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Getriebe zur Verstärkung von Meßwerten, insbesondere für Regelzwecke
Bei mittelbar wirkenden Reglern sind zwischen Meßwerk und Stellglied ein oder mehrere
Verstärker eingeschaltet, die die zur Verstellung des Stellgliedes erforderliche
Arbeit einer Hilfsenergiequelle entnehmen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein insbesondere für Regelzwecke
bestimmtes Getriebe zur Meßwertverstärkung, das sich dadurch kennzeichnet, daß einem
oder mehreren stufenlos regelbaren Geschwindigkeitsgetrieben, vornehmlich Reibkugelgetrieben,
mit ständig wirksamem Hilfsantrieb eine Vergleichseinrichtung vorgeschaltet `ist,
der der Meßwert in solcher Weise zugeleitet wird, daß der Abtrieb des Geschwindigkeitsgetriebes
in Drehung versetzt wird. Dabei ist die Drehung oder deren Auswirkung auf die Vergleichseinrichtung
rückgeführt, wodurch der Steuervorgang von der Größe des N'Ießwertes abhängig wird.
Als Vergleichseinrichtung kann ein Differentialgestänge dienen, dessen eines Ende
z. B. fest auf den einzuhaltenden Sollwert eingestellt wird, und dessen anderes
Ende durch das Meßwerk gesteuert ist. Die Differenz zwischen Meß- und Steuerwert
gelangt dann als Schwenkbewegung an das Reibkugelgetriebe. Die vom Abtrieb des Getriebes
erzeugte Drehbewegung kann unmittelbar zum Verstellen des Reglerstellgliedes dienen.
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Entspricht dem Meßwert eine Umlaufbewegung, so läßt sich das Drehmoment
in Ausbildung der Erfindung verstärken, indem die den Meßwert darstellende Drehung
mit der Abtriebsdrehung des Geschwindigkeitsgetriebes durch ein Zahnraddifferentialgetriebe
verglichen wird.
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An Hand der Zeichnung werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele
erläutert: Fig. r zeigt eine Ansicht eines Mengenreglers mit teilweise
geschnittener
Darstellung; Fig. 2 und 3 stellen zwei zueinander senkrechte Querschnitte durch
das verwendete Reibkugelgetriebe dar; Fig.4 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes.
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In Fig. i ist a ein Rohr, durch welches die zu steuernde Flüssigkeitsmenge
stetig zufließt. Dieses Rohr ist mit einem Drehventil b ausgerüstet, das die Möglichkeit
gibt, den Zufluß zu verändern oder aber ganz zu drosseln. Unterhalb des Drehventils
ist das Rohr unterbrochen. Die Lücke wird durch ein nach Art eines Venturirohres
geformtes Rohrstück c ausgefüllt. Dieses Venturirohr ist in den Lenkern
d, e, f gelagert. Der Hebel f ist dabei nach Art eines Waagebalkens
gestaltet. Der Hebel d ist gleichzeitig einTeil des eigentlichen, rechnenden Lenkergetriebes.
Der Lenker g verbindet ihn mit den Lenkern h und i. Der Lenker
i wird durch das Segment k auf einem Kreisbogen geführt. Dieses Segment ist
durch die Schnecke Z auf einen bestimmten, an einer Skala ablesbaren Wert A einstellbar.
Der Lenker h verbindet das rechnende Lenkergetriebe seinerseits mit dem Steuerrohr
m eines Reibkugelgetriebes, das in Fig. 2 und 3 näher beschrieben ist.
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Das Steuerrohr ist um die Achse BB um einen bestimmten Winkelbetrag
± b (Fig. i) schwenkbar. Es trägt .in seinem Innern zwei Reibrollen n, die zwischen
sich eine Reibkugel o halten. Dabei steht eine der beiden Reibrollen unter Federdruck.
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In der zur Achse BB senkrechten Ebene, also in der Bildebene der Fig.
i, wird die gleiche Reibkugel o durch drei Reibrollen p, q und r@gehalten.
Von diesen drei Rollen ist eine, und zwar zweckmäßigerweise die Rolle r durdh Federdruck
angepreßt. Es handelt sich also um ein reibschlüssig arbeitendes, hochtourig laufendes
Getriebe, da im vorliegenden Beispiel die Rolle r unmittelbar eine hochtourige Antriebsdrehzahl
zugeleitet bekommt. Als Abtriebsrollen dienen die Rollen p und q. Ihre Drehzahlen
werden über das Differentials der Welle t mitgeteilt, die über die Zahnräder
u und v
das Drehventil b in der Rohrleitung a verstellt. Die Waage
f trägt noch einen Registrierstift, der auf einem gleichmäßig angetriebenen Diagrammstreifen
w den tatsächlichen Verlauf der gesteuerten Arbeitsbewegung, im vorliegenden Beispiel
also die in der Zeiteinheit zufließende Flüssigkeitsmenge registriert.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses erfindungsgemäßen Beispiels
sei noch auf folgendes hingewiesen: Reibkugelgetriebe in der oben beschriebenen
Form haben bestimmte Bewegungsgesetze. Die Antriebsrolle r ist in Fig. i nach jeder
Seite um 135'°' gegen die Rollen p und q versetzt, die also ihrerseits in zwei zueinander
senkrechten Ebenen laufen. Die beiden in Fig.2 und 3 über und unter der Reibkugel
angeordneten und unter sich in der gleichen Ebene laufenden Rollen n werden als
sog. Steuerrollen bezeichnet. Sie zwingen der Kugel eine Drehrichtung derart auf,
daB die Kugeldrehachse CC (Fig. i) stets parallel zu den auch unter sich parallelen
Drehachsen der Steuerrollen n liegt. Wird nun die Rolle r angetrieben,
so treibt sie ihrerseits die Reibkugel o an. Die Drehzahl der Reibkugel ist dabei
abhängig einerseits vom Durchmesserverhältnis der Antriebsrolle r und der Kugel
o, andererseits von der winkelmäßigen Stellung der Kugeldrehachse CC zu der Ebene
der Rolle r. Für die Drehzahl der Kugel o gilt folgende Beziehung:
Hierin bezeichnet a den Winkel zwischen der Kugeldrehachse CC und der aufi der Ebene
der Roller senkrecht stehenden Kugelachse. Dieser Winkel ist gleichbedeutend mit
dem Winkel zwischen der Laufebene der Steuerrollen n und der Laufebene der Antriebsroller.
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Für die Drehzahl der Abtriebsrolle p gilt die Beziehung
Wählt man die Durchmesser derAbtriebsrollen p und q gleichgroß, so ergibt sich,
unabhängig vom Übersetzungsverhältnis des Differentials s und der übrigen Zahnrädet,
für die Welle t eine Drehzahl nach folgender Form
Die Wirkungsweise der gesamten Einrichtung ist folgende: Beim öffnen des Drehventils
b strömt durch das Rohr a die Flüssigkeit und trifft bei c auf einen verengten Querschnitt
im Venturirohr. Der dadurch entstehende Flüssigkeitsdruck bewirkt ein Absinken des
in Lenkern aufgehängten Venturirohres c so lange, bis durch das steigende Gewicht
des Waagebalkens f der Ausgleich eintritt. Dabei senkt sich der Lenker d um den
Winkel ß. Dieser Winkel f3 wird durch das rechnende Lenkergetriebe
mit
dem vorgeschriebenen Wert y verglichen. Das Lenkergetriebe ist so ausgebildet, daß
mit hoher Genauigkeit ein etwa vorhandener Winkelunterschied über den Lenker
h dem Steuerrohr m mitgeteilt wird und dort als Winkel a in Erscheinung tritt.
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Ist ß = y, so ist infolge der vorliegenden Lenkerabmessungen
der Steuerwinkel a = o.
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Aus der im vorhergehenden dargelegten Entwicklung der Drehzahlwerte
für die Abtriebswelle t geht hervor, daß bei a = o die Abtriebswelle t keine Drehbewegung
erhält. Über diese Nullstellung hinaus ergibt sich für positive oder negative Größen
des Winkels a Rechts- oder Linksdrehung an der Welle t. Die Übertragungszahnräder
u und v sind sinngemäß so angeordnet, daß das Drehventil b weiter geöffnet wird,
wenn der Winkel ß kleiner als der Winkel y ist, während das Drehventil weiter geschlossen
wird, wenn das Umgekehrte der Fall ist.
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Der Vorteil der gemäß dieser Erfindung getroffenen Anordnung liegt
im folgenden: Die Messung sowie der Vergleich der Steuergrößen erfolgt mit sehr
genau arbeitenden Lenkern, wobei die zu bewegenden Massen auf ein Mindestmaß herabgesenkt
werden. Demgegenüber steht als Steuerbewegung eine hochtourige Drehzahl mit eigener
Energiequelle zur Verfügung, wodurch störende Rückwirkungen auf das Meß- und Vergleichsgetriebe
ausgeschaltet werden. Darüber hinaus gibt die für das Reibkugelgetriebe gewählte
Ausführung mit Steuerrohr die Möglichkeit, den Anpreßdruck zwischen den Steuerrollen
n innerhalb des Rohres abzufangen, so daß die Schwenkachse BB des Steuerrohres von
jeglichem Anpreßdruck entlastet und dadurch eine Steuerung mit geringsten Massenkräften.
möglich ist.
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Fig. 4 zeigt eine andere Art der Anwendung des Erfindungsgegenstandes.
Bei steuerungstechnischen Aufgaben tritt häufiger der Fall ein, daß eine Drehzahl
gemessen wird und dieser gemessene Drehzahlwert dann für weitereSteuerungsaufgaben
verwendet werden soll. Solche Drehzahlwerte sind meist mit sehr geringem Drehmoment
ausgestattet, so daß sie nicht zur Betätigung weiterer Steuervorgänge mit Erfolg
und vor allem mit genügender Genauigkeit verwendet werden können. Leitet man eine
solche Drehzahl n (Fig. 4) über ein Zahnraddifferential D einem Reibkugelgetriebe
zu, so hat man die Möglichkeit, die gleiche oder verhältnisgleiche Drehzahl mit
wesentlich größerem Drehmoment an der Welle A wieder abzunehmen. Die Drehzahl der
Welle A wird über ein Zahnrad B
dem Gehäuse des Differentials 1? zugeführt.
Die vom Differential zum Kugelgetriebe führende Welle C führt eine Drehbewegung
aus, die der Drehzahldifferenz der Wellen A und E entspricht. Die Drehbewegung der
Welle C wird über die Schnecke F dem Steuerkopf G des Kugelgetriebes zugeleitet.
Sobald die Drehzahl der Welle A den Drehzahlwert der Welle E erreicht hat, bleibt
der Steuerkopf des Kugelgetriebes stehen, so daß die Abtriebsdrehzahl unverändert
bleibt. Ändert sich die Eingangsdrehzahl n der Welle E in zunehmender oder abnehmender
Weise, so beginnt das Spiel von neuem.
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Für die Wirkungsweise des Reibkugelgetriebes gelten die gleichen Gesichtspunkte
und Gesetzmäßigkeiten, die bereits an Hand der Fig. 1, 2 und 3 entwickelt wurden.