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Einrichtung zum Ausgleich einer Fahrzeugschwankung usw. Bisher wurde
bei motorischen Anlagen zum Ausgleich einer Fahrzeugschwankung (Patent 439 946)
oder Nachbildung oder Erzeugung einer vorgegebenen Bewegung (Patenft 51q.636), z.
B. durch die Auswanderung eines Ziels nach Seite oder Höhe, oder solchen, bei denen
eine Teilgröße von Hand und eine andere Teilgröße von einem Motor gegeben wurde
(Patent 6.12 q.93), außer der gemessenen oder der aus dem laufend eingestellten
Winkelweg abgeleiteten Geschwindigkeit (Patent 439 946 und 5o& 146) noch die
von dem Motor ausgeführte Bewegung oder die Differenz des eingestellten und des
ausgeführten Bewegungsbetrages (Wegfehler) benutzt.
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Erfindungsgemäß wird zur Steuerung oder Einstellung des, Gegenstandes
zusätzlich mindestens ein Organ verwendet, das einen Zusatzsteuerbebrag mittels
einer Kurve od. dgl. einsteuert, wobei die Gesetzmäßigkeit des erforderlichen Zusatzsteuerbetrages
für einen bestimmten, in Betracht kommenden Bewegungszustand empirisch festgestellt
wird, und die Kurve od. dgl. entsprechend der Differenz der gemessenen und der ermittelten
Geschwindigkeitskurve
gestaltet ist. Die Erfindung macht dabei von der Überlegung Gebrauch, daß der auszugleichenden
oder nachzubildenden Bewegung fast immer ganz bestimmte. wenn auch unter sich veränderliche
(lesetzmäßigl;eiu--n zugrunde liegen. die sich durch verschiedene Werte für die
Konstanten oder Parameter von Gleichungen oder durch Kurvenscharen ihurventafeln,
Kurvenkörper tisw.) darstellen lassen.
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In den Figuren sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt, und zwar die am häufigsten vorkommenden Bewegungsarten und Anordnungen
zu ihrer Nachbildung. Es zeigt Fig. i (in Verlauf des Fahrzeugneigungswinkels bei
einer sinusförmige n Fahrzeugschwankung nach der Zeit, Fig. -2 die dazugehörigen
WinkelgesJiwindigkeitskurven, Fig.3 die Kurven des Fahrveugneigungslvinkels in Abhängigkeit
von der U-ürkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, Fig. d. die von den Geschwindigkeitskurven
abweichenden Bewegungskurven des Regelorgans.
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Fig.5 eine Differenzkurve der Ges:ilwindigkeits- und der Bewegungskurve
des Regelorgans, Fig. 6 die Steuerung eines schweren Gegenstands, Fig. j einige
Winkelgeschwindigkeitskurzen, herrührend von Fahrzeugschwankungen, Fig. 8 den dazugehörigen
Kurbeltrieb, Fig.9 Kurven. in denen die verschiedene Kurbellänge .eines Kurl>#vltriebs
in Abhängigkeit von der Kurbelstellung dargestellt ist, und Fig. io die Steuerung
eines Gegenstands mittels eines Kurbeltriebs.
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In Fig. i sind die -Neigungswinkel eines Fährzeugs in ihrem zeitlichen
Ablauf als Kuren dargestellt, wobei eine sinusförmige Sch« <unkung des Fahrzeugs,
z. B. eine Schifies. vorausgesetzt ist. Bei gleichmäßigem Schlingern eines Schiffes
nimmt jedoch nicht nur der Neigungswinkel verschiedene Werte an, sondern im gleichen
Zeitablauf, der eine Körperkonstante ist, ändern sich auch die fVinlelgescliwindigleit,
die Beschleunigung usw.. d. h. es liegt ein dadurch bestimmter Bewegungszustand
vor. Deshalb ist jeder -NeigungcwinlcelkurVe 1. 2, 3, 4 der Fig. i eine Geschwindigkeitskurze
5 bzw. 6, ;, 8 der Fig. 2 eindeutig zugeordnet.
