DE748653C - Fernsteuereinrichtung mit UEbertragung der Steuerkommandos durch einen Lichtstrahl - Google Patents

Description

• Fernsteuereinrichtung mit Übertragung der Steuerkommandos durch einen Lichtstrahl Die Erfindung -löst die Aufgabe, die Stellung eines- beweglichen. Organs von einer anderen Stelle- aus mit Hilfe eines Lichtstrahles zu steuern. Sie ist insbesondere für die Fälle von Bedeutung, wo entweder die Kommandostelle oder das zu steuernde Organ bzw. alle beide ortsbeweglich sind. Mit Hilfe der Erfindung ist beispielsweise ein in einem Fahrkorb oder auf einem Laufkran stehender Wärter in der Lage, während seiner Fortbewegung durch Lichtimpulse die gewünschte Bewegung auszulösen, zu begrenzen und zum Stillstand zu bringen. Die Erfindung benutzt zur Übertragung der Steuerkommandos einen Lichtstrahl in der Weise, daß jeder Stellung des gesteuerten Organs ein bestimmter Zustand des Lichtstrahles zugeordnet'ist und die auf dieses Organ ausgeübte Verstellkraft außer von dem Zustand des Lichtstrahles noch von einer weiteren -Größe abhängt, die sich mit der Stellung des gesteuerten Organs so ändert, daß die durch ihr Zusammenwirken mit dem jeweiligen Zustand des Lichtstrahles zustande kommende Verstellkraft bei Erreichung der angestrebten Stellung verschwindet. Gemäß der Erfindung wird die Häufigkeit der aufeinanderfolgen.den Stärkeänderungen des Lichtstrahles in der Zeiteinheit oder deren Phasenverschiebung gegenüber einer sich mit derselben Häufigkeit in der Zeiteinheit periodisch ändernden, am Sender wie am Empfänger mit gleicher Phasenlage verfügbaren Bezugsgröße je nach dem Kommandoinhalt groß oder klein gehalten.
• Steuerungen, welche Lichtstrahlen als Übertragungsmittel für die Steuerkommandos benutzen, sind bereits mehrfach bekanntgeworden. So ist es beispielsweise bekannt, bestimmte einmalige Vorgänge, wie das Zünden einer Mine oder die Ingangsetzung eines Uhrwerkes, durch einen Lichtimpuls auszulösen. Eine andere Art, den Lichtstrahl zur Steuerung zu benutzen:, besteht darin, daß sich der Empfänger selbsttätig dem Lichtstrahl räumlich nach-steuert, wenn dieser seine Lage ändert. Man hat auch schon zur Übertragung von Steuerkommandos, Lichtstrahlen verwendet, die ihrer Stärke nach periodisch verändert werden und wobei die Häufigkeit der Stärkeänderungen in der Zeiteinheit je nach dein- Inhalt des Steuerkommandos verschieden groß gewählt wird. Bei dieser bekannten Steueranordnung handelt es sich jedoch wiederum nur darum, bestimmte Bewegungsvorgänge durch einen Lichtimpuls auszulösen und durch einen zweiten Impuls bzw. durch das Abschalten des Steuerlichtstrahles wieder stillzusetzen. Die unterschiedliche Häufigkeit der periodischen Stärkeänderungen des Lichtstrahles in der "Zeiteinheit hat hier lediglich den Zweck, ein und dieselbe Strahlv erbindung zur Steuerung verschiedenartiger beweglicher Organe auszunutzen. Die Erfindung unterscheidet sich hiervon grundsätzlich dadurch, daß der Lichtstrahl nicht nur die gewünschte Bewegung auslöst, sondern entsprechend der Häufigkeit seiner Stärkeänderungen bzw. deren Phasenverschiebung gegenüber einer Bezugsgröße voll vornherein auch gleich das Bewegungsziel festlegt, dein die Bewegung des gesteuerten Orgatt; zustrebt. Soll also beispielsweise ein Ventil uitt einen bestimmten Winkel gedreht werden, so entspricht dein eitle ganz bestimmte Änderung der genannten Größe des Lichtstrahles, der dann nur so lange eine Bewegung des Ventils zur Folge hat, bis dieses die gewünschte Endlage erreicht hat.
