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Vorrichtung zur elektrischen Nachlaufsteuerung Die Genauigkeit von
Steuervorrichtungen ist von der Elastizität der dabei verwendeten Übertragungsmittel
abhängig. Am genauesten sind diejenigen mechanischen Steuergeräte, bei denen der
Geber, ein Steuerhebel od. dgl. und der Empfänger starr miteinander verbunden sind.
Solche Geräte können so ausgebildet werden, daß auch bei der kleinsten Verdrehung
sofort das entsprechende Moment am Empfänger zur Verfügung steht. Bei elektrischen
Steuervorrichtungen sind derartige Verhältnisse nicht ohne weiteres zu erreichen,
da am Geber immer erst eine Verdrehung erfolgen muß, ehe die zur entsprechenden
Verdrehung des Empfängers notwendige Steuergröße, z. B. Spannung, Strom, magnetisches
Feld od. dgl., enitsteht. Auch bei Kontaktsteuergeräten, beispielsweise mit Nachlaufschalter,
ist, abgesehen vom Kontaktweg, auch die Rückdrehung des Nachlaufschalters mit einem
Drehwinkelverlust am Empfänger verbunden, soweit sich Kontaktweg und Nachlauf ausgleichen.
Es ist schon eine elektrische Steuereinrichtung bekannt, bei der beim Verstellen
des Steuerhebels aus der Nullage heraus sofort das zur Verdrehung des Empfängers
erforderliche Moment zur Verfügung steht. Das wird erreicht durch eine derartige
Ausbildung des Gebers und des Empfängers und der Geberverstellvorrichtung, daß die
Steuerbewegung durch ein Hebelwerk vergrößert wird und daß kontaktvermittelnde Teile
einander ohne Spiel fassen. Auf diese Weise gelingt es, auch bei elektrischen Steuervorrichtungen,
ähnlich wie bei mechanischen Steuergeräten, die einen starr mit dem Geber verbundenen
Empfänger besitzen, eine sehr genau arbeitende Steuerung zu entwickeln. Um
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eine wenigstens am Anfang des Steuerweges sofor steil ansteigende -Momentenlinie
zu erhalten, kanr dem mit dem Geber verbundenen Steuerhebel -ir beiden Betätigungsrichtungen
-je ein Vorsteuerhebe: zugeordnet sein, welcher relativ -zum Steuerhebel zusammen
mit dem Geber so weit verstellt werden kann, daß bei Einleitung der Verstellbewegung
des Steuerhebels sofort das gewünschte Moment am Empfänger auftrittt.
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Fig. i zeigt schematisch eine derartige, mit Vorsteuerhebel -arbeitende
Einrichtung. Mit i ist der Kommandoapparat der Steuervorrichtung bezeichnet. Dieser
Kommandoapparat ist mit einem Doppelvorsteuerhebel 2, 3 fest verbunden, die den
beidem Betätigungsrichtungen des Kommandoapparates zugeordnet sind. Die beiden Vorsteuerhebel
sind über Federn 4, 5 lose mit dem eigentlichen Steuerhebel 6 verbunden und untereinander
so gekuppelt, daß sie, ohne. den Steuerhebel 6-mitzunehmen, das Kommandogerät i
innerhalb des Ungenauigkeitsbereiches (:2a in Fig. 2) verstellen können. Der Steuerhebel
6 kann z. B. so blockiert sein, daß er sich erst bewegen läßt, -wann der eine oder
der andere Vorsteuerhebel an ihre anliegt. _ In Fig. 2 isst eine Kennlinie dargestellt,'
welche das am Empfänger auftretende Moment M in Ab-
hängigkeit von der Winkelverdrehung
a des Gebers zeigt. Es, sei angenommen, daß zum Steuern des Empfängers beispielsweise
das Moment +_ ME benötigt wird. In der ,Stellung, bei welcher Geber und Empfänger
in Deckung stehen, im folgenden Deckungsstellung genannt zum Unterschied von der
Nullstellung des Steuerbereiches, kann der Kommandoapparat i um den Betrag ± a hin
und her bewegt werden, ohne daß der Steuerhebel 6 mitgenommen wird. Beim Bewegen
dieses Steuerhebels 6 dagegen steht sofort das erforderliche. Moment ± ME zur Verfügung,
`bezogen auf den Steuerhebel ergibt sich somit die in Fig.3 dargestellte Momentenlinie.
An Stelle des Steuerhebels können auch,andere Steuerglieder, z. B: Handräder, nach
allen Seiten bewegliche Steuerknüppel oder ähnliche Vorrichtungen verwendet werden.
Bei der bisher bekannten Steuereinrichtung muß der mit dem Geber fest verbundene
Steuerhebel, also z. B. das Vorsteuerhebelpaar der Fig. i, so lange in der neuen
Geberstellung festgehalten werden, bis auch der Empfänger tatsächlich in der neuen
Stellung angekommen ist, da dieser sonst um den Winkel a zurückbleiben würde. -Die
Erfindung bezieht sich auf eine "Vorrichtung zur elektrischen Nachlaufsteuerurig,
deren Geberverstelllvorrichtung so ausgebildet ist, daß sofort beim Einleiten der
Bewegurig des dem Gebar zugeordneten Steuerhebels aus der Nullage --heraus das für
die Verstellung des Empfängers erforderliche Moment auftritt, und hat den Zweck,
die zuletzt erwähnte Schwierigkeit zu überwinden. Erfindungsgemäß ist dem Geber
für die beiden Betätigungsrichtungen. je ein Kippsystem, vorzugsweise ein elektrischer
Kippkreis; zugeordnet, von denen das eine ein positives, das andere ein negatives
Moment am Empfänger erzeugt. Ein solcher elektrischer Kippkreis kann in an sich
bekannter Weise z. B. aus gleichstromvormagnetisierten D.rossein, Eisendrosseln
mit Kondensatoren oder durch Verwendung von Glimmlampen od. dgl. aufgebaut sein.
In Fig. 4 ist zunächst die Momentenlinie für ein derartiges mit zwei Kippkreisen
arbeitendes System dargestellt In der Deckungsstellung heben die beiden Momente
sich auf. Der Kippkreis; beispielsweise bestehend aus mit einem Kondensator in Reihe
geschalteter Eisendrossel, hat die Eigenschaft, daß bei ansteigender Spannung bei
einem bestimmten Spannungswert der Strom plötzlich auf eine Vielfaches des bisherigen
Wertes ansteigt. Ebenso plötzlich fällt der Strom beim Rückregeln der Spannung an-
einem etwas niedriger liegenden Spannungspunkt wieder auf den niedrigen Wert zurück.
Bei der elektrischen Nachlaufsteuervorrichtung'gemäß -der Erfindung werden nun in
zwei Kippkressen die Spannungen durch den Geber der Steuerung entgegengesetzt geregelt,
wozu- beispielsweise Regeltransformatoren, Spannungsteiler od. dgl. verwendet werden
können:. Dadurch wird der Strom und - mit ihm das Moment in der in - Fig. 4 dargestellten
Weise beeinflußt. Bei einer Verdrehung des Kommandoapparates i -um den Betrag -i-
a tritt plötzlich das volle Momient !WE i zum Anfahren des Empfängers auf. In der
neuen Stellung sinkt das Moment ebenso plötzlich auf einen ganz kleinen Wert, der
von dem durch den anderen Kippkreis erzeugten Moment aufgehoben wird. Es ist dabei
gleichgültig, ob das Moment HE 2, bei dem der Empfänger zum Stillstand kommt,
viel oder wenig von M1 abweicht, da schlagartig das Moment abnimmt.
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Man hat es immer in der H1and, beispielsweise durch Bemessung der
Eisendrosseln und Kondensatoren und der gegebenenfalls zugeordneten Vorwiderstände,
den Abstand zwischen Auf- und Abkippen der verwendeten Kippkreise zu bemessen. Bei
Verwendung eines richtig bemessenen Vorwiderstandes kann man diesen Abstand zu Null
machen, so daß es möglich ist, die besonderen Vorsteuerhebel dann völlig zu sparen.
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Um zu verhüten, daß der Empfänger, welcher bis zur Deckungslage mit
vollem Moment angetrieben wird, über die gewünschte Stellung hinausläuft, empfiehlt
es sich, den Empfänger in irgendeiner geeigneten Weise zu bremsen. Eine solche Abbremsung
könnte z. B. dadurch ermöglicht werden, daß man einen Induktionsstromstoß zum Bremsen
ausnutzt, der in einer im Kippkreis liegenden, über Gleichrichter gespeisten. Spule
erzeugt wird, wenn plötzlich der Hauptstrom ausbleibt.
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Durch entsprechendes Kuppeln des Gebers, mit den Kommandogeräten der
beiden Kippkreise kann man die beiden Punkte; an denen die beiden Kreise abkippen,
auch auseinanderziehen, um dadurch eine zulässige Auslaufmöglichkeit für den Empfänger
zu schaffen. -Fig. 5 zeigt die zugeordnete Momentkennlinie. In dem mit a bezeichneten
Bereich äst hier ein Auslauf des Empfängers möglich. Es kann auch unter Umständen
vorteilhaft sein, wie dies in Fig. 6
angedeutet ist, eine Verschiebung
der Kippunkte in entgegengesetzter Richtung hin vorzunehmen. In dieser Figur ist
mit b der Steuerungsbereich und mit c der Einstellbereich bezeichnet. In diesem
Fahle wird zwangläufig übersteuert, und man kann, wenn man mit verschiedenem Nachlauf
des Empfängers rechnet, erreichen, daß bei zu weitem übersteuern das. Moment des
Gegenkippkreises zurückdreht. Bei manchen Steuerungen, beispielsweise bei nicht
restlos druckausgeglichenen Ventilsteuerungen, ist der Nachlauf meist in beiden
Richtungen nicht gleich groß, so daß in diesem Falle ein Pendeln zu befürchten isst.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung für elektrische Steuerungen
mit elektrischen Kippkreisen sind in den folgenden Figuren dargestellt. In Fig.7
ist mit 6 wieder der Hauptsteuerhebel des Gebers, mit 2 und 3 sind die Vorsteuerhebel
bezeichnet. Durch diese Steuerhebel werden dem Geber zugeordnete Widerstände i i
und 12 verstellt, die normalerweise so eingestellt sind, d!aß die ihnen zugeordneten
Kippdrosseln 13, 14 eben noch nicht auf hohen Strom gekippt sind. Beim Verstellen
des Gebers in .irgendeiner der beiden Richtungen ,verden die Widerstände i i und
12 entgegengesetzt verändert, so daß z. B. die Spannung am Widerstand i i und am
Widerstand 15 des Empfängers größer und die Spannung am Widerstand 12 und am Widerstand
16 des Empfängers kleiner wird. Durch diese Veränderung wird bei der Kippdrossel
13 der Kippunkt überschritten, während sich der Spannungspunkt bei der Drossel 14
vom Kippunkt entfernt. Die Drossel 13 läßt also Strom aus dem Netz 17, 18, i9, 2o
durch, wodurch der Verstellmotor 21 des Empfängers für die entsprechende Drehrichtung
eingeschaltet wird. Mit 22 ist der Verstellmottr für die andere Drehrichtung bezeichnet.
Der Empfängermotor 21 läuft nun also so lange, biss über die Rückführung 23 die
Spannung am Widerstand 15 so erniedrigt ist, daß der Spannungspunkt erreicht wird,
bei welchem die Drossel 13 zurücktritt. Bei diesem Vorgang wird gleichzeitig der
Widerstand 16 so geregelt, daß die Drossel 14 wieder kurz vor dem Kippunkt liegt.
Ein Auslegen des Geberhebels in der anderen Richtung bewirkt das Einschalten der
Drossel 14, wodurch der Motor 22 nunmehr den Empfänger in der anderen Drehrichtung
verstellt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Fig.7 ist ein Doppelmotor für den
Empfänger dargestellt. An Stelle einer solchen Anordnung kann natürlich auch jeder
Motor verwendet werden, dessen Drehrichtung durch Umschalten geändert wird. Es kann
also beispielsweise an Stelle des Doppelmotors ein einfacher Motor mit doppelter
Wicklung, ein Kondens:atormotor oder ein Leonardlantrieb verwendet werden.
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In Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei welchem Regeltransformator auf der Geber- und Empfängerseite und aus Eisendrosseln
und Kondensatoren bestehende Kippkreise verwendet werden: Diese Anordnung ist deshalb
besonders vorteilhaft, weil man bei ihr ganz ohne Kontakte arbeiten kann. Auch die
in Fig.8 als Schleifring dargestellten Verbindungen an den Regeltransformatoren
können durch flexible Leitungen ersetzt werden;, da die Regeltransformatoren keine
vollen Umdrehungen ausführen. Mit 31, 32 sind die Regeltransformatoren auf der Geberseite,
mit 33, 34 diejenigen auf der Empfängerseite bezeichnet. Im Sekundärstromkreis der
Regeltransfonmatorcen liegen die Kippkreise 35 und 36, die je aus einem Kondensator,
einer Eisendrossel und einem Widerstand bestehen und auch innerhalb der Sekundärwicklung
vom Drehtransformator untergebracht werden könnten. Mit 37 ist der Empfängermotor,
mit 38 die Rückführung bezeichnet. Die Spannungsänderung bzw. der Ausgleich bei
der Rückführung erfolgt ähnlich wie im Falle des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels,
wobei hier die Kippkreise 35, 36 an die Stelle der Kippdrosseln 13 und 14 treten.
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Um eine gleichmäßige Verstellung über den ganzen Regelbereich zu bekommen,
ist es erwünscht, daß der Spannungsanstieg der Regeltransformato.-ren in dem verwendeten
Bereich möglichst gera;d@l,i,nig verläuft. Bei den in Fig. 8 dargestellten Drehtransformatoren
läßt sich diese über einen Widerstand geschlossene, quer zur Erregerwicklung liegende
Wicklung erreichen, deren Strom die Rückwirkung vom Sekundärkreis aufhebt. In Fig.
9 ist die Spannung U in Abhängigkeit von der Verdrehung aufgezeichnet, und zwar
zeigt die mit A bezeichnete Kurve den Spannungsverlauf bei offener Querwicklung
bzw. bei einer Anordnung ohne Querwicklung. Die mit B bezeichnete Kurve zeigt den
Spannungsverlauf bei kurzgeschlossener Querwicklung, und die mit C bezeichnete Kurve
zeigt schließlich den Spannungsverlauf bei durch einen Widerstand richtig belasteter
Querwicklung. Man erkennst, daß bei der Kurve C in einem sehr großen Verstellbereich
ein praktisch sehr geradliniger Spannungsabstieg vorhanden ist. Um auch bei Nichtstromentnahme
richtige Spannung zu bekommen, sind die Regeltransformatoren eventuell durch parallel
zu den Schleifringen liegende Widerstände vorzubelasten. Der gewünschte geradlinige
Spannungsanstieg kann aber auch durch Formgebung der Eisenteile des Drehtransformators
erreicht werden.
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Bei der in Fig.8 dargestellten Schaltung muß die ganze Leistung für
den Verstellmotor 37 durch die Drehtransformatoren gehen. Das in Fig. io dargestellte
Ausführungsbeispiel zeigt eine Schaltmöglichkeit, bei welcher man mit kleineren
Maschinen und geringeren Steuerkräften auskommt, dadurch, daß die Dreh:trans,formatoren
41, 42, 43, 44 nur als Steuerglieder verwendet werden. Der von den Drehtransformatoren
gelieferte Strom wird hier in Gleichrichtern 45 bzw. 46 gleichgerichtet und der
gleichgerichtete Strom nunmehr zum Schalten der Kippdrosseln 47, 48 verwendet. Mit
49 ist hier der Empfängermotor bezeichnet.
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Fig. i i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem
ähnlich wie in Fig. 8 Kippkreise 35, 36 in den Sekundärstromkreis der Drehtransformatoren
31,
32, 33, 34 gelegt sind. Der Sekundärstrom der Drehtransformatoren wird hier wieder
durch die Gleichrichtung 45, 46 gleichgerichtet und den Kippdrosseln 47, 48 zugeführt,
die zum Schalten des Empfängermotors 49 dienen. Bei dieser Schaltung isst der Stromverbrauch
der Drehtransformatoren bei der Deckungsstellung kleiner, so daß noch kleinere Steuermaschinen
verwendet werden können. Hier dienen die Kippdrosseln 47, 48 nur zum sicheren Zu-
und Abschalten des Verstellmotorss49. Die Schaltung gemäß Fig. ii hat auch noch
den Vorteil, daß man das Steuernetz 5 i, 52 vom Arbeitsnetz 53, 54 Fennen kann,
so daß man nur das Steuernetz 'selbst zu regeln braucht, um die für das richtige
Arbeiten der Kippkreise erforderliche Konstanz von Spannung und Frequenz zu erzielen.
Zur Regelung des Steuernetzes könnte dabei beispielsweise eine an sich bekannte
magnetische Spannungskonstanthaltevorrichtung dienen.
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Man: kann die Drehtransformatoren ganz -sparen, wenn man statt der
Kippkreise mit festem Kipppunkt und veränderlicher Spannung regelbare Kippkreise
bei fester Spannung verwendet. Hierfür zeigt Fig. 12 einAtt.srführungsbeispnel der
Erfmdung. Auf der Geber- und Empfängerseite sind hier regelbare Drosseln 6r, 62,
63, 64 verwendet. Es könnten natürlich auch die Kondensatoren oder die Vorwiderstände
regelbar gemacht werden. Zu den Kippkreisen gehören ferner noch die Kondensatoren
65 und 66 und. -die Vorwiderstände 67, 68. Durch die Gleichrichter 45, 46 wird der
in den Kippkreisen fließende Strom gleichgerichtet und den Kippdros sein 47, 48
. zugeführt, die ihrerseits wieder den Empfängermotor 49 sehalten. Auch bei dieser
Steuerung empfiehlt es, sich, durch Formgebung der Kerne in den regelbaren Drosseln
ein abhängig von der Verdrehung geradliniges Verschieben des Kippens anzustreben.
An Stelle der aus Drosseln und Kondensatoren bestehenden Kippkreise können auch
Kippkreise verwendet werden, die aus einer Glimmlampe mit einem regelbaren Vorwiders.tand
bestehen. -Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die
Verwendung des eingangs beschriebenen besonderen Vorsteuerhebels 6, 2, 3. Man kann
auch noch eine Anordnung verwenden, bei der die besonderen Vorsteuerhebel nicht
erforderlich sind. Die Kippkreise, welche aus den Kondensatoren. 65, 66, den Widerständen
67, 68 und den regelbaren Eisendrosseln 61, 62 bzw. 63, 64 bestehen, müssen so eingestellt
werden, daß das Auf-und Abkippen bei der gleichen Spannung bzw. bei der gleichen
Einstellung der Drosseln erfolgt. In Fig. 13 a ist abhängig von, der Einstellung
des Kippkreises, L -I- C der Erregerstrom der Schaltdrosseln 47 bzw. 48 dargestellt,
während Fig. 13 b den durch die Schalter 47 bzw. 48 fließendem Strom TD in Abhängigkeit
von dem genannten Erregerstrom TER zeigt. Der Stromunterschied d kann klein sein;
es ist nur erforderlich, daß er den Unterschied der beiden Kippunkte des zweiten
durch die Kippdrosseln 47 bzw. 48 gegebenen Kippkreises umfaßt. Um die Kondensatoren
besser regeln zu können, empfiehlt es sich, für den Stromkreis Hochfrequenz zu verwenden,
da sich hierdurch handlichere Geräte ergeben.
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Das Ansteigen des Stromes TD nach dem Kippen ist vorteilhaft. Man
legt den oberen Kippunkt des zweiten Kippkreises so, daß der Strom gerade zum Betätigen
der Steuerung ausreicht, daß aber beim weiteren Verstellen sich noch ein größeres
Moment ergibt und die Verstellung entsprechend schneller erfolgt.
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Um die Steuerung gegen überlastung zu schützen, kann man an Stelle
der Widerstände 67, 68 stromabhängige Widerstände; beispielsweise Glühlampen, verwenden.
Man kann dann die in Fig. 14 dargestellte ideale Momentenlinie erreichen. Diese
Momentenlinie zeigt den Strom bzw. das Moment in Abhängigkeit von der Verdrehung.
Es ergibt sich ein Bereich D zum Anlaufen bzw. langsamen Auslaufen und ein Bereich
E für schnelle Verstellung.