DE1224811B - Umschalter fuer elektrische Energie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche KL: 21 c - 40/01

Nummer: 1224 811

Aktenzeichen: S 65460 VIII d/21 c

Anmeldetag: 16. Oktober 1959

Auslegetag: 15. September 1966

Die Erfindung betrifft einen Umschalter zum Übertragen insbesondere hochfrequenter elektrischer Wechselstromenergie zwischen einem Gerät zur Erzeugung und/oder zum Empfang der elektrischen Energie und je einer Anzahl von Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen.

Bei Hochfrequenzsteuersystemen, z.B. bei Quasi-Doppler-Richtungssystemen, wird ein Hochfrequenzumschalter oder Verteiler verwendet, um elektrische Energie von einem Sender aufeinanderfolgend auf eine Anzahl von in einem Kranz angeordneten Antennen, oder umgekehrt, zu übertragen. Die Funktion des Umschalters ist die, den effektiven Empfangsoder Sendepunkt mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit rund über diese Anordnung von in gleichem Abstand liegenden Antennenelementen laufen zu lassen.

Der Umschalter ist eines der kritischsten Elemente eines solchen Systems, denn sein Aufbau bestimmt die Signalempfindlichkeit, die Genauigkeit der Peilung und den Grad einer unerwünschten Amplitudenmodulation, die dem ankommenden oder ausgehenden Signal übertragen wird. Ein Minimum von Amplitudenmodulation beim ankommenden oder abgehenden Signal wird erreicht, wenn die Kopplung des Empfängers oder Senders von einer Antenne zur nächsten in einer im wesentlichen sinusförmigen Weise geändert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von einem Gerät erzeugte Wechselströme, insbesondere Hochfrequenzströme, auf eine Anzahl von beliebigen Vorrichtungen, z. B. Antennen, in einer vorbestimmbaren Reihenfolge zu übertragen. Dabei muß sowohl Frequenz als auch Amplitude im wesentlichen auf jede der Vorrichtungen mit gleicher Größe übertragen werden, bzw. bei Änderungen müssen die auftretenden Änderungen bei der Übertragung auf alle Vorrichtungen im wesentlichen gleich übertragen werden.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß mit dem Gerät zur Erzeugung und/oder zum Empfang der elektrischen Energie eine Transformatorwicklung mit ferromagnetischem Kern verbunden ist, die so angeordnet ist, daß sie mit Transformatorenwicklungen mit ferromagnetischem Kern, die mit je einer der Anzahl von Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen verbunden sind, so in induktive Verbindung bringbar ist, daß beide Wicklungen mit ferromagnetischen Kernen als Primär- bzw. Sekundärwicklung eines Transormators wirken.

Die bekannten Umschaltvorrichtungen für hochfrequente Ströme arbeiten nicht mit Transformato-Umschalter für elektrische Energie

Anmelder:

Servo Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. R. Poschenrieder,
Patentanwalt, München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Als Erfinder benannt:
Paul G. Hansel, Greenvale, N. Y.;
Frederick G. Richter, Great Neck, N. Y.;
William H. Paulstich, Merrick, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 27. Januar 1959

ren, sondern die Ströme werden mittels Ausstrahlung von einem Schalterteil und Empfang im zweiten Schalterteil übertragen.

Es ist ferner in der Technik bekannt, zu Ein- bzw. Ausschaltzwecken einen Transformator zu verwenden, dessen Primär- und Sekundärwicklung an getrennten Hälften eines geteilten Kernes vorgesehen sind, die im Abstand voneinander liegen, so daß zur Unterbrechung des Magnetflusses zwischen den beiden Kernhälften eine Platte aus nichtmagnetisierbarem Material einschiebbar ist. Zum Unterschied davon ist bei der Ausbildung gemäß der Erfindung eine einzelne Transformatorhälfte einerseits vorgesehen, die durch eine beliebige von mehreren, im Kranz angeordneten zweiten Transformatorhälften zu einem Transformator ergänzt wird.

Es ist auch bekannt, den Einfluß eines bewegbaren Kernes auf die Induktivität bei einem Transformator dadurch auszugleichen, daß die Primär- und die Sekundärwicklung des Transformators relativ bewegbar sind.

Es ist schließlich auch bekannt, die Induktivität von Spulensystemen durch Verlagerung eines Ankers zu ändern. Es ist ferner eine kontaktfreie Kanal- oder Bereichsumschaltung für ultrakurze elektrische Wellengebiete bekannt, bei der die Frequenzumschaltung der fest abgestimmten ultrahochfrequenten Kreise durch stufenartige induktive Einkopplung von einstellbaren Schwingungskreisen erfolgt. Hier erfolgt

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also die Umschaltung eines Gerätes auf einen aus einzelnen Zellen nacheinander auf eine gemeinsame

der im Eingangsbereich ankommenden und verstärk- Auswertstelle zu übertragen.

ten, gesamtaufgenommenen Empfangsenergie aus- Wie aus; der Zeichnung ersichtlich, enthält der Umgewählten Frequenzbereich dadurch, daß einem schalter einen kreisförmigen Statorteil, im allgemei-Schwingkreis im Eingangskreis wahlweise ein auf die 5 nen in Form einer nichtmagnetischen Scheibe 1 von entsprechende gewünschte Frequenz abgestimmter gleichförmiger Dicke mit einer ebenen Oberfläche 2. Schwingkreis gegenübergestellt wird. Wenn auch in Die Scheibe 1 besteht aus einem Material mit hoher diesem Fall die Übertragung der Energie durch In- Dielektrizitätskonstante und wird vorzugsweise aus duktion erfolgt, so liegt doch der Umschaltvorrich- einem Kunststoff im Gießverfahren, z. B. Epoxyharz, rung nach der Erfindung eine andere Aufgabenstel- io hergestellt.

lung zugrunde, zumal es sich bei dem bekannten Um- Die Schaltelemente für die Antenne weisen eine schalter darum handelt, ein Gerät auf eine bestimmte Anzahl von halbringförmigen Transformatorkernen 3 Frequenz abzustimmen, was als einmaliger Vorgang auf, von denen zwei in der Schnittdarstellung in der bei Beginn des Empfanges erfolgt, während es sich Zeichnung gezeigt sind. Wenn die Scheibe 1 aus bei dem Umschalter gemäß der Anmeldung um eine 15 Epoxyharz hergestellt ist, können die Kerne 3 in die Vorrichtung zum folgemäßigen An- und Abschalten Scheibe 1 eingegossen sein. Die Kerne 3 sind in der der Stromzufuhr zu einzelnen Vorrichtungen, bei- Scheibe 1 in einem Kranz derart angeordnet, daß ihre spielsweise Antennen, handelt. Schon aus diesem Enden 4 bündig mit der ebenen Oberfläche 2 des Grunde sind üblicherweise die Induktionsspulen von Stators axial liegen und durch je einen radialen AbSchwingkreisen mit Transformatorwicklungen nicht 20 schnitt verbunden sind,
ohne weiteres vergleichbar. Der Werkstoff der halbringförmigen Kerne 3 ist

Gemäß der Erfindung erfolgt also die Umschaltung selbstverständlich magnetisierbar, z.B. aus Weichüber einen Transformator, der, z. B. bei Sendebetrieb, eisen, jedoch können die Kerne vorzugsweise aus aus einer Primärwicklung mit dem entsprechenden weichen Ferriten, z. B.- Nickel-Zink- oder Mangan-Anteil des Kernes besteht, die mit dem Sendegerät 25 Zink-Ferriten, hergestellt sein. Jeder Kern trägt eine in Verbindung steht Dieser Primärtransformatorteil Wicklung 5, die mit einer der Antenneneingangswird" an einer Anzahl von Sekundärtransformator- klemmen 6 verbunden ist, die einer gleichen Anzahl teilen vofbeigeführt, Heren Wicklungen mit den ein- von Antennen einzeln zugeordnet sind, am Außenzelnen Antennen verbunden sind. Die Wicklung des umfang des Stators 1 in unmittelbarer Nähe des zuzweiten Transformatorteiles, dem der erste Trans- 30 geordneten Kernes 3 angeordnet sind,
formatorteil gegenüberliegt, wirkt als Sekundärwick- Die Transformatorkerne 3 in der Scheibe 1 werlung eines geschlossenen Induktionskreises, und die den durch einen komplementären Transformator-Sendeenergie wird dadurch übertragen. Bei entspre- kern 7 in Form eines ähnlichen Halbrings abgetastet, chender Anordnung der Sekundärtransformatoren- der in einem nichtmagnetischen Rotor 8 eingegossen teile wird bei Bewegung des Primärteiles von einem 35 ist. Der Rotor 8 hat eine ähnliche Ausbildung wie Sekundärteil zum nächsten die abfallende Amplitude die Scheibe 1, und er hat eine ebene Oberfläche, die aus der zuerst erregten Sekundärwicklung durch die dicht und mit geringem Abstand von der ebenen ansteigende Amplitude der danebenliegenden Sekun- Oberfläche 2 der Scheibe hegt,
därwicklung ausgeglichen, so daß die von mehreren, Der Abstand zwischen Scheibe 1 und Rotor 8 kann nebeneinanderliegenden Antennen in einer Richtung 40 ungefähr 0,1 mm sein. Der Kern 7 im Rotor 8 ist mit ausgestrahlte. Gesamtenergie im wesentlichen kon- seinen Enden bündig mit der ebenen Oberfläche der stant ist. Scheibe 1 und in gleichen Abständen von der Achse

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung wie die Enden 4 der Kerne 3 angeordnet,

kann die mit dem Gerät verbundene Transformato- Um einen sanften sinusförmigen Übergang von

renwicklung mit Kern in einem Rotor aus unmagne- 45 einer Antenne zur nächsten zu erhalten, sind die

tischem Werkstoff angeordnet Sein. Enden des Kernes 7 in Drehrichtung gemessen langer

Dieses Merkmal trägt zur Vereinfachung der Bau- als die entsprechenden Enden 4 der Kerne 3. Das

weise und zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei. Übergreifen des Kernes 7 bewirkt einen sanften Über-

Vorteilhafterweise kann im Drehpunkt des Rotors gang bei der Abtastung aufeinanderfolgender Kerne 3.

eine mit der Transformatorenwicklung mit Kern ver- 50 Der Rotor 8 ist mittels eines Motors 9 über eine

bundene Transformatorenwicklung mit Kern und die- Welle 10 a antreibbar.

ser in dichtem Abstand gegenüber in der feststehen- Die elektromagnetische Energie wird dem Anten-

den Scheibe eine mit dem Gerät verbundene zweite neneingang zugeführt oder von dem Eingang ab-

Transformatorenwicklung mit Kern angeordnet sein. genommen durch einen Kreis 10, der als Sender oder

Diese Maßnahme ermöglicht die schleifringfreie 55 Empfänger dargestellt ist. Angenommen, der Kreis und von dem Antrieb des Rotors unbehinderte Über- 10 sei ein Sender, dann wird die Energie den Antragung von Energie auf den Rotor. rennen über die Leitungen 11, einem Transformator

Der Gegenstand der Erfindung eignet sich nicht mit einer Primärwicklung 12 und eine Sekundärnur als Umschalter für hochfrequente elektrische wicklung 13 in der Nähe der Achse des Stators 1 Energie, sondern könnte beispielsweise auch Anwen- 60 bzw. des Rotors 8, über die Leitungen 14, den aus dung finden bei der folgemäßigen Speisung einer dem Kern 7 und einen Kern 3 bestehenden TransAnzahl nacheinander anzuschaltender Lampen mit formator und die Antennenklemmen 6 zugeführt.
Wechselstrom aus einem Lichtnetz zur Erzielung Die Primärwicklung 12 und die Sekundärwicklung optischer Effekte. Auch ist es möglich, die Vorrich- 13 haben topfförmige Kerne mit einem mittleren tung gemäß der Erfindung zu verwenden, wenn es 65 Wicklungsträger 15, auf dem die entsprechenden sich darum handelt, mit einer Anzahl von Fotozellen Primär- oder Sekundärwicklungen 16 bzw. nicht där-Helligkeitswerte an unterschiedlichen Punkten einer gestellt angebracht sind. Die Leitungen 14 des Ker-Bildfläche nacheinander abzutasten und die Pulse der nes 7 sind mit der nicht dargestellten Sekundärwick-

lung verbunden. Die topfförmigen Kerne liegen ebenfalls bündig mit den ebenen Oberflächen und können aus jedem beliebigen magnetisierbaren Material, z. B. einem der obengenannten Ferrite, hergestellt sein.

Selbstverständlich können auch andere Formen magnetischer Kerne statt der halbringförmigen Teile verwendet werden. Ebenso können auch statt der dargestellten topfförmigen Kerne andere Kernformen verwendet werden. Jedoch hat die dargestellte Ausführungsform ausgezeichnete Resultate ergeben, be- ίο sonders wenn weiches Ferritmaterial sowohl für die ringförmigen als auch die topfförmigen Kerne verwendet wurde.

Der Einfachheit halber sind die Stator- und Rotorelemente ohne Schutzgehäuse dargestellt, in der Praxis jedoch hat es sich als günstig erwiesen, ein Aluminium oder Messinggehäuse für den aus plastischem Material bestehenden Rotor und Stator vorzusehen.

Claims (3)

20 Patentansprüche:

1. Umschalter zum Übertragen insbesondere hochfrequenter elektrischer Energie zwischen einem Gerät zur Erzeugung und/oder zum Empfang der elektrischen Energie und je einer Anzahl von Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gerät (10) zur Erzeugung und/oder zum Empfang der elektrischen Energie eine Transformatorwicklung mit ferromagnetischem Kern (7) verbunden ist, die so angeordnet ist, daß sie mit Transformatorenwicklungen (5) mit Kern (4), die mit je einer der Anzahl von Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen verbunden sind, so in induktive Verbindung bringbar ist, daß beide Wicklungen mit ferromagnetischen Kernen (4, 5,7) als Primär- bzw. Sekundärwicklung eines Transformators wirken.

2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gerät (10) verbundene Transformatorenwicklung mit Kern (7) in einem Rotor (8) aus unmagnetischem Werkstoff angeordnet ist, der mit geringem Abstand parallel zu einer feststehenden Scheibe (1) aus unmagnetischem Werkstoff rotiert, in welcher die mit der Sende- und/oder Empfangsvorrichtung (10) in Verbindung stehenden Transformatorenwicklungen (5) mit Kernen (4) gegenüber der von der ersten Transformatorenwicklung mit Kern (7) abgetasteten Kreisbahn angeordnet sind.

3. Umschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehpunkt des Rotors (8) eine mit der Transformatorenwicklung mit Kern (7) verbundene Transformatorenwicklung mit Kern (13) und dieser in dichtem Abstand gegenüber in der feststehenden Scheibe (1) eine mit dem Gerät (10) verbundene zweite Transformatorenwicklung (16) mit Kern (15/12) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 917 551, 911 629,
016,939 822,908 921;
belgische Patentschrift Nr. 539 596;
USA.- Patentschrift Nr. 2 662 540.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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