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Regeleinrichtung für elektrische Antriebe in Leonardschaltung. Es
ist bekannt, bei Arbeitsmaschinen in Leonardschaltung Schnellregler oder auch Eilregler
und träge Regler, d. h. Regler mit Motorantrieb, anzuordnen, die bei Abweichung
der tatsächlichen Geschwindigkeit, im nachstehenden »Istgeschwindigkeit« genannt,
von dem durch die Steuerhebelstellung beabsichtigten Wert (»Sollgeschwindigkeit«)
die Erregung der den Antriebsmotor speisenden Anlaßmaschine so beeinflussen, daß
die Istgeschwindigkeit mit der Sollgeschwindigkeit in genaue Übereinstimmung kommt,
also einer bestimmten Steuerhebelstellung eine ganz bestimmte Geschwindigkeit entspricht.
Die Istgeschwindigkeit wird bei diesen Schaltungen dargestellt durch die Spannung
einer mit dem Antriebsmotor gekuppelten konstant erregten Dynamo, der sogenannten
Tourendynamo oder Tachometerdynanio, die ein Relais des Schnellreglers oder des
Schaltapparates für den Reglermotor speist, also mit dieser Magnetspule einen in
sich geschlossenen Stromkreis bildet. Um das Relais im Gleichgewicht zu halten,
ist ein Strom erforderlich, der erst von einer bestimmten Geschwindigkeit der Tourendynamo
ab erzeugt werden kann. Bei der Einstellung einer höheren Sollgeschwindigkeit wird
ein Widerstand in diesem Stromkreis derart geändert, daß sich bei Übereinstimmung
der Ist- und der Sollgeschwindigkeit der für das Relaisgleichgewicht erforderliche
Strom ausbildet.
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Diese bekannte Schaltung ist zwar für Papiermaschinenantriebe sehr
geeignet, sie ist aber nicht bei solchen Anlagen verwendbar, die oft ein- und ausgeschaltet
oder gar reversiert werden müssen, insbesondere wenn diese Antriebe auch bei geringer
Geschwindigkeit und bei Nullstellung des Steuerhebels eine genaue Übereinstimmung
zwischen Ist-und Sollgeschwindigkeit haben müssen, wie dies hauptsächlich bei Fördermaschinen
notwendig ist. Es sind zwar auch ähnliche Schaltungen für Fördermaschinen in Leonardschaltung
bereits vorgeschlagen worden, doch haben auch diese auf die Anlaßmaschiiie wirkenden
Schaltungen den _N, achteil, daß sie erst von einer bestimmten Istgeschwindigkeit
ab wirken und in der Nullstellung des Steuerhebels ganz abgeschaltet sind.
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Die Fördermaschine kann bei einer derartigen Genauigkeitsschaltung,
beispielsweise beim Lasteneinhängen, ohne umständliches Manövrieren mit dem Steuerhebel
oder Zuhilfenahme der Bremse nicht stillgesetzt werden, weshalb auch die bekannte
Retardiervorrichtung in diesem Falle die Maschine nicht bei jeder Belastung stillzusetzen
vermag.
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Durch die Erfindung soll nun eine Einrichtung geschaffen werden, bei
der der von Ist-und Sollgeschwindigkeit abhängige Regler bei Fördermaschinenantrieben
in Leonardschaltung auch in der 2"Tullstellung des Steuerhebels richtig wirkt, so
daß eine einwandfreie Genauigkeitsschaltung für alle Geschwindikeitswerte erreicht
wird. Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß sowohl das vom Regler
beeinflußte Feld der Anlaßmaschine als auch die den Regler verstellende Organe in
keiner Steuerhebelstellung abgeschaltet oder in ihrer Wirkung geschwächt werden.
Hierbei dürfen für die Darstellung der Ist- und Sollgeschwindigkeit nur solche Mittel
benutzt werden, die einen Geschwindigkeitsvergleich auch bei INTullstellung des
Steuerhebels gestatten und das die Reglerverstellung bewirkende Organ auch bei dieser
Steuerhebelstellung beeinflussen.
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Als Verstellungsorgane kommen bei Schnellreglern meist Relais- oder
Magnetsysteme, bei trägen und Eilreglern Elektromotoren in Verbindung mit Schaltapparaten
und Relais, oder auch Servornotoren für Druckluft oder Druckflüssigkeit in Betracht.
Die Beeinflussung durch die Ist- und Sollgeschwindigkeit wird zweckmäßig diesem
Organ angepaßt; z. B. ist es vorteilhaft, bei Verwendung elektrischer Mittel zur
Verstellung des Reglers sowohl die Istgeschwindigkeit, als auch die Sollgeschwindigkeit
durch Spannungen darzustellen und diese Spannungen auf das Vorstellungsorgan des
Reglers zur' Wirkung zu bringen. Man b
kann auch die Umlaufzahl.
des Motors kontrollieren und bei Abweichung vom beabsichtigten Wert durch Kontaktgabe
die Reglerverstellung bewirken. Statt die Istgeschwindigkeit durch die Sollgeschwindigkeit
zu überwachen, ist es bei den vorgeschlagenen Einrichtungen ferner möglich, die
Geschwindigkeitsänderungen, also die Beschleunigung oder Verzögerung zu kontrollieren
oder eine Wega vergleichung vorzunehmen, da ja die Wege von der Geschwindigkeit
abhängig sind.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung einige
Ausführungsbeispiele der neuen Regleranordnung, und zwar für Reversierantriebe,
därgestellt. Es bezeichnet a die Anlaßmaschine, die auch mit ihrem eigenen Strom
kompoundiert sein kann, b den Motor, c das vom Steuerschalter d geregelte
Hauptfeld der Anlaßmaschine. Der von Ist- und Sollgeschwindigkeit abhängige, mit
Motorantrieb versehene Regler e ist in Abb. i. erfindungsgernäß nicht in das Feld
c
gelegt, sondern in ein besonderes Feld f der Anlaßmaschine, das vom
Steuerhebel d nicht reguliert, also auch in der Nullstellung desselben nicht
abgeschaltet wird. Die Ist-- schwindigkeit wird bei diesem Beispiel darge
gestellt durch die Spannung der vom Motor angetriebenen, konstant erregten Dynamo
g,
wobei es zweckmäßig ist, deren Feld zur Vermeidung unnötiger Erwärmung
während der Stillstandsperioden zu schwächen oder abzuschalten, bei Fördermaschinen
etwa gleichzeitig beim Auflegen der Bremse. Die Istspannung könnte in bekannter
Weise statt einer Tourendynamo g auch dem Motor b
selbst mittels einer
besonderen Wicklung oder einer Brückenschaltung entnommen werden. Für die der Sollgeschwindigkeit
entsprechende Spannung dient die Spannung einer mit mö -
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lichst konstanter
Tourenzahl angetriebenen Dynamo lt, deren frernderregtes Feld am besten durch einen
besonderen, mit dem Steuerhebel gekuppelten Steuerschalter geregelt wird. In den
meisten Fällen wird es jedoch genügen, das Feld der Dynamo h parallel oder hintereinander
zu dem Haupterregerfeld c der Anlaßmaschine zu schalten, wie dies in der Abb. i
angedeutet ist. Die Tourendynamo g speist die Spule i und die Dynamomaschine
k die Spule k eines mit einer Kontaktvorrichtung 1 versehenen
Differentialrelais o, das als elektromagnetische Wage gezeichnet ist und zur Polarisierung
seiner Magnete eine Grunderregung o' besitzt. Die Spule k könnte bei entsprechender
Bemessung ihrer Windungen auch direkt vom Strom des Feldes c oder einem Teilstrom
desselben durchflossen werden. Sind die Erregungen i und k gleich, so spielt
die Kontaktzunge frei zwischen den Kontakten. - Beim Überwiegen der einen
oder anderen Erregung schlägt sie nach der entsprechenden Seite aus, wodurch der
Antriebsmotor m des Reglers unmittelbar oder im gezeichneten Falle unter Vermittlung
eines Relais it in dem einen oder anderen Sinne eingeschaltet wird. Der Regler e
wird auf diese an sich bekannte Weise beim Ab-
weichen der Ist- von der Sollgeschwindigkeit
selbsttätig verstellt. Sobald eine Angleichung der Geschwindigkeit erfolgt ist,
wird der Reglermotor durch das Differentialrelais wieder ausgeschaltet.
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Um ein Überregelieren und damit Pendeln der Einrichtung, das namentlich
beim Steuern in der Nähe der 'Nullstellung eintreten kann, nach Möglichkeit zu vermeiden,
kann gleichzeitig beim Einschalten des Reglermotors m ein kleiner Widerstand
p im Feldstromkreis f
kurzgeschlossen werden, wodurch Feld
f vorübergehend verstärkt und der Regler praktisch nur so weit verstellt
wird, wie es für den neuen Erre-Ungszustand der Anlaßmaschine nach dem Abklingen
des während des Angleichungsvorganges auftretenden Beschleunigungs- oder Verzögerungsstromes
erforderlich ist. Das vorübergehende Kurzschließen des Widerstandes p wirkt
sowohl richtig, wenn die Anlaßmaschine auf den Motor arbeitet und die Istgeschwindigkeit
hinter der Sollgeschwindigkeit zurückbleibt, als auch, wenn der Motor auf die Anlaßmaschine
zurückarbeitet und die Istgeschwindigkeit höher ist als die Sollgeschwindigkeit.
Beide Fälle sind gerade beim Stillsetzen des Motors, also in der 'Nähe der --\Tullstellung
des Steuerhebels, möglich. Statt der Verstärkung des Feldes f kann durch
vorübergehende Schaltung von Widerständen eine Erhöhung der die Istgeschwindigkeit
darstellenden Spannung bzw. Erniedrigung der die Sollgeschwindigkeit darstellenden
Spannung oder der Stromstärken der Spule i bzw. k erfolgen.
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Da der Regler nach Stillsetzung der Maschine in der Lage stehenbleibt,
die der zur Erreichung der Stillsetzung erforderlichen Zusatzerregung der Anlaßmaschine
entspricht, so ist es insbesondere bei Fördermaschinen erwünscht, den Regler in
der Pause vor dem nächsten Zug in seine Mittelstellung zurückzuführen. Erfindungsgemäß
geschieht dies durch das den Regler verstellende Organ selbst, indem im dargestellten
Beispiel der Motor m durch die im Relais angebrachten Hilfskontaktschienen q bei
Betätigung des Hebels r Strom im Sinne der erforderlichen Bewegung erhält. Der Schalter
r ist dabei zweckmäßig mit dem Steuerhebel so verriegelt, daß ersterer nur bei Nullstellung
des Steuerhebels eingelegt und der Steuerhebel nur bei offenem Schalter r bewegt
werden kann. Bei Fördertnaschinen ist bekanntlich
der Bremshebel
in diesem Sinne mit dem Steuerhebel verriegelt, so daß hier der mit entsprechenden
Kontakten versehene Bremshebel den Hebel r ersetzen kann. Auch könnte statt eines
besonderen Hebels eine besondere Bewegung des Steuerhebels, etwa eine Querbewegung
in der Nullstellung, zu diesem Schaltvorgang benutzt werden, wobei durch eine entsprechende
Gestaltung des Führungsschlitzes im Steuerbock für die gewünschte Zusammensetzung
mit der Steuerbewegung gesorgt werden kann. Besitzt die Anlaßmaschine für ihre Erregung
eine besondere Erregermaschine, so wird diese zweckmäßig mit einem durch den Steuerhebel
beeinflußten iFeld und einem durch den Selbstregier beeinflußten Zusatzfeld versehen.
Es kann aber auch beispielsweise das Hauptfeld der Anlaßmaschine indirekt durch
eine besondere Erregermaschine gespeist werden, deren Feld in normaler Weise durch
den Steuerhebel beeinflußt wird, während der Selbstregler direkt auf ein Zusatzfeld
der Anlaßmaschine arbeitet.
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- Die selbsttätige Regeleinrichtung nach AU). i wirkt
auch bei allen Steuerhebelstellungen, also insbesondere in der 2,Zullstellung, richtig,
wenn Feld c der Anlaßmaschine fehlt -und diese mir das vom Selbstregler beeinflußte
Feld f besitzt, wobei die Hilfsmaschine h bzw. die Spule k direkt
vom Steuerapparat geregelt wird-, denn für die Wirkungsweise der Einrichtung ist
es gleichgültig, ob die Abweichung der Ist- von der Sollgeschwindigkeit durch eine
willkürlich bzw. automatisch (z.B. bei Fördermaschinen von Anlaß- oder Retardiervorrichtungen)
bewirkte Steuerhebelverstellung verursacht wird oder ob die Istgeschwindigkeit infolge
äußerer Einflüsse (wie Belastungsänderung des Antriebsmotors oder Tourenänderung
der Anlaßmaschine) sich ändert. Der selbsttätige Regler wird stets bei einer eintretenden
Differenz im richtigen Sinne die Erregung der Anlaßmaschine ändern und dann die
beabsichtigte Geschwindigkeit konstant halten.
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In Abb. 2 ist angenommen, daß die Anlaßmaschinenerregung nur von dem
Selbstregler e beeinflußt wird, und zwar nicht direkt, sondern unter Zwischenschaltung
einer besonders angetriebenen oder mit der Anlaßmaschine ,gekuppelten Hilfserregermaschine
s, die zur Entlastung des Reglers e noch mit dem Anlaßmaschinenstrom kompoundiert
sein kann. Die Istgeschwindigkeit ist wieder durch die Spannung der Tourendynamo
g dargestellt, die Sollgeschwindigkeit durch die mit dem Steuerhebelausschlag
veränderliche Anzapfspannung des an konstanter Spannung liegenden Steuerwiderstandes
d. Beide Spannungen sind in einem Stromkreis gegeneinandergeschaltet, in
dem eine Spulengruppe il des mit einer konstanten , Erregung kl vorgesehenen
Relais t liegt. Stimmt die Ist- mit der Sollgeschwindigkeit überein, so fließt in
diesem Spulenkreis il kein Strom, und die Kontaktzunge o' des Relais spielt frei
zwischen den Kontakten. Bei Abweichung der Istgeschwindigkeit von dem durch die
Steuerhebeleinstellung beabsichtigten Wert wird, wie oben, der Reglermotor in eingeschaltet.
In der Nullstellung des Steuerhebels wird der Ankerstromkreis von g über
il durch die entsprechend breit gewählten Steuerapparatkontakte in sich geschlossen,
so daß der Regler in dieser Steuerhebelstellung bei einer etwa noch vorhandenen
Istgeschwindigkeit durch letztere so lan-e verstellt werden kann, bis der Motor
b stillsteht. Als Sollspannung kann bei dieser Schaltung auch ähnlich der
Schaltung Abb. i die Spannung einer Hilfsdynai-no benutzt werden, wobei der Steuerapparat
sehr klein ausfallen wird.
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Bei Verwendung von Selbstreglern ist es zweckmäßig, eine um so höhere
Reguliergeschwindigkeit anzuwenden, je größer die .Abweichung zwischen -Ist-
und Sollgeschwindigkeit ist. In Abb. 2 ist eine Ausführungsmöglichkeit mit dargestellt.
- Da die Kontaktzunge 02 um so weiter ausschlägt, je größer die Spannungsdifferenz
zwischen g und d ist, sind nachgiebige Druckkontakte o3 angeordnet,
die mit den Endkontakten o" über Widerstände o1' verbunden sind. Bei geringer
Ab-
weichung zwischen Ist- und Sollgesch-windigkeit legt sich o' gegen die
Kontakte o3, ohne diese an die Kontakte o4 anzudrücken; bei großer Abweichung erfolgt
Kontaktschluß zwischen o' und ol, also Überbrückung des Widerstandes o2' und damit
die Einschaltung des Motors ;it auf eine höhere Tourenzahl als im ersteren Fal-le.
Statt einer einzigen Zwischenkontaktreihe o3 können natürlich mehrere angeordnet
sein. Um ein Überregulieren zu vermeiden, können ähnliche Schaltungen, wie bei Abb.
i beschrieben, angewendet werden.
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In Abb. 3 ist ein Schnellregler, System Tirrill, für die Regeleinrichtung
verwendet, und zwar beeinflußt er unter Zwischenschaltung einer Hilfsmaschine s
das Zusatzfeld f
der Anlaßmaschine. Das Feld s' der Hilfsniaschines wird in
bekannter Weise von dem Tirrillregler überwacht. Das Zitterrelais ul des letzteren
wird durch einen Magnetkern betätigt, der eine an die Ankerklemmen der Hilfsmaschine
s angeschlossene Wicklung u3 trägt. Außerdem besitzen sowohl dieser Magrietkern
als auch die Feldmagnete der Maschine s eine zweite Wicklung ul bzw. s', die für
die vorliegende Erfindung von untergeordreter Bedeutung ist. Das den Schnellregler
verstellende labile Relais u' besitzt eine
Grunderregung v, die
für sich allein das System im Gleichgewicht hält, und ferner eine von Ist- und Sollgesch-,vindigkeit
abhängige Spule w, die im Stromkreis der Tourendynamo g liegt. Als Sollspannung
wird die Spannung am Hauptfeld der Anlaßmaschine benutzt, da diese Spannung einen
Maßstab für die mIt dem Steuerhebel eingestellte Sollgeschwindigkeit bildet. Die
Tourendynamo g
ist dieser Spannung entgegen geschaltet. Ist eine Differenz
zwischen Ist- und Sollgeschwindigkeit vorhanden, so fließt durch w ein Strom, und
es wird der Kern des Relais u' nach dem bekannten Schnellreglerprinzip so lange
verstellt, bis die dadurch eintretende Änderung des Taktverhältnisses
' und die Änderung der Einschaltdauer des Widerstandes te' in dem Feldstromkreis
des Motors eine solche Änderung der Spannung des Motors s und damit der Erregung
der Anlaßmaschine a bewirkt, daß infolge der dann eintretenden Tourenänderung des
Motors b der Strom in der Spule w null wird. Mit anderen Worten: der Schnellregler
reguliert bei dieser Schaltung auf eine Übereinstimmung zwischen Ist-und Sollgeschwindigkeit,
und zwar bei allen Steuerhebelstellungen.
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Zur Verhinderung von Überregulierungen und Pendelungen, die bei plötzlichen
größeren Delastungsänderungen eintreten könnten, dient hier das Dämpfungsrelais
r11, dessen Spule mit im Ankerstromkreis der Tourendynamo g
liegt. Es schließt
seinen Kontakt und damit beispielsweise den Widerstand p im Feldstromkreis
f, kurz, sobald in seiner Spule ein Strom fließt, sobald also die Istgeschwindigkeit
von der Sollgeschwindigkeit abweicht. Durch Einstellung der Relaisankerfeder fl
hat man die Möglichkeit, das Relais r" erst bei größeren Abweichungen der Ist- von
der Sollgeschwindigkeit ansprechen zu lassen.
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Es ist oft erwünscht, die Hilfsmaschine s nach Stillsetzung des Motors
b auf Niullspannung zu bringen. Hierzu dient eine weitere Spule x des Relais
u2, die mittels eines besonderen Schalters y, der zweckmäßig durch eine Querbewegung
des Steuerhebels in der "Nullstellung betätigt werden oder bei Förderniaschinen
vorteilhaft mit dem Bremshebel gekuppelt sein kann, an,die Klemmenspannung der Maschine
s gelegt wird. Da nach der Stillsetzung des Antriebes in w kein Strom fließt, so
wird der Schnellregler durch das ihn verstellende Organ selbst auf eine Lage zurückgeführt,
bei der der Strom in x und damit die Spannung von s null ist.
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Soll die Anlaßmaschine nur durch den Schnellregler beeinflußt werden,
so ist die Steuerapparatschaltung (Abb. 2) zu verwenden. Will man die Schnelligkeit
der Wirkung im Sinne einer Erhöhung der Regelgeschwindigkeit bei größerer Diff erenz
zwischen Ist-und Sollgeschwindigkeit beeinflussen, so ist die Dämpfung des Magnetsysteins
ul derart zu verstellen, daß sie um so geringer wird, je größer der Strom
der Tourendynamo ist.
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Bei den Schaltungen (Abb.:2 und 3) wird der Strom in der von
Ist- und Sollgeschwindigkeit abhängigen Relaisspule bei Übereinstimmung der Geschwindigkeiten
null. Es kann die Schaltung auch so getroffen werden, (laß in diesem Falle ein bei
allen Steuerhebelstellungen, also auch bei Nullstellung, gleichbleibender Strom
die Spule durchfließt, wobei dann die Grunderregung des Relais wegfallen kann. Abb.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu, und zwar für die Schnellregleranordnung
nach Abb. 3. Die Spule v des labilen Relais ul fällt weg. Spule w liegt,
wie in Abb. 4 angedeutet, an der konstanten Sammelschienenspannung; in ihren Stromkreis
ist die Tourendynamo g geschaltet und außerdem ein Regler z gelegt, der mit
dem Steuerapparat d der Abb. 3 gekuppelt oder vereinigt ist bzw.,
falls die Anlaßdynamo nur das Feld f
besitzt, vom Steuerhebel direkt verstellt
wird. Der Strom in der Spule w ist damit abhängig von der Ist- und von der Sollgeschwindigkeit.
Da sich die Spannung von g je nach der Drehrichtung des Reversiermotors
b zur Sammelschienenspannung addieren und subtrahieren kann, muß ihr maximaler
Wert bei der Schaltung (Abb. 4) kleiner sein als die Sammelschienenspannung. In
der gezeichneten Nullstellung des Reglers z muß der Widerstand w'-so bemessen sein,
daß bei Stillstand des Motors b ein Strom durch w fließt, der das Relais
u2 im Gleichgewicht hält. Bewegt sich der Motor b bei Nullstellung des Steuerhebels
noch, so bewirkt die dann vorhandene Spannung von g eine Veränderung des
Spulenstromes und damit, wie oben, eine Verstellung des Schnellreglers. Dasselbe
tritt bei jeder Steuerhebelstellung ein, sobald die Istgeschwindigkeit von dem durch
die Steuerhebelstellung gegebenen Wert abweicht. Die Widerstände wl- und w2 sind
dabei zweckmäßig so abzustufen, daß die Geschwindigkeit nach jeder Seite proportional
mit dem Steuerhebelausschlag wächst.
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Abb. 5 zeigt eine Einrichtung, die an Stelle der Tourendynamo
g benutzt werden kann, uin die Umlaufzahl des Motors b zu über-,vachen
und bei Abweichung vom# richtigen Wert eine Korrektion mittels eines mit Motorantrieb
in versehenen Reglers herbeizuführen. Die Scheibe al mit den Kontakten bl und bl
wird in beliebiger Übersetzung von der Welle des Motors b angetrieben. Der
Kontaktarm c' wird von der Welle des Motors el durch Re ' ibung mitgenommen;
der Strom wird dem Kontakt cl und den Kontakten an der
Scheibe al
durch Schleifringe zugeführt. Der Motor el wird durch den mit dem Steuerhebel verbundenen
Steuerapparat d' derart geregelt, daß seine Tourenzahl proportional dem Sollwert
der Geschwindigkeit ist. Bleibt beispielsweise bei dem ein 'gezeichneten Drehsinn
der Scheibe al die Istgeschwindigkeit t)
hinter der Sollgeschwindigkeit zurück,
so kommt cl mit den Kontakten b' in Berührung, und in wird für denjenigen
Drehsinn eingeschaltet, der eine Erhöhung der Istgeschwindigkeit bewirkt. Zur Verhinderung
einer Überregulierung kann gleichzeitig mit dem Motor m der Widerstand
p (Abb. i) geschaltet werden, etwa durch ein Schütz g'.
Ferner können
die Kontakte bl- und b2 ähnlich den Kontakten o3 und o4 (Abb. 2-) als unterteilte
Druckkontakte angeordnet sein, um die Reguliergeschwindigkeit des Reglerinotors
mit wachsender Abweichung der Istvon der Sollgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Vorstehend sind elektrische Re-elmethoden k2
zur Verwirklichung
des Erfindungsgedankens beschrieben, es lassen sich jedoch beispiels--weise auch
die bekannten, mit Druckflüssigkeit arbeitenden Sicherheits- und Regelapparate so
modifizieren, daß sie den selbsttätigen Regler auch bei Nullstellung des Steuerhebels
beeinflussen können.