-
Einrichtung zur Konstanthaltung einer technisch-physikalischen Größe
Im Hauptpatent 566 2o3 ist eine Einrichtung zur Konstanthaltung einer Größe beschrieben,
bei der die Regelung vom Geschwindigkeitsunterschied zweier Glieder abhängt, von
denen das eine mit einer dem Sollwert, das andere mit einer dem Istwert der zu regelnden
Größe entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben wird, und bei der Mittel vorgesehen
sind, durch die nach Auslösen einer Regelbewegung das auslösende Organ entkoppelt,
in seine Normalstellung zurückgeführt und bei Beendigung des Regelschrittes .wieder
angekoppelt wird. Im Hauptpatent ist ferner erwähnt, daß 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 kürzeren Pausen größere Regelschritte entsprechen. Es
ergibt sich hierdurch eine Abhängigkeit der Größe der Regelschritte von der Größe
der Abweichung des Istwertes vom Sollwert. Die vorliegende Erfindung richtet sich
auf eine Anordnung, mit deren Hilfe eine solche Abhängigkeit in besonders zweckmäßiger
Weise erzielt werden kann. Gemäß der Erfindung wird ein Laufwerk vorgesehen, das
bei Beendigung des Regelschrittes wirksam gemacht wird und eine die Größe des Regelschrittes
bestimmende Vorrichtung derart beeinflußt, daß mit wachsendem zeitlichem Abstand
zwischen dem Wirksamwerden des Laufwerkes und der Auslösung des neuen Regelschrittes
die Größe des Regelschrittes vermindert wird.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Über das Relais i werden Stromstöße geleitet, deren Häufigkeit dem Istwert der zu
regelnden Größe entspricht, während dem Relais a Stromstöße zufließen, deren Häufigkeit
dem Sollwert der zu regelnden Größe entspricht und die z. B. mit Hilfe eines von
einem Synchronmotor angetriebenen Kollektors erzeugt werden. Von dem Relais i und
2 werden Kontakte 3 und ¢ gesteuert, die Wicklungen 5 und 6 abwechselnd in umgekehrter
Richtung an Gleichstromquellen legen.' Die Wicklungen 5 und 6 sind Teile bekannter
Nebenuhrtriebe. Ihre Umpolung hat jedesmal eine Drehung der Z-Anker 7 und 8 um go°
zur Folge. Über Schneckentriebe g und io werden von den Z-Ankern koaxiale Wellen
ii und i2 angetrieben. Auf der Welle ii ist das Feld 13 einer magnetischen
auslösbaren Kupplung befestigt, deren Anker 1q. auf einer Welle 15 sitzt.
Die Welle 15 trägt außerdem noch einen Arm 16, der an seinem einen Ende einen
Doppelkontakt 17 besitzt. Der Kontakt 17 steht mit einem Schleifring 18 in leitender
Verbindung. An dem anderen
Ende des Armes 16 sind zwei Blattfedern
i9 befestigt. Auf der Welle 12 sitzt ein Arm -2o, der zwei als Gegenkontakte des
Doppelkontaktes 17 wirkende Kontakte 2i und 22 trägt. Die Kontakte 21 und 2z stehen
mit den Schleifringen 23 und 24 in leitender Verbindung. Das andere Ende des Armes
20 liegt zwischen den Blattfedern i9, so daß infolgedessen diese bestrebt sind,
die gezeichnete Mittellage der beiden Arme 16 und 2o gegeneinander herzustellen.
25 und 26 sind zwei Relais, von denen Kontakte 27 bis 31 bzw. 32 bis 36 gesteuert
werden. 37 ist der Anker des Regelmotors, dessen Feld 38 ständig an Spannung liegt.
39 ist ein verzögertes Relais. Es besteht aus einem Eisenkern 40, der von einer
Spule 41 beeinflußt wird und auf ein Ritzel42 einwirkt, das in ein Zahnrad 43 eingreift.
Das Zahnrad 43 trägt einen Nocken 44, mit dem es von einer Feder 45 gegen einen
festenAnschlag46 gezogen wird. 47 ist ein Doppelkontakt, der von den Nocken 44 betätigt
wird, und 48 ist ein elektrisch erregtes Magnetsystem, das dämpfend auf die Bewegung
des Rades 43 .einwirkt. 49 ist ein Wechselstromsynchronmotor und 5o eine Spannungsquelle
für diesen Motor. Über ein. Zahnradvorgelege 51 treibt der Motor 49 eine Welle 52
an, auf der das Gehäuse 53 einer magnetischen Kupplung befestigt ist. Koaxial zu
der Welle 52 ist eine Welle 55 angeordnet, die den Anker 56 der Magnetkupplung und
eine Schaltwalze 57 trägt. Eine Feder 58 ist bestrebt, die Schaltwalze 57 in ihre
Ausgangsstellung zurückzuführen. Auf der Schaltwalze 57 schleifen die Bürsten 59
bis .64. Der Deutlichkeit halber ist in der Abb.2 eine Abwicklung der Schaltwalze.gezeigt.
Der Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung der Walze an, wenn- diese mit dem Motor 49
gekuppelt ist. Die Linie a gibt die Stellung der Bürsten 59 bis 64 bei der Ausgangsstellung,
der Schaltwalze und die Linie b die' Bürstenstellung nach erreichter Endstellung
der Schaltwalze 57 an. 65 ist ein Relais, von dem, ein Doppelkontakt 66 betätigt
wird.
-
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnung erklärt sich wie
folgt-: Die Z-Anker 7 und 8 werden mit Geschwindigkeiten angetrieben, welche dem
Istwert bzw. denn Sollwert der zu regelnden Größe entsprechen. Infolgedessen drehen
sich auch die Wellen i i und 12 mit entsprechenden Geschwindigkeiten. Solange die
magnetische Kupplung 13 eingeschaltet ist, nimmt die Welle 15 an der Drehung der
Welle i i teil. Wenn die Sollgeschwindigkeit und die Istgesehwindigkeit einander
gleich sind, d. h. der gewünschte Betriebszustand eingehalten wird, dann laufen
beide Arme 16 und 2o mit gleicher Geschwindigkeit um, so daß es zu einer Berührung
der Kontakte 17 und 21 bzw. 17 und 22 nicht kommen kann. Sobald jedoch die
Istgeschwindigkeit sich ändert, wird nach mehr oder minder langer Zeit der Kontakt
17 entweder mit dem Kontakt 21 oder mit dem Kontakt 22 in Berührung kommen. Vorausgesetzt,
daß es zu einer Berührung zwischen dem Kontakt 17 und dem Kontakt 21 kommt, wird
zunächst folgender Stromkreis geschlossen: Von dem Pluspol einer Stromquelle über
den Schleifring 18, den Kontakt 17, den Kontakt 2i, den Schleifring 23, das Relais
26 und den Kontakt 3o zum Minuspol der Stromquelle. Infolgedessen wird das Relais
26 erregt, und die von ihm gesteuerten Kontakte werden in ihre obere Stellung gebracht.
Dadurch werden nebeneinander folgende Stromkreise hergestellt: Von dem Pluspol einer
Stromquelle über den Kontakt 47 des Zeitrelais 39, über die Wicklung 41, den Haltekontakt
32, die Relaisspule 26 und den Kontakt 30 zum Minuspol der Stromquelle. Die
Erregung des Relais 26 ist somit unabhängig davon geworden, ob der Kontaktschluß
zwischen 17 und 21 noch länger aufrechterhalten bleibt. Außerdem wird ein Stromkreis
geschlossen, der von dem Pluspol der Stromquelle über den Kontakt 33, den Anker
37 des Regelmotors und den Kontakt 34 zum Minuspol der Stromquelle führt. Der Regelmotor
beginnt also zu laufen. Weiterhin wird der Kontakt 35 geöffnet, so daß das Gegenrelais
25 nicht ansprechen kann. Schließlich wird der Kontakt 36 unterbrochen und dadurch
der Motor 49 stillgesetzt. Infolgedessen bleibt die Schaltwalze in der von ihr erreichten
Stellung stehen. Durch die Erregung der Wicklung 41, die über Kontakt 32 in Reihe
mit der Wicklung des Relais 26 geschaltet ist, wird das Zeitrelais 39 in Bewegung
gesetzt. Dieses läuft mit einer Geschwindigkeit ab, welche von der Stellung der
Schaltwalze abhängig ist, da die Spule des Dampfermagneten 48 über den auf der Schaltwalze
befindlichen Widerstand an Spannung liegt. Sobald nun das Rad 43 des Zeitrelais
sich in Richtung des eingezeichneten Pfeiles so weit gedreht hat, daß von dem Nocken
44 der Kontakt 47 betätigt wird, wird zunächst der Haltestromkreis des Relais 26
unterbrochen, so daß das Relais abfällt, dabei den Motor 37 stillsetzt und die Regelung
für einen neuen Regelimpuls vorbereitet. Außerdem wird über den Kontakt 47 ein Stromkreis
geschlossen, der von dem Pluspol einer Stromquelle über den Kontakt 47 und das Relais
65 zum Minuspol der Stromquelle führt. Das Relais 65 hebt seine Kontakte 66 an und
schaltet sich dadurch in einen Haltestromkreis, der vom Minuspol einer Stromquelle
über
das Relais 65, den oberen Kontakt 66, die Bürste 64 und die Bürste 63 zum Pluspol
der Stromquelle verläuft. Gleichzeitig wird an den Kontakten 66 der Haltestromkreis
der Magnetkupplung 53 unterbrochen, so daß diese vorübergehend ausgelöst wird und
die Feder 58 die Schaltwalze in die Anfangsstellung zurückführen kann. Sobald die
Schaltwalze ihre Anfangsstellung erreicht hat, ist die Verbindung zwischen den Bürsten
63 und 64 aufgehoben, so daß auch der Haltestromkreis für das Relais 65 unterbrochen
ist und die Kontakte 66 wieder in ihre untere Lage zurückfallen können. Der Erregerstromkreis
des Relais 65 ist schon früher dadurch unterbrochen worden, daß das Rad 43 des Zeitrelais
von der Feder 45 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wurde. Gleichzeitig mit
dem Abfallen des Relais 26 und den weiteren oben geschilderten Vorgängen ist auch
der Kontakt 36 wieder geschlossen worden, so daß der Motor 49 wieder zu laufen beginnt
und die Schaltwalze 57 wieder in Richtung des eingezeichneten Pfeiles in Bewegung
setzt. Bei größeren Abweichungen zwischen dem Istwert und dem Sollwert erfolgt sehr
schnell ein neuer Regelimpuls, so daß die Schaltwalze nur einen kleinen Teil ihres
annähernd 36o° betragenden Weges zurücklegen kann. Infolgedessen liegt bei der Auslösung
des nächsten Regelschrittes zwischen den Bürsten 59 und 6o nur ein kleinerWiderstand.
Der Dämpfermagnet 48 wird also sehr kräftig erregt, so daß der Ablauf des Zeitrelais
stark verzögert wird und der nächste Regelschritt eine entsprechende Länge erhält.
Ist jedoch der Geschwindigkeitsunterschied beider Glieder nur klein, dann kann die
Schaltwalze nahezu eine volle Umdrehung zurücklegen, ehe der nächste Regelimpuls-
erfolgt. In diesem Falle ist der ganze auf der Schaltwalze angeordnete Widerstand
zwischen die Bürsten 59 und 6o und- somit vor die Erregung des Magneten 48 geschaltet,
so daß die Dämpfung nur gering ist und der Regelschritt entsprechend klein bemessen
wird. Sind die Geschwindigkeitsunterschiede so gering, daß innerhalb einer Umdrehung
der Schaltwalze ein neuer Regelimpuls überhaupt nicht erfolgt, dann wird am Ende
ihres Weges durch Unterbrechung der Verbindung zwischen den Bürsten 61 und 62 der
Motor 49 stillgesetzt und durch Unterbrechung der Verbindung zwischen den Bürsten
59 und 6o die Dämpfung des Zeitrelais ganz unwirksam gemacht.
-
Die in der Zeichnung angegebene, bisher in ihrer Wirkung nicht beschriebene
magnetische lösbare Kupplung 13 hat den Zweck, ein Überregeln- zu vermeiden, das
eintreten würde, wenn die Wellen i i und 1,5 starr miteinander gekoppelt wären.
In diesem Falle müßte nämlich, wenn z. B. eine Geschwindigkeitsverminderung des
Istgliedes 16 zur Auslösung eines Regelvorganges geführt hätte, die Istgeschwindigkeit
über die Sollgeschwindigkeit erhöht werden, damit die ursprüngliche Relativlage
der Arme 16 und 2o wieder -erreicht werden könnte. Dieses Überregeln wird dadurch
vermieden, daß jedesmal nach Auslösen eines Regelimpulses die parallel zum Motor
37 geschaltete Kupplung 13, die von einer Feder betätigt und durch die Magnetwicklung
gelöst wird, vorübergehend unwirksam gemacht wird, so daß die Arme 16 und 2o infolge
der Wirkung der Blattfedern i9 ungehindert ihre ursprüngliche Relativlage zueinander
einnehmen können. Erst nach Beendigung des Regelschrittes wird der Stromkreis der
Kupplung 13 wieder unterbrochen, so daß diese die Verbindung zwischen den Wellen
i i und 15 wieder herstellen kann.
-
In Abb. 3 und 4 ist an einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wie man
das Zeitrelais ganz entbehrlich machen kann. Der besseren Übersichtlichkeit halber
sind die mit den Bezugzeichen bis 24 versehenen Teile der Steuerung fortgelassen.
Im übrigen bezeichnen die gleichen Bezugzeichen wieder dieselben Teile wie in Abb.
i. An Stelle der untersten, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. i von den Relais
25 und 26 betätigten Kontakte 31 und 36 sind zwei Kontakte -o, 71 getreten. Die
Schaltwalze 72 ist unmittelbar gekuppelt mit der Welle 52. Eine Rückführungsfeder
ist nicht mehr vorhanden. Auf der Schaltwalze schleifen vier Bürsten 73 bis 76.
Die Abwicklung der Schaltwalze ist in Abb.4 besonders dargestellt. Die Wirkungsweise-
erklärt sich wie folgt: Nach Beendigung eines Regelschrittes bleibt die Schaltwalze
in einer Stellung stehen, in der die Bürsten in der in der Abb. 4 mit c bezeichneten
strichpunktierten Linie sich befinden. In dieser Stellung ist nämlich der Stromkreis
des Motors 49 zwischen den Bürsten 73 und 74 unterbrochen. Sobald nun durch einen
Regeliumpuls eines der Relais a5 oder 26 erregt wird, wird auch einer der Kontakte
70 oder 71 geschlossen. Über den geschlossenen Kontakt wird der Motor 49 vorübergehend
an Spannung gelegt, so daß er zu laufen beginnt und dabei durch Fortbewegung der
Schaltwalze 72 in Pfeilrichtung den Kontakt zwischen den Bürsten 73 und 74 herstellt.
Die weitere Bewegung des Motors 49 und somit auch der Schaltwalze 72 ist unabhängig
von der Dauer des dem Relais 25 oder 26 bewirkten Kontaktschlusses. Gleichzeitig
mit dem Kontakt 70 oder 71 ist von dem erregten Relais 25 oder 26 auch einer der
Kontakte 27
oder 32 geschlossen worden, so -daß der Erregerstromkreis
des Relais 25 bzw. 26 über den Kontakt 35 bzw. 30 und die Bürsten 75 und
76 geschlossen ist. Das Relais 25 oder .6 bleibt infolgedessen so lange erregt,
bis an der in Abb.4 mit d bezeichneten Stelle der Stromkreis zwischen den Bürsten'
Z5 und 76 unterbrochen wird. Diese Zeitspanne ist klein, wenn die Schaltwalze 72
aus ihrer Anfangsstellung anläuft, da bereits nach kurzer Zeit der geringe Abstand
e zwischen den mit c und d bezeichneten Linien zurückgelegt ist. An der mit d bezeichneten
Stelle wird jedesmal der Regelschritt beendet, und gleichzeitig beginnt eine neue,
nahezu ganze Umdrehung der Schaltwalze. Je schneller also nach der Beendigung des
vorangegangenen Regelschrittes der nächste Regelimpuls gegeben wird, um so größer
ist der Weg, den die Schaltwalze nach bis zum Erreichen der mit d bezeichneten Stellung
zurückgelegt hat, und um so größer wird der Regelschritt. Durch die Umdrehungszeit
der Schaltwalze ist also eine konstante, beliebig einstellbare Zeitspanne gegeben.
Von dieser Zeitspanne wird jedesmal ein Betrag abgezogen, welcher dem Abstand zweier
aufeinanderfolgender Regelschritte entspricht, und der verbleibende Rest bestimmt
die Dauer des Regelschrittes. Diese wird also um so kleiner, je größer die Abstände
zwischen den einzelnen - Regelschritten werden, d. h. je geringer die Abweichungen
der Soll- und Istgeschwindigkeit voneinander sind.
-
Durch- die Verwendung der Schaltwalze 72 ist ein Zusammenhang zwischen
dem Abstand zweier Regelschritte und der längsten Dauer eines Regelschrittes insofern
'gegeben,' als der längste Regelschritt etwa dem größten-Abstand zwischen
zwei Regelschritten entspricht. Diesen Nachteil kann man beheben und. die Regelschrittdauer
von dem gewünschten größten Abstand zwischen zwei Regelschritten dadurch unabhängig
machen, daß z. B. ein Widerstand 78 in denjenigen Teil des Stromkreises des-Motors
49 eingeschaltet wird, welcher von den Bürsten 73 und 74 unter Spannung gesetzt
wird. Dadurch wird erreicht, daß die Schaltwalze langsamer läuft während der Pause
zwischen zwei Regelschritten und eine gewünschte höhere Geschwindigkeit während
der Ausführung eines Regelschrittes annimmt.