• Zwei Ausführungsbeispiele sind auf den Zeichnungen dargestellt, und zwar -neigt Fig. i eine Steuerung, bei der die Lichtquelle und die von der Photozelle beeinflußte Steuervorrichtung aus einer einzigen Wechselstromquelle gespeist werden:, während Fig. -2 eine Anordnung veranschaulicht. bei der eilte solche gemeinsame Versorgung aus einer einzigen Stromquelle nicht möglich ist. Die Einrichtung nach Fig. i dient zur Steuerung eines Ventils i mit einem Antriebsmotor 2. Der Motor ist hierbei z. B. mit dem Ventil durch einen Schneckenantrieb verbunden. bestehend aus einer auf der Motorwelle d. sitzenden Schnecke 3 und einem mit dem Ventil verbundenen Schneckenrad 5 : ferner stellt er durch eine Welle 12 und eine Zahnradübersetzung 13, 14 so in Verbindung mit einem Phasenschieber i i, daß die Stellung des letzteren der jeweiligen Stellung des Ventils i entspricht. Der Motor 2 ist bei dein gezeichneten Beispiel ein unisteuerbarer Reihenmotor mit zwei entgegengesetzt zueinander gewundenen Wicklungen i5, 16. Die eine Seite des Ankers ist durch eine Leitung 17 finit einem Netz leiter I_1 verbunden und die andere Ankerseite durch einen Leiter 18 all die vereinigten Enden der beiden Reihenfeldwicklungen 15, 16 angeschlossen. Durch wahlweise Verbindung des freien Endes einer jeden der beiden Wicklungen 15, 16 mit einem anderen Leiter des Dreiphasennetzes, z. B. an L., kann der Motor 2 so erregt werden. daß er in der einen oder anderen Richtung läuft. Diese Steuerung erfolgt durch eine mehrphasige I Hilfsvorrichtung, z.B. ein InduktionsscheibeltreIais 21 mit ortsfesten Kontaktpaaren 22, 23 und einem umlaufenden L'berbrückungskontakt 24.. Das freie Ende der Feldwicklung 15 ist an das eine Kontaktpaar 22 durch einen Leiter 25 angeschlossen, und das freie Ende der anderen Feldwicklung 16 mit einem Kontakt des anderen Kontaktpaares 23 durch eine Leitung 26 verbunden. Die anderen Kontakte der Kontaktpaare 22, 23 sind durch eine gemeinsame Leitung 27 miteinander verbunden, die an den -Netzleiter L.> führt. Durch Ulberbrückung des einen oder anderen Paares Ortsfester Kontakte 22, 23 ist also der Motor im einen oder anderen Drehsinne zu betreiben.
• Der Cberbriickungskontakt 24. des Relais tritt seitlich aus einer Welle 31 hervor, die durch eine Feder 32 zentrisch gehalten ist. Die Drehung der Relaiswelle 31 erfolgt durch eine auf ihr gelagerte Scheibe 33, die vom zweiphasigen Feld eines mit zwei Wicklungen 35, 36 versehenen Kernes 34 beeinflußbar ist. Die Relaiswicklungen 35 sind durch Leitungen 37, 38 mit drehbaren Bürsten .I1, .I2 des Phasenschiebers iz verbunden, dessen geschlossene Wicklung .I3 drei in gleichen Abständen voneinander angeordnete und durch drei Leitungen .1I, .I5...16 mit den -Netzleitern Lt. I_., und L3 verbundene Anzapfungen aufweist. Die Pliasenschieberbürsten 41, .I2 sind mechanisch mit der Welle i-2 verbunden und dadurch jederzeit in Übereinstimmung finit der jeweiligen Stellung des Ventils i einstellbar. Der Phasenschieber ist aus einer einpliasigen Wechselstromquelle, gewünschtenfalls über einen Generator, eine Drosselspule oder einen Widerstand zu erregen.
• Auf .diese Weise werden die Wicklungelt 35 des Relais dauernd aus dein -Netz erregt, die t Pltasenlage.des Erregerstrontes wird jedoch in i'bereinstimmung mit der jeweiligen Stellung de: zu steuernden Apparates oder Maschinenteiles verändert.
• Die andere Relaiswicklung 36 wird durch eine \"erst:irkerrölire.I; erregt und ist zti dein Zweck mit dem Anodenstromkreis der Röhre durch einen Transformator T, gekoppelt, finit dem sie durch Leitungen 4c), 5o verbunden ist. Itn Anodenstromkreis .I8 liegt eine Batterie 53 oder eine andere Gleichstromquelle, uitt die Anode 54 der Röhre .I7 positiv gegenüber ihrer Glühkathode 55 aufzuladen. Letztere erhält den Heizstrom aus der Sekundärwicklung eines Transformators T., dessen Primärwicklung durch Leitungen .I4, 61 an eine Phase des Dreiphasennetzes angeschlossen ist. Die Mittelaimapfung 62 der SeJ:tind:irwickhing des Transformators Tdient als Altschluß für den Anodenstromkreis über einen Widerstand R1. Im übrigen ist das Gitter der Verstärkerröhre mit der Glühkathode durch einen Widerstand R. verbunden und erhält durch den Widerstand R1 eine negative Verspannung. Wünscht man die Verstärkerwirkung zu vergrößern und den Apparat einpfindlicher zu gestalten, so kann man statt einer Röhre auch mehrere anwenden.
• Die Steuerung der Einrichtung erfolgt durch eine Photozelle 66, deren eine Elektrode unmittelbar mit dem Gitter der Verstärkerröhre 47 verbunden ist. Die andere Elektrode ist durch eine Leitung 67 an eine positive Klemme der Anodenbatterie 53 angeschlossen. Dementsprechend verändert die Photozelle je nach dem auf sie fallenden Licht das Gitterpotential der Verstärkerröhre 47 und regelt den Strom im Anodenstromkreis 48.
• Damit ein sich in größerem Abstand von der Anlage aufhaltender Wärter die letztere nach Wunsch steuern kann:, ist er mit einer Lichtquelle 71 ausgerüstet, die vorteilhaft einen Reflektor 72 und eine Sammellinse 73 enthält, um das Licht zu konzentrieren. Als Lichtquelle kann eine Neonlampe 74 dienen, die eine Reihe von Lichtblitzen oder einen Lichtstrahl auszusenden vermag und deren Licht mit der Frequenz des zu speisenden Netzes moduliert wird. Sie ist durch Leitungen 75, 76 mit den umlaufenden Bürsten 77, 78 eines Phasenschiebers 79 verbunden, der durch Drehen einer Zeigerscheibe 8i von Hand einstellbar ist. Der Phasenschieber hat eine geschlossene Wicklung 82 mit drei in g u leichen Abständen voneinander angebrachten Anzapfungen, die durch Leitungen 83, 84 und 61 an die einzelnen. Phasenleiter des Netzes angeschlossen sind. Auch kann der Phasenschieber durch eine Einphasenwechselstromquelle über Kondensatoren, Drosselspulen und Widerstände erregt werden, genau so wie der erstgenannte Phasenschieber ii.
• Der von Hand einstellbare Phasenschieber 79 bleibt in der Nähe des die Anlage bedienenden Wärters, ist also z. B. im Fahrkorb eines Laufkranes neben dem Standort des Wärters angebracht. Gegebenenfalls kann der Phasenschieber 79 auch von dem Wärter mitgeführt werden und zu dem Zweck mit dem Lampengehäuse 71 zusammengebaut sein. Seine Verbindungsleitungen 83, 84 und 61 werden dann zweckmäßig zu einem Kabel vereinigt. .
• Soll nun das zu steuernde Ventil in die gewünschte Stellung gebracht werden, so braucht der Wärter nur die Zeigerscheibe 8i des Phasenschiebers 79 auf die entsprechende Stellung zu drehen und einen modulierten Lichtstrahl aus der Lichtquelle 74 auf die Photozelle 66 zu richten. Der auf die Photozelle treffende Lichtstrahl verändert dann das Gitterpotential der Verstärkerröhre 47, ruft damit eine Folge von Stromstößen im Anodenstromkreis .48 hervor und erregt dadurch die Wicklung 36 des Zweiphasenrelais ai über den Kopplungstransformator Tl. Da die beiden Relaiswicklungen 35 dauernd durch den selbsttätigen Phasenschieber i i erregt sind, so entstellt ein Drehmoment, das die Scheibe 33 in der einen oder anderen Richtung dreht, je nach der Phasenlage der Erregung der Wicklungen 35 und 36. Der Kontakt 2q. überbrückt dann ein Paar der ortsfesten Kontakte 22 oder 23, und der Motor -2 läuft in entsprechendem Drehsinn um. Durch die Einstellung des Phasenschiebers 79 verändert der Wärter die Phasenbeziehung des die Wicklung 36 erregenden Stromes gegenüber der des Erregerstromes-für die Wicklungen 35 aus dem anderen Phasenschieber. Der Motor 2 wird also in der einen oder anderen Richtung angelassen, je nach der Einstellung der Zeigerscheibe 81 durch den Wärter.
• Mit der Bewegung der gesteuerten V orrichtung i wird der automatische Phasenschieber il gedreht, und wenn seine jeweilige Stellung mit der Lage des von Hand einstellbaren Hiasenschiebers ; 9 übereinstimmt, werden die Wicklungen 3-5 des Relais 21 in Phase mit der Wicklung 36 erregt; dann ist kein Drehmoment vorhanden, das auf die Scheibe 33 wirken könnte, und der Überbrückungskontakt 24 wird durch die Feder 32 geöffnet, wodurch der Motor stillgesetzt wird.
