-
Einrichtung zur Steuerung eines Gegenstandes gemäß einer vorgegebenen
Bewegung, z. B. zum Stabilisieren eines Gegenstandes auf schwankender Plattform
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines Gegenstandes in Abhängigkeit
von der Größe und der Geschwindigkeit einer vorgegebenen Bewegung. Derartige Einrichtungen
werden vorzugsweise zum Stabilisieren von auf schwankender Unterlage gelagerten
Gegenständen, beispielsweise von auf Schiffen aufgestellten Scheinwerfern, verwandet,
und zwar in der Weise, daß die vorgegebene Bewegung von einem Stabilisator, beispielsweise
einem Kreiselrahmen, abgeleitet und durch einen Elektromotor auf den zu stabilisierenden
Gegenstand übertragen wird.
-
Bei den bisher bekannten Einrichtungen der geschilderten Art enthält
die Regeleinrichtung für den Elektromotor nur ein Bestimmungselement für die Größe
der Bewegung, d. h. für den Weg, den der zu stabilisierende Gegenstand zurücklegen
muß, um die von dem Stabilisator, vorgegebene Bewegung wieder einzuholen und ein
weiteres Bestirnmungselement für die Geschwindigkeit, mit welcher der zu stabilisierende
Gegenstand bewegt werden soll, damit der Unterschied zwischen der vorgegebenen Bewegung
und der nachgebildeten Bewegung möglichst klein ausfällt. Die beiden Bestimmungselemente
für den Weg und die Geschwindigkeit können dabei miteinander gekuppelt sein. Die
Richtung der Bewegung wird bei den bekannten Einrichtungen durch das Bestimmungselement
für die Größe der Bewegung oder auch durch das Bestimmungselement für die Geschwindigkeit
mitbestimmt.
-
Bei den bekannten Einrichtungen ist daher der Zeitpunkt der Richtungsumkehr
von der augenblicklichen Stellung der Bestimmungselemente für die Größe und unter
Umständen auch für die Geschwindigkeit mit abhängig, so daß die Richtungsumkehr
häufig, insbesondere bei plötzlicherri Richtungswechsel, nicht im richtigen Zeitpunkt
erfolgt.
-
Die Erfindung beseitigt diesen Mangel. Erfindungsgemäß erhält das
Regelorgan für die die vorgegebene Bewegung in Abhängigkeit von deren Größe (Weg)
und Geschwindigkeit nachbildende Einrichtung ein getrenntes Bestimmungselement für
die Richtung.
-
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in
der als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines auf schwankender
Unterlage gelagerten Gegenstandes, beispielsweise eines auf einem Schiff aufgestellten
Gerätes oder Geschützes, schematisch dargestellt ist.
-
Mit z ist ein Trägheitsrahmen bezeichnet, dessen Relativbewegung zu
einem Schiff durch den Motor z auf das zu stabilisierende
Schiffsgerät,
beispielsweise auf ein Geschütz, einen. Scheinwerfer oder ein Richtgerät, übertragen
werden soll. Auf der Achse 3 des Trägheitsrahmens sitzen fest die beiden Scheiben
4, 5 des Regelorganes 6, von denen die Scheibe 4 zum Bestimmungselement für die
Richtung und die Scheibe 5 zu dem Bestimmungselement für die Größe und Geschwindigkeit
der Bewegung gehören. Bei der praktischen Ausführung können gegebenenfalls diese
beiden Scheiben zu einer vereinigt werden. Das Bestimmungselement für die Richtung
hat einen Zeiger 7, der unmittelbar oder- mittelbar an dem Schiffskörper drehbar
gelagert ist. Der Zeiger wird durch Reibung von der Scheibe 4 mitgenommen. Statt
dessen könnte jede gleichwertige Art der Kupplung, beispielsweise eine elektrische
oder hydraulisclhe Kupplung, gewählt werden, bei der der Zeiger gegenüber der Scheibe
4 @ schlüpft, sobald er sich gegen den einen oder anderen Begrenzungsanschlag legt.
In dem Ausführungsbeispiel schlägt der Zeiger gegen die mit dem Schiffskörper mittelbar
oder unmittelbar fest verbundenen Kontakte 8 oder 9 und schaltet dadurch mittels
der Relaiszunge io bzw. ii den Motor 2 in dem einen oder anderen Drehsinn ein.
-
Das Bestimmungselement für die Größe und die Geschwindigkeit der vorgegebenen
Bewegung besteht aus einer Scheibe 5, die einen Kontaktring trägt, der in zwei elektrisch
getrennte Halbringe 50, 5 i unterteilt ist. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit ist
ein Zeiger 12 vorgesehen, der ebenso wie der Zeiger 7 von Scheibe ,4 von der Scheibe
5 mitgenommen wird. Ein Unterschied besteht nur darin, daß der Zeiger i2 und die
mit ihm zusammenarbeitenden Kontakte 13, 14, an die das Verstellorgan für den Regler
des Motors angeschlossen ist, nicht mittelbar oder unmittelbar mit dem Schiff fest
verbunden sind, sondern auf einer -Seheibe 15 sitzen, die drehbar auf der
Welle 3 gelagert ist. Die Scheibe 15 wird vom Mofor 2 direkt angetrieben.
An der gleichen Scheibe sitzt auch die Kontaktrolle i6,. die mit dem Kontaktring
50, 5 1: zusammenarbeitet. Je nach der Stellung der Kontaktrolle 16
gegenüber den Teilen 5o, 51 des Kontaktringes Wird das Verstellörgan für den Regler
des Motors 2 in, dem einen oder anderen Sinne beeinflußt. Die Ausbildung
des Kontaktorgans 16 als Rolle. bietet den Vorteil, daß an dem Bestimmungselement
für den Weg nur rollende Reibung auftritt, also das Bestimmungselement für .den
Weg den Trägheitsrahmen i nur wenig belastet. Das Verstellorgan für den Regler 17
besteht aus zwei Z-Magneten 18 und i9 mit je zwei Spulen i 8o, i8 i bzw. igo, 19
r, deren Anker auf einer gemeinsamen Welle 2o sitzen. Die Welle 2o trägt einen Regelarm
2i, der mit dem Regelwiderstand 23 zusammenarbeitet, und einen Kontaktarm 24, der
auf der Kontaktbahn 25 schleift. Außerdem ist mit der Welle 2o die Luftbremse 26
gekuppelt. Die Wicklungen i@8o, igo der Z-Magnete sind an die Kontakte
13, 14 des Bestimmungselementes für die Geschwindigkeit angeschlossen. Die
Wicklungen 181, igi derselben Z-Magnete sind über die Ringhälften 50, 51 mit dem
Bestimmungselement für den Weg elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung
der einzelnen Kontakte mit den entsprechenden Spulen erfolgt durch die. Relais 27
bis 30, welche entsprechend der Drehrichtung von dem Bestimmungselement der Richtung
(4 bis 7) zusammen mit dem Einschalten des Motors mitgeschaltet werden. In dem Ausführungsbeispiel
wird außerdem, um eine möglichst feinstufige und dabei einfache und leicht beeinflußbare
Regelung zu erreichen,. diese nicht in bekannter Weise durch Vorschalt- oder Parallelwiderstände
geregelt, sondern durch Stromstöße. Hierzu dient das Relais 34 dessen Wicklung 3i0
über den Widerstand 23
parallel zu den. Klemmen A, B des Motors 2 gelegt ist.
Das Relais wirkt in der Weise, daß es bei einer bestimmten Spannung an den Motorklemmen
A, B den Kurzschluß des Widerstandes 32 aufhebt, wobei diese Spannung durch den
Kontaktarm 21 und den Widerstand 23 in weiten Grenzen verändert werden kann. Erwähnt
sei schließlich, daß die Wicklungen der Relais io, 11, 27 bis 30 und der Z-Magnete
18, i9 über einen Spannungsteilerwiderstand 34 an die Klemmen C und D des den Motor
:2 epeisenden Gleichstromnetzes angeschlossen sind.
-
Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise: Angenommen, der Trägheitsrahmen
i bewege sich gegenüber dem Schiff in Richtung des Pfeiles 33. Im gleichen Sinne
bewegen sich infolgedessen die mit der Achse 3 gekuppelte Scheibe 4 und die Scheibe
5. Die Scheibe 4 nimmt den Zeiger 7 so lange mit, bis er an dem Kontakt 9 anschlägt.
Dadurch erhalten die Relais 1r, 28 und 30 Strom. Durch das Relais ii -wird
der Motor :2 so eingeschaltet, daß er im gleichen Sinn wie der Trägheitsrahrnen
i umläuft und den zu stabilisierenden Gegenstand entsprechend der Auswanderung des
Trägheitsrahmens i nachdreht. Der Motor läuft dabei zunächst mit der kleinstmöglichen
Drehzahl. Während die Zunge 7 von .der Scheibe 4 mitgenommen und mit dem Kontakt
9 in Berührung gebracht wird, wird auch die Zunge 12 von der Scheibe 5 mitgenommen
und legt sich gegen den Kontakt 14.
-
Da das Relais 28 zugleich mit dem Relais i i durch die Zunge 7 an
Spannung gelegt
wurde, ist der Schalter 28o so umgelegt, daß die
Spule 18o des Z-Relais 18 über den Kontakt 14 Strom erhält. Ferner hat aber auch
die Rolle 16 des Bestimmungselementes für den Weg, die in der Ruhelage über die
Ringhälften 50 und 51 den beiden Wicklungen 181 und igi der Z-Relais 18,
i9 Strom zuführte, die Ringhälfte 5o verlassen und ist auf die Ringhälfte 51 allein
aufgelaufen. Von den beiden Wicklungen 18.1, igi, deren Zugkräfte auf die beiden
Anker sich bisher die Waage gehalten haben, wird nun die Wicklung igi des Z-Relais
ig stromlos; dadurch wird die Zugkraft der Wicklung 181 wirksam, das Relais 18 zieht
seinen Anker an und verstellt dadurch den Arm 21 des Reglers 17 derart, daß ein
größerer Teil des Widerstandes 23 in den Stromkreis der Relaiswicklung 31o ,eingeschaltet
wird. Die Bremse 26 sorgt dabei dafür, daß die Bewegung des Reglerarmes 21 langsam
und stetig 'erfolgt. Entsprechend der bereits geschilderten Wirkungsweise des Relais
31 bedeutet dies eine Erhöhung der Drehzahl des Motors 2. Sobald der Motor 2 sich
so stark beschleunigt hat, daß die von ihm angetriebene Scheibe 15 die gleiche Geschwindigkeit
wie der Trägheitsrahmen hat, verläßt die Zunge 12 wieder den Kontakt 14; dadurch
wird die Spule 18o -wieder stromlos, und der Anker des Z-Relais i8 wird nur noch
durch die Spule 181 mit halber Kraft angezogen, d. h. der Reglerarm 21 bewegt sich
nur noch mit halber Geschwindigkeit in der gleichen Richtung wie bisher weiter.
-
Wenn nun die Rolle 16 wieder in die Ruhelage eingelaufen ist, erhält
die Spule igi wieder Strom, die über den Ankern des Relais ig auf die Welle 2o das
gleiche, aber entgegengesetzte Drehmoment ausübt wie die Spule 181 über den Anker
des Z-Relais 18-. Der Arm 2i des Reglers 17 bleibt daher in seiner erreichten Stellung
stehen. Nimmt nun die Drehgeschwindigkeit des Trägheitsrahmens i in der durch den
Pfeil 33 angedeuteten Richtung ab, so bleibt zwar der Zeiger 7 mit dem Kontakt g
in Berührung, aber die Kontaktgabe der Teile 12 und 16 erfolgt gerade in der umgekehrten
Richtung wie vorher geschildert; d. h. der Zeiger 12 legt sich gegen den Kontakt
13, und die Rolle 16 läuft auf den Teil 5o des Kontaktringes auf. Dadurch erhalten
die Spülen igo und igi des Z-Relais i9 Strom, während die Spulen iSo, 181,. des
Z-Relais 18 stromlos werden. Die Reglerarme 21, 24 werden wieder langsam in ihre
Nullage zurückgedreht. Erwähnt sei, daß die Zunge 12 und die Rolle 16 durchaus nicht
immer gleichzeitig in die Ruhelage einspielen müssen, vielmehr können beide unabhängig
nebeneinander arbeiten; d'. h. die Zunge 12 sorgt dafür, daß die Geschwindigkeiten
des Trägheitsrahmens i und der vom Motor 2 getriebenen Scheibe 15 einander möglichst
angeglichen werden, während durch die Rolle 16a nfänglich vorhandene oder allmählich
entstehende Stellungsdifferenzen zwischen beiden Teilen i und 15 allmählich wieder
ausgeglichen werden.
-
Kommt die Bewegung des Trägheitsrahmens zum Stillstand, ohne daß sofort
wieder eine entgegengesetzte Bewegung folgt, so bleibt der Zeiger 7 auf dem Kontakt
9 liegen. Der Motor 2 würde daher in der alten Richtung mit kleinster Geschwindigkeit
weiterlaufen. Um dies zu verhindern, wird der Strom der Relais io, 11 über den Kontaktarm
24 geführt und in der Endstellung des Reglerarm@es abgeschaltet, so daß der Motor
2 stehenbleibt. Kehrt schließlich der Trägheitsrahmen seine Bewegungsrichtung um,
so erfolgen die Vorgänge in umgekehrtem Sinn.
-
Die Ausführung der Teile 4 und 7 des Bestimmungselementes für die
Richtung und der Teile 5 und 12 des Bestimmungselementes für die Geschwindigkeit
nach Art einer Schlupfkupplung (Reibungskupplung, Flüssigkeitskupplung oder auch
Wirbelstromkupplung) bietet .den Vorteil, daß die Teile 7 und 12 der weiteren Bewegung
des Trägheitsrahmens keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen, sobald sie
an dein einen oder anderen Kontakt anliegen. Die Zeiger 7 und 12 sind gut auszubalancieren,
damit sie bei plötzlichen Bewegungsänderungen des Schiffes oder einer anderen schwankenden
Unterlage, auf denen die Einrichtung montiert ist, nicht in einem unerwünschten
Sinn b@eeinflußt werden.
-
Außerdem ist eine Vereinfachung der Einrichtung dadurch möglich, daß
man die Relais 1o, 27, 29 und die Relais 11, 28, 3o je zu einem Relais mit drei
Kontakten zusammenfaßt. Schließlich könnten auch die Z-Relais 18, 1g durch eine
andere Antriebsvorrichtung, beispielsweise einen dauernd laufenden Elektromotor,
versetzt werden, der mit Hilfe von Kupplungen durch die Bestimmungselemente für
die Richtung, Bewegung und Geschwindigkeit in dem einen oder anderen Sinn mit den
Armen 21, 24 des Reglers 17 gekuppelt wird.
-
Erforderlich ist offenbar in allen Fällen nur, daß man eine einigermaßen
gleichförmige Bewegung des Reglerarmes 2i erhält, deren Dauer von der Dauer der
Kontaktgabe des Bestimmungselementes für die Geschwindigkeit und den Weg abhängig-
ist.