DE975567C

DE975567C - Elektrisch-mechanisches Steuerwerk, insbesondere fuer elektrische Zwangssteuerungen, Handmaschinensteuerungen und mechanische Kraftverstaerker

Info

Publication number: DE975567C
Application number: DES16786D
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Goetz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-02-03
Filing date: 1943-02-03
Publication date: 1962-01-25

Description

Elektrische Steuereinrichtungen, die wie Zwangssteuerungen, Handmaschinensteuerungen und mechanische Kraftverstärker zur möglichst weg- und geschwindigkeitsgetreuen Übertragung einer vorgegebenen Bewegung auf ein entsprechend dieser Bewegung zu verstellendes Gerät dienen, haben häufig ein Steuerwerk, das mittels eines Differentialgetriebes eine dem Wegfehler zwischen der vorgegebenen und nachgebildeten Bewegung entsprechende Steuergröße und mittels Tachometerdynamos

eine der ersten zeitlichen Ableitung —j- des Weg-

Ut

fehlers J, d. h. dem Geschwindigkeitsfehler entsprechende Steuergröße bildet. Um die einen zusätzlichen Aufwand bedingenden Tachometerdynamos zu vermeiden, hat man auch schon vorgeschlagen, als Steuerwerk eine mechanische Getriebeanordnung zur Bildung der erwähnten Regelgrößen zu benutzen, die aus drei in Reihe geschalteten Differentialgetrieben besteht, von denen das erste entsprechend der jeweiligen Winkelstellung des Gebers und des Empfängers beeinflußt wird und an der Kreuzwelle deren Winkeldifferenz, d. h. den Wegfehler Δ liefert. Das zweite Differentialgetriebe wird einerseits von der Kreuzwelle des ersten Differentialgetriebes und andererseits von einem Hilfsmotor angetrieben, des-

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sen Geschwindigkeit nach Maßgabe der Einstellung des Planetenelementes des zweiten Teildifferentials steuerbar ist. Das dritte Differentialgetriebe erhält seinen Antrieb von den Kreuzwellen der beiden ersten Differentialgetriebe und bildet die Summe der Winkelwerte dieser beiden Kreuzwellen. Die an der Kreuzwelle des dritten Differentialgetriebes sich jeweils einstellende Winkellage ist demnach

dem gesuchten Regel wert A + -r- proportional und

kann entweder unmittelbar zur Betätigung eines Reglers oder auch durch Kupplung mit einer elektrischen Maschine zur Erzeugung einer elektrischen Regelgröße entsprechender Höhe dienen. Auch dieses in der Hauptsache als rein mechanische Getriebeanordnung aufgebaute Steuerwerk ist nicht frei von Mängeln. Vor allem bedeutet die Benutzung des dritten Differentialgetriebes, ebenso wie bei dem zuerst erwähnten Steuerwerk die Tachometerdynamos, für die Lösung vieler Regelaufgaben einen unerwünschten Mehraufwand. Darüber hinaus beeinträchtigt aber auch noch das dritte Differentialgetriebe wegen seiner Getriebelose oder, falls das Getriebe, um die Lose gering zu halten, eng gepaßt ist, infolge der hierdurch bedingten erhöhten Belastung des Hilfsmotors die Regelgenauigkeit in erheblichem Umfang.

Die Erfindung bringt ein elektrisch-mechanisches Steuerwerk für elektrische Steuerungen der eingangs genannten Art, bei dem zwar ebenfalls zur Bildung von dem Wegfehler A und seiner ersten

zeitlichen Ableitung

—=- proportionalen Steuer-

werten von einer Differentialgetriebeanordnung Gebrauch gemacht ist, ohne daß jedoch dadurch eine nennenswerte Beeinträchtigung der Regelgenauigkeit oder ein unerwünschter Mehraufwand eintritt.

Erfindungsgemäß besteht die Differentialgetriebeanordnung aus zwei Differentialgetrieben, von denen die Kreuzwelle des einen in an sich bekannter Weise proportional dem Wegfehler A, die Kreuzwelle des anderen, ebenfalls in an sich bekannter Weise, jedoch unter Einschaltung eines Umkehrgetriebes zwischen dem ersten und zweiten Differentialgetriebe proportional dem negativen Wert der

ersten zeitlichen Ableitung -=- des Wegfehlers ver-

Gut

stellt wird. Die Kreuzwelle des ersten Differentialgetriebes ist mit dem einen, die Kreuzwelle des zweiten Differentialgetriebes mit dem anderen Teil eines aus zwei je für sich gegeneinander verstellbaren Teilen bestehenden elektrischen Reglers gekuppelt, so daß die Gesamtverstellung des Reglers

dem gewünschten Wert A + k · -=- entspricht.

dt

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. ι zeigt eine Ausführungsform des Steuerwerks nach der Erfindung, das im wesentlichen aus fünf Teilen, und zwar zwei Differentialgetrieben 1,2, einem elektrischen Regler 3, einem Umkehrgetriebe 4 und einem Hilfsmotor 5 besteht. Dem Zahnradpaar 11 des Differentialgetriebes ι wird in an sich bekannter Weise mechanisch der Wert a_v dem Zahnradpaar 12 des Differentialgetriebes 1 der Wert Ct₂ zugeführt. Es bedeutet dabei Ci₁ die der vorgegebenen Bewegung, a₂ die der nachgebildeten Bewegung entsprechende Drehwinkellage. Die als Hohlwelle ausgeführte Kreuzwelle 13 des Differentialgetriebes 1, auf der die Zahnradpaare 11, 12 frei drehbar sitzen, ist einerseits in dem Lager 71 der Grundplatte 7, andererseits auf der Kreuzwelle 21 des Differentialgetriebes 2 gelagert und über das Kupplungsstück 14 mit dem drehbar gelagerten Ständer 31 des hier als Drehtransformator ausgeführten, zweiteiligen Reglers 3 verbunden. Das Kupplungsstück 14 hat einen Zahnkranz 15, von dem für die Grobsteuerung der dem Wegfehler entsprechende Wert Ct₁ — Ci₂ = c abgenommen werden kann. Auf der Kreuzwelle 13 des Differentialgetriebes ι sitzt außerdem fest das Kegelrad 41 des Umkehrgetriebes 4, das mit einem auf dem Grundrahmen 7 gelagerten Zwischenkegelrad 42 kämmt. Das Kegelrad 42 greift in ein mit dem Sonnenrad 22 des Differentialgetriebes 2 verbundenes Kegelrad 43 ein. Das Kegelradpaar 22, 43 ist frei drehbar auf der Kreuzwelle 13 des Differentialgetriebes 1 gelagert. Es dreht sich im entgegengesetzten Sinne wie die Kreuzwelle 13, so daß sein Drehwinkel dem Wert -(Ct₁-Ct₂) = -^ proportional ist. Die Kreuzwelle 21 des Differentialgetriebes 2 wird einerseits durch das mit dem Rad 43 verbundene Sonnenrad 22 und andererseits durch das Sonnenrad 23 verstellt, das über ein mit ihm verbundenes, im Beispiel als Schneckenrad ausgeführtes Zahnrad 24 von dem Motor 5 angetrieben wird. Mit der Kreuzwelle 21 des zweiten Differentialgetriebes 2 ist der verstellbare Teil 61 eines Reglers 6 für den Motor 5 entweder, wie dargestellt, unmittelbar oder über ein Getriebe gekuppelt. Die Auslenkung des Teiles 61 ist gegenüber einer bestimmten Nullage, die im Beispiel durch die Mitte des Spannungsteilers 62 des Reglers 6 gegeben ist, proportional der Drehgeschwindigkeit des Motors 5 und damit auch der Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 23. Die Anordnung ist außerdem noch so getroffen, daß der Regler 6 bei einer Verstellung der Kreuzwelle 21 im Sinne des Sonnenrades 22 eine Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades 23 einregelt, welche der des Rades 22 entgegengesetzt gerichtet ist. Infolgedessen kommt die Kreuzwelle 21 des Differentialgetriebes 2 in einer Winkelstellung zur Ruhe, welche

dem Wert — k ■ — entspricht, k ist dabei eine

Konstante, deren Größe durch Veränderung der Speisespannung des Spannungsteilers 6 in weiten Grenzen beliebig eingestellt werden kann. Die durch die hohle Kreuzwelle 13 des Differentialgetriebes 1 hindurchgeführte Kreuzwelle 21 des Differentialgetriebes 2 ist mit dem einen Ende in dem Lager 72 der Grundplatte 7 gelagert und mit dem anderen freien Ende mit dem drehbar gelagerten Läufer 32 des Drehtransformators 3 gekuppelt. Der Ständer des Drehtransformators 3 wird mit Wechselstrom, und zwar im Beispiel mit Einphasenwechsel-

strom, gespeist. Dem als Sekundärteil wirkenden Läufer 32 kann dann eine Wechselspannung entnommen werden, deren Größe dem Steuerwert

A + k·—--, solange nur kleine Wegfehler A vor dt

kommen —■ und dies ist bei richtig arbeitender Steuerung stets der Fall —, proportional ist.

Selbstverständlich können bei dem Drehtransformator 3 Primär- und Sekundärteil auch räumlich vertauscht werden.

Wird an Stelle des Einphasendrehtransformators ein Mehrphasendrehtransformator verwendet, so ist die dem Sekundärteil entnehmbare Spannung konstant und dafür ihr Phasenwinkel φ dem Wert

_Λ ι . dA ,. ,

A + k·—Tr proportional.

(it

An Stelle eines Drehtransformators kann bei dem Steuerwerk nach der Erfindung auch ein Spannungsteiler verwendet werden. Mit der Stegwelle 13 des Differentialgetriebes 1 sind dann statt des Ständers 31 des Drehtransformators 3 die Spannungsteilerwiderstände oder ihre Abgriffe, mit der Stegwelle 21 des Differentialgetriebes 2 statt des Ankers 32 der bewegliche Schleifkontakt des Spannungstellers zu verbinden. Selbstverständlich können aber auch bei der Benutzung eines Spannungsteilers, ebenso wie bei der Benutzung eines Drehtransformators, die erwähnten Teile ihren Platz vertauschen.

Schließlich können aber auch bei dem Steuerwerk nach der Erfindung statt eines Drehtransformators oder eines Spannungsteilers aus zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen aufgebaute Kontaktwerke als Regler verwendet werden. In Fig. 2 ist beispielsweise ein derartiges, verhältnismäßig einfaches Kontaktwerk dargestellt. Es besteht aus einem mit der Kreuzwelle 13 zu verbindenden Kontaktträger 8 und einer mit der Kreuzwelle 21 zu verbindenden Schaltzunge 9. Die Kontakte des Kontaktträgers 8 sind über die Vorwiderstände 16, 17 an die Erregerwicklungen 18, 19 eines der Einfachheit halber nicht dargestellten Steuergenerators angeschlossen. Je nach der Stellung der Schaltzunge 9 wird die Erregerwicklung 18 oder 19 mit mehr oder weniger Vorwiderstand eingeschaltet.

Erwähnt sei, daß bei der Benutzung eines aus zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen aufgebauten Kontaktwerkes das Kontaktwerk nicht unbedingt direkt zu schalten braucht, sondern auch zur Betätigung von Schützensteuerungen verwendet werden kann.

dA

Die Genauigkeit, mit der der W^rert k ■

dt

gebildet wird, hängt sehr weitgehend von der Wahl des Motors S ab. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wählt man am besten für diesen Zweck einen Kommutator-Kleinmotor mit frei tragender Ankerwicklung, die in dem Spalt zwischen einem feststehenden Eisenring und einem ebenfalls feststehenden Hochleistungsmagnetkörper läuft. Dadurch wird erreicht, daß das Trägheitsmoment der bewegten Teile auf ein Minimum verringert wird.

Um das Reibungsmoment der Ruhe der aus dem Spannungsteiler 6 und dem Motor 5 bestehenden Teilanordnung soweit als möglich zu kompensieren, führt man, ebenfalls nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, den Spannungsteiler 6 am besten so aus, daß in der nächsten Umgebung des Nullpunktes schon bei einem verhältnismäßig geringen Verstellweg die Widerstandsänderung am Spannungsteiler größer ist als in den übrigen Verstellbereichen des Spannungsteilers.

In Fig. 3 ist schließlich noch, wenigstens dem Wesen nach, das Schaltbild einer Zwangssteuereinrichtung dargestellt, die mit einem im Sinne der Erfindung ausgeführten Steuerwerk ausgerüstet ist. 25 ist das Steuerwerk, dessen mechanischer Teil im wesentlichen nach Fig. 1 und dessen Kontaktwerk etwa nach Fig. 2 ausgeführt ist. Die Werte Ct₁ und a₂ werden dem Steuerwerk 25 durch die Antriebswellen 26, 27 zugeführt. Die vom Steuerwerk 25 gesteuerten Vorwiderstände 28, 29 liegen in den Stromkreisen der Erregerwicklungen 33, 34 eines Leonardgenerators, der seinerseits einen Steuermotor speist. Sobald der Wegfehler a_t~ a₂ = A einen bestimmten Wert überschreitet, werden durch ein Grobsteuerwerk je nach der Richtung des Wegfehlers entweder die Kontakte 35, 36, 37 oder 36, 37> 38 betätigt, dadurch das Feinsteuerwerk wirkungslos gemacht und die der jeweiligen Kontaktgruppe zugeordneten Erregerwicklungen des Leonardgenerators unmittelbar an die Netzspannung gelegt. Der Antrieb des Grobsteuerwerkes, das in an sich bekannter Weise ausgeführt sein kann und daher nicht näher erläutert zu werden braucht, kann, wie schon erwähnt, durch einen mit dem Kupplungsstück 14 der Fig. 1 verbundenen Zahnkranz 15 erfolgen. Bleibt der Wegfehler unterhalb der Ansprechgrenze des Grobsteuerwerkes, so nehmen die Kontakte 35 bis 38 die dargestellte Stellung ein, so daß das Feinsteuerwerk in der bereits beschriebenen Weise arbeitet.

Erwähnt sei schließlich noch, daß auch das Grobsteuerwerk nicht unbedingt in der im Beispiel angegebenen Weise als Kontaktwerk ausgebildet zu sein braucht. Auch für die Grobsteuerung kann z. B. ein Drehtransformator verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Elektrisch-mechanisches Steuerwerk, insbesondere für elektrische Zwangssteuerungen, Handmaschinensteuerungen oder mechanische Kraftverstärker, das unter Zuhilfenahme einer Differentialgetriebeanordnung zur Bildung von dem Wegfehler Δ und seiner ersten zeitlichen dA

Ableitung

dt'

d. h. dem Geschwindigkeitsfehler proportionalen Steuerwerten dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialgetriebeanordnung aus zwei Differentialgetrieben (1, 2) besteht, von denen die Kreuzwelle (13) des einen in an sich bekannter Weise entsprechend dem Wegfehler A, die Kreuzwelle (21) des anderen, ebenfalls in an sich bekannter Weise, jedoch unter Einschaltung eines Um-

kehrgetriebes (41, 42, 43) zwischen dem ersten und zweiten Differentialgetriebe entsprechend dem negativen Wert der ersten zeitlichen Ableitung — des Wegfehlers verstellt wird und

daß die Kreuzwelle (13) des ersten Differentialgetriebes (1) mit dem einen verstellbaren Teil (31 in Fig. 1; 8 in Fig. 2), die Kreuzwelle (21) des zweiten Differentialgetriebes (2) mit dem anderen, ebenfalls für sich verstellbaren Teil (32 in Fig. ι; 9 in Fig. 2) eines elektrischen Reglers (3) gekuppelt ist.
2. Steuerwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Regler ein Drehtransformator (3 in Fig. 1) mit je für sich drehbar gelagertem Ständer (31) und Läufer (32) ist.
3. Steuerwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Regler ein Kontaktwerk mit zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen (8, 9 in Fig. 2) dient.
4. Steuerwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in an sich bekannter Weise den einen Teil (23) des zweiten Differentialgetriebes (2) antreibende Hilfsmotor (5), dessen Drehzahl entsprechend der Einstellung der Kreuzwelle (13) des ersten Differentialgetriebes (1) eingesteuert wird, ein Kommutator-Kleinmotor mit frei tragender Ankerwicklung ist, die in dem Spalt zwischen einem feststehenden Eisenring und einem ebenfalls feststehenden Hochleistungsmagnet läuft.
5. Mit einem Kontaktwerk ausgerüstetes Steuerwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den einen Teil (23) des zweiten Differentialgetriebes (2) antreibende Hilfsmotor (5) als Regler einen Spannungsteiler (6) solcher Ausführung hat, daß in der Umgebung des Nullpunktes schon bei einer verhältnismäßig kleinen Verstellung die Wider-Standsänderung zur Kompensation des Reibungsmomentes der Ruhe größer ist als in seinen übrigen Verstellbereichen.
6. Steuerwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs- 4-5 teiler (6) des Hilfsmotors (5) an eine regelbare Spannung angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 757 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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