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Anordnung zur Verhütung falscher Anzeigen bei mit Drehfeldempfängern
verbundenen Zähleinrichtungen In allen Fällen, in denen die Winkelstellung eines
drehbaren Elementes in Abhängigkeit von der Winkelstellung eines entfernt angeordneten
drehbaren Elementes einzustellen ist, benutzt man normalerweise eine elektrische
Übertragung mittels Drehfeldsystemen.
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Das zu verstellende drehbare Element ist mechanisch mit dem Rotor
eines Drehfeldempfängers, d. h. einer als Drehtransformator ausgebildeten Synchronmaschine,
verbunden. Meistens trägt der Rotor eine durch Wechselstrom erregte Wicklung und
der Stator drei in Stern geschaltete Wicklungen. Diese Statorwicklungen des Drehfeldempfängers
sind mit einem Drehfeldgeber verbunden, der mit dem Element gekuppelt ist, dessen
Winkelstellung übertragen werden soll und der den Drehfeldempfänger dadurch steuert,
daß er in dessen Statorwicklungen eine Wechselspannungsverteilung hervorruft, die
der Winkelstellung des mit dem Drehfeldgeber gekuppelten Elementes entspricht. Diese
Spannungen erzeugen dann in dem Drehfeldempfänger ein Magnetfeld, das durch einen
resultierenden Vektor repräsentiert wird, dessen Richtung in jedem Augenblick mit
der Winkelstellung des mit dem Drehfeldgeber gekuppelten Elementes übereinstimmt.
Der Rotor des Drehfeldempfängers ist somit einem elektromagnetischen Drehmoment
unterworfen, durch das er entsprechend dem verminderten Feldvektor ausgerichtet
wird. Das mit dem Rotor gekuppelte einzustellende Element wird also entsprechend
der Winkellage des mit dem Drehfeldgeber auf der Senderseite gekuppelten Elementes
eingestellt.
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In den meisten Fällen werden die Spannungsverteilung in dem Stator
des Drehfeldempfängers und die Richtung des resultierenden, auf den Rotor einwirkenden
Feldvektors dadurch bestimmt, daß die Statorwicklungen des Drehfeldempfängers mit
den Statorwicklungen des Drehfeldgenerators verbunden werden; dessen Rotor von dem
Element, dessen Winkelstellung zu übertragen ist, mechanisch mitgenommen wird. Diese
Art der Schaltung ist jedoch nicht zwingend, und die Spannungsverteilung in der
Statorwicklung des Drehfeldempfängers läßt sich auch durch andere Mittel erreichen,
z. B. dadurch, daß die Statorwicklungen mit den Klemmen eines Vielfachschalters
verbunder werden, der durch das Element, dessen Winkelstellung zu übertragen ist,
so eingestellt wird, daß den Statorwicklungen Wechselspannungen zugeführt werden,
deren Amplitude der augenblicklichen Winkelstellung des genannten Elementes entspricht.
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Da sich das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment als Funktion des Winkels
zwischen der elektrischen Achse des Rotors und dem resultierenden magnetischen Feldvektor
sinusförmig ändert, kann der Rotor des Drehfeldempfängers im allgemeinen für eine
Stellung des mit dem Drehfeldgenerator gekuppelten Elementes zwei Gleichgewichtsstellungen
einnehmen, die um 180° auseinander liegen, weil das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment
für die beiden Winkel 0 und @z=0 wird. Der Stator des Drehfeldempfängers kann also
zwei Gleichgewichtsstellungen einnehmen, von denen eine stabil und die andere instabil
ist.
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Daraus kann unter bestimmten Umständen, die weiter unten näher erläutert
werden, leicht eine falsche Anzeige oder ein Einstellfehler des von dem Drehfeldempfänger
angetriebenen Elementes folgen, den zu verhüten sich die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe gemacht hat.
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Entsprechend der Erfindung wird eine falsche Anzeige oder ein Einstellfehler
bei einer Anordnung mit Zähleinrichtungen, etwa Zähltrommeln oder Scheiben, wobei
jede Zähleinrichtung mechanisch mit dem Rotorempfänger eines synchron elektromagnetischen
Übertragungssystems verbunden ist, dadurch vermieden, daß ein eine zusätzliche Kraft
hervorrufendes Element so angeordnet ist, daß es ein dauerndes Hilfsdrehmoment auf
das rotierende Element der Zähleinrichtung oder auf den damit verbundenen
Rotor
des Synchronempfängers ausübt und so verhütet, daß der Rotor eine Stellung einnimmt,
die um 180° von der durch das Synchronsystem übertragenen Stellung entfernt ist.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird das Hilfsdrehmoment
durch die Schwerkraft, vorzugsweise durch ein an dem angetriebenen rotierenden Element
befestigtes oder einen Teil dieses Elementes bildendes Exzentergewicht erzeugt.
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Die Hauptanwendung der Erfindung liegt bei Anordnungen zur übertragung
von gegebenen Entfernungswerten. Eine derartige Anordnung enthält auf der Empfangsseite
Anzeigeelemente, wie etwa ein Zählwerk, dessen Zifferntrommeln oder Scheiben entsprechend
der Stellung eines gleichen Zählwerkes auf der Sendeseite verstellt werden.
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Bei einer derartigen Anordnung kann in dem Augenblick, in dem auf
der Empfangsseite die Anzeigeeinrichtung bzw. das Zählwerk nach einer Pause wieder
eingeschaltet werden, der Rotor des mit der Anzeigeeinrichtung gekuppelten Drehfeldempfängers
sich gerade in dem falschen Gleichgewichtszustand befinden, in dem die Stellung
des mit dem Drehfeldgeber gekuppelten Elementes gerade entgegengesetzt ist, und
die Anzeige des Zählwerkes auf der Empfangsseite falsch sein.
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Dies ist jedoch nur ein geringer Nachteil in Fällen, in denen sich
der zu übertragende Meßwert kontinuierlich oder auch intermittierend, aber mit großer
Frequenz ändert, da je eine beliebige, nur schwache Erregungsänderung des mit dem
Drehfeldgeber gekuppelten Elementes ausreicht, damit der Rotor des Drehfeldgebers
nicht mehr um 180° gegenüber dem Vektor des magnetischen Feldes verdreht ist und
sich der Rotor wegen des instabilen Gleichgewichtes um 180° dreht und seinen stabilen
Gleichgewichtszustand mit Bezug auf den Vektor das magnetische Feld einnimmt und
damit die Anzeige wieder korrekt wird.
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Bleibt der übertragene Meßwert jedoch für längere Zeit unveränderlich,
wie es in dem beschriebenen Beispiel bei den Zifferntrommeln für die hohen Stellenzahlen
(Zehner, Hunderter ... ) eines Zählwerkes der Fall ist, kann ein Fehler längere
Zeit angezeigt werden. Dieser Nachteil ist um so schwerwiegender, da bei der hier
beschriebenen Anordnung die Anzeigeelemente oder Zähltrommeln nur eine begrenzte
Zahl von bestimmten Zählwerten entsprechenden Stellungen einnehmen können, von denen
bestimmte Stellungen einander diametral gegenüberliegen und somit die Gefahr, daß
sie durch die zwei Gleichgewichtszustände des Rotors miteinander vertauscht werden
können, besonders groß ist.
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Da bei der Anordnung nach der Erfindung die Anzeigeelemente, d: h.
die Trommeln des Zählwerks, mit Markierungen versehen sind; werden gemäß einem weiteren
Kennzeichen der Erfindung diese Markierungen um bestimmte Winkel verschoben von
ihren normalen, durch gleiche Winkel getrennte Positionen angebracht, so daß der
Einfiuß des Hilfsdrehmomentes kompensiert wird und die Markierungen unabhängig von
der Verdrehung durch das Hilfsdrehmoment in der korrekten Ableselage erscheinen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung sei jetzt
an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung
einer Anordnung nach der Erfindung, Fig. 2 die Seitenansicht einer Zähltrommel in
einer Anordnung nach Fig. 1 in Verbindung mit einem Diagramm zur Darstellung der
Abweichungen in der Lage der Markierungen und Fig. 3 die Vorderansicht der Zähltrommel
40 in der Anordnung nach Fig. 1.
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Die in Fig: 1 dargestellte Anordnung nach der Erfindung besteht einerseits
aus einem »Mutter«-Anzeigewerk 12, durch das auf drei Dezimaltrommeln die Entfernungen
von 0 bis 399 km angezeigt werden und das (z. B. über Malteserkreuz-Schaltwerke
zwischen den einzelnen Trommeln) über die Achse 11 von dem mit einem Funkempfänger
verbundenen Entfernungsrechner 10 angetrieben wird, und andererseits aus dem entfernt
angeordneten analog aufgebauten »Tochter«-Anzeigewerk 37. Die drei Trommeln 38 (Einer),
39 (Zehner) und 40 (Hunderter) dieses Toehteranzeigewerkes werden von den Rotoren
dreier Drehfeldempfänger angetrieben, von denen in der Zeichnung jedoch nur der
die Hunderter-Trommel 40 über das Getriebe 55, 59 antreibende Drehfeldempfänger
58 sichtbar ist. Die drei Drehfeldempfänger sind über Leitungspaare mit drei Drehfeldgebern
41, 42 und 43 verbunden. Der Drehfeldgeber 41, durch den der Drehfeldempfänger
54 und damit die Einertrommel 38 angetrieben wird, ist über ein Getriebe 44 direkt
mit der Achse 11 des Entfernungsrechners 10 gekuppelt. Der Rotor des Drehfeldgebers
42 (Zehner) ist mit dem Rotor des Drehfeldgebers 41 über ein 1:10 untersetzendes
Getriebe 46 und der Rotor dieses Drehfeldgebers 42 wiederum mit- dem Rotor des Drehfeldgebers
43 (Hunderter) über das 1: 4 untersetzte Getriebe 46 gekuppelt.
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Die Statoren der Drehfeldgeber 41, 42 und 43 sind mit den Statoren
der entsprechenden Drehfeldempfänger 64, 51 und 58 über Leitungspaare verbunden.
Die beiden Zählwerke 12 und 37 tragen je einen durch den Elektromagneten 30 bzw.
73 gesteuerten Fallbügel 20 bzw. 62, durch den die Anzeige der beiden Zählwerke
immer dann verdeckt wird, wenn sie nicht glaubwürdig ist, d. h. wenn der Funkempfänger
und der Entfernungsrechner 10 nicht eingeschaltet sind.
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In dem beschriebenen Beispiel trägt die Hunderter-Trommel 40 des Anzeigewerkes
37 auf der Empfangsseite (ebenso wie die entsprechende Trommel 15
auf der
Sendeseite) nur vier Markierungen, die um 90° voneinander entfernt sind, nämlich
entsprechend den Zählen 0 (die in Fig. 2 nicht dargestellt ist), 1, 2 und 3. Die
Anordnung wird immer nur dann benutzt, d. h., es werden nur dann. Entfernungswerte
von ihr abgelesen, wenn sich das Flugzeug in der Nähe einer zur Entfernungsmessung
benutzten Funklage befindet. Die vier Markierungen auf der Trommel können nacheinander
durch ein Fenster 105 (Fig. 2) abgelesen werden: Es sei angenommen, daß sich in
dem Augenblick, in dem die Einrichtung zur Entfernungsmessung eingeschaltet hat,
die Hunderter-Trommel 15
des Zählwerkes 12 auf der Sendeseite, die durch die
Achse 11 des Entfernungsrechners 10 gesteuert wird, gerade in der Stellung 2 und
die Hunderter-Trommel 40 des Zählwerkes auf der Empfangsseite sich gerade in der
diametral entgegengesetzten Stellung 0 befindet. Der Rotor des Drehfeldempfängers
58 befindet sich dann gerade um 180° außerhalb seiner korrekten Stellung, die mit
dem Vektor des Feldes übereinstimmt, das in dem Drehfeldempfänger 58 durch den Drehfeldgeber
43 hervorgerufen wird.
Das durch den Rotor des Drehfeldempfängers
58 ausgeübte Drehmoment ist dann Null, und obgleich diese Stellung des Rotors instabil
ist, bleibt sie doch bestehen, bis die Hunderter-Trommel 15 und der Rotor
des zugehörigen Drehfeldgebers 43 in ihre nächste Stellung weitergeschaltet werden,
was ungünstigstenfalls erst nach einer zurückgelegten Entfernung von 100 km der
Fall ist. Bis dahin ist die Anzeige des Zählwerkes 37 falsch.
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Entsprechend der Erfindung wird diese falsche Anzeige dadurch verhindert,
daß auf die Hunderter-Trommel und eventuell auch auf den Rotor 58 des Drehfeldempfängers
ein Hilfsdrehmoment ausgeübt wird. Hierzu bedient man sich im einzelnen Falle der
Schwerkraft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einem geeigneten Punkt
der Hunderter-Trommel 40 ein kleines Ausgleichsgewicht 100 auf einer Achse 102 befestigt.
Der Winkel zwischen dem Gewicht und der Linie 106 (Fig. 2), der der Markierung »0«
der Trommel entspricht, ist so gewählt, daß die Trommel durch das Gewicht in eine
Stellung gedreht wird, die keiner Markierung entspricht, d. h. daß dann keine Markierung
im Fenster 105 zu sehen ist. In dem gewählten Beispiel (Fig. 2) beträgt der Winkel
zwischen dem Gewicht und der Linie 106, der der Markierung »0« entspricht (entgegen
dem Uhrzeigersinn gemessen), 225°. Werden der Empfänger und der Entfernungsrechner
10 eingeschaltet, so werden der Rotor des Drehfeldempfängers 58 und die damit über
das Getriebe 55, 59 verbundene Trommel 40 in eine Stellung gedreht, die keinesfalls
der Stellung der Trommel 15 auf der Sendeseite diametral gegenüberliegen
kann.
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Es ist klar, daß durch das Gewicht 100 auf die Trommel 40 und den
Rotor des Drehfeldempfängers 58 dauernd ein Drehmoment ausgeübt wird. Das Drehmoment
am Rotor des Drehfeldempfängers setzt sich also aus dem magnetischen Moment, das
in dem Empfänger von dem Stator auf den Rotor ausgeübt wird, und dem Hilfsdrehmoment
durch das Gewicht 100 zusammen. Folglich erscheint ohne besondere Maßnahme die Markierung
auf den Trommeln nicht mehr genau im Ablesefenster 105.
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Entsprechend der Erfindung wird diese neue Schwierigkeit dadurch umgangen,
daß die Markierungen auf der Trommel um bestimmte Winkel verschoben werden. Aus
Fig. 2 ersieht man, daß, wenn die Trommel 40 durch das elektromagnetische Drehmoment
des Drehfeldempfängers 58 linksherum um 90° gedreht wird, so daß ohne das Ausgleichsgewicht
100 die Linie 112 und damit die Markierung »1« im Ablesefenster 105 erscheinen würde,
die Trommel durch das von dem Ausgleichsgewicht ausgeübte Drehmoment um einen bestimmten
Winkel rechtsherum zurückgedreht wird. Folglich muß die Linie 112, die mit der Markierung
»1« zusammenfällt, um einen entsprechenden Winkel gegenüber der Linie 110 linksherum
verschoben sein, um den Einfluß des durch das Gewicht hervorgerufenen Drehmomentes
zu kompensieren. Die Größe dieses Verschiebungswinkels hängt von der Größe des Ausgleichsgewichtes,
von seinem Abstand von der Mitte der Trommel und dem von dem Rotor des Drehfeldempfängers
ausgeübten elektromagnetischen Drehmoment ab. In dem beschriebenen Beispiel beträgt
diese Winkelverschiebung 5°. Eine analoge Betrachtung zeigt, daß die Markierung
»2« auf der Linie 120 liegen muß, die gegenüber der Linie 115, auf der die Markierung
bei Nichtvorhandensein des Gewichtes 100 liegt, verschoben ist. Die Linie 120 ist
gegenüber der Linie 115 rechtsherum und nicht linksherum verschoben, da ja die Trommel,
wenn sich die »2« vor dem Fenster 105 befindet, das Gewicht die Vertikale durch
den Trommelmittelpunkt überschreitet und folglich sich das durch das Gewicht 100
hervorgerufene Drehmoment zu dem von dem Rotor des Drehfeldempfängers ausgeübten
elektromagnetischen Drehmoment addiert. Entsprechend liegt die Markierung »3« auf
einer Linie 130, die gegenüber der Linie 135, auf der die Markierung liegen müßte,
wenn das durch das Ausgleichsgewicht hervorgerufene Hilfsdrehmoment nicht vorhanden
wäre, rechtsherum verschoben ist.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das eine hier beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann das Ausgleichsgewicht statt an der Trommel
auch an dem Rotor des die Trommel drehenden Drehfeldempfängers befestigt sein. Das
Gewicht kann auch durch eine Verdickung der Trommel, die ein entsprechendes zusätzliches
Drehmoment hervorruft, ersetzt werden. Das Hilfsdrehmoment kann weiter statt durch
ein Gewicht durch eine Spiralfeder ausgeübt werden. Das Drehmoment könnte statt
auf die Trommel mit dem höchsten Stellenwert des Zählwerkes auch auf eine andere
Trommel (oder ein anderes sich drehendes Anzeigeelement, wie etwa eine Scheibe)
ausgeübt werden, so z. B. in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf die
Zehner-Trommel. Schließlich können die Geber für die Drehfeldempfänger anders ausgeführt
sein als in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel. So kann der Geber43 statt
aus einem Drehfeldgeber, also einer Synchronmaschine, aus einem Vielfachschalter
bestehen, durch den die Spannungen dem Drehfeldempfänger 58 so zugeführt werden,
daß der resultierende Vektor des Drehfeldes mit der Stellung der Trommel 15 übereinstimmt.
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Die anzutreibenden rotierenden Elemente (Zählwerktrommeln) können
durch den Rotor des Drehfeldempfängers auch über eine beliebige zwischengeschaltete
Transmission mitgenommen werden, wenn das übersetzungsverhältnis von Eins abweichen
soll. Sonst sind sie mit dem Rotor kraftschlüssig verbunden.