DE903358C - Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhaengig ist von der Differenz eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes - Google Patents

Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhaengig ist von der Differenz eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes

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DE903358C
DE903358C DEL5150D DEL0005150D DE903358C DE 903358 C DE903358 C DE 903358C DE L5150 D DEL5150 D DE L5150D DE L0005150 D DEL0005150 D DE L0005150D DE 903358 C DE903358 C DE 903358C
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arrangement according
coils
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magnetic
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DEL5150D
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Dr-Ing Theodor Buchhold
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Alcatel Lucent Deutschland AG
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Standard Elektrik Lorenz AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/012Automatic controllers electric details of the transmission means
    • G05B11/016Automatic controllers electric details of the transmission means using inductance means

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  • Automation & Control Theory (AREA)

Description

  • Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhängig ist von der Differenz eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes Die Erfindung betrifft die Erzeugung einer elektrischen Leistung, die abhängig ist von der Differen:z eines einzustellenden Wertes und eines eingestellten Wertes. Es liegt oft die, Aufgabe vor, einen Meßwert mit einem Sollwert zu vergleichen, z. B. wenn eine Spannung servomotorisch geregelt wenden soll. In einem ,derartigen. Fall wäre es das zweckmäßigste, wenn man eine Spannung erhielte, die gleich der Differenz zwischen dem vorhandenen Meßwert der Spannung und denn tatsächlichen Sollwert, die dem Servomotor zugeführt wird, erhält. Eine derartige Spannungsdifferenz läßt sich erzielen, wenn eine konstante Vergleich,sspannung zur Verfügung steht, was jedoch im allgemeinen nicht der Fall ist. Die ,meisten Spannungsregler arbeiten daher derart, daß die Spannung in einem Drehanker ein Drehmoment erzeugt, das beim Sollwert der Spannung gerade durch ein Federmoment kompensiert wind. Die Feder wirkt also als Vergleichsbasis. Ist also infolge zu hoher Spannung das Drehmomentgrößer als, das Federmoment, so. wird hierdurch die Verdrehung eines Regelorgans betätigt, das dem Servomotor die Steuerspannung zuführt. Der Servomotor regelt so lange, bis die Netzspannung wieder ihren Sollwert hat. Nachteilig ist dabei, daß für die Betätigung des Regelorg ans, das ja Reibung besitzt, nur ein sehr kleiner Drehmometiteüberschuß zur Verfügung steht, weil der größte Teil des Moments v n der Feder- verbraucht wird.
  • Auch für Steuerzwecke wird vielfach eine elektrische Leistung benötigt, wenn z. B. von einem empfindlichen, Meßgerät ein. Abgriff vorgenommen wird, um irgendeine Steuerung zu betätigen. Bei einer bekannten Anordnung ist mit dem Meßgerät ein elektrisches Potentiometer verbunden, das an eine Spannung gelegt wird. Je nach dem Ausschlag des Meßg erätes kann arm Potentiometer eine veränderliche Spannung abgegriffen. werden:, d.ie für Steuerawecke benutzt werden. kann. Hierbei wirkt die Reibung des Pötentiometers als nachteilig, da sie vom Meß@gerät überwunden werden muß, so d.aß sich hierdurch Meßfehler ergeben. Da, das Pbtentiometer aus Drahtwindungen besteht, ist die Veränderting der Spannung nicht vollkommen stetig, sondern besitzt kleine Sprünge, die der Windungsspannung entsprechen.
  • Die Nachteile obiger Anordnungen werden durch dieErfindung dadurch vermieden, daß zweiMagnetgruppen: zur Anwendung kommen, wobei jede Gruppe aus zwei magnetischen Kreisen mit zwei. Wechselstromspulen besteht und die Magnetisierung der einen Gruppe vom einzustellenden Wert und die Magnetisierung der anderen Gruppe vorn eingestellten Wert abhängig ist. Die Erzeugung ,der Leistung kann sowohl durch ruhende als auch durch bewcgliche Mittel erfolgen. Soll z. B. die Aufgabe gelöst werden, eine von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert abhängige Spannung bzw. Leistung zu erzeugen, die für Regelzwecke und auch für die-.Meßstrecke benutzbar ist, so ist es zweckmäßig, die! beiden magnetischen Kreise` .der einen Magnetgruppe von einem pertnanenten Magnet und die magnetischen Kreise von der anderen Gruppe von der Netzspannung zu erregen. Soll dagegen in: Abhängigkeit von einem Meßgerät eine Steuerung betätigt werden, so bedient rnan sich zweclcmäßigerweise beweglicher Mittel, und zwar -ist mit :dem Meß,gerät eine gekurvte Scheibe verbunden, die sich im Luftspalt des einen Magnetsystems bewegt., so daß hierdurch Induktiv itätsäntderurig en hervorgerufen werden. In- dem anderen Magnetsystem bewegt sich ebenfalls eine gekurvte Scheibe, die von: dem gesteuerten Organ angetrieben wird.
  • Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der erfindung:sge:mäßen Anordnung, und zwar,dieAbb. i bis 6 Anlagen, bei denen dieErzeugung derLeistung mittQls ruhender Mittel erfolgt, und die Abb. 7 bis 13 Anordnungen, bei denen die Erzeugung der Leistung-: mittels beweglicher Mittel erfolgt.
