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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Synchronisierung zweier Impulsfolgen
mittels Momentkontakte Es ist eine Anordnung zur selbsttätigen Synchronisierung
vorgeschlagen, die mit über einen größeren Drehweg andauernden Schaltungen arbeitet.
Wo die Anwendung von Dauerkontakten nicht möglich ist, sei es mit Rücksicht auf
die Schaltarbeit oder auf die Konstruktion, läßt sich die gleiche Wirkung mit der
nachbeschriebenen Anordnung erreichen, bei der durch Momentschalter kurzzeitige
Impulse erzeugt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen
Herstellung und Aufrechterhaltung gleicher Frequenz zweier Impulsfolgen und besteht
darin, daß durch jeden elektrischen Impuls der Steuerseite über eine elektrisch
wirkende Einrichtung die zu regelnde Impulsfrequenz beschleunigt oder verzögert
wird, und zwar so lange, bis durch den Impuls der gesteuerten Seite über eine elektrisch
betätigte Einrichtung die zu regelnde Impulsfrequenz wieder verzögert oder beschleunigt
wird mit der Wirkung, daß die Impulsfrequenz im Mittel gerade so viel beschleunigt
oder verzögert wird, daß sie mit der Steuerimpulsfrequenz übereinstimmt, und daß
der zeitliche Abstand jedes steuernden Impulses vom gesteuerten Impuls die Dauer
des Regelimpulses maßgebend beeinflußt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Anordnung so getroffen,
daß eine gesteuerte Achse, deren Drehgeschwindigkeit mit der Drehgeschwindigkeit
einer Steuerachse in Übereinstimmung gebracht und gehalten `-erden soll, eine beschleunigende
und/oder eine verzögernde Regeleinrichtung, deren Wirkungen durch die zeitlichen
Mittelwerte ihrer Regelströme bestimmt werden, besitzt, daß von der Steuerachse
und von der gesteuerten Achse während des Durchlaufens eines für beide Achsen gleichen
Drehweges vermittels geeigneter
Kontakteinrichtungen ein kurzzeitiger
Impuls gegeben wird und daß bei voreilender Steuerachse durch den von ihr gegebenen
Impuls über eine Relaiskombination die Beschleunigungseinrichtung für die gesteuerte
Achse bis zum Eintreffen des Impulses der gesteuerten Achse eingeschaltet wird und/oder
bei nacheilender Steuerachse durch den voreilenden Impuls der gesteuertenAchse über
eine Relaiskombination die Verzögerungseinrichtung für die gesteuerte Achse bis
zum Eintreffen des Impulses der Steuerachse eingeschaltet wird mit der Wirkung,
daß der zeitliche Abstand der beiden Impuil.s;e ständig auf einem Mindestmaß gehalten
und damiit :der Synchronis:rnws beider Achsen aufmechterhalten wird.
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Der Impuls kann durch alle an sich bekannten Mittel bewirkt werden,
so z. B. durch Schaltnocken, durch mechanisch, magnetisch oder elektromagnetisch
betätigte Impulsgeber oder auch, wo es auf besonders geringe Betätigungsleistungen
ankommt, durch fotoelektrisch gesteuerte Schalter oder gittergesteuerte Gas- oder
Dampfentladungsstrecken. Je größer die Impulszahl pro Umdrehung ist, um so gleichmäßiger
wird der Lauf der gesteuerten Achse und um so geringer die bei Belastungsänderung
auftretende gegenseitige Verstellung der beiden Achsen.
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Der Impuls, der die Relaiskombination anregt, kann ein kurzer Stromstoß
oder auch eine kurzzeitige Unterbrechung oder Schwächung eines Ruhestromes sein.
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Fig. i und 2 zeigen je eine beispielsweise Ausführung der Relaiskombination.
Nach Fig. i befirnden eich an der gedadhren der Mo@m,entsdh.alter sk tund an der
nicht @dargestellten gesteuerten Achse, der Arbeitsachse, der Momentschalter ak.
Bei voreilender Steuerachse schließt der Schalter sk den Stromkreis über das Relais
S, das über Kontakt s1 und über den Ruhekontakt a2 sich selbst lhätt und über Kontakt
s3 im Regelkreis die B@eschleunigungsiei.nrichtung R + für die Arbeitsachse einschaltet,
so lange, bis .duirch,cliiie nachfolgende Kontaktgabe des Schalters ak das Relais
A kurz zum Ansprechen und durch Öffnen von a2 das Relaiis S zum Abfallen gebracht
wird:. Hierdurch öffnet wieder Kontakt s3, und die Beschleunigung der Arbeitsachse
ist für diese Schaltperiode unterbrochen. Die Beschleunigung dauert also desto länger,
je größer der zeitliche Abstand des Stenerachsenimpulses vom Arbeitsachsenimpuls
ist.
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Der Vorgang ist entsprechend, wenn der Impuls der Arbeitsachse voreilt.
In diesem Fall wird @diie Verzögerungseinrichtung R- beim Eintreffen des Arbeitsachsenimpulses
so lange eingeschaltet, bis der nacheilende Stenerachsenimpuls die Verzögerung abbricht.
Es entsteht also die Wirkung, daß der Ein- und Ausimpuls sich ständig näherzukommen
suchen mit dem Bestreben, ganz zusammenzufallen. Damit ergibt sich aber, daß die
beiden Achsen synchron umlaufen.
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Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten dieser Relaisanordnung
nach Fig. i ist, daß die Achsenimpulse kürzer sind als die Ansprechzeiten der Relais
S und A. Wo dies nicht der Fall ist, ergibtdie beispielsweise Anordnung nach Fig.
2 eine Lösung.
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Durch voreilenden Impulskontakt sk wird das Relais S über den Ruhekontakt
a2 des Relais A erregt und hält sich über seinen Kontakt st und h gebunden. Der
Umschaltkontakt s2 bereitet das Relais H vor, und der Kontakt s3 im Regelkreis schaltet
die Beschleunigungseinrichtung R + ein. Erfolgt darauf der Arbeitsachsenimpuls über
alz, so werden das vorbereiteteRelaisH zum-Ansprechen und durch Öffnen des Kontaktes
h das Relais S zum Abfallen gebracht und damit die Beschleunigung der Arbeitsachse
unterbrochen. Bei voreilender Arbeitsachse spielt sich der Vorgang spiegelbildlich
ab; statt der Beschleunigungseinrichtung R+ wird' die Verzögerungsei@nrichaungR-für
die Dauer des zeitlichen Impulsabstandes eingeschaltet. Auch bei dieser Relaiskombination
ist die Wirkung wieder die, daß die Impulse zeitlich zusammenzufallen streben und
dadurch der Synchronismus der beiden Achsen aufrechterhalten wird.
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Die im Regelkreis liegenden Regelorgane R + und R- sind vorzugsweise
elektrische, auf die Arbeitsachse wirkende Beschleunigungs- und Verzögerungseinrichtungen,
wie z. B. Trieb- bzw. Bremswicklungen oder besondereZusatzwicklungen mit beschleunigender
oder verzögernder Wirkung: Wie im Steuerkreis kann auch im Regelkreis mit Arbeits-
oder Ruhestrom gearbeitet werden. Parallel zu dem Schaltern a3 und s3 geschaltete
Impetdan@zen d, die obmisdh, induktiv oder kap.azitiv sein können, begrenzen das
für die Regelung verfügbare Spannungsgefälle und damit die Wirkung der Steuerung.
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Um die Regelleistung auf ein Mindestmaß einzuschränken, ist es angebracht,
die Arbeitsachse durch bekannte Mittel so vorzuregulieren, daß ihre Drehgeschwindigkeit
bei jeder Belastung nur wenig von der Drehgeschwindigkeit der Steuerachse abweicht.
, Wird der Arbeitsachse bei voller Ausregelung eine in jedem Fall voreilende bzw.
nacheilende Tendenz gegenüber der Steuerachse erteilt, so läßt sich die Relaiskombination
nach Fig. i und 2 zü der in Fig. 3 dargestellten Kombination vereinfachen. Entsprechend
der einseitigen Tendenz der Arbeitsachse und dem hieraus folgenden Erfordernis einer
nur einseitigen Steuerung ist im Regelkreis nur ein Regelorgan für Beschleunigung
oder Verzögerung 'notwendig.
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Die Anordnung läßt sich mit Vorteil bei der Eichung elektrischer Zähler
anwenden. Der Eichzähler, der mit Rücksicht auf seine Meßgenauigkeit möglichst wenig
mechanisch belastet werden darf, treibt die Steuerachse an und erzeugt beispielsweise
auf fotoelektrischem Wege den Steuerimpuls. Ein regelbarer Motor, vorzugsweise ein
mit dem Eichzähler in Serie geschalteter zweiter Zähler, der Arbeitszähler A, treibt
eine Achse, die Arbeitsachse, deren Drehzahl mit derjenigen der Steuerachse des
Eichzählers zwangläufig in übereinstimmung
gehalten wird, und die
Fehlerermittlungseinrichtung an.
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Hierdurch wird eine Arbeitsteilung zugunsten der Meßgenauigkeit bewirkt,
indem der Eichzähler nur noch mißt und ein zweiter Motor die Arbeit des Antriebes
der Fehlerermittlung übernimmt. Die dadurch erzielte Entlastung des Eichzählers
erhöht dessen Meßgenauigkeit.
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Beim Glieichlastverfahren., bei dem der Eichzähler für alle- Zählergrößen
und für die meisten Belastungsfälle gleiche Drehzahl hat, braucht der Arbeitszähler
nicht mit dem Steuerzähler in Serie geschaltet zu werden, sondern kann an eine feste
Spannung angeschlossen werden; die durch die Inkonstanz der Spannung verursachten
Drehzahländerungen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung mit ausgeregelt.
Bei größeren Drehzahlsprüngen des Gleichlasteichzählers, wie sie etwa bei Belastungen
mit größerer Phasenverschiebung auftreten und bei denen die Regelung des Arbeitszählers
nicht mehr nachfolgen kann, braucht der Arbeitszähler nur auf eine dem Drehzahlsprung
entsprechende andere Spannungsstufe umgeschaltet zu werden, um wieder grob an den
Eichzähler angepaßt zu sein.
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Die Anordnung läßt sich auch beispielsweise zur Synchronisierung beliebig
vieler Nebenuhren mit einer Mutteruhr verwenden.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Regelung von elektrischem
Strom, Spannung oder Leistung oder anderen Zuständen. Von den Zuständen sind Bewegungen
und über diese wieder Impulse abzuleiten, deren Frequenz stetige Funktionen der
Zustandsgrößen sind. So kann von der elektrischen Stromstärke, Spannung und Leistung,
z. B. mit Hilfe des elektrischen Zählers, eine Impulsfolge abgeleitet und mittels
der erfindungsgemäßen Anordnung die gegenseitige Steuerung und Regelung in beliebiger
Kombination durchgeführt werden. Durch Wahl einer hohen Impulszahl je Zeiteinheit
kann die Regelgeschwindigkeit beliebig gesteigert werden.
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Die beschriebenen Anwendungen sind nur Einzelbeispiele aus der Reihe
vieler anderer Möglichkeiten.
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Die Anordnung selbst beruht im Prinzip darauf, daß der Impulstakt
auf der gesteuerten Seite an den Impulstakt auf der steuernden Seite gebunden wird
und daß dadurch die Bewegungen oder Vorgänge, von denen die Schaltvorgänge abgeleitet
sind, ebenfalls zwangläufig aneinandergekoppelt werden.
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Die Anwendbarkeit der Anordnung beschränkt sich also nicht auf reine
Drehbewegungen, sondern kann ganz allgemein zur Steuerung der Ablaufgeschwindigkeit
von beliebigen Bewegungen und rhythmisch wiederkehrenden Vorgängen in Abhängigkeit
von einer gleichen oder andersartigen Bewegung bzw. einem gleichen oder andersartigen
Vorgang benutzt werden.
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Zu diesem Zweck sind lediglich auf an sich bekannte Wed.se, z. B.
.durch Marken oder Kontakte auf ablaufenden Film- oder Papierstreifen, durch rhythmisch
fallende Tropfen usw., von den steuernden und gesteuerten Bewegungen und Vorgängen
Stromimpulse abzuleiten und bewerkstelligen zu lassen.
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Auf diese Weise lassen sich beliebige Bewegungen und rhythmisch wiederkehrende
Vorgänge in beliebiger Kombination gegenseitig steuern; z. B. kann eine Drehbewegung
einen wiederkehrenden Vorgang, eine geradlinige Bewegung eine Drehbewegung, ein
rhythmisch wiederkehrender Vorgang eine Bewegung steuern usf., und umgekehrt. Die
oben beschriebene Synchronisierung von zwei Drehbewegungen ist also nur ein Spezialfall
aus der Reihe aller möglichen Kombinationen.
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Die Ablaufgeschwindigkeiten der steuernden und gesteuerten Bewegungen
bzw. Vorgänge brauchen nicht gleich zu sein. Da die Impulszahl pro Zeiteinheit auf
der steuernden und gesteuerten Seite gleich sein muß, können die Ablaufgeschwindigkeiten
der isie bewirkenden Bewegungen oder Vorgänge im Verhältnis der den einzelnen Impulsen
zugeordneten Weglängen verschieden sein.
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Eine weitere Einrichtung zur Durchführung der Schaltungsanordnung
ist in Fig. 4. dargestellt. Hierbei wird ein Umschaltrelais benutzt, das sich bis
zum Eintreffen des Gegenimpulses in seiner Schaltstellung mechanisch gebunden hält.
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Der Umschalter bewirkt eine beschleunigende und verzögernde Regelung
oder :eine -einsseitige, der der gesteuerten Bewegung eingeprägten Tendenz entgegenwirkende
Regelung.