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Elektrischer Fernzeiger für Kommandoapparate, Kompasse u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Fernzeiger, d. h. solche Vorrichtungen, welche die Übertragung der jeweiligen Stellung eines Geberhebels von Maschinontelegraphen,
Kommandoapparaten für Schiffe, der Kompassnadel eines Wasserstandsanzeigers u. dgl. nach einer entfernten Stelle auf elektrischem Wege bewirken. Solche Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem Geber und aus einem Empfänger. Der erstere wird während des ordnungsmässigen Betriebes von Hand oder selbsttätig auf eine bestimmte
Stelle gebracht, und dieser Bewegung soll der Empfänger auf der entfernten Stelle selbst- tätig folgen, so dass er sich stets in einer der jeweiligen Lage des Geberhebels ont- sprechenden Stellung befindet.
Der Empfänger der neuen Vorrichtung besteht aus einem Instrument, welches zwei gekreuzte Drahtspulen besitzt, die in einem konstanten Magnetfeld drehbar sind. Der Zeiger ist mit der Achse der gekreuzten Drahtspulon verbunden, und die Aufgabe ist atso die, den Sputon bei der Bewegung des Geberhebels solche Ströme zuzuführen, dass sie im Eingang mit dem G eberhebel sich in dem Magnetfeld drehen.
Das geschieht in der Weise, dass mit dem Geberhebel ein elektrischer Kontakt verbunden ist, welcher bei der Drehung dos erstoren über die einzelnen Kontakte eines stromdurchflossenon
Widerstandes schleift, so dass die verschiedenen zwischen + und--gHegcnen Spannungen des den Widerstand durchfliessenden Stromes ab genommen werden.
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Darstellung der Kraftverteilung bei den verschiedenen Geberstellungen, Fig. 5-9 zeigen verschiedone Anordnungen, durch welche mit geringerer oder grösserer Annäherung erreicht werden kann, dass die im Empfänger wirksame Richtkraft in allen Stellungen gleich gross ist.
Fig und 11 endlich zeigen zwei verschiedene Ausfilhrungsformen einer solchen Anwendung des neuen Fernzeigers, durch welche die jeweiligen Stellungen zweier an verschiedenen Orten befindlicher Geber an einer dritten Stelle miteinander verglichen werden können.
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nach diesem Prinzip angeordneten Apparate leiden an zwei grundsätzlichen Mängeln : Zunachst ist die Genauigkeit der Übermittlung, da das Voltmotor die Spannung zwischen dem Punkt a des stromdurchflossenen Widerstandes A, B, an welchem Punkte der Hebel
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durchflossenen Spule dem Drehmoment, einer Spiralfeder das Gleichgewicht hält.
In vielen Fällen (etwa bei Übertragung der Stellung ¯einer Windrose, eines Uhrzeigers oder dgl.) ist es nun aber notwendig, dass der Empfängerzeiger sich beliebig oft im Kreise herumdreht. Es ist dies bei Verwendung von elastischen Kräften (Federn oder dgl.) natürlich höchstens bei Verwendung komplizierter Umschaltmechanismen möglich, welche die Betriebssicherheit des Apparates, wesentlich herabsetzen.
Dom einen oder dem anderen der vorerwähnten Mängel hat man nun dadurch abgeholfen, dass man als Empfänger ein Instrument benutzte, welches im wesentlichen aus zwei miteinander gekreuzten Spulen besteht, die in einem Magnetfeld drehbar sind und denen Ströme von solcher Richtung zugeführt werden, dass die zwischen den beiden Spulen und dem konstanten Felde erzeugten Drehmomente in allen Gleichgewichtsstellungen gleich und entgegengesetzt gerichtet waren. Auf solche Weise gewann man anstatt der Feder eine Gegenkraft, die sich bei Schwankungen der Spannung oder Änderungen der Feldstärke im gleichen Verhältnis wie das auf das Instrument wirkende Drehmoment änderte. Doch hiemit allein war noch immer nicht allen Anfordert-a genügt.
Bei den bisher bekannt gewordenen Fernzeigern, die auf der Verwendung eines derartigen Empfilngors beruhton, war nämlich die Anordnung entweder so getroffen, dass die verschiedenen Spannungen durch Vorschaltung von Widerständen erzeugt worden, und dann waren mindestens vier Fernleitungen nötig, abgesehen von der Schwierigkeit der Dimensionierung der Widerstände.
Oder aber das eine Ende der einen Empfängerspule wurde auf konstanter Plusspannung, das eine Ende der anderen auf konstanter Minusspannung gehalten und die anderen Enden beider Spulen mit einer variablen, zwischen + und - liegenden Spannung verbunden, durch deren Veränderung die Vorstellung dos Empfängerzeigers bewirkt wurde,
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dem Parallelogramm der Kräfte zusammensetzen, so lässt sich für jede beliebige Stromstärke in der Spule F die magnotische Resultierende sowohi der Grösse wie der Richtung nach durch die Diagonale eines Rechtecks darstellen, dessen eine Seite der Stromstärke V, dessen andere Seite derjenigen in J ? entspricht.
Ms wurde also zunächst die eine Rcchteckseite, nämlich C-o, gezeichnet und hieran die Diagonalen, nüm1ich C'-a, C-b usw., mit bekanntem Winkel angetragen. Hieraus ergab sich dann die andere Rochtec1csoite, nämlich 0-0, o-b usw. zeichnerisch, als Mass fUr die den einzelnen Kontakten entsprechende
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zu dieser nochmals hingezeichnet würde.
Aus der Figur it ersichtlich, dass die Widerstände zwischen dem mittleren Nullpunkt und irgendwelchen weiteren Kontaktpunkten a, b, c ...... sich verhalten müssen
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Gegenkraftspulo. Die Richtkraft CO entspricht der Gegenkraftspule allein, C A der Voltmeterspule allein. Werden die Widerstände A, B, also nach oben erwähntem Tangenten-
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nur drei Fernleitungen erforderlich, welche sich, praktisch genommen, sogar auf zwei Leitungen reduzieren. Die miteinander verbundenen Enden beider Empfängerspule sollen ja an die NuUspannung gelegt werden, und diese ist in einer Anlage, z.
B. auf einem Schiff, als an jedem Orte erreichbar anzunehmen, braucht also nicht erst von dem Geber
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Nähe des Empfängers zwischen zwei Hauptleitungen ein Widerstand angeordnet werden, von dessen Mitte die konstante Spannung abzunehmen ist. Besonders fällt das ins Auge, wenn man, wie es bei Fernzeigern auf Schiffen (Kommandoapparate) fast stets notwendig ist, einen Quittungsgeher vorsehen muss, dessen Einrichtung identisch mit dem Fernzeiger ist. Hier ist bei dem Empfänger des letzteren der Geber des Quittungszeigers angeordnet, und von dem neutralen Punkte desselben kann die konstante Spannung abgeleitet werden.
Man kommt daher einschliesslich des Quittungszeigers mit vier Leitungen aus, während
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und Abszissen aufgetragen. Fig. 7 zeigt die Kraftverteilung bei vierfacher Abstufung des Gegenkraftstromes. Die Unterteilung des Widerstandes A, B erfolgt hiebei naturgemäss nicht mehr nach dem Tangentengesetz, sondern erfährt entsprechende Abstufungen wie der Gegenicraftstroin. Die Diagramme lassen das deutlich erkennen. Eine absolut gleichförmige Kraftverteilung lässt sich offenbar dann erreichen, wenn man den für die Gogonkraftspule bestimmten Strom ebensooft abstuft, als Kontakte in einem Quadranten vorhanden sind.
Das Kraftdiagramm wird dann bei richtiger Bemessung der Widerstände ein regelmässiges Polygon, d. h. die richtenden Kräfte sind um den ganzen Umfang mit grosser Annäherung gleich (Fig. 8).
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den Gegenkraftstrom Widerstände gebracht werden, welche in Serie mit der Gegenkraft- spn) c die Gegenkraft in gewünschter Weise reduzieren, auch dadurch erreichen, dass man, wie in Fig. 9, in zweckentsprechender Weise die Gogonkraftspule parallel zu den Haupt widorständon A, B legt. Es geschieht dies, wie aus Fig. 9 zu ersehen, in folgender Weise : Jeder Kontakt der Gegenkraftsputo (Nebenkontakt) ist je mit dem gleich weit nach der anderen Seite vom Nullkontakt gelegenen nebenkontakt verbunden.
Auf der einen, in Fig. !) mit den Drahtverbindungen gezeichneten Kontaktkreishälfte sind die auf dem PlusNull-Quadranten liegenden Nebenkontakte je mit dem um 90 entfernten Hauptkoutakt auf dem Null-Minus-Quadrant verbunden, entsprechend auch auf der anderen Kontakt- kreishäiftc, wo die Nebenkontakto auf dem Null-Minus-Quadranten je mit den um 90 entfernten Hauptkontakten des Null-Plus-Quadranten verbunden sind. Auch hiedurch wird erreicht, dass der Gegenkraftstrom in allmählicher Abstufung immer kleiner wird, je weiter der Geberhebel vom Nullpunkt nach den Plus-Minus-Kontakten rückt. Unter Umständen kann man die Schaltung auch hier vereinfachen, indem keine besondere Nebenkontaktreihe angeordnet, sondern der Strom mit Hilfe eines um 900 gegen den Haupthebel gedrehten Nebenhebels von den Hauptkontakten abgenommen wird.
Es bietet diese Art der Schaltung dann Vorteile, wenn es sich, wie z. B. bei Übertragung der Stellung einer Windfahne oder eines Uhrzeigers, um ganze Umdrehungen handelt. Wenn lediglich Zeigerstellungen innerhalb eines bestimmten Winkelsektors zu übertragen sind, kann eine der Schaltungen (Fig. l, 5,8 oder 9) in Anwendung treten.
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Empfänger verwendet wird. In diesem Falle entspricht einer Umdrehung des Geborhobel, eine solche des Empfängerhebels und jeder Stellung des ersteren ist eine solche des letzteren eindeutig zugeordnet.
Verwendet man am Empfänger ein Feld von zwei n-Polen, so entspricht n-Umdrehungen des Gehers eine des Empfängers, die Übersetzung beträgt
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ein zweipoliges Feld anordnet und am Geber anstatt zwei Nullpunkten und je einem + -und-Kontakt zwei n-Nullpunkte und je n + und-Kontakte in symmetrischen Abständen anbringt.
Durch die beschriebenen Anordnungen sind einerseits beliebige Umdrehungen des Gebers wie des Empfangers in beiden Drehrichtungen möglich, andererseits haben Spannung- schwankungen keinen wesentlichen Einfluss mehr, da die sich das Gleichgewicht haltenden Drehmomente bei Änderungen der Spannungen in gleichem Masse sich ändern, ebenso wie bei Änderungen in der Stärke der Foldmagnete. Aus der zweifach symmetrischen Form
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symmetrisch gruppiert sein müssen. Die Abgleichtung wird im übrigen empirisch vor- genommen, da die Grösse der Einzelwiderstände eine komplizierte, von der für die Ab- stufung des Gegenkraftstromcs gewählten Anordnung abhängige Winkelfunktion darstellt.
Stehen die Spulen nicht genau rechtwinklig aufeinander, so tritt eine Korrekturen der
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mittel wird angewendet, falls bei Anwendung eines Gebers mit zwei Kontaktarmen der Winkel zwischen beiden nicht genau ein rechter ist.
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zweites festes Spulensystem ersetzt wird, welches genau wie das erste geschaltet ist. Beide Spuleusysteme sind mechanisch so angeordnet, dass sie einander magnetisch beeinflussen.
Nun wird das eine Spulensystem von dem einen Geber beeinflusst, der z. B. mit dem Schiffskompass in der Weise verbunden ist, dass der Geberhebel sich mit der Kompassnadel dreht, und das andere Spulensystem erhält seinen elektromagnetischen Antrieb von dem anderen Geber aus, der z. B. an dem Gyroskop befestigt ist. Der elektromagnetische Antrieb der Spl1lensyst"lUe erfolgt auf dieselbe Weise, wie nach obiger Beschreibung das drehbare Spulensystem V, R von dem Geberhebel G beeinflusst wird. Werden nun beide Goberhebel um den gleichen Winkel gedreht, so findet eine Drehung des drehbaren Spulensystoms nicht statt, da die magnetischen Kräfteresultanten beider Spulensysteme sich in gleicher Weise verschieben und daher ein Anstoss zur Bewegung nicht gegeben wird.
Ist die Winkeldrehung beider Geberhebel jedoch abweichend voneinander, so drehen sich auch die magnetischen Iirüfteresultanten beider Spulen verschieden und die Folge davon ist eine Drehung des drehbaren Spulensystems, da die Einstellung ja immer so erfolgt, dass beide Kräfteresultanten sich in ein und dieselbe Richtung einstellen. Je nach der Schaltungsweise ist dabei diese Drehung gleich der Summe oder gleich der Differenz der Drohungswinkel der beiden Gel) er.
Ist die Schaltung so, dass bei gleichsinnigen Drehungen der beiden Geber die beiden Kräfteresultanten sich gleichsinnig drehen, so entspricht die Drehung des drehbaren Spulensystems des Empfängers der Differenz der Drehungen beider Geher, ist die Schaltung so, dass bei gleichsinnigen Drehungen beider Geher die Kräfteresultanten sich entgegengesetzt drehen, so wird durch das drehbare Sputonsystem die Summe der Geberdrehungswinkel angezeigt.
In Fig. 10 und 11 sind zwei Ausführungsformen für eine derartige Einrichtung schematisch dargestellt. G1 und G2 sind die beiden Geber, deren Stellung an ein und demselben entfernt liegenden Punkte miteinander verglichen werden soll. Ihre Kurbeln
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sie sich mit diesen bewegen. Beide Geber sind in elektrischer Beziehung nach derjenigen, oben beschriebenen Ausfuhrungsform der Erfindung eingerichtet, nach welcher der Strom von den Kontakten des stromdurchflossenen Widerstandes durch zwei rechtwinklig zueinander stehende Kontakthebel abgenommen wird. Der Geber G1 ist mit dem drehbaren Spulen- system F, verbunden, welches ganz, wie oben beschrieben, angeordnet ist.
Das konstante Magnetfeld des Empfängers aber ist durch das Spulensystem Vl, R1 ersetzt, welches fest-
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Ausführungsform nach Fig. 11 entspricht im wesentlichen genau derjenigen nach Fig. 10.
Jedoch sind die Magnetsystems des gemeinsamen Empfängers als Is Ringwicklungen ausgeführt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elelitrischer Fornzeiger, dessen Empfänger aus zwei sich kreuzenden, in einem konstanten Magnetfeldo drehbaren Spulen (Voltmeterspule und Gegenkraftspule) besteht, die durch den Geber derart mit der Stromquelle verbunden sind, dass sie ein vollständig umlaufendes Drehfeld erzeugen, gekennzeichnet durch die Verbindung des Empfängers mit dem Geberhobel in der Weise, dass während der Bewegung des Gebers das eine Ende jeder Spule mit den verschiedenen Kontakten eines vom Betriebsstrom durchflossenen Widerstandes verbunden und das andere Ende stets auf konstanter, zwischen don den
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