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Einrichtung zur Fernübertragung der Stellung eines Mutterzeigers auf
einen oder mehrere Tochterzeiger mittels Stromimpulse, deren Zeitdauer dem Ausschlag
des Mutterzeigers zugeordnet ist Es sind Einrichtungen zur Fernübertragung der Ste11uilg
eines Mutterzeigers auf einen oder mehrere Tochterzeiger bekannt, bei welchen unter
Vermeidung von S5#nchronisierungsvorrichtungen für die geber- und empfangsseitig
vorhandenen Antriebsorgane periodisch Stromimpulse gleicher Richtung ausgesandt
werden, deren Dauer proportional den Ausschlagswinkeln des Mutterzeigers ist. Empfangsseitig
wird ein dieser Impulsdauer proportionaler Ausschlag mittels zweier gegenläufig
bewegter Schwenkarme dadurch erzielt, daß der Tochterzeiger durch einen beim Eintreffen
der Impulse an ein Triebwerk angekuppelten Schwenkarm von einer Nullstellung aus
in eine Lage gebracht wird, die durch das mit dem Aufhören des Impulses verbundene
Auskuppeln des Armes gekennzeichnet ist, worauf dieser erste Schwenkarm durch einen
nach jedem Impuls unabhängig von der Größe des Ausschlagswinkels und im gegenläufigen
Sinn bewegten zweiten Schwenkarm in seine Nullage zurückgestellt wird. Trifft dieser
Arm bei seiner Bewegung zunächst den Zeiger, was bei kleiner werdenden Ausschlagswinkeln
der Fall ist, so nimmt er zunächst den Zeiger bis zum ersten Schwenkarm mit, wo
er ihn freigibt und den ersten Arm weiter auf Null zurückbringt.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernübertragung der Stellung
eines Mutterzeigers auf einen oder mehrere Tochterzeiger mittels Stromimpulse, deren
Zeitdauer dem Ausschlag des Mutterzeigers zugeordnet ist. Erfindungsgemäß werden
periodisch vom Fernmeßsender je zwei in regelmäßigem Wechsel aufeinanderfolgende
Stromimpulse ausgesandt, von denen der eine hinsichtlich seiner Zeitdauer dem Drehwinkel
des Mutterzeigers von der Anfangslage des Mutterzeigers bis zur Meßstellung und
von denen der andere hinsichtlich seiner Zeitdauer dem Drehwinkel von der möglichen
Endlage des Mutterzeigers bis zur Meßstellung entspricht. Ferner werden erfindungsgemäß
im Fernmeßempfänger zwei Schwenkarme aus ihrer in der impulsfreien Zeit eingenommenen
Ruhelage beiderseits der Anfangs- und Endlage abwechselnd in Abhängigkeit von den
beiden vorn Sender ankommenden Zeitimpulsen im Uhrzeiger- und entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
um Winkelbeträge gedreht, die den jeweils zugeordneten Impulszeiten entsprechen,
so daß diese Schwenkarme den Tochterzeiger in die der jeweiligen Stellung des Mutterzeigers
entsprechende Stellung schieben und periodisch im einen oder anderen Sinne korrigierend
darin erhalten.
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Hierdurch wird eine besondere mit mechanisch komplizierten Einrichtungen
versehene Rückstellvorrichtung am Empfangsort überflüssig und eine größere Einstellgenauigkeit
des Tochterzeigers erzielt, da die Schwenkarme
ihre Zeigerstellungen
gegenseitig korrigieren und Schwankungen in der Schwenkgeschwindigkeit am Pendeln
des Empfangszeigers sofort kenntlich werden. Dieses bei Drehzahlschwankungen des
Antriebsmotors auftretende Pendeln ermöglicht eine bequeme Kontrolle der richtigen
Drehzahl, so daß diese Kontrolle nicht gesondert vorgenommen werden muß bzw. hochwertige
Regelvorrichtungen nicht erforderlich sind. Für Ausschlagswinkel größer als i8o°
macht sich ;die Ersparnis besonderer Schwenkarmrückstellvorrichtungen dadurch vorteilhaft
bemerkbar, daß in der gleichen Zeit die Zeigerstellung häufiger übermittelt werden
kann als in den bisher bekannten Einrichtungen.
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Das Grundsätzliche der neuen Einrichtung gemäß der Erfindung ist aus
den schematischen Abb. i bis 3 zu ersehen. In Abb. i stellt i einen Mutterzeiger
vor, der sich über eine Skala 2 einstellen kann. Der #,%Tinkelbereich der Skala
ist beliebig, darf jedoch nicht volle 36o° betragen. In der Abbildung ist dies durch
die Skalenenden bei 3 und 4 kenntlich gemacht. Die Achse 5 des Mutterzeigers ist
mit einer zweiten Achse 6 mechanisch gekuppelt. In der schematischen Abb. i ist
dies durch Schnurscheiben 7 und 8 und eine Transmissionsschnur 9 angedeutet. Die
beiden Achsen 5 und 6 tragen Querarme io und i i, die jederzeit dieselbe Richtung
einnehmen wie der Mutterzeiger i. In derselben Ebene, in welcher sich die Querarme
io und i i drehen, befinden sich oberhalb die beiden festen Kontaktträger 12 und
13.
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In der Verlängerung der Achsen 5 und 6 sind zwei weitere Achsen 14
und 15 gelagert, welche durch einen Antriebsmotor 16 über ein übersetzungsgetriebe
17 angetrieben werden. Der Drehsinn der Achse 14 ist dabei entgegengesetzt dem Drehsinn
der Achse 15, was in der vorliegenden Skizze durch eine gekreuzte Schnur 18, die
über Schnurscheiben i9 und 2o läuft, angedeutet ist. Die Achsen 14 und 15 tragen
an ihren 5 und 6 zugekehrten Enden Querarme 21 und 22, welche mit Schleifkontakten
ausgerüstet sind, so daß sie im Verlauf der Drehung mit dem Kontakt 12 und OOuerarm
io bzw. dem Kontakt 13 und Querarm i i in elektrisch leitende Berührung kommen.
Die Kontaktarme 21 und 22 sind isoliert auf die Achsen 14 und 15 aufgesetzt und
können über Schleifkontakte 23 und 24 Spannung zugeführt erhalten.
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Die Achse 14 treibt durch eine im Verhältnis i : 2 gehaltene übersetzung
25 eine Achse -26 an, die also nur die doppelte Umdrehungsdauer besitzt und auf
der ein Kommutator 27 aufgesetzt ist, auf welchem Kontaktbürsten 28, -29 und
30 schleifen.
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Der Kontaktarm 21 steht über den Schleifkontakt 23 mit dem Schleifkontakt
28 in Verbindung, ebenso der Kontaktarm 22 über den Schleifkontakt 24 mit dem Schleifkontakt
29. Von der Kommutatorzuleitungsschleiffeder 30 führt die Leitung zu einem
Magneten 31, welcher einen Schrittschalter 32 betätigen kann, über eine Batterie
33 zur Klemme 3:4, welche die Batteriespannung an die Kontakte 12, 13 und die Kontaktarme
io, i i legt.
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Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Fernmeßsenders ist in
Abb. 2 eine Zeitachse gezeichnet, auf welcher als Einheit die Umdrehungsdauer der
Achse 14 bzw. 15 aufgetragen ist (1, 2, 3 usw.). Der 'Nullpunkt der Zeitskala soll
der Augenblick sein, an welchem die Kontaktarme 21 und 22 gerade gleichzeitig die
zugeordneten KOntäkte 12 und 13 berühren. Befindet sich jetzt der Mutterzeiger beispielsweise
in der in Abb. 1 gezeichneten Anzeigestellung, so muß die Achse 14 etwa 1i'4 Umdrehung
ausführen, bis der Kontaktarm 21 den Querarm io berührt. Wenn während dieser ersten
Umdrehung der Achse 14 der Kommutator 27 eine solche Stellung hat, daß die Schleiffedern
28 und 30 in leitender Verbindung stehen, während die Schleiffeder 29 abgeschaltet
ist, so hat sowohl bei der Berührung von 21 mit 1a als später bei der Berührung
von 21 mit io der Magnet 31 je einen Stromstoß erhalten. Die Stellung des Schrittschalters
32 ist dabei so gewesen, daß bei dem ersten Stromstoß zum Zeitpunkt o die Batterie
35 über die Schleiffedern 36, 37 die Fernleitung 38 anschaltet. Beim zweiten Stromstoß
nach etwa '/,Um-
drehung der Achse 14 (dem Zeitpunkt a in Abb. 2 entsprechend)
wird durch den Schrittschalter 32 die Fernleitung 38 wieder abgeschaltet. Es fließt
also in der Fernleitung für die Zeitdauer o bis a Strom und für die Zeitdauer a
bis i kein Strom. Kurz vor Erreichen des Zeitpunktes i nimmt der Kommutator 27 eine
solche Lage ein, daß für die Dauer der nächsten vollen Umdrehung die Schleiffeder
28 ab- und dafür die .Schleiffeder 29 angeschaltet wird. Wenn also zum Zeitpunkt
i der Kontaktarm 22 den Kontakt 13 berührt, so ist jetzt nur der Stromkreis 33,
34, 13, 22, 24, 29, 30, 34 33 geschlossen, und der Schrittschalter 32 legt die Fernleitung
38 an Spannung. Unter der Voraussetzung, daß der Mutterzeiger i noch dieselbe Einstellung
hat wie vorher, wird der im Gegenzeigersinn rotierende Kontaktarm 22 etwa % Umdrehung
ausführen müssen, bis er den Querarm ii trifft. In diesem Zeitpunkt bei b in Abb.
2 wird der Magnet 3 i bei dieser Umdrehung zum zweiten Male erregt und schaltet
über den Schalter 32 die Fernleitung wieder ab. Für die Zeitdauer b
bis
2 bleibt somit die Fernleitung wieder stromlos. Da inzwischen der Kommutator 27
eine volle Umdrehung ausgeführt hat, wird wie beim Zeitpunkt o jetzt wieder der
Kontaktarm 21 an Spannung gelegt, und die Signallänge :2 bis c entspricht dem Drehwinkel
zwischen dem Kontakt 12 und der nunmehrigen Einstellung des Querarmes io im Uhrzeigersinn
usw.
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Das Wesentliche dieses Fernmeßsenders besteht also darin, daß periodisch
je zwei Signale ausgesandt werden, von denen das eine eine Dauer hat, welche dem
Drehwinkel entspricht von der Nullage bis zur Einstelllage des Zeigers im Uhrzeigersinn,
während die Dauer des zweiten Signals dem Drehdinkel, der vom Ausschlagsende der
Skala bis zum Einstellwert im Gegenzeigersinn durchlaufen wird, entspricht.
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Den schematischen Aufbau des Fernmeßempfängers kann man aus Abb. 3
entnehmen. Genau wie im Sender steht hier ein über einer Skala 39 spielender Tochterzeiger
4o mit Achsen 41, 42, die durch Schnurrollen 43, 44 über die Transmissionsschnur
45 gekuppelt sind, in Verbindung. An den Achsen 41 und .12 sitzen Querartne 46,
47, die jeweils die gleiche Richtung besitzen wie der Zeiger 4o.
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In der Verlängerung der Achsen 41, 42 .sind bezugsweise die Achsen
48, 49 gelagert, die an ihren 41, 42 zugekehrten Enden Schwenkarme So, 51 tragen,
welche in unbeeinflußtem Zustande durch Federn 52, 53 bezugsweise an feste Anschläge
54, 55 im Sinne der kleinen eingezeichneten Pfeile angedrückt werden. Die Schwenkachsen
48, .I9 können durch Magnetkupplungen 56, 57 an die sich entgegengesetzt drehenden
Achsen 58, 59 angekuppelt werden. Der Antrieb dieser Achsen geschieht über das Getriebe
6o durch den Motor 61 derart, daß die Achsen 58, 59 die gleiche Umdrehungszahl haben
wie die Achsen 14, 15 in Abb. i. Die Stromzuführungen zur Magnetkupplung 56 sind
mit 62, 63, die zur Magnetkupplung 57 mit 64, 65 bezeichnet. Die Magnetkupplungen
56, 57 können durch eine Batterie 66 je nach der Stellung des Schrittumschalters
67 mit dem Zuführungskontakt 68 und den Abnahmekontakten 69, 70 wechselnd
erregt werden, falls der Relaiskontakt 71, der von einer Magnetspule 72 gesteuert
wird, geschlossen ist. Die Magnetspule 72 steht ebenso wie die Magnetspule 73, die
den Schrittumschalter betätigt, mit der Fernleitung 38 in Verbindung.
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Zum besseren Verständnis der einfachen Arbeitsweise des Fernmeßempfängers
sei wieder auf die Abb. 2 zurückgegriffen. Kurz vor dem Zeitpunkt o, in welchem
sich kein Strom in der Fernleitung befindet, der Kontakt 71 also offen ist, habe
der Schrittumschalter 67 die Stellung, in der der Kontakt 68 mit dem Kontakt 69
in Verbindung steht. Des ferneren liegen die Enden der Schwenkarme So, 51 an den
Anschlägen 54, 55 an.
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Im Zeitpunkt o mit Beginn des ersten Signales wird der Magnet 73 erregt,
zieht seinen Anker an, läßt aber das Schrittrad in der bisherigen Stellung, die
68 mit 69 verbindet, ebenso zieht der Magnet 72 seinen Anker an, so daß der Kontakt
71 geschlossen wird und für die Dauer des Signales die im Uhrzeigersinn rotierende
Magnetkupplung 56 von der Batterie 66 erregt wird; es ist dabei der Stromkreis 66,
68, 69, 62, 63, 71, 66 geschlossen. Für die Dauer dieses Signals, also für die Zeit
o bis a von Abb. 2, ist die Achse 48 mit der Achse 58 gekuppelt. Der Schwenkarm
So, der sich vom Anschlag 54 im Uhrzeigerdrehsinn um etwa % Vollkreis dreht, wird
den Querarm 46 mitnehmen, falls sich der Zeiger 40 im überstrichenen Winkelbereich
befand. Da im Zeitpunkt a mit Aufhören des Signals der Strom bei 71 unterbrochen
wird, gibt die Magnetkupplung 56 die Achse 48 frei, der Schwenkarm So wird durch
die Feder 52 an den Anschlag 54 zurückgeführt, der Zeiger 4o wird in seiner Stellung
verharren.
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Beim Aufhören des Signals im Zeitpunkt a wurde auch der Magnet 73
stromlos. Der abfallende Anker mußte das Schrittrad um einen Zahn verstellen, so
daß jetzt die Kontakte 68 und 70 leitend verbunden sind. Wenn also zum Zeitpunkt
i das neue Signal beginnt und der Kontakt 71 geschlossen wird, erhält für die Dauer
dieses Signals bis zum Zeitpunkt b die im Gegenzeigersinn rotierende Magnetkupplung
57 Strom. Es ist jetzt also die Achse 49 mit der Achse 59 gekuppelt, und der Schwenkarm
51 bewegt sich von dem Anschlag 55 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn um etwa 3/4 Umdrehung.
Falls sich in diesem Winkelbereich der Querarm -.7 befunden hätte, wäre er von dem
Schwenkarm 51 mitgenommen und bis zu der Stellung, die er bei 3/4 Umdrehung einnimmt,
geführt worden. Mindestens also in diesem zweiten Zeitabschnitt von i bis b muß
der Tochterzeiger 40 in die Lage übergeführt sein, welche der Mutterzeiger zuletzt
besaß. In jedem folgenden Zeitabschnitt wird entsprechend der Stellung des Mutterzeigers
die Lage des Tochterzeigers durch die zwei Schwenkarme, von denen einer im Uhrzeigerdrehsinn,
der andere entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn angreift, korrigiert.
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Für das Grundsätzliche der Arbeitsweise des Fernmeßgerätes ist es
gleichgültig, ob die Schaltvorgänge durch die Schrittschalter bzw. Schrittumschalter
32 und 67 vorgenommen
werden oder ob an deren Stelle entsprechende
Relaisschaltungen gewählt werden. Ebenso kann gegebenenfalls der Kommutator 27 durch
andere Schaltelemente ersetzt werden.
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Eine weitere Variation des Doppelschwenkarmfernmeßgerätes kann darin
bestehen, das die Signale o bis a, i bis b, 2 bis c usw. (Abb.2) Serien von kurzen
Stromimpulsen mit einer der jeweiligen Signallänge entsprechenden größeren oder
kleineren Impulszahl sind.
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Grundsätzlich wird in diesem Fall senderseitig ein automatischer Schrittschalter
nach Art der in der Selbstanschlußtechnik bekannten Drehwähler beispielsweise über
die Batterie 35 und die Kontakte 36, 37 und der noch erforderlichen Schaltmittel
betätigt, der für die Dauer der Signalabgabe eine von der Zeigerstellung abhängige
mehr oder weniger große Anzahl kurzer Stromstöße selbsttätig abgibt, so das jede
Zeigerstellung anstatt durch zwei Gleichstromsignale verschieden langer Dauer durch
zwei Stromimpulsserien mit je einer bestimmten Anzahl von Stromstößen gekennzeichnet
wird.
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Im Empfänger ist dann ein Impulsrelais vorzusehen, welches zwei an
Stelle der Magnetkupplungen auf den Achsen 58 und 59 aufsitzende Schrittschalter
der vorerwähnten Art gemäß den zugehörigen Stromstoßserien abwechselnd steuert,
derart, das die Arme der Schrittschalter um so viel Schritte im Uhrzeigerdrehsinne
oder diesem entgegengesetzt bewegt werden, als jeweils den Stromstoßzahlen der beiden
Serien entsprechen, wodurch der Tochterzeiger in eine durch die Stellung des Mutterzeigers
bestimmte Lage gebracht und gehalten wird. Die übrigen Schalteinrichtungen, wie
sie z. B. das selbsttätige Rücklaufen der Schrittschalter in die Mullstellung erforderlich
machen, sind dabei ähnlich den aus der Selbstanschlußtechnik bekannten Relaisanordnungen
auszubilden.
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Der Fernmessender und Fernmeßempfänger kann in der üblichen Art naturgemäß
mit einem Hochfrequenzsender und einem Hochfrequenzempfänger in Verbindung stehen,
so das die Fernzeigerverstellung mit Hochfrequenz entweder über Leitungen oder drahtlos
vorgenommen werden kann. Beim Betrieb mit Hochfrequenz ist ferner die Möglichkeit
gegeben, das die beiden Signale, welche die Schwenkbewegung im Zeiger- und Gegenzeigersinn
auslösen, durch verschiedene Modulation oder verschiedene Hochfrequenzwellenlänge
gekennzeichnet sind, derart, das dem- Dauer- oder Impulssignal mit einer bestimmten
Kennzeichnung die Schwenkbewegung im Uhrzeigerdrehsinn, dem mit anderer Kennzeichnung
die Schwenkbewegung im Gegenzeigerdrehsinn zugeordnet ist.