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Einrichtung, um überwachte Winkeleinstellungen bei elektrischen Geber-Empfängersystemen
und bei Stützmotorsteuerungen gegen Pendelbewegungen zu sichern Bei Nachlaufwerken
z. B. in Verbindung mit Fernsteuerungen und. für Stützmotoren bei Kreiselanordnungen
besteht :die Schwierigkeit, Pendelbewegungen der Motoren zu vermeiden, die sich
daraus ergeben, daß die vorgesehenen Steuereinrichtungen mit Verzögerungen und Trägheitsmomenten
belastet sind. Das hat zur Folge; daß bei - Nachlaufwerken die - vorgeschriebene
Einstellage durch die Motoren zunächst überschritten und erst allmählich in hin
und -her gehenden Pendelbewegungen und unter Umständen überhaupt- nicht erreicht
wird. - Bei Stützmotoren gilt das gleiche für- das zur Sicherung einer bestimmten
Einstellage. .eines Kreiselrahmens, o. dgl. erforderliche, von dem Stützmotor zu
liefernde Drehmoment, welches bei üblichen Stützmotoren erfahrungsgemäß nur einen
Bruchteil des Kreiselimpulses betragen darf, weil sonst infolge des äquatorialen.
. Trägheitsmoments der Kreisel .das System: sich- aufschaukelt.
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Es ist bereits, bekannt, Pendelbewegungen der genannten Art dadurch
zu vermeiden, daß man mechanisch Verstellungen am Empfänger bzw. an einem Zwischengeher
vornimmt, z. B. derart, daß man den Empfänger (oder den Zwischengeber) durch einen
mit ihre gekuppelten Momentenerzeuger. gegeneine Feder verdreht. Diese auf mechanischer
Verdrehung durch einen motorisch oder sonstwie elektromagnetisch wirkenden Momenten@erzeuger
beruhende Schwingungsdämpfung verursacht einen von der Geschwindigkeit abhängigen
Fehler.
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Zur Erzielung einer .auf Beschleunigung ansprechenden Steuerwirkung
ist gemäß der Erfindung die an dem zu steuernden Motor liegende Spannung über einen
als Kondensator wirkenden Gleichstrommotor rückgekoppelt, welcher einen Kondensator
von großer Kapazität darstellt, d. h. stromdurchlässig ist, dagegen bei gleichbleibender
Spannung den Dämpfungsrückkopplungskreis sperrt.
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Hierbei wird der Nachteil der genannten bekannten Einrichtungen dadurch
behoben, daß an Stelle des Dämpfungskreises, durch mechanische Rückdrehung des Empfängers
ein rein elektrischer Därnpfungskreis vexgesehen ist, in dem ein Organ liegt, welches
auf durch Beschleunigungen verursachte Stromänderungen reagiert. Die Vorsehung eines
solchen Organs im Dämpfungsstromkreis ermöglicht ein ,aperiodisches. Einlaufen in
die Nullage unter Vermeidung des Geschwindigkeitsfehlers.
Während
bei Nachlaufwerken zur Erzielung des durch die Erfindung erstrebten Zweckes nur
das Mittel der Anordnung eines besonderen zusätzlichen Dämpfungs;motors in Frage
kommt, kann bei Stützmotoren der mit der Erfindung verfolgte Zweck auch durch den
Stützmotor selbst erreicht werden, indem dieser veranlaßt wird, besondere Steuerimpulse
auf seine Stromquelle auszuüben, wie dies nachstehend noch nähererläutertwerdenwird.
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Die Erfindung ist in den Fig. i bis 6 an sechs Ausführungsbeispielen
schematisch veranschaulicht.
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Nach der Darstellung der Fig. i handelt es sich um ein Nachlaufwerk
i, welches in Verbindung mit einer elektrischen Geber-Empfängereinrichtung benutzt
wird, bei welcher der Geber mit 2 und der Empfänger mit 3 bezeichnet ist. Bei Verdrehung
des Gebers :z an der fernen Geberstation erfährt das. Wechselfeld des Empfängers
3 an. der Empfangsstation eine Verdrehung, wodurch in einer Sekundärwicklung q.
des Empfängers: eine Spannung induziert wird, welche über eine Schaltungseinrichtung
steuernd auf ein Leonard-Aggregat 5 wirkt, welches einen Nachlaufmotor 6 speist,
der mit dem Empfänger 3 durch eine Zahnradverbindung 7 gekuppelt ist und bei seiner
Erregung durch den Leonard-Generator 5 den Empfänger 3 in die durch den Geber verlangte
Stellung nachzudrehen sucht, während er gleichzeitig nach außen hin Arbeit leistet.
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Unter :dem Einfluß der Nachdrehung dies Empfängers 3 durch das Nachlaufwerk
6 wird der Steuereinfluß der Schaltungseinrichtung derart geändert, daß bei Erreichung
der Grundstellung durch den Empfänger 3 auch der Leonard-Generator stromlos wird.
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Die Schaltungsanordnung, durch welche nach der Darstellung der Zeichnung
die Steuerwirkung auf den Leonard-Generator und über diesen auf den Nachlaufmotor
6 ausgeübt wird, erfolgt in an sich bekannter Weise über gittergesteuerte Verstärkerröhren
(Ionenröhren) 8, 9 in Gegentaktschaltung, deren Anoden io, ii über die Sekundärwicklungen
12 eines Transformators 12, 13 mit den Erregerwicklungen 14, 15 des Leonard-Generators
G verbunden sind, während ihre Kathoden 16, 17 leitend miteinander und mit den Erregerwicklungen
14, 15 des Leonard-Generators verbunden sind. Die Gitter 18, i 9 der Verstärkerröhre
sind an einen Spannungsteiler 20 angeschlossen, welcher über die Sekundärwicklung
21 eines Transformators 21, 22 an die Wicklung q. des Empfängers, 3 angeschlossen
ist. Die Speisung des Systems erfolgt aus einem Dreiphasennetz 23, wobei für den
Transformator 21, 22 durch eine an sich bekannte Schaltung eine Phasenverschiebung
um 9o° gegenüber der Sekundärwicklung des Empfängers 3 und den Sekundärwicklungen
12 des Anodentransformators sichergestellt ist.
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Die bisher beschriebene Einrichtung ist, abgesehen von. der Anordnung
des Spannungsteilers 2o, grundsätzlich bekannt. Der Spannungsteiler 20 ist in Reihe
mit dem das Wesen derErfindungaus#machenden Dämpfungsmotor 24 geschaltet, welcher
zweckmäßig behufs Steigerung seines Trägheitsmoments mit besonderen Schwungmassen
25 ausgestattet ist. Der Dämpfungsmotor 24 ist ebenso wie der Nachlaufmotor 6 an
den Leonard-Generator 5 angeschaltet und liegt parallel zum Nachlaufmotor 6.
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Wenn bei einer Drehung des Gebers 2 eine Änderung der Spannung des
Leonard-Generators 5 infolge des vorhandenen Schaltungssystems erfolgt, dann laufen
sowohl der Nachlaufmotor 6 als auch der Dämpfungsmotor 24. an. Das Anlaufen des
Dämpfungsmotors 24. wird durch sein Trägheitsmoment 25 zunächst verzögert, was eine
Stromerhöhung im Ankerstromkreis des Motors zur Folge hat. Diese Stromerhöhung bedingt
eine Vergrößerung .des Spannungsabfalls im Spannungsteiler 2o. Da .dieser Spannungsteiler
an den Gittern 18, 19 der Verstärkerröhren 8, 9 liegt, so steigt die Spannung im
Leonard-Generator, was eine Erhöhung des Drehmoments des Nachlaufmotors 6 zur Folge
hat.
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Wenn nun unter .dein. Einfluß der Drehung des Nachlaufmotors 6 der
Empfänger 3 sich seiner neuen Grundstellung nähert, dann wird die Spannung in. der
Sekundärwicklung q. kleiner. Damit sinkt über die Verstärkerröhren auch die Spannung
am Leonard-Generator 5. Da der Dänipfungsmotor 24 wegen seiner Schwungmasse 25 indessen
seine Umlaufgeschwindigkeit beizubehalten sucht, wirkt er nun als Generator und
schickt im umgekehrten Sinne wie zuvor einen Strom durch den Spannungsteiler 2o.
Dadurch wird die Spannung an den beiden Gittern 18, 19 derart umgekehrt,
daß sie der Spannung in der Wicklung q. des Empfängers entgegenwirkt, was zur Folge
hat, daß die Spannung am Leonard-Generator bereits auf Null herabsinkt, bevor noch
die neue Grundstellung des Empfängers 3 erreicht ist. Der Nachlaufmotor 6 erfährt
also eine Abbremsung, bevor noch die neue Nullstellung des Empfängers 3 erreicht
ist, und vermag daher ohne Pendelbewegung in diese neue Grundstellung einzulaufen.
