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Lastunabhängiger, geschwindigkeitsproportionaler Vibrationskontaktverstärker
Die Erfindung hat einen Vibrationskontaktverstärker, bestehend aus Vibrationsrelais,
elektrischem Verstellmotor und Zusatzmaschine, zum Gegenstand, wobei durch eine
besondere Schaltung mit Hilfe der Zusatzmaschine erreicht wird, daB die Geschwindigkeit
des Verstellmotors lastunabhängig proportional der Spannung oder dem Strom ,der
Steuerwicklung des Vibrationsrelais wird. Damit arbeitet der Vibrationskontaktverstärker
als stetiger, geschwindigkeitsproportionaler Verstärker, der als einfacher Verstärker
mit hohem Verstärkungsgrad und geringem Leistungsgewicht in den verschiedensten
Regel- und Steuerschaltungen, insbesondere auch zu Geschwindigkeitssteuerungen verwendet
werden kann, wobei die Zeitkonstante dieses Verstärkers durch das Vilbrationsprinzip
klein gehalten wird. In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
Mittelstellungsrelais, das polarisiert ist, und doppelpol,igern Umschaltekontakt
dargestellt, in Fig.2 ein derartiges Vibrationsrelais mit einpoligem Umschaltekontakt
in Verbindung mit einer Röhrenvorstufe; ,in Fig. 3 werden zwei polarisierte Mittelstellungsrelais
mit einpoligem Um.schaltekontakt'verwendet, während in Fig. 4 ein Beispiel mit einem
polarisierten Relais mit einseitiger Ruhelagedes Umschaltekontakts angegeben ist;
schließlich ist in Fig.5 ein Ausführungsbeispiel mit zwei nicht polarisierten Relais
angegeben.
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Die Positionszahlen gelten für alle Figuren. i ist das Vibrationsrelais,
,das den Verstellmotor 2 über
die, Kontakte 6- steuert. .3 ist die
,Steuerwicklung; 4 die Polärisationswicklung, 5° und 56 je eine Zusatzwicklung des
Vibratiorrsrelais. 7 ist ein Potentiometer, an dem eine Steuergleichspannung 9 a1
egegriffen wird. Es. liegt an der konstanten Gleichspannung B. Zum ,Schutz der Vibrationskontakte
sind Löschkondensatoren io, gegebenenfalls mit einem Widerstand in Reihe vorgesehen.
i i ist die Erregung des Verstellmotors 2. Mit dem Verstellmotor 2 ist ein Gleichstromgenerator
12 gekuppelt mit der Erregerwicklung 13, dessen Erregung durch Widerstand 16 eingestellt
werden kann. 14 ist die Abtriehswelle des VefStellm0tOrs 2. 15 stellt eitlen Kondensator
zur Erzeugung einer beschleunigungsproportionalen Rückführspannung- dar: 17 und
a8 sind Elektronenröhren, die vom Anodentrafo i9 mit den beiden Teilwicklungen 20
und 21 anodenseitig gespeist werden. 22 ist eine Spannungsteilerachaltung zur Erzeugung
der Gittervorspannung. 23° und 23b stellen je einen Gittervorwiderstand dar. Bei
einpoligem Vibrationsrelais wird der Anker des Verstellmotors 2 an die Mittelanzapfung
eines Widerstandes 24 gelegt.
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Die Wirkungsweise der Vibrationsverstärkerschaltun.g nach Fig. i -ist
nun folgende. In der gezeichneten Nullstellung des Potentiometers 7 erhält die Steuerwicklung
3 des Vibrationsrelais i keine Spannung. Infolge der Polarisation durch. die Wicklung
4 bleiben also die Vibrationskontakte in der Mittelstellung stehen und der Verstellmotor
2 ist stromlos, die Abtriebswelle 14 Steht still. Wird nun der Steuerwicklung 3
des Vibrationsrelais i eine dem Betrage und der Richtung nachbestimmte Gleichspannung
durch Verschieben des Abgreifers 9 vom Potentiometer.7 in .der einen oder anderen
Richtung zugeführt, so schaltet z. B. der Doppelkontakt 6 nach oben, am Anker des
Verstellmotors 2 liegt dann die volle Spannung 8, der Verstellmotor beginnt hochzulaufen
und nimmt dabei den Anker des kleinen Gleichstromgenerators 12 mit. Letzterer speist
die Wieklung 5° des Vibrationsrelais i und ist so gepolt, daß ihre Amperewindungen
den Amperewindungen der Steuerwicklung 3 entgegenwirken.
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Sobald also der Verstellmotor 2 eine Drehzahl erreicht hat, bei der
die Durchflutung der Wicklung 511 .gleich- der der Steuerwicklung 3 geworden ist,
heben sich die Relaiskontakte von ihrer oberen Endlage ab und versuchen -die Mittellage
einzunehmen, wodurch der Anker des Verstellmotors 2 spannungslos wird. Infolge der
Trägheit des Verstellmotors und der Relaisverzögerung kann die Durchflutung der
Wicklung 5° kurzseitig sogar größer werden als die der Steuerwicklung 3, so daB
also der Vibrationskontakt nach unten durchschwingt und den Anker des Verstellmotors
an Gegenspannung legt, wodurch er in seiner Gesehwindigkeit wirkungsvoll abgebremst
wird. Im selben Maße nimmt aber die ,Spannung des Generators 12 ab, wodurch die
Durchflutung der Steuerwicklung 3 wieder überwiegt und das Relais nach oben anzieht.
Es stellt sieh also eine mittlere Geschwindigkeit des Verstellmotors 2 ein, die'
proportional der Steuerspannung .an der Relaiswicklung 3 ist. Wird die Steuerspannung
umgepolt, so läuft der Verstellmotor in der anderen Richtung. Seine Geschwindigkeit
iSt also erfindungsgemäß dem Betrage und der Richtung, nach proportional der Steuerspannung
am Vibrationsrelais i und praktisch unabhängig von der Belastung an der Abtriebsw-elle
14. Mittels .des Regelwiderstandes 16 kann nun die Drehzahl des Verstellmotors in
Abhängigkeit von der Steuer-. sparmung weitgehend geändert und den Erfordernissen
angepaßt werden. Wird der Widerstand 16 vergrößert, so muß der Verstellmotor 2 eine
größere Drehzahl annehmen, damit der Generator 12 eine Gegenspannung liefern kann,
die der Steuerspannung das Gleichgewicht hält, und umgekehrt.
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Der vorliegende Vil)ratiop.skontaktverstärker eignet sich z. B. für
Geschwindigkeitssteuerungen zum Fernverstellen von Ventilen, Klappen, Regelwiderständen.
oder zum Fernverstellen des Hubes von hydraulischen Pumpen und hydraulischen Getrieben.
Um die Vil)rationsfrequenz so hoch zu halten, daß auch bei ganz kleinen @'erstellgeschwindigkeiten
kein- ruckweises Arbeiten auftritt, wird einer .weiteren Wicklung (56 in Abb. i)
des Geschwindigkeitsänderung .eine der Geschwindigkeitsänderung des Verstellmotors
proportionale Spannung zugefArt. Zu diesem Zweck wird die Generatorspannung, die
der Verstellmotordrehzahl proportional ist, über einen Kondensator i5-oder einen
Transformator differenziert. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das Umschaltendes
Vibrationsrelais raschererfolgt, das Relais braucht nicht abzuwvarten, bis über
die Wicklung 5° eine Drehzahlabweichung den Anlaß zum Umschalten gibt, es erfaßt
vielmehr mit der Wicklung 56 bereits den Anstieg oder den Abfall der Drehzahlabweichung
und schaltet dadurch entsprechend früher. Die Einführung der ;beschleunigungsproportionalen
Spannung über die Zusatzwicklung 56 ergibt also eine wesentliche Erhöhung der Vibrationsfrequenz
und damit einen gleichmäßigen Lauf des Verstellmotors 2 über seinen ganzen Drehzahlbereich
hinweg, während die geschwindigkeitsproportionale Spannung über die Zusatzwicklung
5° bewirkt, daß die mittlere Verstellmotorgeschwindigkeit proportional der Steuerspannung
ist.