  • In, der Abb. i bedeuten! 1, 2 unfd 3 Uie drei Schenkel des einen und 4,5 und, 6,die Schenkel eines zweiten Magnetsystems. Bei dem ersten Magnetsystem ist beispielsweise der Schenkel 2 aus einem permanenten Magnet hergestellt, der die Schenkel i und 3 in: Richtung der ausgezogenen Pfeile vormagnetisiert. Auf den: Schenkeln i und 3 s,itzen die Wicklungen 7 und 8 und auf ,dien Schenkeln 4 und 6 die Wicklungen 9 und io, Die Wicklungen sind gemäß Abb. i geschaltet und wenden von einer Wechselspannung von R und S :aus gespeist. Die Schenkel 4 und 6 besitzen eine Vormagnetisierung (und arbeiten in dem nichtlinearen Teil der Kennlinie), die ebenfalls durch die ausgezogenen Pfeile gekennzeichnet sind, welche durch die Spule i i erfolgt, wobei diese Spule i i von den Klemmen 12 und 13 eines Gleichstromnetzes .über einem Widerstand 14 gespeist wind. Der Widerstand 14 wird so eingestellt, idaßbeim Sollwert der Gleichispannung 4 ! die Magnetisierungen in den Schenkeln: i und 3 und in den Schenkeln 4 und 6 genau gleich groß sind. Da jetzt im linken unid .im rechten Magnetsystem Symmetrie herrscht, wird :an den Klemmen U und TT kein Spannungsunterschied: vorhanden sein. Sollte jedoch beispielsweise die Klemmenspannung der Maschine 15 zu hoch sein, so sind beide magnetische Kreise nicht mehr gleichwertig, und die zwischen den Punkten R und S liegende Wechselspannung verteilt sich nicht mehr gleichmäßig auf die Spulen 7 und io bzw. g und B. Vielmehr wird, da die Spule 7.in einem magnetischen Kreis liegt, der schwächer vormaignetisiert ist .als die Spule io und demgemäß die Sättigungen verschieden, sirnd, von ,der Spule 7 eine größere Spannung aufgenommen werden als von; der Spule io. Nach gleichen Überlegungen wird die Spule 8 eine höhere, Spannung aufnehmen als die Spule g. Die Folge ist, @daß zwischen den Klemmen U und V ein Spannungsunterschied vorhanden ist, welcher -de.r einen, Wicklung 16 eines Zweiphasenmotors 1$ zugeführt wird, ,dessen zweite Wicklung rg konstant erregt isst. Schaltet man vor die Wicklung r6 ,den; Kondensator 17,dann erhalten .die beiden Felder 16 und ig ein° Phasenverschiebung von annähernd go°, und der Motor 1,8 wird sich drehen. Der Drehsinn wird so gewählt, 1daß ein, Regler 2o; der im Feldkreis 21 der Gleichstrommaschine 15 eingeschaltet ist, so bewegt wird, daß die zu hohe Spannung erniedrigt wind. Ist die: Spannung der Maschine 15 wieder nichtig geregelt, dann erzwingt !die Spule i i auf allem Schenkel 5 wieder genau gleiche Vormagnefisierung wie der permanente Magnet, 2, und zwischen den Klemmern U und V ist kein Spannungsunterschied mehr vorhanden, so daß das Feld i6 ,des Motors i8 stromlos ist, ,der Motor 18 sich also. nicht dreht..
  • Durch die beiden> magnetischen Gruppen., von denen die eine durch, einem konstanten. Sollwert, in dem gezeigten Fall durch einen. permnanenten Magnet, und @die andere durch einen variablen Istwert vormagnetian-ert wird, hat man die Möglichkeit, ohne Meßg erät mit drehbarem Teil dem Regelmotor 18 eine richtige Steuerspannung zuzuführen.
  • Die Verwendung,der Anordnung beschränkt sich nicht nur auf Gleichstrom, sondern, falls eine Wechselspannung geregelt werden, soll, wird man diese erst durch einen: Trockengleichrichter in eine proportionale :umwandeln und diese der Spule i i zuführen. Der Wert. .der ein7uste,l.lenden Spamnung kann leicht durch ,den. Widerstand i4 eingestellt werden. Bei schwierigen Regelbedingungen kann es notwendig sein, zusätzliche Rückführungen anzuwenden, auf @die jedoch hier, nicht eingegangen werden soll, weil sie nicht zum Gegenstand der Erfindung gehören.
  • Abb.2 zeugt die Möglichkeit einer Spannungsregelung, bei :der überhaupt keine @drehbaren Teile (Motoren) zur Anwendung kommen. Es sind R und S die. beiden Pole eines Wechselstromnetzes, und es kommen wieder die Schenkel i, 2, 3 und diu Schenkel 4, 5, 6 zweier Magnetgruppen zur Anwendung. Der Schenkel 2 sei ebenfalls ein permanenter Magnet. Zur Wechselspannung R-S', die innerhalb gewisser Grenzen schwanken soll, soll eine solche Spannung additiv hinzugefügt werden. d:a.ß die an, den Klemmen R', S' vorhandene Spannung möglichst konstant ist. Zu diesem Zweck wird von R und S ein Gleichrichter 3,0 gespeist, von dem aus die Spule i i über Aden Widerstand 14 Strom erhält. Ist die Spannung zwischen R und S richtig. so wird der Widerstand 14 @derart eingestellt, daß die Spule eine solche Magnetisierung erzeugt, daß zwischen den Punkten U und h keine Spannung wind, also :die Primärwicklung 3i eines Transformators stromlos ist, also in oder Sekundärwicklung 32 keine zusätzliche elektromotorische Kraft erzeugt wird. Ist die Spannung zwischen R und S beispielsweise zu tief, .dann, wird in ähnlicher Weise, wie bei Abb. i erläutert-, zwischen U und L' eine, Spannung vorhanden. sein, welche-,der Wicklung, 31 zugeführt wird, die eine solche. Spannung in 32 iniduziert, daß zwischen R' und S' möglichst die Sollspannung vorhanden ist. Da die zwischen U und V abgegriffene Spannung noch höhere Harmonische enthält, kann es mitunter zweckmäßig sein, diese in bekannter Weise durch Siebkreise auszuschalten. Es kann ferner in manchen Fällen zweckmäßig sein, die Magnetisierung der Spule i i nicht von-den, Klemmen R und S, sondern von den Klemmen R' und S' speisen zu lassen..
  • Abb. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Temperaturmessung. Hier ist an den Klemmen U und V eine Spannung vorhanden, falls die Temperatur einer Meßstelle höher ist als die der Umgebung. Die Gleichstrom@mngneti,sierung ,des linken und des rechten Mag@netsystemns erfolgt du ,rch die Spulen 41 und i i, welche ihre Spannung von. den Klemmen P und,' N erhalten. In den beiden Stromkreisen sind die beiden Widerstände 42 und 43 vorhanden. Bei gleicher Temperatur .seien.diese, gleich. Der Widerstand 43 wird an eine Meßstelle, welche beispielsweise erhöhte Temperatur- ,annehmen kann, angebracht. Infolge seines Temperaturkoeffizienten wird der Widerstand 43 erhöht, so daß die Ströme, welche durch die Spule" 41 und i i fließen, jetzt nicht mehr gleich sind. Als Folge wird jetzt an den Klemmen U und V eine Spannung vorhanden sein, die mit dem Voltmeter 44 gemessen werden kann. Dieses Gerät kann entsprechend den Temperaturunterschieden geeicht sein. Wünscht man, .daß, falls die Temperatur von 43 geringer als -die von 42 ist, ebenfalls eindeutige Meßergebnisse erzielt wenden; so empfiehlt es sich, das Instrument 44 als ein wattmetriges auszubilden, dessen eine Spule an U und" h und dessen aridere an eine konstante Wechselspannung gelegt wird. In manchen Fällen wird man an U und h einen Regelmotor anschließen, der evtl. vorhandene unerwünschte Temperaturunterschiede ausregel.n kann.
  • Die Empfindlichkeit der Anordnung nach Abb. 3 kann gemäß oder Anordnung nach Abb. 4 erheblich vergräßert werden. In Abb. 4 sind die Magnetkerne nicht mehr besonders aufgezeichnet, sondern man muß sie sich entsprechend Abb. 3 vorstellen. Auf den gleichen Kernen wie die Spulen 7 und 8 sind die Spulen 45 und 46 aufgebracht. Die Spulen 47 und 48 sitzen @aufdenselben Kennen wie die Spulen 9 und io. Da entsprechend der Größe der ausgezeichneten Pfeile die Gleichstrommagnetisierungen in den Spulen 45 und 46 stärker sind al,s in den Spulen 47 und 48, sind die in den Spulen 45 und 46 erzeugten elektromotorischen Kräfte kleiner als die in den ,Spulen 47 und 48. Dadurch wird in dem Gleichrichter 49, der .in Reihe mit den Spulen 45 und 46 geschaltet ist, ein kleinerer Gleichstrom erzeugt als im Gleichrichter 5o, der mit den Spulen 47 und, 48 in Reihe liegt. Der kleinere Gleichstrom, ,der von 49 erzeugt wind, wird der Spule 6o zugeleitet und der vom Gleichrichter 50 erzeugte Gleichstrom der Spule 61. Die Spulen 6o und 61 liegen auf dem gleichen Kern wie ,die Steuerspulen i i und 41. Da in ,der Steuerspule 41 nach Voraussetzung eingrößerer Steuergleichstrom vorhanden war als in der Spule i i, werden die @dumh die Gleichströme vera.nlaßten Unsymmetr:ien durch die Spulen 6o und 61 weiter verstärkt, so daß zwischen U und V jetzt eine wesentlich größere Leistung herausgeholt werden kann als bei der Anordnung nach Abh.3. Man kann die in Abb:4 geschilderte Schaltung als eine Art RückkopplungsschaItung bezeichnen. Selbstverständlich lassen sich alle sonst bekannten Rückkopplungsschältungen sinngemäß anwenden.
