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Nachsteuereinrichtung mittels Flüssigkeitsreibung Zusatz zum Patent
679 996 Im Hauptpatent wird eine Regeleinrichtung beschrieben, bei der eine umlaufendeAntriebsscheibe
eine ihr gegenüberstehende Regelscheibe durch Flüssigkeitsreibung mit einer dem
gegenseitigen Grade der Annäherung entsprechenden Geschwindigkeit mitnimmt. Solche
Regeleinrichtungen mit Flüssigkeitsreibung sind dadurch ausgezeichnet, daß keine
die Verstellung der Regelflächen nennenswert behindernden Widerstände entstehen.
Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für Regeleinrichtungen, die zur Nachsteuerung
der Kompensationskraft bei Meßgeräten nach der Kompensationsmethode dienen, da die
Nullkompensation, d. h. die Kompensation der zu messenden Kraft durch eine Gegenkraft
auf den resultierenden Wert Null, insoweit theoretisch niemals erreicht wird, als
zu ihrer Herbeiführung Verstellkräfte aufzubringen sind.
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Während bei der im Hauptpatent t beschriebenen Vorrichtung die zu
regelnde Welle dauernd und im gleichen Sinne umläuft, wird gemäß der vorliegenden
Zusatzerfindung eine Nachstenereinrichtung vorgeschlagen, bei der die axial verstellbare
Regelfläche zwischen zwei im gegenläufigen Drehsinne angetriebenen Antriebsflächen
liegt, so daß die Regelfläche je nach ihrer Annäherung in die Richtung der einen
oder der anderen Antriebsfläche
in dem einen oder dem anderen Sinne
mitgenommen wird, während in der Mittelstellung, d. h. nach erfolgter Kompensation,.
die zu regelnde Welle stillsteht. Durch dieK Anordnung ergibt sich eine feinere
und ru gere Einstellung, die Anzeigegenauigkeit wi also erhöht. Außerdem wird das
Anwen-> dungsgebiet der Erfindung erweitert, da bei manchen Einrichtungen mit
Nullkompensation ein Kompensationsantrieb benötigt wird, der nach beiden Richtungen
hin Kraftwirkungen ausüben kann. Gemäß der Erfindung werden die Reibflächen durch
nebeneinander koaxial angeordnete Scheiben gebildet.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Reibflächen
durch die Mantelflächen von Zylindern oder Kegeln, die sich mit sehr geringen Zwischenräumen
gegenüberstehen, gebildet werden, so daß sich durch Verschieben dieser Körper gegeneinander
die Flächenüherdeckung und bei Anwendung von Kegelflächen auch der Flächenabstand
ändert. Der Regelweg ist in diesem Falle zwar größer, als wenn die Reibfiächen quer
zur Achse auf Scheiben angeordnet sind, doch hat diese Ausbildung u. a. den Vorteil,
daß die Regelung mit Bezug auf Geschwindigkeit und Drehmoment der erzeugten Bewegung
entsprechend dem größeren Verschiebungsweg und dem Einfluß der veränderlichen Flächenüberdeckung
feinfiihliger wird.
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Die nach beiden Richtungen drehende Nachsteuereinrichtung gestattet
in einfacher Weise die Fernübertragung der gemessenen Größen, indem die Kompensation
so ausgebildet wird, daß die nachzusteuernde Welle proportionale Verschiebungen
einer Stellmutter, eines Zeigers 0. dgl. erzeugt. Ein anderes geeignetes Anwendungsgebiet
ist die Nachbildung von Bewegungen, wie etwa die Anzeigen von Meßinstrumenten, mit
Kraftverstärkung.
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Die Erfindung soll an Hand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.
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Es zeigt Fig. I eine erfindungsgemäße Nachsteuereinrichtung, deren
Reibflächen durch Scheiben gebildet werden, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die
Nachbildung einer Zeigerbewegung, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Kompensationsmeßvorrichtung
mit der neuen Nachsteuereinrichtung.
