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Einrichtung zur selbsttätigen Gleichstellung zweier beweglicher Körper
Es tritt des öfteren die Aufgabe auf, einen beweglichen Körper in Abhängigkeit von
einem zweiten beweglichen Körper derart zu steuern, daß er sämtliche Bewegungen
dieses Körpers genau mitmacht. Sind die beiden Körper beispielsweise drehbar angeordnet,
so muß die Drehbewegung des gesteuerten Körpers der Drehbewegung des steuernden
Körpers winkelgetreu folgen. Diese Aufgabe tritt beispielsweise bei Scheinwerfersteuerungen
auf, bei denen verlangt wird, daß der Scheinwerfer auf einen bestimmten Punkt eingestellt
bleibt, auch wenn die Unterlage, wie es beispielsweise bei Schiffsscheinwerfern
der Fall ist, Schwankungen unterworfen ist. In diesem Fall dient als steuernder
Körper eine Kreiselapparatur, die bekanntlich unabhängig von Schwankungen des Schiffes
ihre Lage im Raum beibehält und damit die Richtung des Scheinwerfers ebenfalls fixiert.
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Es sind bereits _ Einrichtungen zur selbsttätigen Gleichstellung eines
beweglichen Kör pers mit einem anderen beweglichen Körper bekanntgeworden, bei welchen
die Verstellung des gesteuerten Körpers durch einen Verstellmotor bewirkt wird,
der je nach der Richtung der Schwankung auf Vorwärts- oder Rückwärtslauf. eingeschaltet
wird und über
eine große Untersetzung mit dem gesteuerten Körper,
beispielsweise dem Schiffsscheinwerfer, gekuppelt ist. Die Steuerung des Verstellmotors
erfolgt bei den bekannten Anordnungen durch eine Kontakteinrichtung, bei welcher
auf zwei halbkreisförmigen Kontaktstücken, die durch Isolierstücke voneinander getrennt
sind, eine Bürste schleift. Diese Bürste ist dabei mit dem steuernden Körper, beispielsweise
mit der Kreiselanordnung, fest verbunden, hängt also in ihrer räumlichen Lage stets
von der räumlichen Lage des steuernden Körpers ab, während die Kontaktstücke mit
dem gesteuerten Körper verbunden sind und dessen Bewegungen mitmachen. Solange die
Gleichstellung zwischen steuerndem und gesteuertem Körper gewahrt ist, steht die
Bürste auf dem Isolierstück, und der Motor erhält keine Spannung. Ist die Gleichstellung
dagegen gestört, so bestreicht je nach der Richtung der Abweichung die Bürste die
zechte oder linke Kontaktbahn, und der Motor wird in der einen oder anderen Richtung
anlaufen und dabei den gesteuerten Körper so verstellen, daß die Gleichstellung
wieder hergestellt wird.
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Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist es, daß der Verstellmo:tor
sehr oft umgesteuert werden und dabei immer der volle Anlaufstrom von der Kontakteinrichtung
gesteuert werden muß. Die Kontakte sind infolgedessen stark dem Abbrand unterworfen.
Aber ganz abgesehen davon ist auch die Notwendigkeit, den Verstellmotor jeweils
von neuem anzulassen bzw. umzusteuern, an sich sehr nachteilig, weil dann jede:smal
das Reibungsmoment der Ruhe überwunden werden muß, worunter die Genauigkeit der
Steuerung naturgemäß stark leidet.
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Eine bekannte Nachsteuereinrichtung, die diesen Nachteil vermeidet,
sieht für die Verstellung des gesteuerten Körpers zwei ständig mit gleichbleibender
Drehrichtung umlaufende Gleichstrommotoren vor. Die Anker dieser beiden Motoren
liegen fest am Netz, während die Erregerströme in Abhängigkeit von auftretenden
Stromverschiedenheiten zwischen gesteuertem und steuerndem Körper geregelt werden.
Tritt eine solche Abweichung auf, so wird der Erregerstrom des einen Motors verstärkt,
der des anderen dagegen geschwächt. Es entsteht infolgedessen eine Drehzahldifferenz,
und diese wird über ein Differentialgetriebe dazu benutzt, um den gesteuerten Körper
zu verstellen. Dieser wirkt seinerseits auf den gemeinsamen Feldregler der beiden
Motoren so ein, daß bei Erreichung der gleichen Stellung, wie sie der steuernde
Körper hat, der Erregerstrom in beiden Motoren wieder gleich ist. Dann laufen beide
wieder mit gleicher Drehzahl um, und die Drehzahldifferenz und damit die Bewegung
des gesteuerten Körpers ist gleich Null. Tritt die Abweichung nach der anderen Richtung
auf, so kehren die Drehzahldifferenz und damit die Bewegungsrichtung des gesteuerten
Körpers ihre Vorzeichen um.
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Diese Einrichtung hat außer der schon erwähnten Eigenschaft, daß keiner
der Motoren umgesteuert zu werden braucht, gegenüber anderen bekannten Einrichtungen
noch den Vorteil, daß der steuernde Körper in keiner Weise durch das zum Verstellen
des geschlossenen Körpers notwendige Drehmoment belastet werden kann. Dieses wird
vielmehr lediglich von den beiden Gleichstrommotoren aufgebracht. Es haftet ihr
jedoch noch der Nachteil an, daß Spannungsschwankungen in dem speisenden Gleichstromnetz
oder verschieden hohe Erwärmungen, veränderliche Bürstenübergangswiderstände und
ähnliche Einflüsse Drehzahldifferenzen hervorrufen können, die dann zu ungewollten
Bewegungen des gesteuerten Körpers und damit zu einer Störung des Gleichlaufes führen.
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Die Erfindung vermeidet auch diesen Nachteil. Sie benutzt ebenfalls
die Differenz zweier in gleichbleibender Richtung umlaufender Motoren, von denen
durch Stellungsabweichungen zwischen steuerndem und gesteuertem Körper nur einer
in seiner Drehzahl beeinflußt wird, während der andere mit konstanter Drehzahl umläuft.
Das ist an sich gegenüber der gegensinnigen Steuerung der beiden Motoren kein prinzipieller
Unterschied. Kennzeichnend für die Erfindung ist aber, daß die beiden Motoren als
Synchronmotoren ausgebildet sind, von denen der mit konstanter Drehzahl laufende
Motor mit einem Wechselstromnetz unmittelbar, der mit veränderlicher Drehzahl laufende
Motor über einen umlaufenden Frequenzwandler verbunden ist, dessen Antriebsgleichstrommotor
über einen Stromrichter gespeist wird, dessen Steuerung von der Stellungsdifferenz
zwischen steuerndem und gesteuertem Körper abhängt. Die Drehzahl von Synchronmotoren
ist bekanntlich von Erwärmungs- und sonstigen Einflüssen völlig unabhängig und hängt
lediglich von der Frequenz des speisenden Netzes ab. Schwankt bei der Anordnung
nach der Erfindung aber die Netzfrequenz, so werden hierdurch ebenfalls keine ungewollten
Bewegungen des zu steuernden Körpers hervorgerufen, weil ja die dadurch bedingte
Drehzahländerung bei beiden Motoren in gleichem Maß auftritt und bei der Differenzbildung
wieder herausfällt. Der Vorteil, daß der steuernde Körper nicht mit einem Drehmoment
belastet wird, bleibt dabei in vollem Umfang erhalten.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es ist dabei
angenommen,
daß der Stellungsvergleich zwischen dem steuernden und
dem gesteuerten Körper, von denen letzterer durch die Welle g angetrieben zu denken
ist, mittels eines sogenannten Düsenbolometers erfolgt. Ein derartiges Düsenbolometerbesteht
bekanntlich im wesentlichen aus einer Brückenschaltung von Widerständen, von denen
zwei einen hohen Temperaturkoeffizienten besitzen. Jedem dieser temperaturempfindlichen
Widerstände ist eine Düse zugeordnet, die den Widerstand mit Luft bebläst. Zwischen
den Düsen und den temperaturempfindlichen Widerständen befindet sich eine Abdeckfahne,
die in ihrer Nullage auf beide Widerstände einen Luftstrom in gleicher Größe auftreten
läßt. Die beiden Widerstände werden also genau gleich gekühlt, und die Brückenanordnung
ist im Gleichgewicht. Sobald jedoch dieAbdeckfahne nach der einen oder anderen Seite
abgelenkt wird, vermindert sie den Luftstrom der einen Düse und vergrößert den Luftstrom
der anderen. Die Widerstände werden infolgedessen verschieden stark gekühlt, und
das Brückengleichgewicht ist gestört. Die Bolometeranordnung, die in der Zeichnung
mit io angedeutet ist, wird zweckmäßig in der Art angewendet, daß die Abdeckfahne
mit dem gesteuerten Körper gemeinsam, beweglich verbunden wird, während die Widerstands-
und Düsenanordnung mit dem steuernden Körper ihre Lage ändert. An denn Erfindungsgedanken
wird nichts geändert, wenn statt eines Bolometers beispielsweise eine lichtelektrische
Einrichtung verwendet wird. In diesem Fall können z. B. an die Stelle der Widerstände
lichtelektrische Zellen und an die Stelle der Düsen Lichtquellen treten.
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Der gesteuerte Körper ist, wie schon erwähnt, mit der Welle g gekuppelt.
Die von der Welle g , ausgehende punktierte Linie soll schematisch die Kupplung
mit der Blende des Düsenbolometers darstellen. Die Welle g wird über Kegelräder
von einem Differentialgetriebe 2 angetrieben, welches die Drehzahlen der beiden
Motoren i und 3 miteinander vergleicht. Beide Motoren i und 3 sind Synchronmotoren.
Während aber der Synchronmotor 3 an das Wechselstromnetz q. unmittelbar angeschlossen
ist, ist zwischen den Motor i und das Wechselstromnetz q. noch ein umlaufender Frequenzwandler
5 geschaltet. Zum Antrieb dieses Frequenzwandlers 5 dient ein Gleichstrommotor 6,
der über zwei Stromrichter 7 und 7' in Kreuzschaltung ebenfalls mit dem W9chselstromnetz
q. verbunden ist. Die Steuerung der beiden Stromrichter 7 und 7' erfolgt
über die Steuereinrichtungen B und 8' in Abhängigkeit von dem Zustand der Widerstandsbrücke
des Düsenbolometers io in der Art, daß je nach der Richtung der Abweichung stets
nur einer der Stromrichter Strom führt, während der andere gesperrt ist. Im Normalzustand,
d. h. wenn Stellungsgleichheit vorhanden ist, sind beide Stromrichter gesperrt.
Der Motor 6 und damit der Frequenzwandler, 5 stehen dann still. Damit ist ein unbedingter
Gleichlauf der beiden Synchronmotoren i und 3 gewährleistet, so daß keine ungewollten
Verstellungen des gesteuerten Körpers auftreten können. Sobald zwischen steuerndem
und gesteuertem Körper eine Stellungsungleichheit in der einen oder anderen Richtung
auftritt, wird der Frequenz.wandler 5 in dem einen oder anderen Sinn angetrieben,
so daß die Frequenz, die dem Synchronmotor i zugeführt wird, entweder erhöht oder
vermindert wird. Die Welle g- wird dann so lange angetrieben, bis wieder Stellungsgleichheit
erreicht ist und damit die Stromrichter 7 wieder beide gesperrt sind.
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Es ist nicht nötig, die Stromrichter in Kreuzschaltung anzuordnen.
Es genügt vielmehr, wenn dem Gleichstrommotor ein einfacher steuerbarer Gleichrichter
vorgeschaltet ist. Dann muß der Frequenzwandler 5 ständig mit gleichbleibender Drehzahl
umlaufen, und durch das Bobmeter wird nur noch der Aussteuerungsgrad des Stromrichters
in . der Weise beeinflußt, daß sich die Drehzahl des Frequenzwandlers gegenüber
dem Normalzustand erhöht oder erniedrigt.