  • Abb.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ,der Erfindung. Die Spulen' 7 und 8 und die Spulen 9 und io sind diesmal unmittelbar in Reihe geschaltet. Es kommt 'diesmal ein Stromteiler zur Anwendung, der die beiden Spulenhälften: 51 und 52 hat und dessen Sekundärwicklung mit 53 bezeichnet ist. Durch die Stromteiler 51, 52 wird erreicht; daß die in den Spulen 7 und 8 fließenden Ströme (vom Magnetisierungsstrom sei abgesehen) infolge des Amperewindungsgleichgewichtes annähernd gleich den in den Spulen 9 und io fließenden Strömen sind. Nimmt man an, tdaß die durch die Spule 41 erzeugte Vormagnetisierung stärker ist als die von der Spule i i erzeugte, so wird -in den Spulen' 7 und 8 eine geringere Spannung verbraucht werden als in den Spulen 9 und io. Da jedoch zwischen R und, S eine konstante Spannung liegt, werden, die vorhandenen Spannungsunterschiede von dem Stromteiler 51, 52 aufgenommen. An der Sekundärwicklung dieses Stromteilers kann ian Iden Klemmen U und: h ein Meßwert oder eine Leistung herausgeholt werden. Es sei erwähnt, daß man, ohne im Prinzip etwas zu ändern, den Klemmen U und V eine konstante Spannung zuführen und aus den Klemmen R und S ,die .gesteuerte Leistung entnehmen kann. Abb. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Eriindungsgedarikens. Es sind @diesmal ebenfalls die Spulen! 7, 8 und 9 unid, io in Reihe geschaltet, und jede .Spulengruppe speist einen Gleichrichter 49 bzw. 50. Es sei diesmal die Aufgabe gelöst, daß ,durch die Spule 41 ein Strom fließt, der sich irgendwie ändere. Von einer Maschine soll nun ebenfalls ein Strom abgegeben werden, der sich im Verhältnis zu dem durch die Spule 41 fließenden Strom ändere. Der Maschinenstrom werde durch die Wicklung i i geleitet. Die von den Gleich@richtern49 und 50 gelieferten Gleichströme werden diesmal zu zwei Gleichstrom@spuleu 54 und 55 geleitet; welche einen zweiten Verstärker betreiben, der die WechselstrOmsPulen 56 und 57 bzw. 58 und 59 hat. Anden Klemmen U und h kann ;die verstärkte Leistung herausgeholt wenden. Nimmt man,an, ,daß beispielsweise der durch die Spule 41 fließende Strom etwas größer ist als der durch,die Wicklung i i fließende, so wird der Gleichrichter 49, größeren Strom als der Gleichrichter 50 ergeben, und,demgemäß wird beim zweiten Verstärker 56 die durch 54 erzeugte Vormagnetis-ierung stärker sein als die von 55. Als Folge wird; zwischen U und V eine Spannungsdifferenz vorhanden sein, die man einem Regelmotor zuführt der an der Maschine solche Eingriffe vornimmt, bis der ;Strom in der Spule i i gleich dem Strom in der Spule 41 geworden ist.
  • Das Wesentliche an der vorliegenden Erfindung bestand darin, daß magnetische Verstärker zur Anwendung kamen, die aus zwei Magnetgruppen bestanden, von,denen die eine durch ,denn Sollwert der einzuhaltenden Größe vormagnetisiert ist, während die zweite Magnetgruppe vorn Istwert vormagnetisiertwird. In den aufgezeichneten Befspielen hatte jede Magnetgruppe zwei Spulen 7 und 8 bzw. g und io. Es gibt jedoch auch Verstärkersysteme, bei denen eine Magnetgruppe nur eine einzige Spule hat. Selbstverständlich lassen sich auch bei tdiesen .die geschilderten Überlegungen Übertragen.
  • Der Vorteil der geschilderten Anordnung besteht ,darin, daß. man ohne bewegliche Teile Wechselstromleistungen erzielen kann, -die bei Gleichheit zwischen Soll- und Istwert Null sind und bei zunehmender Abweichung ansteigen. Mit ,den herausholbaren Leistungen kann man beachtliche Steuereffekte erzielen. Die- Steuereffekte können durch Rückkopplungsschaltungen weiter erhöht werden. Man hat ferner,die Möglichkeit, durch Kaskadenschaltungen eben falls :beachtliche Ausgangsleis.tungen .zu erreichen. Falls, es wünschenswert ist, kann man die von den Verstärkern abgegebene Wechselstromleistung in Gleichstromleistungen umwandeln.
  • Abb. 7 zeigt eine Anordnung, bei der die Aufgabe gelöst werden soll, die Bewegung eines Meßgerätes (im folgenden Geber genannt) an einer anderen Stelle, also einem Empfänger, -wiederzugeben, während also am Empfänger größere Kräfte abgenommen werden können. Es bedeutet dl eine Kurvenscheibe, idie auf der Geberwelle befestigt ist und welche sich indem Luftspalt eines Magnets bi bewegen kann. Scheibe gei und Magnet bi sind in Abb. 8 in der Seitenansicht aufgezeichnet. Abb. 8 ! läßt erkennen, daß der Magnetkern bi zwei Spülen ei und c1 trägt. Die beinden, Spulen c, und c,' sind. in Abb. 7 schematisch oberhalb der Magnetkerne bi aufgezeichnet.
