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Anordnung zur Erzeugung von Regelgrößen, insbesondere für elektrische
Folgebewegungssteuerungen Für die Durchführung von Folgebewegungssteuerungen wird
bekanntlich häufig das Wegsteuerprinzip zugrunde gelegt, mit dem sich verhältnismäßig
einfache elektrische Regeleinrichtungen, wie z. B. Widerstandsgeber zur Erzeugung
entsprechender elektrischer Regelspannungen, anwenden lassen. Sollen bei gleichen
Steuerungen Pendelbewegungen beeinflußt, d.h. .im Normalfall unterdrückt, manchmal
aber werden, so müssen in den Regelvorgang zusätzliche, geschwindigkeits- und gegebenenfalls
beschleunigungsabhängige Regelgrößen eingeführt werden. Zur Bildung dieser Zusatzgröß!cn
ist es bekannt, Tachometermaschinen oder aber auch elektrische oder mechanische
Differentiationseinrichtungen an den Verstellantrieb bzw. den Geber .anzuschließen.
Es sind d-erartige Einrichtungen zur Gewinnung einer zeitlichen Ableitung mechanisch
vorgegebener Regelgrößen bekannt, die mit einem Differentialgetriebe arbeiten -und
bei denen durch selbsttätige Nachsteuerung ein Hilfsantrieb laufend so lange verstellt
wird, bis seine Bewegung mit der der eingeleiteten Regelgröße entsprechenden, an
der Eingangswelle des Differentialgetriebes auftretenden Bewegung übereinstimmt
und wobei die Geschwindigkeit des nachgesteuerten Hilfsantriebs in Abhängigkeit
vom Resultatglied des Differentialgetriebes gesteuert wird.
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Die Erfindung befaßt sich mit derartigen Einrichtungen zur Erzeugung
zusätzlicher, einer zeitlichen Ableitung proportionaler Regelgrößen und hat ihre
Verbesserung für die Regelung schnell veränderlicher Vorgänge zum Ziel. Soll nämlich
mit .einer derartigen Einrichtung eine einwandfreie Differentiation
auch
von schnell veränderlichen Winkelgröl;ien erfolgen, derartige schnelle Winkeländerungen
treten bei Regelungen mit Hilfe einer Wegsteuerung häufig auf, so muß der obenerwähnte
Hilfsantrieb, der die Differentiation durchführt, sich so schnell wie mir 'irgend
möglich jeder gewünschten Drehzahländerung anpassen können.
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Falls dieser Antrieb mittels eines in geeigneter Weise elektrisch
gesteuerten Elektromotors erfolgt, ist eine Lösung dieser Aufgabe durch die Anwendung
eines Motorankers mit möglichst kleinem Trägheitsmoment gegeben. Der Verkleinerung
dieses Trägheitsmoments sind jedoch Grenzen gesetzt, besonders dann, wenn außerdem
die praktische Forderung gestellt wird, daß nach Möglichkeit normale Antriebseinheiten
verwendet werden sollen.
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Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, um die gewünschte schnelle
Anpassung der Regelvorrichtung an schnelle Änderungen der eingehenden Winkelgrößen
zu verwirklichen, und benutzt hierzu ein zusätzliches, beschleunigungsabhängiges
Regelglied. Die Anevendung von beschleunigungsabhängigen Einrichtungen für irgendwelche
Regelzwecke ist an sich bekannt. Dabei wird meist eine den beschleunigungsabhängigen
Regelvorgang auslösende Schwungmasse unmittelbar mit der Welle gekuppelt, deren
Bewegung geregelt werden soll. Gegenüber derartigen bekannten, dauernd und stetig
wirksamen Einrichtungen ,arbeitet der Gegenstand der Erfindung mit anderen und vereinfachten
Mitteln. Erfindungsgemäß ist mit der Planetenwelle (Resultatwelle des Differentialgetriebes-)
eine beschleunigungsabhängige Regel.kontakteinrichtung gekuppelt, die aus einem
mit der Planetenwelle fest verbundenen Kontaktarm und einer lose gelagerten, mit
der Planetenwelle in an sich bekannter Weise über elastisch nachgiebige Federn gekuppelten
Schwungmasse besteht; der Kontaktarm ist elektrisch parallel zti dem Abgriff des
Spannungsteilers geschaltet, an welchem in Abhängigkeit von der Einstellung des
Resultatgliedes des Differentialgetriebes die Regelspannung abgenommen wird, welche
die Geschwindigkeit des nachgesteuerten Hilfsmotors bestimmt; die Erfindung sieht
weiter vor, daß die Schwungmasse zwei Gegenkontakte trägt, zwischen denen der fest
gekuppelte Kontaktarm frei beweglich ist, und zwar so, daß er sich nur dann an einen
der Gegenkontakte anlegt, wenn die Änderung der zu untersuchenden Regelgeschwindigkeit
einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet und infolgedessen durch die Trägheit
der Sch-,vunginasse eine genügende Durchbiegung der Kuppelfedern erzielt wird; nach
der Erfindung wird bei Berührung des Kontaktarmes mit einem der Gegenkontakte der
normalerweise nur über der erwähnten Spannungsteiler gespeiste Nachstellmotor des
Differentialgetriebes an eine an die Gegenkontakte. angelegte überhöhte Steuerspannung
angeschlossen, beispielsweise dadurch, daE> die beiden Gegenkontakte mit nvei festen,
weit aul.')crhall) des Potentials der Spannungsteilermitte liegenden Punkten des
Spannungsteilers verbunden sind. Diese zusätzlichen Spannungen sind also in jedem
Fälle höher als die am Spannungsteiler abgenommene Regelspannung, die der gewünschten
Drehzahländerung entspricht und nach dem Erreichen der neuen Drehzahl auch allein
wirksam bleibt; die höhere, nur zeitweilig wirksame Überspannung wirkt mir während
der Drehzahländerung und verkürzt die hierzu benötigte Zeit.
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Der Grundgedanke der Erfindung und ihre Wirkungsweise wird zweckmäßig
nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels 1>esclirieben. Die zu verstellende
Welle oder die Geberwelle des Regielantriebs i, deren jeweilige Winkellage a differenziert
«erden soll, treibt das Sonnenrad 5 eines Differentialgetriebes .l an, dessen Gegenrad
2 über ein Stirnradgetriebe 6, ; von dem Hilfsmotor i; angetrieben werden kann.
Das Planetenrad 3 ist finit einer Spindel S gekuppelt, die über die Spindelmutter
ig den Abgriff eines Regelspannungsteilers 18 entsprechend der jeweiligen Winkellage
des Planetengliedes 3 verstellt. Zwischen diesem Abgriff i9 und einer festen. vorzugsweise
in der Mitte angeordneten Anzapfung des Spannungsteilers i3 wird die jeweils der
Verstel.ldrehzahl des Motors i; nach Größe und Richtung bestimmende Regelgleichspannung
abgegriffen. Diese wird in an sich bekannter Weise dem Verstellmotor 17 als Ankerspannung
zugeführt, gegebenenfalls über einen hier nicht dargestellten Vcrstärker.
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Erfindungsgemäß ist in der Verlängerung der Spindel 8 die beschleunigungsabhängige
Zusatzeinrichtung io vorgesehen, die im wesentlichen aus einem mit der Spindel 8
gekuppelten Hebelarm 2o und einer mittels koaxialer Welle lose gegen die Spindel
S drehbaren trägen Masse 23, beispielsweise einem Scheibenkörper, besteht. Auf der
Scheibe 2 sind an einer Stelle des Umfanges zwei Kontakte 27 und 28 angebracht,
die mit einem Gegenkontakt 2.1 des dazwischen spielenden Hebelarmes 2o in Eingriff
gelangen können. An der gegenüberliegenden Seite des Scheibenumfanges sind ferner
zweckmäßig zii beiden Seiten des Hebelarmes 20 zwei Mitnehmerfedern 2 i und 22,
beispielsweise Blattfedern, derart angebracht, daß bei Drehungen der Spindel 8 die
Scheibe 23 über diese Fedein
ein Mitnahmemoment erhält, welches
um so größer ist, je größer die relative Anfangsverdrehung zwischen Spindel 8 und
Scheibe 23 wird. Die beiden Kontakte 2; und 28 sind über Schleifringe 29,
30 und Bürsten 31, 32 an zwei feste Potentiale angeschlossen, von denen das
eine möglichst hoch und das andere möglichst tief gegenüber dem Potential. der Mittenanzapfung,
des Spannungsteilers 18 ist. Im Ausführungsbeispiel sind diese Kontakte an die beiden
Endpunkte 33 und 3q. des Spannungsteilers selbst angeschlossen. Der Kontakt 2¢ des
Hebelarmes 2o ist seinerseits über Schleifring 25 und Bürste 26 mit derjenigen Klemme
des Verstel.lmotors 17 verbünden, die an den regelbaren Spannungst@eilerabgriff
i 9 angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Dreht sich die
Welle i mit konstanter Geschwindigkeit, so wird das Planetenglied 3 sich in bekannter
Weise so lange Verstellen, bis durch die hierbei bewirkte Änderung der Verstell.drehzahl
des :Motors 17 das Sonnenrad 2 gegensinnig mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft
wie das Sonnenrad 5. Die Einstellung der Spindelwelle 8 entspricht dann dem gesuchten
Wert Solange die Spindel g stillsteht, steht auch
die Scheibe 23 still und wird im übrigen durch die beiden Federn 2 i und 22 in symmetrischer
Winkellage in bezug auf den Hebelarm 2o gehalten, so daß der Kontakt 24 weder mit
dem Kontakt 27 noch mit dem Kontakt 28 in Eingriff steht. Bei Geschwindigkeitsänderungen
der Welle i, vornehmlich bei Änderungen um große Werte, , wird die sofort beginnende
Drehung der Spindel 8 die Scheibe 23 zu elftsprechendem Mitdrehen zu veranlassen
suchen, da der Hebelarm 2o bei Rechtsdrehung -über die Feder 21, bei Linksdrehung
über die Feder 22 ein entsprechendes Moment ausübt. Erfolgt diese Drehung verhältnismäßig
rasch, so kann die Scheibe 23 infolge ihrer Massenkraft dem Hebelarm 2o nicht so
rasch folgen und drückt die Feder 21 oder 22 demzufolge so weit durch, daß der Kontakt
24. je nach dem Drehsinn den Kontakt 27 oder 28 berührt. In diesem Augenblick erhält
der Verstellmotor 17 plötzlich die volle, zwischen den Klemmen 33 und 35 oder 34
und 35 liegende Höchstregelspanmmg, die den Motor 17 selbstverständlich entsprechend
zusätzlich beschleunigt und damit eine raschere Einstellung des 'Abgriffs i9 auf
den gewünschten neuen Regelwert herbeiführt. Die Wirksamkeit dieser zusätzlichen,
.erhöhten Regelspannung ist zeitlich begrenzt, da die Scheibe 23 unter der Einwirkung
der Feder 21 oder 22 nachzulaufen und aufzuholen beginnt. Beim Erreichen des gewünschten
neuen Zustandes kann es heim Stillsetzen der Spindel8 vorkommen, daß die Scheibe
23 verzögert werden muß. Hierbei kann unter Umständen der Kontakt 24. mit dem anderen
Gegenkontakt in Berührung kommen und wird hierbei im Verstell.motor 17 kurzzeitig
ein in solchen Fällen auch' notwendiges Bremsmoment erzeugen..
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Erfolgen dagegen Drehzahländerungen der Welle i bzw. Winkelverstellungen
der Spindel 8 nur langsam, so wird die Scheibe 23 durch die Federn 21, 22 bereits
bei einer kleineren Durchbiegung mitgenommen, ohne daß die Kontakte in Tätigkeit
treten.
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Der Spanmingsteiler 18 wird zwar bei Schließung der Hilfskontakte
24., 27, 28 teilweise kurzgeschlossen: er kann jedoch ohne weiteres so ausgelegt
werden, daß er solche Überbrückungen erträgt, zumal sie nur kurzzeitig auftreten.
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Mit der durch die Erfindung gegebenen Einrichtung ist eine äußerst
empfindliche Zusatzregelung möglich, da bei größeren Änderungen der Winkelgeschwindigkeit
der Welle i die Spindel 8 sich jeweils sofort mit großer Beschleunigung in Bewegung
setzt. Sobald unter dem Einfluß der hierdurch @eingeschalteten großen Regelspannung
der Motor 17 anläuft bzw. sich beschleunigt und damit die gegensinnige Bewegung
des Sonnenrades 2 einleitet, sinkt die Beschleunigung der Spindel 8 ab, die durch
die Trägheitskraft der Scheibe 23 bedingte Federspannung läßt nach, und der Kontakt
24. löst sich von dem betreffenden Gegenkontakt 27 oder 28. Von jetzt ,ab läuft
der Motor mit verminderter Leistung entsprechend der am Regelabgriff i9 verfügbaren
Spannung auf seine neue Drehzahl ein. Daß der Motor im Normalfalle rechtzeitig von
der vollen Spannung weggenommen wird und nicht Gefahr läuft, etwa vor dem Erreichen
der neuen Regelstellung umgepolt zu «-.erden, ergibt sich daraus, daß die Beschleunigung
der Spindel 8 anfangs groß ist, dann zwar abfällt, aber vor dem Umschalten des Motors
,auf den Spannungsteilerabgriff i 9 niemals das Vorzeichen wechseln kann.
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Die Massenscheibe 23 braucht mir so groß zu sein, daß die Kontaktgabe
mit dein genügenden Kontaktdruck erfolgt und die schwachen Federn 21, 22 durchgedrückt
werden können. Die ganze Hilfseinrichtung kamt demnach äußerst klein und leicht
gehalten werden, so daß sie für die Gesamtregeleinrichtung hinsichtlich Raum- und
Gewichtsbedarf praktisch kaum in Rechnung zusetzen ist.
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Um Pendelungen der Masse 23 zu vermeiden, braucht nur eine entsprechende
Reibung zwischen der Scheibe und der Welle 8 i, die mit der Spindel 8 gekuppelt
sein kann und
auf der die Scheibe 23 lose drehbar gelagert
ist, vorgesehen zu sein.
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Der beschriebene Erfindungsgedanke ist selbstverständlich nicht auf
die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können derartige beschleunigungsabhängige
Zusatzeinrichtungen in entsprechender Weise auch zur analogen Steuerung der Erregerwicklung
eines Leonardgenerators dienen, der, wie dies an anderer Stelle beschrieben wird,
unter Umständen zweckmäßig dem Verstell-Z> 17 einer derartigen Differenziereinrichtung
vorgeschaltet ist.