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Gerät zur Einstellung eines Körpers in vorbestimmte Soll-Lagen längs eines Verstellweges
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Einstellung eines Körpers in vorbestimmte Soll-Lagen längs eines Verstellweges mitHilfe eines Servosystems, dem ein von der jeweiligen Ist-Lage des Körpers abgeleitetes Fehlersignal zugeführt wird, das geeignet ist, den Körper mittels des Servosystems in eine vorbestimmte Soll-Lage zu bringen, wobei zwei Einrichtungen zur Ableitung von zwei verschiedenen, von der jeweiligen Ist-Lage des Körpers abhängigen Analogsteuersignalen vorgesehen sind, die in ihrem vom Verstellweg abhängigen Verlauf gegeneinander um 900 phasenverschoben sind und von denen jedes für sich geeignet wäre, als Fehlersignal zu wirken und den Körper mittels des Servosystems in je eine von zwei verschiedenen Lagen längs des Verstellweges zu bringen.
Die Aufgabenstellung der Erfindung geht dahin, bei einem Gerät der vorstehend beschriebenen Art, bei dem also die Einstellung durch Kompensation von Fehlersignalen erfolgt, eine Einstellung auf diskrete Soll-Lagen zu ermöglichen, die an beliebigen, digitalen Stellen zwischen den den beiden Steuersignalen entsprechenden Soll-Lagen liegen, so dass eine beliebig feine Unterteilung der möglichen Einstellorte auf digitaler Basis erzielbar ist.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass eine digital arbeitende Kombinationseinrichtung vorgesehen ist, die es ermöglicht, im Sinne einer digitalen Unterteilung einer vollen Periode der sinus-bzw. cosinusförmigen Steuersignale wählbare Komponenten dieser Signale durch Multiplikation des einen Steuersignals mit dem Cosinus bzw. des andem Steuersignals mit dem Sinus eines die Soll-Lage bestimmenden Winkels zu bilden, und die nach dem Multiplikationsvorgang erhaltenen, resultierenden Signale zu addieren, wobei das erhaltene Summensignal als Fehlersignal dient.
Es ist wohl bei einer Einrichtung zur Umrechnung der Koordinaten einer Grösse eines Koordinatensystems in die entsprechenden Koordinaten eines andern Koordinatensystems bekannt, um 900 verschobene Analogsignale abzuleiten und mit dem Cosinus bzw. Sinus eines Analogwinkelwenes zu multiplizieren, die resultierenden Signale zu addieren und das Summensignal als Fehlersignal zur Steuerung eines Servomotors zu benutzen. Im Hinblick auf die unterschiedliche Art der Einrichtungen stellt im bekannten Fall der Winkelwert aber nicht den Sollwert für die einzustellende Lage eines Körpers dar.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. l ist eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Ableitung zweier phasenverschobener sinusförmiger Steuersignale. Fig. 2 ist ein zur Anordnung nach Fig. l gehörendes Schaltbild. Fig. 3A ist eine Kurvendar- stellung, die zur Erläuterung der aus der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 abgeleiteten Steuersignale dient.
Fig. 3B ist eine vektorielle Darstellung der sich mit dem Verstellweg sinusförmig inderAmplitude ändern- den Steuersignale nach Fig. 3A und erläutert die Ableitung eines kombinierten Fehlersignals. Fig. 4 ist eine der Fig. 3A ähnliche Kurvendarstellung, die jedoch erkennen lasst, dass in den vier Quadranten des genannten Einsteilbereiches verschiedene Abschnitte der Kurvenzüge nach Fig. 3A kombiniert werden müssen, um in ausgewählten Punkten des Einstellbereiches Fehlersignale mit gleichsinnigen Nulldurchgängen
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zu erhalten. Fig. 5 ist ein der Fig. 3B ähnliches Vektordiagramm und gibt die Bedingungen an, bei denen das Fehlersignal für alle ausgewählten Punkte im Einstellbereich den Wert Null annimmt.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines Servosteuersystems, das die in Fig. 5 angegebenen Fehlersignale verwertet. Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Gerätes zur Ableitung eines Fehlersignals. Die Fig. 8 und 9 zeigenAusführungsbeispiele der Erfindung, bei denen zur Ableitung des Fehlersignals Transformatoren verwendet werden. Fig. 10 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem das Fehlersignal für die Lageeinstellung ohne Verwendung eines Transformators erzeugt wird.
In Fig. l ist eine Anordnung zur Ableitung der im Rahmen der Erfindung erforderlichen beiden Steuersignale dargestellt. Diese Anordnung umfasst eine Reihe von geraden, in einer Horizontalebene dicht nebeneinanderliegendenzylindrischen Stiften 11, beispielsweise aus Weicheisen, die sich relativ zu magnetischen Übertracern 12, 13,14 und 15 bewegen können, wobei der einzustellende Körper fest mit den Stiften 11 oderfestmit den Übertragern 12-15 verbunden sein kann. Der Übertrager 12 enthält zwei Kerne 16,17, die auf gegenüberliegenden Seiten der Reihe von magnetischen Stiften 11 angeordnet und axial senkrecht zur Ebene der Stifte 11 ausgerichtet sind. Die Kerne 16, 17 tragen Wicklungen 18 bzw. 19. Diese Wicklungen 18 und 19 sind in Reihe geschaltet und liefern das Ausgangssignal des Übertragers 12.
In gleicher Weise enthält der Übertrager 13 zwei Kerne 21,22 mit Wicklungen 23 bzw. 24 ; der Übertrager 14 enthält zwei Kerne 25 bzw. 26 mit Wicklungen 27, 28, und der Übertrager 15 zwei Kerne 29,30 mit Wicklungen 31 bzw. 32. Die beiden Kerne eines jeden Übertragers können durch die beiden Schenkel eines U-förmigen Kernkörpers gebildet werden.
Die Abstände zwischen den Übertragern 12 und 13 sowie zwischen den Übertragern 14 und 15 sind gleich gross und betragen ein ganzzahliges Vielfaches des Durchmessers d plus einem halben Durchmesser der magnetischen Stifte 11 (nd + d/2). DerAbstand'zwischen den Übertragern 13 und 14 beträgt hingegen ein ganzzahliges Vielfaches des Durchmessers d der Stifte 11 plus oder minus einem Viertel eines Durchmessers (md d/4). Dieser Abstand soll eine Phasenverschiebung von 900 zwischen den Hüllkurven der Signale bewirken, die von den Übertragern 12,13 einerseits und den Übertragern 14,15 anderseits abgeleitet werden.
Die Übertrager 12-15 werden in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet. Der Übertrager 12 mit
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in Reihe geschalteten Wicklungen 18 und 19 liegt dabei in Reihe mit dem Übertragerund 28 des Übertragers 14 in Reihe mit den Wicklungen 31 und 32 des Übertragers 15 geschaltet. Die Reihenschaltungen der Übertrager 12,13 und der Übertrager 14,15 sind parallel an die Sekundärwicklung 33 eines Transformators 34 angeschlossen, dessen Primärwicklung an einer geeigneten Wechselstromquelle mit beispielsweise 400 Hz Frequenz liegt. Die Sekundärwicklung 33 des Transformators 34 hat eine Mittelanzapfung 35.
Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet als eine Brücke und liefert zwischen dem Verbindungspunkt der Wicklungen 19 und 23 und der Mittelanzapfung 35 des Transformators 34 eine Steuerspannugn eA und zwischen dem Verbindungspunkt der Wicklungen 28 und 31 und der Mittelanzapfung 35 eine Steuerspannung eB. Die Spannungen eA und eB sind Wechselspannungen mit der Frequenz der Eingangsspannung am Transformator 34 ; ihre Amplitude än- dert sich sinusförmig in Abhängigkeit von der relativenLage derStife 11 in Fig. l zu den Übertragern 12 - 15. Die positiven und negativen Halbwellen des sinusförmigen Amplitudenverlaufes bedeuten, dass die Wechselspannung in den Nulldurchgängen der Amplitude der Phase umkehrt, also einmal gleichphasig und dann gegenphasig zur Wechselspannung der Quelle ist.
Die Spannungen eA und eB können, falls erforderlich, verstärkt werden und gelangen zu einer später beschriebenen Kombinationseinrichtung.
In einem digital arbeitenden Einstellsystem, bei dem die Eingangsdaten in Dezimalform vorliegen, ist es vorteilhaft, den Einstellweg in Dezimalteilen einer Längeneinheit zu teilen ; zu diesem Zweck ha- ben die Stifte ll m Fig. l z. B. einen Durchmesser d von 1 mm. Eine Relativbewegung zwischen den Stiften 11 und den Übertragern 12-15 um den Betrag eines Stiftdurchmessers d ergibt eine vollständige Periode von Amplitudenänderungen der Spannungen eA und eB in der Schaltung nach Fig. 2.
Diese Amplitudenänderungen der Spannungen eA und eB sind in Fig. 3A dargestellt, in der auf der X-Achse der Verstellweg aufgetragen ist und eine volle Periode der Wellenzüge eA und eB einer Verstellbewegung entspricht, die betragsgleich einem Stiftdurchmesser d in Fig. l ist. Die Wellenzüge eA und E13 sind in ihrer Phasenlage um 900 versetzt und lassen sich durch die Beziehungen eA = E sin X und eB ='E cos X ausdrücken.
Die Sinus- und Cosinusfunktionen kehren ihr Vorzeichen um, wenn sie die Nullachse kreuzen. Mit Hilfe eines Servosystems dem die Spannung e. oder E13 als Steuerspannung zugeführt wird und das die Amplitude der Steuerspannung in einer von deren Vorzeichen bzw. Phasenlage abhängigen Richtung auf
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nerung der Skalenteilung des Einstellsystems, indem dem Servosystem alternativ ein Fehlersignal zugeführt werden kann, das eine Einstellung auf den Skalenpunkt P bewirkt.
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zur Erzielung eines Wellenzugesspricht die Drehung des Vektors eA im Sinne des Pfeiles X um 3600 einer Relativbewegung zwischen den Stiften 11 undden Übertragern 12-15 umeinenStiftdurchmesser d (z. B. 1 mm).
Der Vek-
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36 entspricht ; diese Kurve geht im Punkt P durch die X-Achse in Fig.3A, wenn sich der Vektor eA in Fig. 3B um den Winkel R in Richtung X weitergedreht hat. Die mathematisch ausgedrückte Be- ziehung für den Vektor p lautet :
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Für X = R ist also ep = O.
Für eine Dezimalteilung ist es erforderlich, innerhalb einer vollständigen Periode des Wellenzuges eA zehn in gleichen Abständen liegende Wellenzüge ähnlich der Kurve 36 zu erzeugen. Zu diesem Zweck können die Wellenzüge eA und eB gemäss Fig. 4 kombiniert werden. Die ausgezogenen Kurven
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4 stellen jene'Polaritätense Kombination der Wellenzüge e. undess führt zu Wellenzügen 36 mit gleicher Steigung im Schnittpunkt mit der X-Achse (vgl. die Punkte 0 - 9 auf der X-Achse in Fig. 4), so dass in allen diesen Punkten ein Servosystem durch den entsprechenden Wellenzug 36 eindeutig eingestellt werden kann.
Der erforderliche Verlauf der Wellenzüge 36 wird also dadurch erreicht, dass in den einzelnen Quadranten des einer vollen Periode des Wellenzuges e A entsprechenden, in zehn Teile geteilten EinstellbereichesKomponenten der Wellenzüge eA und eB mit positivem und/oder negativem Vorzeichen (d. li. ohne und/oder mit Phasenumkehr der Wechselspannungen kombiniert werden. Wie aus den Fig. 3B und 4 hervorgeht, werden im ersten Quadranten (Punkt Null bis Mitte zwischen den Punkten 2 und 3) po- sitive Komponenten derweilenzüge e. und eg (d. h. ohne Phasenumkehr der Wechselspannungen) kombiniert. Am Ende des ersten Quadranten muss das Vorzeichen des Wellenzuges eA entsprechend dem Verlauf cos R negativ gemacht werden (Phasenumkehr).
Im zweiten Quadranten wird also eine nega-
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stellbereiches, die dem Punkt 5 entspricht, wird das Vorzeichen von eB umgekehrt (Phasenumkehr) undsmitwerdenimdrittenQuadranteneinenegativeKomponentevoneBmiteinerpositivenKompo- nente von eA kombiniert. Im vierten Quadranten wird schliesslich eine positive Komponente von eA mit einer negativen Komponente von eB kombiniert. Durch geeignetewahl der Grösse der beiden kombinierten Komponenten können die Punkte 1 - 9 im Einstellbereich genau festgelegt werden.
Die erforderliche Kombination der Komponenten von e. und eB in Übereinstimmung mit dem Cosinus bzw. Sinus des Winkels R ist in Fig. 5 dargestellt, die wieder ein Drehvektordiagramm zeigt.
In Fig. 5 stellen die zehn gleichen Sektoren mit dem Zentriwinkel R eine vollständige Vektorumdrehung dar und sie sind mit den Ziffern 0 - 9 bezeichnet. Wie weiterhin aus Fig. 5 hervorgeht, lassen
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die cos-Komponenten von eA als die horizontal verlaufenden Komponenten der Vektoren in sämt-ponenten der Vektoren in den Punkten 0 - 9 ergeben. Um die den Wellenzügen 36 in Fig. 4 ent- sprechenden Servofehlerspannungen abzuleiten, werden also cos-bzw. sin-Komponenten der Wellenzüge
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eA und eB kombiniert, die dem Winkel entsprechen, um den sich der Vektor eA dreht. Wie z.
B. für den Vektor e im Punkt l (entsprechend einer Drehung um 36 ) angegeben ist, wird der Vektor e cos 360 mit dem Vektor eB sin 360 zusammengesetzt, wodurch der Vektor ep entsteht, der auf der horizontalenAchse zum Punkt 0 weist. Für sämtliche Punkte 0-9 ergibt die Zusammensetzung der entsprechenden cos-Komponentevon eA und der sin-Komponente von eB mit einer Vorzeichen- wahl gemäss Fig. 4 den Vektor ep im Punkt 0.
Demnach istdieGrösse ep eineFehlerspannung, die sich zur Betätigung eines Servomechanismus eignet, um diesen in eine Nullstellung zu bringen, die einer
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- 9eA cos R und eB sin R in der beschriebenen Weise zusammengesetzt werden, hat die resultierende Spannung ep somit solcheGrösse und solchenVerlauf, dass der gesteuerte Mechanismus auf den ausgewählten Punkt eingestellt wird, wobei ep zu Null wird.
In Fig. 6 ist ein Servosystem dargestellt, mit dem sich eine Steuerung gemäss der Erfindung durchführen lässt. Eine Kombinationseinrichtung 41 erhält die Spannungen eA und eB von einem Feinstellungsanzeiger 42, der diese Spannungen eA und eB in einer beliebigen Weise, z. B. gemäss den Fig. 1 und 2, erzeugen kann. Die Kombinationseinrichtung 41 hat einen Dateneingang 43, der eine von Hand zu betätigende Tastatur oder ein Lochstreifenabtastgerät oder ein anderes Datenaufgabegerät sein kann, mit dem die Dezimalstelle ausgewählt wird, auf die das Servosystem eingestellt werden soll. Es ist klar, dass in bekannter Weise ein Grobstellungsanzeiger verwendet werden kann, um den Servomechanismus zuerst in eine der gewünschten Feineinstellung angenäherte Lage zu bringen.
Beispielsweise kann hiezu ein System dienen, das die Anzahl der Stifte 11 zählt, über die der Mechanismus hinwegbewegt wird und das diese Relativbewegung nach einer vorbestimmten Anzahl von überquerten Stiften anhält.
Nach dieser Voreinstellung sorgt das Gerät gemäss der Erfindung für eine Feineinstellung, die z. B. innerhalb des einem Durchmesser eines Stiftes 11 entsprechenden Bereiches in 1000 Stufen vorgenommen werden kann, wobei der genaue Einstellpunkt zahlenmässig auf Digitalbasis dem Dateneingang 43 aufgegeben wird. Im Ausgang der Kombinationseinrichtung 41 erscheint das Additionsergebnis von e cos R + e sin R, das über einen Verstärker 44 einem Servomotor 45 zugeführt wird. Der Motor 45 bewirkt eine Relativbewegung zwischen den Stiften 11 und den Übertragern 12 - 15 in Fig. 1 und steuert dadurch den Feinstellungsanzeiger 42, bis das Eingangssignal des Verstärkers 44 auf Null absinkt.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein Umrechner 46 die Eingangsspannung eA = E sin X aufnimmt. Ein zweiter Umrechner 47 erhält die Eingangsspannung eB = E cos X. Beide Umrechner 46 und 47 werden synchron mechanisch durch eine entsprechend der Grösse R eingestellte Welle 48 derart gesteuert, dass der Umrechner 46 die Ausgangsspannung
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Spannungen der Umrechner 46 und 47 ergeben dann die Fehlerspannung ep = E sin (X - R).
Somit lässt sich die Grösse ex dis eine stetige Funktion der elektrischen und synchronen mechanischen Steuerung der Umrechner 46,47 erhalten, wobei die Umrechner auch das jeweils richtige Vorzeichen für die Grössen cos R und sin R liefern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Dabei wird die Spannung eA der Primärwicklung 51, eines Transformators 52 zugeführt, der Sekundärwicklungen 53,54 und 55 hat. Ein zweiter Transformator 56 hat ebenfalls drei Sekundärwicklungen 58,59 und 60 und
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ende 65 wird eine Spannung abgenommen, die betragsgleich der Eingangsspannung eA,-jedoch gegenphasig zu dieser ist. Die Sekundärwicklung 54 gibt analog am einen Wicklungsende 66 eine Teilspannung von, e A ab, die gleich eA cos 72 ist, und am andern Wicklungsende 67 eine betragsgleiche, jedoch gegenphasige Spannung, die dem Wert eA cos 1080 entspricht. Die Mittelanzapfung 68 der Wicklung 54 ist mit einem Wicklungsende 69 der Sekundärwicklung 60 verbunden.
Die Sekundärwicklung 55 gibt Spannungen ab, die in Grösse und in Phasenlage den Spannungen gleich sind, die von der Sekundärwicklung 54 geliefert werden, d. h. sie führt am Wicklungsende 71 eine Spannung, die der Spannung am Wicklungsende 66 der Sekundärwicklung 54 betrags-und phasengleich ist. und am Wicklungsende 72 eine Spannung, die betrags-und phasengleich der Spannung am
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Wicklungsende 67 der Sekundärwicklung 54 ist. Die Mittelanzapfung 73 der Sekundärwicklung 55 ist mit dem zweiten Wicklungsende 74 der Sekundärwicklung 60 verbunden.
Die Sekundärwicklungen des Transformators 56 führen Komponenten der Spannung en, die dem Sinus der in Fig. 5 eingezeichneten Winkel entsprechen. Die Wicklungsenden 75 und 76 der Sekundärwicklung 58 weisen bezüglich der Mittelanzapfung 58'Teilspannungen von eB auf, die gleich eB sin 36 sind, wobei eine dieser Spannungen gleich- und die andere gegenphasig zu eB ist. Die Sekundärwicklung 59 führtspannungen, die mit denjenigen der Sekundärwicklung 58 identisch sind, d. h. sie liefert am Wicklungsende 77 eine zu eg gleichphasige und am Wicklungsende 78 eine zu e gegenphasige Spannung mit dem Betrag eB sin 360.
Die Sekundärwicklung 60 erzeugt am Wicklungsende 69 eine Spannung, die gleich eB sin 72 ist, und am Wicklungsende 74 eine gleich grosse Spannung, die aber gegenphasig zur ersteren und zu en ist. Die Mittelanzapfung 79 liegt gemeinsam mit der Mittelanzapfung 62 an der zur Ausgangsklemme 82 führenden Leitung 81.
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Phase zu addieren, wie dies in Verbindung mit den Fig. 3B, 4 und 5 erläutert worden ist. Jede so zusam- mengesetzteSpannung entspricht einem Wellenzug 36 durch einen derPunkte 0-9 aufderX-Achse in Fig. 4. Zur Kombination der Spannungskomponenten sind zwei Auswahlschalter 83,84 mit je zehn Stellungen vorgesehen.
Der Schalter 83 hat einen Kontaktarm 85, der durch ein Betätigungsorgan 86 wahlweise auf einen von zehn verschiedenen festen Kontakten eingestellt werden kann, die von 0-9 bezeichnet sind. Wie schon erläutert, kann das Betätigungsorgan 86 von Hand oder durch die Steuer- wirkung eines Datenaufgabegerätes verstellt werden. Der Schalter 84 hat einen Kontaktarm 87, der
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auf einen von zehn feststehenden Kontakten, die mit 0 - 9 bezeichnet sind, eingestellt werdenentsprechenden Kontakte des Schalters 83 sind so verbunden, dass der Kontaktarm 85 Zugang zu der gleichen Kombination von Sekundärwicklungsabschnitten hat, aber in bezug auf die mit dem Kontaktarm
87 verbundenen Wicklungsabschnitte jeweils um eine Stelle voreilt.
Somit ist die Potentialdifferenz zwi- schen den Kontaktarmen 87 und 85 stets gleich der Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten
Wellenzügen 36 in Fig. 5 : diese Potentialdifferenz wird in jedem Zeitpunkt aus den entsprechenden Cosinus-und Sinuskomponenten von eA und eB abgeleitet. Der Kontaktarm 87 ist beispielsweise in seiner Nullstellung mit dem Wicklungsende 61 der Sekundärwicklung 53 verbunden und liegt daher auf einem Potential e bezüglich der Mittelanzapfung 62 und der gemeinsamen Ausgangsklemme 82. Der Kontaktarm t5 liegt in seiner Nullstellung auf einem Potential, das sich aus jenen Kompo- nenten von eB ergibt, die zwischen dem Wicklungsende 75 und der Mittelanzapfung 58'der Sekundärwicklung 58 sowie zwischen den Anschlüssen 63 und 62 der Sekundärwicklung 52 wirksam sind.
Die so erhaltenen beiden Potentiale werden addiert, um den zusammengesetzten Wellenzug 36 zu erzeugen, der durch den Punkt 1 in Fig. 4 hindurchgeht. Die Potentialdifferenz zwischen den Kontaktarmen 87 und 85 entspricht daher dem vertikalen Abstand 80 in Fig. 4 zwischen dem Wellen- zug e. und jenem Wellenzug 36, der im Punkt 1 auf der X-Achse den Wert Null durchläuft.
Analog ist diese Potentialdifferenz in sämtlichen Stellungen 0-9 der Kontaktarme 87 und 85 so ge- wählt, dass sie dem vertikalen Abstand zwischen dem Wellenzug eA und dem Wellenzug 36. entspricht, der durch den gewünschten Skalenpunkt auf der X-Achse in Fig. 4 geht.
Um zwischen den Skalenpunkten auf der X-Achse in Fig. 4 noch interpolieren zu können, sind gemäss Fig. 8 die Kontaktarme 85 und 87 mit den entgegengesetzten Enden eines Spannungsteilers 88 verbunden. Der Spannungsteiler 88 weist zwei Sätze 89 und 90 von je neun in Reihe geschalteten Widerständen auf. Ein Fndauschluss der in Reihe geschalteten Widerstände 91 ist über eine Leitung 92 mit dem Kontaktarm 87 verbunden. Die Verbindungspunkte der einzelnen Widerstände 91 und der zweite Endanschluss dieses Widersfa : 1dsat7es sind der Reihe nach mit den feststehenden Kontakten 0 - 9 eines Schalters 93 verbunden, die vom Kontaktarm 94 des Schalters bestrichen werden.
Analog ist ein Endanschluss des Widerstandsatzes 89 über eine Leitung 95 mit dem Kontaktarm 85 verbunden und der andere Endanschluss dieses Widerstandsatzes sowie die Verbindungspunkte der einzelnenWiderstände 89 sind der Reihe nach mit den feststehenden Kontakten eines weiteren Schalters 96 verbunden, die von einem Kontaktarm 97 beschrieben werden. Die Kontaktarme 94 und 97 der Schalter 93 bzw. 96 sind miteinander gekuppelt. Zwischen den Kontaktarmen 94 und 97 liegt ein Spannungsteiler
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98, der aus zehn in Reihe geschalteten gleichen Widerständen besteht. Die Widerstände in den Widerstandssätzen 89 und 91 haben gleiche Widerstandswerte, beispielsweise je 10 000 Ohm.
Der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers 98 kann gleich dem Wert der einzelnen Widerstände in den Widerstandssätzen 89 und 91 gewählt werden. Durch diese Bemessung der Werte der Widerstände 89, 91 und 98 5 wird zwischen Kontaktarmen 94 und 97 und damit am Spannungsteiler 98 ein Potential hergestellt, das denan denWiderstandssätzen 89 und. 91 abgegriffenen Teilspannungen entspricht. Dieam Spannungstei- ler 98 auftreiendeSpannung wird weiter in zehnDezimalteile aufgeteilt, indem die Verbindungspunkte der einzelnenwiderstände 98 mit entsprechenden feststehenden Kontakten 0 - 9 eines Schalters 99 verbunden werden. DieKontakte 0 - 9 des Schalters 99 werden von einem Kontaktarm 101 bestri- ) chen, dessen Potential an der Ausgangsklemme 102 erscheint.
Der Kontaktarm 101 wird wahlweise mittels einer Steuerung 100 eingestellt, die in gleicher Weise wie die Steuerungen 86 und 90 ausgeführt ist und entweder von Hand bedient werden kann oder von einem Datenabtastgerät gesteuert wird.
Die Arbeitsweise des Systems nach Fig. 8 ist nun leicht verständlich und wird deshalb nur noch kurz
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den Primärwicklungen 51 bzw. 57 zugeführten Spannungen e < bzw. eB liefern an den! taktarm 101 des Schalters 99 betätigt. Das am Kontaktarm 101 bzw. an der Klemme 102 auf- tretende Potential in bezug auf das Potential an der Klemme 82 bildet die Ausgangsspannung, welche die Abweichung der tatsächlichen Stellung von der erforderlichen Stellung des Einstellsystems darstellt, wobei der Einstellbereich in 1000 gleiche Teile aufgelöst werden kann.
Wenn zwischen zwei Punkten auf einer Sinuskurve mit einer linear arbeitenden Einrichtung, beispiels- weise mit den Spannugnsteilern 89, 91 und 98 interpoliert wird, tritt ein geringer Fehler auf und es erscheint wünschenswert, diesen Fehler durch Einfügung von Widerständen 103 und 104 zu kompensie- ren. Der Widerstand 103 liegt zwischen der Ausgangsklemme 102 und dem Kontaktarm 85, der
Widerstand 104 zwischen der Ausgangsklemme 102 und dem Kontaktarm 87. Bei den zuvor bei- spielsweise angenommenen Werten der Widerstände 89,91 und 98 beträgt der Wert der Widerstände
103 und 104 annäherungsweise je 1, 5 Megohm.
Für jede spezielle Anwendung lassen sich die Werte sämtlicher zurSpannungsteilung verwendeter Widerstände so wählen, dass bezüglich der Teilung der zwei- ten und dritten Dezimalstellen, die mittels der Organe 90 und 100 eingestellt werden, optimale Li- nearität erhalten wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Auch in diesem Falle werden angezapfte Transformatoren in Verbindung mit Auswahlschaltern verwendet, um die Fehlerspannung ep für iede der ersten Dezimalstellen 0-9 gemäss der Erfindung zu gewinnen. Nach Fig. 9 liegt an der
Primärwicklung 109 eines Transformators 105 eine Wechselspannung eA, die in der Sekundär- wicklung 107 die cos-Komponenten von eA entsprechend Fig. 5 bildet.
Am Wicklungsende 108 ergibt sich die Spannung eA in bezug auf eine Mittelanzapfung 109. während eine weitere Anzap- fung 111 die Spannung 0, 80 902 eA und eine dritte Anzapfung 112 der gleichen Wicklungshälfte
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ergeben betragsgleiche, jedoch gegenphasigeSpannungen wie dieAnzapfungen 112 bzw. 111.Am zweiten Wicklungsende 115 tritt eine Spannung auf, die betragsgleich eA, jedoch gegenphasig dazu ist. DieMittelanzapfung 109 ist über eine Leitung 116 mitdergemeinsamenAusgangsklemme 82 verbunden.
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118 in zyklischer Reihenfolge mit den Anzapfungen der Schundärwicklung 107 verbunden, wobei mit dem oberen Wicklungsende 108 begonnen wird. Jeder der festen Kontakte 0-9 des Schalters 118 ist mit dem um l höher bezifferten festen Kontakt des Schalters 117 verbunden.
Der Schalter 117 weist einen Kontaktarm 119 und der Schalter 118 einen Kontaktarm 121 auf. Die Kontaktarme
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119 und 121 sind miteinander gekuppelt und werden durch ein Organ 120 gesteuert, das handbetätigt oder aber ein Datenaufgabegerät sein kann. Durch die angegebenen Verbindungen der feststehenden Kontakte der Schalter 117 und 118 ist das Potential am Kontaktarm 121 bei einer besonderen Einstellung desselben gleich der cos-Komponente von eA; dasPotential desKontaktarmes 119 ist für die nächst- höhere Einstellung an den festen Kontakten die gleiche cos-Komponente von eA.
Um die cos-Komponenten von e. gemäss der Erfindung mit sin-Komponenten von eg zusam- menzusetzen, ist der Kontaktarm 119 mit der Mittelanzapfung 122 der Sekundärwicklung 123 eines Transformators 124 und der Kontaktarm 121 mit der Mittelanzapfung 122'einer weiteren Sekundärwicklung 126 des Transformators 124 verbunden. Der Transformator 124 hat eine Primärwicklung 127, an der eine Wechselspannung eB liegt. Sowohl die Sekundärwicklung 123 als auch die Sekundärwicklung 126 weisen Anzapfungen und Endanschlüsse zur Darstellung der erforderlichen sin-Komponenten von eB auf. Die Wicklungsenden 128 und 128'liefern jeweils eine Spannung von 0, 95106 eB in bezug auf die Mittelanzapfung 122 bzw. 122'.
In ähnlicher Weise führen die Anzapfungen 129 und 129'der der beiden Sekundärwicklungen 123 und 126 bezüglich der Mittelanzapfun-
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stufenschalter 133 und 134 ausgewählt. Der Schalter 134 hat einen Kontaktarm 135, der nacheinander die feststehenden Kontakte 0 - 9 bestreicht, welche so mit den Anzapfungen der Wicklung 126 verbunden sind, dass die sin-Komponenten von eB für die in Fig. 3 eingezeichneten zehn Winkel- stellungen ausgewählt werden. So wird in der Nullstellung der Wert eB sin 0 (= Null) ausgewählt, in- dem eine direkte Verbindung mit der Mittelanzapfung 122'hergestellt wird.
Der feste Kontakt 1 ist mit der Anzapfung 129'verbunden, um den Wert 0, 8779 eB auszuwählen, während der feste Kon- takt 2 mit der Anzapfung 228'verbunden ist, wodurch der Wert 0, 95106 eB abgegriffen wird. Die restlichen Komponenten von eH'die den zehn in Fig. 5 eingezeichneten WinkePstellungen des Vektors entsprechen, werden durch eine weitere Bewegung des Kontaktarmes 135 über den festen Kontakt-
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taktarmen 94 und 97 liegt ein Spannungsteiler 98, dessen einzelne Widerstände an die entsprechen- den festen Kontakte 0 - 9 des Schalters 99 angeschlossen sind, wodurch der Kontaktarm 101 mit Hilfe des Organs 100 auf die erforderliche dritte Dezimalstelle derSpannungeingestelltwerdenkann, die an der Ausgangsklemme 102 verfügbar sein soll.
DieArbeitsweise des in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispieles ist hinsichtlich der Auswahlschalter 93, 96 und 99 die gleiche wie beim Beispiel nach Fig. 8. Die Auswahl der. cos-Komponenten von eA
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Erfindung erforderlich sind, werden durch Umkehrung der Verbindungen zu den verschiedenen Anzapfungen des Transformators 104 mit Hilfe der Schalter 117 und 118 und zu denAnzapfungendesTrans- formators 124 mit Hilfe der Schalter 133 und 134 günstiger erreicht als durch die Verwendung von besonderen Wicklungen zu diesem Zweck wie in Fig. 8.
InFig. 10 ist einAusführungsbeispiel der Erfindung angegeben, bei dem Verstärker und Umschaltkreise
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verwendet werden, um ein erfindungsgemässes Arbeiten ohne die Benutzung von Transformatoren zu ermöglichen. Die Spannung eA gelangt über Widerstände 141,142, 143 zu je ein, ; m vorbestimmten Satz der festen Kontakte 0-9 zweier Auswahlschalter 144 und 145. Die Spannung eB gelangt über Widerstände 146,147 und 148 zu je einem ändern Satz der festen Kontakte der Schalter 144 und 145.
Der Kontaktarm 149 des Schalters 144 liegt im Eingang eines Verstärkers 151, der über einen Widerstand 152 rückgekoppelt ist und an seiner Ausgangsleitung 153 eine Spannung liefert, die der Summe der an seinem Eingang über den Kontaktarm 149 ankommenden Spannungen entspricht.
Analog liegt der Kontaktarm 154 des Schalters 145 im Eingang eines Verstärkers 155, der ebenfalls über einen Widerstand 156 rückgekoppelt ist und an seiner Ausgangsleitung 157 eine Spannung liefert, die der Summe der Spannungen entspricht, welche dem Verstärkereingang vom Kontaktarm 154 zugeführt werden. Die Werte der Widerstände 141,142, 143,146, 147 und 148 sind umgekehrt pro-
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che mit der ausgewählten Ziffer und der nächsten Ziffer bezeichnet sind. Dieses Ergebnis wird in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 dadurch erreicht, dass die cos-Komponenten von e. und die sin-Komponenten von eB, die über die Widerstände 141 - 143 und 146-148 zu den festen Kontakten der Schalter 144 und 145 gelangen, entsprechend ausgewählt werden.
Das Aus- gangssignal des Verstärkers 151 wird über einen normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 151 einem Spannungsteiler 158 zugeführt, der aus elf gleich bemessenen reihengeschalteten Widerständen besteht. Der andere Endanschluss des Spannungsteilers 159 ist mit der Ausgangsleitung 157 des Verstärkers 155 verbunden. Die einzelnen Widerstände des Spannungsteilers 158 können einen beliebigen Wert, beispielsweise von 10000 Ohm, aufweisen.
Der feste Kontakt 0 des Auswahlschalters 159 ist mit der Leitung 157 verbunden und die an-. schliessenden, mit 1 - 9 bezifferten Kontakte sind der Reihe nach an aufeinanderfolgende Verbindungs- punkte von Widerständen des Spannungsteilers 158 angeschlossen. Ein weiterer Auswahlschalter 161 ist mit seinem festen Kontakt 9 an das obere Ende des Spannungsteilers 158 angeschlossen, das über den Relaiskontakt 150 mit der Leitung 153 verbunden ist ; die nachfolgenden Kontakte 8-0 des Schalters 161 sind der Reihe nach mit aufeinanderfolgenden Verbindungspunkten der Widerstände des Spannungsteilers 158 verbunden. Der Kontaktarm lo2 des Auswahlschalters 159 ist an ein Ende eines weiteren Spannungsteilers 163 angeschlossen.
Der Kontaktarm 164 des Schalters 161 ist mit dem zweiten Ende des Spannungsteilers 163 verbunden. Der Spannungsteiler 163 besteht aus gleich bemessenen, reihengeschaltetenWiderständen, die mit den entsprechenden festen Kontakten 0-9 eines Auswahlschalters 99 verbundensind. DerKontaktarm 101 des Schalters 99 steht mit derAusgangs- klemme 102 in Verbindung.
In Stellungen, die dem ersten Quadranten der in Fig. 4 dargestellten Wellenziige entsprechen, wo die Spannungen eA und eB ohne Phasenumkehrung zusammengesetzt werden, erzeugt das System nach fig. l0 am Spannungsteiler 158 genau die Teilspannungen e, cos R + Sg sin R. Diese Spannung wird mitHilfe der Verbindungen zu den Schaltern 159 und 161 in zehn gleiche Teile aufgelöst, wobei die Kontaktarme 162 und 164 mit den Endpunkten des Spannungsteilers 158 in Verbindung stehen.
Für jede beliebige Einstellung des Organs 90'ist die Spannung zwischen den Kontaktarmen 162 und 164 gleich dem Spannungsabfall an zwei der in Reihe geschalteten angrenzenden Widerstände. Der Ge- samtwiderstand des Spannungsteilers 163 ist gleich dem Widerstandswert von zwei Widerständen im Spannungsteiler 158. Wenn beispielsweise die einzelnen Widerstände des Spannungsteilers 158 den Wert 10000 Ohm haben, können die einzelnen Widerstände im Spannungsteiler 163 den Wert 2 000 Ohm haben. Bei diesen relativen Werten der Widerstände der Spannungsteiler 158 und 163 löst ler Auswahlschalter 99. die Spannung zwischen denKontaktarmen 162 und 164 in zehn gleiche Tei- [e auf, die der drittenDezimalstelle entsprechen und mit dem Organ 100 ausgewählt werden können.
Wie sich aus einer Betrachtung von Fig. 4 ergibt, muss das Gerät gemäss Fig. 10 für eine Polaritätsum-
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Punkt 5 umgekehrt werden. Am Ende des dritten Quadranten muss die Spannung eA wieder in ihrer
Polarität umgekehrt werden. Diese Phasenbeziehungen, die bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbei- spielen der Erfindung mit Hilfe von Transformatoren erreicht werden, lassen sich bei der Schaltung nach
Fig. 10 auf folgende Weise erzielen : Wie schon erwähnt, wird die Verbindung des Ausganges 153 des Verstärkers 151 mit dem Span- nungsteiler 158 über einen normalerweise geschlossenen Relaiskontakt (Trennkontakt) 150 herge- stellt.
Der Kontakt 150 wird von einem Relais C gesteuert, das ausserdem normalerweise offene Kon- takte (Schliesskontakte) 165 und 166 steuert. Ein zweites Relais D betätigt einen Trennkontakt 160 und einenSchliesskontakt 167. DieLeitung 153, die normalerweise über den Trennkontakt 150 mit einem Endanschluss des Spannungsteilers 156 verbunden ist, wird unterbrochen, wenn das Relais C erregt ist ; sie wird dann aber über die Schliesskontakte 165 und 160 mit einer Verbindungsstelle 168 am Spannungsteiler 158 verbunden. Wenn beide Relais C und D erregt sind, besteht eine Verbindung der Leitung 153 über den Schliesskontakt 165 und den Schliesskontakt 167 zu einer Verbindungs- stelle 169 am Spannungsteiler 158.
Bei Betätigung des Relais C werden in jedem Falle die End- anschlüsse des Spannungsteilers 158 über den Schliesskontakt 166 mit der Leitung 157 verbunden. Zusätzlich zu den Relais C und D sind noch Relais A und B vorgesehen, welche die Polaritäten der
Spannungen eA bzw. eB umkehren, die den entsprechenden Eingangsklemmen des in Fig. 10 dargestell- tenGeräteszugeführtwerden. DieKontaktederRelaisAundBfürdiesePhasenumkehrsindnichtein- gezeichnet.
Das Relais A wird durch einen Auswahlschalter 171 mit zehn Stellungen gesteuert, der einen Kontaktarm 172 aufweist, welcher zusammen mit den Kontaktamen 149 und 154 beiBetätigung des
Organs 86' eine Drehbewegung ausführt. Ein weiterer Auswahischalter 173 hat einen Kontaktarm
174, der zusammen mit den Kontaktarmen 162 und 164 mittels des Einstellorgans 90' gedreht wer- den kann und auch die Erregung des Relais A steuert, um die jeweils erforderliche Polarität von eA sicherzustellen.
Das Relais B wird wahlweise von einem Kontaktarm 175 eines Auswahlschalters 176 erregt. dermitdenKontaktamen149und154unddemEinstellorgan86'aufDrehunggekuppeltist. Die Relais C und D werden wahlweise je nach der Einstellung eines Auswahlschalters 177 erregt, der mit dem Einstellorgan 86' gekuppelt ist, während ein Auswahlschalter 178 mit dem OrMn 90' gekuppelt ist. DerArbeitsstrom für dieRelais A, B, C und D kommt von einer geeigneten Gleichstromquelle 179, die entsprechend der Einstellung derAuswahlschalter 171,173, 175,177 und 178 das entsprechende Relais mit Strom versorgt, um die in Fig. 4 angegebenen Polaritäten zu erhalten.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles nach Fig. 10 unter Bezugnahme auf das Diagramm nach Fig. 4 erläutert. Wie schon beschrieben, erzeugt die Schaltung nach Fig. 10 an den Ausgangsklemmen 102 und 82 zunächst je nach der Einstellung der Organe 86'und 90'Fehlersignale, die den Einstellpunkten im ersten Quadranten einer Periode von eA und eB in Fig. 4 entsprechen. Am Ende des ersten Quadranten entspricht die Einstellung der Organe 86', 90'und 100 der Dezimalzahl 0, 0250. Diese Einstellung führt den Kontaktarm 172 auf den festen Kontakt 2 und den Kontaktarm 174 auf den festen Kontakt 5, wodurch das Relais A erregt wird.
Nach der Erregung des Relais A werden nicht dargestellte Kontakte betätigt, welche die Polarität der Spannung e die den Widerstän- den 141,142 und 143 zugeführt wird, umkehren. Durch die gezeigte schaltungsmässige Verbindung der Schalter 173 und 171 bleibt das Relais A für sämtliche Einstellungen zwischen 0, 0250 und 0, 749 erregt. Bei Einstellungen entsprechend den Dezimalzahlen 0, 0750-0, 0999 bleibt das Relais A abgeschaltet. Dieser letztere Zustand entspricht dem vierten Quadranten in Fig. 4, wo eA ohne Phasenumkehrung verwendet wird.
Für Einstellungen des Organs 86'zwischen der Ziffer 5 und der Ziffer 9 entsprechend den Dezimalzahlen von 0, 0500 bis Ci999 berührt der Kontaktarm 175 die festen Kontakte 5 - 9 des Schalters 176 und erregt das Relais B. Das Relais B bewirkt über nicht dargestellte Kontakte eine Umkehr der Polarität der Spannung es'die den Widerständen 146,147 und 148 zugeführt wird und dem negativen e B-Wellenzug in Fig. 4 für den dritten und vierten Quadranten entspricht.
BeiAnsprecheu der Relais C und D, welche die die Verstärker 151 und 155 mit dem Spannungsteiler 158 verbindenden Kontakte steuern, wird der Spannungsteiler 158 in einen fünfstufigen Spannungsteiler für das Intervall von 0, 0200 bis 0, 249 und in einen zweiten fünfstufigenSpannungsteilerfür das Intervall von 0, 250 bis 0, 0299 umgewandelt. Ein gleiches Paar fünfstufiger Spannungsteiler ist für die Intervalle von 0, 0700 bis 0, 0749 und von 0, 0750 bis 0, 0799 vorgesehen. Diese Arbeitsweise lässt sich bei der Betrachtung de ; Schaltung für die Einstellungen des Auswahlschalters in diesen Intervallen ohne weiteres erkennen. Bei einer Einstellung des Organs 86'auf die Ziffer 2, wird das Relais C
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