DE964102C - Nachlaufschaltung zur Verstaerkung des Drehmomentes - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

L 17257IX142 ä

In der Meß- und Regeltechnik kommt es vor, daß man durch ein schwaches Meßinstrument irgendein schwergängiges Gerät steuern möchte. Dieses Problem liegt beispielsweise vor, wenn der Zeiger eines Meßinstrumentes ein Potentiometer verstellen soll. Für diesen Zweck reicht das Drehmoment eines normalen Meßinstrumentes bei weitem nicht aus. Man braucht also eine Einrichtung, welche jede Stellungsänderung eines Instrumentenzeigers entsprechend verstärkt auf das zu steuernde Gerät überträgt. Das kann dadurch geschehen, daß die Spitze des Instrumentenzeigers, die zwischen den Schenkeln eines gabelförmigen zweiten Zeigers pendeln kann, bei Stellungsänderung des Instrumentenzeigers in der einen oder anderen Richtung den einen oder anderen Schenkel des gabelförmigen Zeigers berührt und dadurch einen Stromkreis schließt, der einen zur Verstellung des schwergängigen Gerätes (Potentiometer od. dgl.) dienenden Motor in der einen oder anderen Drehrichtung anlaufen läßt. Solche Anordnung ist aber insofern nachteilig, als zwischen den Schenkeln des zweiten Zeigers und der Spitze des Instrumentenzeigers ein verhältnismäßig großer Abstand besteht.- Der Instrumentenzeiger kann seine Stellung um einen gewissen Betrag ändern, bevor er mit dem anderen Zeiger in Berührung kommt. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt also nicht exakt genug.

Diesen Nachteil vermeidet die Erfindung dadurch, daß der zweite Zeiger als Abtastzeiger auf den Instrumentenzeiger zuläuft und bei Berührung in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, bis die Berührung der beiden Zeiger aufgehoben ist, wobei noch die geringste Stellungsänderung des Instrumentenzeigers durch das stan- dige Pendeln des Abtastzeigers in sehr engen

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Grenzen als verstärktes Drehmoment übertragen wird. Der Abtastzeiger ist auf einer mit dem Planetenrad eines Differentials in Verbindung stehenden Welle befestigt.

Die Sonnenräder dieses Differentials stehen mit Antriebsmitteln in Verbindung, die sie jeweils in verschiedener Richtung antreiben. Die Antriebsmittel werden durch eine Brückenschaltung gesteuert, in der Art, daß ein Zweig der Brückenschaltung durch die Tastberührung zwischen dem zu überwachenden Zeiger und dem Abtastzeiger geöffnet oder geschlossen wird. Dadurch wird jeweils ein Antrieb für eines der beiden Sonnenräder eingeschaltet. Die Überwachungseinrichtung folgt dem Zeigerausschlag, indem sie auf den Zeiger zuläuft, bis eine Berührung mittels des Tastdrahtes den Antrieb für eine vom Zeiger fortführende Drehrichtung einschaltet. Nach Lösung der Berührung läuft infolge der dadurch bewirkten Umschaltung die Überwachungsvorrichtung wieder auf den zu überwachenden Zeiger zu.

Die das Planetenrad des Differentials tragende Welle führt an ihrem freien Ende eine Verstelleinrichtung, mit welcher die Stellung des zu über- «5 wachenden Zeigers beispielsweise auf andere Schaltmittel übertragen wird.

Um den über den zu überwachenden Zeiger geleiteten Strom eines Zweiges der Brückenschaltung, in welcher die Antriebsmittel liegen, gering zu halten, werden in die Brückenschaltung die Gitterkreise zweier Verstärkerröhren gelegt und die Antriebsmittel in die Anodenkreise der Röhren.

Erfindungsgemäß kann zum Antrieb der Nachlaufschaltung ein Motor verwendet werden, dessen Drehrichtung von der Polarität oder Phasenlage seiner Betriebsspannung abhängt. Beispielsweise können demnach zweiphasige Ferrarismotoren vorgesehen werden.

Bei Verwendung eines derartigen Motors wird eine mit einer Wechselspannung U gespeiste Brückenschaltung, deren einer Zweig von dem aus dem Abtastzeiger und dem Instrumentenzeiger gebildeten Schalter geöffnet und geschlossen wird, so abgestimmt, daß die Spannung im Nullzweig sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Schalter gleich groß ist und die Phasenlage dieser Spannung jedoch in beiden Schaltstellungen um i8o° verschoben ist. Die im Nullzweig auftretende Spannung liegt vorzugsweise am Gitter einer Verstärkerröhre, in deren Anodenkreis beispielsweise ein Ferrarismotor liegt. Die von der Röhre verstärkt weitergegebenen Impulse sind dann jeweils um i8o° gegeneinander versetzt, so daß sich bei Speisung der zweiten Phase des Motors mit einer Wechselspannung dadurch die Drehrichtung umkehrt bei Umkehr der Phasenlage der Spannung im Nullzweig der Brückenschaltung.

Wird an Stelle der Verstärkerröhre ein polarisiertes Relais (Telegrafenrelais) in den Nullzweig der Brückensdhaltung gelegt, so kann man mit dieser Schaltung Wechselstrommotoren und auch Gleichstrommotoren betreiben, wobei das Relais ebenfalls als Verstärker wirkt. Die Brückenschaltung kann hierbei mit Gleichstrom gespeist werden. Bei Verwendung eines polarisierten Relais können beispielsweise auch zwei getrennte Motoren, vorzugsweise Synchronmotoren, die starr miteinander gekuppelt sind und entgegengesetzten Drehsinn haben, jeweils nacheinander eingeschaltet werden.

Um eine fortwährende Umschaltung bei der Umsteuerung der Überwachungseinrichtung . zu vermeiden, wird neben dem die Schaltung des Brückenzweiges bewirkenden Tastdraht ein weiterer Tastdraht vorgesehen, der jedoch über einen Widerstand führt. Dieser zweite Tastdraht ist so angeordnet, daß er kurz vor Berührung des die eigentliche Schaltung' ausführenden Tastdrahtes sich an den zu überwachenden Zeiger anlegt. Infolge des nun in den zu schaltenden Brückenzweig eingeschalteten Widerstandes wird die Brückenschaltung so abgestimmt, daß beispielsweise bei den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnungen beide in der Brückenschaltung angeordneten Antriebsmittel den gleichen Strom führen. Die Sonnenräder des Differentials werden also entgegengesetzt mit gleicher Drehzahl angetrieben, so daß sich das Planetenrad in Ruhe befindet. Die Abtasteinrichtung wird dadurch in unmittelbarer Nähe des in diesem Augenblick beispielsweise in Ruhe befindlichen abzutastenden Zeigers gehalten, ohne daß ein fortwährender kurzer Vor- und Rücklauf der Abtasteinrichtung infolge wechselweisen Ein- und Ausschaltens der beiden Antriebsmittel erfolgt.

Bei Verwendung einer Brückenschaltung gemäß den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungen wird der in der einen Stufe des zweistufigen Schalters angeordnete Widerstand so bemessen, daß in der Schaltstellung dieser Stufe die Brücke auf Null abgeglichen ist, so daß die Verstärkerröhre und das Relais keinerlei Eingangsspannung erhalten. Das Hin- und Herpendeln wird hierdurch vermieden. Zweckmäßig wird dabei ein Telegrafenrelais verwendet, das außer den beiden Arbeitsstellungen eine Mittelstellung aufweist, die im stromlosen Zustand eingenommen wird.

Um jegliche, die Kontaktgabe beim Umschalten beeinflussende Korrosion zu unterbinden, werden der Tastdraht und die Anlagestelle auf dem Zeiger aus Edelmetall hergestellt oder zumindest mit no einem Überzug aus Edelmetall versehen, beispielsweise vergoldet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung und schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in ihren wesentlichen Teilen erläutert.

Fig. ι zeigt die Nachlauf vorrichtung; Fig. 2 bringt eine Schaltung der Antriebsmittel; in

Fig. 3 ist eine andere Art des Antriebes der Nachlaufvorrichtung unter Zuhilfenahme eines zweiten Differentials gezeigt; aus

Fig. 4 ist eine Röhrenanordnung zwecks Verkleinerung des über den zu überwachenden Zeiger, geleiteten Stromes zu ersehen;

Fig. 5 zeigt eine Ausführung der Erfindung unter Verwendung eines Ferrarismotors; bei den

Fig. 6 und 7 wird ebenfalls wie bei der Ausführung nach Fig. 5 eine Brückenschaltung benutzt, die so abgestimmt ist, daß sich die Polarität bzw. die Phasenlage der Spannung im Nullzweig ändert. Jedoch wird bei den Fig. 6 und 7 ein polarisiertes Relais in den Nullzweig der Brückenanordnung gelegt.

In Fig. ι stellt Teil 1 ein Meßinstrument mit dem Zeiger 2 dar. 3 und 4 sind zwei beliebige Motoren, welche über Zahnräder 14, 15 die beiden Sonnenräder 5 und 6 eines Differentialgetriebes in entgegengesetzter Richtung antreiben. Die Welle 7, auf der das Planetenrad 8 befestigt ist, trägt auf ihrem einen freien Ende einen Zeiger 9, an welchem ein dünner elastischer Draht 10 angebracht ist, der den Zeiger 2 des Meßinstrumentes berühren und dabei einen elektrischen Kontakt hervorrufen kann. Auf dem anderen Ende der Welle 7 sitzt der Abgriff des Potentiometers 11.

Die beiden Motoren 3 und 4 liegen, wie Fig. 2 angibt, in einer Brückenschaltung. Die Brückenwiderstände R₁, R₂ und i?₃ sind so gewählt, daß bei geschlossenem Schalter S die Brücke abgeglichen ist, der im Nullzweig liegende Motor 3 wird dann spannungslos, der Motor 4 erhält dagegen volle Spannung. Wird der Schalter S geöffnet, so wird umgekehrt Motor 4 spannungslos, während der Motor 3 an seiner vollen Spannung liegt. Je nachdem, ob Schalter^ geöffnet oder geschlossen ist, läuft also der eine oder der andere Motor.

Schalter S wird durch den Zeiger 2 des Meßinstrumentes und durch den Tastdraht 10 gebildet. Wenn sich die Teile 2 und 10 noch nicht berühren, so beginnt der Motor 3 zu laufen und dreht über das Differentialgetriebe die Welle 7 so lange vorwärts, bis Berührung eintritt, der Schalter -S¹ sich also schließt. Dann beginnt der Motor 4 zu laufen und dreht die Welle 7 in entgegengesetzter Richtung, öffnet also den Schalter S. Dadurch wird

wieder der Motor 3 eingeschaltet, bis der Schalter S wieder schließt. Dieses Spiel wiederholt sich ständig von neuem. Schalter.? wird also fortlaufend geöffnet und geschlossen, wobei die Motoren 3 und 4 den Zeiger 9 stets in die gleiche Lage steuern, in der sich der Zeiger 2 des Instrumentes 1 befindet. Diese mit großer Kraft erfolgende Verstellung wird auf das Potentiometer 11 übertragen. Der Winkel, um den sich der Zeiger 9 hin- und herbewegt, ist sehr klein, und zwar um so kleiner, je schneller die Motoren 3 und 4 hin- und herschalten.

Dieses Prinzip kann allgemein überall dort angewendet werden, wo durch eine schwache Kraft ein schwergängiges Gerät gesteuert werden soll.

Es gestattet somit eine Drehmomentverstärkung.

An Stelle von zwei Motoren kann gemäß Fig. 3

nur ein Antriebsmotor 3 benutzt werden, der über das Planetenrad'22 die Sonnenräder 16 und 17 eines Differentialgetriebes antreibt. Mit den Sonnenrädern 16 und 17 sind die Bremsscheiben 18 und 19 verbunden, welche durch die beiden Relais 20 und 21 abwechselnd arretiert werden können. Diese Relais 20, 21 liegen in der Brückenschaltung nach Fig. 2 an Stelle der Motoren 3 und 4. Die Anordnung bewirkt, daß sich je nach Stellung des Schalters 5" das Rad 14 oder 15 dreht, wodurch das Differentialgetriebe nach Fig. 1 entsprechend betätigt wird.

Wenn man die Motoren 3, 4 oder die Relais 20, 21 unmittelbar in die Brückenschaltung legt, fließen über den vom Instrumentenzeiger 2 und Tastdraht 10 gebildeten Schalter S relativ große Ströme, wodurch die Lebensdauer des Schalters herabgemindert wird. Außerdem ist die Kontaktgabe nicht immer einwandfrei, weil ein gewisser Mindestkontaktdruck erst überschritten werden muß. Vorteilhaft ist daher eine Schaltung nach Fig. 4. Die Brückenschaltung liegt im Gitterkeis von zwei Verstärkerröhren 23, 23', so daß der Schalter 5 nur eine außerordentlich kleine Leistung zu schalten hat. Da sämtliche Brückenwiderstände hochohmig gemacht werden können, spielen Üi>ergangswiderstände am Schalter praktisch keine Rolle.

Die Röhren 23, 23' erhalten, je nachdem ob S geöffnet oder geschlossen ist, positive oder negative Gittervorspannungen, wodurch die Anodenströme zwischen Null und ihrem vollen Wert gesteuert werden. Die Antriebsmotoren 24, 25 liegen im Anodenkreis der Röhren. Natürlich können auch Zwischenrelais vor die Motoren geschaltet werden.

Am Zeiger 9 kann nach Fig. 1 außer dem Tastdraht 10 noch ein Tastdraht 12 angebracht werden, der über den Widerstand 13 mit dem Draht 10 verbunden ist. Der Draht 12 ist hochelastisch und so gebogen, daß er den Zeiger 2 etwas eher berührt als der Draht 10. Der Widerstand 13 ist so bemessen, daß die Brücke nicht völlig auf Null abgeglichen ist, sondern auf einen solchen Zwischenwert, daß die beiden Motoren den gleichen Strom führen. Beide Motoren laufen also gleichzeitig, aber in entgegengesetzter Drehrichtung, was zur Folge hat, daß das Planetenrad stehenbleibt. Solange der Zeiger 2 in seiner Stellung stehenbleibt, bleibt also auch der Zeiger 9 ruhig in seiner Lage. Durch diesen Widerstand 13 wird das ständige Hin- und Hersteuern, das sonst bei ruhigem Meßinstrumentenausschlag eintritt, vermieden.

Natürlich muß der Draht 12 so nachgiebig sein, daß die Kraft des Instrumentes ausreicht, um mit dem Draht 10 in Kontakt zu kommen, sobald sich sein Ausschlag ändert. Auch muß die Versetzung der beiden Drähte möglichst klein gemacht werden, damit der entstehende tote Winkel nicht ins Gewicht fällt.

Es kann auch nach Fig. 5 eine Brückenschaltung verwendet werden, deren Widerstände 26, 27, 28, 29 so abgestimmt sind, daß bei Betätigung des Schalters 5 in einem Zweig der Brückenschaltung die beispielsweise am Widerstand W des Nullzweiges entstehende Spannung ihre Phasenlage ändert, wenn diese Brücke mit einer Wechselspannung U betrieben wird. Diese Spannung kann auf das Gitter einer Verstärkerröhre 30 gegeben werden, so daß die von dieser Röhre verstärkt weitergegebenen Impulse um i8o° versetzt sind. Diese

Impulse werden auf die Wicklung 31 eines zweiphäsigen, Ferrarismotors 32 gegeben, dessen andere Wicklung 33 an die Wechselspannung U angeschlossen ist. Im Anodenkreis der Verstärkerröhre liegt außerdem die Stromquelle 34. An Stelle einer Verstärkerröhre kann ein polarisiertes Relais 35 benutzt werden. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt. Die Brückenanordnung wird hierbei von einer Gleichstromquelle 36 gespeist.

Das Antriebselement der Nachlaufschaltung kann in diesem Falle ein Gleichstrommotor 37 sein, der von dem polarisierten Relais einmal an die Spannungsquelle 38 und ein anderes Mal an die Spannungsquelle 39 gelegt wird. In Fig. 6 ist außerdem gezeigt, daß der Schalter 5" zweistufig ausgeführt sein kann, wie oben bereits beschrieben. Bei Einschaltung der Vorstufe wird ein zusätzlicher Widerstand 40 in diesen Brückenzweig gelegt, durch dessen Einschaltung die Brücke auf Null abgeglichen wird.

Eine andere Ausführungsform bezüglich der Schaltung der Antriebsmittel ist aus Fig. 7 zu ersehen. Hier werden 'beispielsweise zwei Synchronmotoren 41, 42, die starr miteinander gekuppelt sein sollen und entgegengesetzte Drehrichtung aufweisen, je nach Ausschlag des polarisierten-Relais wechselweise eingeschaltet.

Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Nachlauf schaltung zur Verstärkung des Drehmomentes eines Meßinstrumentenzeigers mit einem in der Nähe des Instrumentenzeigers angeordneten zweiten Zeiger, der bei Berührung des Instrumentenzeigers einen zur Steuerung der Drehmomentverstärkung dienenden Stromkreis schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zeiger als Abtastzeiger auf den Instrumentenzeiger zuläuft, bei Berührung in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, bis die Berührung beider Zeiger aufgehoben ist und so durch das ständige Pendeln in sehr engen Grenzen noch die geringste S tellungsänderung des Instrumentenzeigers als verstärktes Drehmoment überträgt.
2. 2. Nachlaufschaltung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialgetriebe angeordnet ist, dessen Sonnenräder (5, 6) in einander entgegengesetzter Richtung angetrieben werden und dessen Planetenrad (8) auf einer Welle {7) befestigt ist, die an ihrem einen freien Ende einen Abtastzeiger- (9) mit Tastdraht (10) trägt und an ihrem anderen freien Ende eine Verstelleinrichtung¹ (11), deren Stellung mit der des beispielsweise zu überwachenden Zeigers (2) übereinstimmt.
3. 3. Nachlaufschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Antrieb der Sonnenräder des Differentials in gegenläufiger Richtung bewirkenden Mittel (3, 4) in einer Brückenschaltung liegen und daß durch die bei der Abtastung der Zeigerstellung (2) in Abhängigkeit von der zeitweiligen Berührung bewirkte Schaltung den Antrieb für das eine oder für das andere Sonnenrad (5 oder 6) wirksam werden läßt.
4. 4. Nachlaufschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel für das Differential (5, 6, 8) Elektromotoren (3, 4) vorgesehen sind.
5. 5. Nachlauf schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung des Differentials (5, 6, 8) in der durch die Abtastvor.richtung geschalteten Brückenanordnung liegende Relais (20, 21) vorgesehen sind, die je nach der Schaltung jeweils ein Sonnenrad (16 oder 17) eines Differentials (22, 16, 17), dessen Planetenrad (22) von einem Elektromotor (14) angetrieben wird, arretieren, wobei das nicht arretierte Sonnenrad des Differentials (22, 16, 17) auf ein Sonnenrad des Differentials (5, 6, 8) einwirkt.
6. 6. Nachlaufschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Antriebsmittel (3, 4) des Differentials (5,6, 8) steuernde Brückenschaltung (Fig. 2) auf die Gitterkreise zweier Verstärkerröhren (23, 23') einwirkt, in deren Anodenkreisen die Antriebsmittel liegen.
7. 7. Nachlaufschaltung nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement beispielsweise ein zweiphasiger Ferrarismotor (32) ist, dessen eine Wicklung (30) an einer Wechselspannung ·(£/) liegt und dessen andere Wicklung (31) aus einer Brückenschaltung gespeist wird, deren dem Ferrarismotor (32) zugeführte Spannung je nach der Stellung des durch die Abtastung der Zeiger geschlossenen Schalters in ihrer Phasenlage um 180° versetzt ist.
8. 8. Nachlaufschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brückenschaltuiig und dem Ferrarismotor eine Verstärkerröhre (30) vorgesehen ist.
9. 9. Nachlauf schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullspannung einer an einer Gleichstromquelle (36) liegenden Brückenschaltung, deren Polarität von der Stellung des vom Instrumentenzeiger und Abtastzeiger gebildeten. Schalters (S) abhängt, einem polarisierten Relais, vorzugsweise einem Telegrafenrelais (35), zugeführt wird.
10. 10; Nachlaufschaltung nach Anspruch 9, dadurch .gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel ein Gleichstrommotor verwendet wird, dessen Ankerspannung mittels des Telegrafenrelais (35) umgekehrt wird.
11. 11. Nachlauf schaltung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Telegrafenrelais (35) wechselweise zwei miteinander gekuppelte, entgegengesetzte Drehrichtung aufweisende Motoren, beispielsweise Synchronmotoren, einschaltet.
12. 12. Nachlaufschaltung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem

    den Schalter (S) bildenden Draht (io) an der Abtastvorrichtung (9) ein über einen Widerstand (13) mit diesem Draht verbundener hochelastischer Tastdraht (12) angeordnet ist, der den zu überwaoheniden Zeiger eher berührt, als der den Schalter darstellende Draht (10).
13. 13. Nachlaufschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (13) in dem Tastdraht (12) so bemessen ist, daß bei seiner Einschaltung die die Antriebsmittel steuernde Brückenschaltung auf einen solchen Zwischenwert abgestimmt ist, daß die beiden Antriebsmittel, insbesondere die Motoren (3,4), den- gleichen Strom führen.
14. 14. Nachlaufschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (40) in dem Tastdraht so bemessen ist, daß bei seiner Einschaltung die Brückenschaltung auf Null abgeglichen wird.
15. 15. Nachlauf schaltung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen zwischen dem Zeiger und dem oder den Tastdrähten aus Edelmetall hergestellt oder mit einem Überzug aus Edelmetall versehen sind.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschrift Nr. 612587;
    britische Patentschrift Nr. 568400;
    P. Gorden und G. M.Thynell, »Principles and Methods of Telemetering«, 1948, S. 27.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

    © 609 709/185 11.56 (709 514/290 5.57)