DE600809C - Selbsttaetige elektrische Steuervorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM !.AUGUST 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 46so

ST4i56VIIIb(2ic Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 12. Juli

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Selbsttätige elektrische Steuervorrichtung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. April 1926 ab

Die Erfindung bezieht sich auf für technische Betriebe aller Art brauchbare selbsttätige elektrische Steuervorrichtungen zur periodischen Verstellung von Regelorganen vermittels eines Elektromotors als Regelmotor in Abhängigkeit von dem Ausschlag eines Zeigermeßgerätes, welches Einrichtungen besitzt, die periodisch den Ausschlag des sonst die Steuervorrichtung nicht beeinfiussenden Zeigers auf diese zur Wirkung bringen. Diese Steuervorrichtungen arbeiten normalerweise in verhältnismäßig langsamem Takt, was sowohl durch das Gewicht der bewegten Teile als auch durch das Bestreben, unnütze Beanspruchungen von Kontaktteilen zu vermeiden, bedingt sein kann. Als Beispiel sei eine auf elektrischem Wege selbsttätig wirkende Kessel regelung erwähnt, bei der Luft- und Brennstoffzufuhr nach dem Wechsel der entnommenen Dampf menge sowie des Dampfdruckes geregelt werden. Eine solche Regelung wird für ihre Tätigkeit entsprechend der Wärmeträgheit des Kessels eine gewisse Zeit beanspruchen, besonders dann, wenn die Regelung in einem nicht stetigen, sondern stufenweisen Fortschreiten der Bewegung besteht. Beim Auftreten von Störungen, wie beispielsweise Rohrbruch oder einer plötzlichen Sperrung der Dampfentnähme, ist eine langsam arbeitende Regelvorrichtung der Forderung des Augenblickes nicht gewachsen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die erwähnte, an sich bekannte, periodisch arbeitende selbsttätige elektrische Steuervorrichtung derart auszugestalten, daß sie gleichzeitig die Störschutzeinrichtung bildet, die bei Rohrbrüchen und Betriebszuständen, die derartigen Störungen gleichkommen, die Anlage sichert, vorzugsweise die Anlage stillsetzt. Es liegt in der Natur einer Störschutzeinrichtung, daß sie ein erheblich größeres Arbeitstempo als eine Regeleinrichtung der sonst in Betracht kommenden Art besitzen muß. Um beide Bedingungen mit der gleichen Einrichtung erfüllen zu können, sind erfindungsgemäß dem Meßgerät der Steuervorrichtung Mittel zugeordnet, die bei anormalen, durch Störungen a. dgl. der zu regelnden Anlage veranlaßten, außerhalb des normalen Zeigerausschlages liegenden Ausschlägen des Meßgerätes eine sprunghafte Vergrößerung des in einer Regelperiode zurückgelegten Weges gegenüber den normalen Verstellwegen des Regelmotors herbeiführen.

Es sind zwar Steuervorrichtungen zur normalen Regelung von Anlagen bekannt, bei welchen die Dauer der periodisch erfolgenden Einschaltung des Regelmotors mit zunehmendem Ausschlag des Zeigermeßgerätes zu-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Manfred Schleicher in Berlin-Charlottenburg.

nimmt. Jedoch ist diese Zunahme 'eine stetige und kann in ihrem Maße notwendigerweise nur den Bedürfnissen der normalen Regelung entsprechen. Das selbst bei starken Ausschlagen sich ergebende Arbeitstempo ist daher nicht ausreichend, um Störungen der zu regelnden Anlage durch Verstellung des Regelorgans schnell genug unschädlich zu machen. Die bekannte Steuereinrichtung ίο kann somit nicht gleichzeitig als Störschutzeinrichtung dienen. Dies ist hingegen be: dem Gegenstand der Erfindung erreicht, und zwar durch die für ihn charakteristische selbsttätige sprunghafte Steigerung der Größe t5 der Verstellwege des Regelmotors bei Überschreiten des normalen Ausschlagbereiches des steuernden Meßgerätes.

Die sprunghafte Vergrößerung der Verstellwege des Regelmotors bei Überschreiten des normalen Regelbereiches kann in verschiedener Weise geschehen. Bei einer stufenweisen Regelung z. B., bei der das gesteuerte Organ bis zur Erreichung der richtigen Stellung schrittweise durch Kontaktgabe in der Schaltung eines . Elektromotors vorwärts bewegt wird, kann die Geschwindigkeit der Arbeit des Motors zunächst dadurch geändert werden, daß der Takt, in dem die einzelnen Schritte zurückgelegt werden, beim Auftreten anormaler Betriebszustände erheblich beschleunigt wird. Der vom Motor innerhalb eines Zeitabschnittes zurückgelegte Weg kann ferner dadurch vergrößert werden, daß für jede einzelne Einschaltung des Motors, für jeden einzelnen Schritt die Kontaktdauer verlängert wird. Die volle Durchführung des Gedankens, die Kontaktdauer zu verlängern, führt dazu, aus einer periodischen intermittierenden Kontaktgabe und Tätigkeit des Motors eine kontinuierliche bewegliche zu machen, d. h. die sonst schrittweise arbeitende Regelung im Störungsfalle in einem einzigen Schritt in die entsprechende Stellung, also im Beispiel die Abschaltung der Heizung, gehen zu lassen. Diese Einrichtung kann so getroffen werden, daß bei Rückkehr eines normalen Betriebszustandes die stetige Regelung in die gewöhnliche periodische sich zurückverwandelt. Ein weiteres Mittel zur Beschleunigung der Regelung oder Steuerung besteht darin, daß die Tourenzahl des Steuermotors erhöht wird, was z. B. durch einen Nebenschlußmotor in bekannter Weise durch Einschalten von Widerstand in den Stromkreis der Erregung geschieht. Alle diese Mittel können durch die Stellung eines einzigen Organs, z. B, des Zeigers eines Meßgerätes oder Relais, in Tätigkeit gesetzt werden. Es ist indessen auch nicht ausgeschlos-So sen, die Tätigkeit ein und desselben Motors oder verschiedener Motore, z. B. eines zur Regelung der Brennstoffzufuhr und eines zur Regelung der Luftzufuhr, von verschiedenen Stellen der gesamten Regelvorrichtung aus zu bewirken. Beispielsweise kann in einer Schaltung, bei der die Bewegungsrichtung des Steuermotors durch die Stellung eines Relais bestimmt wird, die selbst wieder von den Stellungen von Meßorganen der die Regelung bestimmenden Größen, z. B. Dampfmenge und Dampfdruck, abhängig ist, für den anormalen Betrieb die Steuerung des Motors direkt von den bestimmenden Meßgeräten, also dem Dampfmesser oder Druckmesser aus erfolgen.

Die Abb. 1 zeigt eine Schaltung, bei der das den Motor steuernde Gerät periodisch eingeschaltet wird. Dieses Gerät ist dabei gemäß der Erfindung einmal mit einer Einrichtung versehen, um bei gewissen Betriebszuständen mit einer schnelleren Periode zu arbeiten, andererseits aber auch in diesem Falle gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit des Motors zu erhöhen.

Abb. 2 zeigt, dieselbe Schaltung mit einer derartigen Abänderung des die Motortätigkeit beeinflussenden Meßgerätes, daß bei einem bestimmten Ausschlag die Bewegung des Motors statt sprungweise kontinuierlich erfolgt.

Die Abb. 3 bis 5 zeigen in schematischer Darstellung eine Einrichtung zu dem gleichen Zweck, aber mit einer Vorrichtung zur Rückwandlung der kontinuierlichen in eine periodische Regelbewegung beim Aufhören der Betriebsstörung.

Abb. 6 zeigt das die Motortätigkeit bestimmende Gerät im Diagonalzweig einer Biückenschaltung, bei der sein Ausschlag durch die Größe der Widerstände in zwei Brückenseiten bestimmt wird, die ihrerseits von den die Regelung bestimmenden Größen, z. B. Dampfdruck und Dampfmenge, abhängig sind.

Abb. 7 zeigt die gleiche Schaltung mit der Abänderung, daß an den das Ganze beherrsehenden Meßgeräten, Dampfmengenmesser und Dampfdruckmesser, Vorrichtungen angebracht sind, die die Motortätigkeit im Falle anormaler Betriebszustände beeinflussen.

Die Kontaktgabe durch den Zeiger ist der Einfachheit halber so dargestellt, daß der Zeiger selbst Träger des einen Kontaktes ist. Vorrichtungen zur Steuerung von Hand, die bei allen Anordnungen neben den selbsttätigen verwendet werden können, sind in den Abbildungen nicht berücksichtigt.

Die Stellung des Zeigers 1 sei von dem zu regelnden Betriebszustand für eine Dampfkesselregelung, also z. B. von Menge und Druck des Dampfes, abhängig. Der Zeiger 1 wird durch einen Fallbügel 2 in bekannter Weise periodisch niedergedrückt. Im nor-

malen Betriebe trifft er dabei den Kontakt 3 oder den Kontakt 4. Dadurch wird der Stromkreis der Relaisspulen 5 oder 6 geschlossen, die von einer Hilfsstromquelle 17 gespeist werden. Diese Spulen wirken in entgegengesetztem Sinne und steuern einen Umschalter 7 für die Erregerwicklung 8 des Motors, der die zu regelnde Größe, in diesem Falle die Zufuhr von Brennstoff und Luft, beeinflußt. Der Anker 9 des Motors läuft je nach dem Sinne der Felderregung, also je nachdem, ob der Zeiger 1 auf den Kontakt 3 oder 4 tritt, im einen oder anderen Sinne, so daß die Brennstoff- und Luftzufuhr je nach der Stellung des Zeigers erhöht oder erniedrigt wird. Bei außergewöhnlichen Betriebsverhältnissen, z. B. bei Rohrbruch oder plötzlicher Sperrung der Dampfentnahme, nimmt der Zeiger 1 eine extreme Stellung ein, am Anfang oder am Ende der Skala, wie dies punktiert angedeutet ist. In diesen Stellungen wird der Zeiger von einem zweiten Fallbügel 10 getroffen und macht Kontakt an den Platten 11 und 12. Während der FaIlbügel 2 in verhältnismäßig langsamem Tempo arbeitet, arbeitet der Fallbügel 10 in schnellem Tempo, damit der Motor auf eine Betriebsstörung so schnell wie möglich anspricht. Die Drehrichtung des Motors bei den extremen Zeigerstellungen ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel dieselbe wie bei Kontaktgabe an der Platte 3. Die Verbindung der Kontaktplatten 11 und 12 mit der Relaisspule 5 wird dadurch hergestellt, daß der Anker eines Relais 13 angezogen wird. Normalerweise sind die Kontaktplatten 11 und 12 mit der Spule 5 aus folgendem Grunde nicht verbunden: durch den Kontakt an diesen Platten wird noch der Stromkreis einer Relaisspule 14 geschlossen, die ihren Anker anzieht und dadurch bei 15 einen Kurzschluß für einen Widerstand 16 vor der Erregerwicklung 8 des Motors aufhebt. Durch die Erregung der Spule 14 wird somit das Feld des Motors geschwächt und sein Tempo beschleunigt. Würden die Platten 11 und 12 ebenso wie die Platten 3 fest an der Relaisspule 5 liegen, so würde bei jeder Kontaktgabe an 3 gleichzeitig auch die Spule 14 erregt werden und die Beschleunigung des Motors stattfinden. Die Wirkung des Fallbügels 10 kann noch dadurch vergrößert werden, daß man die Kontaktdauer möglichst lang wählt, so lang, daß zwischen zwei Kontaktgaben nur die zu einer etwaigen Neueinstellung des Zeigers nötige Zeit bleibt.

Die konsequente Durchführung des Gedankens, die Kontaktdauer möglichst zu vergrößern, führt dazu, aus der unstetigen periodischen Kontaktgabe eine stetige zu machen. Damit verzichtet man freilich zunächst auf die Möglichkeit, daß bei einer nur vorübergehenden Störung die anormale Regelung wieder aufhört. Abb. 2 zeigt eine Schaltung, bei der beim Auftreten einer Störung, d. h. beim Überschreiten oder Unterschreiten eines gewissen Ausschlagbereiches, der Motor die anormale Regelung bis zu Ende durchführt. Trifft der Zeiger 1 die Kontaktplatte 1 r oder 12 am Anfang oder Ende der Skala, so wird der Stromkreis der Spule 18 eines Relais geschlossen, das mit einer Haltewicklung 19 versehen ist. Durch das Anheben des Ankers 20 des Relais wird die Wicklung 19 eingeschaltet und hält nun den Anker fest; damit bleibt der Stromkreis der Spule 5 dauernd geschlossen, und der Motor arbeitet in demselben Sinne bis zur Endstellung der Regelung weiter. Die Abschaltung des Motors in der Endstellung ist nicht mitgezeichnet. Natürlich kann auch bei dieser Schaltung eine Beschleunigung des Motors vorgesehen werden. Durch Öffnen des Schalters 21 kann der normale Zustand der Schältung wiederhergestellt werden.

Die Öffnung des Schalters 21 in Abb. 2 könnte auch durch Kontaktgabe des Zeigers 1 an den Kontakten 3 und 4 erfolgen. Die Abb. 3 und 4 zeigen eine andere Einrichtung, bei der in dem Augenblick, wo die Betriebsstörung aufhört, die stetige Regelung sich in die normale periodische zurückverwandelt. Das Fallbügelgerät besitzt zwei Zeiger, von denen der eine fest auf der Achse des beweglichen Systems sitzt, während der andere Zeiger durch eine schwache Feder mit dieser Achse so verbunden ist, daß er bei spannungsloser Feder denselben Ausschlag hat wie der starr verbundene Zeiger.

Abb. 3 zeigt die Anordnung in schematischer Darstellung in einem Schnitt · durch die Achse. Das bewegliche System ist durch einen Rahmen 40 dargestellt. Auf der Achse 41 sitzt einerseits starr ein Zeiger 42, der einen Kontakt 43 trägt, andererseits sitzt, durch eine Feder mit der Achse verbunden, an dieser ein Zeiger 44, auf den ein Fallbügel 45 wirkt. Unter dem elastisch verbundenen Zeiger sind zwei Kontaktplatten 3 und 4 angeordnet. Die Abb. 4 zeigt die An-Ordnung in Richtung der Zeigerachse gesehen. Die Kontaktplatten 3 und 4 sind derartig ausgebildet, daß der elastisch verbundene Zeiger 44 über ihre äußeren Kanten nicht hinausschwingen kann, weil sie mit Endanschlägen 46, 47 für diesen Zeiger versehen sind. Beim Auftreten anormaler Betriebszustände wird der elastisch verbundene Zeiger an einem der Anschläge, z. B. 46, sich anlegen, während der starr mit der Achse verbundene Zeiger 42 weitergeht und mit seiner Kontaktplatte 43 auf einen fest ange-

brachten Gegenkontakt 48 trifft. Durch diese Kontaktgebung, die in gleicher Weise beim Ausschlag nach der anderen Seite an einem Kontakt 49 erfolgen kann, wird ein Stromkreis geschlossen, der den Fallbügel 45 dauernd niederhält, beispielsweise durch Erregung einer den als Anker wirkenden Fallbügel anziehenden Magnetspule 50, die einerseits mit der Stromquelle 57, anderer- >° seits mit den beiden Kontakten 48 und 49 verbunden ist. Sobald die Störung aufhört, kehrt der Zeiger 42 in den mittleren Ausschlagbereich zurück, der Schluß zwischen den Kontakten 43 und 48 hört auf, und der Fallbügel arbeitet wieder wie gewöhnlich. Derselbe Erfolg läßt sich auch ohne Zuhilfenahme eines elektrischen Stromkreises erzielen, indem man durch den Zeiger 42 bei Überschreitung des den Kontaktplatten zugehörigen Ausschlages die Bewegung des Fallbügels hemmen läßt. Beispielsweise kann der Fallbügel die in Abb. 5 in Vorderansicht schematisch dargestellte Form haben. Er ist an beiden Seiten außerhalb des Bereiches der Kontaktplatten 3, 4 mit Erhöhungen 52 versehen, die beim Anheben des Fallbügels 45 sich festen Anschlägen 53 nähern. Der Zeiger 42 ist in dieser Anordnung der obere Zeiger, Er bewegt sich in der Höhe unmittelbar unterhalb der Anschläge 53. Befindet er sich nun in der punktiert gezeichneten Grenzstellung 54 außerhalb des Bereiches der Kontaktplatte 3, 4, so hemmt er das Anheben des Fallbügels. Damit bei der geringen Bewegung, die der Fallbügel in seinem Bestreben, aufwärts zu gehen, macht, der bei 3 oder 4 entstandene Kontakt zwischen dem Zeiger 44 und der einen Kontaktplatte nicht unterbrochen wird, müssen die Kontaktplatten in geringen Grenzen federnd angeordnet sein, so daß sie dieser kleinen Bewegung des Fallbügels nachfolgen. Befindet sich der Zeiger 44 in dem Bereich der Kontaktplatten, so kann sich der Fallbügel 45 weiter heben, als ihm die Platten 3, 4 folgen, und der Kontakt zwischen dem Zeiger 44 und der Kontaktplatte wird unterbrochen. Hat der Zeiger 42 das Bestreben, die punktiert gezeichnete Stellung 54 zu verlassen und in eine normale mittlere Stellung zurückzukehren, so wird er diesem Bestreben beim ersten Niedergang des Fallbügels Folge leisten können, da hierbei ein kleiner Spielraum zwischen dem Zeiger und dem Fallbügelansatz 52 einerseits sowie dem Anschlag 53 andererseits geschaffen wird, wenn derselbe wegen der beschränkten Beweglichkeit des Fallbügels auch gering ist.

Abb. 6 zeigt ein Beispiel einer Gesamtschaltung, in der die Schaltung nach Abb. 2 verwendet ist. Zwischen die Pole einer Hilfsstromquelle, die durch die Leitungen 17', 17" gebildet werden, ist, wie bereits vorgeschlagen, eine Wheatstonesche Brücke gelegt, von der zwei Seiten 22 und 23 durch Kontakte 24 und 25 geregelt werden, deren Stellung von den für die Regelung maßgebenden Größen, z. B. bei einer Feuerungsregelung 'Dampfmenge und Dampfdruck, abhängig sind. Die anderen beiden Brückenseiten bilden einen fortlaufenden Widerstand 26, an dem ein Kontakt 27 schleift. Dieser wird durch Drehung einer Schraubenspindel 28, die von dem Anker 9 des Steuermotors angetrieben wird, bewegt. In den Diagonalzweig 29 der Brücke ist ein Fallbügelgerät 30 eingeschaltet, das über eine Kontaktvorrichtung, wie in Abb. 2 dargestellt, den Lauf des Ankers des Steuermotors beeinflußt.

In Abb. 7 ist dieselbe Brückenschaltung verwendet wie in Abb. 6, doch ist der anormale Antrieb des Steuermotors in diesem Falle nicht mittels eines dritten und vierten Kontaktes 11, 12 bewirkt. Das Fallbügelgerät 31 besitzt in dieser Schaltung nur die beiden Kontakte 3 und 4 für die Steuerung im normalen Betriebe, die periodisch arbeiten. Eine dauernde Einschaltung des Steuermotors, wie sie in Abb. 2 durch die Kontakte 11 und 12 bewirkt wurde, geschieht in der Schaltung nach Abb. 7 durch Kontakte 32, 33, 34, die durch die Zeiger 24 oder 25 geschlossen werden, sobald Dampfmenge oder Dampfdruck anormale Werte annehmen. Die Schließung eines dieser Kontakte bewirkt die dauernde Einschaltung der Relaisspule 5 oder 6. Es können auch sowohl Kontakte 11, 12 für normale Steuerung vorgesehen sein als auch noch weitere Kontakte 32 usw. für einen anderen Teil der Schaltung. Beispielsweise könnte auch der Empfängerkontakt 27, sobald er sich der einen Endstellung nähert, selbsttätig die Geschwindigkeit des Steuermotors beeinflussen.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätige elektrische Steuervor- · richtung zur periodischen Verstellung von Regelorganen vermittels eines Elektromotors als Regelmotor in Abhängigkeit von dem. Ausschlag eines Zeigermeßgerätes, welches Einrichtungen besitzt, die periodisch den Ausschlag des sonst die Steuervorrichtung nicht beeinflussenden Zeigers auf diese zur Wirkung bringen, gekennzeichnet durch von dem Ausschlag des Meßgerätes abhängige Mittel, die bei anormalen, durch Störungen u. dgl. der zu regelnden Anlage veranlaßten, außerhalb des normalen Zeigerausschlages liegenden Ausschlägen des Meßgerätes eine sprunghafte Vergrößerung des in einer

   Regelperiode zurückgelegten Weges gegenüber den normalen Verstellwegen des Regelmotors herbeiführen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Häufigkeit der periodischen Bewegungen des Regelorgans von der' Stellung des Meßgerätes abhängig ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Bewegung des Regelorgans während einer Periode von der Stellung des Meßgerätes abhängig ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich des Meßgerätes in Teile unterteilt ist, die der Ruhelage näher liegen, und in solche, die weiter von ihr entfernt sind, und daß das Meßgerät eine periodische Bewegung der Regelorgane veranlaßt, wenn sein Zeiger über dem ersteren Teile steht, dagegen eine stetige Bewegung veranlaßt, wenn der Zeiger über dem letzteren Teile steht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät die stetige Bewegung der Regelorgane in eine periodische zurückverwandelt, wenn sein Zeiger in diejenigen Teile des Meßbereiches zurückkehrt, die der Ruhelage näher liegen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät bei größeren Ausschlägen den die periodische Einschaltung der Hilfskraft bewirkenden Teil festhält und bei Rückgang zu kleineren Ausschlägen wieder losläßt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Geschwindigkeit der Regelbewegung beeinflussende Meßgerät als Galvanometer ausgebildet ist und im Diagonalzweig einer Wheatstoneschen Brücke liegt, deren Widerstandszweige von einem oder mehreren Meßgeräten (24, 25) beeinflußt werden (Abb. 6).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Diagonalzweig liegende Galvanometer (31) die Bewegungen geringerer Geschwindigkeit einschaltet, während die Meßgeräte (24, 25), welche auf die Brückenzweige einwirken, die Bewegungen größerer Geschwindigkeiten veranlassen (Abb. 7).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen