DE2837648A1

DE2837648A1 - Winkeldaten-nachlaufverstaerkersystem

Info

Publication number: DE2837648A1
Application number: DE19782837648
Authority: DE
Inventors: Jun Wilbert Earle Swygert
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1979-03-22
Also published as: NO146759C; JPH0114639B2; CA1117616A; US4151519A; SE443042B; GB2003339B; JPS5453559A; NO782926L; NO146759B; IT1105635B; NL7808679A; FR2402243B1; FR2402243A1; SE7809036L; ES472884A1; IT7850880A0; GB2003339A

Description

Pate.vtar.wälte Dipi.-Ing. Curt Wallach — Dipl.-lng. ΘϋηΙ^Τ^ρφ

2837648 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 29. August I978

unser Zeichen: χβ

Sperry Rand Corporation
New York, USA

Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem

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PatenteniVaite Dipl.-Ing. Curt Wallach

2837648 Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

C Datum: 29. August I978

Unser Zeichen: j_ β

Sperry Rand Corporation New York, USA

Winkeidaten-Nachlaufverstärkersystem

Die Erfindung beziehtsich auf ein schrittweise arbeitendes Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem mit Sendereinrichtungen mit mehreren Ausgangseinrichtungen, die einen Winkel anzeigende phasenverschobene Mehrdraht-Schrittdatenspannungen liefern, mit den Sendereinrichtungen zusammenwirkende schrittweise arbeitende Empfangereinrichtungen zur Wiedergabe des Winkels, die eine entsprechende Anzahl von Eingangseinrichtungen einschließen, und mit einer entsprechenden Anzahl von Datenverarbeitungskanälen zum Verbinden der jeweiligen Anzahl von Ausgangseinrichtungen mit entsprechenden der Anzahl von Eingangseinrichtungen.

Bekannte schrittweise arbeitende Steuerkurs-Nachlaufverstärkersysteme verwenden Analog-Datenempfänger, bei denen ein Nachlaufmotor mechanisch eine Anzeigekompaßrose über ein Getriebe antreibt, das dem Getriebe entspricht, das in dem schrittweise arbeitenden Datengeber oder Datensender vorhanden ist. Der Steuerkurs in Grad wird mit Hilfe einer in Winkelgraden geeichten

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Skala abgelesen, die auf die drehbare Kompaßrose aufgedruckt ist, und zwar durch Betrachtung dieser Skala gegenüber einer Kurslinie, die auf dem stationären Rahmen dieses Tochtergerätes angeordnet ist. Mehrere derartiger Tochtergeräte können in zweckmäßiger Weise in einem Luft- oder Wasserfahrzeug für Navigations- und andere Zwecke angeordnet sein.

Die die Tochtergeräte ansteuernden elektrischen Signale des Datensenders sind S ehr i t td a ten-r Ausgangs Signa Ie, die normalerweise über Verstärkerkanäle an drei Paare von Feldpolen in dem Motor des Tochtergerätes angelegt werden. Bei einem typischen schrittweise arbeitenden Datensender, der an dem üblichen Stellring eines Kreiselkompasses befestigt ist, sind Bürsten vorgesehen, die über KommutatorSegmente rollen und die bei Herstellung eines elektrischenKontaktes einen Strom an die jeweiligen Paare von Polen des Tochterkompaß-Motors liefern. Der Weicheisenanker des Tochterkompaß-Motors richtet sich dann selbst zwischen einem Paar seiner Pole, dann auf der halben Strecke zwischen diesem Paar und dem nächsten usw. aus. Diese Winkel-Schrittbewegung des Ankers des Tochterkompaßmotors dreht die Kompaßrose, so daß diese schrittweise dem Kreiselkompaß-Steuerkurs folgt. Selbstverständlich ist das im folgenden beschriebene Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem nicht auf die Anwendung bei derartigen Datensendern beschränkt, sondern es kann auch beispielsweise in Verbindung mit bekannten Datensendern verwendet werden, die lichtemittierende Dioden, Phototransistoren und drehbare mit Flügeln versehene Verschlüsse verwenden.

Auf Grund der allgemein ungünstigen und schwierigen Umgebungsbedingungen an Bord von Schiffen oder Luftfahrzeugen und auf Grund der Empfindlichkeit von Halbleiterelementen gegenüber Beschädigungen auf Grund von Überlastungen ist ein Kurzschluß-Schutz der Nachlaufverstärkerkanäle erforderlich, um eine an-: nehmbare Zuverlässigkeit zu erzielen. Bisher war es allgemein üblich, verschiedene strombegrenzende Techniken zur Erzielung eines entsprechenden Schutzes zu verwenden, doch ergab sich

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hierdurch nur eine begrenzte Zuverlässigkeit» Eine automatische Rückstellung ist nicht möglich und normalerweise sind Sicherungen oder Schaltungsunterbrecher erforderlich. Momentane oder intermittierende Fehlerzustände werden nicht festgestellt und selbst wenn sie festgestellt werden, sind sie schwer zu lokalisieren. Wenn es erwünscht ist, den Wert der Ausgangsleistung der Verstärkerkanäle zu vergrößern, um eine größere Anzahl von Tochtergeräten zu betreiben, wird die Strombegrenzungstechnik immer weniger wünschenswert. Insbesondere besteht die Problematik bekannter Strombegrenzungstechniken in der Größe der Verlustleistung in den Ausgangs-Halbleiterelementen. Bei höheren Leistungspegeln werden die Ausfallraten dieser Halbleiterelemente in der Strombegrenzungsbetriebsart auf Grund der Übertemperatur der Grenzschicht übermäßig groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine vergrößerte Zuverlässigkeit aufweist und bei dem die Dauer einer erhöhten Verlustleistung in den Halbleiterelementen auf sehr kurze Zeitperioden begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Datenverarbeitungskanal Triggerschaltungseinrichtungen, die auf das Vorhandensein eines hohen oder niedrigen Ausgangsspannungspegels an einer ersten der Anzahl von Ausgangseinrichtungen ansprechen, erste in Reihe mit dem Ausgang der Triggerschaltungseinrichtungen geschaltete Diodenelemente, Verstärkereinrichtungen, die mit den ersten Diodenelementen gekoppelt sind, um entsprechende hohe oder niedrige Erregungsströme an eine erste der Anzahl von Ausgangseinrichtungen zu liefern und die mit den Triggerschaltungseinrichtungen gemeinsame Stromrückführungseinrichtungen aufweisen, Impedanzelemente, zweite Diodenelemente mit einer Torsteuerelektrode, wobei die Impedanzelemente und die zweiten Diodenelemente in Serienschaltung zwischen der ersten der Eingangs-

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einrichtungen und den Stromrückführungseinrichtungen eingeschaltet sind, Meßfühlerimpedanzelemente, die die Amplitude des Erregungsstromes messen und eine entsprechende Meßfühlerspannung erzeugen, und Netzwerkeinrichtungen einschließt, die die Meßfühlerspannung an die Torsteuerelektrode koppeln, so daß lediglich bei Vorhandensein des genannten hohen Erregungsstromes eines Fehlerzustandes, der ein Ansteigen der Meßfühlerspannung über einen "vorgegebenen Pegel hervorruft, die zweiten Diodenelernente in ihrem leitenden Zustand verriegelt werden, so daß die Verstärkereinrichtungen im nicht leitenden Zustand gehalten werden und diese Verstärkereinrichtungen gegen eine Zerstörung durch den Fehlerzustand geschützt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem wird ein zuverlässiger Schutz gegen Schaden auf Grund von zufälligen unerwünschten Kurzschlissen erzielt, die in Lasteinrichtungen auftreten, die einen oder mehrere schrittweise arbeitende Kompaßdaten-Toehtergeräte einschließen. Eine vollständige Abschaltung des betroffenen Nachlaufverstärkers wird in zweckmäßiger Weise bei Vorhandensein oder Auftreten von sowohl dauernden als auch intermittierenden Kurzschlußfehlern durch eine schnell schaltende Thyristor-Steuerschaltung erreicht. Der abgeschaltete Kanal wird automatisch in den Betriebszustand zurückversetzt, wenn der Fehler momentan bei der nächsten Bewegung des schrittweise arbeitenden Datensenders infolge einer Drehbewegung des Schiffes oder Luftfahrzeuges beseitigt wird. Eine sich verriegelnde Kurzschluß-Alarmeinrichtung wirkt mit der Thyristorschaltung zusammen und ist als Hilfe für die. Erkennung von momentanen oder intermittierenden Fehlemund für die Feststellung, Lokalisierung und Reparatur von Fehlern vorgesehen. Die allgemein unbefriedigenden Eigenschaften der Strombegrenzungstechniken und anderer bekannter Techniken, wie z.B. Sicherungen und Schaltungsunterbrecher werden vermieden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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ίο

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Figuren IA und IB zeigen zusammen eine Ausführungsform des Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystems.

Bei diesem bevorzugten, in den Figuren IA und IB dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle 40 eines Mutterkompasses 41 mit einem Mutterkompaß-Schrittdatensender IJ> verbunden. Die drei einzelnen Befehlssignale, die getrennt an jeweiligen Ausgangsleitungen 5, 11 und 24 des Schrittdatensenders 13 vorhanden sind, werden jeweils über gleiche geschützte Verstärkerkanäle A, B und C an die Eingangsleitungen 71, 72, 7;5 des entfernt angeordneten Schritt-Tochtergerätes 49 oder an mehrere derartige Tochtergeräte weitergeleitet, die in üblicher Parallelschaltung angeordnet sind. Zusätzliche Schaltungselemente zur Erzielung einer Isolation zwischen dem schrittweise arbeitenden Tochtergerät 69 und anderen gleichen Tochtergeräten, die beispielsweise an die Leitungen 71a, 72a und 75^a angeschaltet werden können, sind in üblicher Weise vorgesehen. Jeder Kanal schließt gleiche Meß- und Schutzschaltungen ein, diejmit einer gemeinsamen Alarmeinrichtung zusammenwirken und den im oberen Teil der Fig. IB gezeigten Mechanismus rücksetzen. Alle Verstärkerkanäle A, B und C verwenden gemeinsame Leistungsversorgungen und werden in identischer Weise mit Ausgangsleistungspegeln von beispielsweise ungefähr 100 Watt betrieben.

Wie dies allgemein üblich ist, liefert der Kompaß-Datensender drei phasenverschobene Impulsfolgen, wenn sich das Luft- oder Wasserfahrzeug gegenüber dem Kompaß dreht. Wenn sich der Kompaßsteuerkurs ändert, erscheint daher eine Folge von Spannungsimpulsen an jedem Ausgangsanschluß. Der Impulspegel an einem Anschluß weist einen hohen Wert über eine Änderung des Kompaßsteuerkurses von 0,5 auf und das Intervall zwischen einzelnen Impulsen ist gleich der Impulsdauer. Daher erscheint beispiels-

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weise ein Signal mit hohem Pegel an einer Ausgangs leitung während sich der Kompaßsteuerkurs zwischen 0° und 0,5° bewegt, während ein Ausgangssignal mit niedrigem (oder 0-)Pegel an dieser Ausgangsleitung erscheint, wenn sich der Kompaßsteuerkurs zwischen 0,5° und 1,0° bewegt. Die Impulsfolgen an den drei Ausgangsanschlüssen sind ähnlich, jedoch relativ zueinander phasenverschoben und überlappen sich in üblicher VJeise. Daher treten in bekannter Weise sechs Kombinationen von einen hohen und einen niedrigen Pegel aufweisenden Signalen an den Leitungen 5, 11, 24 auf, wenn sich der Kompaß selbst über 1,0° dreht. Daher kann der Kompaßsteuerkurs durch den schrittweise arbeitenden Datenempfänger oder das Tochtergerät in Schritten von 1/6 angezeigt werden wenn sich das Luft- oder Wasserfahrzeug weiter dreht.

Weil die Triggerschaltungen 6, 10 und 14 der drei jeweiligen Datenübertragungskanäle, die Ausgangssignale an den Leitungen 9, 12 und 44 liefern, im wesentlichen identisch sind, wird im folgenden lediglich die Triggerschaltung 14 des Kanals C willkürlich für eine nähere Erläuterung ausgewählt. Eine Befehlssignal-Ausgangsleitung 24 des schrittweise arbeitenden Dätensenders 13 ist mit einem Signaleingang eines üblichen Operationsverstärkers 30 über einen Eingangswiderstand 26 und einen Verbindungspunkt 27 verbunden, wobei die Leitung 24 weiterhin über einen Widerstand 25 mit einem Sammelschienenleiter 7 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 27 ist über einen Kondensator 21 mit einer Leitung 20 und dann ebenfalls mit dem Sammelschienenleiter 70 verbunden, wobei die Leitung 20 weiterhin eine Bezugsspannung über eine Leitung 22 an einen ersten Bezugsspannungseingang des Operationsverstärkers 30 liefert. Das Eingangssignal für den zweiten Signaleingang des Operationsverstärkers 50 wird von einem Sammelschienenleiter 2 über einen Widerstand 28 und einen Verbindungspunkt 29 geliefert und der Ausgangsanschluß ^l des Verstärkers j50 ist über einen Widerstand 42 mit diesem Verbindungspunkt 29 verbunden. Ein Sammelschienenleiter 8 liefert eine zweite Bezugsspannung an eine

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zweite Bezugsspannungseingangsleitung 25 des Verstärkers 50. Der Ausgang des Operationsverstärkers 50* der in der beschriebenen Anordnung als rückgekoppelter Vergleicher, wie z.B. wie eine übliche Schmitt-Triggerschaltung arbeitet, wird vom Ausgangsanschluß 51 über einen Widerstand 54 und einen Verbindungspunkt 35 ^an die Basis eines üblichen Transistors ~5& geliefert, dessen Emitter über einen Verbindungspunkt 35 Kit einem Sammelschienenlelter 15 verbunden Ist. Die Verbindungspunkte 53 und 35 sind über eine Diode 52 miteinander verbunden, die In der In Pig. IA gezeigten Richtung gepolt Ist. Zur Lieferung eines Nutzausganges Ist der Kollektor des Transistors ~$6 über einen Widerstand mit der Ausgangsleitung 44 verbunden, so daß die Triggerschaltung 14 Im wesentlichen eine verstärkte und entkoppelte oder isolierte Form des Eingangssignals an die Ausgangsleitung 44 liefert. Die Triggerschaltungen 6 und 10 sind gleich und sie sind in gleicher Weise mit den Sammelschlenenleitern 2, J, 8 und 15 verbunden. Der Sammelschienenleiter I5 Ist direkt mit einem Anschluß 1 und weiterhin über einen Widerstand 5 mit dem Sammelschieneleiter 2 verbunden. Der Sammelschienenleiter 2 ist weiterhin über eine Zenerdiode 45, die in der in Pig. IA gezeigten Weise gepolt ist, mit einem Sammelschienenleiter und damit mit einem Anschluß 46 verbunden. Der Sammelschienenleiter 7 ist direkt mit dem Anschluß 46 verbunden. Der Sammelschienenleiter 47 dient als gemeinsamer negativer Rückführpfad für alle Gleichstromschaltungen über den Anschluß 46 an den negativen Anschluß einer Betriebsleistungsquelle. Der Anschluß ist mit einer (nicht gezeigten) positiven GIeichspannungs-Betriebsleistungsquelle verbunden, die beispielsweise 12 Volt liefert, während dem Anschluß 4 eine positive Gleichspannung von beispielsweise 24 V zugeführt wird. Es ist für den Fachmann zu erkennen, daß die verschiedenen Sammelschienenleiter 2, J, und 15 in den Triggerschaltungen 6 und 10 so verbunden und zusammen verwendet werden, wie dies für die Triggerschaltung 14 der Fall 1st, wie dies noch näher erläutert wird.

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Bel Betrachtung des unteren Tells der Flg. IB 1st "wiederum der gemeinsame negative Sammelschienenleiter 47 zu erkennen, der mit einer Leitung J>16 verbunden ist., während die Ausgangsleitung 44 des Transistors 36 über eine Diode 305 mit der Basis eines Transistors 310 verbunden ist, dessen Emitter an einem Verbindungspunkt 309 über einen Widerstand 313 und die Leitung J>l6 mit dem Sammelschienenleiter 47 sowie weiterhin direkt mit der Baas eines Transistors yi\ verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 31G, 311 sind miteinander und mit der Eingangsleitung 73 des schrittweise arbeitenden Tochtergerätes 69 verbunden. Der Emitter des Transistors JiIl ist mit einem Verbindungspunkt in einem Spannungsteiler-Strommeßnetzvierk verbunden, das die Widerstände 300, J)IH- und 315 umfaßt.

Die Befehlssignale an jeder der Ausgangsleitungen 5, 11, 24 des schrittweise arbeitenden Datensenders I3 können einen hohen oder niedrigen Pegel in verschiedenen Kombinationen in Abhängigkeit von der Stellung der Kompaßeingangswelle 40 aufweisen. Bei Betrachtung des Befehlsspannungspegels an der Ausgangsleitung 24 ist zu erkennen, daß, wenn dieser Pegel tatsächlich niedrig ist, das Ausgangssignal am Anschluß 3I der Triggerschaltung 14 mit dem Operationsverstärker 30 einen hohen Pegel aufweist. Entsprechend ist der Transistor 36 in seinen nicht leitenden Zustand vorgespannt, so daß kein Strom über die Leitung 44 fließt und die LeIstungs-AusgangstransJstoren 310, 311, die Verstärker bilden, ebenfalls nicht leitend bleiben. Unter diesen Bedingungen wird keine Leistung an die zugehörige Wicklung des schrittweise arbeitenden Tochtergerätes 69 geliefert, dessen Wicklungs-Mittelpunkt mit einer geeigneten positiven Betriebsspannungsversorgung über Sammelschienenleiter 75 und 66 an einen Anschluß 64 angeschaltet ist, wie dies noch näher erläutert wird.

Wenn andererseits das Eingangsbefehissigra 1 an der mit dem Operationsverstärker 30 verbundenen Leitung 24 einen hohen Pegel aufweist, so wird der Transistor 36 in den leitenden

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Zustand vorgespannt, worauf die Leistungs-Ausgangstransistoren 3IO, 311 unmittelbar in den vollständig leitenden oder gesättig ten Zustand gebracht werden. Unter diesen Bedingungen wird die volle Leistung an die zugehörige Wicklung des schrittweise arbeitenden Tochtergerätes 69 geliefert, um eine Tochtergerät-Welle 70 und eine Skala 68 zu drehen. Im normalen Betrieb und bei Fehlen von Störungen weisen die Eingangsbefehlssignale an den Leitungen 5j H* 24 von dem schrittweise arbeitenden Datensender I3 des Mutterkompasses die hohen Pegel in vorgeschriebener Folge auf, wenn eine Azimuthbewegung des Kompasses 41 und der Welle 40 vorhanden ist, so daß eine Betriebsleistung in der gleichen vorgegebenen Folge an die einzelnen Wicklungen des schrittweise arbeitenden Tochtergerätes angelegt wird, wodurch andererseits die Welle 70 und die Skala 68 des Tochterkompasses der Bewegung des Mutterkompasses 41 folgen.

Unter Bezugnahme auf den unteren Abschnitt der Fig. IB wird im folgenden eine typische der drei Schutzschaltungen erläutert, die den Leistungs-Ausgangstransistoren 310, 3II zugeordnet ist. Weil die den Leistungs-Ausgangstransistoren 110, 111 und 210, 211 zugeordneten Schutzschaltungen gleich der Schutzschaltung der Leistungs-Ausgangstransistoren 310, 3H ist, wird lediglich die letztere Schutzschaltung ausführlich erläutert. Die Leitung 44 von dem Ausgang des Transistors 36 ist über die Diode 305 mit der Basis des Transistors 3IO verbunden, wie dies weiter oben erläutert wurde. Die Leitung 316 dient wiederum als gemeinsamer negativer Sammelschienenleiter. Das Spannungsteiler-Strommeßnetzwerk mit den Widerständen 300, 314 und 315 ist mit seinen Enden mit dem Sammelschienenleiter 47 und der Leitung 316 verbunden. Ein Kondensator 30I ist zwischen dem Sammelschienenleiter 47 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 300 und 314 über eine Leitung 302 angeschaltet. Ein Thyristor 307 ist in Serie mit einer ersten Wicklung 303 eines Impuls transformator geschaltet, wobei diese Wicklung 303 zwischen den Leitungen 44 und 316 eingeschaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 300 und

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314 ist mit der Torsteuerelektrode des Thyristors 307 verbunden» Die zweite Wicklung 304 des Impuls trans format ors ist mit der Leitung 316 und einer Leitung 74 verbunden, die zu den Sehutzschaltungen der übrigen zwei Kanäle des Datenübertragungssystems führt.

Wie dies weiter oben erläutert wurde, sprechen die Leistungs-Ausgangstransistoren JlO, j511 auf Signale an, die über die Leitung 44, die Diode 305 und den Verbindungspunkt 306 der Basis des Transistors 310 zugeführt werden. Der Verbindungspunkt 306 ist weiterhin über einen Widerstand 308 mit der Leitung 3I6 verbunden. Die Kollektoren der Leistungs-Ausgangstransistoren 3IO und 3II sind über eine Diode 312, die in der in Fig. IB gezeigten Weise gepolt ist, sowie über den Sammelschienenleiter 66 mit dem Anschluß 64 einer geeigneten positiven Betriebsleistungsquelle von beispielsweise 70 V verbunden. Die Kollektoren der Leistungs-Ausgangstransistoren 310 und 3II sind weiterhin mit der Eingangsleitung 73 des schrittweise arbeitenden Tochtergerätes 69 verbunden.

In Fig. IB weisen die drei gleichen Kanäle, die durch die jeweiligen Eingangsleitungen 9, 12 und 44 gespeist werden, entsprechende Teile mit ähnlichen Bezugsziffern auf,, nämlich mit den Bezugsziffern 100 bis 116 für den obersten Kanal A, 200 bis 216 für den mittleren Kanal B und 300 bis 3I6 für den unteren Kanal C. Diese Kanäle sind im wesentlichen gleich* jedoch mit der Ausnahme, daß die Sekundärwicklungen 104, 204 und 304 der Impuls tr ans for ma tor en in Reihe zwischen der Leitung 316 und einem Lastwiderstand 62 der Alarmschaltung am oberen Teil der Fig. IB ohne dazwischenliegende Verbindungen geschaltet sind.

Der vertikal verlaufende Sammelschienenleiter 5I nach Fig. IB ist mit den entsprechenden Elementen 100, 101, 116 des Kanals A, 200, 201, 216 des Kanals B und 300, 301, 316 des Kanals C verbunden. Die Leitung 316 ist in gleicher Weise über den in

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Vertikalrichtung verlaufenden Sammeischienenleiter 6j mit äen entsprechenden Strommeßwiderstanden 115* 215 und 315 der drei Kanäle verbunden, während die entsprechenden Dioden 112, und 312 alle über den Sammeischxenenleiter 66 mit der Leistungsversorgung am Anschluß 64 verbunden sind.

In der gemeinsamen Alarmschaltung werden die In Reihe geschalteten Ausgänge der Sekundärwicklungen 10%, 204 und 304 der Impulstransformatoren über den Lastwiderstand 62 und den Verbindungspunkt 61 an die Torsteuerelektrode eines Thyristors 56 sowie eine Diode 60, die in der in Fig. IB gezeigten Weise gepolt ist, und die Verbindungen 59 und 58 mit einem Sarnmelschienenleit er 51 verbunden. Die Parallelschaltung eines Kondensators 50 und eines Widerstandes 52 ist einerseits an einen Verbindungspunkt 58 angeschaltet und andererseits in Serie über einen Widerstand 53, einen Rücksetzschalter 57 und eine Leitung 6j> mit dem Betriebsleistungs-Anschluß 64 verbunden. Parallel an den Widerstand 52 Ist eine Alarmanzeigelampe oder eine andere Alarmeinrichtung 54 sowie der Thyristor 56 angeschaltet, wobei die Torsteuerelektrode des Thyristors 56 mit dem Verbindungspunkt 61 verbunden ist. Zusätzliche Alarmeinrichtungen können am Anschluß einer Leitung 55 angeschaltet werden.

Im Kanal C sind die Schaltungselemente, die einen Schutz gegen Kurzschlüsse ergeben, Im einzelnen der Thyristor 307, der Impulstransformator 303, 304, die Diode 305, die Widerstände 314 und 300, der Kondensator 30I und der Widerstand 315. Diese Elemente sind über die Leitung 74, die Sekundärwicklung 204, die Leitung 65 und die Sekundärwicklung 104 mit der gemeinsamen Alarmschaltung verbunden.

Es sei an die vorstehend beschriebene Betriebswelse der Schutzschaltung bei Fehlen eines Kurzschlusses erinnert und nunmehr angenommen, daß ein Kurzschluß einer Wicklung des schrittweise

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arbeitenden Tochtergerätes gegenüber Masse oder gegenüber einer zweiten Wicklung dieses Tochtergerätes auftritt oder daß derartige Kurzschlüsse in mehr als einem Tochtergerät auftreten- Wenn dieser störende Kurzschluß entsteht, während das Eingangsbefehlssignal an den Kanal C an der Leitung 44 einen niedrigen Pegel aufweist, so kann kein Fehlerstrom fließen, weil beide Leistungs-Ausgangstrans istoren 510, 311 sieh im nicht leitenden Zustand befinden. Wenn andererseits der Kurzschluß auftritt während das Eingangsbefehlssignal an der Leitung 44 einen hohen Pegel aufweist, so befinden sich die Leistungs-Ausgangstransistoren JlO, JIl in ihren vollständig leitenden Zuständen und sie würden vollständig zerstört, wenn der Fehlerstrom nicht sofort beseitigt würde. Selbstverständlich würde dieser zerstörerische Zustand ebenfalls gegeben sein, wenn der Kurzschluß entsteht, während das Eingangsbefehlssignal einen niedrigen Pegel aufweist und dann auf einen hohen Pegel ansteigt.

In jedem Fall eines Kabel- oder Wicklungskurzschlusses des Tochtergerätes bewirkt die Schutzschaltung eine Überprüfung des Fehlerstroms. Wenn der Fehlerstrom ansteigt, wird eine zu dem Fehlerstrom proportionale Spannung an dem Meßwiderstand 315 des Netzwerkes 300, 314, 315 erzeugt und diese gemessene Spannung wird dem W id er stand spa ar 300, 314 zugeführt, dessen gemeinsamer Verbindungsmittelpunkt über die Leitung mit der Torsteuerelektrode des normalerweise nicht leitenden Thyristors 307 verbunden ist. Wenn der Fehlerstrom weiter ansteigt, so steigt auch die der Torsteuerelektrode des Thyristors 307 zugeführte Spannung an und der Schwellwertpunkt, bei dem der Thyristor 307 abrupt in seinen vollständig leitenden Zustand umschaltet, wird sehr schnell erreicht. Das Widerstandsnetzwerk ist entsprechend gut bekannter Techniken so gewählt, daß der Thyristor-Schwellwertpunkt so festgelegt ist, daß er einem Spitzenwert des Fehlerstroms entspricht, der noch gut innerhalb der Leistungsgrenzen der Lei-

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s tungs-Ausgangs trans is tor en j510, 311, jedoch ebenfalls gut oberhalb des Laststromes liegt, der normalerweise dem schrittweise arbeitenden Tochtergerät 69 zugeführt wird.

Bei Erreichen des vorgegebenen Schwellwertpegels ändert der Thyristor 307 seinen Leitfähigkeitszustand und wird in seinem leitenden Zustand verriegelt. Die Anode der Diode 305 wird sofort auf den Spannungspegel des gemeinsamen Gleichspannungs-Sammelschienenleiters 47 über die Primärwicklung 303 des Impulstransformators 303, 304 festgehalten, so daß die Leistungs-Ausgangstransistoren 310, 3H In ihren nicht leitenden Zustand geschaltet werden und in diesem Zustand verriegelt werden. Die Wirkung der Schutzschaltung ist äußerst sehne und beispielsweise hat ein typischer FehLerstrom mit einem Spitzenwert von 12 Ampere eine Dauer von lediglich 60 Mikros ekund en.

Nachdem der Thyristor 307 im leitenden Zustand verriegelt wurde, bleibt das Ausgangssignaides Kanals C an der Leitung 73 auf Grund der Klemmwirkung abgeschaltet bis das Eingangsbefehls signal an der Leitung 44 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel überwechselt. Wenn dieser Pegelübergang erfolgt, wird der Haltestrom für den Thyristor 307 beseitigt, so daß der Thyristor 307 in seinen nicht leitenden Zustand zurückkehren kann. Die Leistungs-Ausgangstrans istoren 3IO, 31I bleiben dann von selbst unter diesen Bedingungen nicht leitend, und zwar auf Grund der normalen Betriebsweise der Schaltung.

Auf diese Weise wird eine automatische Rückstellung des Systems erzielt, nachdem irgendein vorübergehender Kurzschluß beendet ist. Daher wird, wenn der Fehlerzustand beseitigt wird oder auf andere Weise verschwindet, lediglich ein Pegelübergang des Eingangsbefehlssignals an der Leitung 44 von dem hohen zum niedrigen Pegel benötigt, um den normalen Betrieb des Datenübertragungssystems wiederherzustellen. Für den Fall,

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bei dem das Eingangsbefehlssignal an der Leitung 44 von einem niedrigen auf einen hohen Pegel überwechselt, wobei der Kurzschlußzustand bereits vorliegt, arbeitet die Schutzschaltung in der vorstehend beschriebenen Weise. Die Diode 305 ist in Reihe mit der Basis des Leistungs-Ausgangstransistors ^H geschaltet, um sicherzustellen, daß die von dem Thyristor 307 erzeugte Klemmspannung nicht die Summe der zulässigen Basis-/ Emitter-Grenzschichtspannungen für die Leistungs-Ausgangstransistoren 310, 311 überschreitet. Der Kondensator 301 ergibt eine gewisse Filterwirkung, so daß Störimpulse keine faIscheBetat igung des Thyristors 307 hervorrufen können.

Im Betrieb der gemeinsamen Alarmschaltung, die im oberen Teil der Fig. IB dargestellt ist, wirkt, wenn der Thyristor 307 bei Auftreten eines Fehlerzustand es in seinen leitenden Zustand geschaltet wird, der durch die Wicklungen 303» 304 gebildete Impulstransformator wie eine Differenzierschaltung, so daß ein scharfer Spannungsimpuls längs seiner Sekundärwicklung 304 erzeugt wird. Dieser Impuls wird über die Leitungen 74, 65 und den Widerstand 62 der Torsteuerelektrode des Thyristors 56 zugeführt, wodurch dieserjnormalerweise nicht leitende Thyristor 56 in seinen vollständig leitenden Zustand getriggert wird, in dem er automatisch verriegelt wird, so daß die Alarmlampe 74 dauernd leuchtet. Die Alarmlampe 54 muß dann im leuchtenden Zustand verbleiben, bis sie manuell durch den Schalter 57 rückgesetzt wird, der, wenn er geöffnet wird, den notwendigen Haltestrom des Thyristors 56 unterbricht, so daß dieser in den normalen nicht leitenden Zustand zurückkehren kann und die Lampe 54 nicht mehr aufleuchtet. Der Alarmthyristor 56 wird in seinen leitenden Zustand getriggert und die Alarmlampe 54 leuchtet auf, wenn eine oder mehrere der Schutzschaltungen der Kanäle A, B oder C betätigt werden, weil die drei Impulstransformator-Sekundärwicklungen 1O4, 204 und 304 in Reihe gesdbaltet sind. In der Alarmschaltung legen die Widerstände 52, 53 lediglich den richtigen Spannungspegel längs der Lampe 54 fest, während der Kondensator 50 eine

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ausreichende Filterwirkung ergibt, um eine falsche Betätigung des Thyristors 56 und der Alarmlampe 54 durch vorübergehende Störimpulse zu verhindern. Der Widerstand 62 begrenzt den der Torsteuerelektrode des Thyristors 56 zugeführten Strom auf einen annehmbaren Wert.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß das beschriebene Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem ein verbessertes schrittweise arbeitendes Batenübertragungssystem für Kreiselkompasse bildet, bei dem die Datenverstärkerkanäle mit einem zuverlässigen Schutz gegen Schaden auf Grund zufälliger Kurzschlüsse versehen sind, die in den schrittweise arbeitenden Kompaß-Tochtergeräten oder in der zugehörigen Verdrahtung des Schiffes oder Luftfahrzeuges auftreten. E-ine vollständige und schnelle Abschaltung des fehler haften Kanals wird bei Auftreten von dauernden oder intermittierenden Fehlern durch eine schnell schaltende Thyristor-Steuerschaltung erreicht. Eine verriegelnde Kurzschluß-Alarmeinrichtung ist als Hilfe zur Feststellung und Reparatur des Fehlerzustandes vorgesehen. Die Nachteile der bekannten Techniken sind beseitigt weil Strombegrenzungstechniken, Sicherungen oder Schaltungsunterbrecher nicht benötigt werden Daher kann das Winkeldaten-Nachlaufverstärkersystem für Tochtergerät-Verstärkerkanäle mit höherer Leistung verwendet werden.

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Leerseite

Claims

Patesvta,-,wälte U ; ρ 1. -1 η g. C u rt W a 11 a c h

Dipl.-Ing. Günther Koch

283764 8 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 29. August I978

Unser Zeichen: iß 345 _

Patentansprüche:

{ 1.1 Schrittweise arbeitendes Winkeldaten-Nachlaufv€rstärker- "'Zy system rait S end er einrichtung en mit mehreren Ausgangseinrichtungen, die einen "Winkel anzeigende phasenverschobene Mehrdraht-Schrittdatenspannungen liefern, mit den Sendereinrichtungen zusammenwirkende schrittweise arbeitende Empfänger einrichtungen zur "Wiedergabe des Winkels, die eine entsprechende Anzahl von Eingangseinrichtungen einschließen, und mit einer entsprechenden Anzahl von Datenverarbeitungskanälen zum Verbinden der jeweiligen Anzahl von Ausgangseinrichtungen mit entsprechenden der Anzahl von Eingangseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Datenverarbeitungskanal (A, T3, C) Triggerschaltungseinrichtungen (30), die auf das Vorhandensein eines hohen oder niedrigen Ausgangsspannungspegels an einer ersten (24) der Anzahl von Ausgangseinrichtungen (5, 11, 24) ansprechen, erste in Reihe mit dem Ausgang der Triggerschaltungsein richtungen (JiO) geschaltete Diodenelemente (305), Verstärkereinrichtungen (510, 511), die mit den ersten Diodenelementen (505) gekoppelt sind, um entsprechende hohe oder niedrige Erregungsströme an eine erste (73) der Anzahl von Ausgangseinrichtungen (7I, 72, 73) zu liefern und die mit den Triggerschaltungseinrichtungen (30) gemeinsame Stromrückführungseinrichtungen (47) aufweisen, Impedanzelemente (303)> zweite Diodenelemente (307) mit einer Torsteuerelektrode, wobei die Impedanzele-

mente (303) und die zweiten Diodenelemente (307) in Serienschaltung zwischen der ersten (71) der Eingangseinrichtungen (71, 72, 75) und den Stromrückführungseinrichtungen (47) eingeschaltet sind, Meßfühlerimpedanzelemente (300), die die Amplitude des Erregungsstromes messen und eine entsprechende Meßfühlerspannung erzeugen, und Netzwerkeinrichtungen (314, 315) einschließt, die die Meßfühlerspannung an die Torsteuerelektrode koppel¹¹, so daß lediglich bei Vorhandensein des genannten hohen Erregungsstromes eines Fehlerzustandes, der ein Ansteigen der Meßfühlerspannung über einen vorgegebenen Pegel hervorruft, die zweiten Diodenelemente (307) in ihrem leitenden Zustand verriegelt werden, so daß die Verstärkereinrichtungen (310, 3II) im nicht leitenden Zustand gehalten werden und diese Verstärkereinrichtungen (310, J)H) gegen eine Zerstörung durch den Fehlerzustand geschützt sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t ,daß die Triggerschaltungseinrichtungen rückgekoppelte Vergleichereinrichtungen (30, 42), die auf eine erste der Anzahl von Ausgangs einrichtungen (5, H, 24) und auf einen vorgegebenen Bezugsspannungspegel ansprechen, und Transistorverstärkereinrichtungen (36) einschließen, die auf den Ausgang der rückgekoppelten Vergleichereinrichtungen (30, 42) ansprechen.
3. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Alarmeinrichtungen (50, 62), die induktiv mit den Impedanzelementen (303) gekoppelt sind.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Impulstransformatoreinrichtungen mit Primär- und Sekundärwicklungen (303* 304) vorgesehen sind, daß die Primärwicklung (303) als das genannte Impedanzelement dient und daß Alarmeinrichtungen (50 bis 62) vorgesehen sind, wobei die Sekundärwicklung (303) zwischen den gemein-

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samen Stromrückführungselementen (47) und den Alarmeinrlehtungen (54) eingeschaltet ist, um einen Betätigungs-Stromimpuls an die Alarmeinrichtungen (50 TdIs 62) beim Einsetzen eines Fehlerzustandes zu liefern.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Alarmeinrichtungen (50 bis 62) ein drittes Dloöeneleiaent (56) mit einer Torsteuerelektrode sovjie Alarmanzeige einrichtung en (54) einschließen, daß das dritte Diodenelement (56) und die ATarmanzeigeelemente (54) in Reihe zwischen der gemeinsamen Stromrückführungseinrichtung (47) und Einrichtungen (63) zur Zuführung einer Alarmerregungsspannung eingeschaltet sind und daß die Torsteuerelektrode des dritten Diodenelementes (56) mit der Sekundärwicklung (304) gekoppelt ist, so daß die Alarmanzeigeeinrichtungen (5^) zu Beginn eines Fehlerzustandes bei Vorhandensein des hohen Erregungsstromes in einen verriegelten Einschaltzustand gebracht werden.
6. System nach Anspruch 5* gekennzeichnet durch ein S cha lter element (57) , das in Reihe mit den Alarmanzeigeeinrichtungen (54) geschaltet ist, um die Alarmerregurigsspannung abzuschalten und das dritte Diodenelement (60) in den nichtleitenden Zustand zu. versetzen.
7. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Kondensatorelement (301), das zwischen der Torsteuerelektrode des zweiten Diodenelementes (307) und der Stromrückführungseinrichtung (47) eingeschaltet ist, um die Betriebsweise des zweiten Diodenelementes (307) im wesentlichen unempfindlich gegenüber Storimpulsen zu machen.
8. System nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch ein zweites Kondensatorelement (50), das im Nebenschluß parallel zu dem dritten Diodenelement (56) und der

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Alarmanzeigeeinrichtung (54) angeschaltet ist, um die Betriebsweise des dritten Diodenelementes (56) gegenüber Störimpulsen unempfindlich zu machen.
9. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Impulstransformator -Sekundärwicklung en (104, 204, 304) in Reihe zwischen der gemeinsamen Stromrückführungseinrichtung (47) und der Alarmanzeigeeinrichtung (54) eingeschaltet sind.

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