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Badische Anilin- & Soda-Fabrik Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein
Vorrichtungen
zur Messung von Meßgrößen mittels Kompensation, bei denen die Einregelung der kompensierenden
Meßgröße z. B. mittels eines Elektromotors vorgenommen wird, sind allgemein bekannt.
Sehr häufig verwendet man hierzu einfache Kontaktanordnungen, die z. B. einen Reversiermotor
vorwärts und rückwärts steuern. Hierbei ist aber neben vielen anderen Unvollkommenheiten
besonders die Massenträgheit des Motorankers sehr von Nachteil, da bei jedem Steuervorgang
die Masse des Rotors stets aufs neue beschleunigt bzw. abgebremst werden muß.
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Um diesem Übelstand abzuhelfen, sind Vorrichtungen entwickelt worden,
die eine Regelung des Steuermotors aus der Bewegung heraus anstreben. In diesem
Falle läßt man z. B. die beiden Sonnenräder eines Planetengetriebes von je einem
Motor in entgegengesetzter Richtung antreiben. Laufen beide Motoren gleich schnell,
so ist die zum Antrieb der Steuervorrichtung benutzte Hauptachse des Planetengetriebes
in Ruhe. Erhöht oder erniedrigt man aber die Drehzahl eines der beiden Motoren z.
B. durch Beeinflussung der Motorspannung bzw. des Stromes, so wird die Hauptachse
in Bewegung gesetzt. Ganz abgesehen davon, daß ein derartiges Zweimotorengetriebe
stets zwei Motoren benötigt, hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß entweder die
Verstellung infolge Anwendung von Kontakten stufenweise erfolgt oder aber zur kontinuierlichen
Verstellung des Motorstromes Kräfte notwendig sind, die von kompensierenden Meßwerken
nur selten aufgebracht werden können.
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Alle diese Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung dadurch,
daß zur Einsteuerung der kompensierenden Meßgröße ein Differentialgetriebe (Planeten-
radgetriebe)
dient, das im Gegensatz zur vorbeschriebenen Anordnung nur einen Antriebsmotor besitzt.
Die neue Anordnung und ihre Wirkungsweise ist in Abb. I im Prinzip dargestellt.
Eine Kraft P soll mittels einer Kompensationsvorrichtung gemessen werden. Als vergleichendes
Meßwerk dient ein Waagebalken I. Die Gegenkraft wird mittels einer Kette 2 erzeugt,
die an dem Gewicht 3 befestigt ist. Zum Heben und Senken dieses Gewichtes 3 ist
an der Hauptachse 4 des Planetengetriebes ein Schnurrad 5 angebracht. Der Motor
6 treibt über die Zahnräder 7 und 8 das Sonnenrad g an. Über das Planetenrad 10
überträgt sich diese Bewegung auf das Sonnenrad ir und von hier über die Zahnräder
12 und I3 auf das Bremsrad 14. Der Bremsbacken 15 führt über den Stift I6 zum vergleichenden
Meßwerk zurück und schließt so den Regelkreis. Läßt man an dem einen Ende der Steuerwaage
eine Kraft P z. B. durch Auflegen eines Gewichtes auf den Teller I7 angreifen, so
löst sich zunächst der Bremsbacken 15 vom Bremsrad I4, und das Gewicht 3 sinkt nach
unten. Hierdurch verlagert sich das Gewicht der Kette 2 und erzeugt eine Gegenkraft,
die an dem steuernden Meßwerk 1 angreift. Schließlich wird diese Gegenkraft gleich
groß wie die zu messende Kraft P und hierdurch wird der Bremsbacken 15 an das Bremsrad
I4 angelegt. Durch Abbremsen des Rades 14 wird das weitere Absinken des Gewichtes
3 verhindert, und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, indem das Bremsrad
gerade mit einer solchen Geschwindigkeit läuft, daß beide Sonnenräder gleich schnell
laufen und somit das Gewicht 3 in der Schwebe gehalten wird. Ein an dem Gewicht
3 angebrachter Zeiger I8 zeigt dann auf der Skala 19 den entsprechenden Wert der
Kraft P an.
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Durch diese Vorrichtung ist es möglich, eine sehr rasche und bei Anwendung
geeigneter Dämpfungsmittel aperiodisch verlaufende Einstellung der Kompensationsvorrichtung
zu erreichen. Die hier im Prinzip dargestellte Vorrichtung kann für beliebige andere
Kompensationsvorrichtungen benutzt werden.
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So kann z. B. als steuerndes Meßwerk eine Membran, eine Bourdonfeder,
ein Magnet od. dgl. verwendet werden. Kennzeichnend ist lediglich die Anwendung
eines Differentialgetriebes als Steuergetriebe, dessen drei Achsen so verwendet
werden, daß eine Achse von einem Motor angetrieben wird, eine Achse mit einer von
einem vergleichenden Meßwerk betätigten Bremsvorrichtung versehen ist und die dritte
mit einem Kraftspeicher oder einer anderen Energiequelle verbundene Achse zur Einregelung
der kompensierenden Meßgröße dient. Dabei ist die Verwendung der einzelnen Achsen
beliebig austauschbar, so daß z. B. der Motor auch die Hauptachse antreiben kann,
während das eine Sonnenrad mit einer Bremse und das andere Sonnenrad mit einem Kraftspeicher
versehen wird. An Stelle des Gewichtes kann selbstverständlich auch eine Feder oder
ein elektrisch erzeugtes Drehmoment Verwendung finden.
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Die Weiterentwicklung dieses Erfindungsgedankens führte zu der in
Abb. 2 dargestellten Kompensationsvorrichtung zur Messung elektromotorischer Kräfte
mittels lichtelektrisch gesteuertem Differentialgetriebe.
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In dieser Ausführungsform konnte die in der Meßtechnik immer wieder
auftretende Aufgabe gelöst werden. Eine Schreibtrommel streng proportional einer
elektrischen Spannung anzutreiben, so daß die Abszisse des Diagramms unmittelbar
in Spannung einheiten geeicht werden kann. Das Steuergetriebe mit Motor und Kraftspeicher
ist in gleicher Weise wie in Abb. I aufgebaut. Der Motor 6 treibt mittels der Schnecke
7 das Schneckenrad8 und somit das Sonnenrad 9. Dieses treibt über die Planetenräder
10 das Sonnenrad II an, und dessen Bewegung wird über die Zahnräder I2, I3 und I5
auf die Bremstrommel 14 weitergeleitet. Die Bremse aber ist im vorliegenden Falle
als Wirbelstrombremse ausgeführt. Die Eisentrommel 14 dreht sich im Felde des Elektromagneten
I6, das durch die Feldspule 17 erzeugt wird. Wie früher ist die Hauptachse 4 des
Differentialgetriebes mit einem Schnurrad 5 verstehen, an dem mittels einer Schnur
das. Gewicht 3 angreift. Gleichzeitig wird durch den Schnurtrieb über die Seilscheibe
20 die SchreibtrommelIg angetrieben. Zur Erzeugung der kompensierenden Gegenspannung
el wird stellungsabhängig von Gewicht 3, also auch von Trommel I9, ein Eisenkern
2 bewegt, der in der Sekundärspule 21 eines Differentialtransformators eine Wechselspannung
induziert, deren Größe streng zugeordnet ist dem Drehwinkel der Trommel, also der
Abszisse. Diese Wechselspannung erzeugt über den Gleichrichter 22 einen Gleichstrom,
der an dem Widerstand 23 die kompensierende Gleichspannung el erzeugt. Der Regelvorgang
vollzieht sich nun folgendermaßen: Wenn die zu messende Spannunge, an den Steuerstromkreis
(Regelspanne) 24 angelegt wird, fließt zunächst ein Strom i durch die Drehspule
I, der eine Hineinbewegung der Steuerfahne 25 in den auf die Zelle 26 von der Lichtquelle
27 über die Linse 28 fallenden Lichtstrom veranlaßt. Hierdurch entsteht ein Halbwellenanodenstrom,
der die Feldspule 17 durchfließt und dessen Wechselstromkomponente mittels des Kondensators
29 von der Feldspule ferngehalten wird.
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Das entstehende Magnetfeld übt auf die Bremstrommel 14 ein Drehmoment
aus, das so stark ist, daß das Gewicht 3 (z. B. 0,5 bis 1 kg) hochgehoben wird.
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Hierdurch bewegt sich einerseits die SchreibtrommelIg, andererseits
wird der Ferngeber 2 angehoben und erzeugt eine kompensierende EMK el, welche der
zu messenden EMK e, entgegengeschaltet ist. Bei fortlaufend steigendem es wird schließlich
der Punkt erreicht, wo el gleich em ist. In diesem Moment ist das auf die Drehspule
einwirkende Moment gleich Null, der Kompensationsvorgang ist beendet. Im praktischen
Betrieb wächst infolge der Massenträgheit der bewegten Teile el über den Wert von
e, hinaus, wodurch die Steuerfahne 25 aus dem Lichtstrahl sich wieder herausbewegt
und die auf die Bremstrommel 14 wirkende Kraft wieder verkleinert wird. Das Gewicht
3 beginnt zu sinken und el nimmt wieder ab.
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Bei der Auswahl geeigneter Dämpfungsmittel vollzieht sich trotz großer
Steuergeschwindigkeit dieser Vorgang fast aperiodisch. Allerdings lag es im Interesse
der Einstellgeschwindigkeit, diese Dämpfung nicht zu stark zu wählen. Aus diesem
Grunde wurde die aus dem Flügel 3I und dem Öltrog 30 bestehende Ölbremse erfindungsgemäß
durch eine elektrische Sta-
die auf dem verlängerten Schenkel 33
des Natur-Die beschriebene Kompensationsvorrichtung dient
magneten 35 auf und ab
gleitet. Parallel zu diesem in erster Linie zum Antrieb von Großanzeigegeräten Schenkel
33 verläuft der Schenkel 34. Die Enden der und zum Antrieb von Schreibtrommeln.
In letzterem Spule 32 sind derart in den Steuerkreis 24 eingeschaltet, Falle kann
die Abszisse des Diagramms unmittelbar in daß z. B. beim Abwärtsgleiten der Spule
32 die indu- elektrischen Einheiten bzw. in Einheiten der elektrisch zierte Spannung
e2 die Steuerfahne weiter in den gemessenen Größe z. B. der Temperatur geeicht Lichtstrahl
hineinbewegt, wodurch der Bremsstrom werden. Hierdurch ist es möglich, beliebige
Meßvergrößert und so die Sinkgeschwindigkeit vermindert größen unmittelbar in Abhängigkeit
von der Temperawird. Die induzierte Spannung e2 der Spule 32 ist tur aufzuzeichnen.
So kann man z. B. diese Vorrichproportional der Verstellgeschwindigkeit der Schreib-
tung zur selbsttätigen Aufzeichnung von Siedekurven trommel e2=f (ds/dt). Daher
ist im Ruhezustand des und Dampfdruckkurven verwenden. Läßt man auch die Schreibfeder
18, d. h. die Ordinate des Diagramms Systems stets wieder die strenge Einhaltung
der Be- durch ein solches Kompensationsgetriebe steuern, so dingung ex = e1 gewährleistet,
da im Ruhezustand ds/dt = o und somit e2 ebenfalls gleich Null ist. kann man beliebige,
elektrisch gemessene Größen zueinander in Beziehung bringen und ihre Funktion als
Diagramm aufzeichnen lassen.
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Für die Stabilität des Einschwingvorganges ist es ferner gemäß der
Erfindung von Vorteil, wenn bereits von der zu messenden elektromotorischen Kraft
e, eine zusätzliche EMK e3 in den Steuerstromkreis 24 eingeleitet wird, die proportional
der Änderungsgeschwindigkeit von e, ist. In Abb. 3 sei dies an einem einfachen Beispiel
dargestellt. Die in Abb. 2 gesteuerte Schreibtrommel 19 soll mittels Fernsteuerung
so beeinflußt werden, daß ihre Stellung genau zugeordnet sei der Stellung irgendeiner
in Abb. 3 gezeigten Achse 36. Zu diesem Zweck wird der Weg x eines mit der Achse
36 verbundenen Zugseiles 37 über den Hebel 38 auf den Eisenkern 39 eines Differentialtransformators
übertragen. Dessen Sekundärspannung wird über den Gleichrichter 40 als Steuerspannung
ex dem Steuerkreis 24 in üblicher Weise zugeführt. In gleicher Weise wie auf der
Empfängerseite die Spannung e2, so wird nun auch auf der Geberseite mittels der
Spule 41 und des Magneten 42 eine Spannung e3 erzeugt, die proportional der Änderungsgeschwindigkeit
der Achse 36 und somit von e, ist. Diese Spannung e3 = f (ddt) wird in sinngemäßer
Weise ebenfalls in den Steuerkreis 24 eingeschaltet. Hierdurch wird erreicht, das
je nach der Geschwindigkeit, mit der die Achse 36 sich auf neue Werte einstellt,
auch bereits der Empfänger entsprechend vorgesteuert wird und mit gleicher Geschwindigkeit
dem Geber nachläuft.
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Auch für die Spannung e3 gilt ebenso wie für e2 die Bedingung, daß
im Ruhezustand e3 gleich Null ist PATENTANSPPUCIIE : I. Vorrichtung zur Messung
von Meßgrößen mittels Kompensation, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einsteuerung
der kompensierenden Meßgröße ein Differentialgetriebe dient, von dessen drei Achsen
eine von einem Motor angetrieben wird, eine weitere mit einer von dem vergleichenden
Meßwerk gesteuerten Bremsvorrichtung versehen ist und die dritte mit einem Kraftspeicher
oder einer anderen Energiequelle verbunden ist und zur Einregelung der kompensierenden
Meßgröße dient.