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Die Anordnung gemäß Fig.2 unterscheidet sich von der Anordnung .der
Fig. i, soweit die Neuerung gemäß der Erfindung in Frage kommt, dadurch, daß die
Rückkopplung der vom Dämpfungsmotor ausgesandten. Stromimpulse auf den Generator
des Leonard-A,ggreg,ats 5 durch eine besondere Erreger-
Wicklung
26 ,auf den Generator des Leonard-Aggregats .erfolgt. Daneben zeigt die Fig.2 eine
andere Ausbildung der zur Steuerung des Nachlaufwerks 6 dienenden Scb:al.tungs.anordnung.
In diesem Falle werden an Stelle von Verstärkerröhren Trockengleichrichter 27,
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in der Graetzschen Schaltung benutzt. Die Trockengleichrichter erhalten
ihre Spannung durch die Sekundärwicklung 4 des Empfängers 3, welcher an die Gleichrichter
über Siekundärwicklungen 29, 3o vom Transformator angeschlossen ist, deren Primärwicklungen
mit -31, 32 bezeichnet sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist das Leonard-Aggregat als Stromquelle
für .den zu steuernden Motor und den Dämpfungsmotor fortgefallen. Außerdem unterscheidet
sie sich von Fig. i und 2 dadurch wesentlich, daß der Spannungsteiler 33, 34 gleichzeitig
Erregerwicklung des Motors 6 ist. Der Motor 6 ist in diesem Falle als Stützmotor
gedacht, wobei der Anker über eitlen Vorschaltwiderständ an das Gleichstromnetz
geschaltet ist. Die Felder 33 und 34 sind dagegen nicht über ein Leonard-Aggregat,
sondern direkt an die Verstärkerröhren 35 und 36 ,angeschlossen, welche in diesem
Falle in Reihe liegen, so daß eine Umkehr des Stromes in den Feldern. 33 und 34
und in dem in Reihe mit den Feldern 33 und 34 liegenden Dämpfungsrnotor 24 erfolgen
kann. Die Anoden und Kathoden der beiden, Verstärkerröhren sind paarweise über Sekundärwicklungen
37, 38 von Transformatoren aneinanderges,chaltet, wobei die Wicklungen 37, 38 so
gewählt sind,'daß beide gleich große Spannungen liefern und die Spannungen um i
8 o° gegeneinander versetzt sind, damit ein Kurzs@chluß über die Verstärkerröhren
nicht eintreten kann.
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Der Dämpfungsmotor 24 ist ebenfalls wie im Falle der Fig. i in Reihe
mit den_als-Sp:annungsteiler dienenden Feldern 33 und 34 geschaltet, die in zwei
Abschnitte unterteilt sind, von denen jeder mit seinem, nicht an den Dämpfungsmötor
angeschlossenen Ende mit einem der Anoden- und Kathodenpaare verbunden ist: Durch
die gleichzeitige Verwendung der Felder als Spannungsteiler wird neben der doppelten
Rückkopplung auch eine Glättuni des durch ,die Verstärkerröhren 35 und 36 zugeführten
pulsierenden Gleichstroms infolge ihrer Selbstinduktion erreicht.
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Das zur Steuerung dienende Steuerglied, das bei diesem Anwendungsfall
von der P'räzessionsachse .eines Kreisels gesteuert -wird, ist wiederum mit 3 und
die in diesem vorgesehenen zwei Induktionswicklungen mit 4a und 4b bezeichnet, von
denen die erstere einerseits mit .dem. Spa nnungsabischnitt der Erregerwicklung
34 und anderseits über die Sekundärwicklung 39a eines Transformators 39, der die
um 9o° phasenverschohene Spannung liefert, an das Gitter der Verstärkerröhre 36
:angeschlossen ist.
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Die Induktionsspule 4b des Drehtransformators 3, die an dem Spannungsabschnitt
der Erregerwicklung 33 liegt, ist über eine gleiche Sekundärwicklung 39b des Transformators,
39 an das Gitter der Verstärkerrö:hre 35 angeschlossen.
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Bei der Anordnung der Fig. i ergibt die Rückkopplung Stromimpulse
auf den zu steuernden Motor, die den in. Phase mit dem Ausschlag des Empfängers
3 liegenden Strömen überlagert sind. Die Schaltungsanordnung der Fig. 3 dagegen
würde nurvoreilende, also in Phase mit der Winkelgeschwindigkeit des Ausschlages
von System 3 liegende Ströme liefern. Für eine Nachlaufsteuerung oderauch eine Stützmotors.teuerung
kommt man aber ohne ein in Phase mit dem Winkel liegendes Moment des Nachdrehmotors
nicht aus. Aus diesem Grunde ist der Motor noch mit einer Wirb.elstrombrem e oder
Bremsdynamo 4ogekuppelt. Durch Veränderung der Dämpfung dieser Wirbelstrombremse
hat man es ganz in der Hand, die Phase der das Drehmoment im Nachdrehmotor 6 bedingenden
Ströme einzustellen. Ist die Dämpfung Null, dann ergibt die Schaltung um 9o° voreilende
Ströme; ist die Dämpfung unendlich groß, z. B. beim Festsetzen des. Dämpfungsmotors
24 durch die Wirbelstrombremse, dann liegt der Strom in Phase mit dem Winkelausschlag
des Steuergliedes 3.
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Bei Kreiselanordnungen ist es -weiterhin oft vorteilhaft, das Moment
des Stützmotors bei kleinen Winkelausschlägen des Systems 3, das in Phase mit dem
Winkelausschlag liegt, nach einer quadratischen Funktion ansteigen zu lassen, während
für das in Phase mit der Winkelgeschwindigkeit liegende Moment ein proportionaler
Anstieg der Kennlinie erwünscht ist. Um dies zu erreichen, ist es nur erforderlich,
die Erregung der Wirbelstrombremse ebenfalls, vom Steuersystem 3 aus: zu verändern,
etwa in der Art, daß .die Erregung der Wirbelstrombremse direkt vom Empfänger 3,
z. B. über Trockengleichrichter, heeinflußt wird, oder einfach den Erregerstrom
den Verstärkerröhren 35, 36 zu. entnehmen.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung der Fig.3 ist sonst grundsätzlich
die gleiche, wie sie oben im Anschluß an Fig. i erläutert wurde. Es besteht jedoch
der Vorteil der Ausschaltung des Leonard-Generators,, der gewisse störende Nebenwirkungen
durch seine magnetische Remanenz besitzt.
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Es bestände natürlich :auch die Möglichkeit, die Spannung der Sekundärwicklungen
des Transformators 39 an ein zweites Gitter der Verstärkerröhren zu legen anstatt
an dasselbe
Gitter, mit dem auch die Induktionswicklungen 4a und
4U verbunden sind.
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Die Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen der
Fig.3, insofern als auch in diesem Falle die Erregerwicklungshälften 44 42, die
in Reihe mit dein Dämpfungsmotor 24 liegen, gleichzeitig als Spannungsteiler für
die Rückkopplung dienen. Für den zu, steuernden Motor 6 ist indessen wiederum ein
Leonard-Aggregat 5, das ebenso wie die Verstärkerröhrenauf den Dämpfungsmotor rückgekoppelt
ist, zum Antrieb vorgesehen. Die Kupplung zwischen Leonard-Generator und Dämpfungsmotor
24 erfolgt hier mechanisch über einen Motor 40a, der an Stelle der bei Fig.3 vorgesehenen
Wirbelstrombremse 4o sitzt.
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Es war bereits oben erwähnt worden, daß in dem a11 der Verwendung
des gesteuerten Motors als Nachlaufmotor die Möglichkeit besteht, die Stromimpulse,
welche gemäß der Erfindung dem Steuerstrom für den Motor durch Rückkopplung zu überlagern
sind, auch durch den zu steuernden Motor selbst zu, erzeugen. Eine Anordnung, bei
welcher dies geschieht, ist in Fig.5 veranschaulicht, wobei die Grundschaltung die
gleiche ist, wie in Fig. i dargestellt.
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Gemäß Fig. 5 erhält der zu steuernde Motor 6 seinen Strom ebenso wie
in. Fig. i durch ein Leonard-Aggregat. Der besondere Dämpfungsmotor 24 ist indessen
fortgefallen; statt dessen ist in den Stromkreis des Motors 6 ein Spannungsteiler
43 eingeschaltet, welcher mit seinen beiden Enden am Gitter 44, 45 zweier Verstärkerröhren
angeschlossen ist, während der Mittelpunkt des Spannungsteilers über die Sekundärwicklung
4 des Empfängers 3 und die Erregerwicklung 46, 47 für den Leonard-Generator 5 und
die Sekundärwicklung 48, 49 der Anodentransformatorenan die Anoden 50, 5 z angeschlossen
ist.
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Wenn der Nachlaufmotor 6 infolge Verdrehung des Gebers 2 Strom vom
Leonard-Generator erhält und infolgedessen anläuft, dann entsteht an dem Spannungsteiler
43 eine Spannung. Diese Spannung wirkt über die Gitter 44, 45 der Verstärkerröhren
so auf den Leonard-Generator zurück, daß die Spannung noch erhöht wird, der Motor
6 also schneller läuft. Wenn hierbei der Empfänger 3 seiner neuen Grundstellung
angenähert wird und demgemäß die Spannung des Leonard-Generators kleiner wird, dann
wirkt der Motor 6 als Generator im gegenläufigen Sinne und veranlaßt dadurch eine
weitere Entregung des Leonard-Generators, welche bremsend auf den Motor 6 wirkt,
so daß dieser in ähnlicher Weise gefesselt und über die neue Einstellage des Gebers
hinauszulaufen vermag, -wie es im Anschluß an Fig. i erläutert wurde. ' Diese Ausführungsform
hat jedoch gegenüber der Ausführungsform der Fig. i den Nachteil, daß sie nicht
so wirksam ist; außerdem wird der Motor 6 durch die Vorschaltung des Widerstandes
des Spannungsteilers von vornherein geschwächt.
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An Stelle des Spannungsteilers 43 könnte auch ein Transformator treten,
dessen Primä rwicklung in den Stromkreis des Leonard-Generators 5 und des Motors
6 geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung in ähnlicher Weise wie der Spannungsteiler
4.3 an dem Gitter liegt. Ein Transformator kommt jedoch nur für sehr schnelle Pendelbewegungen
in Frage.
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Ähnlich wie aus Fig. i die Fig. 5 bei Verwendung des Nachdrehmotors
selbst als Dämpfungsmotor wurde, kann die Schaltung der Fig. 2 abgeändert werden,
wenn man die Erreger«-icklung 26 einfach in den Stromkreis des Motors 6 schaltet.
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Ebenso kann bei Fortfall eines besonderen Dämpfu:ngsmotors die Schaltung
gemäß Fig. 3 unter Benutzung des .aus Fig. 5 ersichtlichen Prinzips Anwendung finden.
Es ergibt sich dann die Schaltung der Fig.6, in der der mit konstanter Erregung
versehene Motor 6 gleichzeitig die Aufgabe des D.ämpfungsmotors übernimmt. Bei dieser
Anordnung dienen die Vorsrhaltwiderstünde 52, 53 zur Erzeugung der Rückkopplungsspannung
für die Gitter 54, 55 der Verstä rkerröhren 56, 57, wobei das Gitter 55 über den
die 9o'- phasenverschobene Spannung liefernden Transformator 39 und die Sekundärwicklung
4b des Empfängers 3 all den Widerstand 53 und das Gitter 54 der Verstärkerröhre
56 über .den Transformator 39 und die Sekundärwicklung 4a des Empfängers 3 an den
Widerstand 52 angeschlossen ist. Im Gegensatz zur Schaltung 3 liegt der Anodenspamiungstransformator
58 direkt vor dem Anker des Motors 6, und die Anoden und Kathoden der Verstärkerröhren
56und 57 sind über die Widerstände 52 bz-. 53 miteinander verbunden: Die in Fig.
6 dargestellte Schaltung und die abgeänderte Schaltung gemäß Fig.2 haben jedoch
dieselben Nachteile wie die Schaltung gemäß Fig.5.
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Im Rahmen der Erfindung sind noch eine ganze Reihe von Schaltungen
denkbar. So könnte z. B. der den Erfindungsgegenstand bildende Dämpfungsmotor mit
Rückkopplung ohne Trockengleichrichter oder Verstärkerröhren verwandt werden, wenn
an Stelle des Empfängers 3 ein einfacher Spannungsteiler gesetzt wird. Auf eine
besondere Darstellung dieser Schaltungen wurde jedoch verzichtet, da sie dem Fachmann
ohne weiteres auf Grund der angeführten wichtigsten Schaltungsanordnungen geläufig
sind.