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Als Regeleinrichtung, insbesondere für Mischungsvorgänge dienende
elektrische Neigungswaage Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der
im Hauptpatent beschriebenen elektrischen Neigungswaage in der Ausführungsform als
selbsttätige Regel-- und Fernsteu.ereinrichtung. Bei dieser Einrichtung werden die
Abweichungen einer einzuregelnden Meßgröße von ihrem Sollwert ausgewogen gegen eine
von der elektrischen Waage selbsttätig veränderte elektrische Spannung oder Stromstärke,
von der die Verstellgeschwindigkeit und Verstellrichtung einer Verstelleinrichtung,
die das Regelorgan betätigt, insbesondere die Drehzahl und Drehrichtung eines Regelmotors,
abhängen. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Verstellgeschwindigkeit des Regelorgans
mit den Abweichungen der Meßgröße vom Sollwert wächst und bei Annäherungl der Meßgröße
an den Sollwert immer kleiner wird. Auf diese Weise wird eine pendelungsfreie Regelung
erzielt. Derartige Regeleinrichtungen werden vorzugsweise für die Regelung von Mischungsvorgängen
benötigt, z. B, bei der Mischung zweier Stoffströme oder eines Stoff- und eines
Energiestromes; wo infolge von Speicherwirkungen des Mischraums eine Verzögerung
zwischen der Verstellung des Regelorgans und der Wirkung dieser Verstellung auf
die vom Mischungsergebnis abhängige Meßgröße vorhanden ist.
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Da jeder Elektromotor und jede sonstige elektrisch gesteuerte Verstelleinrichtung
eine gewisse Mindestspannung als Anlaufspannung benötigt, ist bei der Anordnung
nach dem Hauptpatent im Bereich kleiner Abweichungen der Meßgröße vom Sollwert kein
-eindeutiger Zusammenhang zwischen diesen Abweichungen und der Drehzahl oder Verstellgeschwindigkeit
vorhanden. Es entsteht vielmehr ein unerwünschter toter Gang. Die vorliegende Erfindung
beseitigt diesen Nachteil dadurch, daß die Waage nicht unmittelbar durch die von
ihr veränderte elektrische Größe in die Gleichgewichtslage, die dem je-
weiligen
Wert der Meßgröße zugeordnet ist, zurückgeführt wird, sondern mittelbar durch eine
Meßgröße oder die von ihr ausgeübte Kraft, die mit der Verstellgeschwindigkeit oder
Drehzahl in bestimmtem Zusammenhange steht, also diese Verstellgeschwindigkeit oder
Drehzahl rückmeldet. Beispielsweise kann mit der Verstelleinrichtung oder dem Regelmotor
eine Drehzahlfernmeßdynamo verbunden sein, deren Spannung der Drehzahl proportional
ist und sich mit der Drehrichtung umkehrt. Gegen eine von dieser Spannung ausgeübte
Kraft werden dann die Abweichungen der Meßgröße vom Sollwert ausgewogen. Hierdurch
wird ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den Abweichungen der Meßgröße vom Sollwert
und der Drehzahl und! Drehrichtung oder Verstellgeschwindigkeit und Verstellrichtung
des Regelorgans erreicht.
Die Anordnung einer besonderen Drehzahlfernmeßdynamo-
oder einer sonstigen Einrichtung zum Messen und Fernübertragen der Drehzahl würde
allerdings eine unerwünschte Verteuerung der Anlage und gleichzeitig eine Verminderung
ihrer Betriebssicherheit infolge Vermehrung der Störungsmöglichkeiten bedeuten.
Die Erfindung ist daher dahingehend erweitert worden, daß bei Verwendung von Elektromotoren,
die in der Hauptsache als Verstelleinrichtung des Regelorgans in Frage kommen, die
Anordnung einer besonderen Drehzahlmeß- und -fernübertragungseinrichtung vermieden
wird dadurch, daß die gegenelektromotorische Kraft des Motors- in an sich neuartiger
Weise zur Rückmeldung der Drehzahl benutzt wird.
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In den Fig. i und 2 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung schematisch dargestellt.
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In Fig. i bedeutet i die schematisch. als ein Waagebalken, der auf
der Schneide 2 ruht, dargestellte elektrische Neigungswaage, auf die eine von der
einzuregelnden Meßgröße ausgeübte Kraft 3 einwirkt. Der Kraft 3 entgegen wirkt eine
beliebige, hier als Federkraft dargestellte Gegenkraft 4., die dem Sollwert der
Meßgröße entspricht und veränderlich sein kann. Mit den Waage ist verbunden eine
im. Feld eines Magneten 5 bewegliche Doppelspule 6,. ferner eine Einrichtung zur
stetigen Veränderung einer elektrischen Größe, in diesem Falle einer Spannung, z.
B. ein Wärmestrahlsteuerwerk 7. Die Strahlungsquelle 8 wird durch den mit der Waage
verbundenen . Schirm 9 entsprechend dem Ausschlag der Waage mehr oder weniger abgeschirmt,
wodurch zwei in der Mittelstellung kurzgeschlossene Widerstände io und 1i wechselweise
verändert werden. Zwischen den beiden Widerständen ist die eine Ankerstromleitung
12 und an den äußeren Enden der beiden Widerstände über einen schematisch dargestellten
Umschalter 13 die andere Ankerstromleitung 14 des Regelmotors angeschlossen. Durch
das Wärmestrahlsteuerwerk wird ferner eine in der Mittelstellung ausschaltende Schaltröhre
15 betätigt. Die Widerstände io und i i, der Umschalter 13 und die Schaltröhre 15
sind der Übersichtlichkeit wegen getrennt von dem Wärmestrahlsteuerwerk 7 dargestellt,
obwohl sie baulichmit ihm vereinigt sind. 16 ist ein Gleichstromnetz-, 17 der Anker
des Regelmotors, 18 seine Feldwicklung und 1g die Wicklung eines Bremslüftmagneten.
Feldwicklung und Bremslüftmagnet (der auch in Fortfall kommen kann) sind über die
-Schaltröhre 15 an das Netz 16 angeschlossen. Parallel hierzu sind die Widerstände
1o, und i i in Reihe mit einem -Widerstand oder einer Eisendrahtlampe 2o geschaltet.
21 ist ein in die eine Ankerstromleitung 14 eingeschalteter Widerstand. Die eine
Wicklung der Doppelspule 6 ist parallel zu dem Widerstand 2I, die andere Wicklung
parallel zu dem Anker 17 geschaltet. Den Wicklungen der Doppelspule vorgeschaltet
ist j e einer der Widerstände 2z und 23, während j e einer der. Justierwiderstände
2:4 und 25 ihnen parallel geschaltet ist. Die Wirkungsweise ist folgende:. Sobald
eine Abweichung der Meßgröße von ihrem Sollwert eintritt, `kommt die Waage aus dem
Gleichgewicht und betätigt das Wärmestrahlsteuerwerk 7. Die - Schaltröhre stellt
die Verbindung mit dem Netz 16 her, während gleichzeitig die Leitung 14 durch den
Umschalter 13 je nach der Richtung des. Ausschlages der Waage an das äußere Ende
eines der zunächst noch kurzgeschlossenen Widerstände 1o oder 1i angeschlossen wird,
der dann allmählich z. B. durch Verschiebung einer Quecksilbersäule freigegeben
wird. Entsprechend dreht sich der Anker 17 des Regelmotors in der einen oder anderen
Richtung mit einer mit der Freigabe des Widerstandes zunehmenden Drehzahl. Die beiden
Wicklungen der Doppelspule 6 sind gegeneinander geschaltet und ihre Vor- und Nebenwiderstände
und Windungszahlen so gewählt, daß sich bei stillstehendem Motor die Amperewindungen
gerade aufheben, unabhängig von der Ankerstromstärke und -spannung. Bei laufendem
Motor wird infolge der gegenelektromotorischen Kraft der Ankerstrom und der durch
die eine Wicklung der Doppelspule 6 fließende Bruchteil desselben - gegenüber dem
durch die andere Wicklung fließenden, nur von der Ankerspannung abhängigen Strom
geschwächt. Die wirksame Differenz der Amperewin- ; dungen der beiden Wicklungen
ist der gegenelektromotorischen Kraft, also bei konstanter Feldstärke des Motors
der Drehzahl proportional. Die Drehzahl des Motors wird nun durch zunehmenden Ausschlag
der elektrischen Neigungswaage so weit gesteigert, bis die Kraftwirkung zwischen
den wirksamen Amperewindungen der Doppelspule 6 und dem konstanten Magneten 5 der
Differenz der von der Meßgröße 3 und der Feder q. ausgeübten Drehmomente und somit
der Abweichung der Meßgröße von ihrem Sollwert entspricht. Die Drehzahl des, Regelmotors
ist infolgedessen stets proportional der Abweichung der Meßgröße vom Sollwert; und
die Drehrichtung entspricht der Richtung der Abweichung. Zur Erreichung einer anderen
als linearen Abhängigkeit zwischen den Abweichungen der Meßgröße und der Drehzahl
kann an Stelle des Magneten 5 ein Eisenkern oder eine feste von den gleichen Strömen
durchflossene Doppelspule mit, oder ohne
Eisenkern angeordnet werden.
Durch die Justierwiderstände 24 und 25 kann in einfacher Weise der Proportionalitätsfaktor
zwischen der Drehzahl und den Abweichungen der Meßgröße vom Sollwert eingestellt
werden.
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In Fig.2 ist die bereits im Hauptpatent beschriebene Regelmotorschaltung,
die den für Regelmotoren wichtigen Vorteil sehr einfacher Endausschaltung hat, in
Verbindung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Um diese Verbindung zu ermöglichen,
mußte jene Schaltung so abgeändert werden, daß eine konstante Feldstärke des Motors
erzielt wird, ohne daß die sonstigen Vorteile verlorengehen. Die in Fig.2 dargestellte
Schaltung erfüllt diese Bedingungen und bringt noch den Vorteil verringerten Stromverbrauchs
mit sich. Die Zahlen i bis 25 haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. i. Die -Feldwicklung
18 ist allerdings in zwei gleiche; sich ergänzende Wicklungen 18 und 18' unterteilt,
zwischen denen die Ankerstromleitung i2 angeschlossen ist. Parallel zu den Wicklungen
18 und 18' liegen zwei entsprechende Wicklungen ig, und ig' eines Bremalüftmagneten,
die aber auch in Fortfall kommen können. 26 und 27 sind zwei Endausschalter: Die
Widerstände io und ii sind im Gegensatz zur Anordnung nach dem Hauptpatent in der
Mittelstellung völlig freigegeben und weder miteinander noch mit der Ankerstromleitung
14 verbunden. Erst bei Betätigung des Wärmestrahlsteuerwerks 7 durch die Waage wird
die Leitung 14 mit einem der Widerstände io oder ii verbunden und dieser Widerstand
allmählich, wie bereits erwähnt, etwa durch Verschieben einer Quecksilbersäule,
kurzgeschlossen. Die Wirkungsweise ist entsprechend wie bei der Anordnung nach Fig.
i. Denn trotzdem der Ankerstrom durch die Feldwicklung fließt, hat der Motor Nebenschlußverhalten,
da die Summe der Amperewindungen der beiden Wicklungen 18 und 18'
konstant
bleibt. Falls einer der Endausschalter 26 und 27 bei Erreichung einer Endstellung
des Regelorgans geöffnet wird, wird der Motor stromlos, läuft aber bei einem Regelimpuls
in der entgegengesetzten Richtung ohne weiteres als Hauptstrommotor an und schließt
den Endausschalter wieder, wodurch das normale Nebenschlußverhalten wiederhergestellt
wird.