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Wird die Geschwindigkeit als ("), zur Zeit t, ermittelt, so gehören
anscheinend zu diesem Wert in Fig. i verschiedene a-Werte, von denen jedoch nur
einer, der dem gleichzeitigen Meßwert a, entspricht, richtig ist. Dies ist der Schnittpunkt
einer im Abstand a., gezogcnen Geraden ;T-tir_it der Kurze 2. der senkrecht über
dem Schnittpunkt der Geraden _r-x mit der Kure 6 der Fig. 2 liegt, da die Kurven
2 und f= zu dem vorliegenden Bewegungszustand gehören. Das Regelorgan ist nun bisher
immer proportional der ermittelten Ges:liwindigkeit bewegt worden. Als Zusatzbewegung
wurden dein Regelorgan dann die bei einem Vergleich des Sollweges mit der vom -Motor
ausgeführten Bewegung sich ergeb°iiden Abweichungen zugeführt. t m das Vergleichsorgan
zu entlasten, ist noch die Heranziehung anderer Steuergrößen vorgeschlagen worden,
z. B. der abgeleiteten Geschwindigkeit (=Patent 508 14(,), die jedoch erst
in irgendeiner Wise gebildet werden muß.
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Ueßbare Werte sind nur vom Neigungswinkel a und der Winkelgeschwindigkeit
<) zu erhalten, wobei jedem (,)-Wert bei dem jeweiligen Bewegungszustand ein
ganz bestimmter a-Wert zugeordnet ist. Die a- und co-@Verte werden deshalb im nachfolgenden
als Grundgröl3en benutzt. In Fig. 3 sind nun Kurven 9, io, i i und 12 eingezeichnet,
die die a-« erte der Kurven der Fig. i in Abhängigkeit von den co-Werten der Kurven
der Fig. 2 zeigen. Per Deutlichkeit wegen ist für (o der doppelte -Maßstab der Fig.2
gewählt worden. Diese Kurven der Fig. 3 sind einander ähnlich, d. h. es handelt
sich hierbei um Kurzen, die unter Zugrundelegung einer dieser Kurven, und zwar zweckmäßig
der größten Kurve (9) als Bezugskurve. durch -Multiplikation mit einem ganz bestimmten
Faktor erhalten werden können. Essei noch daraui hingewiesen, daß natürlich nicht
nur die Kurven 9 bis 12 vorhanden sind, sondern zwischen diesen noch beliebig viel
andere ähnliche Kurven.
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Als Bezugskurve soll im folgenden die Kurve 9 angenommen werden. die
also dem Bewegungszustand des Fahrzeugs entspricht, der den größten Sehlingerwinkel.
aber auch die größte Winkelgesch-,vindigkeit umfaßt. Sind nun für einen ganz bestimmten
augenblicklichen Bewegungszustand die Werte für a und to gemessen worden. so ergeben
diese Werte, eingetragen in die Fig. 3 z. B. den Punkt A. der auf der Kurve io liegen
mag.
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Um bei den bisher üblichen Steuerungen ein-.n Antriebsmotor
entsprechend den Erforderniss2ii zu steuern, mußte die @'örrichtung zur Bildung
der Ditt--renz des vorgegeben°n und des ausgeführten Be«-egungsb2trages laufend
ansprechen, tun dem Regelorgan von den Geschwindigkeitskurven 5, 6, 8 abweichende
Bewegungen zuzuführen, die b,.ispielsm-eise. wie in Fig.-l dargestellt, verlaufen
sollen und mit 13, 14, 13 und 16 bezeichnet sind. Diese Abweichungen sind
weitgehend
auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse zurückzuführen, z. B. auf das Trägheitsmoment
der umlaufenden Massen, auf das Reibungsmoment bei Bewegungsumkehr usw. und untereinander
verschieden. Sie können, sowohl positive als auch negative Werte mit Bezug auf die
zugehörige Geschwindigkeitskurve annehmen. Bei den bisherigen Ausführungen, belasten
diese Abweichungen die Wegfehlereinrichtung und verursachen oder vergrößern die
Pendelneigung der Steuerung.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe, aus dem meßbaren Wert für den
Schräglagenwinkel a und dem meßbaren Wert für die Winkelgeschwindigkeit to den nicht
meßbaren Zusatzsteuerwert oder einen abgeleiteten Wert höherer Ordnung zu, ermitteln
und dadurch die Wegdifferenzeinrichtung zu, entlasten. Die z. B. empirisch als notwendig
festgestellten, Abweichungen (Kurven 13 bis 16) des Regelorgans gegenüber dem &schwindigkeitsablauf,
der in den Kurven 5 bis 8 dargestellt ist, werden den Neigungswinkelkurven i bis
¢ oder den Winkelgeschwindigkeitskurven 5 bis 8 zugeordnet. Im folgenden sind die
Abweichungen den Schräglagewinkeln zugeordnet worden, und die Steuerung des Antriebsmotors
eines Gegenstands soll unter Zugrundelegung der Kurve 9 als Steuerkurve erfolgen,
der die später behandelte Zusatzsteuerkurve 17 zugeordnet ist.
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Bei obigem Beispiel muß also der Punkt A der Kurve io in bezug gebracht
werden zu einem Punkt B, der sich auf der Kurve 9 befindet. Die Ordinate a des Punktes
A wird zu diesem Zwveck zunächst mit dem Wert
und seine Abszisse co mit dem Wert
multipliziert. c, und b sind hierbei die Maximalamplituden der Kurven io bzw. 9
und d und c die zugehörigen Maximalwerte der Winkelgeschwindigkeit. Zweckmäßigerweise
können hierbei die Werte von
und gleich groß
sein.
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Der auf diese Weise ermittelte Wert für den Punkt B kann aber nicht
unmittelbar als zusätzlicher Steuerbetrag in " die Steuerung eingeführt werden,
weil die Kurve g ja nur unkorrigierte Werte darstellt. Vielmehr muß nun noch die
Abweichung des unikorrigierten Wertes von dem eigentlichen Steuerwert berücksichtigt
werden.
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Ist die Gesetzmäßigkeit des erforderlichen Zusatzsteuerbetrages für
eine Fahrzeugschwingung festgelegt, z. B. für die größtmögliche, so wird die sich
ergebende Kurve 17, bezogen auf die Schräglagenwinkel a, auf einer Walze als Nut
oder Wulst angebracht. In Fig. 5 ist der Verlauf dieser Kurve dargestellt. Sie ergibt
sich aus der Differenz der Kurven 5 und 13 und ist in Abhängigkeit von der Zeit
dargestellt. Selbstverständlich gibt es auch hier wieder ebenso viele Differenzkurven,
wie Steuerkurven vorhanden oder errechnet sind. Für die Ableitung dieser Kurven
durch Multiplikation aus der Bezugskurve gilt das oben bereits Gesagte. Statt zur
Steuerung nur eine einzige Kurve zu benutzen, könnte auch ein sämtliche Zusatzsteuerkurven
enthaltender Kurvenkörper Verwendung finden, der nach dem Neigungswinkel und der
Geschwindigkeit verstellt wird.
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Die in der Fig. 5 dargestellte Kurve ist also z. B. als Nut auf einem
D,rehkö,rper aufgebracht. Dieser Drehkö,rp,er ist sowohl drehbar als auch längs
verschiebbar. Der in die Nut des D,rehlcörpers eingreifende Bolzen wird bei einer
Drehung um den Wert a
und bei einer Verschiebung um den Wert (v
verstellt. Diese Verstellung entspricht dem Betrag der Abweichung für den größtmöglichen
Schwingungszustand. Dieser Betrag wird einem Multiplikationsgetriebe zugeführt und
in demselben mit dem. Faktor multipliziert. Dieser Wert wird dann dem
Regelorgan als Zusatz.steuerwert zugeführt. Die Multiplikation mit dem Faktor
ist erforderlich, weil sich ja der Wert A auf der Kurve io befand, während als Steuerkurve
die Kurve 9 verwendet wird.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, eine mittlere Kurve, z. B.
io oder ii an Stelle von 9, als Bezugskurve zu nehmen und von dieser aus durch Multiplikation
die Umwandlung in die weiteren Kurven vorzunehmen.
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In Fig. 6 wird über das Differentialgetriebe 21 dein Regelorgan 22
eines Motors 23 für den einzustellenden Gegenstand 24, durch die Achse 25 ein der
Winkelgeschwindigkeit co proportionaler Einstellwert zugeleitet. Der Wegvergleichs-eünrichtung
26, die als Differentialgetriebe dargestellt ist, wird einerseits durch die Achse
27 der Sollweg as, andererseits durch die Achse 28 der Istweg ai zugeleitet. Die
Differenz dieser beiden Wege wird mittels eines weiteren Differentialgetriebes 29
dem Winkelgeschwindigkeitswert (o überlagert. Ferner wird von der Achse 25 aus über
die Achse 30 einem Multiplikationsgetriebe 31 einerseits der Geschwindigkeitswert
o), andererseits durch die Achse 32 der Faktor
zugeführt. Entsprechend dem Ergebnis wird ein Drehkörper 33 verdreht. Von der Achse
27 wird ferner über die
Achse 34 einem weiteren 1Tultiplikatio.nsgtriebe
35 der Sollwegas, andererseits über die Achse 3 2 der Faktor
zugeführt. Entsprechend dem Ergebnis wird der Drehkörper 33 auf einer G.eradführung
36 verschoben. In den Drehkörper 33 ist die Kurve 17 eingeschnitten. Der
in der Kurvennut gleitende Zapfen 37 verstellt einen Zahntrieb 38. welcher seine
Eeivegung auf ein 1lultiplikationsgetrieba 39 überträgt, dem weiterhin von der Achse
4o der Faktor
zugeleitet wird. Dieses Ergebnis wird durch das Differentialgetrieb 2z dem Reg-lorgan
22 zusätzlich zugeführt.
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Das Regelorgan 22 kann sehr vielseitig ausgebildet sein und z. B,
aus einem Anlasser, einem Nachlaufkontakt, einem Steuergenerator, einem gitterge.stenertzn
Gas- oderDampfentladungsrohr. einem Reibradgetriebe, einem hvdraulisclien Schieber.
ein:r steuerbaren Pumpe od. dgl. bestehen. Entsprechend der verschiedenen Ausbildung
des Regelorgans 22 kann ein elektrischer, hydraulischer, pneumatischer oder sonstiger
Motor 23 Verwendung finden. Die durch die Achse 25 zugeführte Winkelgeschwindigkeit
kann gemessen oder aus dem laufenden Betrag abgeleitet sein und von Hand oder auf
elektrischem Wege in die Steuerung eingeleitet werden. Entsprechendes gilt auch
von den weiteren für die Steuerung b:-nötigten @i."erten.
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Anstatt die Ausgleichsbewegung für eine Fahrzeugschwankung mittels
eines Antriebsmotors vorzunehmen, dessen Regelorgan im Sinne der Erfindung zusätzlich
beeinflußt wird, ist es auch inäglich, diese Bewegung unter Zuhilfenahme eins ständig
mit gleicher Geschwindigkeit laufenden Motors und eines Kurbeltriebes zu @2rzeug2n.
Dabei müßte die richtige Einstellung durch getrennte Einstellung der Qinze:nen Größen
bewirkt werden, wobei sich diese gegenseitig beeinflussen und weitere Einstellungen
nötig machen würden. Erfindungsgemäß wird auch für den Fall der Verwendung eines
Kurbeltriebs von der Gesetzmäßigkeit der Größen untereinander G--brauch gemacht,
wodurch er erst für die genannte Aufgabe verwendungsfähig wird.
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Es sei zur Erläuterung wiederum angenommen, daß eine Schwingung von
bestimmter Dauer vorliege. wie dies z. B. bei der Schwingung eines Schiffes der
Fall ist. In Fig.7 sind wiederum einige WinkeIgeschwindigkeitskurven dargestellt,
die denn in der Fig.2 entsprechen, der Deutlichkeit wegen aber mit -.l, .;.2 und
4.3 bezeichnet sind. Der Kurve .I3 ist dabei als größte lineare Geschwindigkeit
ein Betrag z;"",. zugeordnet.
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In Fig. 8 sind die Winkelgeschwindigkeitskurven als Kreise dargestellt
und mit -4, 45 und .I6 bezeichnet. Mit der Achse 4.7, die von einem nicht mitgezeichneten
Motor konstant angetrieben wird, ist eine Kurbel :I8 von veränderlicher Länge fest
verbunden, die einen Stein .I9 trägt, der in einer Kulisse 5o verschiebbar ist.
Bei einer Drehung der Achse .47 macht also die Kulisse 5o eine auf und ab gehende
Bewegung, die der jeweiligen linearen Geschwindigkeit v entspricht und mittels einer
Zahnstange 5 i und eines Ritzels 52 in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Das Ritzel
52 kann den einzustellenden Gegenstand oder auch einen Zeiger antreiben, dessen
Stellung der Iststellung entspricht.
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Eine bestimmte Geschwindigkeit, z. B. iz#"I.Y. kann nun durch eine
Vielzahl von Einstellungszuständen erzeugt werden, da sowohl die Kurbelstellung
als auch die Kurbellänge beliebig sein kann. Um dies zu verdeutlichen, sind in der
Fig. 8 die veränderlichen Kurbellängen in den Stellungen eingezeichnet, in welchen
sie die gleiche lineare Geschwindigkeit v","x des Gleitkörpers (5o, 5i) erzeugen.
Diese Radien sind in Abweichung von der oben gewählten B2zeichnung48 für die Kurbel
mit l1, l... und 1, bezeichnet. Die Abweichungen der Kurbelstellung von der Nullage
sind mit ß2 und ß.3 bezeichnet, ein Wert ß, tritt nicht auf, weil dieser Winkel
Null ist. Die gewünschte Geschwindigkeit z""" wird also einmal erzeugt bei einer
Kurbellänge h und einem Winkel P l= o. weiterhin bei einer KurbellängL l., und einem
Winkel ß= sowie bei einer Kurbellän-e l3 und einem Winkel ß3. Eine ganz bestimmte
Kurbellänge l gehört also jedesmal zu einem ganz bestimmten Winkel l'). An sich
müßte die Stellung der Kurlrl 4.3 mit den Stellungen h, h, 13 übereinstimmen.
Der Deutlichkeit wegen ist aber die Kurbel .I8 in einer anderen Stellung eingez'eiehnet
worden.
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Wenn eine bestimmte lineare Geschwindigkeit v,"" gegeben ist, wird
die Kurbel .I8 zunächst in die Nullrichtung gestellt (entsprechend einem Winkel
ß von o--), und weiterhin wird die Länge der Kurbe148 so eingestellt. daß diese
in der Nullrichtung gerade die Geschwindigkeit z"""" erzeugt. Diese Geschwindigkeit
ist nun aber nicht die richtige, sie mu$ vielmehr durch einen Zusatzw-; rt korrigiert
werden, der durch Betätigen eines Organs erhalten wird, das entsprechend der Gesetzmäßigkeit
ausgebildet ist und durch welches gleichzeitig die Kurbellänge und die Kurbelrichtung
verändert werden.
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In der Fig.9 sind die Werte für verschiedene Kurbellängen und Kurbelstellungen
für jeweils ein bestimmtes v""" dargestellt. Die Kurve 35 entspricht hierbei dem
v",",- Wert der Kurve 4.3 der Fig. 7, die Kurve 5.I dem z@,""x Wert der Kurve .I2
und der Punkt 53
dem v." -Wert der Kurve 41. Man erhält den Punkt
53. lediglich deswegen, weil voraussetzungsgemäß ein größerer Wert als v""., der
Kurve 41 nicht auftreten kann.
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Diese Kurvenschar wird nun zweckmäßig wieder auf einen Drehkörper
als Nut aufgebracht. Zur Steuerung wird dann. diejenige Nut ausgewählt, welche dem
jeweilig gewählten Wert von v""" entspricht. Selbstverständlich braucht auch
nur eine einzige Nut vorhanden zu sein. In diesem Fall erfolgt der Übergang von
einreg Kurve zu einer anderen unter Zwischenschaltung eines Multiplikationsge.trieb-s.
Es gelten hierfür die oben bereits gemachten Überlegungen. Zweckmäßig werden die
Nuten zweimal auf dem Drehkörper vorgesehen., und zwar derart, daß sie das zweite
Mal das Spiegelbild der ersteren sind. Der eine abgehende Trieb verstellt dann die
Richtung der Kurbel, und der andere abgehende Trieb beeinflußt die Kurbellänge.
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In der Fig. io sind übereinstimmende Teile mit den Bezeichnungen der
Fig.8 versehen worden. Zuerst wird mittels der Handkurbel 56 die Kurbel 48 in die
Nullrichtung eingestellt und darauf mittels der Handkurbel 57 die Länge der Kurbel
48. Diese Einstellung ist dann als zutreffend vollzogen anzusehen, wenn die Länge
dem Wert h und die Richtung der in Fig. 8 für h eingezeichneten entspricht. Um beim
Schwenken des Lagerbügels 58 keine fehlerhafte Verstellung des Steines 49 zu erhalten.,
ist ein Rückstelldifferential 59 vorgesehen. Wird nun die Achse 47 des Kurbeltriebes
von; einem Gleichlaufantrieb 6o angetrieben, so wird der Zeiger 61 über die Zahnstange
5i und das Ritzel 52 immer die Iststellung des Gegenstands an: zeigen. Zu erwähnen
ist noch, daß der Gleichlaufantrieb 6o eine andere D-rehz-ahl erhalten muß, wenn
sich die Periode der Schiffsschwankung ändert. Die nachzubildende Bewegung wird
z. B. einem Empfänger 62 zugeleitet, der einen Gegenzeiger 63 antreibt. Bei der
zunächst vorgenommenen Einstellung des Kurbeltriebs werden Zeiger 6i und Gegenzeiger
63 nicht in Deckung laufen. Um, die Deckung der beiden Zeiger 6.1 und. 63 herbeizuführen,
wird mittels einem Handkurbel 64 der Drehkörper 65 verdreht. Dabei wird einmal über
einen Zahntrieb 66, eine Achse 67 und ein Differential 68 die Achse 47 verstellt
und hierdurch die den Zapfen 49 tragende Kurbelschwinge 48 in die richtige Winkelstellung
und andererseits der Zapfen 49 über einen Zahntrieb 69, eine Achse 70 und
ein Differential 71 in die richtige Entfernung vom Mittelpunkt des Bügels 58 gebracht.
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Erwähnt sei noch, daß die Erfindung auch bei anderen gesetzmäßig verlaufenden,
Bewegungen benutzt werden kann, wie z. B. bei dem Verfolgen eines sich geradlinig
bewegenden Ziels, wobei in der Einrichtung zur Bildung der Richt-,verte mittels
einer erfindungsgemäßen Einrichtung sowohl der eingestellte Weg wie die Geschwindigkeit
beeinflußt wird.