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Fig. 4 und 5 zeigen Nachsteuereinrichtungen, deren Reibflächen auf
Zylindern bzw.
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Kegeln angeordnet sind.
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In Fig. I bezeichnet 30 ein mit Flüssigkeit, z. B. mit 01, mehr oder
weniger gefülltes Gehäuse, in dem sich die drehbaren Scheiben 3I, 32 und 33 befinden.
Von diesen werden die Scheiben 32 und 33 über die Wellen 34 und 35 und die Hohlwelle
36 durch Kegel-.räder 37, 38, 39 so angetrieben, daß sie sich gegenläufig drehen,
wenn z. B. Welle 34 durch Motor 40 angetrieben wird. Die Scheibe sitzt auf der die
Hohlwelle 36 durchdrin-~ enden Welle 41. Diese ist mit je einem Zapfen in Welle
34 und der anzutreibenden bzw. nachzusteuernden Welle 42 so gelagert, daß sie sich
axial entsprechend dem zwischen den Scheiben 3I, 32, 33 verfügbaren freien Gesamtzwischenraum
verschieben kann. Die Scheibe 3I und die Welle 4I bilden den regelnden Teil, dessen
Drehung auf die nachzusteuernde Welle 42 mittels einer Kupplung 43 übertragen wird,
die der Axialverschiebung der Welle 41 keinen Widerstand entgegenstellt. Die zum
Regeln erforderliche Verstellbewegung wird dem regelnden Teil 3I,.4r durch einen
auf der Kupplung +3 drehbar sitzenden Schleifring 44 mitgeteilt.
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Die Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Beim gegenläufigen Antreiben
der Scheiben-32 und 33 durch den Motor 40 wird die Scheibe 31 von einer jener Scheiben
durch die Flüssigkeitsreibung mitgenommen, sobald sie ihre Mittellage zwischen diesen
verläßt.
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Sie wird also je nach ihrer Annäherung in die Richtung der Scheibe
32 oder 33 in dem einen oder anderen Sinne gedreht. Diese Drehung kann durch den
Trieb 45 z. B. auf eine Meß- oder eine andere zu regelnde Einrichtung übertragen
werden. Bei Einrichtungen mit Nullkompensation wird diese Drehung so lange stattfinden,
bis der Ausgleich der zu kompensierenden Kräfte oder Bewegungen vollzogen ist, indem
dieser Ausgleich die Rückstellung des regelnden Teils in die den Ausgleich aufrechterhaltende
Lage bewirkt.
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Scheibe 3I ist dabei mit so passendem Spiel zwischen die Scheiben
32 und 33 eingefügt, daß bei ihrer Annäherung an eine der benachbarten Scheiben
infolge des dieser gegenüber verbleibenden Geschwindigkeitsunterschiedes das zur
Ausübung der Regel arbeit erforderliche Drehmoment an der Welle 41 entsteht, dieses
aber noch keinen Verschiebungswiderstand hervorruft. Dies ist erfahrungsmäßig mit
einigermaßen zähen Flüssigkeiten bei Spielräumen von l/lo bis 2 mm möglich. Der
Regelvorgang kann also nach Bedarf auf ein sehr geringes Spiel beschränkt werden.
Diese Eigenschaft der Regelvorrichtung ist für Nullkompensationen deswegen sehr
wichtig, weil hier der Kraftausgleich im allgemeinen nur für eine bestimmte Stellung
des zu regelnden Gerätes stattfindet und diese uni so weniger erreicht wird, je
größer die Abweichung von dieser ist. Diese Abweichung
ist aber
um so größer, je weiter die Grenzen sind, innerhalb deren die Regeleinrichtung spielt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt also den für Nuilkompensationen wesentlichen
Vorzug, für das zu verstellende Glied geringe erforderliche Verstellkräfte mit geringen
Verstellwegen zu verbinden, und zwar in noch höherem Maße als die im Hauptpatent
beschriebene Anordnung.
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Das in Fig. 1 gezeigte Gerät stellt nur eine beispielsweise Anordnung
dar. Der Antrieb kann auch von Welle 42 ausgehen und die Scheibe 3I die Regelarbeit
auf Scheibe 32 und 33 und die angeschlossenen Wellen übertragen. Die Einschaltung
der Scheibe3I in ein gegenläufiges Getriebe ist besonders dann zweckmäßig, wenn
in dem zu regelnden Apparat durch die Regeleinrichtung eine bestimmte, etwa die
Nullkompensationen erzeugende Stellung hergestellt werden soll. In diesem Falle
wird diese Stellung dann erreicht, wenn der regelnde Teil zur Ruhe, d. b. in seine
Mittelstellung gelangt.
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Eine Abweichung hiervon entsteht nur so weit, als die dadurch, d.
h. durch unsymmetrische Stellung erwachsenden Reibungskräfte durch den Eigenwiderstand
des zu steuernden Gerätes, z. B. denFormänderungswiderstand einer zu steuernden
Meßdose, aufgehoben werden. Im übrigen bedingt aber die Mittellage ein völliges
Gleichgewicht der etwa von beiden Seiten auf den Regelteil einwirkenden Druckkräfte.
Daraus und zugleich aus dem Umstand, daß in dieser Lage der größte Zwischenraum
für die Flüssigkeit beiderseits verbleibt, ergibt sich, daß hierbei die Verstellkräfte
für die Nullkompensation sich dem Nullwert nähern und daher einen höchsten Grad
von Kompensation herbeiführen.
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Die nach beiden Richtungen drehbare Regeleinrichtung kann durch Verschiebungen,
z. B. eines Zeigers oder eines entsprechenden Teiles einer Meßeinrichtung, gesteuert
werden und die so erhaltene gesteuerte Bewegung zur Anzeige von Meßwerten, zu Regelzwecken
oder zur Fernübertragung benutzt werden, indem jene Steuerung des regelnden Teiles
Drehungen erzeugt, die einen durch diese . I) rehungen bewegten Teil, z. B. eine
Stellmutter oder eine Zeigerwelle, in eine konforme Stellung zu dem steuernden Teil
verschieben. Es wird also die steuernde Verschiebung jeweils durch eine konforme
Verschiebung nach dem Verfahren der Nullkompensation mit einer das Gerät antreibenden
Fremdkraft ausgeglichen. Dabei können die Drehungen selbst oder die durch sie entstehenden
Verschiebungen ferugeleitet wer-W'n.
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Für diese Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sollen zwei Ausführungsbeispiele
gebracht werden. Im Beispiel der Fig. 2 ist die Anwendung der Nachsteuereinrichtung
zur Nachbildung einer vorgegebenen Bewegung, z. B. einer Zeigerbewegung, mit Kraft--erstärkung
gezeigt, so daß die so erhaltene Bewegung zur Arbeitsleistung, etwa zur Verstellung
des Gebers einer elektrischen Fernübertragungseinrichtung, herangezogen werden kann.
Mit 46 ist die Zeigerwelle eines Meßinstrumentes bezeichnet, die axial nicht verschiebbar
ist, was durch das Lager 47 und die beiden Bunde 48 und d 49 angedeutet sein soll.
Die Bewegungen des auf dieser Welle sitzenden Zeigers 50 sollen unter Benutzung
der in Fig. I dargestellten Regeleinrichtung nachgebildet werden. Das Regelgerät
und der Antriebsmotor 40 sind unter Benutzung der gleichen Bezugszeichen in Fig.
2 nochmals dargestellt. Das linke Ende der die Regelscheibe tragenden Welle 4' ist
als Gewindemutter 51 ausgebildet, in die das als Gewindebolzen 52 ausgebildete rechte
Ende der Zeigerwelle 46 eingreift, so daß bei einer Verdrehung des Zeigers 50 die
Welle I axial verschoben wird. Gemäß der eben erklärten Wirkungsweise des Regelgerätes
30 bis 4I wird dadurch die Welle 4i im einen oder anderen Sinne gedreht. Auf der
Welle 4I sitzt der Zeiger 53, der jeweils dem Zeiger 50 nachgedreht werden soll.
Das Gerät. wird so eingeregelt, daß bei Mittelstellung der Regelscheibe 3 I beide
Zeiger in Deckung sind.
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Erfolgt infolge Änderung des Meßwertes eine Verdrehung des Zeigers
50, so wird bei richtiger Wahl der Drehrichtungen der Scheiben 32 und 33 die Welle
41 mit dem Zeiger 53 so lange nachgedreht, bis beide Zeiger wieder die gleiche Lage
haben. Entsprechend dem von der Antriebsscheibe 32 bzw. 33 auf die Regelscheibe
3I übertragenen Drehmoment wird die vorgegebene Bewegung mit Kraftverstärkung nachgebildet,
so daß von der Welle größere Drehmomente abgenommen werden können, die z. B. zur
Einstellung eines elektrischen Gebers dienen können.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann jedoch auch unmittelbar
zur Einregelung oder Messung von Zuständen, z. B. von Geschwindigkeiten, Verschiebungen
oder anderen Bewegungszuständen, ferner von Kraft-oder Druckverhältnissen nach dem
Verfahren der Nullkompensation dienen. Dabei können gleichzeitig noch diese Zustände
kennzeichnende Kompensationswerte gemessen und durch Fernleitung übertragen werden,
indem die Kompensation so ausgebildet wird, daß kennzeichnende Verschiebungen entstehen.
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Dies kann z. B. durch Einschaltung von Federn oder Laufwagen zur Kompensation
von Kräften geschehen.
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Eine derartige I<ompensationsmeßeinrichtung mit Kompensation des
von einer Meßdose angezeigten Druckes zeigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 3.
Der durch die Meßdose 6o angezeigte Druck soll durch die Spannkraft einer Feder
65 kompensiert werden, wobei die Federdehnung ein Maß für den zu messenden Druck
ist. Zu diesem Zwecke werden die Membranausschläge der Meßdose 6o mittels eines
im m Drehpunkt 59 fest gelagerten Hebels 58, der Lenkstange 6I und des Hebels 62
auf den Sc : bleifring 44 des Regelgerätes übertragen. Das Regelgerät ist, wie an
Hand der Fig. I beschrieben, ausgebildet. Die Verschiebungen des Schleifringes 44
rufen also Verdrehungen der Welle 4t und der mit ihr gekuppelten Welle 42 hervor.
Das linke Ende der axial unverrückbaren Welle 42 ist als Gewindespindel 63 ausgebildet,
so daß durch die Drehung die auf der Gewindespindel sitzende Stellmutter 64 verschoben
wird und dadurch die Feder 65 über die Druckstange 66 mehr oder weniger spannt.
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Die Stellung der Stellmutter 64 in bezug auf eine die Nullage bezeichnende
Ausgangsstellung ist ein Maß für die gesuchte Kraft. Zu diesem Zwecke ist die Mutter
64 mit einem Zeiger 69 versehen, der längs einer Skala 70 gleitet. Ferner kann die
Verschiebung der Stellmutter 64 auf den im Drehpunkt 68 gelagerten lenkbaren Arm
67 übertragen werden, dessen Drehachse an ein Fernübertragungsgerät angeschlossen
werden kann, indem der Hebel 67 mit einem Längs schlitz in einen an der Stellmutter
befindlichen Zapfen eingreift oder teleskopartig ausgebildet ist.
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In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem die Reibungsflächen auf Zylindern angeordnet sind. Soweit diese Anordnung
mit der nach Fig. I übereinstimmt, sind dieselben Bezugsziffern verwendet worden.
