gesamtanordnung des ersten Ausführungsbeispieles,

Abb. 2 eine abgeänderte Ausführungsform einer Einzelvorrichtung der Anordnung nach Abb. ι und

Abb. 3 die Gesamtanordnimg eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Es soll zunächst das erste Ausführungsbeispiel beschrieben werden.

A bezeichnet eine Kurbelwelle, der von Hand die beispielsweise in einer hin und her gehenden Schwingungsbewegung bestehende., mit geringer Energieentwicklung erfolgende Steuerbewegung erteilt werden kann, und B den Anker des Elektromotors, der die zum Antrieb des (nicht dargestellten) j gesteuerten Teiles bestimmte Kraftmaschine

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Jakob Pfret\schner in Essen.

bildet und dem gesteuerten Teil eine möglichst genau mit der Bewegung der Kurbelwelle übereinstimmende Bewegung erteilen soll. Auf der Kurbelwelle A ist der Anker A¹ eines kleinen Gleichstromgenerators angeordnet, der durch Leitungen C an einen Stromverstärker D angeschlossen ist. Dieser steht seinerseits durch Leitungen E mit der Hauptfeldwicklung F eines für geringe Sättigung bemessenen Leonard-Generators in Verbindung. Der Stromverstärker D, der zweckmäßig auch zum Ausgleich von Phasenverschiebungen benutzt wird, kann beispielsweise in bekannter Weise durch einen Generator gebildet werden, mit dessen Feldwicklung der Anker A¹ durch die Leitungen C und mit dessen Anker die Wicklung F durch die Leitungen E verbunden ist. Der Anker G des Leonard-Generators steht durch Leituna° gen H mit dem Anker B des zum Antrieb des gesteuerten Teiles bestimmten Motors in Verbindung, der (in nicht dargestellter Weise) mit Fremderregung versehen ist. Mit der Welle des Ankers B steht durch ein KegeJ-rädergetriebe / ein gabelförmiger Schaltarm K in zwangläufiger Verbindung, dessen Gabelarme k¹ auf der Innenseite mit je einem Stromschlußstück k² und k^z versehen sind. Gleichachsig zu dem Schaltarm K ist ein unabhängig von diesem drehbarer Schaltarm M angeordnet, der durch ein Kegelrädergetriebe N mit der Kurbelwelle^ in zwangläufiger Verbindung steht und an seinem freien Ende in den Raum zwischen den beiden Gabelarmen k¹ hineinragt. Die Verhältnisse sind hierbei so gewählt, daß die beiden Schaltarme K und M, wenn die Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle A oder des steuernden Teiles und des Ankers B oder des gesteuerten Teiles genau in dem vorgeschriebenen Verhältnis stehen, sich in gleichem Sinne und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen, so daß zwischen beiden Teilen keine Relativbewegung stattfindet und der Schaltarm M beispielsweise in seiner in Abb. 1 dargestellten Mittellage zu dem Schaltarm K verharrt. Besteht dagegen zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle A und des Ankers B eine Abweichung von dem vorgeschriebenen Verhältnis, so tritt eine Relativbewegung zwischen den Schaltarmen K und M ein, bei der sich beispielsweise der Schaltarm M, wenn der Anker B voreilt, dem Stromschlußstück k² und, wenn der Anker B nacheilt, dem Stromschlußstück k^s nähert. Das in den Raum zwischen den Gabelarmen k¹ hineinragende freie Ende des aus stromleitendem Werkstoff bestehenden Schaltarmes M ist durch eine Leitungm¹ an das eine Ende einer auf dem Magnetgestell des Leonard-Generators F, G angeordneten Hilfswicklung M² angeschlossen, deren anderes Ende durch eine Leitung w³ mit dem mittleren Teil eines im Stromkreise einer (nicht dargestellten) Gleichstromquelle liegenden induktionsfreien Regelwiderstandes P in Verbindung steht. Auf der einen Seite der Anschlußstelle p¹ der Leitung «³ steht der Regelwiderstand P durch eine Leitung Q mit dem Stromschlußstück k² und auf der anderen Seite durch eine Leitung R mit dem von dem Stromschlußstück k² isolierten Stromschlußstück k^s in Verbindung. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt und in Abb. 1 ohne weiteres zu verfolgen ist, entsteht bei der in Abb. 1 angenommenen Polarität des den Regelwiderstand P enthaltenden Stromkreises, wenn der Schaltarm M zur Berührung mit dem Stromschlußstück k² gelangt ist, ein Strom, der die Hilfswicklung Af² im Sinne des Pfeiles χ durchfließt, und umgekehrt, wenn der Schaltarm M das Stromschlußstück k berührt, ein im umgekehrten Sinne durch die Wicklung M² fließender Strom. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß der die Hilfswicklung M² durchfließende Strom im ersten Falle, der einer Voreilung des Ankers B oder des gesteuerten Teiles entspricht, eine Schwächung und im zweiten Falle, der einer Nacheilung des Ankers B entspricht, eine Verstärkung des Magnetfeldes des Leonard-Generators F, G bewirkt.

Wenn die Kurbelwelle A gedreht, z. B. hin und her gedreht wird, so entsteht im Anker A¹ des von der Kurbelwelle angetriebenen Generators eine elektromotorische Kraft, die der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle verhältnisgleich ist. Diese elektromotorische Kraft erzeugt in den Leitungen C eine Stromstärke, die mit großer Annäherung ebenfalls der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle verhältnisgleich ist. Das gleiche gilt von der verstärkten Stromstärke in den Leitungen E und in der Hauptfeldwicklung F des Leonard-Generators. Da das Magnetgestell dieses Generators für geringe Sättigung bemessen ist, so ist die Stärke des Magnetfeldes oder die im Magnetgestell erzeugte Induktion, wenn man zunächst von dem Einfluß der Hilfswicklung M² absieht, mit großer Annäherung der Stromstärke in der Hauptfeldwicklung F und daher ebenfalls der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle A verhältnisgleich. Das gleiche gilt von der elektromotorischen Kraft des Generators und daher auch von der elektromotorischen Gegenkraft des Motorankers B, die der Winkelgeschwindigkeit des Motorankers B oder des gesteuerten Teiles verhältnisgleich ist. Es ergibt sich also, daß die Winkelgeschwindigkeit des gesteuerten Teiles mit großer Annäherung der

Winkelgeschwindigkeit der die Steuerbewegung ausführenden Kurbelwelle A verhältnisgleich ist; die Steuerung A₁ A¹, C, D, E, F, G, H, B stellt also, für sich betrachtet, eine sogenannte Geschwindigkeitssteuerung dar. Diese Steuerung ist natürlich, z. B. infolge der durch Selbstinduktion bewirkten Phasenverschiebung der elektrischen Ströme, mit kleinen Ungenauigkeiten behaftet. Diese Ungenauigkeiten werden nun gemäß der Erfindung in sehr vollkommener Weise durch die Wirkung der durch die Schaltarme K und M selbsttätig ein- oder ausgeschalteten Hilfswicklung M² beseitigt. Solange die Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle A und des Motorankers B genau in dem vorgeschriebenen Verhältnis stehen, dreht sich der mit der Kurbelwelle in zwangläufiger Verbindung stehende Schaltarm M mit derselben Winkeiao geschwindigkeit wie der mit dem Motoranker B in zwangläufiger Verbindung stehende Schaltarm K. Zwischen den beiden Schaltarmen besteht in diesem Falle keine Relativbewegung; der Schaltarm M. befindet sich also ^a5 in bezug auf den Schaltarm /C in Ruhe, und zwar in einer Winkellage, bei der er weder mit dem Stromschlußstück k² noch mit dem Stromschlußstück k³ in Berührung steht, bei der also die Hilfswicklung M² ausgeschaltet ist. Eilt dagegen der Motoranker B vor, so entsteht zwischen den Schaltarmen K und M eine Relativbewegung, bei der der Schaltarm M zur Berührung mit dem Stromschlußstück k² des Schaltarmes K gelangt. Hierdurch wird der Stromkreis P, Q, P, M, m¹, M², m^ä geschlossen, und es entsteht ein die Hilfswicklung M² im Sinne des Pfeiles x durchfließender, eine zusätzliche Induktion erzeugender Erregerstrom, der im vorliegenden Falle das Feld des Generators F, G schwächt, so daß die Drehung des Motorankers B entsprechend verzögert wird. Umgekehrt gelangt bei Nacheilung des Motorankers B der Schaltarm M mit dem Stromschlußstück F des Schaltarmes K zur Berührung, wodurch ein die Hilfswicklung M-entgegen dem Sinne des Pfeiles χ durchfließender, wiederum eine zusätzliche Induktion erzeugender Erregerstrom entsteht, der j etzt das Feld des Generators F, G verstärkt und die Drehung des Motorankers B entsprechend beschleunigt. In beiden Fällen ist die Hilfswicklung JIi² zu einem Teil des induktionsfreien Regelwiderstandes P parallel geschaltet, wodurch die Zeitkonstante des Erregerstromes erhöht und demgemäß eine Schnellerregung der Wicklung M- erzielt wird. Die durch die Schaltarme M und K nebst den zugehörigen Getrieben TV und / gebildete Steuerung, die bei einem bestimmten Unterschied der einander entsprechenden Drehwinkel oder Winkelwege des steuernden und des gesteuerten Teiles in Wirksamkeit tritt und daher als Wegsteuerung bezeichnet werden kann, läßt sich durch passende Wahl der Übersetzungsverhältnisse ohne weiteres so ausbilden, daß sie schon bei ganz geringen Unterschieden der Winkelwege in Wirksamkeit tritt, wodurch sich eine sehr genaue Übereinstimmung der Bewegung des gesteuerten Teiles mit der Steuerbewegung der Kurbelwelle A erzielen läßt.

In Abb. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform des durch die Schaltarme K und M gebildeten Teiles der Wegsteuerung dargestellt, durch die einmal eine gesteigerte Schnellerregung der Hilfswicklung M² und außerdem eine sich selbsttätig der Größe der Geschwindigkeitsunterschiede anpassende Verstärkung der regelnden Wirkung der Hilfswicklung erzielt werden kann. Zu diesem Zweck ist an den Gabelarmen k¹ je ein induktionsfreier Stufenwiderstand S angeordnet. Jeder dieser beiden Stufenwiderstände ist mit beispielsweise sechs Stromschlußstücken versehen, die in der Richtung vom freien Ende des Schaltarmes nach seiner Drehachse hin mit den Ziffern 1 bis 6 bezeichnet sind. An den einen Widerstand S, der dem Stromschlußstück k² entspricht, ist in der Nähe seines nach der Drehachse hin gelegenen Endes die Leitung Q und an den anderen Widerstands, der dem Stromschlußstück k³ entspricht, in entsprechender Weise die Leitung R angeschlossen. Der in den Raum zwischen den Schaltarmen k¹ hineinragende Teil des mit der Leitung w¹ in Verbindung stehenden Schaltarmes M ist als federndes Blatt w⁴ ausgebildet, mit dem er sich bei einer Verdrehung gegenüber dem iuo Schaltarm K der Größe der Verdrehung entsprechend der Reihe nach auf die Stromschlußstücke ι bis 6 auflegen kann, wie in Abb. 2 für den einen Stufenwiderstan^rl S strichpunktiert veranschaulicht ist.

Wenn bei Vor- oder Nacheilung des Motorankers B das Blatt m⁴ des Schaltarmes M zur Anlage an das Stromschlußstück 1 eines der beiden Stufenwiderstände 5" gelangt ist, ist der Hilfswicklung M² des Leonard-Generators fast der ganze induktionsfreie Widerstand 5¹ vorgeschaltet, wodurch die bereits bei der Anordnung nach Abb. 1 erreichte Schnellerregung der Hilfswicklung M² noch gesteigert wird. Je größer der durch die Wegsteuerung /, K, M, N auszugleichende Unterschied der Geschwindigkeiten des Motorankers B und der Kurbelwelle A ist, desto größer ist der Winkel, um den sich der Schaltarm M gegenüber dem Schaltarm K 1 so zu verdrehen sucht, desto größer ist auch die federnde Durchbiegung des Blattes m⁴, wo-

durch, wie Abb. 2 zeigt, die Stromschlußstücke i, 2,3 usw. der Reihe nach kurzgeschlossen werden. Der Widerstand .S" wird also immer mehr ausgeschaltet,, wodurch die Stromstärke in der Hilfswicklung Λ·/² entsprechend vergrößert und demgemäß die regelnde Wirkung der Hilfswicklung verstärkt wird.

Anstatt das freie Ende des Schaltarmes M federnd auszubilden und die Stromschlußstücke ι bis 6 fest anzuordnen, könnte man natürlich auch umgekehrt die Stromschlußstücke federnd beweglich anordnen und den Schaltarm M auch an seinem freien Ende starr ausbilden.

Abb. 3 zeigt eine Steuerungseinrichtung, bei der von einer einzigen Kurbelwelle A aus zwei an entfernten Stellen befindliche Teile gesteuert werden können, von denen jeder von dem Anker B eines besonderen Elektromotors angetrieben wird. Die Hauptfeldwicklungen F der zugehörigen Leonard-Generatoren F, G sind hierbei in Parallelschaltung an die Leitungen E und die Hilfswicklungen M² jede für sich an die mit dem zugehörigen Elektromotor in Verbindung stehende Wegsteuerung /, K, M, N angeschlossen. Die Kegelrädergetriebe N dieser Wegsteuerungen können natürlich im vorliegenden Falle mit der Kurbelwelle^ nicht mechanisch zwangläufig verbunden sein, sondern es muß zu ihrem Antrieb eine elektrische Fernsteuerungseinrichtung vorgesehen werden. Zu diesem Zweck ist auf der Kurbelwelle ^4 der Anker a² eines Gebers angeordnet, von dem eine Leitung T zu den Wegsteuerungen /, K, M, N führt. An diese Leitung ist durch Leitungen T¹ und T² je ein Empfänger angeschlossen, dessen Anker U zum Antrieb des zugehörigen, nur sehr wenig belasteten Getriebes N dient. Anstatt das Getriebe N durch den Empfängeranker U unmittelbar antreiben zu lassen, kann man natürlich auch eine Stellvorrichtung vorsehen, mittels deren +5 das Getriebe N von Hand entsprechend den Stellungen eines vom Anker U gedrehten Zeigers eingestellt werden kann.

Bei sämtlichen Ausführungsformen könnte man die Wegsteuerung /, K, M, N anstatt auf eine auf dem zugehörigen Leonard-Generator angeordnete Hilfswicklung M² auch auf eine an einer anderen Stelle angeordnete Hilfswicklung einwirken lassen, wo sie die gleiche Wirkung hervorbringt. So könnte z. B. die Hilfswicklung auch auf einer besonderen Erregermaschine des Leonard-Generators angeordnet sein, oder es könnte die Anordnung so getroffen werden, daß in den Leitungen E ein der Gesamtinduktion entsprechender Erregerstrom fließt, der sich aus einem der Geschwindigkeit des steuernden

Teiles A verhältnisgleichen Hauptteil und einem sich diesem überlagernden zusätzlichen Erregerstrom zusammensetzt, der durch die durch den Schalter M, K eingeschaltete, zu 65 dem Regelwiderstand P gehörige Spannungsquelle erzeugt wird. Zum Antrieb des gesteuerten Teiles kann auch anstatt eines Elektromotors eine andere mit einer elektromagnetischen Regelungsvorrichtung versehene 70 Kraftmaschine, z. B. eine mit Druckflüssigkeit betriebene Stellvorrichtung, benutzt werden, bei der einmal die Geschwindigkeit in möglichst genauer Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des steuernden Teiles A ge- 75 halten wird und außerdem eine Wegsteuerung /, K, M, N vorgesehen ist, die bei Voroder Nacheilung des gesteuerten Teiles in Wirksamkeit tritt und die hierdurch entstandenen Wegunterschiöde mit Hilfe 80 einer zusätzlichen Regelungsvorrichtung ausgleicht. Als Geschwindigkeitssteuerung könnte hierbei z. B. ein Leonard-Antrieb für die zur Erzeugung des Flüssigkeitsdrucks bestimmte Pumpe dienen, oder es könnte der 85 steuernde Teil A auch mit einem elektrischen, z. B. nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse wirkenden Geschwindigkeitsanzeiger versehen werden, nach dessen Anzeige die Kraftmaschine gesteuert wird oder in irgend- 90 einer anderen Weise die Geschwindigkeit der Kraftmaschine mit der Geschwindigkeit des steuernden Teiles in Übereinstimmung gehalten werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Steuerungseinrichtung mit einer Vorrichtung zur Umwandlung einer mit geringer Energieentwicklung erfolgenden Steuerbewegung in eine nach einem gleichartigen Gesetz erfolgende, durch eine Kraftmaschine erzeugte Bewegung des gesteuerten Teiles, bei der für die Kraftmaschine eine Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, die einerseits eine die Geschwindigkeit der Kraftmaschine in einem möglichst gleichbleibenden Verhältnis zur Geschwindigkeit des sich mit geringer Energieentwicklung bewegenden steuernden Teiles haltende Hauptregelung und anderseits unter Vermittlung eines Schalters, der bei einer Abweichung von dem vorgeschriebenen Wert des Verhältnisses zwischen den vom steuernden und gesteuerten Teil zurückgelegten Wegen in Wirksamkeit tritt, eine zusätzliche Regelung im Sinne einer Wiederherstellung des vorgeschriebenen Wegverhältnisses bewirkt, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte elektromagnetische Regelungsvorrichtung mit einer Erregerwick-

   lung (F), die eine der Geschwindigkeit des steuernden Teiles (A) verhältnisgleiche Induktion erzeugt, und mit einer durch den Schalter (M, K) ein- oder ausschaltbaren Spannungsquelle, die, wenn sie eingeschaltet ist, eine im Sinne der Wiederherstellung des vorgeschriebenen Wegverhältnisses wirkende zusätzliche Induktion erzeugt.

   'o 2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zusätzlichen Induktion eine durch den Schalter (M, K) an die Spannungsquelle anschließbare Hilfs-

   '5 erregerwicklung (M²) vorgesehen ist.

   3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine zur Erzeugung der Gesamtinduktion bestimmte Erregerwicklung, in deren Stromkreis sich, wenn die Spannungsquelle eingeschaltet ist, ein durch diese erzeugter zusätzlicher Erregerstrom dem der G2-schwindigkeit des steuernden Teiles (A) verhältnisgleichen Hauptteil des Erregerstromes überlagert.

   4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Antrieb des gesteuerten Teiles bestimmte Kraftmaschine durch einen Elektromotor (B) eines Leonard-=Antriebes gebildet wird, dessen Generator (G) ein ^rler Gesamtinduktion entsprechendes Kraftfeld hat.

   5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2 mit mindestens zwei von derselben Stelle aus gesteuerten Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden gesteuerten Teil ein besonderer Leonard-Antrieb (B, G) vorgesehen und jede gemeinsam mit der zugehörigen Erregerwicklung (F) auf dem Magnetgestell des betreffenden Generators (G) angeordnete Hilfserregerwicklung (M²) an einen besonderen, je einem gesteuerten Teile zugeordneten Schalter (M, K) angeschlossen ist.

   6. Steuerungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für den an die Spannungsquelle anschließbaren Stromkreis (P, Q, K, k², M, m¹, M², to³, p\ oder P, p¹, m^s, M², m¹, M, K, k\ R) eine Einrichtung (P, P₁, Q, R) zur Schnellerregung vorgesehen ist.

   7. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Hilfserregerwicklung (M²) an einen im mittleren Teil eines von einer Gleichstromquelle gespeisten induktionsfreien Regelwiderstandes (P) liegenden Punkt (p¹) angeschlossen ist und das andere Ende der Erregerwicklung (M²) unter Vermittlung des zugehörigen Schalters (M, K.) entweder mit dem einen oder dem anderen von den beiden durch den Anschlußpunkt (p¹) bestimmten Teilen des Regelwiderstandes (P) verbunden werden kann.

   8. Schalter für die Hilfserregerwicklung von Steuerungseinrichtungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mehreren, an einen induktionsfreien Regelwiderstand (S) angeschlossenen Stromschlußstücken (1 bis 6) versehen ist und von den beiden beim Stromschluß zur Berührung miteinander gelangenden Schaltgliedern (M und K, k¹) das eine (Ai) derart ausgebildet ist, daß die Stromschlußstücke (1 bis 6) nur der Reihe nach hintereinander in den Stromkreis eingeschaltet werden können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen