DE1927355B2 - Elektromechanischer wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen Wandler mit einem drehbar gelagerten Rotor, der mechanisch mit einem Verstellglied verbunden ist, einem Stator, eine am Stator angeordnete erste Wicklung, die auf die Steuerwicklung eines Ser-

vomotors wirkt, eine mit dem Stator gekoppelte drehbar angeordnete zweite Wicklung, die über ein Getriebe durch den Servomotor verstellbar ist und die bei einer Verstellung des Servomotors infolge einer Verstellung des Rotors gegenüber dem Stator der Spannungsänderung in der ersten Wicklung entgegenwirkt.

Bei einer Anordnung zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie ist bekannt, mit Hilfe eines sogenannten Nullmotors einen Selbstabgleich vorzunehmen. Die öinem Stator zugeführte elektrische Energie führt zu einer Verstellung eines Servomotors, der mit einem Rotor gekoppelt ist, durch dessen Drehung die Verstellwirkung des Stators für den Servomotor wieder aufgehoben wird. Bei der bekannten Anordnung ist der Stator stationär und der Rotor mit dem Servomotor mechanisch gekoppelt.

Es ist ferner eine höhenabhängige Verstellvorrichtung bekannt, bei der elektrische Energie in mechanisehe Energie umgewandelt wird. Ein Höhenmesser ist mit einem Rotor gekoppelt, der mit Wechselstrom erregte Pole hat und der von einem stationären Stator umgeben ist. Die Spannung der Statorwicklung liegt an der Steuerwicklung eines Servomotors. Über ein Getriebe ist die Welle des Servomotors mit der Primärwicklung eines Drehtransformators verbunden, dessen Sekundärwicklung an den Stator angeschlossen ist. Eine Verstellung des Rotors aus seiner Nulllage bewirkt eine Spannung an der Steuerwicklung des Servomotors und somit dessen Verstellung. Dadurch wird auch die Primärwicklung des Drehtransformators und somit die Spannung in den Statorwicklungen verstellt, so daß nach Beendigung eines dem Verstellweg des Rotors entsprechenden Stellweg des Servomotors die Spannung an der Steuerwicklung des Servomotors wieder Null ist. Bei diesem bekannten elektromechanischen Wandler erfolgt die Übertragung der Nachlaufbewegung des Servomotors über ein Getriebe nicht direkt mechanisch auf den Stator, sondern über einen zusätzlichen Drehtransformator auf elektrischem Wege. Dadurch wird der bekannte Wandler in seinem Aufbau verhältnismäßig aufwendig. Außerdem erfordert er verhältnismäßig viel Platz und besitzt ein verhältnismäßig großes Gewicht. Die letzteren Punkte sind insbesondere bei einem Einbau eines elektromechanischen Wandlers an Bord von Flugzeugen von Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektromechanischen Wandler für die Umwandlung einer mechanischen Bewegung in eine andere mechanische Bewegung zu schaffen, der sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und große Genauigkeit auszeichnet.

Bei einem Wandler der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stator ebenfalls drehbar gelagert ist, daß die zweite Wicklung am Stator angeordnet und magnetisch mit dei ersten Wicklung gekoppelt ist, und daß der Stator mit dem Getriebe gekoppelt ist.

Beim erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandler ist auch der Stator drehbar gelagert, so daß die Nachlaufbewegung des Servomotors in Folge einer Verdrehung des Rotors direkt auf den Stator übertragen werden kann. Dies führt zu einem äußerst kompakten Aufbau eines derartigen Wandlers, so daß er insbesondere zur Verwendung in Flugzeugen geeignet ist. Die Übertragung der Nachlaufbewegung des Servomotors, der als sogenannter Nullmotor wirkt, kann durch ein Zahnradgetriebe auf den Stator übertragen werden, so daß sich ein verhältnismäßig kleines mechanisches Spiel zwischen der Welle des Servomotors und dem Stator ergibt.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung des Wandlers bei Messung und Anzeige des Anstellwinkels eines Flugzeuges im Flug, dessen Verstellglied als Windflügel dient, der fest mit dem Rotor verbunden ist und der sich seitlich durch eine öffnung in der vertikalen Seitenwand des Flugzeugrumpfes in dem Luftstrom erstreckt, und ein den Stator und den Rotor umgebendes Gehäuse, das starr mit der vertikalen Seitenwand verbunden ist,

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert,

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Wandlers, der hier zur Messung und Anzeige des Anstellwinkels eines Flugzeuges im Flug verwendet wird;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Anordnungen nach den F i g. 1 und 5 entlang der Linie 2-2, wobei ein Windflügel in Draufsicht gezeigt ist;

F i g. 3 zeigt vergrößert einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 2 entlang der Linie 3-3;

F i g. 4 zeigt vergrößert einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 1 entlang der Linie 4-4;

F i g. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach F i g. 2 entlang der Linie 5-5;

Fig. 6 zeigt vergrößert und schematisch einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 2 entlang der Linie 6-6;

F i g. 7 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Anordnung nach F ig. 2;

F i g. 8 zeigt eine Draufsicht zum Teil im Schnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers, wobei der Schnitt im wesentlichen entlang der Linie 8-8 der Anordnung nach F i g. 10 durchgeführt wurde;

F i g. 8 a zeigt eine Teilansicht im Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 8 entlang der Linie 8 a-8 a;

F i g. 9 zeigt vergrößert einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 8 entlang der Linie 8-8;

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 8 entlang der Linie 10-10;

Fig. 11 zeigt eine auseinandergezogende Darstellung des in der Anordnung nach F i g. 8 verwendeten Getriebes;

Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 8 entlang der Linie 12-12;

Fig. 13 zeigt vergrößert einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 8 entlang der Linie 13-13, wobei einige Teile weggebrochen sind;

Fig. 14 zeigt schematisch ein elektrisches Schaltbild der Anordnung nach F i g. 8;

Fig. 15 zeigt die Statorwicklung ähnlich der Anordnung nach F i g. 13 mit dem zugehörigen Magnetfluß.

Bei der in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist der Wandler ein Gehäuse 10 mit einer zylindrischen Bohrung 11 auf, in der eine hohle Welle 12 drehbar durch Lager 13 mit geringer Reibung gelagert ist. Die Welle 12 ist axial gegenüber den inneren Laufringen der Lager durch einen an der Außenseite angeordneten Flansch 14 an einem Ende und einen innenseitig mit einem Gewinde versehenen, einen außenseitigen Flansch bildenden

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Ring 15 am anderen Ende eingestellt. In der Welle 12 Unterschiede in den Durchmessern der Bohrung 36 ist ein Stator 16 als ringförmiger Lamellenkern und des Stifts 35 ist vorzugsweise nur so groß, daß (F i g. 2 und 6) aus magnetischem Material drehbar sich die Welle 12 gegenüber der Welle 18 maximal befestigt, der vier radial nach innen abstehende Pole um etwa 3° drehen kann. Die Drehung der Welle 18 aufweist, die Primärwicklungen a, b, c und d und Se- 5 und daher auch der Welle 12 gegenüber dem Gekundärwicklungen A, B, C und D tragen. häuse 10 ist vorzugsweise auf einen Winkel von etwa Ein von einer Welle 18 gebildeter Rotor aus ma- 90° beschränkt. Dazu dient ein festes Gesperre, beignetisc¹! leitendem Material erstreckt sich durch die spielsweise Anschläge, die an dem Gegengewicht 30 hohle Welle 12 und ist daran durch Lager 19 mit ge- oder an dem Sektorzahnrad 33 angreifen. Diese Anringer Reibung gelagert. Die Welle 18 dient als Pfad io schlage können als Ansätze an der rechten Kante des für den Magnetfluß zwischen nebeneinanderliegen- Gehäuses 10 ausgebildet sein,
den Polen 17 des Stators 16, wenn die Primärwick- Um zu verhindern, daß Luft, Feuchtigkeit, Staub hingen α bis d erregt sind. Die Umfangsfläche der od. dgl. in das Gehäuse 10 eintritt, ist eine dichte Welle 18 ist mit einer Nut versehen, um einen abge- U-Ringdichtung 47 zwischen der Außenfläche der auflachten Abschnitt 20 an der Außenfläche der Welle 15 ßeren Welle 12 und der Wandung der Bohrung 11 innerhalb des Stators 16 zu schaffen. vorgesehen, und der ringförmige Zwischenraum in An dem linken oder äußeren Ende (F i g. 2) der der Welle 12 um die Nabe der Welle 18 ist wirksam Welle 18 ist ein Windflügel 21 in einer Weise befe- so abgedichtet, daß die freie und reibungslose, jedoch stigt, die eine genaue Weiterschaltung und Ausrich- begrenzte Winkelbewegung der inneren Welle 18 tung der Naben der Welle 18 und des Flügels 21 ao nicht wesentlich behindert wird. In dem gezeigten sicherstellt. Die zusammengehörigen Enden der Ausführungsbeispiel wird diese ringförmige Dichtung Welle 18 und der Nabe 22 des Flügels 21 haben durch einen Ring 38 aus undurchlässigem flexiblem V-förmige, genau eingeformte Nuten 23 und 24. Zy- Streifenmaterial, vorzugsweise aus elastischem Werklindrische Dübel 25, 26 (F i g. 3, in Konstruktionen- stoff, beispielsweise Polysiloxan gebildet. Der äußere nien gezeigt) aus harten Metall sitzen in diesen Nuten 25 Rand des Rings 38 ist durch ein Bindemittel mit der über Kreuz. Der Durchmesser der Dübel 25 und 26 Innenfläche der Welle 12, und der innere Rand ist und die Abmessungen der V-förmigen Nuten 23 und durch ein Bindemittel mit der Außenfläche der Welle 24 sind so, daß, wenn die Nabe 22 des Hügels und 18 verbunden. Die radialen Abmessungen des Rings die Welle 18 axial gegeneinander durch zwei selbst- 48 zwischen den beiden Rändern ist vorzugsweise etverriegelnde Schrauben 27 zusammengezogen wer- 30 was größer als der radiale Abstand zwischen den Fladen, die Dübel 25, 26 leicht gegen die Seitenwände chen, an denen die Ränder verklebt sind, um eine der Nuten 23, 24 anliegen, bevor die planen Endflä- leichte Torsionsflexibilität zu gestatten, wenn die eine chen der Welle 18 und der Nabe 22 aneinander an- Welle sich um einige Grad gegenüber der anderen greifen. Auf diese Weise wird die winkelmäßige Ein- dreht.

stellung des Abschnitts 20 auf der Welle 18 und des 35 Es ist ein Servormotor 39 vorgesehen, der in Ab-Windflügels 21 genau festgelegt. Die beiden Dübel 25 hängigkeit von einer Drehbewegung der Welle 18 in und 26 sind wechselseitig in der Mitte mit Quernuten beiden Richtungen aus einer neutralen oder Nullstelversehen, so daß sie über Kreuz gelegt werden kön- lung bezüglich der Welle 12 erregt wird. Die Welle 18 nen, wobei ihre Längsachsen in derselben Ebene lie- ist antriebsmäßig über ein Getriebe G (Fig. 5) mit gen. Ein mit einem Kopf versehener Stift kann sich 40 dem Sektorzahnrad 33 verbunden. Die Wellen der durch die Dübel 25, 26 und in die Welle 18 entlang dazwischenliegenden Zahnräder des Getriebes G könderen Achse erstrecken, um die Dübel 25, 26 in ihrer nen dazu verwendet werden, Potentiometer, Synchrons Stellung festzuhalten, wenn der Flügel 21 abgenom- od. dgl. um einen Betrag zu bewegen, der gleich oder men ist. Anderenfalls können einzelne, kürzere Dübel proportional der Bewegung der Welle 18 ist.
in jeder radialen Hälfte der Nuten verwendet werden. 45 Die elektrische Schaltung, die zu dem oben be-Zusätzlich zur Nabe 22 weist der Flügel 21 einen schriebenen Wandler gehört, ist schematisch in Arm 28 und einen einstückig damit ausgebildeten F i g. 7 gezeigt und weist die vier Primärwicklungen a seitlich verlaufenden Flügelabschnitt 29 auf. Im bis d auf, die auf die Statorpole 17 des Stators 16 ge-Querschnitt ist sowohl der Arm 28 als auch der Flü- wickelt sind und in Reihe an einer Wechselstromgelabschnitt 29 dreieckig (F i g. 1). Wenn die Vor- 50 quelle 41 liegen. An dem Eingang eines Verstärkers richtung an einem Flugzeug zur Bestimmung des An- 42 sind die vier Sekundärwicklungen A bis D in Gestellwinkels befestigt ist, weist die scharfe Kante des genreihenschaltung angeschlossen, die auf dieselben Flügels 21 in Vorwärtsrichtung. Pole 17 gewickelt sind. Die Primärwicklungen α bis d An dem rechten oder inneren Ende (Fig. 2) der sind gleichmäßig auf vier Pole 17 verteilt und so geWelle 18 ist ein Gegengewicht 30 durch Schrauben 55 wickelt, daß bei Erregung Paare nebeneinanderlie-31 und 32 drehsteif damit verbunden. Das Gegenge- gender Pole die gleiche magnetische Polarität haben, wicht 30 ist so berechnet und angeordnet, daß es den wie es durch die Buchstaben N und S (F i g. 6) ange· Flügel 21 ausbalanciert und die Auswirkungen in- deutet ist, wobei die Pfade des Magnetflusses durch folge Beschleunigung auf ein Minimum herabsetzt. Pfeile angedeutet sind. Die Polaritäten ändern siel Das Gegengewicht dient ferner als Teil eines Getrie- 60 selbstverständlich mit dem Wechselstrom in den Pri· bes, das mechanisch die Wellen 12 und 18 verbindet, märwicklungen. Wenn die Welle 18 in der in F i g. ( um eine Relativdrehung dieser Teile zu begrenzen. gezeigte Stellung ist, wobei der Abschnitt 20 symme Als Teil dieses Getriebes dient auch ein Sektorzahn- trisch bezüglich der beiden Pole 17 gleicher Polaritä rad 33, das auf dem Ring 15 durch Schrauben 34 und angeordnet ist sind die Sekundärwicklungen A un< j damit auf der hohlen Welle 12 drehsteif befestigt ist. 65 D gleich stark, jedoch entgegengesetzt erregt ebensi j Ein Stift 35 ist exzentrisch an dem Sektorzahnrad 33 wie die Sekundärwicklungen B und C, da die beidei befestigt und ragt in eine geringfügig überdimensio- durch Pfeile angedeuteten Pfade im wesentlichen di ' nierte Bohrung 26 im Gegengewicht 30 hinein. Die gleiche Reluktanz aufweisen. Daher wird kein resul

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tierendes Ausgangssignal zum Verstärker 42 übertragen, wenn der Rotor in der in F i g. 6 gezeigten Nullstellung ist.

Um Herstellungstoleranzen und andere Fehlerquellen auszugleichen, durch die der induktive Abgleich der beiden Hälften der Sekundärwicklungen gestört wird, wenn der Rotor 18 in der gewünschten Nullstellung ist, sind Mittel vorgesehen, um die Verteilung der am Eingang zugeführten Energie auf die beiden Hälften a, b und c, d der Primärwicklungen zu verändern. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen diese Mittel leicht einstellbare Nebenschlüsse zu den Hälften der Primärwicklungen auf, um sowohl die Blindkomponente als auch die Ohmsche Komponente auszugleichen. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind die Enden eines veränderlichen Widerstands 43 mit den entgegengesetzten Enden der Primärwicklungen α bis d verbunden, und ein einstellbarer Abgriff 44 des Widerstands ist über eine Kapazität 45 mit einem Mittelabgriff 46 für die Wicklungen zur Änderung der Blindkomponente verbunden. Die Ohmsche Komponente der beiden Hälften wird durch einen veränderlichen Widerstand 47 auf einfache Weise variiert. Dieser ist den Primärwicklungen parallel geschaltet und sein einstellbarer Abgriff 48 ist über einen festen Widerstand 49 mit dem Mittelabgriff 46 verbunden. Durch Einstellung der Abgriffe 44 und 48 können die Schaltkreise der Primärwicklungen über einen weittn Stellbereich des Rotors gegenüber dem Stator 16 entsprechend auf Null abgeglichen werden.

Die Polarität des Ausgangssignals an den Sekundärwicklungen A bis D hängt von der Richtung der Bewegung des Rotors ab. Dieses Ausgangssignal wird dem Verstärker 42 zugeführt. Ein aus einer Induktivität SO und den Kapazitäten 51 und 52 bestehender Bandfilter ist vorzugsweise zwischen der Sekundärwicklung A bis D und dem Verstärker 42 eingeschaltet. Der Verstärker wird von einer Quelle 41 über einen Gleichrichter 52 versorgt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 42 steht an der Wicklung 54 für die Steuerung des Servomotors 39 an. Die Festwicklung 55 des Motors 39 ist über einen Kondensator 56 an die Quelle 41 angeschlossen. Bekanntlich arbeitet solch ein Servomotor nur, wenn die Steuerwicklung 54 erregt ist, wobei die Drehrichtung von der Polarität des erregenden Stroms abhängt. Wenn sich daher der Rotor in einer Drehrichtung gegenüber dem Stator 16 dreht, wird ein Ausgangssignal in den Sekundärwicklungen A bis D erzeugt, das wiederum eine Erregung des Servomotors 39 in der oben beschriebenen Weise zur Folge hat. Je nach der Drehrichtung des Rotors 18 gegenüber dem Stator 16 und daher gemäß der Polarität des den Motor 39 erregenden Signals wird die Motorwelle 40 in einer Richtung angetrieben, in der sie über das Getriebe G (F i g. 5) eine Drehung der äußeren Welle 12 und daher des Stators 16 in derselben Richtung wie die Drehung des Rotors bewirkt, bis die Nullstellung des Rotors und der Statorpole 17 erneut erreicht ist. Der Stator 16 wird daher so angetrieben, daß er genau und augenblicklich den Bewegungen der Welle 18 und daher des Flügels 21 folgt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G (Fi g. 5) vier Zahnradstufen auf, die zwischen einem Zahnrad 57 auf der Welle 40 des Servomotors 39 und dem Sektorzahnrad 33 liegen, das mit der hohlen, äußeren Statorwelle 12 verbunden ist. Die Zahnräder, die das Getriebe bilden, sind auf Wellen montiert (F i g. 5), die sich zwischen Rahmenteilen 59 und 60 erstrecken. Die Bewegung jeder Welle oder jedes Zahnrads ist gleich oder proportional der Bewegung des Flügels 21 und daher des Rotors. Wenn die oben beschriebene Vorrichtung beispielsweise zum Messen und Anzeigen des Anstellwinkels eines Flugzeugs verwendet wird, wird sie an der Außenhaut eines Flugzeugs durch Befestigungsflansche 61 montiert, wobei der Flügel 21 sich in den

ίο Luftstrom erstreckt. Die Vorrichtung ist so befestigt, daß, wenn das Flugzeug mit einem Anstellwinkel von Null oder mit einem anderen vorbestimmten Bezugsanstellwinkel fliegt, die Kraft des Luftstroms den Flügel 21 und daher den Rotor in einer bestimmten Bezugsstellung hält (Fig. 1 und 2). Mit den von der Quelle 41 erregten Primärwicklungen α bis d wird der Stator 16 durch den Servomotor 39 in eine entsprechende Bezugsstellung bewegt, bei der der Rotor in einer Nullstellung gegenüber dem Stator ist, so daß

ao kein Signal an den Verstärker und daher an den Motor 39 abgegeben wird. Wenn sich nun der Anstellwinkel des Flugzeuges ändert, wird die Stellung des Hügels 21 und daher des Rotors durch den Luftstrom aufrechterhalten, während die äußere Welle 12 und der Stator 16 relativ dazu durch das Flugzeug um einen Betrag gedreht werden, der gleich der Änderung des Anstellwinkels ist. In Abhängigkeit davon wird ein Signal in der oben beschriebenen Weise erzeugt, das den Motor 39 so erregt, daß der Stator 16 gegenüber dem Flugzeug und dem Rotor gedreht wird, bis die Nullstellung erneut erreicht ist.

In dem in den F i g. 8 bis 15 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel weist der Wandler eine Welle 114 aus nichtmagnetischem Material auf, die durch reibungsfreie Lager 19 in einer äußeren hohlen Welle 12 gelagert ist. Eine Buchse 170 aus magnetischem Material, die eine einzige leitende Windung um die Welle 114 bildet, ist mit einem Bindemittel mit dem Mittelteil der Welle 12 verbunden. Die Außenfläche der Buchse 117 weist durch Änderungen der radialen Dicke eine Kontur auf, durch die zwei diametral gegenüberliegende bogenförmige Pole 118 (Fig. 13 und 15) geschaffen sind. An ihrem äußeren Ende hat die Welle 114 einen vergrößerten Nabenabschnitt

119. an dem der Windflügel 21 lösbar befestigt ist. Die Befestigung entspricht der, die im Zusammenhang mit dem ersten Ausfuhrungsbeispiel beschrieben wurde.
Der Flügel 21 ist vorzugsweise keilförmig

so (F i g. 8 a). Das Gegengewicht 30 ist mit dem inneren Ende der Welle 114 drehfest durch eine Mutter 12J mit einer Scheibe verbunden. Eine Drehung dei Welle gegenüber dem Gewicht kann durch einen Kei und eine damit zusammenwirkende Keilnut verhin dert werden.

Die hohle Welle 12 trägt einen Stator 26 und kam als Teil desselben betrachtet werden. Der Stator 12( hat einen ringförmigen, vielpoligen, lameliierte] Kern, der die Rotorbuchse 117 umgibt. Dieser Ken

ist in axialer Richtung in der Welle 12 durch eine: Sprengring 127, ein Abstandsstück 128 und eine ge wellte Federscheibe 129 in Stellung gebracht, die zwi sehen dem Abstandsstück und dem Lager 19 liegt I dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Ker

des Stators 126 acht in gleichen Abständen angeorc nete Pole 17 α auf, die sich von einem Ring 16 radii nach innen erstrecken und bogenförmige Polschuhal schnitte aufweisen, die konzentrisch zu den Fläche

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der Rotorpole 118 und nahe an diesen angeordnet sind. Eine Wicklung 134 des Kerns besteht in der gezeigten Ausführungsform aus vier gleichen Wicklungsteilen α bis d, die um vier in gleichen Abständen angeordnete Statorpole 17 A gewickelt und in Reihe parallel zu einer Sekundärwicklung 155 eines Transformators über Leitungen 132 (Fig. 13 und 15) geschaltet sind. Eine dritte Leitung 135 ist mit dem Mittelabgriff der Primärwicklung 134 an der Verbindung zwischen den Wicklungsteilen b und c verbunden. Die Leitungen werden aus der Welle 12 durch eine Öffnung 136 herausgeführt und sind vorzugsweise bei 137 mit einem Gehäuseabschnitt 139 mit einem genügend langen losen Stück verbunden, so daß die gewünschte Winkelbewegung der Welle gegenüber dem Gehäuseabschnitt möglich ist.

Der Stator 126 ist mit der Welle 12 durch reibungsfreie Lager 13 in einem mittig angeordneten, hohlen zylindrischen Flansch 14 im Gehäuse 10 gelagert. Die Welle 12 ist in ihrer Stellung durch einen auf der ersten Seite mit einem Gewinde versehenen Ring 15 am inneren Ende der Welle und entsprechend angeordnete Schultern an der Welle und in dem Gehäuseabschnitt 14, die mit den Lagern 13 zusammenrücken, befestigt.

Ein Zahnrad 33.4 ist in dem inneren Ende der Welle 12 geführt und durch mehrere Schrauben an dem Ring 15 drehfest mit der Welle und damit mit dem Stator 126 verbunden. Ein Stift 35 ist exzentrisch auf dem Zahnrad 33 A montiert und erstreckt sich in eine geringfügig größere exzentrische Bohrung

36 im Gegengewicht 30, wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die auf diese Weise durch den Stift 35 ermöglichte Relativbewegung kann auch einstellbar gemacht werden, beispielsweise durch mit Gewinde versehene Anschläge an entgegengesetzten Seiten des Stiftes.

Um den ringförmigen Zwischenraum zwischen den äußeren frei liegenden Enden der Welle 114 und der Welle 12 abzudichten, ohne die kleine Relativbewegung zwischen diesen Teilen wesentlich zu behindern oder einzuschränken, ist eine leicht flexible elastomere, ringförmige Dichtung 38 vorgesehen. Diese Dichtung besteht aus einem undurchlässigen Ring aus Polysiloxan od. dgl. und weist innere und äußere Umfangsränder auf, die mit den Wellen 114 und 12 durch ein Bindemittel verbunden sind (F i g. 8). Ein zylindrischer Abschnitt des Dichtringes kann sich auch über die Verbindung des Nabenabschnitts des Flügels 21 und der Welle 114 erstrecken. Der Zwischenraum zwischen der äußeren Welle 12 und dem Gehäuse 10 ist in üblicher Weise durch einen O-Ring

37 abgedichtet. Der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 10 und der Außenhaut 110 des Flugzeugs ist ebenfalls in üblicher Weise durch eine Dichtung 146 abgedichtet.

Das Gehäuse 10 ist einstellbar an der Außenhaut 110 des Flugzeugs durch Mittel befestigt, die eine mit Bohrungen versehene Montageplatte 147 aufweisen, die beispielsweise durch Niete 148 an der Außenhaut 110 befestigt ist. Ein Montagering 149 ist in der Platte 147 geführt und durch Klemmstücke 150 winkelmäßig einstellbar befestigt. Der Ring 149 trägt zwei Dübel ISl (Fig. 12), die dadurch eingestellt werden, daß der Ring winkelmäßig in eine vorbestimmte Nullstellung vor dem Anziehen der Klemmstücke 150 eingestellt wird. Der Befestigungsflansch 61A des Gehäuses 10 wird durch die Dübel 151 orientiert und durch mehrere Bolzen 153 an dem Ring 149 befestigt. Die Anordnung nimmt dann eine Nullstellung ein, wenn bei einem Luftstrom auf den Flügel 21 ein Ausgangssignal gleich Null erscheint, unabhängig ob das Flugzeug mit einem Anstellwinkel gleich Null oder mit einem anderen vorbestimmten Anstellwinkel fliegt. Jede Änderung in diesem Winkel während des Flugs wird dann durch eine entsprechende Relativdrehung von Rotor und Stator gemessen.

Wie in Fig. 14 gezeigt, kann der Wandler von der Sekundärwicklung 155 eines Transformators 156 erregt werden, dessen Primärwicklung 157 an eine Wechselstromquelle 41 angeschaltet ist. Die Wicklungen α bis d sind in Reihe an die Sekundärwicklung 155 über die Leitungen 132 und 133 angeschaltet. Der Mittelabgriff der Wicklungen ist durch einen Leiter 135 mit der Eingangsstufe eines Verstärkers 142 verbunden. Eine Rückführleitung 159 ist mit der Sekundärwicklung 155 über parallele Strompfade verbunden. Einer der Pfade weist einen Widerstand 49 und einen aus Widerständen aufgebauten Spannungsteiler 47 auf, der der Wicklung 155 parallel geschaltet ist. Der andere Pfad weist eine Kapazität 45 und einen zweiten aus Widerständen zusammengesetzten Spannungsteiler 43 auf, der ebenfalls der Wicklung 155 parallel geschaltet ist. Die Abgriffe der Spannungsteiler sind daher in ihrer Wirkung einstellbare Mittelabgriffe für die Wicklung 155.

Die Primärwicklungen α bis d sind so auf die Statorpole 17 A gewickelt, daß bei einer bestimmten Polarität des Stromflusses der erzeugte Magnetfluß in der Richtung und entlang den in Fig. 15 gezeigten Pfaden verläuft. Wenn die Rotorpole 118 in ihrer Nullstellung sind, d. h., wenn jeder gegenüber einem Paar von Stapelpolen zentriert ist (Fig. 13 und 15), bieten die verschiedenen Pfade gleiche Reluktanz für den magnetischen Fluß. Die Impedanz der Wicklungen ist dann gleich und die Spannungen an den Spannungsteilerabgriffen und an dem Mittelabgriff 135 sind ebenfalls gleich. Daher ergibt sich kein Ausgangssignal am Mittelabgriff 135. Wenn das System elektrisch nicht abgeglichen ist, so daß dem Verstärker in der Nullstellung Strom zufließt, kann die Ohmsehe- und die Blindkomponente dadurch abgeglichen werden, daß die Abgriffe des Spannungsteilers 47 und 43 eingestellt werden. Bei Abgleich muß die Rückfuhrleitung 159 mit der Mitte der Sekundärwicklung 155 verbunden sein.

Das Verhältnis zwischen den Rotorpolen 118 und den Statorpolen 17 A ist vorzugsweise so, daß ein Pol 118 sich von etwa der Mitte eines Poles 17 A, aul dem eine Wicklung gewickelt ist, bis zur Mitte eines danebenliegenden Poles YlA erstreckt, auf dem ebenfalls eine Wicklung gewickelt ist. Auf diese Weise wird durch die Bewegung des Rotors die Zwischenfläche des Rotors und eines der Pole 17/4 vergrößert, während die Zwischenfläche des Rotors unc des anderen dieser Pole 17 Λ verkleinert wird. Immei wenn der Rotor 117 winkelmäßig aus seiner Nullstel lung verschoben ist, werden die Impedanzen de: Wicklungspaare a, b, c und d wegen der unabgegli chenen Flußpfade ebenfalls unabgeglichen, so dal ein Fehlersignal erzeugt wird. Die Polarität des Feh

lersignals und daher die Richtung der Drehung de Welle des Motors 39 hängt von der Richtung der Re lativdrehung des Rotors 117 und des Stators 126 ab Die Empfindlichkeit des Wandlers ist so, daß eil

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wahrnehmbares Fehlersignal noch erzeugt wird, wenn der Rotor 117 sich gegenüber dem Stator 127 nur um 0,03° dreht.

Das auf der Statorwelle 12 befestigte Zahnrad 33 A ist antriebsmäßig mit der Welle des Servomotors 39 über ein vierstufiges Getriebe G verbunden. Der Verstärker 42 wird durch Gleichstrom von einem Gleichrichter 68 betrieben, der der mit einem Mittelabgriff versehenen Sekundärwicklung 69 des Transformators 156 parallel geschaltet ist. Die Stromzufuhr für den Verstärker wird durch eine Zenerdiode

70 gesteuert.

Wenn ein Flugzeug, auf dem der oben beschriebene Wandler montiert ist, seinen Anstellwinkel ändert, wird der Flügel 21 und daher der Rotor 117 durch den Luftstrom im Raum stationär gehalten, während der Rest des Wandlers einschließlich des Stators 126 sich gegenüber dem Rotor 117 mit dem Flugzeug um einen Winkel dreht, der gleich der Änderung des Anstellwinkels ist. Das resultierende, vom Wandler erzeugte Fehlersignal wird an den Verstärker gegeben, und das verstärkte Signal wird der Steuerwicklung 54 des Servomotors 39 zugeführt. Der letztere dreht über das Getriebe G und das Zahnrad 33 A die äußere Welle 12 und daher den Stator 26 gegenüber dem Rotor 117 und dem Flugzeug in eine Richtung, in der die Nullage des Rotors 117 gegenüber dem Stator wiederhergestellt wird.

Die Größe der Änderung des Anstellwinkels wird durch die winkelmäßige Nachlaufbewegung des Stators 126 und des Zahnrads 33 A gemessen, die direkt proportional der Winkelbewegung der Welle des Motors 39 und der Bewegung der Zahnräder und der Wellen ist, die von dem Motor angetrieben werden. Diese Bewegungen sind kumulativ bei aufeinanderfolgenden Änderungen des Anstellwinkels, so daß die gesamte Winkeländerung von einer Bezugsebene oder Stellung angezeigt wird. Diese Bezugsebene ist vorbestimmt, wie oben erahnt wurde, durch das Einstellen der Dübel 151 und daher durch die Montage des Instruments an dem Flugzeug. Gegebenenfalls kann daher der Motor 39 über das Getriebe G und ein Getriebe T mit mehreren Potentiometern P, Synchros od. dgl. zu Anzeige- und Steuerzwecken verbunden sein.

Die Zahnräder, der Motor, die Potentiometer u. dgl., können von unter Abstand gehaltenen Platten

71 und 72 getragen werden, die an dem Gehäuse 10 montiert sind. Der Verstärker 42 kann ebenfalls auf der Platte 72 innerhalb eines lösbaren Deckels 73 befestigt sein. Außenseitige elektrische Anschlüsse können durch einen Vielfachstecker 74 hergestellt werden, der an dem Deckel montiert ist.

Das Getriebe Γ mit dem Zahnrad 33 A ist von einer Bauweise, die Fehler vermeidet, die sich sonst durch den Totgang in den Getrieben ergeben können. In der gezeigten Ausführungsform weist dieses Getriebe zwei Endzahnräder 75 und 76, die konstant in das Zahnrad 33.4 eingreifen, und mehrere ineinandergreifende dazwischenliegende Zahnräder auf. Die Zahnräder sind so angeordnet, daß die Zahnräder 75 und 76 von dem Zahnrad 33 A in derselben Richtung gedreht werden. Das Getriebe T ist symmetrisch zum mittleren Zahnrad 77. Das Zahnrad 76 bildet mit

ίο einem Zahnrad 76' ein Zahnradpaar, das eine gemeinsame Welle 78 hat. Das Zahnrad 76 ist frei drehbar auf der Welle 78 angeordnet und antriebsmäßig mit dem Zahnrad 76' über eine Spiralfeder 79 verbunden, die um die Welle bzw. eine darauf befindliehe Buchse zwischen den Zahnrädern angeordnet ist.

Die als Haken ausgebildeten Enden der Spiralfeder 79 sind exzentrisch mit den Zahnrädern 76 und 76' verbunden. Die Feder steht kontinuierlich unter Spannung, so daß die Federenden und daher die Zahnräder in entgegengesetzte Richtungen gedruckt werden. Auf diese Weise werden die Zähne des Zahnrades 76 kontinuierlich in Eingriff mit den Zähnen auf dem Zahnrad 33 Λ in einer Richtung gedrückt, während das Zahnrad 76 an dem entgegengesetzten Ende des Getriebes T mit seinen Zähnen in Eingriff mit den Zähnen auf dem Zahnrad 33 A in entgegengesetzter Richtung gedrückt wird. Bei einer Bewegung des Zahnrads 33 A in einer Richtung folgt daher eines der Zahnräder 75 und 76 ohne toten Gang, und bei einer Bewegung des Zahnrads 33 A in der entgegengesetzten Richtung folgt das andere der Zahnräder 75 und 76 sofort. Auf ähnliche Weise werden die Zähne auf den Paaren dazwischenliegender ineinandergreifender Zahnräder in Eingriff gehalten, so daß sie unmittelbar ansprechen, unabhängig von der Drehrichtung des Zahnrades 33 A und der Antriebsrichtung durch das Getriebe T. Ein Fehler, der sich aus einem toten Gang in dem Getriebe ergeben würde, wird dadurch vermieden.

Die Rückführleitung 159 ist mit dem Mittelabgriff an der Sekundärwicklung 155 verbunden. Gegebenenfalls kann jede Hälfte der Statorwicklung 134 auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelabgriffs 135 aus nur einem Wicklungsabschnitt oder aus mehr als den zwei gezeigten Wicklungen bestehen. Bedingung ist jedoch, daß die mit einem Mittelabgriff versehene Wicklung als normalerwiese abgeglichene Impedanz oder als mit einem Mittelabgriff versehener Spannungsteiler wirken muß. Auf ähnliche Weise können die Spannungsteiler 47 und 43 zusammen mit dem Widerstand 49 und dem Kondensator 45, die zum Zweck der Abstimmung vorgesehen sind, weggelassen werden, wenn die Rückführleitung 159 mit der

Mitte der Wicklung 155 verbunden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

2401

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Elektromechanischer Wandler mit einem drehbar gelagerten Rotor, der mechanisch mit S einem Verstellglied verbunden ist, einem Stator, eine am Stator angeordnete erste Wicklung, die auf die Steuerwicklung eines Servomotors wirkt, eine mit dem Stator gekoppelte drehbar angeordnete zweite Wicklung, die über ein Getriebe durch den Servomotor verstellbar ist und die bei einer Verstellung des Servomotors infolge einer Ver- ■ stellung des Rotors gegenüber dem Stator der Spannungsänderung in der ersten Wicklung entgegen wirkt, dadurch gekennzeichnet, ig daß der Stator (12,16,17) ebenfalls drehbar gelagert ist, daß die zweite Wicklung (A, B, C, D) am Stator angeordnet und magnetisch mit der ersten Wicklung (a, b, c, d) gekoppelt ist, und daß der Stator mil dem Gelriebe (G) gekoppelt ist. ao

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus magnetischem Material besteht und mehrere am Umfang angeordnete Pole (17, 17/4) aufweist, daß die erste Wicklung (a, b, c, d) an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, und daß der Rotor ebenfalls aus magnetischem Material besteht und so geformt ist, daß in einer Nullstellung des Rotors die von der ersten in der zweiten Wicklung induzierte Spannung Null ist, und daß bei Verstellung des Rotors aus der Nullstellung eine endliche Spannung in der zweiten Wicklung induziert wird.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Pole des. Stators gewickelten Wicklungen (A bis D) der zweiten Wicklung in Gegenreihenschaltung geschaltet sind.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor von einer Welle (18) gebildet ist, die am Umfang einen abgeflachten Abschnitt (20) aufweist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (114, 117, 118) eine Buchse (117) aufweist, an der diametral gegenüberliegende bogenförmige Rotorpole (118) vorgesehen sind.

6. Wandler nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder bogenförmige Pol 118 so ausgeführt ist, daß er sich von etwa der Mitte des einen Statorpols (17 A), der eine Wicklung enthält, bis zur Mitte eines benachbarten Pols (17 A) erstreckt, der ebenfalls eine Wicklung aufweist.

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Stators (12, 16, 17; 12.16, Π A) gegenüber dem Rotor (18,114) durch einen Stift (35) begrenzt ist, der exzentrisch an einem mit dem Stator oder dem Rotor verbundenen Zahnrad (33, 33 A) befestigt ist und der in eine überdimensionierte Bohrung (36) hineinragt, die in einem anderen mit dem Rotor oder dem Stator fest verbundenen Zahnrad (30) angeordnet ist.

8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (A bis D) mit der Steuerwicklung (54) des Servomotors (39) über einen Verstärker (42) verbunden ist.

9. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Wicklung auf Polen (ΠΑ) des Stators (134) gewickelt und elektrisch in Reihe geschaltet sind, daß sie ferner eine Mittelanzapfung aufweisen, die mit dem Eingang eines Verstärkers (42) verbunden ist.

10. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen auf den Polen des Stators angeordneten Wicklungen (a bis d) der ersten Wicklung in Reihe geschaltet sind und eine Mittelanzapfung (46) aufweisen, daß zwei Spannungsteiler (43, 47) vorgesehen sind, die an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, daß der Abgriff (44) des einen Spannungsteilers (43) über einen Kondensator (45) und der Abgriff (48) des anderen Spannungsteilers (47) über einen Widerstand (49) an die Mittelanzapfung angeschlossen ist.

11. Wandler nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsteiler (43, 47) an eine Sekundärwicklung (155) eines Transformators angeschlossen sind, daß der Abgriff des einen Spannungsteilers (43) über einen Kondensator (45) und der Abgriff des anderen Spannungsteilers (47) über einen Widerstand (49) an den Mittelabgriff einer weiteren Sekundärwicklung (69) des Transformators (156) angeschlossen ist, und daß der Mittelabgriff mit dem Verstärker (42) verbunden ist, dessen Ausgang mit der Steuerwicklung (54) des Servomotors (39) verbunden ist.

12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Dichtung (38, 38 Λ) zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehen ist, die aus undurchlässigem flexiblem Werkstoff besteht und die mit inneren bzw. äußeren Umfangsabschnitten des Rotors bzw. des Stators verbinden ist, so daß eine ringförmige Sperre gebildr id eine begrenzte Drehbewegung des Stator des Rotors in beiden Richtungen ermöglicht.

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der ringförmigen Dichtung (38, 38 A) elastomer ist.

14. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Messung und Anzeige des Anstellwinkels eines Flugzeuges im Flug, dessen Verstellglied als Windflügel dient, der fest mit dem Rotor verbunden ist und der sich seitlich durch eine öffnung in der vertikalen Seitenwand des Flugzeugrumpfes in dem Luftstrom erstreckt, und ein den Stator und den Rotor umgebendes Gehäuse, das starr mit der vertikalen Seitenwand verbunden ist.