In dem mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse 30 befinden sich die drei Drehkörper 7I,
72 und 73. Die Drehkörper 72 und 73 sind mit zylindrischen Ansätzen 74 und 75 versehen,
deren innere Mantelflächen 76 und 77 die Antriebsreibflächen bilden. Die gegenläufige
Drehung dieser Antriebsflächen wird wiederum durch Kegelräder 37, 38 und 39 bewirkt;
zweckmäßig werden dabei, wie es die Figur zeigt, die Drehkörper 72 und 73 selbst
als Kegelräder ausgebildet. Der zylindrische Drehkörper 71 sitzt derart auf der
axial verschiebbaren Welle 4', daß die als Regelfläche dienende äußere Mantelfläche
78 des Zylinders mit geringem Zwischenraum den Antriebsflächen 76 und 77 gegenübersteht.
Im Gleichgewichtszustand wird die Mantelfläche78 durch jede der beiden inneren Mantelflächen
76 und 77 im gleichen Maße überdeckt, so daß der Drehkörper 7I stillsteht, während
bei einer durch eine Steuerbewegung bewirkten Verschiebung der Regelfläche 78 je
nach dem Sinne dieser Verschiebung der Drehkörper 7I in der einen oder anderen Richtung
mitgenommen wird, wodurch eine Rückführung der Regelfläche in die Mittelstellung
erfolgt.
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Die kegelförmige Ausbildung der Reibflächen zeigt das Ausführungsbeispiel
der Fig. 5. Die Drehkörper 72 und 73 sind mit kegelförmigen Innenflächen 76 bzw.
77 versehen, während der axial verschiebbare Regelkörper 7I an seinem AuBenmantel
78 entsprechend kegelförmig gestaltet ist, jedoch so, daß ein geringer Zwischenraum
zwischen den Kegelflächen vorhanden ist. Bei einer Verschiebung des Regelkörpers
7I aus der Mittellage wird jetzt nicht nur die Flächenüberdeckung, sondern auch
der Flächenabstand geändert.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, wird bei den Ausführungen nach Fig.
4 und 5 der Regelweg größer als bei der Ausführung nach Fig. I. Doch werden andererseits
bei der Anwendung von Zylinder- oder Kegelflächen die quer zur Achse liegenden Projektionsflächen
erheblich geringer, so daß etwa entstehende axiale, der Verschiebung entgegenwirkende
Flüssigkeitskräfte (z. B. Fliehkräfte) auf eine entsprechend geringere Fläche wirken,
wodurch der durch sie hervorgerufene Bewegungswiderstand erheblich verringert wird.
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Dieser Vorteil wird besonders weitgehend erreicht, wenn erfindungsgemäß
die verschiebbaren Zylinder- oder Kegelflächen auf einem Ringkörper angeordnet und
mit Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit versehen sind.
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Der Ringkörper wird mit Speichen an die Wellennabe angeschlossen,
wobei die Speichen länglichen Querschnitt haben und mit ihren breiten Flächen parallel
zur Achse liegen können. Der Bewegungswiderstand dieser Flächen ist in der mitdrehenden
Flüssigkeit gering.
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Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Regelung wegen
des größeren Verschiebungsweges feinfühliger wird. Die Steuerung des regelnden Teiles
kann zweckmäßig durch ein Reibscheibengetriebe mit Schwenkscheibe, wie es z. B.
im Hauptpatent beschrie;ben wurde, geschehen. Diese Reibungsgetriebe führen bei
geringstem Schwenkscheibenausschlag entsprechend der Zeitdauer dieses Ausschlags
und der Schwenkwinkelgröße zunehmende Verstellungen herbei und können besonders
wegen der Zeitabhängigkeit des Steuerweges zu Regelungen mit Nullkompensationen
dienen. Zu dem gleichen Zwecke können jedoch auch andere Getriebe mit zeitabhängigem
Verstellweg angewendet werden.