DE566203C - Einrichtung zur Konstanthaltung einer Groesse - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. DEZEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 566 KLASSE 21 c GRUPPE

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Einrichtung zur Konstanthaltung einer Größe

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. Juli 1929 ab

Man hat vorgeschlagen, Betriebsgrößen zu regeln mit Hilfe zweier Glieder, deren Geschwindigkeiten dem Ist-Werte bzw. dem Soll-Werte der zu regelnden Größe entsprechen und deren Geschwindigkeitsunterschied zur Auslösung der Regelbewegung benutzt wird.

Gemäß der Erfindung wird nach dem Auslösen einer Regelbewegung das auslösende Organ entkoppelt, in seine Normalstellung zurückgeführt und wieder angekoppelt. Dadurch wird erreicht, daß die Rückführung des auslösenden Organs unabhängig von dem Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder wird. Diese Unabhängigkeit ist aber notwendig, wenn man eine Überregelung vermeiden will. Bei einer Ausführungsform nämlich, wo das auslösende Organ unlösbar mit einem den Geschwindigkeitsunterschied <ier beiden Glieder anzeigenden Teil gekuppelt ist, muß nach einer Verstellung des auslösenden Organs der Geschwindigkeitsunterschied beider Glieder über Null zu einem Werte mit umgekehrtem Vorzeichen verändert werden, um das auslösende Organ wieder in seine Ausgangsstellung zurückzuführen. Das Überschreiten des Nullwertes des Geschwindigkeitsunterschiedes bedeutet aber eine Überregelung, weil bei ihm bereits die gewünschte Übereinstimmung zwischen dem Ist- und dem Soll-Werte der zu regelnden Größe erreicht ist.

Das oben gekennzeichnete Verfahren führt zu einer schrittweisen Regelung. Die Größe des Regelschrittes wird dabei erfindungsgemäß von der Betätigungsdauer des auslösenden Organs unabhängig gemacht. Man ist dadurch in der Lage, das auslösende Organ noch während der Dauer des Regelschrittes wieder in seine Normalstellung zurückzuführen. Diese Möglichkeit bietet folgenden Vorteil: Zur Rückführung werden vorteilhaft selbsttätig wirkende Mittel, wie z. B. Federn, benutzt. Infolgedessen muß damit gerechnet werden, daß das auslösende Organ nicht aperiodisch in seine Normalstellung ein-. läuft, sondern in diese Stellung einschwingt. Während der restlichen Dauer des Regelschrittes ist also Gelegenheit dazu gegeben, daß dieser Einschwingvorgang abklingen kann.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, das auslösende Organ nach Beendigung des Regelschrittes nicht sofort wieder anzukoppeln, um nämlich die Auswirkung des Regel-Schrittes auf das geregelte Aggregat wenigstens in der Hauptsache abzuwarten, ehe durch die Wiederankoppelung des auslösenden Organs eine neue Regelbewegung ausgelöst werden kann.

Das Regelverfahren gemäß der Erfindung arbeitet insbesondere in der zuletzt angegebenen Form mit unter Umständen erheblichen Pausen zwischen den einzelnen Regelschrit-

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

Leo Brandenburger in Berlin-Siemensstadt.

ten auch dann, wenn ein fortlaufender Regelvorgang sich abspielt. Infolgedessen wird die Regelung verhältnismäßig träge, insbesondere wenn von der Regelung eine sehr große Empfindlichkeit gefordert wird und deshalb der einzelne Regelschritt sehr klein gewählt werden muß.

Erfindungsgemäß läßt sich dieser Nachteil dadurch beheben, daß dieArbeitsgeschwindigkeit des Regelantriebes oder die Größe der einzelnen Regelschritte oder beides gemeinsam in Abhängigkeit von der Pause zwischen der Ankoppelung des auslösenden Organs und der darauffolgenden Auslösung einer neuen Regelbewegung derart gesteuert werden, daß größere Werte der Geschwindigkeit bzw. des Regelschrittes kürzerer Dauer der Pausen entsprechen. Diese Pausen sind nämlich ein Maß für den Geschwindigkeitsunterschied der beiden Glieder, da ihre Länge bedingt ist durch die Zeit, welche benötigt wird, um mit Hilfe des Geschwindigkeitsunterschiedes der beiden Glieder das auslösende Organ aus seiner Normalstellung in die Auslösestellung zu führen.

Eine beispielsweise Ausführungsform kann in einem Zeitwerk bestehen, das jedesmal bei dem Wiederankoppeln des auslösenden Gliedes in Bewegung gesetzt wird und während seines Ablaufes den Feldwiderstand eines Regelmotors von einem Höchstwert auf Null verändert. Der Feldwiderstand ist also um so größer, je schneller der nächste Auslösevorgangfolgt, und um so schneller läuft auch der Antriebsmotor. Zur Beeinflussung der Länge der Regelschritte kann man z. B. ebenfalls ein Zeitwerk verwenden etwa in der Form, daß die Laufzeit des Regelmotors aus einer konstanten Mindestlaufzeit und einer durch das Zeitwerk bedingten zusätzlichen Laufzeit zusammengesetzt wird. Das Zeitwerk beginnt seinen Ablauf ebenfalls bei dem Wiederankoppeln des auslösenden Organs. Seine bei der Auslösung eines Regelschrittes noch übrige Laufzeit ist also um so größer, je kürzer die Pause zwischen dem Wiederankoppeln des auslösenden Organs und der folgenden Auslösung einer Regelbewegung war.

In der Zeichnung sind an zwei Beispielen Ausführungsmöglichkeiten des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.

In der Abb. 1 sind mit 1 und 2 zwei Leitungen bezeichnet, über die eine zu regelnde Wattleistung geführt ist. 3 ist ein Wattmeter, mit dessen Drehanker ein· Kollektor 4 durch eine Achse 5 fest gekoppelt ist. 6 ist eine Batterie, 7 und 8 sind zwei zur Stromerzeugerstelle führende Leitungen, die mit den Kollektorbürsten 9 und 10 in Verbindung stehen. 11 ist ein Relais mit den beiden beweglichen Kontaktlämellen 12 und 13. Durch Leitungen 14 und 15 sind diese Kontaktlamellen mit der Wicklung 16 eines Z-Ankertriebes 17 verbunden, der im wesentlichen den für Nebenuhrwerke üblichen Typen entspricht. 18 ist eine Reibungskupplung, die durch einen darin angeordneten Magneten ausgelöst werden kann. Der eine Teil dieser Kupplung ist " durch einen Schneckentrieb 19 mit der Welle des Z-Ankers 1.7 gekuppelt, während der andere lösbare Teil auf einer Welle 20 befestigt ist. Die Welle 20 trägt einen Arm 21 mit einem doppelseitigen Kontakt 22. Der Kontakt 22 ist mit einem Schleifring 23 leitend verbunden. Koaxial zu der Welle 20 ist eine Welle 24 angeordnet, deren Arm 25 an einer Gabel 26 zwei Kontakte 27, 28 trägt, die mit den beiden Schleifringen 29, 30 in Verbindung stehen. Die beiden Kontaktarme 21 und 25 sind über die Wellen.20 und 24 hinaus verlängert. An der Verlängerung des Armes 25 sind zwei Blattfedern 42 und 43 befestigt, die sich mit Vorspannung gegen die Verlängerung des Armes 21 anlegen, so daß sie bestrebt sind, die in der Abbildung dargestellte. Mittellage der Arme 21 und 25 herbeizuführen. Die Welle 24 wird über einen Schneckentrieb 31 von einem ZrAnker 32 angetrieben, dessen Wicklung 33 mit den beiden beweglichen Kontaktlamellen 34 und 35 eines Re- _go lais 36 elektrisch verbunden ist. Das Relais 36 wird gesteuert von einem rotierenden Unterbrecher 37, der seinen Antrieb von einem Motor 38 erhält. 39 ist ein Spannungsteiler, von dem durch eine Bürste 40 beliebige Spannungen für den Anker des Motors 38 abgegriffen werden können. Auf einer Skala 41 kann die Stellung der Bürste 40 abgelesen werden.

44 und 45 sind zwei Relais, deren eine Klemme über Bürsten mit den Schleifringen 29, 30 und mit den festen Kontakten 46, 47 verbunden ist, während die andere Klemme an feste Kontakte 48, 49 geführt ist. 50 ist der Anker eines Steuermotors, dessen Feld 51 dauernd an Spannung liegt. 52 ist ein Zeitschalter, der z. B. in der Form ausgebildet sein kann, daß von einem Zugmagneten 53 ein Schaltrad 54 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles aufgezogen wird, bis von einem an no dem Schaltrad 54 befestigten Anschlag 55 ein Kontakt 56 unterbrochen wird. Eine Feder 57 zieht das Schaltrad 52 in seine Ausgangsstellung zurück.

Die oben beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Von dem Rotor des Wattmeters 3 wird der Kollektor 4 mit einer der über die Leitungen 1 und 2 fließenden Wattleistung entsprechenden Geschwindigkeit gedreht. Dabei werden dem Relais 11 Stromstöße zügeführt, von denen während ihrer Dauer die beweglichen Lamellen 12 und 13 in ihre der

gezeichneten entgegengesetzte Endlage gebracht werden. Dadurch wird über die Leitungen 14 und 15 die Wicklung 16 in umgekehrter Richtung an eine Spannungsquelle gelegt. Infolgedessen dreht sich der Z-Anker 17 ebenfalls mit einer der über die Leitungen ι und 2 fließenden Wattleistung entsprechenden Geschwindigkeit fortlaufend um Schritte von 90⁰ und nimmt dabei über den Schneckentrieb ig und die Reibungskupplung ι S die Welle 20 mit dem darauf befestigten Arm 21 mit. In derselben Weise, wie eben geschildert, wird der Arm 25 von dem rotierenden Unterbrecher $j fortgeschaltet. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die Geschwindigkeit dieses rotierenden Unterbrechers 37 einstellbar ist durch Abgriff einer auf ' der Skala 41 ablesbaren Teilspannung von dem Spannungsteiler 39 für den Rotor 38 des Antriebsmotors. Die Skala 41 kann auch unmittelbar auf die Soll-Werte der zu regelnden Leistung geeicht sein. Solange den eingestellten Soll-Werten die Ist-Leistung entspricht, SO¹ lange drehen sich die beiden Arme 21 und 25 mit gleicher Geschwindigkeit. Infolgedessen kommt eine Berührung zwischen den Kontakten 22 und 27 oder 28 nicht zustande. Sobald aber die Ist-Leistung den Soll-Wert z. B. unterschreitet, bleibt der Arm 21 gegenüber dem Arm 25 zurück, so daß z. B. der Kontakt 27 mit dem Kontakt 22 in Berührung kommt. Dadurch wird der Pluspol einer nicht gezeichneten Stromquelle über den Schleifring 23, die Kontakte 22, 2¹J, den Schleifring 29 an die eine Klemme des Relais 44 gelegt, während die andere Klemme über den festen Kontakt 48 und den darauf aufliegenden beweglichen Kontakt am Minuspol derselben Stromquelle liegt. Infolgedessen zieht das Relais 44 an und legt dadurch den Anker 50 des Regelmotors an Spannung. Der Regelmotor wirkt in beliebiger Form so auf den Stromerzeuger ein, daß die Ist-Leistung erhöht wird. Gleichzeitig mit dem Motor ist aber auch der in der Kupplung 18 angeordnete Magnet an Spannung gelegt worden. Infolgedessen wird die Kupplung gelöst und dadurch die Welle 20 direktionslos, so daß die Blattfedern 42 bzw. 43 die Mittellage der beiden Arme 21 und 25 zueinander wieder herstellen können. Dadurch wird der eben angegebene Stromkreis zwischen den Kontakten 22 und 27 unterbrochen. Das Relais 44 bleibt jedoch noch erregt, da beim Einschalten der Haltekontakt 46 geschlossen worden ist, so daß das Relais 44 nunmehr über den Kontakt 56 des Zeitschalters 52 mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist. Das Relais 44 fällt ab, sobald der Zeitschalter 52 mit seinem Anschlag 55 den Kontakt 56 öffnet. Bei dem Abfallen des Relais wird der Regelmotor 50 abgeschaltet und gleichzeitig der λΐ^ηεΐ der Kupplung 18 aberregt. Der Arm 21 wird also wiederum mit seinem Antrieb fest gekuppelt, so daß der Ausgangszustand wiederhergestellt ist. Die Kontakte 48 und 49 haben den Zweck, zu verhindern, daß beide Relais gleichzeitig ansprechen können. In diesem Falle würde nämlich die Stromquelle bei der gewählten Schaltung kurzgeschlossen sein.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, die Wicklung des in der Kupplung 18 sitzenden Magneten nicht parallel zum Motor zu schalten, damit man den Moment des Wiedereinkuppelns des Armes 22 beliebig wählen kann. Vielfach, insbesondere bei großen Erzeugeraggregaten, kommt die Bewegung des Regelmotors 50 erst nach einer unter Umständen erheblichen Zeitspanne zur Auswirkung, so daß es in solchen Fällen vorteilhaft ist, die Kupplung 18 auch nach Beendigung der Regelbewegung des Motors 50 noch eine Zeitlang ausgekuppelt zu lassen, bis auch an der Meßstelle die von dem Regelmotor 50 eingeleitete Veränderung des Betriebszustandes sich wenigstens zum größten Teil ausgewirkt hat.

In den Abb. 2 und 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 17 und 32 sind wieder die beiden Z-Anker, deren Antrieb in genau derselben Weise erfolgen möge wie in dem in der Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. 19 und 31 sind die beiden Schneckentriebe, 20 und 24 die Wellen, auf denen die Schneckenräder befestigt sind. Außerdem sind auf den Wellen 20 und 24 die beiden Seitenräder 58 und 59 eines Planetentriebes angeordnet, dessen Planetenrad 60 frei drehbar auf der verlängerten Welle 24 sitzt. Das Planetenrad 60 ist an seinem Umfange mit einer feinen Zahnung versehen, in die eine Klinkeöi eingreift. Die Klinke 61 ist um eine Achse 62 drehbar gelagert. Die Achse sitzt an einem Arm 63 eines um die Achse 64 drehbar aufgehängten Hebels 65. 66 ist ein unmittelbar an der Klinke 61 befestigter Anker, der von einer Wicklung 67 betätigt wird. 68 ist eine Dämpferwicklung. 69 und 70 sind zwei Fedem, von denen der Arm 65 in seiner Mittellage gehalten wird. 71 ist ein an dem Arm 65 befestigter Doppelkontakr, dem zwei federnde Kontakte72 und y^ gegenüberstehen. 74 und 75 sind die beiden Spulen eines Relais mit den beweglichen Kontaktlamellen 76, TJ und 78. 50 und 51 ist wieder Anker und Feld des Regelmotors, während mit 52 bis 57 wiederum ein Zeitschaltwerk bezeichnet-ist.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Z-Anker 17 und 32, deren Geschwindigkeiten dem Ist- bzw. Soll-Wert der

zu regelnden Leistung entsprechen, treiben über die Schneckentriebe 19 und 31 die Seitenräder 58 und 59 des Planeten triebes in entgegengesetzter Drehrichtung an. Solange die Räder sich gleich schnell drehen, bleibt das Planetenrad 60 unverändert stehen. Infolgedessen bleibt auch der Arm 65 in seiner Ruhelage, so daß ein Regelvorgang nicht eingeleitet wird. Sobald jedoch die Drehgesch windigkeit der beiden Z-Anker voneinander abweicht, beginnt das Planetenrad 60 aus seiner Ruhelage auszuwandern und nimmt dabei über die Klinke 61 den Arm 65 mit, bis der Kontakt 71 einen der beiden Kontakte 72 oder 73 berührt. Ist z. B. ein Stromschluß zwischen den beiden Kontakten 71 und 72 hergestellt, dann fließt von dem Pluspol einer nicht dargestellten Stromquelle über den Kontakt 71, den Kontakt 72., die Relaiswicklung 74 und das Zeitschaltwerk 52 ein Strom zum Minuspol der Stromquelle. Die Relaiswicklung 74 wird erregt und zieht infolgedessen die beweglichen Kontaktfedern 76 bis 78 nach links herüber. Dadurch wird über die S5 Kontaktfedern 76 und yy der Anker 50 des Regelmotors an Spannung gelegt, während über die Kontaktfeder 78 die auf dem Hebel 65 sitzende Magnetwicklung 67 erregt wird. Infolgedessen wird der Anker 66 angezogen und die Klinke 61 ausgehoben, so daß der Hebel 65 unter der Wirkung der Federn 69 und 70 wieder in seine Mittellage zurückkehren kann. Dabei wird der Stromschluß zwischen dem Kontakt 71 und 72 unterbrochen.· Die Relaiswirkung 74 bleibt trotzdem erregt, da sie über die bewegliche Kontaktfeder 76 ebenfalls noch am Pluspol der Spannungsquelle liegt. Der Regelmotor 50 arbeitet also, bis von dem Zeitschaltwerk 52 der Kontakt 56 geöffnet wird. Dadurch wird die Relaisspule 74 stromlos und die Relaiskontakte j6 bis 78 fallen in ihre Mittellage zurück, so daß der Motor 50 stillgesetzt wird und gleichzeitig der Stromkreis der Magnetwicklung 67 unterbrochen wird. Infolge der Dämpferwicklung 68 fällt der Relaisanker 66 unter dem Einfluß des Klinkengewichtes verzögert ab und die Klinke 61 legt sieh wieder in die ihr gegenüberstehende Zahnlücke des Planetenrades 60 ein, so daß die Kupplung zwischen dem Planetenräd 60 und dem die Steuerkontakte Ji tragenden Arm 65 wiederhergestellt ist. Ebenso wie in dem ersten Ausführungsbeispiel kann man auch hier die Steuerung des Magneten 67 ganz unabhängig von der Laufzeit des Regelmotors z. B. durch ein besonderes Zeitwerk vornehmen, wenn die durch die Dämpferwicklung bewirkte Verzögerung nicht genügt, um den Regelschritt zur Auswirkung kommen zu lassen.

Bei den Ausführungsbeispielen ist die Größe eines Regelschrittes durch die vom Zeitwerk gesteuerte Laufzeit des Antriebsmotors gegeben. Man kann den Regelschritt, wenn es zweckmäßig erscheint, auch anders begrenzen. So kann man z. B. ein Schaltwerk von dem Motoranker aus so antreiben, daß nach einer bestimmten Zahl von Umdrehungen der Motor stillgesetzt wird. Man kann dabei auch die einzelnen Regelschritte verschieden groß machen, um sich z. B. einem Regelorgan anzupassen, zwischen dessen Antrieb und Wirkung nicht lineare Beziehungen bestehen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Konstanthaltung einer Größe mit Hilfe zweier Glieder, deren Geschwindigkeiten dem Ist-Werte bzw. dem Soll-Werte der zu regelnden Größe entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die nach Auslösung einer Regelbewegung das auslösende Organ beim Einleiten des Regelvorganges entkoppelt, in seine Normalstellung zurückgeführt und wieder angekoppelt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Regelschrittes von der Betätigungsdauer des auslösenden Organs unabhängig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Regelschrittes das auslösende Organ noch so lange entkoppelt bleibt, bis der Regelschritt sich ausgewirkt hat.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Arbeitsgeschwindigkeit des Regelantriebes in Abhängigkeit von der Länge der Pause zwischen der Ankoppelung des auslösenden Organs und der darauffolgenden Auslösung eines neuen Regelschrittes derart gesteuert wird, daß höhere Arbeitsgeschwindigkeiten kürzeren Pausen entsprechen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Größe der einzelnen Regelschritte in Abhängigkeit von der Länge der Pause zwischen der Ankoppelung des auslösenden Organs und der darauffolgenden Auslösung eines neuen Regelschrittes derart gesteuert wird, daß größere Regelschritte kürzeren Pausen entsprechen.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Regelbewegung dienende Kontakte und Gegenkontakte unmittelbar an den beiden Gliedern (20, 24) befestigt sind,

daß eines der beiden Glieder mit seinem Antrieb durch eine Kupplung verbunden ist und daß Mittel, z. B. Federn, vorgesehen sind, von denen nach Lösen der Kupplung die Relativverschiebung beider Glieder wieder rückgängig gemacht wird.

7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beide Glieder über ein Differenzgetriebe (58, 59) miteinander verbunden sind, mit dessen die Differenz anzeigendem Getriebeteil (60) das auslösende Organ (65) lösbar gekuppelt ist, und daß Mittel, z. B. Federn, vorgesehen sind, die nach Lösen der Kupplung des auslösenden Organs dessen Verstellung rückgängig machen.

8. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Relais (44,45,74,75)> die durch Verstellung des auslösenden Organs erregt werden und Stromkreise für den Regelantrieb im einen oder anderen Drehsinn so lange geschlossen halten, bis ihr Haltestromkreis durch ein Zeitwerk (52) unterbrochen wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kupplung zwischen dem auslösenden Organ und seinem Antrieb steuernder Stromkreis parallel zu dem Stromkreis des Regelantriebes geschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Relais Kontakte zum Einschalten des die Kupplung zwischen dem auslösenden Organ und seinen Antrieb steuernden Stromkreises vorgesehen sind und ein besonderes Zeitwerk zum Unterbrechen dieses Stromkreises angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen