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Vorrichtung zur elektrischen Ferneinstellung eines beliebigen Gegenstandes
mittels Geberwiderstand, Empfängerwiderstand und Differentialrelais zur beschleunigten
Einstellung des Empfängers Die Erfindung bezieht sich auf Ferneinstellvorrichtungen,
bei denen die Bewegung des Empfängers durch polarisierte Differentialrelais gesteuert
wird, die einerseits vbn der Stellung des Gebers, andererseits von der des Empfängers
beeinflußt werden, ünd bezweckt, die richtige Einstellung des Empfängers zu beschleunigen.
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Derartige Steuerungen arbeiten zuverlässig, jedoch macht es sich,
sobald die möglichen Stellungen einen geschlossenen Kreis bilden, störend bemerkbar,
daß die Steuerung einen Unstetigkeitspunkt besitzt. Ordnet man nämlich die Abgriffe
eines Potentiometers auf einem Kreis an, so kommt man beim Durchlaufen des Kreises
zunächst auf immer höhere Spannungen, um schließlich von der höchsten Spannung unmittelbar
auf die niedrigste zu treffen. Wird der Empfänger nun stets in dem Sinne in Bewegung
gesetzt, daß sich die Spannungsdifferenz zwischen den Abgriffen am Geber und Empfänger
stufenweise vermindert, so' ist klar, daß der Empfänger den Unstetigkeitspunkt nicht
überschreiten wird, da er sich hierfür im Sinne steigender Spannungsdifferenzen
bewegen müßte.
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Bewegt sich also der Geber über diesen Punkt hinweg, so bewegt sich
'der Empfänger plötzlich in umgekehrter Richtung wie der Geber und muß daher einen
nahezu vollständigen Umlauf ausführen, um die neue Stellung des Gebers zu erreichen.
Das ist besonders bei solchen Fernsteuerungen unangenehm, die mit Grob- und Feinsteuervorrichtungen
versehen sind und bei denen der Empfänger einem bewegten Gegenstand möglichst gleichmäßig
folgen soll.
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Zur Vermeidung dieses Übelstandes hat man bereits bei Fernsteuerungen
der genannten Art Hilfseinrichtungen vorgesehen, durch die in der Nähe des Unstetigkeitspunktes
die gewöhnliche Steuerung unwirksam gemacht und eine andere Steuerung statt dessen
eingeschaltet wird, deren Unstetigkeitspunkt an anderer Stelle liegt. Diese Abhilfe
bedingt aber eine wesentliche Verteuerung der Anlage und unter Umständen eine Vermehrung
der nötigen Anzahl von Verbindungsleitungen zwischen Geber und Empfänger.
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Gemäß der Erfindung wird die gleiche Schwierigkeit in besonders einfacher
und zweckmäßiger Weise dadurch gelöst, daß mit den Wicklungen eines der zur Steuerung
dienenden, gegebenenfalls voneinander abhängigen polarisierten Differentialrelais
die Wicklungen eines ungerichteten Differentialrelais verbunden sind, das von den
gleichen Spannungs- oder Stromgrößen beeinfiußt wird wie das mit ihm verbundene
polarisierte Differentialrelais der gröbsten Stufe, in der Weise, daß es bei einer
Spannungs
- oder Stromdifferenz in Tätigkeit tritt, die einem halben
Umlauf des Empfängers entspricht, und das beim Ansprechen die Drehrichtung, in welcher
sich der Empfänger in Bewegung setzt, umkehrt.
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Hierdurch wird erreicht, daß der Empfänger der Stellung des Gebers
stets auf dem kürzesten Wege zustrebt. Da zur Beeinflussung des fraglichen Relais
die gleichen Spannungs- bzw. Stromgrößen benutzt werden wie zur Betätigung des Steuerdifferentialrelais,
ist keine Vermehrung der Verbindungsleitungen zwischen Geber und Empfänger nötig.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar .zeigen: Abb. x ein Schaltschema der Grundschaltung für eine Fernsteuerung
gemäß der Erfindung, Abb.2 ein Schema des Spannungsverlaufes bei einem Umlauf des
Kontaktgliedes cl bzw. c2 (Abb. i), Abb. 3 ein Prinzipschaltbild für den Antrieb
des Differentialgetriebes, Abb. q. ein Schaltbild einer Fernsteuerungsanlage für
i ooo verschiedene Stellungen, Abb.5 ein Schema einer Ergänzungsschaltung zur Sicherung
des Überganges über die o-o-o-Stellung.
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In Abb. i bezeichnet P, N ein Gleichstromnetz. An dieses sind
zwei Potentiometer a1, a2 angeschlossen, deren Anzapfungen der Reihe nach mit den
Kontakten i bis 9 je einer Kreiskontaktbahn b1, b2 verbunden sind, während o ein
Leerkontakt ist. Mit dem Geber- und Empfängerapparat ist je ein Umlaufkontakt cl,
c2 verbunden, der auf den Kontakten o bis 9 läuft und der mit einem Ende der Wicklung
dl bzw. d2 eines polarisierten Differentialrelais verbunden ist, das hier als Drehspuleninstrument
mit einer Feldspule f und zwei entgegengesetzt gewickelten Windungen dl, d2 der
Drehspule gezeichnet ist. Um zu erreichen, daß der Empfänger seine Stellung stets
auf dem kürzesten Wege einnimmt, ist noch ein zweites, jedoch nicht polarisiertes,
also angerichtetes Differentialrelais g1, g2 vorgesehen, das bei einer Spannungsdifferenz
von fünf Stufen entsprechend einem halben Umlauf des Kontaktes c2 anspricht und
die Bewegungsrichtung des hmpfängers umkehrt:. Hierdurch wird auch erreicht, daß
der bergang von 9 nach o nicht über S, 7 usw., sondern auf dem direkten Wege erfolgt,
obwohl, wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, zwischen 9 und o ein Spannungssprung von
neun Stufen liegt. Da die Wicklungen dl, d2 elektrisch völlig unabhängig voneinander
sind, ist es nicht erforderlich, daß die Potentiometer a1, a2 an einem gemeinsamen
Netz liegen. Es können daher an Stelle des Netzes P, N z. B. zwei getrennte Batterien
von gleicher Stromspannungscharakteristik verwendet werden. Zur Strombegrenzung
sind den Potentiometern a1, a2 Widerstände a.1, aal vorgeschaltet. Man könnte auch,
statt die Spannung an Potentiometern abzugreifen, einen stufenweise vorgeschalteten
Widerstand benutzen, wobei sich nur die Bemessung einzelner Teile ändern würde.
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Abb. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild für den Anschluß eines Doppelmotors
mit Differentialgetriebe zum Antrieb des Empfangsgerätes. dl, 4 sind wieder
die Wicklungen des polarisierten Differentialrelais, g1, g2 die des angerichteten
Differentialrelais. je nachdem das Relais dl, d 2 nach der einen oder anderen Seite
ausschlägt, zieht das Motorschaltrelais il oder i.2 seinen Anker an. Der Antrieb
des nicht dargestellten Empfängers erfolgt durch die Motoren hl, h.2 über das Differentialgetriebe
in. Die Anker der beiden gegenläufigen Motoren hl, h2 sind hintereinander geschaltet.
Parallel zu ihnen liegt ein Potentiometer 7a. Hat keines der Motorschaltrelais il,
i2 seinen Anker angezogen, so liegt der Verbindungspunkt der Anker am Mittelabgriff
des Potentiometers n. Die beiden Motoren laufen alsdann mit gleicher Geschwindigkeit
im entgegengesetzten Drehsinn, und der mit dem Differentialgetriebe verbundene Empfänger
bleibt in Ruhe. Solange nicht Stellungsgleichheit zwischen Geber und Empfänger besteht,
liegt das polarisierte Differentialrelais dl, d2 in einer seiner Endstellungen,
so daß eines der Motorschaltrelais il., i2 seinen Anker anzieht. Damit wird aber
die Verbindung des Ankerverbindungspunktes mit dem Mittelabgriff des Potentiometers
ia unterbrochen, und statt dessen wird dieser Verbindungspunkt mit einem Nachbarabgriff
n1 oder 1t2 des Potentiometers verbunden. Hierdurch kommen an die Anker der beiden
Motoren verschiedene Spannungen, die Motoren laufen mit verschiedener Geschwindigkeit,
und das Differentialgetriebe setzt den Empfänger in Bewegung. Sobald der Empfänger
in die gleiche Stellung wie der Geber gelangt, kommt der Anker des polarisierten
Differentialrelais dl, d2 in Mittelstellung, das Motorschaltrelais i.1 bzw. i2 läßt
seinen Anker los, so daß an den Ankern der Motoren hl, h2 wieder gleiche Spannungen
liegen und das Differentialgetriebe den Empfänger stillsetzt.
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Die Wirkungsweise des angerichteten Differentialrelais g1, g2 ist
nun folgende: Wird z. B. der Geber auf i gestellt, während der Empfänger auf ä steht,
so würde sich der Empfänger ohne dies Relais über 7, 6, 5, 4., 3, z nach i bewegen.
Da jedoch die Spannungsdifferenz zwischen i und $ mehr als fünf Stufen beträgt,
spricht das angerichtete Differentialrelais g1, g2 an, wodurch die Zuleitungen zu
dem Motorschaltrelais il bzw. i2 umgetauscht werden; das Differentialgetriebe läuft
daher in umgekehrter Richtung, und der Empfänger bewegt sich über 9 nach o. Sobald
der Empfänger auf o angelangt ist, schlägt das polarisierte Differentialrelais
dl,
d2 nach der entgegengesetzten Seite aus. Gleichzeitig läßt aber das ungerichtete
Differentialrelais g1, g2 seinen Anker los, da die Differenz zwischen Geberspannung
und Empfängerspannung, die bis dahin angewachsen war, jetzt nur noch eine Stufe
(also weniger als fünf) beträgt. Die Drehrichtung des Differentialgetriebes bleibt,
da sowohl dl, d2 als auch g1, g2 ihre Stellung geändert haben (Abb.3), unverändert,
und der Empfänger bewegt sich weiter von o nach i, wo er zur Ruhe kommt. Um hierbei
ein unnötiges Abfallen und Wiederanziehen der Motorschaltrelais il, i2 zu vermeiden,
erhalten diese Relais zweckmäßig eine Abfallverzögerung.
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Abb. q. zeigt das Schaltbild einer Fernsteuerungsanlage gemäß der
Erfindung mit dreistelligem Geber und Empfänger für i ooo Einstellmöglichkeiten.
Im Prinzip handelt es sich um die gleiche. Schaltung, die in den Abb. i und 3 dargestellt
ist, jedoch abgesehen von kleineren schaltungstechnischen Verschiedenheiten mit
folgenden Abänderungen: Für die Einer-, Zehner- und Hunderterstellen ist am Geber
und am Empfänger je ein Potentiometer mit neun Spannungsabgriffen und einem Leerkontakt
vorgesehen (Geber a1, a1', a1", Empfänger a2, a2', a,") mit zugehörigen polarisierten
Differentialrelais d, d', d". Die auf den Potentiometern gleitenden Kontakte
sind beim Empfänger und vorzugsweise auch beim Geber durch Getriebe miteinander
derart verbunden, daß bei einem vollen Umlauf eines Kontaktes der Kontakt der nächsthöheren
Dezimalstelle um eine Stufe weiter rückt. Damit dies Weiterschalten plötzlich erfolgt,
wird zur Weiterschaltung vorzugsweise ein sogenanntes Maltesergetriebe oder ein
ähnliches Sprunggetriebe verwendet. Die Einstellung' des Empfängers erfolgt so,
daß durch ein Abschaltrelais k1" bzw. k," die von den polarisierten Differentialrelais
d, d' der Einer- und Zehnerstelle zu den Motorschaltrelais il, i2 führenden
Leitungen zunächst so lange unterbrochen sind, bis das polarisierte Differentialrelais
d" der Hunderterstelle in seine Ruhelage zurückgekehrt ist, d. h. bis die Hunderterstelle
auf ihren richtigen Wert eingestellt ist. Darauf schaltet ein entsprechendes Abschaltrelais
ki bzw. k2 nur die von dem polarisierten Differentialrelais d der Einerstelle nach
il, i2 führenden Leitungen ab, bis auch die richtige Zehnerstelle eingestellt ist,
worauf das Abschaltrelais k,' bzw. k2' seinen Anker losläßt und das polarisierte
Differentialrelais d in Wirkung tritt, bis die genaue Einstellung erreicht ist.
Zur Beschleunigung ist für die höchste Stelle, also für die Hunderter, in entsprechender
Weise wie g1, g2 in Abb. i und 3 ein ungerichtetes Differentialrelais w1, w2 vorgesehen.
Solange dieses Relais in Ruhestellung ist, ist die weitere Anordnung die gleiche
wie in Abb. 3. Bei angezogenem Anker des ungerichteten Differentialrelais w1, w2
ist jedoch im vorliegenden Beispiel der Stromverlauf von dem der Abb. 3 etwas abweichend.
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Beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den Potentiometern a1",
a." fünf oder mehr Stufen, so zieht das ungerichtete Differentialrelais w1,
w2 seinen Anker an; damit wird zunächst der vom polarisierten Differentialrelais
d" gesteuerte Stromkreis unterbrochen. Nun erhält über den Arbeitskontakt des ungerichteten
Differentialrelais w1, w2 und über Ruhekontakte der beiden Motorschaltrelais il,
i2 ein Umschaltrelais y Strom. Dies Relais schließt an seinem unteren Arbeitskontakt
den über den Anker des Relais d" führenden Stromkreis wieder, leitet ihn aber so
um, daß an Stelle des Motorschaltrelais il bzw. i2 ein Hilfsrelais q1 bzw. q2 anspricht.
Die Hilfsrelais q1, q2 sind nun mit den Betätigungsstromkreisen der Motorschaltrelais
il, i2 in der Art verbunden, daß durch das Hilfsrelais q1 das Motorschaltrelais
i2 und durch das Hilfsrelais q2 das Motorschaltrelais il eingeschaltet wird. Hierdurch
setzt sich also das Differentialgetriebe in umgekehrter Richtung in Bewegung, also
in der Richtung, bei welcher im Falle einer Spannungsdiffereilz von mehr als fünf
Stufen das Ziel auf dem kürzesten Wege erreicht wird. Beim Anziehen des Motorschaltrelais
il bzw. i2 werden das Umschaltrelais y und damit auch die Hilfsrelais q1, q2 spannungslos
und fallen ab. Das Motorschaltrelä,is il bzw. i2 bleibt jedoch angezogen, solange
das ungerichtete Differentialrelais w1, w2 in Arbeitsstellung liegt, da die Motorschaltrelais
il, i2 mit Arbeitskontakten s1, s2 ausgerüstet sind, welche ihnen den Haltestrom
so lange zuführen, bis das ungerichtete Differentialrelais w1, w2 abfällt. Ist beim
Anziehen dieses Relais w1, w2 das Differentialgetriebe bereits im Laufen, wie das
vorkommt, wenn der Empfänger dem Geber während dessen Einstellung nur wenig nacheilt
und der erstere die Zahl o überschreitet, so bleibt das bereits in Arbeitsstellung
befindliche Motorschaltrelais il bzw. i2 in seiner Arbeitsstellung, da es mit etwas
Verzögerung arbeitet und es, bevor es abgefallen ist, schon wieder über das ungerichtete
Differentialrelais w1, w2 und den Arbeitskontakt s1 bzw. s2 Spannung erhält. Ohne
das ungerichtete Differentialrelais w1, w2 würde sich beim Überschreiten der Stellung
o die Bewegungsrichtung des Empfängers umkehren. Es ist also der gleiche Erfolg
erreicht, der sonst über die Relais w1, w2, y, q, i erreicht wurde. Da hierbei
das Anspringen der Relais y und q umgangen ist, ergibt sich hieraus eine
Zeitersparnis und zugleich ein ruhigeres Arbeiten der Einrichtung. Die Hilfsrelais
q1, q2 kann man bei im übrigen gleicher Anordnung auch entbehren, wenn man durch
das Umschaltrelais r in seiner Arbeitsstellung
die von dem polarisierten
Differentialrelais d kommenden Leitungen einfach in umgekehrter Weise als in der
Ruhestellung mit dem Motorschaltrelais il bzw. i2 verbinden läßt. Will man auf den
glatten Übergang über die Stellung o verzichten, so kann man auch das Relais y fortlassen,
wobei das Relais w1, w2 die Funktion des Relais g1, g2 der Abb. 3 erhält.
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Pendelt bei einer Fernsteuerungseinrichtung nach Abb. q. der Geber
schnell um die o-o-o-Stellung herum, so kann es vorkommen, daß der Hunderterzeiger
so kurz hintereinander in entgegengesetzter Richtung zwischen o und 9 bzw. 9 und
o umgeschaltet wird, d. 1i. die o-o-o-Lage zweimal in entgegengesetzter Richtung
so kurz hintereinander durchschritten wird, daß beim zweiten Durchschreiten das
Motorschaltrelais il bzw. i2 seinen Anker noch nicht losgelassen hat. Dadurch würde
der Empfänger seine Drehrichtung nicht umkehren, so daß er annähernd einen vollen
Umlauf ausführen würde. Um den hierdurch entstehenden Zeitverlust zu vermeiden,
kann die Schaltung der Abb. q. nach Abb. 5 ergänzt werden. Die Hauptkontakte x1,
x, des polarisierten Differentialrelais d", die entsprechend Abb. q. mit den Motorschaltrelais
il, i. verbunden zu denken sind, sind hierfür federnd ausgebildet. Beträgt die Differenz
zwischen den Strömen in den Spulen di ' und d2" bzw. den an diesen Spulen liegenden
Spannungen ein Mehrfaches des normalen Werts, der beim Lebergang von einem Kontakt
zum benachbarten auftritt, so werden die Kontakte xi bzw. x2 durchgebogen und drücken
eine der Hilfszungen y.1, yoz gegen den entsprechenden Hilfskontakt yi, y2. Die
Hilfszungen yol, yoz sind gegen die federnden Kontakte x1, x2 isoliert und sind
unter Umgehung des ungerichteten Differentialrelais wl, ze)2 direkt mit der Stromquelle
verbunden.
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Die Hilfskontakte y1, y, sind mit verzögerten Vörrelais 2c1, icz verbunden,
die hintereinander geschaltete Kontakte zur Betätigung eines Nullpunktrichtungsrelais
vI, vb besitzen, so daß dies Relais seinen Anker anzieht, wenn ail anspricht, bevor
u2 abgefallen ist, oder umgekehrt. Das Relais vI, vb unterbricht die Zuleitungen
zu sämtlichen übrigen Relais. Über einen Haltekontakt, der durch die Leitung z mit
parallel zueinander liegenden nicht gezeichneten Arbeitskontakten sämtlicher übrigen
Relais in Reihe geschaltet ist, erhält eine Haltespule vb des Nullpunktrichtungsrelais
so lange Strom, bis sämtliche Relais außer va, v. abgefallen sind. Läßt nun vI,
vb seinen Anker los, so beginnt die Einstellung der Relais ganz von neuem, so daß
die Bewegung des Empfängers in der günstigsten Richtung erfolgt.
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Damit nicht das zuerst betätigte Vorrelais u1 bzw. zig nach dem Anziehen
des anderen abfällt, bevor das Nullpunktrichtungsrelais vI, vb seinen Anker angezogen
hat, erhält das betreffende Vorrelais v1 bzw. zr., über einen Haltekontakt des entsprechenden
Vorrelais is., bzw. eil und einen Ruhekontakt des Relais vI, z@b so lange Strom
vom Hilfskontakt y, bzw. y1, bis das Relais vI, "b seinen Anker angezogen hat.
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Um ein sicheres Arbeiten der Einrichtung zu gewährleisten, muß vermieden
werden, daß beim Geber oder beim Empfänger Stromlosigkeit eintritt, wenn der Umlaufkontakt
cl bzw. c, in einer Zwischenstellung zur Ruhe kommt. Die Kontakte cl, cg kommen
daher stets mit dem nächsten Kontakt in Berührung, bevor sie den vqrigen verlassen.
Würden alle Kontakte mit Anschlüssen des Potentiometers verbunden sein, so würde
beim Übergang zwischen 9 und o das ganze Potentiometer kurzgeschlossen werden, so
daß der Strom in unzulässiger Weise ansteigen würde. Durch die Ausbildung. des Kontaktes
o als Leerkontakt wird dieser Übelstand vermieden. Außerdem verhindern noch die
vor die Potentiometer geschalteten Schutzwiderstände aal, a02 gleichfalls ein unzulässiges
Ansteigen des Stromes.
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Damit die Einstellung stets genau auf einen Kontakt erfolgt, kann
man durch elastische Verbindung o. dgl. dafür sorgen, daß die Umlaufkontakte sich
sprungweise vorwärts bewegen.
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An den gezeigten Ausführungen können natürlich innerhalb des Rahmens
der Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So kann das Potentiometer
ia fortgelassen werden, wenn man statt dessen z. B. Feldschwächungswiderstände für
die Motoren he, h2 vorsieht, oder beim Anziehen der Relais il, i. kann der Anker
je eines der Motoren hl, 7i, stromlos gemacht werden.
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Wenn nur eine Drehrichtung zugelassen wird, kann an Stelle von Gleichstrom
auch Wechselstrom zur Steuerung benutzt werden. Das Differentialgetriebe kann dann
unter Fortfall eines Motors durch eine in ein einfaches Getriebe eingebaute elektromagnetische
Kupplung unter entsprechender Vereinfachung der Schaltung ersetzt werden.