DE492931C

DE492931C - Device for the automatic compensation of electrical quantities using differential gears

Info

Publication number: DE492931C
Application number: DEH114695D
Authority: DE
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1928-01-10
Filing date: 1928-01-10
Publication date: 1930-03-01

Description

Einrichtung zur selbsttätigen Kompensation von elektrischen Größen unter Verwendung von Differentialgetrieben Für Registrierzwecke hat man schon frühzeitig eine selbsttätige Kompensation von elektrischen Größen eingeführt, die den Zweck hatte, unter Verwendung einer fremden Kraftquelle elektrische Größen aufzuzeichnen unter einem Kraftaufwand, der eben von der fremden Kraftquelle herstammt. Man hat hierzu umsteuerbare =Motore verwendet oder Friktionsgetriebe u. dgl. Dabei wurde die Kompensation im allgemeinen nicht kontinuierlich, sondern in kleineren oder größeren Sprüngen getätigt.Device for automatic compensation of electrical quantities using differential gears for registration purposes one has early on an automatic compensation of electrical quantities was introduced, which served the purpose had to record electrical quantities using an external power source with an effort that comes from the external power source. One has reversible motors or friction gears and the like were used for this purpose the compensation is generally not continuous, but in smaller or smaller amounts made larger jumps.

Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt der Antrieb durch ein doppelseitiges Differentialgetriebe (Wechselgetriebe), wodurch es möglich geworden ist, für den Antrieb einen mit praktisch konstanter Geschwindigkeit in derselben Richtung umlaufenden Motor zu verwenden und die Kompensation kontinuierlich vorzunehmen. Die nähere Wirkungsweise soll an Hand eines Beispieles erläutert werden.In the present invention, the drive is carried out by a double-sided Differential gear (change gear), which has made it possible for the Drive one rotating at a practically constant speed in the same direction Use the motor and make the compensation continuously. The closer action should be explained using an example.

In der Abb. i ist als Beispiel eine Fernmeßeinrichtung dargestellt, bei der es gilt, einen Meßwert auf große Entfernung zu übertragen. Zu diesem Zweck ist ein - primäres Meßwerk i, das in der Abbildung nur schematisch angedeutet ist, mechanisch gekuppelt mit einem zweiten Meßwerk 2, hier einem Drehspulinstrument. Das Drehmoment des Meßwerkes i soll durch das entgegengesetzte Drehmoment des Meßwerkes 2 kompensiert werden. Der Strom im Meßwerk 2, der einer Batterie 3 entnommen wird, fließt auch über ein Meßgerät 4, das hier als Ferninstrument zu denken ist. Der Ausschlag am Instrument 4 wird dem Drehmoment im Meßwerk i und im Meßwerk 2 entsprechc-n und gibt somit die zu messende Größe in beliebiger Entfernung wieder. Die gestellte Aufgabe lautet: Ein Gleichstrom in den Meßwerken 2 und 4 ist in -seiner Größe jeweils dem Drehtnoment im Meßwerk i automatisch anzupassen. Die Lösung ist folgende: Eine Welle io wird durch einen nicht dargestellten Motor in eine gleichbleibende Umdrehung versetzt, auf der Achse io befindet :ich ein Differentialgetriebe finit den beiden Sonnenrädern i i und 12 und einem Planetenrad 13. Letzteres ist mit der Achse ro fest gekuppelt, während i i und 12 lose auf die _lchse io aufgesetzt sind. Vom Sonnenrad r i wird über ein Zwischenrad 14 das Sonnenrad 13 eines zweiten Differentialgetriebes an-,getrieben, während von Sonnenrad 12 durch zwei Zahnräder 16 und 17 das Sonnenrad 18 les zweiten Differentialgetriebes in Umdrehung versetzt wird. Bei der gewählten An-:riebsart drehen sich die Räder 1s und 18 mit -leicher Geschwindigkeit, aber in entgegengesetzter Richtung um eine Achse ig. Auf der Achse ig ist noch ein Plan:=tenrad 2o befestigt und ein Hebelarm -i, der mit einem Kontakt 22 über den Widerstand 23 schleift. Ilit dem Rad 1 5 ist ein weiteres Rad 25 gekuppelt, durch dessen Achse 26 ein Querstift 27 gesteckt ist. In ähnlicher Weise ist mit dem Rad 18 ein Rad 29 gekuppelt, durch dessen Achse 3o ein Stift 31 gesteckt ist. Wenn keines der Räder dieses Wechselgetriebes in seinem Gang gehemmt wird, bleibt die Achse des Planetenrades 2o und damit auch die Achse ig in ihrer Lage stehen. Wird jedoch eines der Räder 25 oder 29, z. B. 25, angehalten, so bleibt auch das Sonnenrad 15 stehen, das Planetenrad 2o wälzt sich auf 15 ab, und dadurch kommt die Achse ig in einer bestimmten Richtung in Bewegung. Wird statt des Rades 25 (las Rad 29 festgehalten, so wird die Achse ig ebenfalls in Bewegung kommen, jedoch in entgegengesetzter Richtung.In Fig. I, a remote measuring device is shown as an example, in which it is a matter of transmitting a measured value over a large distance. For this purpose, a primary measuring mechanism i, which is only indicated schematically in the figure, is mechanically coupled to a second measuring mechanism 2, here a moving-coil instrument. The torque of the measuring mechanism i should be compensated for by the opposite torque of the measuring mechanism 2. The current in the measuring unit 2, which is taken from a battery 3, also flows via a measuring device 4, which is to be thought of as a remote instrument here. The deflection on the instrument 4 corresponds to the torque in the measuring unit i and in the measuring unit 2 and thus reflects the variable to be measured at any distance. The task at hand is as follows: A direct current in measuring units 2 and 4 is to be automatically adjusted in terms of its size to the torque in measuring unit i. The solution is as follows: A shaft io is set in constant rotation by a motor (not shown), on the axis io there is a differential gear finite the two sun gears ii and 12 and a planet gear 13. The latter is firmly coupled to the axis ro, while ii and 12 are loosely attached to the lizard. The sun gear 13 of a second differential gear is driven from the sun gear ri via an intermediate gear 14, while the sun gear 18 les second differential gear is set in rotation by two gears 16 and 17 of the sun gear. With the selected drive type, the wheels 1s and 18 rotate at the same speed, but in the opposite direction around an axis ig. On the axis ig there is also a plan: = tenrad 2o attached and a lever arm -i, which slides with a contact 22 over the resistor 23. Another wheel 25 is coupled to the wheel 15, through whose axis 26 a transverse pin 27 is inserted. In a similar way, a wheel 29 is coupled to the wheel 18, through the axis 3o of which a pin 31 is inserted. If none of the wheels of this gearbox is inhibited in its gear, the axis of the planetary gear 2o and thus also the axis ig remain in their position. However, if one of the wheels 25 or 29, e.g. B. 25, stopped, the sun gear 15 stops, the planet gear 2o rolls on 1 5 , and thereby the axis ig comes in a certain direction in motion. If instead of the wheel 25 (read wheel 29 is held fast, the axis ig will also start moving, but in the opposite direction.

Diese Hemmung der einen oder anderen Seite des Wechselgetriebes kann man in sehr vorteilhafter Weise für die selbsttätige Kompensation elektrischer Größen verwenden. In der Abb. i -ist auf der Achse 35 ein Hebel 36 gelagert, und zwar so, daß er in seiner Ruhelage den umlaufenden Stiften 27 und 31 nicht in den Weg kommt. Wird der Hebel 36 je- doch um einen geringen Betrag nach rechts oder links geführt, so hemmt er die Bewegung der umlaufenden Stifte =7 oder 31. Der Hebel 36 wird bei der dargestellten Einrichtung durch zwei Elektromagnete 40 und 41 nach rechts oder links bewegt, die Magnete 40 und 41 «-erden durch geeignete Kontakte, die neben den Meß«-erk i dargestellt sind, gesteuert und durch eine Batterie 42 gespeist.This inhibition of one or the other side of the change gear can be used in a very advantageous manner for the automatic compensation of electrical quantities. In Fig. I - a lever 36 is mounted on the axis 35, in such a way that it does not get in the way of the rotating pins 27 and 31 in its rest position. When the lever 36 JE but by a small amount to the right or out to the left, it inhibits the movement of the orbiting pins = 7 or 31. The lever 36 is moved in the illustrated device by two electromagnets 40 and 41 to the right or the left, The magnets 40 and 41 ″ - earthed by suitable contacts, which are shown next to the measuring ″ -erk i, controlled and fed by a battery 42.

Der Vorgang rler selbsttätigen Kompensation ist nun folgender: Ist das Gleichgewicht an den Meßwerken i und 2 gestört, so legt sich der Hebel 43, z. B. an den Kontakt 44, dadurch zieht der Magnet 4o den Hebel 36 so an, (laß sein unteres Ende dem Stift 31 bei seiner Bewegung in den Wer kommt. Stift 31 wird angehalten: infolgedessen bewegt sich das Planetenrad 2o und dreht die Achse ig und den Hebe12i im Uhrzeigersinn. Der Strom im Meß-,verk 2 wächst so lange, bis das Gleichgewicht zwischen den Drehmomenten an 2 und i wiederhergestellt ist, sofort öffnet sich auch der Kontah-t 44, und der Hebet 36 gibt den Stift 31 wieder frei. Dieses Spiel wiederholt sich bei jeder Störung des Gleichgewichtes zwischen den Drehmomenten der Meßwerke i und 2, ganz gleichgültig, ob die Störung groß ist oder klein, und dauert immer nur so lange, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.The process of automatic compensation is now as follows: Actual the equilibrium at the measuring units i and 2 is disturbed, the lever 43, z. B. to the contact 44, thereby the magnet 4o pulls the lever 36 so, (let be lower end of the pin 31 when it moves into the who comes. Pen 31 is paused: As a result, the planetary gear 2o moves and rotates the axis ig and the Hebe12i clockwise. The current in the measuring, Verk 2 grows until equilibrium between the torques at 2 and i is restored, it also opens immediately the contact 44, and the lever 36 releases the pin 31 again. Repeated this game with every disturbance of the equilibrium between the torques of the measuring mechanisms i and 2, regardless of whether the disturbance is large or small, and always lasts only until equilibrium is restored.

Bei dem für die Darstellung in der Abb. i gewählten Ausführungsbeispiel wird der Hebel 36 elektromagnetisch gesteuert, er könnte selbstverständlich auch direkt auf der Achse der Meßweike i und 2 angebracht sein, insbesondere, wenn die Drehmomente für eine direkte Betätigung hinreichend groß sind, In der Abb. 2 ist der um die Achse 35 drehbare Hebel 36 nochmals dargestellt, auch die Achsen 26 und 3o mit ihren rotierenden Stiften 27 und 31 sind dort nochmals eingezeichnet. Der Hebel 36 muß um die Achse 35 frei drehbar gelagert sein und eine gewisse Richtkraft besitzen, die ihn in der dargestellten Lage so hält, daß die beiden Stifte 27 und 31 frei vorbeigehen können. Dies kann entweder durch die Schwerkraft geschehen oder durch geeignete Federn. In beiden Fällen entsteht aber ein schwingungsfähiges System, das (las Spiel der Kornpensationseinr ichtung erheblich stören kann, so daß unter t 'anständen überhaupt keine Ruhe mehr eintritt. Dieser Übelstand wurde durch eine an sich unscheinbare Maßnahme behoben: Die Federn 5o und 51, die dem Hebel 36 die erforderliche Richtkraft erteilen, legen sich in Ruhelage an die Stifte 52 und 53 mit einer geringen Vorspannung an, wodurch eine Eigenschwingung des Hebels 36 in den Federn So und 51 unmöglich gemacht ist.In the embodiment chosen for the illustration in Fig. I, the lever 36 is controlled electromagnetically, it could of course also be mounted directly on the axis of the measuring lines i and 2, especially if the torques are sufficiently large for direct actuation Fig. 2 shows the lever 36 rotatable about the axis 35 again, the axes 26 and 3o with their rotating pins 27 and 31 are also shown there again. The lever 36 must be freely rotatable about the axis 35 and have a certain directional force that holds it in the position shown so that the two pins 27 and 31 can pass freely. This can be done either by gravity or by suitable springs. In both cases, however, a system capable of oscillating arises which (can considerably disturb the play of the compensation device, so that there is no rest at all under t 'circumstances give the lever 36 the required straightening force, apply in the rest position to the pins 52 and 53 with a slight bias, whereby a natural oscillation of the lever 36 in the springs So and 51 is made impossible.

Abb. 3 stellt eine weitere Ausbildungsmöglichkeit dar. Es sind hier wieder die Achsen 26 und 30 von der Abb. i eingezeichnet mit den umlaufenden Stiften 27 und 31. Die Henmung dieser Stifte geschieht durch Winkelhebel 6o und 61, die um die Achsen 62 und 63 drehbar gelagert sind. Der Zeiger des Kompensationsmeßgeräts ist durch das Rechteck 64 dargestellt. Die Darstellung bedeutet einen Schnitt durch den /Zeiger in einer zur Drehachse parallelen Ebene. über dem Zeiger 64 ist schematisch ein Fallbügel 65 gezeichnet, der periodisch durch einen geeigneten Mechanismus auf den Zeiger 64 je nach seiner Stellung auf den unteren Winkel des Hebels 6o und 61 drückt. Hierdurch kommen diese Hebel in den Weg der umlaufenden Stifte 27 und 31 und bringen mit demselben Mechanismus, wie in Abb. i dargestellt, eine Kompensation der Meßgröße zustande, wobei dann schließlich bei erreichter Kompensation der Zeiger 64 auf den Zwischenraum zwischen den Hebeln 6o und 61 zu stehen kommt, so (laß beim 'Niedergehen des Fallbügels die beiden Hebel nicht mehr in Tätigkeit treten.Fig. 3 shows a further training option. The axes 26 and 30 from Fig are rotatably mounted. The pointer of the compensation measuring device is represented by the rectangle 64. The representation means a section through the / pointer in a plane parallel to the axis of rotation. A drop bracket 65 is schematically drawn above the pointer 64, which periodically presses the pointer 64 depending on its position on the lower angle of the lever 6o and 61 by a suitable mechanism. As a result, these levers get in the way of the rotating pins 27 and 31 and bring about a compensation of the measured variable with the same mechanism as shown in Fig comes to a standstill, so (do not let the two levers come into action when the drop bar goes down.

Bei einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit des Fallbügels 65 wird die Dauer des Niederdrückens der Winkelhebel 6o und 61 unter Vermittlung des Zeigers 64 um so länger sein, je mehr der Zeiger 64 aus seiner Mittelstellung herausgekommen ist. Dies ist insofern von erheblichem Vorteil, als sich dadurch die Größe des Kompensationsschrittes der Größe der Abweichung des Meßwertes selbsttätig anpassen läßt.At a certain speed of movement of the drop bracket 65 the duration of the depression of the angle levers 6o and 61 with the intermediary of the pointer 64 the longer the more the pointer 64 has moved out of its central position is. This is of considerable advantage in that it increases the size of the compensation step the Can adjust the size of the deviation of the measured value automatically.

Diese Abhängigkeit der Dauer des Niederdrückens der Winkelhebel 6o und 61 voll der Abweichung des Zeigers 64. aus seiner Mittelstellung kommt folgendermaßen zustande: Steht der Zeiger 64 weiter nach außen, so schlagen die- Winkelhebel 6ro bzw. 61 weiter aus. Ihr Ausschlagswinkel ist also größer als bei angenäherter Mittelstellung des Zeigers 6q.. Wenn aber die Winkelhebel 6o und 61 einen größeren Winkelausschlag gehabt haben, so brauchen sie bei gleichbleibender Geschwindigkeit auch eine längere Zeit; um wieder in ihre Ruhelage zu kommen. Hierdurch wird der Kompensationsschritt der Größe der Abweichung der Meßgeräte selbsttätig angepaßt.This dependence on the duration of the depression of the angle lever 6o and 61 full of the deviation of the pointer 64. from its central position comes as follows comes about: If the pointer 64 is further outwards, the angle levers 6ro strike or 61 further out. Your deflection angle is therefore larger than in the case of an approximate center position of the pointer 6q .. But if the angle levers 6o and 61 have a larger angular deflection have had, they need a longer one if the speed remains the same Time; to get back to their resting position. This becomes the compensation step automatically adapted to the size of the deviation of the measuring devices.

Die Winkelhebel 6o und 61 werden durch in der Zeichnung nicht dargestellte Kräfte gegen entsprechende Anschläge in ihre -Nullage mit gleichbleibender Geschwindigkeit zurückgezogen. Hieran werden sie durch die schwachen Kräfte der Stifte 27 und 31 nicht behindert; dagegen behindern die Hebel 6o und 61 die Drehung dieser Stifte 27 bzw. 31, wodurch das Differentialgetriebe den Kontaktarm in Bewegung setzt.The angle levers 6o and 61 are not shown in the drawing Forces against corresponding stops in their zero position with constant speed withdrawn. They are attached to this by the weak forces of pins 27 and 31 not disabled; on the other hand, the levers 6o and 61 hinder the rotation of these pins 27 or 31, whereby the differential gear sets the contact arm in motion.

Die Kompensation erfolgt also 1o lange, wie die Hebel 6o und 61 die Stifte 27 und 31 festhalten.The compensation is therefore 1o long as the levers 6o and 61 die Hold pins 27 and 31 in place.

Die in der Abb.3 dargestellte Steuermethode ist besonders wichtig für Instrumente mit schwachen Richtkräften, die nicht ausreichen, um den Steuerhebel 36 (Abb. i) direkt zu bewegen oder die Kontakte 44 und .IS (Abb. i) sicher zu schließen, also z. B. bei Galvanometern zur Messung von Temperaturen u. dgl.The control method shown in Figure 3 is particularly important for instruments with weak directional forces that are insufficient to control the control lever 36 (Fig. I) to move directly or to securely close contacts 44 and .IS (Fig. I), so z. B. in galvanometers for measuring temperatures and the like.

Die Stifte 27 und 31 sind in den schematischen Abbildungen quer durch die Achsen 26 und 30 hindurchgesteckt. Kommt der Hebel 36 diesen Stiften in den Weg. so tritt eine plötzliche Verzögerung ihrer Bewegung ein, d. h. ein heftiger Stoß. Dieser Stoß kann erheblich vermindert werden, welin man die Stifte a7 und 31 aus dünnem, gut federndem Stahldraht herstellt. Der Stoß kann noch weiter vorteilhaft vermindert werden, wenn man die Stifte 27 und 31 in Buchsen befestigt, die: drehbar auf den Achsen 26 und 30 gelagert sind, und wenn man diese Buchsen mit den Achsen etwa durch Schrauben oder Spiralfedern verbindet. Es hat sich auf alle Fälle als vorteilhaft erwiesen, die mechanische Verbindung zwischen den Stiften 27 und 31 einerseits und dem Wechselgetriebe andererseits federnd einzurichten.The pins 27 and 31 are inserted transversely through the axes 26 and 30 in the schematic illustrations. If the lever 36 gets in the way of these pins. so there is a sudden retardation of their movement, that is, a violent shock. This shock can be considerably reduced by making the pins a7 and 31 from thin, well resilient steel wire. The shock can be reduced even more advantageously if the pins 27 and 31 are fastened in sockets which: are rotatably mounted on the axles 26 and 30, and if these sockets are connected to the axles by means of screws or spiral springs, for example. It has proven to be advantageous in any case to set up the mechanical connection between the pins 27 and 31 on the one hand and the change gear on the other hand to be resilient.

Ferner ist es möglich, auf die Achsen 26 und 30 statt der Stifte 27 und 31 runde Scheiben aufzusetzen, an die sich der Hebel 36 j e nach seiner Lage als Bremse anlegt. Diese letztere Methode hat den Vorteil, daß dabei jeglicher Stoß vermieden wird.It is also possible to place round disks on the axles 26 and 30 instead of the pins 27 and 31, on which the lever 36 is applied as a brake, depending on its position. This latter method has the advantage that it avoids any impact.

In der Darstellung nach Abb. i wird durch die Welle ig des Wechselgetriebes der Kontakt: des Potentiometers betätigt. Es ist ohne weiteres möglich, mit dieser Welle auch andere Vorgänge zu betätigen, z. B. durch einen geeigneten Mechanismus die Schreibfeder eines Registrierinstrumentes über dessen Papier zu führen oder den Zeiger einer sehr großen, weithin sichtbaren Anzeigevorrichtung auf einer Skala einzustellen.In the illustration according to Fig. I, the shaft ig of the gearbox the contact: of the potentiometer activated. It is easily possible with this Shaft to operate other operations, e.g. B. by an appropriate mechanism to guide the pen of a recording instrument over its paper or the pointer of a very large, widely visible display device on a scale to adjust.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for automatic compensation of electrical quantities using differential gears, characterized in that the motor drive of the compensation device of the encoder is effected by a double differential gear (change gear) of a type known per se. Device according to claim i, characterized in that the double differential gear according to claim i is controlled by one or more organs (36 or 6o, 61) which brake one or the other of the sun gears for so long if compensation is disturbed until compensation is restored. 3. Device according to claim i and 2, characterized in that the regulated organ, for. B. the sliding contact (22) of a known sliding resistor (23, Fig.i) is actuated by the planet gear (2o) of the second differential gear. d .. Device according to claim i to 3, characterized in that the sun gears of the second differential gear are coupled with rotating pins (27, 31) or disks which are inhibited or braked by a lever (36 or 6o. 61) during the compensation process. 5. Device according to claim i to .I, characterized in that the control member (lever 36, Fig. I) is applied directly to the axis of the compensation measuring mechanism. 6. Device according to claim i to 5, characterized in that the control member (lever 36 or 6o, 61) is indirectly controlled by the intermediary of a drop bracket known per se from the pointer of the compensation unit. 7. Device according to claim i to 6, characterized in that in a controller according to claim 6 the time of holding or braking the sun gears is made dependent on the size of the compensation disturbance by measures known per se in order to accomplish the compensation with one gear. 8. Device according to claim r to 7, characterized in that the inhibition. Or braking of the sun gears (25 and 29, Fig. R) takes place resiliently. G. Device according to Claims r to 8, characterized. characterized in that the control lever between two preloaded springs (5o and 5r, Fig. 2) is held so that no oscillatory system arises. ro. Device according to Claims r to 9, characterized in that, instead of a contact lever (2r), the compensation device guides the pen of a writing measuring device over its paper by means of a suitable mechanism. Adjusts pointer of a very large, widely visible display device on a scale.