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Einrichtung zur Synchronisierung einer Grob-Fein-Ubertragungsanlage
Zur Übertragung einer vorgegebenen Bewegung werden häufig Grob-Fein-Übertragungsanlagen
benutzt, bei denen dem Grobsystem ein großer, dem Feinsystem ein kleiner Drehwert
für jede Umdrehung zugeordnet ist. An sich geschieht bei derartigen Übertragungsanlagen
die Beeinflussung des Einstellmotors eines Gegenstandes in Abhängigkeit von einer
Spannung (Wegfehlerspannung), die dem Stellungsunterschied zwischen Soll- und Iststellung
entspricht, und gegebenenfalls von weiteren Steuergrößen. Tritt nun ein so großer
Stellungsunterschied zwischen vorgegebener und nachgebildeter Bewegung auf, daß
ein mit dem Grobsystem gekuppeltes Kontaktwerk anspricht, so wird über Relais das
Feinsystem, das z. B. aus einer Schaltung von gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
besteht, von dem Regelorgan des Einstellmotors abgeschaltet und zur Wiederherbeiführung
der Stellungsübereinstimmung eine feste Synchronisierspannung an das Regelorgan
gelegt. Der Einstellmotor läuft nunmehr mit seiner höchsten Drehzahl nach der Synchronstellung
hin. Diese Drehzahl liegt .um einen gewissen Betrag höher als die für das Steuern
bemessene höchste Drehzahl (maximale Folgegeschwindigkeit). Eine derartige große
Verstellung zwischen Geber und Empfänger tritt z. B. dann auf, wenn der Geber im
stromlosen Zustand der Anlage verstellt worden ist oder wenn der Geber vorübergehend
mit
mehr als der maximalen Folgegeschwindigkeit der Steuerung verstellt wird.
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Als Empfänger in Grob-Fein-Lbertragungsanlagen werden häufig sogenannte
elektromagnetische Brücken verwendet. Bei letzteren ist auf dem Ständer eine symmetrisch
verteilte Vierphasenwicklung untergebracht, die gegebenenfalls auch an zwei gegenübergelegenen
Punkten erregt werden kann. Stimmt die Stellung des Läufers der Empfängerbrücke
mit der des zugehörigen Gebers überein. so s ind die Spannungen der vier Phasen
gleich groß, und die an den Brückenpunkten ab-r_unehmende Spannung (Wegfehlersparinung)
ist Null. Bei Verstellung eines Läufers tritt eine Feldverschiebung im Ständer des
Empfängers auf. die die vier Phasen unterschiedlich macht und die Differenz der
Spannungen von je zwei Brückenzweigen als Wegfehlerspannung abgibt, deren Größe
der Größe der Verstellung verhältnisgleich ist.
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Bei der Einstellung von mit großer 'lasse behafteten Gegenständen
ist ein stoßfreiesEinsynchronisieren bei möglichst geringen Beschleunigungen zwecks
Schonung der Getriebe, und ohne daß Pendelungen auftreten, von außerordentlicherWichtigkeit.
Man könnte daher daran denken. ein Synchronisieren in mehreren Bereichen vorzunehmen,
die heim Einlaufen nacheinander ein allmähliches bauen der Svnchronisiergescliwindigkeit
auf die Sollgeschwindigkeit oder auf die Sollstellung bewirken. Die Einstellung
einer solchen Synchronisierung an den L'bergängen von einem zum anderen Bereich
würde aber infolge der Stellungsfehler in der Übertragungsanlage und der Schaltwerksfehler
(Fabrikationstoleranzen) sehr schwierig sein und dabei trotz stoßfreier Einjustierung
für eine bestimmte Stellung bei anderen Sollstellungen wieder unzulässig grolle
Beschleunigungen ergeben und demzufolge wieder erhebliche Stöße auf die Getriebe
verursachen.
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Es ist bereits eine Anordnung zur Einstel-Iung motorisch bewegter
Körper bekanntgeworden, bei der während der Dauer des Svnchronisierens bzw. beim
Auftreten eines großen Stellungsunterschiedes zwischenGeher und einzustellendem
Gegenstand die Wegfehlerspannung des Grobempfängers das Regelorgan des Einstellmotors
unmittelbar beeintlußt. Das An- und .abschalten der Wegfehlerspannnng des Grobempfängers
erfolgt hierbei unter Zuhilfenahme einer Hilfsent-Iadungsstrecke, deren Gitterkreis
negativ vorgespannt ist. so daß ein Stromdurchgang durch diese Entladungsstrecke
normalerweise verhindert ist. DerGitterkreis dieser Entladungsstrecke ist außerdem
über einen Transformator mit dem die Wegfehlerspannung des Grobempfängers führenden
Stromkreise verbunden. Wird die Wegfehlerspannung des Grobempfängers nun genügend
groß, um über den Transformator die den Stromdurchgang durch die Hilfsentladungsstrecke
verhinderte Gittervorspannung zu kompensieren. so wird die Entladungsstrecke leitend
und erregt mit ihrem Anodenstrom die Arbeitswicklung eines Relais. Beim Ansprechen
dieses Relais wird die bisher die Steuerung des Einstellmotor; bewirkende Wegfehlerspannung
des Feinempfängers abgeschaltet. und die Wegfelilerspannung des Grobempfängers übernimmt
nunmehr allein die Steuerung des Einstellmotors. bis der Stellungsunterschied zwischen
Geber und einzustellendemGegenstand nahezu beseitigt ist. Die Wegfehlerspannung
des Grobempfängers wird dann wieder so klein, daß die Hilfsentladungsstrecke wieder
gesperrt wird, wodurch das Relais abfüllt und demzufolge die Wegfehlerspannuüg des
Feinempfängers allein wieder die Steuerung des Einstellmotors übernimmt.
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achteilig ist bei dieser Anordnung die Verwendung einer Hilfsentladungsstrecke,
insbesondere durch die hierbei erforderlicheVerwendung von Batterien. Außerdem steigt
die Wegfehlerspannung des Grobempfängers nur sehr langsam an. Es muß also schon
ein verhältnismäßig großer Stellungsfehler aufgetreten sein, wenn die Hilfsentladungsstrecke
ansprechen soll, weil ja erst deren negative Sperrspannung kompensiert «-erden muß.
Außerdem ist das Einsetzen der Entladung der Hilfsentladungsstrecke von dein Ladungszustand
der Batterien abhängig.
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Beim Erfindungsgegenstand «-erden diese 1achteile erfindungsgemäß
dadurch v ermieden, daß das An- und Abschalten der Wegfehlerspannung des Grobempfängers
mit Hilfe eines Relais (Svnchronisierrelais) erfolgt, <las seinerseits beim Ansprechen
eines in Abhängigkeit von der gleichgerichteten Wegfehlerspamiung des Feinempfängers
gespeisten einstellbaren Relais anspricht. Die Wegfehlerspannung des Feinempfängers
steigt hierbei :ehr schnell an und der Ansprechzeitpunkt eines Gleichstromrelais
ist wau und leicht zu beherrschen. Um zu verhindern. dar) das Scnchronisierrelais
heim Mulldurchgang der Wegfehlerspannung des Feinempfängers abfällt, ist parallel
zu dem das Svnchronisierrelais schaltenden Kontakt des einstellbaren Relais ein
einstufiges Schaltwerk gelegt. dessen Gegenkontakt auf dein frei drehbaren Anker
eines mit dein Grobgeber zusammenarbeitenden Empfängers sitzt. Gemäß weiterer Erfindung
wird der Wegfehlerspannung des Grobempfängers ein Teil der Wegfehlerspannung des
Feinempfängers phasengleich überlagert. Die Wegfehlerteilspannung wird einem Spannungsteiler
entnommen, derauseinem konstanten
und einem aus zwei gegensinnig
durchlässigen Gleichrichtersäulen gebildeten Widerstand besteht.
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WeitereEinzelheiten derErfindung ergeben sich aus der Beschreibung
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. i eine Schaltung
der neuen Einrichtung, Fig.2 eine Wegfehlerspannungskurve und die begrenzte Ausgangsspannung
davon und Fig. 3 die Überlagerung einer unbegrenzten und einer begrenzten Wegfehlerspannung.
Mit i ist der Grobempfänger und mit 2 der Feinempfänger einer Grob-Fein-Übertragungsanlage
bezeichnet, die in an sich bekannter und nicht mitdargestellter Weise mit den zugehörigen
Gebern in Verbindung stehen. Beide Empfänger sind als elektromagnetische Brücken
ausgebildet, deren Läufer in an sich bekannter Weise mit dem einzustellenden Gegenstand
in Verbindung stehen. Die Übersetzung zwischen Grob und Fein möge 1 :36
betragen,
d. h. der Feinempfänger führt je io° Verstellung des einzustellenden Gegenstandes
eine volle Umdrehung aus, während der Grobempfänger erst bei einer Verstellung von
36o'° eine volle Umdrehung ausführt. Ein einstellbares Relais 3 wird über eine Gleichrichteranordnung
q. in Graetzschaltung von der Wegfehlerspannung des Feinempfängers 2 gespeist und
ist so eingestellt, daß es z. B. etwa bei i8'°' Auslenkung des Läufers des Feinempfängers
2 gegenüber dem Läufer des zugehörigen Gebers, d. h. also bei 1/z°' Stellungsunterschied
zwischen dem gesteuerten Gegenstand und dem durch die Geber befohlenen Wert anspricht.
Eine Veränderung der Ansprechempfindlichkeit des Relais 3 kann durch dessen andere
Einstellung gegebenenfalls in Verbindung mit einem Vorwiderstand 5 erfolgen. Das
Relais 3 betätigt bei seinem Ansprechen einen Kontakt 3a der im Stromkreis für ein
weiteres Relais 6 (Synchronisierrelais) liegt. Auf die von dem Relais 6 gestellten
Kontakte 6a bis 6d wird später eingegangen.
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Unter der oben gemachten Annahme, daß einer Umdrehung des Feinempfängers
2 eine Verstellung des einzustellenden Gegenstandes von io° entspricht, geht dessen
Wegfehlerspannung bekanntlich bei 5° oder einem ganzzähligen Vielfachen hiervon
durch Null, d. h. das Relais 3 würde bei diesen Nulldurchgängen jedesmal abfallen.
Um dies zu verhindern, ist parallel zu dem Kontakt 311 ein einstufiges Schaltwerk
7 gelegt, dessen Gegenkontakt 8 auf dem frei drehbaren Läufer eines mit dem Grobgeber
zusammen arbeitenden Empfängers 9 sitzt. Die Kontakte des Schaltwerkes 7, 8 sind
dabei so eingestellt, daß sie innerhalb eines Bereiches von 21/2 bis q.1/2° Verstellung
geschlossen werden. Durch die Verbindung des Gegenkontaktes mit dem Grobsystem wird
verhindert, daß das Relais wieder bei jedem Nulldurchgang des Feinempfängers 2 abfällt.
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Es sei nun angenommen, daß zwischen Geber und Empfänger eine so große
Verstellung beim Einschalten der Steuerung vorhanden ist oder während des Betriebes
entsteht, daß das Relais 3 anspricht und damit auch ein Ansprechen des Relais 6
zur Folge hat. Das Relais 6 legt hierbei seine Kontakte 6a und 61' um. Hatte vor
dem Ansprechen des Relais 6 die Wegfehlerspannung des Feinempfängers 2 über einen
Spannungsteiler io und die Kontakte 6a und 61b an den Eingangsklemmen i i und 12
eines Regelorgans i3, z. B. einer aus gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
bestehenden Schaltung, gelegen, so liegt nach dem Ansprechen des Relais 6 zum Synchronisieren
die Wegfehlerspannung des Grobempfängers i über einen Spannungsteiler 14. an den
Eingangsklemmen i i und 12 des Regelorgans 13. Die hierfür erforderliche Änderung
der im übrigen voll gezeichneten Schaltung ist gestrichelt eingezeichnet. Das Regelorgan
13 beeinflußt seinerseits einen Steuergenerator 15, dessen Spannung den Einstellmotor
16 für einen einzustellenden Gegenstand 17 speist. Mit Hilfe der sich stetig ändernden
Wegfehlerspannung des Grobempfängers i kann der einzustellende Gegenstand 17 bis
auf etwa 1/2a an die Sollstellung herangeführt werden. Bei Unterschreitung dieser
Fehlstellung fällt das Relais 3 und damit auch das Relais 6 ab und die Fehlerspannung
des Feinempfängers 2 übernimmt die weitere Einstellung des Gegenstandes 17.
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Die Amplitude der Wegfehlerspannung ist bekanntlich abhängig von der
Größe der Verstellung zwischen Geber und Empfänger. Bei kleinen Verstellungen ist
demzufolge die Amplitude der Wegfehlerspannung des Grobempfängers noch sehr klein
und auch die Steilheit des Anstieges der Fehlerspannungskurve ist sehr gering. Dies
führt dazu, daß das Einlaufen in die Synchronstellung nur schleppend erfolgt und
kann sogar zu einem vorzeitigen Stillstand des Einstellmotors führen. Gemäß weiterer
Erfindung wird zur Behebung dieser Unzuträglichkeiten der Wegfehlerspannung des
Grobempfängers i ein Teil der Wegfehlerspannung des Feinempfängers 2 phasengleich
überlagert. Diese Wegfehlerteilspannung wird einem Spannungsteiler entnommen, der
aus einem festen Widerstand 18 und den beiden gegensinnig durchlässigen Gleichrichtersäulen
i9 und 2o gebildet wird.
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Die Verwendung von Gleichrichtersäulen bringt in diesem Zusammenhang
eine Abflachung dieses Teiles der Fehlerspannungskurve
mit sich,
wie dies die Fig. 2 zeigt. Der in der Fig.2 gezeigte sinusförmige Spannungsverlauf
entspricht dem Verlauf der an den Ausgangsklemmen des Feinempfängers 2 auftretenden
Wegfehlerspannung, wenn die Stellungen der Läufer von Geber und Empfänger bis zu
einer vollen Umdrehung voneinander abweichen. Der Nulldurchgang der Kurve bei
5' entspricht dabei der iSo---Stellung. Die Höhe der Begrenzung ist abhängig
von der Zahl der verwendeten Gleichrichterelemente. Je- geringer diese Zahl ist,
um so größer ist die Spannungsbegrenzung. Wesentlich ist dabei, daß die Amplituden
der Wegfehlerspannungskurve zu Beginn und am Ende nicht oder nur un-,vesentlichverändertwerden.
weil gerade an diesen Stellen eine möglichst große Steilheit der Wegfehlerspannungskurve
erwünscht ist. Die begrenzte Spannungskurve ist in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet.
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Diese begrenzte Weg fehlerteilspannung kann nun der unbegrenzten Wegfehlerspannung
des Grobempfängers i überlagert werden. Hierbei ergibt sich die Fig. 3, in der die
gestrichelt eingezeichnete Kurve die @#@Tegfehler= Spannung des Grobempfängers i,
die punktiert eingezeichnete Kurve die begrenzte Wegfehlerteilspannung des Feinempfängers
2 und die voll eingezeichnete Kurve die resultierende Spannung darstellt. Aus der
resultierenden Kurve ist ersichtlich, daß auch bei geringen Verstellungen bereits
eine ausreichende Spannung zur Beeinflussung des Regelorgans 13 zur Verfügung steht.
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Es sei nun wieder angenommen, daß zwischen Geber und Empfänger beim
Einschalten der Steuerung eine so große Verstellung vorhanden ist oder während des
Betriebes entsteht, daß das Relais 3 anspricht und damit auch ein Ansprechen des
Relais 6 bewirkt. Das Relais 6 legt dann seine Kontakte 6a und 6b um. Auch in diesem
Fall liegt vor dem Ansprechen des Relais 6 die Wegfehlerspannun- des Feinempfängers
2 über den Spannungsteiler io und den Kontakt 6a an den Eingangsklemmen i i und
12 des Regelorgans 13, während nach dem Ansprechen des Relais 6, d. h. während des
Synchronisierens an diesen Eingangsklemmen eine Spannung liegt, die sich aus der
Wegfehlerspannung des Grobempfängers i und der einem Spannungsteiler 21 entnommenen
Teilspannung der Wegfehlerspannung des Feinempfängers 2 zusammensetzt. Von der gestrichelt
eingezeichneten Schaltung ist für die vorstehend beschriebene Synchronisierung E
nur noch die Verbindun- zwischen den Punkten 22 und 23 erforderlich.
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Üblicherweise erfolgt die Beeinflussung der Steuerung für einen einzustellenden
Gegenstand nicht nur in Abhängigkeit von einem I I Wegfehler, sondern zusätzlich
in Abhängigkeit von weiteren Steuergrößen. z. B. der Geschwindigkeit und der Beschleunigung.
In der Fig. i ist daher noch eine Tachometer-( maschine 24 vorhanden, die in nicht
mitdargestellter Weise mit dem Geber in Antriebsverbindung steht und demzufolge
eine Spannung führt, die ein -Maß für die Sollgeschwindigkeit ist. Eine weitere
Tachometermaschine 25 steht in nicht mitdargestellter Weise in Antriebsverbindung
mit dem Einstellmotor 16 oder dem einzustellenden Gegenstand 17 und führt demzufolge
eine Spannung. die ein 'Maß für die Istgeschwindigkeit ist. Beide Spannungen sind
gegeneinandergeschaltet, so daß nur ihre Differenz wirksam ist. Zur Abnahme dieser
beiden Geschwindigkeitsspannungen dienen die Spannungsteiler 26 und 27. Mit Hilfe
eines z. B. aus einem Kondensator 28 bestehenden Difterenziergliedes wird
die Sollgeschwindigkeitsspannung differenziert, so daß am Spannungsteiler 29 eine
der Sollbeschleunigungsspannung verhältnisgleiche Spannung auftritt. Die vom Steuergenerator
15 gelieferte Spannung wird über einen Spannungsteiler 30 geführt und ebenfalls
mittels eines Kondensators 31 differenziert. Am Spannungsteiler 32 tritt demzufolge
eine der Istbeschleunigung verhältnisgleiche Spannung auf. Alle diese als weitere
Steuergrößen dienenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsspannungen sind Gleichspannungen.
Besteht das Regelorgan 13 daher aus einer Schaltung von gittergesteuerten Gas- oder
Dampfentladungsgefäßen, so müssen diese Gleichspannungen zunächst in eine Wechselspannung
umgewandelt werden, deren Frequenz und Phase mit der Frequenz und Phase der Wegfehlerspannungen
übereinstimmt und deren Amplitude der Summe dieser Gleichspannungen verhältnisgleich
ist. Die Summe der Gleichspannungen wird den Eingangsklemmen 33 und 3:4. einer solchen
Einrichtung 3,3 zugeführt, und mittels eines weiteren Spannungsteilers 36
erfolgt die Cberlagerung der in der Einrichtung 35 in eine Wechselspannung umgewandelten
Spannungen mit den Wegfehlerspannungen.
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Es sei nun wieder angenommen, daß zwischen Geber und Empfänger beim
Einschalten der Steuerung eine so große Verstellung vorhanden ist oder während des
Betriebes entsteht. daß das Relais 3 anspricht und auch ein Ansprechen des Relais
6 bewirkt. Das Relais 6 legt dann seine Kontakte 6a, 6b, 6c und 6d um. Während des
Svnchronisierens liegt daher gemäß weiterer Erfindung an den Eingangsklemmen i i
und 12 des Regelorgans 13 eine Spannung, die sich aus den Wegfehlerspannungen und
der der Summe der Geschwindigkeitsdifterenzspannung und der
Istbeschleunigungsspannung
entsprechenden Spannung zusammensetzt. Der Anteil der Geschwindigkeitsspannungen
ist dabei während des Synchronisierens wesentlich geringer als während des normalen
Steuerns. Der Anteil der Sollbeschleunigungsspannung ist für das Synchronisieren
überhaupt unwirksam, wie aus der Fig. i ohne weiteres ersichtlich ist. Durch diese
Maßnahme wird bei Steuerungen, die mit der Sollbeschleunigung arbeiten, die Unabhängigkeit
der Einstellung der Geschwindigkeitsglieder beim Steuern von der Einstellung der
Geschwindigkeitsglieder beim Synchronisieren ermöglicht.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nicht unbedingt
an die in der Fig. i angegebene Schaltung der Geschwindigkeitsglieder gebunden.
Letztere kann vielmehr den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. Die angegebene
Schaltung bedeutet besonders keine zusätzliche Belastung der Tachometermaschine.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist sowohl bei der Synchronisierung auf einem
stehenden als auch auf einen sich bewegenden Geber brauchbar. In letzterem Fall
erfolgt die Synchronisierung auch bei kleinen Stellungsunterschieden immer weich.