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Die Vibrationskontakte arbeiten,.. solial.d die Steuerspannung größer
als die Ansprechgrenze des Vibrationsrelais ist. Erfahrungsgemäß lassen sich mit
solchen Vibrationsrelais Verstellmotoren mit Leistungen bis io=3o W steuern. Reicht
diese Leistung, zum Verstellen des Verstellgegenstandes nicht aus, so kann, wenn
es sich um eine Geschwindigkeitssteuerung handelt, dem Verstellmotor 2 ein hydraulischer
oder mechanischer Drehmomentverstärker nachgeschaltet werden, oder, wenn es sich
um eine Regelung handelt, der Verstellmotor einen weiteren Kraftschalter elektrischer,
hydraulischer oder mechanischer Art bewegen.
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Um die Schaltwege der Vibrationskontakte klein und damit die Vibrationsfrequenz
hoch zu halten, wird der Verstellmotor zweckmäßig mit niederer Ankerspannung (io
= i 5 X") betrieben. Es genügen
dann Schaltwege in der Größenordnung
von 0,1 mm.
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In Fig. 2 ist zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Vibrationsrelais
eine Vorstufe mit Elektronenröhren vorgesehen. Die Anoden der in Gegetttaktschaltung
arbeitenden-. Röhren liegen gleichphasig an Wechselspannung. An die Gitter der Röhren
wird die Steuergleichspannung 9 gelegt. `Je nach der Polarität dieser Steuergleichspannung
wird nun das Rohr 17 oder das Rohr 18 ausgesteuert und damit die eine oder
andere Teilwicklung dei_Steüerwicklung 3 des polarisierten Vibrationsrelais i ausgesteuert,
das auch, wie in Fig.2 dargestellt, mit einem einpoligen Umschaltekontakt verwendet
werden kann, wenn ein besonderer Spannungsteiler 24 mit M ittelanzalrfuirg vorgesehen
wird. Bei Aussteuerung des Rohres 17 läuft der Verstellmotor 2 rechts herum
und bei Aussteuerung des Rohres 18 links herum. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie
in Fig. i. Zur Erhöhung der Vibrationsfrequenz kann die mittels Kondensators differenzierte
Spannung des Generators 12 zusätzlich auf das Vibrationsrelais gegeben werden, zweckmäßigerweise
ohne besondere Zusatzwicklung des Relais, indem diese Spannung zusätzlich neben
der eigentlichen Steuerspannung auf die Gitter der Röhrenvorstufe wirkt.
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Da der Spannungsteiler 24 einen zusätzlichen Energieverlust darstellt,
kann nach Fig.3 mittels zweier einpoliger Relais eine doppelpolige Umschaltung des
Verstellmotorankers vorgenommen werden. Die Wirkungsweise ist dann dieselbe wie
in Fig. i. Die l:rhölrung der Vibrationsfrequenz durch Dingabe der beschleunigungsproportionalen
Generatorspannung auf eine Zusatzwicklung der Relais ist hier und in (leg Fig. 4
und 5 nicht besonders dargestellt.
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Zur Erhöhung der Anslrrechempfindlichkeit im Nullpunkt kann das polarisierte
Vibrationsrelais nach Fig.4 auch eine einseitige Ruhelage .haben. Bei der Steuerspannung
Null vibriert also das Relais ebenfalls und der Verstellmotor 2 schwingt in der
Ruhelage um den Nullpunkt. Bei der geringsten Steuerspannung spricht dann der Verstellmotor
in der einen oder anderen Richtung an, je nach der Polarität der Steuerspannung.
Erfolgt die Verstellbewegung nur in einer Richtung, so genügt ein nicht polarisiertes
Relais mit zwei Umschaltekontakten oder zwei nicht polarisierte Relais mit je einem
Umschaltekontakt (Fig. 5). Wird der Spannungsteiler 24 mit in Kauf genommen, so
genügt ein nicht polarisiertes Relais mit einem Umschaltekontakt. Nach Fig. 5 ist
die Wirkungsweise so, daß frei der Steuersliannung Null (Abgreifer 9 des Spannungsteilers
7 ganz unten) der Verstellmotor 2 um Null herum vibriert und seine mittlere Geschwindigkeit
mit zunehmender Steuerspannung wächst.