-
Anordnung zum Vergleichen der Geschwindigkeiten zweier periodischer
Vorgänge, insbesondere Periodenkontrolluhr Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zum Vergleichen der Geschwindigkeit zweier periodischer Vorgänge. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf solche Geräte, die als Periodenkontrolluhren bezeichnet werden
können und bei denen die Geschwindigkeit eines Synchronmotors, der an das zu überwachende
Netz angeschlossen ist, mit der Geschwindigkeit einer mit konstanter Geschwindigkeit
laufenden Anordnung, z. B. einer Uhr, verglichen wird. Wesentlich für die Erfindung
ist, daß der eine periodische Vorgang die Drehung eines Ankers o. dgl. steuert und
daß ein zweiter Anker angeordnet ist, dessen Drehung ein Anzeigeorgan betätigt und
der unter Steuerung durch den zweiten periodischen Vorgang an den erstgenannten
Anker magnetisch angekuppelt werden kann.
-
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung, die eine Ausführungsform
einer nach der Erfindung gebauten Periodenkontrolluhr darstellt, näher beschrieben
werden. Es zeigen Fig. i eine etwas schematisierte Vorderansicht des Vergleichsgerätes
nach der Erfindung, Fig. 2 eine besonders bewährte Ausführungsform eines in dem
Gerät verwendeten Ankers in schaubildlicher Darstellung, Fig.3 eine schematische
Darstellung einer Anordnung zum Korrigieren einer Kontrolluhr in bezug auf eine
Vergleichsuhr und Fig.4 die Wirkung dieser Anordnung in diagrammatischer Darstellung.
-
Der in Fig. i dargestellte Synchronmotor i treibt über ein Zahngetriebe
2 eine Welle 3, die in einem Gestell 4 gelagert ist. Die Welle 3 trägt einen Anker
5, der mit zwei einander diametral gegenüberstehenden Polen 7 versehen ist. Im Gestell
4 ist ferner eine Welle g gelagert, die einen Anker 6 trägt, welcher ebenfalls zwei
Pole 8 aufweist, die innerhalb der Pole 7 angeordnet sind. Das Gestell 4 trägt auch
eine Elektromagnetwicklung 14, die dazu bestimmt ist, Sekundenstromstöße von einer
Hauptuhr zu empfangen. Die Anker 5 und 6 können aus Blechstücken bestehen, deren
Kanten an den Enden rechtwinklig umgebogen sind. Die Anordnung nach Fig. 2, bei
welcher die senkrechten Teile mit abgeschrägten Kanten 13 ausgebildet sind, hat
sich jedoch im Betrieb als vorteilhaft erwiesen. Die Welle g treibt vermittels eines
Schneckengetriebes 1o einen Zeiger
ii, der vor einer in Sekunden
eingeteilten Skala 1a spielt. Die Anordnung sei so getroffen, daß die Welle 3 für
gewöhnlich im Sinne des Uhrzeigers (in bezug auf Fig. z von unten gesehen) gedreht
wird. Das aus Eisen bestehende Gestell 4 bildet mit den Ankern 5 und 6 einen verhältnismäßig
geschlossenen Kreis für den magnetischen Fluß, der durch den Strom in der Wicklung
14 erzeugt wird.
-
Der magnetische Kraftfluß, der durch einen durch die Wicklung 14 hindurchgehenden
Stromstoß erzeugt wird, ist bestrebt, die beiden Anker 5 und 6 in eine solche Lage
zu bringen, daß der magnetische Widerstand für den Magnetfluß ein Minimum wird,
d. h. so, daß die Pole 7 und 8 gerade einander gegenüber zu' liegen kommen. Wenn
also die Pole 7 in dem Augenblick, in dem die Wicklung i4 durch einen Stromstoß
von der Hauptuhr erregt wird, um einen gewissen Winkel in bezug auf die Pole 8 gedreht
sind, so wird der Anker 6 mit der Welle 9 gedreht, bis die Pole 7 und 8 einander
gerade gegenüberstehen, wobei der Zeiger ii in entsprechendem Maße in dem einen
oder anderen Sinne gedreht wird. Nimmt man an, daß die Anordnung so eingeregelt
ist, daß die Pole 7 und 8 sich jedesmal gerade dann gegenüberstehen, wenn der Stromstoß
von der Hauptuhr durch die Wicklung fließt (wenn die Anker zweipolig sind, so ist
das der Fall, wenn die Welle 3 eine halbe Umdrehung pro Sekunde macht), so bleibt
offenbar der Zeiger ii in der Ruhelage. Wenn dagegen die Periodenzahl schwankt und
z. B. ansteigt, so wird die Welle 3 schneller umlaufen, und in jedem Augenblick,
in dem ein - Stromstoß eintrifft, befindet sich dann der Anker 5 um einen gewissen
Winkel dem Anker 6 voraus, in der Drehrichtung gerechnet, so daß die Pole 7 und
8 also einander nicht gegenüberstehen. Der von der Wicklung erzeugte Mägnetfluß
wird dabei eine Anziehung zwischen den Polen 7 und 8 veranlassen, was zur Folge
hat, daß der Anker 6 und die Welle 9 sich um einen gewissen Winkel im Sinne des
Uhrzeigers drehen, wodurch der Zeiger ii sich um einen entsprechenden Winkel von
der Nullage aus im Sinne des Uhrzeigers dreht. Für jeden Stromstoß dreht sich also
der Zeiger im Sinne des Uhrzeigers um einen Winkel, der der Frequenzerhöhung proportional
ist, und solange die Frequenz höher ist als die normale, wird sich der, Zeiger praktisch
stetig im Sinne des Uhrzeigrs drehen. Aber er wird zum Stillstand gebracht, wenn
die Frequenz ihren normalen Wert wieder annimmt. Wenn die Periodenzahl im Netze
und damit die Drehzahl des Synchronmotors herabsinkt, so hat der Anker 5 im Augenblick
des Eintreffens eines Stromstoßes noch nicht diejenige Lage erreicht, die der Anker
6 einnimmt, und der in diesem Augenblick erzeugte Magnetfluß wird die Welle 9 um
einen gewissen Winkel entgegen dem Uhrzeigersinne drehen, bis die Pole 7 und 8 einander
gerade gegenüberstehen. Der Zeiger ii wird sich also um einen entsprechenden Winkel
entgegen dem Uhrzeigersinne drehen. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Zeiger
ii bei jedem Stromstoß sich um einen Winkel drehen wird, der der Frequenzänderung
proportional ist, und zwar dreht sich der Zeiger im Sinne des Uhrzeigers, wenn die
Frequenz steigt, und entgegen dem Sinne des Uhrzeigers, wenn die Frequenz- herabsinkt.
Die Kontrolluhr zeigt also in jedem Augenblick den Unterschied zwischen der genauen
Zeit, d. h. der von der Hauptuhr angegebenen Zeit, und derjenigen Zeit, die eine
an das Netz angeschlossene Synchronuhr anzeigt.
-
Dasselbe Prinzip kann natürlich auch dann verwendet werden, wenn die
Hauptuhr beispielsweise Minutenstromstöße aussendet, sowie auch dann, wenn es sich
darum handelt, die Geschwindigkeiten zweier periodischen Vorgänge zu vergleichen,
von denen der eine den Anker 5 (Fig. i) steuert, während der andere Vorgang Stromstöße
an die Wicklung 14 abgibt. Das Anzeigeorgan (Zeiger o. dgl.) der Kontrolluhr zeigt
unmittelbar den Unterschied an zwischen Normalzeit und Netzzeit, d. h. der Zeit,
die von einer an das Netz angeschlossenen Synchronuhr angezeigt wird. Die Kontrolluhr
kann nun derart angeordnet -sein, daß der Zeiger, wenn der genannte Unterschied
einen gewissen Betrag übersteigt, einen Kontakt schließt, welcher einen Stromkreis
überwacht, der Organe für die Frequenzregulierung des Netzes enthält. Die Frequenzregulierung
kann z. B. dadurch vorgenommen werden, daß die Generatoren des Kraftwerkes reguliert
werden, wodurch der Unterschied zwischen Normal-und Netzzeit vermindert wird.
-
Die beschriebene Anordnung zeigt richtig an unter der Voraussetzung,
daß der Gang der Hauptuhr konstant ist. Da jedoch die Hauptuhr zu schnell oder zu
langsam gehen kann, so muß eine Vorrichtung zum Korrigieren der Periodenkontrolluhr
vorgesehen werden. Wenn die Hauptuhr zu schnell geht, d. h. wenn die Zeitzwischenräume
zwischen den ausgesandten Stromstößen kürzer sind als normal, so hat dies dieselbe
Wirkung auf die Periodenkontrolluhr, als ob die Periodenzahl des Netzes gesunken
wäre, d. h. der Zeiger zi dreht sich entgegen dem Sinne des Uhrzeigers. Wenn umgekehrt
die Hauptuhr zu langsam geht, so dreht sich der Zeiger im Sinne des Uhrzeigers ähnlich,
wie es der Fall ist, wenn die Periodenzahl steigt. Geht die Hauptuhr beispielsweise
um x Sekunde vor,. so hat der Zeiger ii sich um i Sekunde (einen Skalenteil) entgegen
dem Uhrzeigersinne gedreht. Die Korrektion muß dann zur Folge haben, daß der Zeiger
in entgegengesetzter
Richtung, d. h. um i Sekunde im Uhrzeigersinne,
gedreht wird. Das kann dadurch geschehen, daß der Anker 6 mit dem Anker 5 während
so langer Zeit magnetisch gekuppelt wird, wie es erforderlich ist, um den Zeiger
um einen Skalenteil im Sinne des Uhrzeigers zu drehen. Geht die Hauptuhr um i Sekunde
nach, so ist der Zeiger ii um einen Skalenteil im Sinne des Uhrzeigers gedreht worden.
Die Korrektion muß in diesem Falle zur Folge haben, daß der Zeiger um einen Skalenteil
entgegen dem Sinne des Uhrzeigers, d. h. entgegen der Drehrichtung, gedreht wird.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß während einer passend gewählten
Zeit beschleunigte Stromstöße, d. h. eine Anzahl von Stromstößen mit kürzeren Zeitzwischenräumen
als normal, an die Kontrolluhr ausgesandt werden. Die beschleunigten Stromstöße
haben auf die Kontrolluhr dieselbe Wirkung, als ob die Hauptuhr zu schnell gegangen
wäre oder als ob die Periodenzahl des Netzes gesunken wäre. Das hat also zur Folge,
daß der Zeiger entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht wird, was ja in diesem Falle
der Zweck der Korrigierung war.
-
Die Fig. 3 und q. veranschaulichen den Aufbau und die Wirkungsweise
einer Ausführungsform einer solchen Anordnung zum Korrigieren der Kontrolluhr mit
Rücksicht auf den zu schnellen oder zu langsamen Gang der Hauptuhr. Die Anordnung
besteht aus einem `'Wähler (Fig. 3) mit zwei Kontaktkränzen A, D
und zwei
festen Kontaktschienen B, E nebst zugehörigen Relais 16, 18, dem Antriebmagneten
2o des Wählers, einer Anlaßtaste 25 und einem Korrektionsumschalter 22, der zwei
Kontaktlagen 23 und 24 einnehmen kann. Das Relais 18 wirkt mit gewisser Verzögerung,
damit der Wähler eine passende Schrittschaltgeschwindigkeit erhält. Die von der
Hauptuhr ausgesandten Stromstöße gelangen über die Leitung 26 an das Relais 16,
das für jeden Stromstoß einen Kontakt 17 schließt. Die Kontrolluhr möge an eine
Leitung 28 angeschlossen sein. Die Stromstöße an die Periodenkontrolluhr fließen
also für gewöhnlich, und zwar auch wenn die Justierungsanordnung nicht verwendet
wird, über die Leitung 27, den Kontakt A1, die Schiene B und die Leitung 28. Einerlei
ob die Hauptuhr zu langsam oder zu schnell gegangen ist, wird der Korrigierungsvorgang
dadurch eingeleitet, daß die Anlaßtaste 25 kurz niedergedrückt wird, dabei wird
das Relais 18 durch Strom erregt, der vom positiven Pol über den Wählerkontakt i,
die Schiene E und den Kontakt 21 zum negativen Pol fließt. Hierbei wird der Antriebsmagnet
2o durch Strom über den Kontakt icg erregt und. überführt die Bürsten des Wählers,
die in der Ausgangslage. (Kontakt i) gestanden haben, in die Lage 2. Gleichzeitig
unterbricht der Antriebsmagnet 2o am Kontakt 21 den Stromkreis des Relais 18. Der
Wähler verbleibt in der Lage 2, bis ein normaler Sekundenstromstoß vom Kontakt 17
aus über die Kontaktschiene B und die Leitung 28 zur Periodenkontrolluhr gelangt.
Derselbe Stromstoß. fließt auch über einen Stromkreis, der vom Pluspol über die
Leitung 27 und den zweiten Kontakt von D, die Kontaktschiene E, den Kontakt 2i und
das Relais 18 zum Minuspol verläuft. Das Relais i8 wird. hierbei erregt und schließt
den Kontakt i9, wobei der Antriebsmagnet 2o des Wählers wieder erregt wird. Hierdurch
wird der Wähler in die Lage 3 weitergeschaltet. Da die folgenden Kontakte im Kontaktkranz
D gemeinsam mit dem positiven Pol verbunden sind, so wird der Wähler selbsttätig
in die Lage ii weitergeschaltet. Der dortige Kontakt D11 ist nicht mit dem genannten
Pluspol, sondern statt dessen mit dem Stromstoßkontakt 17 verbunden. In dieser Lage
bleibt der Wähler stehen und wartet den vom Relais 16 kommenden normalen Stromstoß
ab. Dieser Stromstoß schaltet den Wähler um einen Schritt weiter in die Kontaktlage
12, welcher Kontakt ebenso wie die nächsten darauffolgenden Kontakte im Kontaktkranz
D -
mit dem positiven Pol verbunden ist, so daß der Wähler wieder selbsttätig
bis zum Kontakt Dl., der mit dem Stromstoßkontakt 17 verbunden ist, weitergeschaltet
wird. In dieser Lage wartet der Wähler wieder den normalen, vom Relais 16 kommenden
Sekundenstromstoß ab. Der Wähler wird durch diesen wieder um einen Schritt weitergeschaltet
und dann selbsttätig in die Kontaktlage 23 eingestellt, in welcher Lage er wieder
einen normalen Sekundärstromstoß erhält, der ihn in die nächste Lage 24 weiterschaltet,
worauf er selbsttätig in die Lage . 25 und dann in die Ausgangslage i überführt
wird.
-
Fig. q. veranschaulicht die Wirkungsweise an Hand dreier Diagramme
I; J, K über die Stromstoßsendung zur Kontrolluhr. Die Stromstöße sind mit
i, f und k bezeichnet. Das Diagramm I veranschaulicht die normale
Stromstoßsendung, das Diagramm J die Stromstoßsendung bei Korrigierung für den Fall,
daß die Hauptuhr zu langsam gegangen ist, und das Diagramm K die Stromstoßsendung
bei Korrigierung, wenn die Uhr zu schnell gegangen ist. Mit il, il und k1
ist der normale Stromstoß bezeichnet, der in der Lage 2 ausgesandt wird.
-
Geht die Hauptuhr um i Sekunde nach, so ist der Zeiger ii der Kontrolluhr
um i Sekunde im Uhrzeigersinne gedreht worden, und zeigt also um i Sekunde falsch.
Um diesen Fehler zu korrigieren, soll der Umschalter 22 die in Fig. 3 gezeigte Lage
einnehmen. Nachdem die Anlaßtaste 25 einen Augenblick an den positiven Pol angeschlossen
worden ist, wird der Wählerwie vorher beschrieben, normal
schrittweise
bis zum Kontakt io weitergeschaltet werden. Beim Passieren der Lage 2 erhält die
Kontrolluhr einen normalen Stromstoß vom Kontakt 17. Die Schrittschaltgeschwindigkeit
ist ungefähr io Schritte pro Sekunde. Wenn der Wähler den Kontakt io passiert, also
'/"Sekunden, nachdem der Wähler den Kontakt 2 verlassen hat, so erhält die Kontrolluhr
einen Stromstoß j2 vom Kontakt 23, der über den Umschalter 22 an den positiven Pol
angeschlossen ist. Dieser Stromstoß kommt 2/1o Sekunden früher als derjenige Augenblick,
an dem der normale Stromstoß 12 hätte ausgesandt werden sollen. Es werden jedoch
während dieses Korrektionsvorganges keine normalen Stromstöße an die Periodenkontrolluhr
ausgesandt, nachdem der Wähler die Lage 2 passiert hat. Erst wenn der Wähler in
die Ausgangslage zurückgekehrt ist, fängt die normale Stromstoßsendung wieder an.
Die Kontaktarme gelangen also an die Kontaktlage io und erreichen die Kontaktlage
ii, wo sie in vorher beschriebener Weise einen normalen, vom Relais 16 kommenden
Sekundenstromstoß abwarten. Daraufhin wird der Wähler selbsttätig weitergeschaltet.
Er geht an der Kontaktlage i7 vorbei, in welcher die Periodenkontrolluhr wieder
einen Stromstoß j3 erhält, weil der Kontakt A,7 mit dem Kontakt 23 verbunden ist.
In der Lage 18 erhält der Schrittschaltmagnet 2o des Wählers wieder einen normalen
Sekundenstromstoß und wird dann selbsttätig in die Lage 22 weitergeschaltet. Der
Kontakt 22 im Kontaktkranz A ist unmittelbar mit dem positiven Pol verbunden, und
die Kontrolluhr erhält also beim Passieren dieses Kontaktes wieder einen Stromstoß
j4. In der Lage 23 bleibt der Wähler stehen und wartet in vorher beschriebener Weise
einen normalen Sekundenstromstoß ab, worauf er selbsttätig weitergeschaltet wird
und die Kontaktlage 25 passiert. Der Kontakt A25 ist mit dem Kontakt 23 verbunden,
e daß ein weiterer Stromstoß j5 an die Kontrolluhr ausgesandt wird. Nachdem der
Wähler in die Ausgangslage i zurückgekehrt ist, erhält die Periodenkontrolluhr den
normalen Stromstoß je vom Stromstoßkontakt 17. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht,
hat die Periodenkontrolluhr, während die Bürsten des Wählers sämtliche. Kontakte
passieren, zuerst einen normalen Stromstoß in der Lage 2 und außerdem vier weitere
Stromstöße j2 bis j5 in den Lagen io, i7, 22, 25 erhalten sowie noch einen normalen
Stromstoß j " nachdem der Wähler in die Ausgangslage zurückgekehrt ist. Der Zeitzwischenraum
zwischen aufeinanderfolgenden Stromstößen il bis js ist dabei nur o,8 Sekunden
gegen normal i Sekunde. Diese beschleunigte Stromstoßsendung hat dieselbe Wirkung
auf die Kontrolluhr, als wenn die Frequenz gesunken wäre. Diese Wirkung ist früher
beschrieben worden, d. h. der Anker 6 wird bei jedem der Stromstöße j2 bis j5 um
einen gewissen Winkel entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht. Dieser Drehungswinkel
ist so groß, daß der Zeiger io nach der Aussendung des letzten beschleunigten Stromstoßes
j5 um i Sekunde entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht worden ist, wodurch die gewünschte
Korrektion erreicht wird. Geht die Hauptuhr um mehrere Sekunden nach, so wird die
beschriebene Korrigierung wiederholt, wobei jedesmal eine Korrigierung von i Sekunde
erhalten wird.
-
Geht die Hauptuhr um i Sekunde vor (der Zeiger ii hat sich dann um
z Sekunde entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht), so soll der Umschalter 22 beim Korrigieren
die Lage 24 einnehmen, wodurch der positive Pol an die Leitung 30 und an
die Wählerkontakte 12, i9, 20, 21, 23 im Kontaktkranz A angeschlossen ist. Der Wählerkontakt
22 hat urimittelbaren Anschluß an positives Potential. Nachdem die Anlaßtaste 25
kurz niedergedrückt worden ist, wird der Wähler, wie aus der vorhergehenden Beschreibung
hervorgeht, selbsttätig über das Kontaktfeld schrittweise bewegt. Beim Passieren
des Kontaktes 12 wird über die Leitung 28 ein Stromstoß k2 ausgesandt, und zwar
ungefähr in demjenigen Augenblick, in dem der normale Stromstoß i2 hätte ausgesandt
werden sollen. Beim Passieren der Kontakte i9 bis 23 erhält die Kontrolluhr über
die Leitung 28 einen praktisch genommen zusammenhängenden Stromstoß, der x Sekunde
dauert, weil sämtliche dieser Kontakte mit dem positiven Pol verbunden sind. Das
bedeutet, daß zwei normale Stromstöße zu einem Stromstoß k2 von i Sekunde Dauer
zusammengefaßt worden sind (vgl. Fig. q.). Während dieses Stromstoßes k3 sind die
Anker 5 und 6 magnetisch zusammengekuppelt, und der Anker 6 dreht sich dabei um
eine halbe Umdrehung, was zur Folge hat, daß der Zeiger ii um i Sekunde im Sinne
des Uhrzeigers gedreht wird, wodurch die gewünschte Korrektion erhalten wird. Geht
die Hauptuhr mehrere Sekunden nach, so wird der jetzt beschriebene Korrektionsvorgang
wiederholt, wobei jedesmal eine Korrektion von i Sekunde erhalten wird.
-
In Reihe mit der Leitung 28 und der Periodenkontrolluhr kann auch
ein Schrittschaltmechanismus für Sekundenstromstöße (d. h. eine normale Uhr mit
Sekunden-, Minuten-und Stundenzeigern) eingeschaltet werden. Es ist klar, daß die
Zahl der während der beschriebenen Korrektionsvorgänge ausgesandten Stromstöße in
den betreffenden Fällen so groß ist (ein Stromstoß mehr bzw. ein Stromstoß weniger
als die -Stromstöße der Hauptuhr), daß die Korrektion auch für diese Uhr richtig
wird.