DE1102245B

DE1102245B - Vorrichtung zur Induktivsteuerung von Servo-Anlagen

Info

Publication number: DE1102245B
Application number: DEC12962A
Authority: DE
Inventors: Giustino Collina
Original assignee: Contraves Italiana SpA
Current assignee: Contraves Italiana SpA
Priority date: 1955-05-03
Filing date: 1956-05-03
Publication date: 1961-03-16
Also published as: US2903663A; FR1153152A; NL97623C; CH335120A; BE547348A; GB830407A; NL97629C

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Induktivsteuerung von Servo-Anlagen mit einem magnetischen Kern in Form eines gleicharmigen Kreuzes mit fünf Schenkeln, und zwar einem mittleren Schenkel, der eine mit der Bezugsspannung gespeiste Wicklung trägt, und vier Schenkeln an den Enden, die paar- und kreuzweise gegensinnige Wicklungen tragen und in Polstücken enden, die entsprechend einer Hohlkugel, deren Mittelpunkt auf der Achse des in der Mitte liegenden Schenkels liegt, geschnitten sind, und mit einem Hebel mit Kugelzapfen, dessen Drehpunkt mit dem Mittelpunkt der Hohlkugel zusammenfällt, der einen seitlich von vier paarweise parallel zu den Ebenen der beiden äußeren Kernpaare so angeordneten Ebenen begrenzten Anker trägt, daß die Verstellungen des Hebels und des Ankers in einer der beiden Bezugsebenen die den Verstellungen in der anderen Bezugsebene entsprechende Empfindlichkeit nicht verändern können, wobei die untere Fläche des Ankers einen Teil einer Kugel bildet, deren Mittelpunkt mit dem des Kugelzapfens zusammenfällt, so daß eine Verstellung des Hebels um seinen Schwenkpunkt zwei Ströme hervorruft, deren Amplituden von den Komponenten der Verstellung in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen abhängig sind, wobei der an seinen Rändern eine endliche Dicke aufweisende Anker über die äußeren Polstücke hinaus derart vorsteht, daß eine veränderliche Empfindlichkeit entsteht, die in der Umgebung von Null gering ist und mit größer werdenden Verstellungen wächst.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Induktivsteuerung von Servo-Anlagen bekannt, die einen Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Verstellung eines Steuerhebels liefern. Zu diesen bekannten Vorrichtungen gehören auch solche, die aus einem magnetischen Kern in Form eines liegenden E, derauf seinem mittleren Schenkel eine mit einem Bezugswechselstrom gespeiste primäre Wicklung und auf seinen beiden äußeren Schenkeln zwei gegensinnige sekundäre Wicklungen trägt, und aus einem gekrümmten Anker oder einem zylindrischen Flügel bestehen, der die gleiche Länge wie das Joch des Kernes hat und mit dem um einen in Verlängerung des mittleren Schenkels liegenden Punkt schwenkbaren Steuerhebel fest verbunden ist. Wenn der Anker sich in neutraler Stellung befindet, d. h. wenn der Hebel in Verlängerung des mittleren Schenkels liegt und die Ränder des Ankers sich gegenüber den Rändern der äußeren Polstücke des festen Kernes befinden, so induziert der Primärstrom in die beiden Sekundärwicklungen zwei gleiche und gegenphasige Spannungen, so daß die Ausgangsspannung Null ist. Wenn sich der Anker in Richtung des einen oder des anderen Schenkels bewegt, werden die Magnetströme in diesen Schenkeln

Vorrichtung zur Induktivsteuerung
von Servo-Anlagen

Anmelder:
Contraves Italiana S.p.A., Rom

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,
und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 23, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 3. Mai 1955

Giustino Collina, Rom,
ist als Erfinder genannt worden

voneinander unterschiedlich, so daß die induzierten Spannungen sich nicht mehr aufheben.

Es ist ferner eine durch eine mechanische Größe gesteuerte Brücke bekannt, die aus zwei Eisenkreisen besteht, die ein gemeinsames, durch die mechanische Größe unter Bildung zweier gegenläufig veränderlicher Luftspalte bewegbares Eisenschlußstück enthalten und durch einen gemeinsamen magnetischen Nebenschluß miteinander verbunden sind, w^robei das Eisenschlußstück vor einem magnetischen Kern mit vier parallelen Schenkeln beweglich gelagert ist und mit den beiden mittleren Schenkeln des vierschenkligen Kernes die beiden in Abhängigkeit von der Stellung des. Eisenschlußstückes gegenläufig veränderlichen, mit den beiden äußeren Schenkeln dagegen je einen von der Stellung des Eisenschluß Stückes unabhängigen konstanten Luftspalt bilden, wobei je ein äußerer und je ein mittlerer Schenkel einem der Eisenkreise angehören und der für beide Eisenkreise gemeinsame magnetische Nebenschluß durch die magnetische.Verbindung der beiden mittleren Schenkel gebildet wird. In den bekannten Anlagen der vorerwähnten Arten ist die Empfindlichkeit konstant, d. h., die Ausgangsspannung ist praktisch eine lineare Funktion der Verstellung des Steuerhebels. Dies stellt auf verschiedenen Anwendungsgebieten einen Mangel dar.

So ist es oft schwierig, wenn progressive Servo-Anlagen mittels einer Handsteuerung dieser Art betätigt werden, kleine Veränderungen der durch die Anlage gesteuerten Größe zu erzielen, da die Empfindlichkeit durch das Verhältnis zwischen der maximalen Amplitude der gesteuerten Änderung und der

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Amplitude der Bewegung des steuernden Organs festgelegt ist. Wenn beispielsweise das Steuerorgan zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit eines Richtsystems in einem Visiergerät oder an einem Flakgeschütz dient und die Vorrichtung sowohl eine hohe Winkelgeschwindigkeit von etwa 6000/Tausendstel je Sekunde (d. h. ungefähr 330° je Sekunde) als auch eine äußerst langsame Winkelgeschwindigkeit (von etwa 5 Bogenminuten je Sekunde) steuern können. Es wird aber mit einer Steuerung konstanter Empfindlichkeit unmöglich sein, derartig geringe Drehgeschwindigkeiten von einigen Tausendsteln je Sekunde (in der Größenordnung von 5 Bogenminuten je Sekunde) zu steuern, was jedoch für das Zielen auf entfernte Flugzeuge oder auf Flugzeuge, deren Bewegungsbahn in bezug auf das Visiergerät oder das Geschütz radial verläuft, unerläßlich ist.

Außerdem sind diese bekannten Vorrichtungen in der Nullstellung nicht stabil. Ganz geringe Schwankungen des Hebels gegen den Nullpunkt verursachen nennenswerte gegenphasige Ströme, die der Stabilität der gesamten Servo-Steuerung abträglich sind. Schließlich enthalten diese Systeme keine Mittel zum Stabilisieren des Hebels in seiner Nullstellung und auch keine Regelmittel, die den Ausgleich der unvermeidlichen Asymmetrie des Aufbaues gestatten, so daß sie oft in der Nullstellung eine beachtenswerte Restspannung aufweisen. Dies ist auf gewissen Anwendungsgebieten, wie den oben angedeuteten, unzulässig.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Induktiv-Steuervorrichtungen der beschriebenen Art und eine Erweiterung ihres Anwendungsbereiches, indem man ihre Empfindlichkeit derart veränderlich gestaltet, daß sie in der Nähe der Ruhestellung gering ist, mit zunehmender Verstellung des Steuerorgans aber schnell größer wird.

Dies ermöglicht es, eine große Amplitude des Steuerstromes für große Verstellungen des Steuerhebels zu erhalten und trotzdem für geringe Verstellungen des Hebels über eine in der Nähe der Ruhestellung fein abgestufte Steuerung zu verfügen, was die Stabilität begünstigt und es gestattet, sehr kleine Veränderungen der gesteuerten Größe mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Bei den Steuervorrichtungen der bekannten Art besitzen die Endflächen der Schenkel des Kernes und des Ankers zylindrische Gestalt und haben die Schwenkachse des Ankers als gemeinsame Achse, so daß der Luftspalt zwischen Anker und Schenkeln konstant ist.

Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung wird eine veränderbare, in der Nähe von Null sehr geringe Empfindlichkeit dadurch erzielt, daß die Empfindlichkeitskurve durch Regulieren des Verhältnisses δ/s zwischen dem Luftspalt <5 und dem in Ruhestellung seitlichen Vorstehen j des Ankers veränderbar ist.

Die durch Versuche bestätigte Berechnung zeigt, daß die Form der EmpfindHchkeitskurve vom Verhältnis sfö zwischen dem Vorstehen s des Ankers und dem Luftspalt δ abhängig ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet werden, daß der Anker an den Rändern seiner Oberseite kugelförmig raid konzentrisch zu der sphärischen Form seiner Unterseite geschnitten ist, so daß die Ränder eine gleichmäßige Dicke haben und die EmpfindHchkeitskurve für die Bewegung in einer Ebene nicht durch die Bewegungen in der anderen Ebene beeinflußt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer Steuervorrichtung der obigen Art, welche durch eine elastische Einrichtung in ihre Ruhestellung zurückgebracht wird und vom mechanischen und elektrischen Standpunkt aus in dieser Stellung stabil ist, wodurch es möglich wird, in vollem Umfange die besondere Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich um die Ruhestellung auszunutzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält zweckmäßigerweise eine elastische Rückholeinrichtung, die den Steuerhebel in seine Ruhestellung zurückführt. In

ίο einer vorzugsweisen Ausführungsform besteht diese Rückholeinrichtung aus zwei um die Achse des Steuerhebels oder um eine der Achsen des Kardangelenkes des Steuerhebels schwenkbaren Bügeln, die mittels einer Feder miteinander verbunden sind und zwischen denen sich ein fester, die neutrale Stellung bestimmender Anschlag befindet und außerdem ein mit dem Hebel fest verbundener Anschlag, durch den die Bügel den Hebel beim Fehlen einer von außen auf den Hebel einwirkenden Kraft in die neutrale Nullstellung zurückbringen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Luftspalt mittels Stellschrauben einstellbar ist, die auf die untere Fläche des festen Kernes einwirken und zur Einstellung der Symmetrielage dienen.

Die Erfindung wird durch die Beschreibung einei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsart einer Steuervorrichtung erläutert, die mittels eines einzigen Hebels mit zwei Freiheitsgraden zwei verschiedene Servo-Anlagen betätigen kann. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Teil in Seitenansicht, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. l_r.

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie Fig. 1, jedoch durch eine Ebene senkrecht zu der nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 von rechts gesehen,

Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich der Fig. 4, bei der der Steuerhebel in bezog auf seine Ruhestellung verstellt ist,

Fig. 6 und 7 vereinfachte schematische Darstellungen, die die Arbeitsweise der Vorrichtung zeigen,
Fig. S und 9 Diagramme, die die Amplitude der Ausgangsspannung als Funktion der Verstellung des Steuerhebels angeben, und zwar in Fig. 8 für die bekannten Vorrichtungen und in Fig. 9 für die erfindtingsgeniäße Vorrichtung, utid

Fig. 10 ein elektrisches Schaltschema der versehiedenen Korrekturkreise für die Beseitigung der Restspannungen.

In dem Atcsführungsbeispiel der Erfindung hat ein einstellbarer, aus. aufeinandergelegten Blechscheiben zusammengesetzter Magnetkern 11 (Fig. 3-) fünf Schenkel, auf denen je eine Spule angebracht ist. Die mit 13 bezeichneten Schenkel liegen symmetrisch in bezug aaf den mittleren Schenkel 12, und es gilt das gleiche für die mit 14; bezeichneten Schenkel, jedoch in einer senkrecht zur Ebene der Schenkel 13· liegenden Ebene. Mit anderen Worten, die Schenkel sind an den Enden eines gleicharmigen Kreuzes angeordnet. Die Polstücke dieser Schenkel sind entsprechend einer sphärischen Fläche geschnitten, deren Mittelpunkt, wenn der Magnetkern 11 sich in zentriert eingestellter Lage befindet, mit der Mitte 15 eines Kardangelenkes zusammenfällt, dessen eine Achse sich in der Symmetrieebene der Schenkel 13 und dessen andere Achse sich in der Symmetrieebene der Schenkel 14 befindet. Die Achsen dieses Kardangelenkes sind in Lagern angebracht, die mit dem

das Gerät enthaltenden Gehäuse fest verbunden sind. Der Kern des Kardangelenkes trägt den Steuerhebel 19. Dieser Hebel tritt aus dem Gehäuse durch eine Öffnung 16 hindurch heraus, die mittels einer biegsamen und welligen Scheidewand 17 abgeschlossen ist, die an ihrem äußeren Rand auf dem Gehäuse und in ihrer Mitte in 18 auf dem Steuerhebel befestigt ist. Der Hebel 19 durchquert den Kern des Kardangelenkes und trägt an seinem inneren Ende einen ferromagnetischen Anker 20, der in Draufsicht eine quadratische Form hat und an seiner Unterseite durch eine Kugelform begrenzt wird, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Kardangelenkes zusammenfällt.

Wenn die Vorrichtung mit Netz wechsel strom gespeist wird, kann der Anker aus Eisen sein; wenn jedoch ein Strom mit höherer Frequenz verwendet wird, ist es zur Verminderung der Verluste vorzuziehen, den Anker aus Ferrit oder aus einem ähnlichen Material herzustellen. Durch die Kardananordnung besitzt der Hebel 19 zwei Freiheitsgrade; bei seiner Verstellung verstellt sich der Anker 20 gegenüber den Polstücken des festen Magnetkernes 11, ohne daß die Größe des Luftspaltes sich ändert. Diese Anordnung kann mit sehr großer Genauigkeit erfolgen; man kann ferner Mittel vorsehen, die, wie die später beschriebenen, jede Veränderung des Luftspaltes während der Schwenkbewegung des Steuerhebels 19 ausschalten.

Die Primärspule 21 wird mit der Bezugs- oder Vergleichswechselspannung gespeist. Die beiden um die Polstücke 13-13 gewickelten Sekundärspulen 22-22 sind gegensinnig in Reihe geschaltet. Das gleiche gilt für die auf den Polstücken 14-14 angebrachten Spulen 23-23.

Die Spulen 22-22 und 23-23 erzeugen induzierte elektromotorische Kräfte; wenn der Anker sich in der in Fig. 1 und 3 dargestellten neutralen oder Ruhestellung befindet, sind die die beiden Spulen eines Paares durchquerenden Magnetflüsse einander gleich, da die magnetischen Widerstände der Magnetkreise auch gleich sind.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird durch die schematischen Darstellungen in Fig. 6 und 7 besser verständlich. Hier ist angenommen, das der Steuerhebel 19 nur um die senkrecht zur Zeichenebene stehende Achse 0 schwenkbar ist. In diesem Schema ist zu sehen, daß die Länge A-A' des Ankers größer ist als die Entfernung B-B' zwischen den äußeren Rändern der Polstücke. In Fig. 6 sind die über die Polstücke vorstehenden Teile des Ankers, die an beiden Seiten gleiche Größe haben, wenn der Steuerhebel 19 sich in der Ruhestellung befindet, mit j bezeichnet. Die Breite des Luftspaltes ist mit δ bezeichnet und die Ausgangsklemmen der beiden gegensinnig geschalteten Spulen mit R und S. R ist geerdet.'

In der in Fig. 6 angegebenen Stellung sind die magnetischen Widerstände in den beiden Magnetkreisen 1 und 2 gleich, so daß die elektromotorische Kraft an den Ausgangsklemmen R und S Null ist. Wenn man den Hebel mit dem Anker um den Mittelpunkt 0 in der durch den Pfeil angegebenen Richtung schwenkt, so nähert sich der Punkt A zunächst dem Punkt B, und der magnetische Widerstand des Magnetkreises 1 steigt gegenüber dem des Magnetkreises 2 leicht an, da der Luftspalt nicht verändert wird und nur die besondere Form des Ankerrades den magnetischen Widerstand beeinflußt, so daß die Empfindlichkeit beim Anfangsausschlag des Steuerhebels dementsprechend gering ist. Man erhält also bereits für eine größere, von seiner Ruhestellung aus erfolgende Schwenkbewegung des Steuerhebels eine sehr kleine induzierte elektromotorische Kraft. (Man bezeichnet als Empfindlichkeit den Wert — σ=-3—, wobei E die Ausgangsspannung Und α der Verstellwinkel des Steuerhebels ist.)

Wenn der Punkt A (Fig. 6) über den Punkt B hinweggegangen ist und die Kante des Ankers sich über die Fläche des Polstückes bewegt, so daß die Länge des Luftspalts zwischen dem Schenkel BC und dem Anker mit Annäherung des Punktes A an den Punkt C fortschreitend geringer wird, steigt der magnetische Widerstand des Kreises 1 schnell an und damit die Ausgangsspannung. Die Empfindlichkeit ist also in der Nähe der Ruhestellung gering und nimmt danach schnell zu.

Die Berechnung und die Erfahrung zeigen, daß man die Empfindlichkeit beeinflussen kann, indem man das Verhältnis s/δ zwischen dem Vorstehen des Ankers und dem Luftspalt verändert. Fig. S und 9 zeigen die Kurve des Ausgangsstromes als Funktion des Verstellwinkels des Steuerhebels. Fig. 8 entspricht den bekannten Vorrichtungen, in denen die Länge des Ankers gleich dem Abstand B-B' zwischen den Außenrändern der Polstücke ist. Da bei den bekannten Vor-

&S richtungen die Empfindlichkeit im wesentlichen konstant bleibt, so daß sie auch in der Nähe der Ruhestellung sehr empfindlich sind, ist mit ihnen eine Feineinstellung des gesteuerten Elementes praktisch nicht erzielbar, da bereits bei kleinen Steuerausschlägen verhältnismäßig hohe Spannungen entstehen, wodurch mangelnde Stabilität bei den Handsteuerungen und die Unmöglichkeit, eine hohe Steuergenauigkeit zu erzielen, eintreten. Fig. 9 entspricht den Ankerrändern mit einem Vorstehwinkel von etwa 3 bis 4° der Schwenkbewegung, während der der Dicke des Schenkels entsprechende Verstellwinkel des Hebels etwa gleich α₀«=ί15^ο ist. In diesem Falle ist die Empfindlichkeit um Null gleich Null (Tangente im horizontalen Kurventeil) and gering von der Ruhelage bis zum Punkt B (3 bis 4°), um jenseits dieses Punktes schnell anzusteigen, so daß man mit dieser Vorrichtung eine S teuer spannung erhält, die für größere Verstellungen ebenso groß ist wie bisher, für Verstellungen in der Nähe der Ruhestellung aber über eine große Stabilität und eine hohe Genauigkeit verfügt.

Es ergibt sich die gleiche Arbeitsweise, wenn man

den Anker um die andere Achse schwenkt, so daß der Hebel gleichzeitig zwei Servo-Anlagen steuern kann.

Ein typisches Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung umfaßt Flugabwehranlagen mit automatischem Richten. In diesem Fall gibt der Bedienende die Grundwerte, und zwar die Drehgeschwindigkeiten des Azimutwinkels und des Höhenwinkels, in ein Rechengerät. Die Geschütze und die Visiereinrichtung schwenken dann mit dieser Geschwindigkeit. Im Visiergerät sieht man also die Unterschiede zwischen der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit des Azimut- und des Höhenwinkels und der durch das Rechengerät angegebenen Werte.

60· Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wird dann von dem Bedienenden betätigt, um Korrekturen in das Rechengerät zu geben. Es ist klar, daß ein solches Gerät arbeitet, wenn die ersten Werte in der Nähe von Null richtig sind, und daß es eine geringe Empfindlichkeit in der Nähe von Null haben muß, wenn man eine große Genauigkeit erzielen will. Andererseits muß der Bedienende im Falle eines groben Fehlers oder einer plötzlichen Änderung der Geschwindigkeit des Flugzeuges große Korrekturen in das Rechengerät geben können. In Fig. 9 sieht man, daß dies mit der

erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht durchführbar ist.

In den Anwendungsformen dieser Art muß man jedoch den Nullwert automatisch mit großer Genauigkeit wiederfinden können. Deshalb ist eine Rückholeinrichtung vorgesehen, die den Hebel und den Anker in die Nullstellung zurückbringt. Diese Einrichtung ist im einzelnen in Fig. 4 und 5 für die Schwenkung um eine der beiden Achsen dargestellt. Für die andere Richtung gibt es eine ähnliche Einrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Zwei Bügel 24 und 25 können frei um die Achse X-X des Kardangelenkes schwenken. Der auf dem Kardanring angebrachte Zapfen 26 folgt der Schwenkbewegung des Steuerhebels um die Achse des Kardangerätes, während der Zapfen 27 festliegt. Eine an den beiden Bügeln befestigte Feder 28 zieht diese gegeneinander. Ist keine äußere Kraft vorhanden, so nimmt die Vorrichtung die Stellung nach Fig. 4 ein: Die beiden Bügel liegen auf dem festen Zapfen 27 und klemmen den Zapfen 26., der den gleichen Durchmesser hat, zwischen sich ein und halten ihn ohne Spiel mit der Achse X-X und dem Zapfen ausgerichtet. Der Zapfen 26 hält auf diese Weise den Hebel 18 in einer vorbestimmten festen Stellung, die der mechanische Nullpunkt der Vorrichtung ist. Wenn der Hebel nach rechts gezogen wird (Fig. 5), stößt der Zapfen 26 den Bügel 24 weg, während der Bügel 25 unter Einfluß der Feder 28 gegen den festen Anschlag 27 liegenbleibt, die bestrebt ist, den Hebel mit einer der Verstellung proportionalen Kraft in seine Ruhestellung zurückzuholen. Wenn man den Hebel in die entgegengesetzte Richtung drückt, ist die Wirkung die gleiche. In der Nullstellung bleibt die Feder 28 gespannt, so daß eine große mechanische Stabilität in der Nullstellung vorhanden ist.

In Fig. 3 sieht man die Zapfen 26 α und 27 σ, die Feder 28a und die Bügel 24a und 25a, die den Teilen 26, 27, 28 24 und 25 entsprechen und das Rückholen in der anderen vertikalen Ebene der Steuerhebelschwenkung bewirken.

Oben wurde dargelegt, daß der Anker in Draufsicht eine quadratische Form hat. Die Ecken des Quadrates können abgeschnitten sein, da sie außerhalb der magnetischen Kraftfelder liegen, jedoch hat die allgemeine Form des Ankers in Draufsicht eine gewisse Bedeutung. Wenn man beispielsweise einen Anker mit in Draufsicht runder Form hätte, dem man mit dem Steuerhebel eine große Verstellung um eine der Achsen des Kardangelenkes gibt, so würden die Ränder nicht mehr überstehen und die Kurve (Ausgangsspannung) nicht verändert werden. Wenn man dem Anker in Draufsicht eine quadratische Form gibt, so wird die den Bewegungen in einer Schwenkebene entsprechende Empfindlichkeitskurve durch die Bewegungen in die andere Ebene nicht'beeinflußt. Dazu ist es notwendig, daß die Ränder des Ankers eine gleichmäßige Dicke haben. Wenn man sich damit begnügen würde, die \Om Anker gebildete Kugelkalotte durch vier vertikale Ebenen und durch eine horizontale Ebene zu begrenzen, so hätte man in der Mitte" der Seiten dickere Ränder als an den Ecken des Ankers, und die Kurven wären veränderbar. Man umgeht diesen Mangel, indem man die Oberseite des Ankers an den Rändern sphärisch und konzentrisch zu der Außenfläche des Ankers ausschneidet.

Der Aufbau des einstellbaren, ortsfesten Kernes mit den fünf Schenkeln ist in Fig. 1 und 3 gezeigt. In Fig. 3 sieht man, daß die Schenkel 12, 14-14 aus ebenen, in Form eines liegenden E aufgeschichteten Blechen zusammengesetzt sind, die in der Grundfläche einen zentralen Einschnitt 29 aufweisen. In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Schenkel 13-13 aus aufeinandergelegten U-förmigen Blechen zusammengesetzt sind, die an der Oberseite der Grundfläche des U einen Einschnitt 30 aufweisen. Mit Hilfe der Einschnitte 29 und 30 kann man die U-förmigen Bleche senkrecht zu ihren Ebenen zusammensetzen und einen fünfschenkligen Kern bilden.

ίο Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält Mittel zum Einstellen der Lage des Kernes zum Justieren des Luftspaltes und zur Erzielung der elektrischen Symmetrie, ferner Mittel, um die Ausgangsspannung wieder im wesentlichen gleichphasig mit der Bezugsspannung zu machen, und schließlich Mittel zur Kompensation jeder um 90° gegen die Bezugsspannung verschobenen Restspannungskomponente.

Zum Einstellen der Symmetrie des Luftspaltes ist der feste Kern auf einer Platine 31 angebracht, die ihrerseits auf einem Kugelzapfen angebracht ist. Zwei unter den Polstücken 13-13 angebrachte Mikrometerschrauben 33-33 dienen dazu, den Luftspalt zwischen den Polstücken und dem Anker 20 einzustellen. Zwei weitere, unter den Polstücken 14 wirkende Mikro-

^a5 meterschrauben 34-34 dienen zum Justieren des Luftspaltes zwischen den Polstücken und dem Anker. In der Praxis stellt man zunächst den Luftspalt über zwei zusammengehörenden Polstücken ein und regelt dann den Spalt über den beiden anderen Polstücken.

Im allgemeinen wird man ein einwandfreies Justieren durch sukzessive Annäherung erreichen, indem man jede Einstellung zwei- oder dreimal wiederholt.

Wenn die Mikrometerschrauben eingestellt sind, werden sie mittels Gegenmuttern 35-35 und 36-36 festgelegt.

Die an den Klemmen der Spulen auftretende Ausgangsspannung ist nicht phasengleich (auch nicht gegenphasig) mit der Bezugsspannung, und zwar wegen der Eisenverluste. Deshalb ist erfindungsgemäß eine Phasenverschiebung der Speisespannung für die mittlere Spule um einen geeigneten Winkel vorgesehen, damit die Ausgangsspannung stets gleich- oder gegenphasig mit der Bezugsspannung ist. Dies wird mittels eines in Reihe liegenden Kondensators C₁ und eines Widerstandes R₁ erreicht, der parallel zu der,, wie in Fig. 10 gezeigt, von der über den in Reihe geschalteten Kondensator C₁ und' den Widerstand R₁ an sie angelegten Bezugsspannung V gespeisten Spule 21 liegt.

Da im allgemeinen die Ausgleichsspannung nicht gleich Null ist, wenn der Hebel sich in Nullstellung befindet, und somit eine Restspannung vorhanden ist, muß eine Einrichtung zum Ausgleich dieser Restspannung vorgesehen werden. Die Restspannung weist zwei Komponenten auf, und zwar eine mit der Bezugsspannung V gleichphasige und eine um 90° gegen diese verschobene Komponente.

Die erste Komponente kann mechanisch durch Einstellung des Spaltes mittels der Mikrometerschrauben beseitigt werden; die zweite Komponente wird ausgeschaltet, indem in den Sekundärkreis eine Kompensationsspannung gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase gegeben wird.

Die Kompensationsspannung wird mittels eines Kreises erzeugt, der den primärseitig von der Bezugsspannung V gespeisten Transformator T enthält, dessen in seiner Mitte geerdeter Sekundärkreis an einem Widerstand R₂ und einem Kondensator C₂ liegt. An den Enden des Kondensators C₂ kann eine um 90° gegen die Bezugsspannung verschobene Spannung ab^

genommen werden. Die an den Enden des Kondensators C₂ liegenden und als Spannungsteiler dienenden Potentiometer P₁ und P_a ergeben eine veränderbare Spannung, die gegenüber der Bezugsspannung je nach der Stellung der Potentiometerabgriffe nach vorn oder rückwärts phasenverschoben ist und die man durch die Spulenpaare 22-22, 23-23 zur Kompensation der Restspannung leitet.

In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der Anker in Draufsicht eine quadratische Form, während die Schenkel der Polstücke 13-13 und 14-14 identisch sind und die Spulen 22-22 und 23-23 die gleiche Windungszahl haben. In dieser besonderen Ausführungsform sind die Kennlinien für die Bewegung des Hebels in den beiden Schwenkebenen der Spulen gleich. Daraus ergibt sich, daß für gleiche Abstellungen des Hebels in Richtung 13-13 und in Richtung 14-14 gleiche Ausgangsspannungen auftreten. Jedoch können diese beiden Bewegungen dazu dienen, verschiedene Servo-Anlagen zu steuern, die eine unterschiedliche Empfindlichkeit in der Nähe von Null und darum unterschiedliche Ausgangsspannungen verlangen. Dies läßt sich in einfacher Weise durch verschiedenartige Mittel erzielen: So erhält man beispielsweise eine unterschiedliche Empfindlichkeit in der Nähe von Null, indem man dem Vorstehen s nach einer Richtung einen anderen Wert gibt, d. h. indem man dem Anker in Draufsicht nicht eine quadratische, sondern eine rechteckige Form gibt. Andererseits kann man für die gleichen Verstellungen des Hebels in der Richtung der Polstücke 13-13 und 14-14 Ausgangsspannungen mit unterschiedlicher Amplitude für die beiden Bewegungen erzielen, indem man den Magnetfluß verändert, d. h. indem man den Polstücken einer Gruppe, beispielsweise der Gruppe 13-13, einen größeren Querschnitt oder eine andere Form gibt. Auch kann man einem Spulenpaar, beispielsweise 22-22, eine größere Windungszahl geben als dem anderen Spulenpaar 23-23.

Obwohl eine Ausführungsform beschrieben wurde, die die Steuerung zweier Servo-Anlagen mittels eines einzigen Hebels gestattet, so ist es selbstverständlich, daß die Erfindung sich auch auf eine einzige Steuerung anwenden läßt. In diesem Falle ist der Anker in seinem unteren Abschnitt durch eine zylindrische Fläche begrenzt, die koaxial zur oberen Fläche der drei Schenkel des festen E-förmigen Kernes in dessen zentrierter Stellung liegt. Die Bedeutung des Überstehens, des Regeins des Spaltes und der Kompensationskreise bleibt die gleiche. Obwohl die Vorzüge der Erfindung in der Anwendung auf die Steuerung eines Flugabwehrsystems erläutert wurden, ist es klar, daß diese Anwendungsform nur beispielsweise und nicht abgrenzend gegeben wurde und daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sich auf zahlreiche andere Arten von Fern- oder Servo-Steuerungen anwenden läßt.

Claims

Patenta nsPROcHE: 60

1. Vorrichtung zur Induktivsteuerung von Servo-Anlagen mit einem magnetischen Kern in Form eines gleicharmigen Kreuzes mit fünf Schenkeln, und zwar einem mittleren Schenkel, der eine mit der Bezugsspannung gespeiste Wicklung trägt, und vier Schenkeln an den Enden, die paar- und kreuzweise gegensinnige Wicklungen tragen und in Polstücken enden, die entsprechend einer Hohlkugel, deren Mittelpunkt auf der Achse des in der Mitte liegenden Schenkels liegt, geschnitten sind, und mit einem Hebel mit Kugelzapfen, dessen Drehpunkt mit dem Mittelpunkt der Hohlkugel zusammenfällt, der einen seitlich von vier paarweise parallel zu den Ebenen der beiden äußeren Kernpaare so angeordneten Ebenen begrenzten Anker trägt, daß die Verstellungen des Hebels und des Ankers in einer der beiden Bezugsebenen die den Verstellungen in der anderen Bezugsebene entsprechende Empfindlichkeit nicht verändern können, wobei die untere Fläche des Ankers einen Teil einer Kugel bildet, deren Mittelpunkt mit dem des Kugelzapfens zusammenfällt, so daß eine Verstellung des Hebels um seinen Schwenkpunkt zwei Ströme hervorruft, deren Amplituden von den Komponenten der Verstellung in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen abhängig sind, wobei der an seinen Rändern eine endliche Dicke aufweisende Anker über die äußeren Polstücke hinaus derart vorsteht, daß eine veränderliche Empfindlichkeit entsteht, die in der Umgebung von Null gering ist und mit größer werdenden Verstellungen wächst, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeitskurve durch Regulieren des Verhältnisses d/s zwischen dem Luftspalt δ und dem in Ruhestellung seitlichen Vorstehen s des Ankers veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker an den Rändern seiner Oberseite kugelförmig und konzentrisch zu der sphärischen Form seiner Unterseite geschnitten ist, so daß die Ränder eine gleichmäßige Dicke haben und die Empfindlichkeitskurve für die Bewegung in einer Ebene nicht durch die Bewegungen in der anderen Ebene beeinflußt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerhebel durch eine elastische Einrichtung in seine Ruhestellung zurückgebracht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Rückholeinrichtung (oder, im Falle einer Steuerung mit zwei Freiheitsgraden, die beiden elastischen Rückholeinrichtungen) aus zwei um die Achse des Hebels (oder um eine der Achsen des Kardangelenkes des Hebels) schwenkbaren Bügeln besteht, die mittels einer Feder miteinander verbunden sind und zwischen denen sich ein fester, die neutrale Stellung bestimmender Anschlag befindet und außerdem ein mit dem Hebel fest verbundener Anschlag, durch den die Bügel den Hebel beim Fehlen einer von außen auf den Hebel einwirkenden Kraft in die neutrale Nullstellung zurückbringen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt mittels Stellschrauben einstellbar ist, die auf die untere Fläche des festen Kernes einwirken und zur Einstellung der Symmetrielage dienen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Primärspule speisenden Spannung gegenüber der Bezugsspannung eine geringe Phasenverschiebung zwecks Erzielung einer mit der Bezugsspannung phasengleichen Abgabespannung gegeben wird, beispielsweise mittels eines Kreises, der einen in Reihe geschalteten Kondensator und einen mit der Speisung parallel geschalteten Widerstand enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sekundärkreise ein regelbarer Strom geschickt wird, der gegen die

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Bezugsspannung um 90° verschoben ist und über einen Spannungsteiler einem phasenverschiebenden Kreis entnommen wird, um die Restspannung auszugleichen, wenn der Steuerhebel auf Null steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorstehen des Ankers in einer Symmetrieebene des Gerätes größer ist als in der anderen, um für die beiden Ausgangsspannungen unterschiedliche Empfindlichkeitskurven zu erzielen.

9, Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Polstücke und Kerne unterschiedliche Abmessungen oder durch unterschiedliche Windungszahlen die von einem der Sekundärwicklungspaare gelieferte Spannung größer ist als die vom anderen
Spannung.

Paar gelieferte

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 908 921.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

O 105 530/398 3.61