DE451751C - Frequenzregler fuer Maschinen oder Motoren - Google Patents

Description

• Frequenzregler für Maschinen oder Motoren. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur 1%onstanthaltung der Frequenz bzw. der Drehzahl von Maschinen, Elektromotoren o. ld@gl. Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen der in der Frequenz oder Drehzahl konstant zu haltende Wechselstrom einer Maschine auf ein auf die gewünschte Normalfrequenz abgestimmtes Schwingungssystem einwirkt, welches bei Frequenzpendelungen der Maschine seine Phase gegenüber dem erregenden Strom verändert und in Abhängigkeit davon einen mit ihm mechanisch verbundenen Widerstand ändert, der wiederum die konstant zu haltende Maschine mittelbar beeinflußt. Erfindungsgemäß wird eine wesentliche Verbesserung derartiger Einrichtungen dadurch erzielt, daß ein frei schwingendes mechanisches Schwingsystean verwendet wird, welches nicht einen Widerstand ändert, sondern eine Schaltung vornimmt, und zwar zweckmäßig unter Vermittlung eines zwischen einer schwingenden Zunge und einem gegenübergestellten Pol erfolgenden Funkenüberganges, dessen Zündspannung etwa durch einen Hochfrequenzbilfskreis geliefert wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich das mechanische Schwingsystem völlig frei und ohne mechanische Hemmungen bewegen kann.
• Der Erfindungsgedanke geht deutlicher aus der Abb. r hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt: Auf der Achse der in ihrer Drehzahl konstant zu haltenden Maschine m ist ein Unterbrecher tt befestigt, der in einem aus der Batterie e und den Magnetwicklungen w1 und w2 bestehenden Stromkreise mit dem Schleifkontakt s1 liegt. Zwischen den Wicklungen tvl und w2 befindet sich .ein von diesen magnetisch erregtes, mit der gewünschten Frequenz der Maschine schwingendes mechanisches Schwingsystem, z. B. eine Blattfeder f, deren Ende in geringem Abstande, so daß der Übergang eines kleinen Funkens stattfinden kann, vor zwei Leitungspolen in Form von Segmenten k1 und k2 vorbeischwingt, die voneinander durch eine. dünne Isolierschicht, z. B. ein Glimmerblättchen g, getrennt sind. Jedes der beiden Segmente ist mit je einer Spule eines Relais Y verbunden. Die nach Durchtritt durch die Spulen gemeinsame Leitung führt über die Kopplungsspule ll an die Batterie zurück. Die beiden Wicklungen b1 und b2 des Relais Y sind durch je einen Kondensator cl bzw. c2 überbrückt. Durch den Anker a des Relais r wird ein im Stromkreis der Maschine nz, z. B. in deren Feldkreis liegender Widerstand- w bzw. ein Teil desselben, ein,- bzw. abgeschaltet. Der Unterbrecher u ist, unter Benutzung eines zweiten Schleifkontaktes s2, außerdem noch in den Primärkreis eines Induktors i eingeschaltet, in dessen Sekundärkreis sich die Funkenstrecke p und ein aus Kapazität c und Spule L bestehender Hochfrequenzschwingungskrems befindet, dessen Spule L mit der vorhin erwähnten Spule 1l induktiv gekoppelt ist, so daß im Schwingungskreis c, l entstehende Schwingungen auch in dem Stromkreis l1, e,-f, k1 (bz-,v. k2}, r,1, (Relaisstrom(1z:reis) induziert werden, wobei zwischen/ und kl bzw. k2 ein Funkenübergang stattfindet.
• Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist die folgende Die Blattfeder f wird in Schwingungen Versetzt, wenn die Maichina m ihre verlangte Drehzahl, die mit der Frequenz der Blattfederschwingung übereinstimmt, erreicht hat. Die Schwingungen der Blattfeder sind dann, wenn dis Schwingungssystem einmal durch die Spulen w1, w2 angestoßen ist, frei, d. h. das System ist ein frei schwingendes mechanisches System mit konstanter Schwingungszahl, dessen Schwingungen wohl durch die ferneren Anstöße der Spulen w1, w2 unterhalten, aber nicht etwa bei Änderung der Drehzahl der Maschine m und damit sich ändernden Stößen in den Spulen w1, w2 be,-einflußt wird. Gleichzeitig werden durch den im gleichen Rhythmus erregten Induktor l im Hochfrequenzkreis c, L Schwingungen erzeugt und über die Kopplung 1,11. in dem durch Stromquelle e, Blattfeder f, Leitungspol k1 bzw. k2 und Relais Y gebildeten Relaisstromkreis induziert. Die Anordnung ist nun durch eine entsprechende Stellung der beiden Schleifkontakte s1 und' s2 zueinander so bemessen, daß, im Falle genauer Resonanz zwischen Maschinen- und Blattfederhewegung, der Übergang des Funkens zwischen f und k1, k2 gerade in dem Augenblick stattfindet, in crem sich die Feder f genau vor der Mitte von kt und k2, also an dien Isolierstelle, g befindet. Tritt nun eine, wenn auch ganz geringe Abweichung zwischen Zungenfrequenz und Maschinendrehzahl ein, so entsteht eine kleine Phasenverschiebung zwischen der Schwingung der Blattfeder f und den induzierten Hochfrequenzimpuls.en, die zur Folge hat, daß der Funke nicht mehr in der Mittelstellung der Zunge f auf beide Segmente gleichzeitig übergeht, sondern daß er nunmehr nur noch ein einziges der beiden Segmente k1 oder k. bevorzugt. In diesem Falle gelangt bei jedem Funkenübergang von der Batterie e aus über Feder f und Segment (dies sei beispielsweise k1) ein Gleichstromstoß auf die betreffende Seite des Relais Y, der den Kondensator cl auflädt und, wenn dies erfolgt ist, wieder aufhört. Der Kondensator entlädt sich darauf über die zugehörige Relaisspule b1, die dadurch den Anker a betätigt, der dann in bekannter Weise durch Ein- oder Ausschalten eines Teiles des Widerstandes w die Maschinenspannung so beein$ußt, daß eigne Änderung ihrer Drehzahl in dem Sinne -erfolgt, daß die vorher erfolgte Abweichung von der gewünschten Drehzahl wieder ausgeglichen wird. In dem Augenblick, in dem wieder völlige Resonanz zwischen Maschine und Blattfeder besteht und die Maschine naturgemäß dazu neigt, i11 ihrer Frequenz nach der anderen Seifte von der Sollfrequenz abzuweichen, tritt der Funke von der Blattfeder zum anderen Segment k2 über, wodurch bewirkt wird, daß die andere Relaisspüle k2 den Relaisanker a betätigt, der die vorher eTfolgte Widerstandsänderung im Maschinenlcreis wieder aufhebt.
• Die Konstanthaltung der Maschinenfrequenz erfolgt also in Form einer Pendelung um die Sollfrequenz. Je rascher sich diese Pendelungen vollziehen, desto genauer arbeitet die gesamte Anordnung.
• Ein sehr rasches Pendeln läßt sich durch eine besondere Form der Leitungspole k1 und k2 erreichen, indem man diese nicht als Segmente, die der Spitze der schwingenden Zunge gegenüberliegen, ausbildet, sondern, wie in Abb. z dargestellt, in Z-artiger Form, wobei ihr mittlerer, durch. die Isolierstelle g unterbrochener Teil x, y einen sehr spitzen Winkel mit der Ruhelage der Blattfeder bildet. Die Leitungspole k1 und k2 befinden sich dabei nicht mehr der Spitze der Feder gegenüber, sondern in geringem Abstande ober- oder unterhalb der Feder, so da.ß der Funkenübexgang längs der Fanten beider Teile stattfindet. -Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb.3 dargestellt: Bei dieser Anordnung befindet sich gegenüber der Blattfeder nur :eine einzige feststehende Zunge z; während das andere Ende der Feder mit einer Gleichstronihochspannttngsquelle, z. B. einem aufgeladenen Kondensator c, in Verbindung steht. Der Kondensatar c wird während jeder Schwingungsperiode der Feder f durch eine besondere Gleichstromhochspannungsquelle (In.dülz:tor, Gleichrichterschaltung oder ähnliches) einmal aufgeladen. Die Aufladung geschieht am besten dann:, wenn die Feder ihren größten Ausschlag erreicht hat. Der Stromkreis wird vervollständigt durch ein Relais r über einen durch Endpunkte der Zuleitungen angedeuteten Schleifkontakt zu dem Unterbrecher tt. der auf der Welle der zu regulierenden Maschine ttt sitzt und dessen Segmente; s1 und s2 mit je einer Relaisspule b1 bzw. b2 verbunden sind. Letzteren sind wweder die Kondensatoren cl bzw. c2, parallelgeschaltet. Wenn die Blattfeder sich gegenüber z befindet, so entlädt sich der Kondensator c, und es gelangt ein Stromkreis je nach der Stellung der Unterbrecherscheibe u in den dazugehörigen Kondensator des Relais, worauf eine Entladung wieder über die parallel geschaltete Relaisspule stattfindet. Der Unterschied dieser Schaltung gegenüber der vorigen besteht darin, daß der Gleichstromstoß nicht in dem Augenblick verfolgt, wo die erregende Kraft in den Magnetspulen ihr Maximum erreicht, sondern dann, wenn sich die Feder in der Mittellage befindet. Die Kontaktstellung des Unterbrechers ist derart, da:ß im Fälle der Resonanz zwischen Maschinen- und Blattfederfrequenz der Stromstoß aus dem Kondensator c über beide Segmente der Unterbrecherscheibe u fließt und so auf das Relais keine Wirkung -ausübt. - Bei einer geringen Phasenverschiebung zwischen den Stromstößen in w1 und w2 (die, wie in Abb. i, durch einen mit der Motorwelle verbundenen Unterbrecher erzeugt -werden) und damit der Bewegung der Maschinenwelle einerseits und der Feder f andererseits befindet sich der Schleifkontakt im Augenblick des Stromstoßes auf dem Segment s1 oder s2.
• Eine Vereinfachung dieser Schaltung wird dadurch erzielt, daß bei z nicht ein Funkenübergang stattfindet, sondern, wie in Abb. q. gezeigt, ein galvanischer Schluß zwischen Feder und Leitungspol mittels einer kleinen Bürste aus weichem, elektrisch leitendem Material hergestellt wird; in diesem Falle genügt es, statt des Kondensators c und seines Aufladekreises eine Gleichstromquelle von verhältnismäßig niedriger Spannung in den Relaisstromkreis zu legen.
• Eiri@e weitere Ausgestaltung der beschriebebenen Anordnung zeigt endlich Abb.5, bei der der Stromübergang zwischen Blattfeder und Stromleiter durch Tonisatiön der dazwischenliegenden Luftstrecke mittels einer Hilfsfunkenstrecke, über die ein dauernder, mittels eines Kondensators und einer Spule erzeugter Hochfrequenzstrom aus einem Induktor Z fließt, erleichtert wird. Auch hierbei ist im Kelaisstromkreis nur eine Gleichstromquelle mäßiger Spannung erforderlich.
• Für alle beschriebenen Ausführungsarten ist die Art ;der Erregung der schwingenden Zunge f nicht auf die elektromagnetische Methode beschränkt. Die Blattfeder kann z. B. ebenso durch unmittelbare mechanische Kupplung mit der Maschinenachse von dieser angestoßen und- in ihren Schwingungen unterhalten werden oder durch Vorbeiführen eines auf der Achse befestigten magnetischen Poles oder auf irgendeine andere geeignete Weise.
• Ferner ist die Verwendung der Anordnung keineswegs auf elektrische Maschinen beschränkt. Sie ist viehmehr bei allen andleren Arten vorn Maschinen, Motoren oder sonstwie periodisch bewegten Systemen verwendbar. In diesem Fall würde der Anker, anstatt den Widerstandskreis w zu regeln (Abb, i und 3), etwa den Erregerstrom einer Magnetspule beeinflussen,deren Anker als Bremsklotz für die Maschine ausgebildet ist.
• Um eine zu große Dämpfung in dem die Funkenstrecke enthaltenden Stromkreis zu vermeiden, ist zweckmäßig die schwingende Zunge in bekannter Weise in ein evakuiertes Gefäß eingebaut.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Frequenzregler für Maschinen _ oder Motoren., bei welchem mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der Maschinenfrequenz schwingenden mechanischen Systems Kontakte betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingsystem aus einer frei schwingenden Zunge o. dgl. besteht, die mit einem oder mehreren in ihrer Nähe befindlichen Leitangspolen über eine durch Ionisation leitend gemachte Luftstrecke, z. B. mittels eines durch eine Hilfsspannung erzeugten Funkens, Kontakt schließt. z. Frequenzreglernach Anspruch: i, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische System mit der Sollfrequenz der Maschine _ schwingt und in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung gegenüber der Maschinenfrequenz die Öffnung bzw. Schließung eines oder mehrerer Relaisstromkreise bewirkt. 3. `Frequenzregler nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingsystem bei seiner Bewegung abwechselnd vor zwei in kurzem Abstande voneinander und vor dem Schwinger befindlichen Leitwzgspolen vorübergeht, von denen jeder über je eine Wicklung eines Relais (Y) mit gemeinsamem Anker, z. B. eines Differentialrelais, und über eine gemeinsame Gleichstronqwelle mit dem festen Ende der schwingenden Zunge leitend verbunden ist. 4. Frequenzregler nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung im Relaisstromkreise; die den die Kontaktschließung ermöglichenden Funken erzeugt, durch einen Hoch frequenzhilfsstrom induziert wird. 5. Frequenzregler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Hochfrequenzhilfslreis im Relaisstromkreis induzierten, den Funkenübergang bewirkenden Spannungsstöße im Takte die- Maschinenfrequenz erfodgen und die Phase der Spannungsstöße so eingestellt ist, daß für den. Fall genauer Resonanz zwischen Schwinger und Maschinenfrequenz der Funke zwischen Schwinger und beiden Leitungspolen, im Falle nicht vorhandener Resonanz aber nur auf einen der Leitungspole übertritt. 6. Frequenzregler nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweckmäßig mit einer Funlzenstrecke versehene Hochfrequenzhilfskreis durch einen Induktor erregt wird, dessen Primärstrom im Talkte der Maschinenfrequenz unterbrochen wird. 7. Frequenzregler nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übergang des Relaisstromes über inur einen der beiden. Leitungspole die mit diesem Pol verbundene Wicklung des Relais (r) beeinfiußt wird und den Relaisanker in eine solche Schaltstellung bringt, daß er einen Widerstand im Maschinenkreis schaltet, der bewirkt, daß sich die Frequenz der Maschine in dem Sinne ändert, daß die erfolgte Abweichung von der Sollfrequenz wieder ausgeglilchen wird. B. Fnequenzregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da.ß die in Nähe des Schwingers befindlichen Leitungspole im Relaiskreis die Form von Segmenten besitzen, die parallel zum Wege der Spitze der schwingenden Zunge verlaufen. g. Frequenzregler nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Leitungspole aber- oder unterhalb des Schwingers angeordnet und so gestaltet sind, d#ß sie aneinandergereiht eine Z-artige Form ergeben, deren mittleres, die Unterbrechungsstelle enthaltendes Stück einen sehr spitzen Winkel mit der Ruhelage der Zunge bildet. i o. Fnequenzregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingenden Zunge ein einziger Leitungspol gegenübersteht, der abwechselnd in Kontakt kommt mit den beiden Segmenten eines durch die Maschine bewegten Unterbrechers, welcher über je eine Wicklung des Doppelrelais sowie eine gemeinsame Gleichstromduelle mit dem festen Ende der Zunge verbunden sind, wobei die Kontaktsegmente so eingestellt sind, daß im Falle der Resonanz zwischen Schwinger-und Maschinenbewegung beide Relaiswicklungen Strom erhalten, während bei einer Phasendifferenz nur die eine Wicklung erregt wird. i i. Frequenzregler nach Anspruch i bis i o, gekennzeichnet durch j e einen jeder Wicklung des Relais parallel geschalteten Kondensator, der sich bei Einschaltung des Relaisstromstoßes über den zugehörigen Leitungspol auflädt und bei seiner darauffolgenden Entladung die zugehörige Relaisspule erregt. 12. Frequenzregler nach Anspruch i o, gekennzeichnet durch einen im Relaisstromkreis liegenden Kondensator, der durch einen Hilfsstromkreis im Takte der Zungenfrequenz aufgeladen wird und beim Entladen die Zündung eines Funkens zwischen Schwinger und Leitungspol an der Stelle ihres geringsten gegenseitigen Abstandes bewirkt. 13. Frequenzregler nach Anspruch io, gekennzeichnet durch eine vom Schwinger berührte Bürste aus weichem, leitendem Material, wobei der Relaisstrom durch eine ,quelle mäßiger Spannung geliefert Strom wird. 14. Frequemzregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz,eichnet, da.ß durch den Relaisanker eine Magnetspule geschaltet wird, deren Anker als Bremsklotz für die Maschine ausgebUdet ist. 15. Frequenzregler nach Anspruch i bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingsystem 'n ,einem evakuierten Gefäß eingeschlossen ist.