DE662282C - Folgeanlage fuer Praezisionsinstrumente, z. B. Kreiselkompasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Folgeanlage für Präzisionsinstrumente, z. B. Kreiselkompasse, bei welcher eine Änderung der Lage des empfindlichen Elementes in bezug auf das Folgeelement ohne mechanischen Kontakt zwischen diesen Elementen die Speisung eines Nachstellmotors mittels eines Transformators und eines Elektronenröhrenverstärkers bewirkt.

Bei Nachsteuereinrichtungen für Motoren ist es bekannt, zwei magnetische Kraftflüsse vorzusehen und sie durch das einen Weicheisenanker tragende empfindliche Element so zu steuern, daß der eine der beiden Kraftflüsse verstärkt und der andere gleichzeitig geschwächt wird.

Gemäß der Erfindung trägt das eine Element des Instrumentes (vorzugsweise das Folgeelement) einen dreischenkeligen Transformator mit zwei entgegengesetzt wirkenden Sekundärwicklungen und einer zwischen ihnen angeordneten und in einem besonderen Stromkreis liegenden Primärwicklung, während auf dem anderen Element (vorzugsweise dem empfindlichen Element) unweit der Primärwicklung ein Anker von hoher magnetischer Permeabilität (Weicheisenblock) angeordnet ist. Infolge des Ersatzes der magnetischen Brücke der bekannten Anordnung durch den dreischenkeligen Transformator mit einem von dem empfindlichen Element gesteuerten Schlußjoch und infolge der Anordnung des Transformators unmittelbar auf dem nachgesteuerten Element wird eine vorteilhafte Arbeitsweise bei Präzisionsinstrumenten erzielt.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren geeigneten Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.

Abb. ι zeigt das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Verwendung eines umsteuerbaren Zweiphasenwechselstrommotors als Kraftmotor.

Abb. 2 zeigt in einer Aufsicht, wie die Erfindung zum Antrieb des Folgeelementes eines Kreiselkompasses zu benutzen wäre.

Abb. 3 zeigt das Schaltungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels, in der die Gitterbatterien vermieden sind.

Der Transformator gemäß der Erfindung besteht aus zwei Hauptteilen, von denen der Anker 1 (Abb. 2) auf dem empfindlichen Element und der andere Teil, der Kern 2, auf dem Folgeelement des Instruments angebracht ist, an dem die Erfindung zur Anwendung kommt. In Abb. 2 ist die Erfindung in Verbindung mit einem Kreiselkompaß gezeigt, in dem das Folgeelement aus der Kompaßkarte 3, dem Folgespeichenrad 4 und zugehörigen Teilen besteht. Dieses EIe- 6ü ment wird durch einen umsteuerbaren Kraftmotor 25 in Drehung versetzt, der durch ein

geeignetes Untersetzungsgetriebe 25'- mit dem Zahnrad 4 verbunden ist. Das empfindliche Element besteht aus dem eigentlichen Gyroskop 5, von dessen lotrechtem Ringe 5' eine Stange 6 durch ein Loch 7 des Folgespei- · chenrades ragt. Diese Stange trägt den obenerwähnten Anker 1 des Steuergliedes. Zweckmäßigerweise werden keine Wicklungen auf dem empfindlichen Element angeordnet, so daß der Anker 1 daher nur aus einem Block von magnetisch hochdurchlässigem Material, wie z. B. weichem Eisen, besteht, der gewöhnlich den magnetischen Kreis des auf das Folgeelement gesetzten Teils 2 schließt. Die Primärwicklung 8 des Transformators wird vorzugsweise durch eine Phase der Mehrphasenleitung S erregt. Der durch die Primärwicklung fließende Strom wird aber durch Vorschaltung eines im Vergleich zur Induktivität hohen Widerstandes R nahezu konstant gemacht. Wunschgemäß kann auf der gegenüberliegenden Seite des Kompasses 1', 2' ein zweites Steuerglied angebracht werden, das parallel zu dem anderen oder als Spartransformator arbeitet.

Es sind nun je zwei gegeneinandergeschaltete, abgeglichene Sekundärwicklungen beiderseits der Primärwicklung auf derselben Seite des Kompasses gemäß Abb. 2 angeordnet. Die eine Wicklung 9 befindet sich auf dem einen äußeren Schenkel des Transformators und die andere Wicklung 10 auf dem gegenüberliegenden Schenkel. Die Wicklungen sind entgegengesetzt in Reihe geschaltet und so gewickelt, daß' ihre Spannungen sich ausgleichen, wenn der bewegliche Anker 1 in der Mitte ist. Eine verhältnismäßig geringe Bewegung der beiden Teile zueinander in einer Richtung wird infolge Vergrößerung des Luftspalts auf einer Seite des Transformatorrahmens und einer Verkleinerung auf der anderen einen Spannungsunterschied in einer Richtung hervorrufen, während eine Bewegung in der anderen Richtung eine elektromotorische Kraft in der entgegengesetzten Richtung oder Phase hervorrufen wird. Da die Ströme, die in den Sekundärwicklungen 9 und 10 fließen, praktisch Null sind, wenn der Spannungsunterschied zwischen den freien Enden der gegeneinandergeschalteten Wicklungen nur dazu verwendet wird, um das Steuergitter einer Elektronenröhre zu beeinflussen, wird auf das empfindliche Element trotz der veränderten relativen Lage der Steuerelemente zueinander kein meßbares Drehmoment ausgeübt.

Abb. ι zeigt eine bevorzugte Schaltung zur Betätigung eines Kraftmotors durch die vorerwähnten Spannungsänderungen in den Sekundärwicklungen des Transformators. Die Außenklemmen der gegeneinandergeschalteten [ Sekundärwicklungen sind mit einem Verstärj kersatz verbunden. Wie dargestellt und wie unten näher erläutert, liegen die erwähnten ι Sekundärwicklungen zwischen dem Gitter 11 j und der Mitte des Heizfadens 12 (der mittleren Abz\veigung des Heiztransformators ij). An das Gitter 11 wird eine passende Vorspannung gelegt, um den richtigen Arbeitspunkt auf der Gitteranodencharakteristik die- ser Röhre auszuwählen, so daß ihre Verstärkerwirkung praktisch für positive und negative Gitterimpulse symmetrisch ist. Diese Gittervorspannung wird von einer Gleichstromquelle 20 mittels eines Potentiometers 20' ab- genommen, welches eine genaue Einstellung der gewünschten Steuerspannung gestattet. Die Mitte dieser Gleichstromquelle 20 ist mit der mittleren Abzweigung der sekundären Heizwicklung 17 des Krafttransformators 16 verbunden, die die erforderliche Heizenergie in Form von Wechselstrom für den Heizfaden 12 dieser Röhre 12' über die Regelwiderstände 60 liefert. Eine andere getrennte Gleichstromquelle 19 liegt zwischen der mittleren Abzweigung des Heiztransformators 17 und der Anode 12" dieser Röhre in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators 13. Bei richtig eingestellter Gittervorspannung wird der durch den Anoderikreis fließende Anodenstrom dieselben Schwankungen wie die zwischen Gitter und Heizfaden angelegte Spannung zeigen, und der Spannungsunterschied zwischen den Klemmen der Primärwicklung des Transformators 13 wird stets genau den Verhältnissen an dem Gitter mit erheblicher Vergrößerung entsprechen. Die Wechselstromspannung zwischen dem Gitter und dem Heizfaden dieser Röhre erscheint daher an den Primärklemmen des Transformators 13 mit vergrößerter Amplitude, aber mit derselben Phase in bezug auf den Strom in der Wicklung 8, wobei der Wechselstrom einem im allgemeinen konstanten Gleichstrom überlagert ist. Der Transformator 13, ein sogenannter Gegentakteingangstransformator, dient zweierlei Zwecken. Zunächst verstärkt er weiter die Spannung an der Eingangsseite, wobei er einen Wechselstrom von höherer Spannung, aber gleicher Frequenz an seinen sekundären Klemmen erzeugt. Die Sekundärwicklung hat eine mittlere Abzweigung, mit der die Fadenmitten von zwei parallelen Elektronenkraftröhren verbunden sind, während die Röhren parallel von derselben Heizwicklung 17 geheizt werden. Eine Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 13 ist mit dem Gitter der einen Röhre 14, die andere Klemme mit dem Gitter der anderen Röhre 15 verbunden. Der Transformator 13 in dieser Verbindung hat weiterhin den Zweck, seine Ausgangsleistung zu teilen

und zwei Röhren in entgegengesetzten Richtungen zu steuern und hierdurch die allgemeine Leistung des Verstärkersystems zu erhöhen. Während das Gitter der einen Röhre durch den positiven Teil der Wechsels tr omkurve beeinflußt wird, wird das andere Gitter durch die negativen Teile beeinflußt. Die Anodenspeisung der Kraftröhren erfolgt durch gewöhnlichen Wechselstrom, der der Wicklung 18 entnommen wird. Ein Ende dieser Wicklung ist mit der mittleren Abzweigung der Heizwicklung verbunden, das andere ist an die mittlere Abzweigung der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 21 angeschlossen. Die äußeren Klemmen dieser Primärwicklung sind mit den Anoden der Kraftröhren verbunden.

Wenn diesen Röhren Wechselstrom über der Anode zugeführt wird, so wirken sie als Gleichrichter, d. h. sie lassen den Strom nur in einer Richtung durch. Daher kann nur der positive Teil des Wechselstromes durch die Anodenkreise in Form von intermittierendem Gleichstrom fließen.

Eine geeignete negative Gittervorspannung, die einer Gleichstromquelle, wie oben für die Röhre 12' beschrieben, entnommen wird, dient zur Auswahl des geeigneten günstigsten Arbeitspunktes auf der Charakteristik. Während der positive Teil z. B. des Wechselstromausgangs des Transformators 13 das Gitter der Röhre 14 beeinflußt, wirkt der negative Teil auf das Gitter der Röhre 15. Der positive Teil reduziert oder beseitigt sogar die negative Gittervorspannung oder dreht sie in eine positive um. Dadurch wird der normale Anodenstrom jeder Röhre mehr oder weniger vergrößert. In Röhre 15 tritt das Entgegengesetzte ein. Die negative Schleife addiert sich zu der negativen Gittervorspannung, sie verkleinert hierdurch den Anodenstrom, der auf Null gebracht werden kann. Die Stromabgabe des Verstärkersatzes kann daher zur direkten oder indirekten Betätigung des umsteuerbaren Motors verwendet werden. Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch die Folgeanlage für einen genauen Kreiselkompaßbetrieb zu träge, hat eine erhebliche Nacheilung und ist im wesentlichen nicht pendelnd und gedämpft.

Für einen genauen Betrieb ist es notwendig, daß die Folgeanlage möglichst wenig nachhinkt. Ferner soll bei den meisten Kreiselkompassen das Folgeelement um die durch die Stellung des empfindlichen Elements angezeigte Sollage pendeln.

Diese beiden Aufgaben werden in bekannter Weise mit Hilfe einer Rückkopplung zwischen dem Eingangskreis des Motors und dem Eingangskreis des Verstärkers gelöst. Zu diesem Zweck wird eine Spule 26 in Reihe mit dem Eingangskreis des Motors 25-geschaltet und lose und veränderlich mit einer Spule 27 in.dem Eingangskreise der erwähnten Röhre 12' gekoppelt. Auf Wunsch kann eine derartige Kopplung an einer oder beiden Eingangsleitungen der Röhre angebracht werden. Die Kopplung 26, 27 ist in das Gitterende des Kreises und eine ähnliche Kopplung 26', 27' in die Gitterrückleitung, wie dargestellt, geschaltet.

Wenn der Motor infolge einer Verstellung des Ankers einen kleinen Impuls in einer Richtung erhält, so fließt ein Strom durch die Spule 26. Dieser Strom ist mit der Spannung in der Spule 27 in richtiger Phase, da alle Phasenwinkel in dem ganzen System · durch nicht dargestellte Kondensatoren korrigiert worden sind. Dieser Strom induziert nun eine zusätzliche Spannung in der Spule 27, die zu der dort bereits infolge der Verstellung des Ankers vorhandenen addiert wird. Die Gitterspannung ist daher gleich der Summe beider Spannungen und erhöht wiederum den Ausgangsstrom des Transformators 23. Da dieser Strom wieder durch die Spule 26 fließt, wird eine Verstärkung des Stromes erzielt. Durch diese Verstärkung wird das Drehmoment des Motors vergrößert, so daß es gleich oder größer als das bei voller Geschwindigkeit wird, trotzdem der Motor sehr langsam läuft. Sobald aber der Anker in die neutrale Lage zurückkehrt, hört dieser Effekt von selbst auf, da dort die Ströme in dem Stromkreis sich ausgleichen und kein Strom in der Spule 26 vorhanden ist. Das Anwachsen des Stromes in dem Motor wird durch die Verkleinerung seiner Impedanz hervorgerufen, und insoweit arbeitet er genau wie ein anderer Motor unter Belastung.

Die Kopplung zwischen den Spulen 26 und 27 ist regelbar. Eine extreme lose Kopplung verringert die Verstärkerwirkung. Bei einer bestimmten festeren Kopplung wird die oben beschriebene Verstärkerwirkung eintreten und an dem neutralen Punkt von selbst aufhören, da in diesem Fall ein nicht pendelndes System vorhanden ist. Koppelt man noch fester, so wird die Verdrehung nicht an dem uo neutralen Punkt aufhören, sondern in derselben Richtung etwa V₁₀ mm fortgesetzt, bis sie plötzlich in die entgegengesetzte Richtung zurückschlägt. Der Motor hat keinen Punkt absoluter Ruhe und wird entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Abhängigkeit von dem negativen Abstand des elektrischen und mechanischen Nullpunkts des Ankers laufen. Durch diese Schaltung wird eine ideale Folgeanlage ohne Verwendung von Kontakten und Relais, ohne Funkenbildung oder Abnutzung geschaffen. Durch Änderung der Kopplung kann fer-

ner die Amplitude und Periode der Pendelbewegung leicht geändert werden, ohne einen Teil des Kompasses selbst zu berühren.

In der Schaltung nach Abb. ι betätigt der Strom der Röhren 14 und 15 einen umsteuerbaren Wechselstrommotor über einen Ausgangstransformator 21, dessen Primärwicklung eine Mittelanzapfung besitzt. Unter gewissen Bedingungen fließt in der Hälfte der Wicklung 21, die an die Röhre 14 angeschlossen ist, ein hoher intermittierender Gleichstrom, während die andere halbe Wicklung 22, die an die Röhre 15 angeschlossen ist, praktisch keinen Strom führt. Die sekundäre Wicklung transformiert die Gleichstromwellen, wenn auch etwas verzerrt, in gewöhnlichen Wechselstrom von derselben Frequenz, Der Anker 1 des Steuergliedes liege während dieses Zustandes beispielsweise an dem Pol 2.

ao Der Ausgangsstrom des Ausgangstransformators fließt durch einen zweiten der Motorspannung angepaßten Transformator 23, erregt eine Wicklung 24 und erzeugt dadurch im Zusammenwirken mit der Wicklung 28 ein Drehmoment. Der Strom in der oberen Hälfte der Primärwicklung des Ausgangstransformators kann nur in der Richtung des Pfeiles fließen, während er auf der unteren Hälfte nur entgegengesetzt fließen kann. Sobald der Anker 1 sich nach der anderen Spule des Steuertransformators bewegt, wird die Phase des Ausgangs stromes geändert, weil dann die Gitterspannungen der Kraftröhren durch einen um i8o^Q gegen den beschriebenen Strom phasenverschobenen Strom beeinflußt werden, so daß die Röhre 15 einen hohen intermittierenden Gleichstrom aussendet, während die Stromabgabe der Röhre 14 auf Null fällt. Die Folge ist, daß in der p'rimärwicklung des Ausgangstransformators 21 der Strom seine Richtung geändert hat, wodurch an der Ausgangsseite ein Wechselstrom erzeugt wird, der gegenüber dem oben beschriebenen Strom um i8o° phasenverschoben ist. Dies bedeutet, daß die Phase der Wicklung 24 des Motors umgekehrt worden ist, wodurch die Drehrichtung des Motors umgesteuert wird.

Der in diesem Falle dargestellte Kraftmotor ist ein besonderer umsteuerbarer Mehrphasenmotor, bei dem Dreiphasenstrom für den Antrieb verwendet wird (amerikanisches Patent 1378296). Eine der Statorwicklungen, die Hauptwicklung 28, liegt zwischen den Phasen der Zuführung. Eine Anzapfung 29, die vorzugsweise in der Nähe der Mitte der Wicklung (ähnlich der Scottverbindung) liegt, ist über die Primärwicklung 8 des Steuertransformators mit der dritten Phase verbunden. Hieraus ergibt sich, daß durch die Umkehrung der Phasenbeziehung des Stromes, der durch die von dem Verstärkersatz erregte Wicklung 24 fließt, der Motor umgesteuert wird.

In Abb. 3 ist die Gitterbatterie, die in Abb. ι verwendet wird, durch eine.besondere Wicklung 50" auf dem Haupttransformator 16' ersetzt worden. Diese Wicklung ist so geschaltet, daß sie eine geeignete negative Vorspannung an die Gitter der Röhren legt. Das hat den Vorteil, daß' der als Gittervorspannung an die Gitter gelegte Wechselstrom etwaige Phasenänderungen des iirsprünglichen Eingangspotentials verstärken wird. Da die Vorspannung selbst eine feste Phase hat, wird eine Änderung des Steuerpotentials, ähnlich wie bei den Rückkopplungsschwingschal-, tungen, eine stärkere Wirkung haben.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. Folgeanlage für Präzisionsinstrumente, z.B. Kreiselkompasse, bei welcher eine Änderung der Lage des empfindlichen Elementes in bezug auf das Folgeelement ohne mechanischen Kontakt zwischen diesen Elementen die Speisung eines Nachstellmotors mittels eines Transformators und eines Elektronenröhrenverstärkers bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das yo eine Element (vorzugsweise das Folgeelement) einen dreischenkligen Transformator mit zwei entgegengesetzt wirkenden Sekundärwicklungen (9, 10) und einer zwischen ihnen angeordneten und in einem besonderen Stromkreise liegenden Primärwicklung (8) trägt, während auf dem anderen Element (vorzugsweise dem empfindlichen Element) unweit der Primärwicklung ein Anker von hoher magnetischer Permeabilität (Weicheisenblock 1) angeordnet ist.
2. 2. Folgeanlage nach Anspruch 1, bei der die durch die Bewegung des steuernden Gliedes erzeugten Spannungsdifferenzen durch vorzugsweise in Gegentaktschaltung angeordnete Elektronenröhren verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (8) des steuernden Transformators durch eine Vorzugsweise transformierte Phase des zum Antrieb des Motors dienenden Wechselstromes gespeist wird und die Sekundärspulen (9, 10) zwischen das Gitter (11) und die Mitte des Heizfadens der ersten Hochfrequenzverstärkerröhre (12') geschaltet sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen