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Elektrischer Kompensator zum gerichteten Senden und/oder Empfangen
von Schallwellenenergie Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Kompensator
zum gerichteten Senden und/oderEmpfangen von Schallwellenenergie unter gleichzeitiger
Benutzung einer Mehrzahl von Wandlern, die an gehäusefeste Gleitkontakte angeschlossen
sind, die über schwenkbare Streifenkontakte mit den einzelnen Gliedern einer zusammen
mit den Streifenkontakten ebenfalls schwenkbaren elektrischen Laufzeitkette verbunden
sind, wobei der Kompensator aus zwei trennbaren Bauteilen besteht, deren Trennfläche
zwischen den Gleitkontakten und den Streifenkontakten verläuft, und wobei der Ausgang
der Laufzeitkette über eine Schleifringeinrichtung geführt ist.
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Die Laufzeitkette dient dazu, Zeit- bzw. Phasenunterschiede, die
dadurch entstehen, daß die einzelnen Wandler nacheinander von der aus einer bestimmten
Richtung eintreffenden ebenen Schallwellenfront getroffen werden, durch Verzögerung
der von den zunächst getroffenen Wandlern ausgehenden elektrischen Signale auszugleichen,
so daß sämtliche elektrischen Signale wieder in Phase sind, wodurch die Wandlergruppe
in dieser Richtung ihre maximale Empfindlichkeit erreicht. Es macht aber dem Konstrukteur
Schwierigkeiten, die Gleitkontakte so auszubilden, daß sie die relativ schwachen
elektrischen Signale auch bei einer Dauerbenutzung störungsfrei übertragen. In jedem
Fall bedürfen die Kontakte der Wartung, auch wenn sie noch so zweckmäßig ausgebildet
sind.
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Zwar ist ein Kompensator bekannt (österreichische Patentschrift 159
989), der aus zwei trennbaren Bauteilen besteht, deren Trennfläche zwischen der
festen Gleitbahn und den schwenkbaren Gleitkontakten verläuft. Diese Anordnung weist
aber eine Vielzahl von Schleifringen an ihrem Eingang in einer gesonderten Kontaktebene
auf, die außerdem der Inspektion nicht zugängig ist. Die Wartung ist also nach wie
vor nicht ausreichend möglich.
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Es sind deshalb Kompensatoren bekanntgeworden (USA.-Patentschrift
2 752 584), die die Verwendung von Schleifkontakten ausdrücklich ablehnten (Spalte
1, ab Zeile 36 bis Spalte 2, Zeile 24, insbesondere Spalte 2, Zeilen 21 bis 24)
und dafür eine kapazitive oder induktive Übertragung der Signale vorsehen, wobei
in einer Ausführung (USA.-Patentschrift 2752584) die streifenförmigen Spulen schwenkbar
gelagert sind und der Ausgang der mitschwenkbaren Laufzeitkette an zwei Schleifringe
geführt ist. Hierdurch ergeben sich aber Beschränkungen anderer Art, da diese Übertragung
sehr hochohmig und empfindlich vom Abstand der kapazitiven oder induktiven Elemente
ist; auch macht es hierbei Schwierig-
keiten, die zu übertragenden Frequenzen zu
ändern, wie es für viele praktische Anwendungen zweckmäßig ist, beispielsweise zur
Änderung der Sende- und/ oder Empfangscharakteristik der Wandlergruppe, wie auch
zur Anpassung an spezielle Objekte usw.
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Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, diese Beschränkungen
zu vermeiden und trotzdem betriebssichere Kompensatoren zur Verfügung zu stellen.
Sie geht von der Erkenntnis aus, daß Kompensatoren mit Gleit- und Streifenkontakten,
sogenannte Streifenkompensatoren, sich im praktischen Gebrauch bei Gruppenhorchanlagen
an sich bewährt haben und auch weitgehende Forderungen nach Betriebssicherheit erfüllen
können, wenn sie servicesicher aufgebaut werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist gekennzeichnet durch die Anordnung
der Laufzeitketten-Schleifringe oder ihrer Bürsten auf der zur Trennfläche hin liegenden
Seite an dem trennbaren Träger der Gleitkontakte sowie der Anordnung des verbleibenden
Teils der Laufzeitketten-Schleifringeinrichtung ebenfalls auf der zur Trennfläche
hin liegenden Seite an dem schwenkbaren Träger der Streifenkontakte.
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Durch diese Maßnahmen, auf die der unbefangene Durchschnittsfachmann
seit fast 30 Jahren trotz der Wichtigkeit der Wartung auch der Schleifringeinrichtung
nicht gekommen ist, wird nicht nur eine vereinfachte und zuverlässige Wartung des
ganzen Kompensators erreicht, sondern zusätzlich der mechanische Aufbau vereinfacht
und auch gewichtsmäßig erleichtert, so daß Gleitkontakte und Bürsten vollständig
abnehmbar ausgebildet werden können, während dies bei der bekannten trennbaren Konstruktion
(österreichischePatentschriftl59989) nichtmöglichist.
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Schleifringe, Gleit- und Streifenkontakte werden bei der Erfindung
also mit einem Griff zugänglich.
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Damit wird nicht nur die Wartung beschleunigt, sondem die Wartung
läßt sich auch mit ungeschulten Kräften durchführen. Insbesondere kann der Benutzer,
der oft kein Fachmann sein wird, sich leicht davon überzeugen, ob eine gelegentliche
Störung auf einer Verunreinigung der Kontakte beruht oder woanders gesucht werden
muß, Der Bedienende kann jederzeit selbst Störungen beheben und/oder jederzeit leicht
kontrollieren, ob die Kontaktflächen noch einwandfrei aussehen und sich somit in
einwandfreiem Zustand befinden. Dies wird er, durch die Erfindung begünstigt, regelmäßig
vornehmen, weil es für ihn keines besonderen Zeitaufwandes und keiner Aufmerksamkeit
bedarf.
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Bei der Erfindung können nämlich sowohl Streifenkontakte als auch
Schleifringe in einem Arbeitsgang mit einer Reinigungsflüssigkeit besprüht werden
und das Reinigungswerkzeug, wie Putzlappen, kann ununterbrochen in derselben Hand
gehalten werden, ohne daß es zwischendurch abgelegt oder auch nur von einer Hand
in die andere genommen werden müßte. Mit derselben Wischbewegung lassen sich einfach
und zusammenhängend sowohl Streifenkontakte und Schleifringe als auch Gleitkontakte
bzw.
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Schleifkontakte und Bürsten reinigen. Die Wartung der Schleifringeinrichtung
wird also nicht nur erst ermöglicht bzw, nicht vergessen, sondern sie macht überhaupt
keine zusätzliche Arbeit mehr.
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Ferner vereinfacht sich auch die Herstellung. Es lassen sich nämlich
Streifenkontakte und Schleifringe in einem Arbeitsgang nach dem Verfahren der gedruckten
Schaltungen herstellen. Deshalb können auch die diesen gleichartig aufgebauten Streifen-
und Schleifringkontakten gegenüberliegenden Gleitkontakte und Bürsten gleichartig
sein, wodurch besondere Wartungs- und Prüfvorrichtungen, wie auch gesonderte Lagerhaltung,
z. B. an Bord oder bei den Werften, entfallen.
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Dadurch, daß die Erfindung die zwei Kontaktebenen der bekannten trennbaren
Ausführung (österreichische Patentschrift 159 989) auf eine reduziert, wird ferner
der räumliche Aufbau des gesamten Gerätes gedrängter, was besonders für mehrschichtige,
für umfangreiche Wandlergruppen erforderliche Kompensatoren wichtig ist. Derartige
Kompensatoren waren nach der bekannten trennbaren Ausführung bisher allein schon
aus räumlichen Gründen überhaupt nicht möglich. Außerdem wird die Herstellung auch
kleinerer Kompensatoren durch die Halbiemng der Zahl der Kontaktebenen vereinfacht.
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Die Vorteile treten in verstärktem Maße auf durch die Anordnung ebener
Schleifringe auf dem schwenkbaren Träger der Streifenkontakte in gemeinsamer Ebene
mit den Streifenkontakten sowie der Anordnung der zugehörigen Bürsten auf dem gehäusefesten
Träger der Schleifkontakte.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von den in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 Schema einer Echolotanlage
mit einem an sich bekannten Streifenkompensator in perspektivischer Ansicht, F i
g. 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in Draufsicht, Fig.3 weiter schematisierte
und abgewandelte Seitenansicht der F i g. 2, F i g. 4 schematisiertes Ausführungsbeispiel
eines »Zweiachs-Kompensators « in Seitenansicht,
F i g. 5 AusführWungatçispiel der
Fig. 3 in Graue sicht, Fig. 6 Streifenplatte als weiteres Ausführungsbeispiel.
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In F i g. 1 sind mehrere Wandler mit 1 bezeichnet.
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Sie liegen alle in der Zeichenebene, Durch diese Verteilung werden
die Wandler von Wellenenergie, z. B von Schallwellen, beispielsweise aus der in
der Zeichenebene liegenden Richtung 2 zu unterschiedlichen Zeiten getroffen, wodurch
die aus den Wandlern abgeleiteten elektrischen Signale Laufzeitunterschiede bzw.
Phasenunterschiede aufweisen. Zur Kompensation dieser Laufzeitunterschiede sind
die einzelnen Wandler mit den richtigen Gliedern einer Laufzeitkette 3 zu verbinden.
Diese Verbindung ist bei einer Anderung der Richtung 2 umzuschalten. Zu diesem Zwecke
werden die elektrischen Signale nach ausreichender Verstärkung in je einem Vorverstär
ker 4 zunächst an die Bürsten 5 einer Schleifkontakteinrichtung 6 angeschlossen.
Jeder Schleifring7 ist elektrisch mit dem zugehörigen Schleifkontakt 8 verbunden.
Sämtliche Schleifkontakte werden von einer Platte 9 mittels der Achse 10 schwenkbar
getragen.
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Die Achse 10 ist über das Lager 11 an dem Gehäuse 12 gelagert und
mittels des Handrades 13 drehbar.
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Die Kontakte 8 schleifen dabei auf Streifenkontakten 14, die in eine
ebeae Platte 15 eingelassen sind; es gibt auch Kompensatoren mit gekrümmten Streifen,
auf die die Erfindung ebenfalls anwendbar ist. Die Streifenplatte 15 ist gehäusefest
angeordnet. Die Ansdhlußendenla führen an die entsprechenden Anschlußpunkte der
Laufzeitkette 3. Die Laufzeitkette ist durch Widerstände reflektionsfrei abgeschlossen
und in bekannter Weise so dimensioniert, daß sich die von den einzelnen Wandlern
herrührenden Signale am Ausgang der Laufzeitkette für eine bestimmte gewünschte
Richtung phasenrichtig addieren. Ihr Ausgang führt über einen Verstärker 17 an eine
Anzeigevorrichtung 18, beispielsweise einem schreibenden Registriergerät, einer
Instrumentenanzeige und/oder einem Kathodçnstrahlrohr.
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Von dieser an sich bekannten Kompensationsçinrichtung geht die Erfindung
aus und verbessert sie.
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In der Fig, 2 ist das Schema eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
gezeigt. Wiederum sind zunächst mit 1 mehrere Wandler in ähnlicher Gruppierung wie
in Fig. 1, mit 4 zugehörige Vorverstärker und mit 13 a ein Handrad bezeichnet. Im
Gegensatz zur F i g. 1 entfällt die Schleifkontaktvorrichtung 6 und die Eingangssignale
der Vorverstärker 4 sind direkt an die Schleifkontakte 8 über durchgehende Kabel
20 geführt. Für den Konstrukteur entfällt damit das Problem, die Schleifkontakteinrichtung
6 der Fig 1 unterbringen zu müssen. Dies ist nämlich um so schwieriger, als in der
Praxis Wandler 1 nicht immer nur auf einem ebenen Kurvenzug wie gezeichnet ~ angeordnet
sind, sondern wegen der meist notwendigen allseitigen Bündelung eine ilächenhafte
Verteilung aufweisen. Zur Kompensation einer derartigen Wandlergruppe ist diese
in Teilgruppen zu unterteilen, für die jeweils eine der F i g. 1 entsprechende Einrichtung
vorzusehen ist.
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Da hierdurch der Platz sehr beengt ist, sind die vielen Schleifringeinrichtungen
mit ihrer Vielzahl von Schleifringen 7 räumlich sehr unerwünscht. Bei der Erfindung
dagegen entfallen diese Schleifringeinrichtungen, und die Kabel können direkt durchgezagen
werden. Die Schleifkontakte Sa sitzen auf
einem Träger 9 a, der
am Gehäuse 21 fest gelagert ist.
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Mittels der Knebel 22 ist der Trägerga mit dem Gehäuse 21 einerseits
in definierter Lage fest verbindbar, andererseits aber auch leicht lösbar und heraufnehmbar
gehaltert, so daß nach Herausnehmen des Trägers die Streifenkontakte 14 a und die
Kontaktfiächen der Schleifkontakte 8 a zugleich zugänglich werden.
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Für ein unverwechselbares Wiedereinsetzen weist der Träger 9 a abgeschrägte
Seiten 23 auf, so daß durch seine asymmetrische Formgebung sein richtiges Wiedereinsetzen
auch beim Laien und in der Eile gesichert ist.
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Zur Einstellung des Kompensators ist der Träger 15 a der Streifenkontakte
drehbar gelagert. Im Beispiel der F i g. 2 ist er deshalb kreisförmig gestaltet
und stützt sich an Rollen 24 ab. Die Laufzeitkette 3a wird gleichfalls von dem Träger
15 a getragen.
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Das Handrad 13 a wirkt über die Rolle 24 auf den Träger 1$ a, Zweckmäßigerweise
wird für den Ausgang der Laufzeitkette 3 a wenigstens ein Schleifring in einem derartigen
Teil des Gehäuses vorgesehen, wo er zugleich mit den Gleit und Streifenkontakten
leicht zuärglich ist. Diese Schleifringeinrichtung braucht im gegensatz zu der eingangsseitigen
der F i g. 1 gegebenenfalls nur aus einem einzigen Schleifring 25 zu bestehen, wenn
über sonstige leitende Teile des Kompensators eine ausreichende Erdung der Laufzeitkette
sichergestellt ist. Es ergibt sich gegenüber einer eingangsseitigen Schleifringeinrichtung
(6 in der Fig. 1) aber nicht nur cin Verbesscrung der Anzahl nach, sondern auch
die günstigere Wartungsmöglichkeit einer vorteilhaften Anordung zwischen dem Träger
9 a der Gleitkontakte 8 a und dem Träger 15 a der Streifenkontakte 14 a. Hierdurch
werden beim Abnehmen des Trägers 9 a nicht nur die Gleitkontakte 8 a und die Streifenkontakte
14 a, sondern zugleich der Schleifring 25 mit seiner Bürste 26 zugänglich.
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Wie man der F i g. 1 entnimmt, würde dort die aber prüfung aller Kontakte
eine sehr umständliche Demontage erfordern.
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Der Vorteil der Erfindung geht hierüber noch hinaus: Die elektrische
Übertragung ist durch die spezielle Anordnung der Schleifringe weniger anfällig.
Der ausgangsseitige Schleifring 25 enthält nämüch die Summenspannung sämtlicher
Wandler, also beispielsweise zehnmal mehr oder noch mehr Spannung als die eingangsseitigen
Schleifringe der Einrichtung 6 (Fig. 1). Dies ist ein für das Betriebsverhalten
von Schleifringen entscheidender Umstand, der durch die Erfindung geschaffen wird.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird in der F i g. 3 mit geringer
Abwandlung in der Seitenansicht gezeigt. Zunächst sitzt das Handrad 13 a auf der
Achse der Rolle 24, statt die Rollen an ihrem Umfang anzutreiben. Sodann sind für
den Ausgang der Laufzeitkette 3 a zwei Schleifringe 25 a vorgesehen, die auf dem
Träger 9 a befestigt sind. 26 a sind die beiden zugehörigen Bürsten und 28 sind
die Ausgangsklemmen, 27 die Eingangsklemmen des Kompensators. Ferner ist der Träger
der Gleitkontakte 8 a mit einem Gehäusedeckel 29 mechanisch verbunden. So sind bei
der Öffnung des Gehäuses 21 zugleich sämtliche Kontakte des Kompensators zugänglich.
Dies wird auch dadurch möglich, daß die Schleifringe 25 a ebenfalls in einem Teil
des Gehäuser angeordnet sind, wie er durch die strichpunk-
tiere Linie 30 andeutungsweise
abgegrenzt wird, der beim Abheben des Trägers 9 a zugäglich wird. Es sind hierfür
nicht nur der Zwischenraum zwischen dem Träger 9 a und 15 a, sondern auch noch angrenzende
Bereiche an sich geeignet.
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In den folgenden Fig 4 bis 6 wird die Anwendung der Erfindung auf
einen in einer parallelen Anmeldung behandelten »Zweiachs-Kompensator geschildert.
In allgemeiner Form wird zugleich die Tatsache demonstriert, daß die Erfindung keineswegs
auf den bisher gezeigten Kompensator beschränkt ist, sondern auf beliebige Kompensatoren
und/oder mehrfach bei einem Kompensator anwendbar ist.
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Zunächst ist in Weiterentwicklung der F i g. 3 der Träger 31 für
die Gleitkontakte 8 b, die Gleitkon taktplatte, an das Gehäuse 32 mittels Scharniere
33 angelenkt, Dadurch ergeben sich für die Wartung eine noch größere Bequemlichkeit
und Sicherheit. In weiterer Vervollkommnung ist die Schleifkontaktplatte 31 zugleich
Deckel für das Gehäuse 32 bzw. mit einem Gehäusedeckel aus einem Stück gefertigt.
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Der Verschluß kann sehr vielfältig ausgebildet sein.
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Ausführungen können von einem Kniehebelver schluß über einen Klemmverschluß,
Rastenverschluß usw. bis zur gezeichneten Schraube 34 reichen.
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Den Schleifkontakten 8b sind die Streifenkontakte 14 b gegenüber
angeordnet. Sie bilden zusammen mit ihrem Träger eine sogenannte Streifenplatte
15 b, Diese ist mittels des Handradesl3b und der Zentralachse 35 relativ zu den
Schleifkontakten 8 b schwenkbar.
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In weiterer Vervollkommnung ist der Ausgang über zwei ebene Schleifringe
36 geführt, Diese können entweder von der Schleifkontaktplatte 31 oder von der Streifenplatte
15 b getragen werden; gezeichnet ist letzteres. Ihnen gegenüber stehen Bürsten 37,
die von der anderen Platte, im Beispiel von der Schleifkontaktplatte 31, getragen
werden. Dadurch sind die Schleifringe gegenüber der F i g. 3 noch raumsparender
ausgeführt und lassen sich auch mittels der Technik gedruckter Schaltungen ersten
len. Es ist deshalb zweckmäßig, sie, wie gezeichnet, bei den Streifen 14 b anzuordnen.
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Im aufgeklappten Zustand ergibt sich im Schema die in Fig. 5 dargestellte
Ansicht, Mit einem Griff sind die Streifenkontakte 14 b, die Schleifkontakte 8 b
und die Schleifringe 36, Bürsten 37 zugänglich, Es sind dank der Scharniere 33 auch
beide Hände zum Arbeiten frei, und sämtliche Kontakte kommen beim Zusamenklappen
zwangläufig wieder in die richtige Lage zueinander. Außerdem liegen alle Kontaktflächen
in je einer gemeinsamen Ebene, so daß beim Putzen die Schleifringe 36 mit derselben
Putzbewegung, die auch die Streifenkontakte 14 b erreicht, überstrichen werden.
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Die Streifenkontakte 14 b reichen von der Streifenplatte 15 b zweckmäßigerweise
nur bis zu einem durch das Zentrum der ebenen Schleifringe 36 gedachten Durchmesser
38. Hierdurch ergibt sich eine vereinfachte elektrische Abführung 39 von den Streifen,
gerade auch im Hinblick auf die notwendige Aussparung für die Schleifringe 36. Ebenfalls
wird nicht nur für die Streifen 14 b sondern auch fiir alle Abführungen die Technik
der gedruckten Schaltungen anwendbar. Weiterhin wird durch diese Teilung der Streifen
trotz eines Schwenkbereiches von 3600 eine nur nach einer Seite der Wandlergruppe
sich erstreckende Charakteristik gebildet.
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In einer Anwendung auf den in einer parallelen Anmeldung behandelten
»Zweiachs-Kompensator« werden die Ableitungen 39 der Streifenplatte 15 b (F i g.
4) nicht den entsprechenden Anschlüssen der Laufzeitkette zugeführt, sondern den
Schleifkontakten 40 einer zweiten Kontaktgruppe. Ihr gegenüber ist die zusätzliche
Streifenplatte 41 angeordnet. Erst deren Streifenkontakte 42 sind mit der Laufzeitkette
3b verbunden. Auch diese Verwendung kann servicesicherer gestaltet werden, indem
die Laufzeitkette 3b mit der Streifenplatte 41 mechanisch und elektrisch lösbar
verbunden ist, beispielsweise über eine Steckverbindung 43. Zweckmäßigerweise ist
die Laufzeitkette auf einer gesonderten Platte 44 angeordnet. Es ist auch vorteilhaft,
die Induktivitäten 45 auf der zur Streifenplatte zeigenden Seite der Platte 44 anzuordnen
und die Kapazitäten 46 auf der anderen Seite.
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Die zweite Streifenplatte 40 ist mittels des Handrades 47 und der
Hohlachse 48 ebenfalls schwenkbar.
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Auch diese Streifenplatte trägt ebene Schleifringe 49, denen Bürsten
50 gegenüberstehen, über die der Ausgang 51 der Laufzeitkette 3 b wieder an den
Eingang des Kompensators zurückgeführt wird. Auch die Streifenplatte 15 b ist leicht
abnehmbar ausgebildet.
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Hierzu ist in einer Ausführung die Mutter 51 a vorgesehen, die die
StreifenpIattelSb an die Zentralachse 36 befestigt.
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Möglich ist aber auch die nochmalige Anwendung der im Zusammenhang
mit der ersten Schleifkontaktplatte gezeigten erfinderischen Maßnahme auf die zweite
Platte 15 b. Wird diese mit der Zentralachse beispielsweise ebenfalls über ein Scharnier
verbunden, so ergibt sich dieselbe Wirkung wie für die Schleifkontaktplatte 31.
In der F i g. 6 ist die Streifenplatte 15 b als 15 c herausgezeichnet und mit Scharnieren
33 c versehen. Diese wiederum sitzen an dem Rahmen 52, der über radiale Speichen
53 mit der Zentralachse 35 verbunden ist. Dadurch sind die Scharniere 33 c zusätzlich
schwenkbar und letztlich wieder mit dem Gehäuse verbunden.
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Auch dieses Beispiel zeigt, daß die Merkmale der Erfindung nicht
an das Ausführungsbeispiel gebunden sind, bei dem sie erläutert sind. Ebenso ist
die Anwendung des Erfindungsgedankens nicht auf eine besondere Bauart dieses Kompensators
beschränkt, insbesondere nicht auf die der Fig. 1, sondern ist in gleichem Maße
mit Vorteil überall da anwendbar, wo bei Kompensatoren schwache Empfangsströme über
Gleitkontakte geleitet werden müssen. Auch kann die Erfindung bei Kompensatoren
für beliebige Wellen oder Impulse, also sowohl für Ultraschallenergie als auch für
elektromagnetische Wellenenergie, Verwendung finden.