  • Der Empfänger besitzt eine gleiche Scheibe a2, welche von einem Motor j (über eine Übersetzung) gedreht werden kann. Der zur,Scheibe a2 gehörende Magnet ist b2, und seine beiden Spulen sind c2 und; c2'. Die Spulen c werden von der Sekundärwicklung d eines Transformators gespeist, dessen Primärwicklung d. eine Wechselspannung von -den Klemmen R und S erhält. Die Spulen c in Abb. 7 sind kreuzweise miteinander verbunden und arbeiten auf die Primärwicklung e. eines Übertragers. Die Scheiben; a1 und a2 können aus Eisen hergestellt sein. Wird die Eisenscheibe a1 so gedreht, daß ihr Rand sich in den Luftspalt hineinbewegt, so nimmt die Induktivität des Magnetkerns bi mit den beiden Spulen cl und cl' zu. Ist,die Lage fder beiden Scheiben gei und a2 gleich, so sind die Induktivitäten in den Spulen ei und cl und c2 und c2 gleich, und,die Spannung an,der Primärwicklung eo ÜesÜbertragers ist Null. Wird dagegen ,die Scheibe gei ödes Gebers etwas im Rechtssinne bewegt, so nimmt ,die Bedeckung des- Luftspaltes durch die Scheibe ab. Dadurch werden die InduktivitäterL der Spulen cl und cl kleiner alsi die Induktivitäten der Spulen c2 und c2. Als Folge ist jetzt an,dem Übertrager e. eine Spannung vorhanden" die um so größer ist, je mehr die Scheiben gei und a2 in ihrer Stellung voneinander abweichen. Der Übertrager besitzt eine Sekundärwicklung e, welche- ,in vorliegendem Fall auf Idas Gitter g einer Elektronenröhre arbeitet. Die Anode dieser Röhre ist mit h und die Kathode mit i bezeichnet. Der- Heizfaden, durch welchen -die Kathode i geheizt wird, ist nicht eingezeichnet. Von der Kathode geht es über einen kleinen. Widerstand r zum N ,der Gleichstromquelle. Der Widerstand r ist vorgesehen; um dem tGitter g eine negative Spannung ;gegenüber der Kathode i zu erteilen. Um den dem Gleichstrom übergelagerten Wechselströmen einen bequemeren; Weg zu geben, ist parallel zum Widerstand r ein Kondensator geschaltet. Die Anode h der Elektronenröhre ist mit der Feldwicklung k1 des Motors: j verbunden.. Parallel zur Feldwicklung liegt etin Kondensator K1, der mit der Induktivität k1 in Resonanz ist, so @daß der durch die Röhre fließende Wechselstrom ein reiner Wirkstrom ist. Der Motor j ist .als Zweiphaseninüuktionsmotor bedacht. Die zweite Wicklung dieses Motors, die räumlich. senkrecht zur ersten! ,steht, ist mit k2 bezeichnet und .in Reihe mit einem Kondensator KZ ,geschaltet. Dieser Stromkreis wird durch eine Wechselspannung von den Klemmen R und S gespeist. Die Wicklung k2 führt also dauernd Strom, .während idie Wicklung k1 des Motors nur @stromdurchflossen wird; wenn der Übertrager e dem Gitter g Spannung zuführt, d. h. wenn -die Scheiben cal und a.2 ungleiche Lage haben. Ein Drehmoment entsteht .an,dem Motor j nur, wenn der in der Wicklung k1 fließende Strom nicht Null und außerdem um etwa 9o° gegenüber ,dem Strom der Wicklung k2 phasenver schoben ist. Um diese Phasenverschiebung zu erhalten, ist im vorliegenden Beispiel der Wicklung k1 eine Kapazität K1 parallel, der Wicklung k2 dagegen eine Kapazität K2 in Reihe geschaltet. Der Motor j steht mit der Scheibe a,2 in Verbindung, und der Drehsinn wird so gewählt., daß das Bestreben vorliegt, die Scheibe a2 der Scheibe a, gleichzustellen. Es tritt somit die Wirkung ein, d@aß, wenn die Scheibe a1 etwas: bewegt wird, eine Spannung am Übertrager e entsteht und über eine Elektronenröhre @die Wicklung k1 so lange Strom erhält, his die Scheibe a2 sich mit der Scheibe a1 gleichgestellt hat. ES ist der Vorteil vorhanden, daß für,die Betätigung der Geberscheibe dl nur kleine Kräfte benötigt werden, so,daß ein Meßgerät durch den Geber kaum gestört wird. Infolge der Verstärkung können an der Scheibe a2, welche sich mit der Scheibe a, stets gleichstellt, wesentlich größere Kräfte entnommen werden. Streng genommen, werden auf der Scheibe a1 Drehmomente ausgeübt, und zwar hat die Scheibe das Bestreben, sich in den. Luftspalt hineinzudrehen, um ihren Fluß zu vergrößern. Um diese Störmomente sehr klein zu halten, empfiehlt es sich, als Wechselspannung, die von den Klemmer R, S entnommen wird, eine solche mit höherer Frequenz, z. B. 500, zu wählen. Bei einer Frequenz von 5oo kann man gleiche Spannungsänderungen in den :Spulen cl und ci mit Flüssen erzeugen, die nur ein Zehntel so groß sind wie bei 5o Perioden. Die Drehmomente, welche auf die Scheibe ausgeübt werden, nehmen quadratisch mit den Flüssen ab, s0 daß sie also nur ein Hundertstel so groß sind wie bei 5o Perioden. Für sehr viele Verhältnisse wird die in Abb. 7 und 8 aufgezeichnete Anordnung genügen. Die Primärwicklung des Übertragers e, besitzt eine Mittelanzapfung, die einmal mit einer zwischen den beiden: Wicklungen e. und e befindlichen metallischen Abschirmung p und mit .dem negativen Pol N verbunden ist. Dadurch soll vermieden werden, daß elektrostatische Wirkungen der Primärwicklung eo auf,die Sekundärwicklung e auftreten können. Im Gitterkreis ist außerdem ein Hochohmwiderstand f vorgesehen, um bei Mersteuerungen des Gitters positive Gitterströme in mäßigen Grenzen zu halten.
  • Der Arbeitsbereich -des Gebers ist kleiner als 360°. Man muß nur,äen Bereich vermeiden, bei dem die Kante s1 der Scheibe in .die Nähe -des Magnets b1 kommt.
  • Statt die Scheiben dl und a2 aus Eisen kann man sie auch aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, machen. Wird die Scheibe a1 in den Luftspalt hineingedreht, so treten ebenfalls Iniduktivitätsänderungen der Spulen c auf. Diese entstehen durch Wirbelströme, welche im Cu oder Al auftreten, und den Spulenfiuß mehr oder weniger ,abschirmen.
  • Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß der Verstellmotor j ein Induktionsmotor ist, der z. B. wie ein Ferrarismotor gebaut sein kann, bei dem der Rotor aus einer Scheibe oder einerTrommel aus Aluminium besteht. Prinzipiell kann man auch einen Gleichstrommotor verwenden, nur mußdann durch geeignete Gleichrichterschaltungen der durch das Elektronenrohr erzeugte Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt werden.
  • Statt eines Elektronenverstärkers kann auch ein anderer, z. B. ein magnetischer oder ein Leonardsatz zur Anwendung kommen.
  • Bei der Anordnung nach Abb. 7 und 8 hatte die Scheibe a1 noch kleine Restmomente zu überwinden. Diese können vollkommen beseitigt wenden, wenn man den Geber mit zwei Scheiben a1 und a; versieht (Abb.9) und diese Scheiben entgegengesetzt anordnet. Jede Scheibe wind- von einem Magnetsystem (nicht gezeichnet) und einer dazugehörenden Spule cl bzw. cl' beeinfiußt. Durch die entgegenwirkenden Scheiben a1 und all wird erreicht, daß die an diesen .auftretenden Restmomente sich kompensieren. Auch .am Empfänger, der durch den Motor j .angetrieben wird, befinden, sich zwei Scheiben a2 und a2', :die zu den Spulen c2 und c2 gehören. Bei der in Abb. 9 aufgezeichneten Brückenschaltung ist der Übertrager e. spannungslos, wenn Geber und Empfänger gleiche Lage haben. Ist die Lage ungleich, so entstehen Spannungen am übertrager e., und von der Sekundärseite e des Übertragers wird man, genant wie in Abb. 7 dargestellt, eine Elektronenröhre steuern., welche,die eine Wickhing des Motors j speist, während,die zweite Wick-Jung fest erregt ist. Die Elektronenröhre und die beiden Wicklungen des Motors sind, in Abb. 9 nicht eingezeichnet, @da sie der Schaltung von Abb. 7 vollkommen entsprechen. Bei der Schaltung nach A:bb.9 waren zwei Scheiben a1 und all beim Geber notwendig. Dabei ist der Arbeitsbereich etwas geringer als 360°. Ist der Arbeitsbereich kleiner als i8o°, so kann man mit einer einzigen Scheibe auskommen, wobei, bezogen auf eine Vertikale, die Scheibe links und rechts gleiche Kurvengestalt hat. Die beiden Spulen cl unid c1 mit ihren zugehörenden Magneten wirken dann auf diese eine Scheibe und werden diametral gegenüberstehend angeordnet.
  • Beiden- Anordnungen nach Abb. 7 Abis 9 führt der Empfänger gleiche Bewegung wie -der Geber aus. Es besteht jedoch @die Möglichkeit, daß z. B. die Bewegung des Empfängers nur halb so groß .ist wie die des Gehers. In diesem Fall müssen,die Scheiben beim Empfänger eine andere Randkurve, und zwar eine größere Steilheit haben als beim Geber.
  • Bei ,manchen Steuerungsaufgaben sind zwei Geber vorhanden, und die Bewegung des Empfängers, soll der Summe der beiden Geberstellungen entsprechen. Abb. io zeigt eine diesbezügliche Anordnung, die schaltungstechnisch eine Weiterentwicklung von Abb.9darstellt. Die Scheiben des einen Gebers seien mit cl und ai , die des zweiten Gehers mit Al und A1 bezeichnet, die zum ersten Geber gehörenden Spulen, mit cl und cl' und die zum zweiten Gelber gehörenden mit Cl und Cl'. Die Scheiben am Empfänger sind a@ und a2 und -die dazugehörenden Spulen c2 und C2. Durch passende Gestaltung Ader Scheiben a kann man es erreichen, daß die Bewegung der Scheiben a2 b.zw. die des Motors: j gleich der, Summe der Bewegungen :der Scheiben a1 und A1 ist.
  • Beiden bis jetzt betrachteten Schaltungen mußte der mögliche Arbeitsbereich beim Geber und Empfänger kleiner als 36o° sein. Gelegentlich wird jedoch die Forderung eines beliebig großen, Arbeitsbereiches : gestellt. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Alb. fr. Die Scheibe des Gebers .ist a1, die des Empfängers a2. Der Geber a-1 hat zwei Magnetsysteme bi und bi mit den dazugehörenden Spulen c, und cl'. .Entsprechendes gilt vom Empfänger. Die Spulen cl' und c2 sind parallel ,geschaltet und erhalten einmal ihre Spannung über den Kontakt n.` und über die Mittelanzapfung des Übertragers eQ In dem Übertrager e0' wird keine Spannung induziert, wenn die Scheiben a1 und a2 gleiche Lagen haben, die Induktivitäten der Spulen c1 und c2 also gleich sind. Die Ströme, die .durch die beiden Wicklungshälften von: eö fließen, sind; entgegengesetzt gerichtet, aber gleich groß, :so daß ihre ,#,mperewindungen sich kompensieren:. Besitzt jedoch die Scheibe a1 eine etwas andere Stellung als die Scheibe a2, so wollen in -den Spulen ci und c2', weil deren Induktiv itäten verschieden sind, verschieden große Ströme fließen. Durch den Übertrager eö mit der Mittelan:zapfung wenden. sie je,-,doch daran gehindert, da dieser danach strebt, daß Amperewindungengleichgewicht vorhanden ist. Um in den Spulen ci und c2 gleiche Ströme, erzwingen zu können, muß indem Übertrager e0 eine Zusatz-EMK entstehen, die auf die Sekundärseite übertragen und hier einer Elektronenröhre zugeführt wird, welche in !bekannter Weise den Regelmotor j so lange steuert, bi:s die Scheib a:, gleiche Lage wie a1 hat. Die Steuerung arbeitet einwandfrei, solange die Kante s1 nicht,in unmittelbare Nachbarschaft mit .dem Magnet bi kommt. Um auch hier eine einwandfreie Steuerung zu erzielen, müssen die Magnete bi' und bz' mit den dazugehörenden Spulen cl" und c2 abgeschaltet werden. Gleiches gilt für .den Übertrager e'. Die Abschaltung erfolgt durch Kontakte W und m'. Kurz vorher werden jedoch die Kontakte n und m geschlossen, wodurch die unteren Magnete bi und b2 und,der Übertrager e an Spannung gelegt werden,. Die Umschaltung :der Kontakte erfolgt durch :den Empfänger, da dieser genügend Kraft hat. Man muß sich vorstellen, daß auf ;der Welle t -des Empfängers Kontakte so ausgebildet sind, d,aß im richtigen Moment die StromunterbrechungenW, m und die, Strom@schließungenn und m erfolgen. Durch id@ie Anordnung nach Abb: i i hat man also, die Möglichkeit, daß eine beliebige Drehung,des Gebers in eine Drehung des Empfängers umgewandelt wenden kann. Bei der in Abb. i i dargestellten, Anordnung werden kleine Restkräfte auf der Scheibe a1 hervorgerufen. Will man diese vermeiden, dann, müssen Geber Und Empfänger zwei Scheiben erhalten., ähnlich der Steuerung nach Abb. g. Dfie Steuersysteme nach Abb. g müssen nur doppelt ausgeführt werden und umschaltbar sein.
  • Bei. den. bis jetzt behandelten Anordnungen befanden sich der Geber und der Empfänger an verschiedenen Stellen. Befinden sich Geber und Empfänger.am gleichen Ort, so k Ann. ,die in Abb. 12 aufgezeichnete Nachlaufsteuerung angewandt werden. Die Geberscheibe ct ist diesmal nicht fest mit der Wellet, sondern drehbar darauf gelagert. Die beiden Magnetsysteme bi und bi sind .diesmal nicht im Raum fest; sondern einschließlich ihren Wicklungen mit der Wellet starr verbunden, so d aß, wenn die. Welle t sich dreht, die Magnete bi und bi mit ihren, dazugehörenden Spulen cl und cl" und ei und ei mitgenommen, werden,. Wird die Scheibe a relativ zum Polsystem bi und b verdreht, so `verden in den Spulen cl und. ei verschieden, große elektro motorische Kräfte induziert. Durch die Spulen ei und ei' wirdderen Differenz gebildet un@ddiese dem Gitter einer Elektronenröhre zugeführt, wodurch die Wicklung k1 des Motors so, lange, Strom erhält, bis .der Verstellmotor j das Polsystem bi, bi der Scheibe a nachgedreht hat. Das. Polsystem folgt -also stets der Drehung :der Scheibe a. nach. Diese einfache Anordnung hat nur ,den Nachteil, däß diesmal größere Massen, bewegt werden müssen (das Polsystem), was jedoch in manchen! Fällen, wenn kein Wert auf allzugroße Regelgeschwindigkeit :gelegt wird, zulässig ist.
  • In Abb. 13 ist der Fall behandelt; daß von einem Meßgerät aus, z. B. einem Spannungsmesser, ein Regler betätigt werden soll, lvelcher eine Maschinenspannung konstant hält. Denkt man sich die Scheibei a :mit dem Spannungsmesser verbunden, so wird bei einer Abweichung von dem Sollwert die Scheibe a relativ zu .den im Raum feststehenden Magneten bi und bi' etwas bewegt werden. Die Folge .ist, idaß jetzt im Übertrager e eine Spannung induziert wird, welche dem Gitter einer Elektronenröhre g .zuggeführt. wird, wodurch ;der Regelmotor j betätigt wird. Der Regelmotor j ,arbeitet ,diesmal auf einen Verstellwi:derstand R,: der sich im Erregerkreis des Generators befindet. Der Motor j läuft so lange, bis richtige Spannung cingeiregelt ist, d. h. die Scheibe a wrieder ihre Mittellage erreicht hat. Um Reglerpendelun,g .zu vermeiden, müssen noch. einige Zusatzeinrichtungen (Rückführungen) angebracht werden, die jedoch, als bekannt vo-rausesetzt, nicht eingezeichnet sind.

Claims (18)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen-. Leistung, die abhängig ist von, der Differenz eines einzustellenden Wertes und eines ein-,gestellten Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetgruppen zur Anwendung kommen, wobei jede Gruppe aus zwei magnetischen Kreisen, mit ,zwei Wechselistrornspulen besteht und die Magnetisierung :der einen Gruppe vom.cin= zustellenden Weit und die Magnetisierung der anderen Gruppe vom eingestellten Wert abhängig ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß die Erzeugung der Leistung mittels ruhender Mittel erfolgt, indem die beiden magnetischen Kreise der eiinen, Magnetgruppe von einem permanenten Magnet und die @m:agnetischen Kreise der anderen Gruppe von der Netzspannung erregt werden.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung' der Leistung mittels beweglicher Mittel erfolgt, indem in die eine Magnetgruppe eine gekurvte Scheibe einragt, .die von dem Steuerungsorgan angetrieben wird, wobei bei Änderung der Stellung der Scheibe Induktivitätsänderungen in den Spulen erzeugt werden, .durch welche der Empfängermotor gesteuert wird.
  4. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, gekennzeichnet, daß die an den Klernin:n (U und h) der Verhindungslaitungen der kreuzweise miteinander verbundenen Spulen abgenommene Wechselstromleistung der einen Phase einem Zweipliasenrege:lmotor (18) zugeführt wird, der das Einregeln des Istwertes auf den Sollwert herbeiführt (Abb. i).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch, i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Spannungsregelung die an den. Klemmen (U und h) abgenommene Wechselspannung transformatorisch zur ungeregelten. Netzspannung addiert b.zw. subtrahiert wird (Abb.2).
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i und, 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den magnetischen Spulen[ (41 und i i) Widerstände (q:2 und 43) .geschaltet sind, von denen der eine, der zur Te,mperaturmes.sungdient, bei höherer Temperatur einenerhöhtenWidersta,nd annimmt (Abb. 3).
  7. 7. Anordnung mach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Empfindlichkeit die in: den Magnetkernen auftretenden Spa.nnungsunsymmetrien benutzt werden, um über Gleicb.richter.solche Gleichströme zu erzeugen, die mittels der Spulen (6o und 61) die vorhandenen magnetischen Urisymmetrien noch weiter verstärken. (A:bb. 4). B.
  8. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekenntzeichnet, daß in der ersten Meßstufe bei Abweichung des Ist-wertes vom Sollwert zwei verschieden große Gleichströme erzeugt werden (Abb.6), die den magnetischen Spulen eines zweiten in Kaskade geschalteten Verstärkers zugeführt werden..
  9. 9. Anordnung nach Anspruch i und 3, da-.durch gekennzeichnet, daß in die zweite Magnetgruppe ebenfalls eine gekurvte Scheibe einr.agt, .die, vorn dem gesteuerten Organ, also dem Empfänger, bewegt wird. io.
  10. Anordnung nach Anspruch i, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß .die Scheiben am Geber unid am Empfänger, gleiche Form haben. i i.
  11. Anordnung nach Anspruch i und 3, da-.durch gekennzeichnet, daß die Steuerspulen am Geber und. am, Empfänger eine Brückenschaltung 'bilden, in die ein übertrager eingeschaltet ist.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch i, 3 und i i, dadurch gekennzeichnet, d:aß die Sekundärwicklung des Übertragers auf eine Elektronenröhre arbeitet, welche @die Feldwicklung des Verstellmotors speist.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9 bi's 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Motor ein Induktionsmotor mit zwei Statorspulen zur An-Wendung kommt. 1q..
  14. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der einen: Motorspule eine Kapazität parallel, der anderen eine Kapazität in Reihe :geschaltet ist.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9 bis 14, dadurch :gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des übertrage.rs eine Mittelanzapfung besitzt, die m-it einer Spuleniaibschirmung und dem Minuspol verbunden ist.
  16. 16. Anordnung nach Anspruch i , 3, 9 und i o, ,dadurch gekennzeichnet, daß am Geber unid am Empfänger je zwei Scheiben angebracht sind; die entgegengesetzt angeordnet s,inid, so daß sich ihre Drehmame-nte ,aufheben.
  17. 17. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9, io, 16, dadurch gekennzeichinet, daß bei einem Arbeitsbereich kleiner als i@8o° die beiden. Scheiben zu einer einzigen, Scheibe zusammengefaßt sind.
  18. 18. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9 his 17, ,dadurch gekennizeichnet, daß zwei Gerber vorrhanden sind, deren. Wirkungen addiert werden und auf einem Empfänger arbeiten. i9. Anordnung nach Anspruch i, 3, 9 und 18, ,dadurch gekennzeichnet, daß bei Arbeitsbereichen größer als: 36o° an den Scheiben: zwei Magnetsysteme mit dazugehörigen Steuerspulen zur Anwendung kommen, wobei durch eine am Steuermotor befindliche UrnschaItvorrichtung stets nur ein Steuersystem eingeschaltet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1055658B (de) * 1953-07-27 1959-04-23 Siemens Ag Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Steuergroesse in Abhaengigkeit von einer elektrischen Regelgroesse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1055658B (de) * 1953-07-27 1959-04-23 Siemens Ag Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Steuergroesse in Abhaengigkeit von einer elektrischen Regelgroesse

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