DE640294C - Einrichtung zum zeitrichtigen Regeln des Mittelwertes der Drehzahl einer Welle - Google Patents

Description

Für verschiedene Zwecke sind Einrichtungen zur zeitrichtigen Drehzahlreglung be-

• . kannt, bei denen der Mittelwert der zu regelnden Drehzahl konstant bleibt, während die Augenblicksgeschwindigkeit entsprechend dem absatzweisen Regelvorgang zeitweise nach der einen und nach der anderen Richtung von dem Sollwert abweicht.

Solche Einrichtungen dienen z. B. zum Betriebe von Synchronuhren. Zu diesem Zweck kann die Drehzahl der Wechselstromgeneratoren einer Zentrale bekanntlich derart geregelt werden, daß die Frequenz des erzeugten Wechselstromes im Mittel, über einen genügend langen Zeitraum gemessen, der richtigen Uhrzeit entspricht. Bei derartigen und ähnlichen Einrichtungen ist die Verwendung von Differentialgetrieben bekanntgeworden, die zum Vergleich der zu regelnden Geschwindigkeit mit dem Ablauf einer Normaluhr dienen.

Zu diesem Zweck ist das eine Sonnenräd des Differentialgetriebes z. B. mit einem von dem zu regelnden wechselstrombetriebenen Synchronmotor gekuppelt und das andere Sonnenrad mit einer Normaluhr, wobei die beiden Sonnenräder sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Ist die Geschwindigkeit der beiden Sonnenräder gleich groß, so steht das Differentialglied still, dagegen dreht es sich in der einen oder anderen Richtung, je nachdem, ob das eine oder das andere Sonnerirad schneller läuft. Wenn das Differentialglied nun eine Kontaktvorrichtung derart steuert,· daß dadurch ein Regelorgan für die Geschwindigkeit der den Wechelstrom erzeugenden Generatoren entsprechend beeinflußt wird, so schwankt die Frequenz des Wechselstromes bzw. die Drehzahl des Synchronmotors um den der zeitrichtigen Geschwindigkeit entsprechenden Mittelwert herum, und die an das in dieser Weise geregelte Wechselstromnetz angeschlossenen Synchronuhren zeigen stets mit geringen Abweichungen die richtige Zeit an. "

Wenn nun aber für den Anschluß' von Synchronuhren oder anderen zeitrichtig zu bewegenden Einrichtungen, z. B. für die Schreibstreifenvorschubeinriehtungen bei schreibenden Meßgeräten, ein derart geregeltes Wechselstromnetz nicht zur Verfügung steht, so hat man bisher, sofern man nicht auf die Verwendung von Synchronmotoren für den Antrieb der Uhren u. dgl. verzichten wollte, einen besonderen Umformer (Motorgenerator oder Einankerumformer) aufgestellt, dessen Geschwindigkeit durch ein Differentialgetriebe in der geschilderten Weise mit einer Normaluhr verglichen und durch entsprechende Beeinflussung der Geschwindigkeit des Antriebsmotors geregelt wurde.

Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß eine vollständige Normaluhr mit Gewichts- oder Federaufzug erforderlich

*) Von dem Patentsucher ist als der E/ründer angegeben worden:

Dipl.-Ing. Gerhard Simon in Berlin-Siemensstadt.

ist. Um von jeder Handbedienung unabhängig zu sein, wird dabei zweckmäßig eine der bekannten Einrichtungen zum selbsttätigen Wiederaufziehen der Uhr nach Ablauf des Kraftspeichers benutzt. Solche EinricfK tungen nehmen aber einen verhältnismäßig großen Platz in Anspruch und zeigen einen' aus vielen ineinandergreifenden Teilen bestehenden Aufbau, wodurch die Betriebssicherheit leidet.

Diese Übelstände werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei einer Einrichtung zum zeitrichtigen Regeln des Mittelwertes der Drehzahl einer Welle, vorzugsweise der Welle eines Motors zum Antrieb eines ein Synchronuhrennetz speisenden Generators, mit Hilfe eines von einem Kraftspeicher angetriebenen Gangreglers und eines Differentialgetriebes, dessen eines Sonnenrad mit der zu regelnden Welle, dessen zweites Sonnenrad mit dem Gangregler verbunden ist und dessen Differentialglied die Drehzahl der zu regelnden Welle steuert, der Kraftspeicher derart an dem Differentialglied angreift, daß er bei fortlaufender Drehung des Differentialgliedes auf das mit dem Gangregler verbundene Sonnenrad ein Drehmoment ausübt, das periodisch zwischen einem Höchstwert und dem Wert ο schwankt. Wenn man auf das Differentialglied eine normale Gewichts- oder Federtriebeinrichtung wirken lassen würde, so würden Schwierigkeiten auftreten, wenn einmal der Gangregler versagt oder durch irgendwelche Umstände festgehalten wird. In diesem Falle würde der Kraftspeicher durch die sich dauernd in einer Richtung drehende Welle des Differentialgliedes über das zulässige Maß hinaus aufgezogen werden, so daß besondere Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden müßten, um in solchem Falle eine Zerstörung wertvoller Teile zu verhüten und den Betrieb nach Beheben der Störung ohne weiteres wieder aufnehmen zu können. Solche Sicherheitseinrichtungen sind nicht erforderlich, wenn der Kraftspeicher so angeordnet-wird, daß das Drehmoment, das er auf die Welle des Differentialgliedes auszuüben vermag, niemals über einen bestimmten Wert hinaus anwachsen kann, sondern, wie bereits erwähnt, bei der Drehung der Welle periodisch zwischen einem Höchstwert und dem Wert 0 schwankt.

Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der Kraftspeicher, z. B. in Gestalt einer Zugfeder, an einem auf der Welle des Differentialgliedes angeordneten Kurbelzapfen angreift. Benutzt man als Kraftspeicher eine Gewichtskraft, so erhält man eine besonders einfache und betriebssichere Anordnung, wenn das Differentialglied und die mit ihm verbundenen Teile so bemessen und angeordnet sind, daß ihr Gesamtschwerpunkt außerhalb der Drehachse liegt. In diesem Falle ist ein ,besonderer zusätzlicher Kraftspeicher nicht >fet:förderlich.

ί^£;)^ίήη die zu regelnde Drehzahl von der ^fpes-etiwindigkeit eines Elektromotors abhängt, so kann man als Regelorgan eine Kontaktanordnung benutzen, die eine stufenweise Änderung der Drehzahl des Elektromotors zwischen zwei Grenzwerten bewirkt und zweckmäßig so angeordnet ist, daß sie eine unbehinderte Drehung des Differentialgliedes gestattet. Der eine Grenzwert ist größer und der andere kleiner als der zeitrichtige Sollwert, wobei der untere Grenzwert auch gleich Null sein kann.

Es hat sich gezeigt, daß es günstig ist, wenn die Kontakteinrichtung so angeordnet wird, daß sie nach Art eines Kippschalters wirkt. Dabei kann der Kippwinkel der Schalteinrichtung so gewählt werden, daß die Dauer einer Regelperiode unter Berücksichtigung der jeweils vorliegenden Verhältnisse passend bemessen ist. Als Regelschalter kann z. B. eine Flüssigkeitskippröhre benutzt werden, die durch ein Kurbelschleifengetriebe o. dgl. von der Welle des Differentialgliedes aus angetrieben wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar ist

Fig. ι eine Ansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors oder Umformers;

Fig. 2 ist die zugehörige Seitenansicht mit eingezeichneten Leitungsverbindungen und

Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. i.

Mit ι und 2 sind zwei Lagerplatten be- too zeichnet, die durch Abstandsäulen 3 zusammengehalten werden. 4 ist ein Elektromotor oder Umformer, dessen Drehzahl geregelt werden soll. Die Ankerachse des Motors 4 trägt ein Ritzel 5, das in ein Zahnradö eingreif t. Dieses ist auf einer zwischen den Platten 1 und 2 gelagerten Achse 7 befestigt, die wieder ein Ritzel 8 trägt, das in ein großes Zahnrad 9 eingreift. Das mit einem weiteren Ritzel io> verbundene Zahnrad 9 ist tio lose um eine in der Mitte der Platten 1 und 2 gelagerte Welle 11 drehbar, die durch die Lagerplatte 1 hindurchgeführt ist. Auf der gleichen Welle sind ferner zwei fest miteinander verbundene Zahnräder 12 und 13 lose gelagert. Durch eine Klemmschraube 14 ist ein Arm 1.5 mit der Wellen verbunden, in dem parallel zur Welle 11 eine Achse 16 gelagert ist, die auf der einen Seite ein Ritzel 17 und auf der anderen; ein Zahnrad 18 trägt. Dabei greift das Ritzel 17 in das Zahnrad 12 und das Zahnrad 18 in das Ritzel 10 ein. Das

Zahnrad 13 dient zum Antrieb eines Gangreglers 19, der. der Einfachheit halber nur schematisch angedeutet ist. Auf dem aus der Lagerplatte 1 herausragenden Ende der Welle S 11 ist eine Scheibe 20 angebracht, die exzentrisch einen Stift 21 trägt. Dieser greift in das geschlitzte Ende eines an der Platte 1 bei 22 gelagerten Hebels 23 ein, der eine Quecksilberschaltröhre! 24 trägt.

Der Elektromotor 4 ist an die Klemmen 25, 26 einer Stromquelle angeschlossen, deren Spannung zweckmäßig annähernd konstant gehalten wird. Handelt es sich z. B. um ein Gleichstromnetz, so kann ein Gleichstrommotor benutzt werden, dessen Anker mit 27 und dessen Feldwicklung mit 28 bezeichnet ist. In Fig. 2 ist die Feldwicklung in Reihe mit einem Widerstand 29 parallel zur Ankerwicklung gezeichnet.' Parallel zu dem Widerstand 29 liegen die Kontakte 30, 31 der Quecksilberschaltröhre 24.

Die beschriebene: Einrichtung wirkt in folgender Weise:

In der gezeichneten Lage des Kippschalters 24 berühren die Kontakte 30, 31 das Quecksilber nicht, der Widerstand 29 ist also eingeschaltet und somit das Magnetfeld des Motors geschwächt. Der Motor läuft deshalb mit erhöhter Drehzahl und treibt über die Zahnräder S, 6, 8, 9, 10 und i8- die Achse 16 an. Da das Zahnrad 12 zunächst feststeht, so muß sich das auf der Achse 16 befestigte Ritzel 17 auf dem Umfange des Zahnrades 12 abwälzen. Infolgedessen dreht sich der Arm 15 und damit die Achse 11 so, daß der Arm 15 von der in Fig. 1 gezeichneten Lage in die in Fig. 3 gezeichnete gerät, wobei das Gewicht des Armes 15 angehoben wird.

In dieser Lage übt nun das an demSchwerpunkt 5* des Armes 15 und der damit verbundenen Teile angreifende Gewicht G ein Drehmoment aus, das über die Zahnräder 12 und 13 den Gangregler 19 antreibt. Die Zahnräder 10 und 12 stellen dabei die Sonnenräder eines Differentialgetriebes dar, dessen Differentialglied durch den Arm 15 gebildet wird. Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes sind nun so gewählt, daß bei der in Fig. 3, dargestellten Arbeitslage des Armes 1S dieäer in Ruhe bleiben würde, wenn der Motor 4 die der genauen Uhrzeit entsprechende Drehzahl hätte. Da die Drehzahl des Motors jedoch bei eingeschaltetem Widerstand 29 absichtlich etwas größer gewählt ist,

so dreht sich der Arm weiter. Dabei dreht sich die Achse 11 und damit die den Stift 21 tragende Scheibe 20 in der Pfeilrichtung. Dadurch wird der Kipphebel 23 umgelegt, und das Quecksilber schließt die Kontakte 30, 31 und damit den Widerstand 29 kurz. Infolgedessen wird nunmehr die Drehzahl des Motors 4 unter den der Uhrzeit entsprechenden Betrag sinken, so daß der Arm 15 sich wieder zurückdreht, ,weil, jetzt die Geschwin- ' digkeit des durch den Gangregler 19 entsprechend der Uhrzeit angetriebenen Sonnenrades überwiegt, bis der Kippschalter durch das Kurbelschleif engetriebe 21,23 wieder umgelegt und somit durch Einschalten des Widerstandes 29 die Drehzahl des Motors wieder erhöht wird.

Durch geeignete Wahl der Abmessungen des Kurbelschleifengetriebes und des Quecksilberschalters in Verbindung mit einer passenden Bemessung des Widerstandes 29 kann erreicht werden, daß die· Umschaltung in der gewünschten periodischen Folge, z. B. in Abständen von etwa 1 Minute, erfolgt. Gegebenenfalls kann, um die Periode zu verlangsamen, noch ein zusätzlicher toter Gang in 'das Kurbelschleifengetriebe eingefügt werden, z. B. dadurch, daß der als Kurbelzapfen dienende Stift 21 in der Schleife ein passend gewähltes Spiel hat.

Sollte bei der beschriebenen Anordnung der Gangregler 19 einmal vorübergehend versagen oder festgehalten werden, so daß auch das Sonnenrad 12 feststehen würde, so würde das Ritzel 17 sich dauernd auf dem feststehenden Umfange des Rades 12 abwälzen und die Welle 11 des Differentialgliedes 15 dauernd umlaufen. Da die Kontakteinrichtung 24 so angeordnet ist, daß sie den dauernden Umlauf des Armes 15 in keiner Weise behindert, so würde der Kippschalter während dieser Zeit abwechselnd geöffnet und geschlossen, und der Motor 4 würde dementsprechend abwechselnd mit zu hoher und zu niedriger Drehzahl, d. h. im Mittel annähernd mit der richtigen Drehzahl laufen, so daß eine vorübergehende Störung dieser Art nur verhältnismäßig geringe Abweichungen von der zeitrichtigen Drehzahl ergeben würde. Im übrigen wäre die Einrichtung sofort nach Aufhören der Störung ohne weiteres wieder betriebsbereit. Denn das Drehmoment des als Kraftspeicher dienenden Übergewichts des Armes 15 kann niemals über den Höehstwert hinausgehen, der in der Stellung des Armes erreicht wird, die in Fig. 3 gezeichnet ist, sondern es wird zwischen diesem und dem Werte ο periodisch schwanken. Die gleiche Wirkung könnte erreicht werden, wenn als Kraftspeicher eine Zugfeder verwendet wird, die an einem an dem Differentialgliede, z. B. im Punkte 6\ befestigten Kurbelzapfen angreifen würde.

In der Zeichnung ist nur ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere kann ein Differentialgetriebe beliebiger Art, z. B. ein

solches der üblichen Bauart mit Kegelrädern, benutzt werden. Das in der Zeichnung dargestellte Umlaufgetriebe weist jedoch die Besonderheit auf, daß die beiden Sonnenräder io und 12' verschieden groß sind und daher im Gleichgewichtszustand des Differentialgliedes mit verschiedener Geschwindigkeit laufen. Dieser Umstand ist hier von besonderem Vorteil, weil die zu regelnde Drehzahl im allgemeinen, besonders bei Elektromotoren, sehr viel größer ist als die Drehzahl, die zum Antrieb des normalen Gangreglers einer Uhr erforderlich ist. Bei Verwendung des beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Umlaufgetriebes als Differentialgetriebe kann in diesem Falle eine Übersetzung gespart werden, wenn das durch die Ungleichheit der Raddurchmesser gegebene Übersetzungsverhältnis passend gewählt wird.

Statt des in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Ouecksilberkippschalters kann . auch ein Kippschalter beliebiger anderer Bauart, z. B. ein solcher mit festen Kontakten, benutzt werden. Die Kontakteinrichtung kann aber auch in der Weise ausgebildet werden, daß z.B. auf der Wellen eine Kurvenscheibe befestigt ist, die einen Schalter belie-. biger Art, z. B. einen Federkontakt, steuert. Man kann andererseits auch einen Schleifschalter verwenden z. B. in der Weise, daß auf der Welle 11 eine Kontaktwalze befestigt ist, auf der Stromabnehmer schleifen.

Die Regelung der Drehzahl des Motors kann auch in beliebiger anderer Weise erfolgen, z. B. durch Umschalten eines in seiner Übersetzung veränderbaren Zwischengetriebes, vorzugsweise eines solchen, das abwechselnd auf ein Übersetzungsverhältnis größer bzw. kleiner als 1 umschaltbar ist. ■ Die Umschaltung kann durch das Differentialglied des Differentialgetriebes unmittelbar oder mittelbar, z. B. auf elektrischem Wege, geschehen. Eine derartige Einrichtung kann vorzugsweise dann benutzt werden, wenn eine zeitrichtige Drehzahl von einer beliebigen anderweitig benutzten Kraftanlage abgenommen werden soll, wobei die Drehzahl der Kraftanlage nicht beeinflußt werden darf. Des weiteren kann die Regelung der Drehzahl durch eine von dem Difrerentialglied mittelbar oder unmittelbar gesteuerte Bremsvorrichtung (Windflügelbremse o. dgl.) vorgenommen werden. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Drehzahl des antreibenden Motors stark drehmomentabhängig ist.

Im übrigen kann· die Einrichtung aber auch in der Weise benutzt werden, daß eine Kraftanlage durch Beeinflussung der Energiezufuhr für die Antriebsmaschine "in der üblichen Weise geregelt wird. So kann z. B. durch das Differentialglied, etwa mit Hilfe eines Relais, die Triebstoffzufuhr eines Benzinmotors beeinflußt werden, der zum Betriebe einer Hauszentrale dient, an die Synchronuhren angeschlossen werden sollen. Hauptsächlich aber wird der Erfmdutigsgegenstand mit Vorteil Anwendung finden zum Antrieb von Synchronuhren o. dgl. im Anschluß an vorhandene Gleichstromnetze oder ungeregelte Wechselstromnetze. In diesem Falle benutzt man vorzugsweise einen Einankerumformer, dessen Antriebsteil in der beschriebenen Weise geregelt wird. Die Einrichtung ist aber auch zur Regelung eines beliebigen Kollektor- oder Asynchronmotors zu benutzen, der z. B. eine Turmuhr oder die Papiervorschubeinrichtung und die damit verbundenen Teile eines schreibenden Meßgerätes antreiben soll.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum zeitrichtigen Regeln des Mittelwertes der Drehzahl einer Welle, vorzugsweise der Welle eines Motors zum Antreiben eines ein Synchronuhrennetz speisenden Generators, mit Hilfe eines von einem Kraftspeicher angetriebenen Gangreglers und eines Differentialgetriebes, dessen eines Sonnenrad mit der zu regelnden Welle, dessen zweites Sonnenrad mit dem Gangregler verbunden ist und dessen Differentialglied die Drehzahl der zu regelnden Welle steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (G) derart an dem Differentialglied (15) angreift, daß er bei fortlaufender Drehung des Differentialgliedes auf das mit dem Gangregler (19) verbundene Sonnenrad (12) ein Drehmoment ausübt, das periodisch zwischen einem Höchstwert und dem Wert ο schwankt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher an einem auf der Welle (n) des Differentialgliedes angeordneten Kurbelzapfen angreift.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialglied und die mit ihm verbundenen Teile so bemessen und angeordnet sind, daß ihr Gesamtschwerpunkt außerhalb der Drehachse liegt.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelorgan eine Kontakteinrichtung (24) dient, die eine stufenweise Änderung der Drehzahl bewirkt und so angeordnet ist, daß sie eine unbehinderte Drehung des Differentialgliedes gestattet.
5. 5- Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung so angeordnet ist, daß sie nach Art eines Kippschalters wirkt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 ο der 5>_. dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsj*\ weise als Flüssigkeitskipprohr ausg^ bildete Kontakteinrichtung mit der Welle des Differentialgliedes durch ein Kurbelschleifengetriebe o. dgl. gekuppelt ist.
7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Stirn" räderumlaufgetriebe als Differentialgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden als Sonnenräder dienenden Stirnräder (10, 12) verschiedene* Durchmesser haben und in dem Differentialglied parallel zur Achse der Sonnenräder eine Achse (16) gelagert ist, die zwei Stirnräder (17, 18) trägt, von denen je eines in eines der Sonnenräder eingreift.
8. 8. Einrichtung nach einem der vorher- ^ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan ein Zwischengetriebe mit umschaltbarem Über-Setzungsverhältnis steuert.
9. 9.: Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan eine Bremsvorrichtung steuert, die die Drehzahl um ein gewünschtes Maß erniedrigt oder gleich Null werden läßt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen