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Auf Drehzahlkonstanz geregelter und von einem Hilfsmotor, dessen mittlere
Drehzahl etwa der konstant zu haltenden Solldrehzahl entspricht, angetriebener Vorgelegewellenantrieb
Die Erfindung betrifft einen auf Drehzahlkonstanz geregelten und von einem Hilfsinotor,
dessen mittlere Drehzahl etwa der konstant zu haltenden Solldrehzahl entspricht,
angetriebenen Vorgelegewellenantrieb.
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Derartige Antriebsanordnungen für konstante Geschwindigkeit sind an
sich bekannt, beispielsweise für die Verteiler in Drucktelegraphenanlagen, für die
man vorgeschlagen hat, den Hauptmotor für den Antrieb mit einem von einer I\Tormalfrequenz
angetriebenen phonischen Rad zu kuppeln, das ersteren je nach der augenblicklichen
Tendenz der Drehzahlabweichung mechanisch be- oder entlastet. Während aber diese
bekannte Einrichtung sich eines Doppelstrommotors bedient, der einerseits ein Gleichstrommotor
ist, anderseits für den Schleifringwechselstrom entweder einezweiteAnkerwicklung
oder eine anormale Gleichstromwicklung benötigt und über eine starre Zahnradverbindung
mit dem phonischen Rad gekuppelt ist, sind diese Nachteile bei der Erfindung nicht
nur vermieden, sondern darüber hinaus auch noch der Vorteil sichergestellt, daß
der Antrieb grundsätzlich unabhängig von den Netzanschlußverhältnissen ist. Ferner
wird der Vorgelegewellenantrieb gemäß derErfindung, bei dem der Hilfsantrieb von
-einem Motor an sich beliebiger Bauart oder/und Speisung über ein elastisches Übertragungsglied
auf die T,7orgelegewelle wirkt, im Gegensatz zum Bekannten auch nicht durch ein
Frequenznormal verhältnismäßig hoher Frequenz, wie es d-er dort verwendete Stimmgabelmotor
zur Belieferung von Hauptantriebsmotor und phonischem Rad darstellt, überwacht bzw.
synchronisiert, sondern es wird vielmehr erfndungsgemäß die Vorgelegewelle durch
ein Zeitnormal, insbesondere ein Pendel, hinsichtlich Drehgeschwindigkeit oder/undDrelizahl
überwacht und je nach ihrer Nach- bzw.
Voreilung durch von diesem
gesteuerte Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Gleichstromimpulse vorzugsweise geringer
Häufigkeit in der Zeiteinheit synchronisiert.
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Da die Frequenz eines mit der erforderlichen Genauigkeit schwingenden
Pendels verhältnismäßig klein ist und man-im allgemeinen nicht über 2 Hertz hinauskommt,
bestand bei der Erfindung das besondere Problem einer Regelung mit einer verhältnismäßig
ge-' ringen Frequenz von beispielsweise nur 2 Hertz.
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Einrichtungen zur Regelung eines Elektromotors auf konstante Drehzahl,
die sich eines Pendels bedienen, sind an sich bekannt. Beispielsweise hat man eine
Regelanordnung vorgeschlagen, bei der, damit die Motordrehzahl innerhalb eines durch
ein Pendel überwachten Zeitabschnittes eine bestimmte Höchstgrenze nicht überschreitet,
die Energiezufuhr in bestimmter Weise geregelt wird. Ein anderer `Torschlag, der
eine --Anordnung zum synchronen Antrieb astronomischer Geräte betrifft, beruht gleichfalls
auf dem Prinzip der Energieregelung. Dieses Prinzip ermöglicht zwar die Verwirklichung
eines konstanten Drehzahlintegrals, nicht aber die Verwirklichung konstanter Momentanwerte,
wie es zur Erfindungsaufgabe gehört. Man hat zwar versucht, diese Aufgabe ebenfalls
zu lösen. jedoch mit anderen Mitteln, indem man vorgeschlagen hat, die Regelung
des Elektromotors mit Hilfe einer Stimmgabel als Kontaktgeber zu bewirken. Die Stimmgabel
hat vor dem Pendel zwar den Vorzug der höheren Frequenz, jedoch den bedeutsamen
Nachteil der Temperaturempfindlichkeit. Diese ist so groß, daß sie zur Erreichung
des Erfindungszieles unbedingt kompensiert werden müßte. Anderseits sind die hierzu
notwendigen Einrichtungen recht umfangreich und kostspielig.
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Der Vorzug der Erfindung gegenüber diesen bekannten Vorschlägen besteht
nun darin, daß sie Mittel und Wege weist, um den einzigen Nachteil des sonst als
Impulsgeber, sei es mit mechanischen, sei es mit Photokontakten o.dgl. ausgerüsteten,
geradezu idealen Pendels die geringe Impulszahl auszuschalten.
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Wesentlich für das richtige Arbeiten der Anordnung ist hierbei, daß
das Drehmoment des Hilfsantriebs und die bei Aufzwingung des Synchronismus von den
Synchronisierungsimpulsen ausgeübten zusätzlichen Drehmomente im richtigen Verhältnis
zueinander abgeglichen sind, d. h. der Hilfsantrieb darf nicht wesentlich stärker
als die Synchronisierungsimpulse sein, denn sonst wäre der Motor den Einwirkungen
der Impulse entzogen. Umgekehrt darf der Hilfsantrieb nicht zu schwach sein, damit
die Synchronisierungsimpulse nicht einen allzu großen Anteil an der eigentlichen
Dreharbeit gewinnen und der Gang ein ungleichmäßiger wird. Die Synchronisierungsimpulse
sollen also lediglich eine letzte korrigierende Wirkung auf die an sich schon nahezu
stimmende Drehzahl des Motors haben.
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Demgemäß ist in weiterer Durchbildung der Erfindung auf der Motorwelle
eine elektromagnetische Bremse angeordnet, die den größten Teil des Hilfsmotorantriebes
wegbremst, so daß gegenüber dieser großen, aber konstanten Br einswirkung die unregelmäßigen,
aber erheblich kleineren Bremswirkungen durch die Lagerreibung verschwinden.
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Besondere Bedeutung kommt der Einrichtung nach der Erfindung dann
zu, wenn sie zur Erzeugung eines frequenzkonstanten Wechselstromes benutzt wird.
Dies kann iii der Weise geschehen, daß mar, den -Motor eine elektromagnetische Sirene
oder eine Lichtsirene betreiben läßt. Eine elektromagnetische Sirene besteht ans
einem eisernen Zahnrad, demgegenüber sich ein Elektroinagnet mit doppelter Wicklung
befindet, wobei infolge der Schwankungen des von der einen Wicklung erzeugten magnetischen
Flusses in der andereft Wicklung eine Wechselspannung entsteht. Eine Lichtsirene
besteht im wesentlichen aus einer von einem Motor angetriebenen Lochscheibe, die
zuni periodischen Auf- und -ibblendeii eines :itif eine Photozelle gerichteten Lichtstrahls
dient. Zur Erzeugung eines frequenzkonstanten Wechselstromes könnte auch ein finit
einer Bürste zusammenarbeitender Kollektor oder andere in der Physik bekannte Vorrichtungen
dienen.
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Die Frequenz des mittels einer Lichtsirene erzeugten Wechselstromes
hängt von der Vorgelegedrehzahl und von der Lochzahl (hei-Sirenenscheibe ab. Uni
den F:e@iitenzhere-icli ausdehnen zu können, wü-d man in der Scheibe u. L'. mehrere
I-oclireilieii finit verschiedener Lochzahl anbringen und z«-ccks Frequenzänderung
die Lichtquelle und die Photozelle entsprechei-d verschieben. Eine feinstufige Regelung
der Frequenz läUlt sich auf sehr einfache i@:'eise durch leeinflussun;: der Frequenz
der steuernden Uhr erreichen. plan braucht dabei nicht einin:il zti dein na@ieliegenden
-Mittel der #'nderung der I'@_iidellänge zu greifen, denn damit die Stillsetzung
der ganzen Anlage verbunden. Vielmehr kann man die Frequenz des Pendels beispielsweise
in einfacher Weise sclioii durch einen nach ?tlaßgahe der gewünschten @nderitng
an dieses anzunühei-n<len bzw. von diesem zu entfernenden Magneten beeinflussen.
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Eine Abordnung zur Erzeugung eines fre-@luinzk@@nstanten Wechselstromes,
wie sie
oben beschrieben ist, kann in,derTechnik beispielsweise
vorteilhafte Anwendung finden zum Antrieb einer sogenannten Zeitwaage. Darunter
versteht man eine Anordnung, mittels deren eine beliebige Uhr in sehr kurzer Zeit
mit einer Präzisionsuhr (die im vorliegenden Falle die steuernde Pendeluhr ist)
verglichen werden kann. Man kann hierbei etwa so vorgehen, .daß man den durch die
Lichtsirene erzeugten frequenzkonstanten Wechselstrom einen kleinen Synchronmotor
treiben läßt, auf dessen Welle eine Glimmlampe befestigt ist, welche Impulse von
der zu untersuchenden Uhr erhält, so daß sie im Takte deren Schwingungen aufblitzt.
Befindet sich die zu untersuchende Uhr in Synchronismus finit :der Hauptuhr, dann
müssen die Lichtblitze immer an derselben Stelle in bezug auf einen festen Raumpunkt
auftreten, %aährend bei Asynchronismus die Lichtblitze wandern, .d. h. vorwärts
bzw. rückwärts laufen.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet für die Anordnung zur Erzeugung eines
frequenzkonstanten Wechselstromes nach der Erfindung kann ferner der Musikinstrumentenbau
sein. Man kann die Schwingungen, z. B. einer Klaviersaite, auch wiederum mittels
Photozelle oder auf elektromagnetischem Wege in einen Wechselstrom verwandeln, dessen
Frequenz .der Schwingungszahl dieser Saite entspricht. Diese Ist-Frequenz wird man
der durch die ob.enerwähnte Lichtsirene erzeugten Soll-Frequenz überlagern. Bei
Frequen.zgleichheit ,entstehen keine Schwebungen. Bei 'Frequenzverschiedenheit treten
je nachdem Langsamere oder schnellere Schwebungen auf, die man mittels eines Zeigergalvanometers
der objektiv-optischen Beobachtung zugänglich machen kann. Dadurch erhält auch ein
völlig unmusikalischer Mensch die Möglich-],zeit, die Schwingungszahl ,der Saiten
in Übereinstimmung mit der Frequenz des Meßstromes zu bringen.
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Eine solche Anordnung ließe sich auch automatisieren, derart, daß
bei Vorhandensein von Schwebungen ein Umstimmen der Saite .erfolgte, bis die Schwebungen
beseitigt w iiren. Von großem praktischen Nutzen wäre eine automatische Abstimmvorrichtung
im Uhreinbau beim Abstimmen der Gon.gstäbe und im Musikinstrtnnentenbau beim Abstimmep
der Zungen für Harmonikas. Insbesondere im letzteren Falle wäre die maschinelle
Abstimmung von Nutzen, da es sich bei den Zungen um Massenherstellung handelt. Gleichwohl
wurde die Abstimmung bisher rein subjektiv nachdem Gehör vorgenommen. Als weitere
Anwendungsgebiete wären zu nennen die Messung von großen Geschwindigkeiten, z. B.
von Geschossen; und ferner auch stroboskopische Messung von Drehzahlen, bei denen
die üblichen Tourenzähler wegen mangelnder Genauigkeit nicht anwendbar sind.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Synchroni:sierungsimpulsewerden vom Pendel i ausgesandt. Als zweckmäßig,
hat sich in der Praxis eine Uhr mit auf elektromagnetischem Wege angetriebenem Halbse.kun.denpendel
erwiesen. Das untere Pendelende arbeitet mit den Kontakten :2a und 2' zusammen.
Pendel, Kontakte, die Batterie 3 und die Relaisspule 4, liegen in einem Stromkreis.
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Ehe die Art und Weise der Übertragung der Synchronisierungsinipulse
auf den Vorgelegewellenantrieb erklärt wird, sei dieser selbst näher :beschrieben.
Er besteht aus der senkrechten Welle 5, die bei 6 und 7 gelagert ist. Auf der Welle
sitzt eine schwere Schwungscheibe 8 und die Schnurscheibe g. Über letztere und den
Riemen i i treibt der Hilfsmotor io die Vorgelegewelle 5 an. Der Hilfsmotor io kann
an sich beliebiger Bauoder/und Stromart sein, also ein Gleichstrommotor oder ein
Wechselstrommotor, beispielsweise ein Asynchronmotor. Unterhalb des Schwungrades
8 sind auf der Welle 5 die beiden Ouerstäbe 12 befestigt. Sie bestehen aus Aluminium.
Die Enden der OOuerstäbe sind verbunden durch die Eisenstücke 13, die den Hufeisenmagneten
14 als Anker dienen. Die Hufeisenmagnete 14, die hintereinandergeschaltet sind,
erhalten Strom aus der Batterie 15 über den Relaisanker 411, der vom Pendel
gesteuert wird.
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Die Lichtsirene zur Erzeugung des frequenzkonstanten Wechselstromes
besteht aus der Lochscheibe 16 mit .den Lochreihen 1611, 16v, 16c. Die Lochscheibe
sitzt fest auf der Welle 5. Über ihr ist die Beleuchtungslampe 17 mit Beleuchtungsoptik
17a und Batterie i8 angeordnet. Unterhalb,der Lochscheibe liebt die Photozelle ig.
Beleuchtung und Photozelle sind radial verschiebbar und einstellbar auf die verschiedenen
Lochreihen. Die von der Photo,z.elle ausgehenden Stromimpul_s° werden über den Verstärker
2o dem Verbraucher 21 zugeleitet.
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Zur Überwachung des Synchronlaufes ist folgende, auf dem stroboskopischen
Prinzip beruhende Einrichtung getroffen. Am oberen Ende der Welle 5 ist die Scheibe
22 befestigt. Sie trägt die Glimmlampe 23, über der die Schlitzblende 24. angebracht
ist. Als Erregungsstrom der Glimmlampe wird der in den Magnetspulen r ;.a beim Durchgang
der Anker 13 induzierte Strom verwendet. Der Strom fließt durch die Magnetspulen
zum Leiterpunkt 25, von dort zur Schleiffeder 26
über den Schleifring
27 zur Glimmlampe 2,-, von dort zur Masse und von dieser zum Leiterpunkt 28. Zur
Erleichterung der Beobachtung wird zweckmäßig eine feste Marke 2g angeordnet, vor
der bei Synchronlauf der durch die Schlitzblende2.1. erzeugte Lichtstrich liegen
muß.
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'Um sich von dem Schwungrad 8 frei zti machen, kann man gemäß der
Erfindung auch eine elektromagnetische Bremse auf die ?@lotorwelle setzen und den
größten Teil der Leistung des Hilfsantriebes wieder wegbremsen, so daß gegenüber
dieser großen, aber konstanten Bremswirkung die etwas unregelmäßigen erheblichen
kleineren Bremswirkungen durch die Lagerreibung verschwinden.
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Die auf der Zeichnung dargestellte Gesamtanordnung arbeitet in folgender
`'eise: Bei Berührung des Pendels i mit einem der Kontakte 211 oder 21' fließt iin
Stromkreis der Batterie 3 kurzzeitig ein Strom, der die Relaisspule.1. erregt. Der
Relaisanker da wird dadurch angezogen und schließt kurzzeitig den Stromkreis der
Magnete i4.. Wenn, wie i-orausgesetzt wird, der Hilfsmotor io die Welle 5 nahezu
synchron antreibt und, was ,veitere Voraussetzung, das Hilfsmotordrehiiioment und
das Drehmoment der Svnclironisierungsimpulse richtig aufeinander abgestimmt sind,
dann geben die Magnete 1d. dein Motor bei jedem Durchgang der Eisenstücke
13 einen korrigierenden Impuls. Bei voreilender Tendenz wird der Motor gebremst,
bei nacheilender beschleunigt. Beim Durchgang der Eisenstücke durch den Wirkungsbereich
der Magnete i/1. wird in deren Wicklungen i4« eine Spannung induziert, die die Glimmlampe
-23 erregt. Die Glimmlampe ist räumlich derart auf die --Iarlcen 29 eingestellt,
daß ihr Durchgang und der der EisenstÜcke 13 zeitlich zusammenfallen, bei
angenähert synchronem Motorlauf infolge der stroboskopischen Erscheinung der Motor
also langsam vorwärts oder rückwärts zu laufen scheint. Durch die L oclischeibe
wird der Lichtstrahl i71' nach Maßgabe der Lochzahl ständig unterbrochen und dementsprechend
die Photozelle ig erregt. Der von ihr ausgehende Strom gelangt über den Verstärker
2o zum Verbraucher 2i. Wie eingangs erwähnt, wird man mit ehiem genau arbeitenden
Pendel kaum über eine Frequenz von 2 Hertz hinausgehen können. Zwecks Erzeugung
höhererStroinstoßfreduenzen ini Relaisstromkreis kann man die Kontaktzahl vergrößern.
Bei Anwendung von Lichtkontakten wird eine genauigkeitsstörende Einwirkung auf das
Pendel vermieden. Denkbar ist auch. mehrere Pendel in bezug auf den Relaisanker
.l, parallel anzuordnen bei entsprechender gegenseitiger Phasenverschiebung. Schließlich
können höhere Frequenzen durch Anwendung von schwingenden Drehpendeln (Unruhen),
insbesondere in Verbindung mit 1_ichtkontalkten, erhalten werden.