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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Kompensation erfolgt also 1o lange, wie die Hebel 6o und 61 die
Stifte 27 und 31 festhalten.
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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.
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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.
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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.
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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.