• Ist das gesteuerte Ventil nur klein, so ist der Motor 2 entbehrlich, und das Relais kann selbst als Motor für die Bewegung des Ventils i und des Phasenschiebers i i benutzt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Einrichtung nicht durchgehen oder über die gewünschte genaue Einstellung hinauslaufen kann, weil, sobald die. genaue Einstellung erreicht ist, die auf die Induktionsscheibe 33 wirkende Kraft allinäh-]ich verringert wird und die Scheibe langsam zum Stillstand kommt.
• Unter Umständen kann es wünschenswert sein, die Fernsteuerung von einem Standort aus zu bewirken, vier so weit von dein zu steuernden Apparat abliegt, daß es unmöglicfi ist, die Lichtquelle und Photozelle aus derselben Wechselstroniquelle zu erregen, also z. B., wenn auf einem Boot befindliche Vorrichtungen vom Ufer her gesteuert werden sollen. In diesem Falle kann man sich der Anordnung nach Fig: 2 bedienen, bei der die Erregung beider Wicklungen des Induktions-Scheibenmotors von der Verstärkerröhre aus überwacht wird.
• Die Stromkreise der Verstärkerröhre und des Zweiphasenmotors sind bei dieser Ausführungsform im wesentlichen dieselben wie in Fig. i, nur ist die Wicklung 35 mit dem Verstärkerausgangstransformator Tl verbunden, indem die Leitung 37 von einer Klemme der Wicklung 35 an die Ausgangsleitung 5o und die Leitung 3£ von der anderen Klemme der Wicklung 35 durch einen veränderlichen Kondensator3g und eine Leitunggi an die andere Ausgangsleitung .4g des Transformator: angeschlossen ist. Der Kondensator 39 ist mit der Welle 31 des Motors 21 mechanisch verbunden und hat eine solche Kapazität, daß er bei richtiger Einstellung den Stromkreis 37, 38, 9i der Wicklung 35 auf Resolianz mit der anderen Frequenz einstellt. Deshalb ist, obwohl beide Wicklungen 35, 36 vom Verstärkerausgang erregt werden, die eine Wicklung, nämlich 35, auf Resonanz eiligestellt, die andere Wicklung aber, 36, bleibt über einen weiten Bereich außer Resonanz.
• Der zu steuernde Teil 92 ist mit der Welle 31 des Relais 21 durch die Kupplung 93 unillittelbar verbunden. Soll ein starker Motor oder eine große Maschine auf einem Boot durch den Motor 21 gesteuert «-erden, so kann er mit Relaiskontakten gemäß Fig. i ausgerüstet sein.
• Die Blitz- oder Blink-Neonlanipe 7.1., die zur Steuerung des Systems dient, kann von einer beliebigen Wechselstromquelle, z. B. einem Generator 9q, aus, erregt werden, der durch einen Gleichstrommotor 95 mit regelbarer Geschwindigkeit angetrieben wird, welch letztere mittels eines Thermostaten 96, der in Reihe mit einer Feldwicklung 97 liegt, überwacht wird.
• Im Betriebe kann der Wärter die Frequenz für die Lichtblitze der Neonlampe 7.4 ei_tistellen und damit die Frequenz der Stromstöße im Verstärkerausgangskreis regeln. Gewöhn-]ich wird der Erregerkreis der Wicklung 35 des Relais 21 auf Resonanz und sein Erregerstrom in Phase mit dein Erregerstrom der oberen Wicklung 36 eingestellt. Dann -ist kein Drehmoment vorhanden, das die Wirbelstromscheibe 33 drehen könnte, und diese verharrt im Stillstand. Verändert hingegen der Wärter die Geschwindigkeit des Motorgenerators, der die Lampe 7.4 erregt, so wird auch die Frequenz. der Verstärkerausgangsstronistöl;e v iiiidert, und die Erregerströme in den er, e-, Wicklungen des zweiphasigen Relaismotors werden außer Phase gebracht; dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, das die Scheibe 33 in Umlauf versetzt. Indem die Scheibe uni: läuft und den zu steuernden Teil 92 bewegt, verstellt sie auch den Drehkondensator 39 und stimmt damit den Erregerkreis der Wicklung 35 wieder auf Resonanz, wenn die richtige Stellung erreicht ist. Die Erregerströme in den Wicklungen des Relais werden in der einen oder anderen Richtung außer Phase gebracht, je nachdem, ob der Wärter die Frequenz der Lichtblitze aus der Lanip 7.4 steigert oder verringert, und die Scheibe 33 wird in der einen oder anderen Richtung bewegt, bis der Kondensator genügend weit verstellt ist, um seinen Stromkreis auf Resonanz abzustimmen.
• Die beschriebenen Vorrichtungen geben dein Wärter ein Mittel an die Hand, nicht nur die genaue Stellung des zu steuernden Apparate oder Maschinenteiles zu erzielen, sondern auch die Vorrichtung sehr einfach in jedem Augenblick stillzusetzen oder anzulassen, indem er den Lichtstrahl auf die Photozelle richtet oder ihn von ihr ablenkt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Fernsteuereinrichtung mit übertragttlig der Steuerkommandos durch einen Lichtstrahl, wobei jeder Stellung des gesteuerten Organs ein bestimmter Zustand des Lichtstrahles zugeordnet ist und die auf dieses Organ ausgeübte Verstellkraft außer von dem Zustand des Lichtstrahles noch von einer weiteren Größe abhingt, die sich mit der Stellung des gesteuerten Organs so ändert, daß die durch ihr Zusaminenwirken mit dem jeweiligen Zustand des Lichtstrahles zustande kommende Verstellkraft bei Erreichung der angestrebten Stellung verschwindet. dadurch gekennzeichnet, daß die Häufigkeit der aufeinanderfolgenden Stärke.inderungen des Lichtstrahles in der Zeiteinheit oder deren Phasenverschiebung gegenüber einer sich mit derselben Häufigkeit in der Zeiteinheit periodisch ändernden, am Sender wie am Empfänger mit gleicher Phasenlage verfügbaren Bezugsgröße je nach dem Koinmandoin.halt groß oder klein gehalten wird. ?. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das ztt steuernde Organ ausgeübte Verstellkraft voll einer zwischen das lichtempfindliche Organ der Empfangsseite und deal Antrieb der zu steuernden Vorrichtung geschalteten mehrphasigen Hilfsvorrichtung abhängt, die einerseits durch einen finit dein zti steuernden Organ gekoppelten Pliasenschieber und andererseits durch die von dein lichtempfindlichen Organ gelieferten Strom- bzw. Spannungsimpuls beeinflußt wird. . 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, <laß die Hilfsvorrichtung ein Relais ist, dessen Anker (drehbare Wirbelstronischeibe) voll niineIestens zwei Wicklungen beeinfiußt ist, deren eine ihre Erregung von denn finit dein zu steuernden Organ verbundenen Phasenschieber erhält. während die Erregung der anderen abhängig ist voll der durch einen zweiten Phasenschieber bestimmbaren Modulation der Lichtimpulse. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß- die eine Relaiswicklung (35) dauernd mit Wechselstrom erregt ist, dessen Phase mit der Bewegung des zu steuernden Organs von dem mit letzterem verbundenen Phasenschieber (i i ) verändert wird, während die Erregung der zweiten- Relaiswicklung (36) durch einen beliebig einstellbaren zweiten Phasenschieber (79) und die von ihm abhängige Modulation der Lichtimpulse in jede gewünschte Phasenlage gegenüber der Erregung der ersten Relaiswicklung einstellbar ist, und daß die gegenseitige Phasenlage der Erregungen beider Relaiswicklungen den Lauf des Relais (21) und damit das Ein- und Ausschalten des An-. triebes des zu steuernden Organs bestimmt. 5. Einrichtung nach Anspruch i '-bis- 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpulse zur Erregung -der zweiten Relaiswicklung (36) mit der Frequenz der speisenden Wechselstromquelle aufeinander-, folgen, die Phase dieser Impulse gegen die des Wechselstromes aber nach Belieben verschiebbar ist. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Relaiswicklungen (35, 36) von dem lichtempfindlichen Organ (66) gespeist werden und daß im Stromkreis der einen Relaiswicklung (35) ein mit der Stellung des zu steuernden Organs veränderliches Scheinwiderstandsglied (39) liegt, derart, daß diejenige Stellung des zu steuernden Organs, in der Phasenübereinstimmung der beiden Erregungen besteht, von der Frequenz der Lichtimpulse abhängt. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften .... Nr. 497 702, 334 563, 272 136, 248 616, -245 051, 168 o66, 596 771, 479 599, 5i5 569, 328 811, 451924, 529 337e 529 336, 362 o16, 251 298; USA.-Patentschriften ..... Nr. 1 072 i52, 1820 508, 1 150 953, 1721375, 16io625; österreichische Patentschrift. . Nr. 52 486; . britische - - 192 122; Generalelectric Review 33 (1933), Nr.9, S. 500 ff.