DE1111720B - Anordnung zur Regelung elektromagnetisch erregter Zweimassenschwingsysteme - Google Patents

Description

• Anordnung zur Regelung elektromagnetisch erregter Zweimassenschwingsysteme Elektromagnetisch erregte Schwingantriebe bestehen im wesentlichen aus einem Elektromagneten und einem Anker, die über Federn miteinander gekoppelt sind. Wird der Elektromagnet oder der Anker mit der Nutzmasse z. B. eines Förder- oder Rüttelgerätes verbunden, so entsteht ein Zweimassenschwingsystem, bestehend aus Arbeits- und Freimasse. In vielen Fällen wird eine Einstellmöglichkeit des Abstandes zwischen den Endlagen einer Masse, d. h. der Schwingbreite, gewünscht. Das kann betriebsmäßig durch Ändern des dem Schwingantrieb zugeführten Stromes oder der zugeführten Spannung mittels vorgeschalteter Transformatoren, Drosseln oder Widerstände erfolgen.
• Die Schwingbreite hängt aber nicht nur von diesen Größen ab. Weitere störende Einflüsse, wie Temperaturschwankungen, Frequenzänderungen und vor - allem Änderungen der Belastung des Schwingantriebes durch Schüttgüter, bedingen eine Anderung der Schwingbreite und damit z. 3. bei Förderantrieben eine Anderung der Förderleistung.
• Diese störenden Einflüsse beeinträchtigen empfindlich die Genauigkeit und die Betriebssicherheit des Schwingantriebes. Sie können dadurch beseitigt werden, daß dem Schwingantrieb vorgeschaltete magnetische Verstärker erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Differenz zwischen größtem und kleinstem Massenabstand selbsttätig geregelt wird. Diese Differenz, die sogenannte relative Schwingbreite, kann elektrisch mittels an sich bekannter Verfahren unter Verwendung induktiver oder ohmscher Geber, die zwischen Magnet und Anker eingebaut sind, gemessen werden. Der Meßwert, in Form eines Stromes oder einer Spannung, wird im vorgeschalteten magntischen Verstärker, der zwei entgegengesetzt wirkende Steuerwicklungen besitzt, mit einer konstanten Spannung oder einem konstanten Strom verglichen, derart, daß bei positiver oder negativer Abweichung der relativen Schwingbreite vom Sollwert der magnetische Verstärker weniger oder mehr ausgesteuert wird und dadurch die relative Schwingbreite wieder auf den Sollwert gebracht wird. An Stelle einer konstanten Vergleichsspannung oder eines konstantenVergleichsstromes können die induktiven oder ohmschen Geber auch in einem oder zwei gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung liegen, wobei bei Abweichung des Istwertes der Schwingbreite vom Sollwert, der in den übrigen Brückenzweigen eingestellt wird, eine positive oder negative Spannung in der Brückendiagonale auftritt, die dann den magnetischen Verstärker aussteuert.
• Die zuverlässige Regelung der Schwingbreite mit Hilfe eines elektrischen Gebers und eines Soll-Ist-Wertvergleichs in einem Magnetverstärker gestattet eine optimaleAuslegung des Schwingantriebes, da der bisher erforderliche Sicherheitszuschlag für die Schwingbreite nunmehr entfallen kann. Dadurch wird unter allen Umständen mit Sicherheit ein Zusammenschlagen der schwingenden Teile vermieden und außerdem die Schwingleistung unabhängig von Schwankungen des elektrischen Speisenetzes stets konstant gehalten. Dies hat zur Folge, daß das Leistungsgewicht des Schwingmotors erheblich herabgesetzt werden kann, wodurch sich eine optimale Materialausnutzung für den Schwingantrieb ergibt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Schwingantriebes. Die beweglich angeordnete Masse trägt Magnetkerne 2 mit Erregerwicklungen 3. Der Magnetanker 4 ist an dem zur Aufnahme der Nutzmasse bestimmten flansch 5 befestigt. Die Arbeitsfedern 6 ermöglichen ein federndes Gegeneinanderschwingen der Teile 1 und 5 und dienen auch zur Rückführung der sich relativ zueinander bewegenden Teile 2 und 4 in ihre Ruhelage. Zur Messung der von verschiedenen Betriebsgrößen, z. B. Erregerspannung und Nutzmasse, abhängigen Schwingbreite, werden beispielsweise induktive Geber 7 a und 7b verwendet, deren schematischer Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Kern 8 trägt eine mit Wechselstrom gespeiste Wicklung 9.
• Der magnetische Rückschluß des Kernes wird durch den magnetisch weichen Anker 10 gebildet, der beispielsweise am Teil 1 befestigt ist. Verbindet man die TeileS und 8 fest miteinander, so werden also die Schwingungen des Schwingantriebes auf den Kern 8 und auf den Anker 10 übertragen. Der mit der Schwingfrequenz des Antriebs sich ändernde Luftspalt zwischen den Teilen 8 und 10 ergibt bei gleichbleibender Schwingbreite einen konstanten Mittelwert, so daß demzufolge auch die Wicklung 9 einen konstanten Wechselstromwiderstand darstellt. Ändert sich die Schwingbreite, so ändert sich damit auch der Wechselstromwiderstand der Wicklung 9, der mit Hilfe einer Vergleichsschaltung gemessen und dessen Abweichung vom Sollwert einem die Spannung des Schwingantriebs regelnden Magnetverstärker mitgeteilt werden kann.
• Die Schaltung einer solchen Schwingbreitenregelung zeigt Fig. 3. Die beiden induktiven Geber 7 a, 7 b befinden sich in einer Brückenschaltung mit zwei (induktiven oder ohmschen) Vergleichswiderständen 11 a und 11 b, die zur Veränderung des Sollwertes einstellbar sind. Ändert sich nun die Schwingbreite des Schwingantriebs, so ändert sich damit auch der Widerstand der Geber und 7 b. Die somit entstehende Brückendiagonalspannung wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe der Schaltanordnung 12 phasenempfindlich gleichgerichtet und der Steuerwicklung 13 eines magnetischen Verstärkers 14 zugeführt. Der Arbeitspunkt dieses in Selbstsättigungsschaltung betriebenen magnetischen Verstärkers 14 wird mit Hilfe einer weiteren Gleichstromsteuerwicklung 15 eingestellt. Letztere wird von der Netzspannung über einen Widerstand 16 und einen Gleichrichter 17 gespeist.
• Die Kennlinie eines solchen magnetischen Verstärkers ist in Fig. 4 aufgetragen. Sie zeigt die Abhängigkeit des Ausgangsstromes 1 a in Abhängigkeit vom Steuerstrom iSt. Der beispielsweise gewählte Arbeitspunkt ist mit A bezeichnet.
• Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 3 ist folgende: Ändert sich die Schwingbreite des Antriebs, so ändert sich damit der Widerstand der Geber 7 a und 7 b, so daß die Brücke nicht mehr abgeglichen ist. Die auftretende Brückendiagonaispannung wird phasenempfindlich gleichgerichtet, so daß die Richtung der der Steuerwicklung 13 zugeführten Gleichspannung von der Phasenlage der Diagonalspannung gegenüber der speisenden Netzspannung abhängig ist. Die Steuerwicklung 13 muß nun so geschaltet sein, daß sie bei Vergrößerung der Schwingbreite die von der Steuerwicklung 15 und von ihr selbst herrührende resultierende negative Durchflutung vergrößert. Damit wird gemäß Fig. 4 der Ausgangsstrom 1a herabgesetzt, und die Erregerwicklung des Schwingantriebs 18 erhält somit eine geringere Spannung. Die Spannungsherabsetzung an der Erregerwicklung 18 ist erst dann beendet, wenn die Brücke wieder abgeglichen ist, d. h., wenn die Schwingbreite wieder ihre Sollgröße erreicht hat. Die Regelung erfolgt in derselben Weise beiVerkleinerung der Schwingbreite. Hierbei ändert der Steuerstrom in der Steuerwicklung 13 gegenüber dem Steuerstrom bei Schwingbreitenvergrößerung seine Richtung, wodurch der der Erregerwicklung 18 zugeführte Strom größer und somit die Schwingbreite wieder erhöht wird.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schwingbreitenregelung ist in Fig. 5 der Zeichnung darge- stellt. Hier ist der Geber als Generator ausgebildet, indem der Anker 10 durch einen Dauermagneten 19 ersetzt ist. Der die Wicklung 20 tragende Kern 21 ist beispielsweise wieder mit dem TeilS des Schwingantriebs, der Dauermagnet 19 mit dem Teil 1 verbunden. Durch die Schwingungen des Schwingantriebs wird sich infolge des veränderlichen Luftspalts zwischen Teil 19 und Teil 21 in dem Kern 21 ein von der Schwingfrequenz und der mittleren Luftspaltbreite abhängiger pulsierender magnetischer Fluß bilden. Dieser pulsierende Fluß induziert in der Wicklung 20 eine Wechselspannung, die über einen Gleichrichter 22 der Steuerwicklung 13 des Magnetverstärkers 14 zugeführt wird. Der in derselben Art wie im Beispiel der Fig. 3 geschaltete Magnetverstärker liegt ebenfalls in Reihe mit der Erregerwicklung des Schwingantriebs. Damit ergibt sich folgende Wirkungsweise: Ändert sich die Schwingbreite des Schwingantriebs, so ändert sich damit auch die Größe der Wechsel spannung, die in der Wicklung 20 induziert wird. Diese Spannungsänderung ergibt aber über den Gleichrichter 22 eine Anderung des Steuerstromes des Magnetverstärkers, dessen Ausgangsstrom sich gemäß der Kennlinie in Fig. 4 ändert. Die damit verbundene Spannungsänderung am Schwingantrieb hält so lange an, bis der ursprüngliche Zustand der Schwingbreite wiederhergestellt ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Regelung elektromagnetisch erregter Zweimassenschwingsysteme mittels vorgeschalteter magnetischer Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Verstärker in Abhängigkeit von der Differenz zwischen größtem und kleinstem Massenabstand selbsttätig geregelt werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Schwingbreite durch induktive oder ohmsche Geber erfolgt.
3. 3. Anordnung nachAnspruchl und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber in einer Brückenschaltung angeordnet sind, deren Diagonalspannung auf eine Steuerwicklung des magnetischen Verstärkers einwirkt.
4. 4. Anordnung nachAnspruchl und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels Geber gemessene Istwert der konstant zu haltenden Regelgröße mit einer konstanten Spannung oder einem konstanten Strom im magnetischen Verstärker mit Hilfe zweier gegeneinanderwirkender Steuerwicklungen verglichen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 495 461, 643 586; schweizerische Patentschrift Nr. 200 465; USA.-Patentschriften Nr. 1 921787, 2168402, 2 287 406, 2 287 880; Siemens-Zeitschrift, 1953, 5. 62off.; W. Oppelt, »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge«, 1954, Einleitung und S.26.