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Einrichtung zur selbsttätigen Ferneinstellung eines Gegenstandes von
einer Steuerstelle aus entsprechend einer vorgegebenen Bewegung Es ist !bereits
eine Mehrp.hasenstromkraftmaschine bekannt, in .deren =beiden mit Mehrphasenstromwioklungen
gleicher Polzahl, versehenen und,durch je einen Mehrphasenstrom erregten Teilen
magnetische Deenfe@lder gleichen Drehungssinnee erzeugt werden. Der bewegliche Teil
einer solchen Kraftmaschine wird nun dadurch nach links oder rechts; angetrieben.
oder äußeren Kräften gegenüber festgehalten, daß die Periodenzahlen der beiden Mehrphasensträme
voneinander verschieden oder einander gleichgemacht werden. Um :diese veränderliche
Periodenzahl zu erhalten, werden entweder die Antriebsmotoren zweier Drehstromerzeuger
versichieden stark erregt oder es, wird hierzu ein Periodenumformer benutzt.
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Es, ist ferner eine Ferneinsfielilvorrichtung mit in Brückenschaltung
angeordneten, über den. Unsmtigkeitspunkt drehbaren Gebern und Empfängern bekanntgeworden,
bei der beim Übergang jedes Gebers. über den Unstetigkeitspunkt
sein
Einfluß auf den Empfänger aufgehoben und dessen Bewegung während dieser Zeit durch
eine Hilfsvorrichtung geregelt wird.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren betrifft die Verstellung irgendwelcher
Teile aus der Ferne, und zwar über eine Hochfrequenzverbindung. Hierbei werden von
einer Ceberstelle Schwingungen veränderlicher Frequenz ausgesandt, durch die ein
in seiner Eigenschwingung stetig veränderlicher Empfänger bei Eintritt der Resonanz
mit den ausgesandten Schwingungen den Verstellv urgang einleitet und gleichzeitig
seine Veränderbarkeit während des Verstellvorganges unterbricht.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Einrichtung zur selbsttätigen
Fernsteuerung eines Gegenstandes, z. B. eines Peilers, eines Geschützes od. dgl.,
entsprechend einer vorgegebenen Bewegung von einer Steuerstelle aus über ein Kabel.
Bei Einrichtungen der genannten Art wird weiterhin gefordert, daß die Einstellung
des fern zu steuernden Gegenstandes für jede gewünschte Steuerstellung eindeutig
ist und auf dem kürzesten Wege erreicht werden kann.
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Darüber hinaus muß eine solche Fernsteuerung jederzeit betriebsfähig
sein, ohne daß es erst besonderer Maßnahmen bedarf, und diese Betriebsbereitschaft
muß beliebig lange Zeit aufrechterhalten werden. In der Praxis lassen sich diese
Forderungen nur dadurch erfüllen, daß an der Empfangsstation keine Geräte, wie z.
B. Batterien und Röhren, eingebaut sind, die einer Wartung oder alsbaldiger Erneuerung
bedürfen.
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Die erfindungsgemäße Fernsteuerung erfolgt nach dem Prinzip der Frequenzv
ariation, und zwar durch die Verwendung zweier innerhalb je eines bestimmten Winkelbereiches
erneut monoton ansteigender oder abfallender, gegeneinander versetzter Frequenzbänder,
die beim Auftreten eines Stellungsunterschiedes zwischen vorgegebener und nachgebildeter
Bewegung eine Verstimmung der Indikatoren bewirken, die das Entstehen einer Spannung
zur Folge hat, die als Steuergröße für die Regelung des Einstellmotors dient. Die
zwei Frequenzbänder umfassen den gleichen oder zwei verschiedene oder zwei sich
gegenseitig überlappende Frequenzbereiche. Die ganze Apparatur ist dabei derart
ausgebildet, daß bei beliebigen Stellungen des Gebers und des. einzustellenden Gegenstandes
nach Einschalten der Steuerung der Gegenstand selbsttätig mit seiner größten Geschwindigkeit
in die gewünschte Stellung läuft.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei-( spiele. Es zeigt Fig. i denschematischen
Aufbau derSteuerstation für einen Unteriv asserpeiler, f Fig. 2 den schematischen
Aufbau der Empfangsstation für einen Unterwasserpeiler, Fig.3 die Verwendung zweier
Frequenzbänder mit verschiedenen Frequenzbereichen, i Fig..I den grundsätzlichen
Stromverlauf in der Steuerstation, Fig. 5 den grundsätzlichen Stromverlauf in der
Empfangsstation, Fig.6 .die Verwendung zweier Frequenzbänder im gleichen Frequenzbereich,
Fig.7 schematisch die Schalteinrichtung hierzu in der Steuerstation, Fig. 8 desgleichen
in der Empfangsstation. Die Steuerstation (Fig. i) enthält zunächst einen Geber
i (gestrichelt angedeutet) mit den beiden Drehkondensatoren 2 und 3 und den zugehörigen
Schalteinrichtungen. und 5. Die Kondensatoren :2 und 3 können mittels eines Handrades
6 unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes 7 verstellt -,verden. Ferner
sind zwei Tonfrequenzgeneratoren 8 und 9 vorhanden,, deren Frequenzen durch die
Stellungen der Kondensatoren 2 und 3 bestimmt sind. Die beiden Bandpässe io und
i i dienen zur Entkopplung der Sender. Eine elektrische Weiche 12 gibt die Tonfrequenzen
und: den Gleichstrom zum Antrieb eines in der Empfangsstation befindlichen Motors
auf ein Aderpaar des Kabels 13. Eine ModuIierschaltung 14 setzt die von den Indikatoren
der Empfangsstation kommenden Gle.ichspaunungen in 5o-Hz-Z@Techselspannungen um,
deren Ausgangsspannung über einen Steuerverstärker 15 einer aus zwei gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsröhren bestehenden Schaltung 16 zugeführt wird. Zur Anzeige
der Stellungsdifferenz zwischen Handrad 6 und Peiler dient ein Instrument 17. Ferner
ist in der Steuerstation noch ein Störungsmelder (Empfänger) i8 und ein Anzeigegerät
i9 zur Überwachung z. B. des Flüssigkeitsstandes im Empfängerraum vorhanden.
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Die Empfangsstation (Fig. 2) enthält außer dem Peiler 2o eine weitere
elektrische Weiche 21 zum Trennen von Gleichstrom und Tonfrequenz sowie die beiden
Bandpässe 22 und 23, welche den Bandpässen io und i i in der Steuerstation entsprechen.
Es sind ferner zwei Indikatoren 24 und 25 vorhanden, die aus je einer Indikatorbrücke
mit Drehkondensator 26 bZZV. 27 und einer gesteuerten Gleichrichterbrücke bestehen.
Die Schalteinrichtungen für die Kondensatoren 26 und 27 sind mit 28 und 29 bezeichnet.
Die Verstellung der Kondensatoren 26 und 27 erfolgt durch einen Antriebsmotor
30 mit permanenter
Erregung über ein Getriebe 3i. Ein mit
dem Empfänger i8 zusammenarbeitender Störungsmelder 32 (Geber) dient zur Überwachung
des Flüssigkeitsstandes. im Enipfängerraum. .
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In dem. Kabel i3;, welches zur Verbindung der Steuerstation mit der
Empfangsstation dient, sind außer dem Aderpaar für den Peiler 2o noch drei weitere
für die Durchführung des Betriebes zwischen den beiden Stationen erferderliche Aderpaare
vorhanden. Ein Aderpaar :hiervon .dient zur Übertragung des Gleichstromes; zur Motorspeisung
und der Tonfrequenzbänder, das zweite Aderpaar zur Übertragung der Indikatorspannungen
sowie zur Störungsmeldung und das dritte Aderpaar zur Reserve bzw. zur Überwachung
des Isolationszustandes des Kabels.
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Nach Fig.3 steigt sowohl die Frequenz des Bandes I als auch die des,
Bandes II innerhalb eines Winkelbereiches von je 36o° monoton an. Na-oh je 36o°
Drehung des Handrades 6 springt die Frequenz des Generators 8 bzw. 9 auf den Anfangswert
zurück und steigt bei weiterer Drehung wieder an. Da der Pei:ler 2o (Empfänger)
erst dann stillsteht, wenn seine Stellung der des. Handrades 6 (Geber) entspricht,
so würde zwar theoretisch zur eindeutigen. Zuordnung von Peiler und Handrad-stel.lung
ein einziges Frequenzband :genügen. Es würden dann aber Schwierigkeiten beim Peilen
selbst auftreten. Stünden nämlich z. B. bei Benutzung des Frequenzbandes I Gebier
und Empfänger zunächst auf 355° und würde beim Peilen der Geber über 36o° hinaus
auf 5° gedreht, so würde der Empfänger dem Geber so lange in der gleichen Richtung
nachlaufen, als der Geber vor 360° steht, .also eine höhere Frequenz sendet. Beim
Drehen des Gebers über 36o° hinaus springt :aber die Frequenz auf den tiefen Anfangswert,
so claß der Empfänger umkehren und über fast eine ganze Umdrehung in die neue Stellung
laufen würde.
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Erfindungsgemäß ist die Unterdrückung dieser Erscheinung möglich .durch
die Verwendung von zwei Frequenzbändern, die z.. B. beide während je 36o° monoton
ansteigende Frequenz haben, deren Sprungstellen, .aber um i8o° versetzt sind und
in Abhängigkeit von der Handradstellung .gesendet werden. Mit Hilfe der Schalteinrichtungen
28 bzw. 29 in der Empfangsstation wird nun dafür, gesorgt, daß jeder Indikator (2q.
oder 25) sein zugehöriges Frequenzband nur in dem durch die Grundlinie der schraffierten
Fläche angedeuteten Winkeliiereich empfangen: kann, wobei zu beachten ist, daß jeder
Tonfrequenzgenemato@r (8 bzw. 9) immer nur auf einen und denselben Indikator (24
bzw. 25) arbeitet. An .den Sprungstellen der Frequenzbänder auf der Geberseite sind
die zugehörigen Indikatoren also wirkungslos. Die Empfindlichkeit am Beginn des
Empfangabereiches wird dabei .so :stetig von Null auf den vollen Betrag gebracht,
d.aß ihr Ansitieg etwas vor und nach dem- Ende des Empfangsbereiches des .anderen
Frequenzbandes vor -sich geht. Auf diese Weise wird eine lückenlose Alblösung der
Frequenzbänder untereinander erreicht.
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Es spei nun nochmals der Fall untersucht, daß Gelber und Empfänger
auf 355° stehen und der Geber plötzlich über 36o° hinaus auf 5° gestellt wird. Beim
überschreiten des 36o°-Pu@nktes-macht das, Frequenzband I zwar einen Sprung, aber
der zugehörige, Em#pfängeri.ndihator isst wirkungslos. Dagegen steigt die Frequenz
des Bandes II stetig an, so dlaß der Empfänger- ununterbrochen auf dem kürzesten
Wege in die neue Stellung von 5° läuft. Bei der Sprungstelle i8o° vertauschen die
beiden Frequenzbänder ihre Rollen.
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An Hand zweier Beispiele soll noch nachgewiesen werden, da@ß bei beliebiger
Abweichung zwischen Geber und Empfänger beim Einschalten der Steuerung der Peiler
in die der H.andradstellung entsprechende Stellung einläuft. Der Gelber soll, z.
B. auf 355° und der Empfänger auf 95° stehen. Gesendet werden Brand I mit höherer
Frequenz, Band II mit mittlerer Frequenz. Bei einer Empfänger-Stellung von 95° wird
zunächst nur Band I empfangen, und der Empfänger läuft in Richtung steigender Winkelgrade
Ibis; a7o° mittels Band I. An dieser Stelle wird das Band I wirkungslos, und der
Empfänger läuft nun hiss zu .der Stellung 355° mittels des Bandes II. Bis zum Erreichen
der gewünschten Endstellung hat der Empfänger also den langen Weg zurückzulegen.
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Steht der Geber wiederum auf 355°a der Empfänger aber Kauf 85°, so
wird wiegen der Empfindlichkeitsdrosselung Band I kaum noch empfangen. Der Empfänger
läuft also mittels des Bandes II auf dem kurzen Weg fallender Winkelgrade nach der
gewünschten 355°-Stellung. Die ;gewählten Beispiele lassen erkennen"daß die go°-Stelil,ung
des Empfängers mit Bezug auf die 355°-St--'l,lung des Gebers. entscheidend ist für
die Richtung, in der ersterer in die Ge#berstellung einläuft. Ganz allgemein läßt
:siech siagen, weichen Geber- und. Empfängerstellung um beliebige Winkel, voneinander
ab, so läuft der Empfänger über einen maximalen Winkelweg von 27o° in die Geberstellung.
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An Hand der Fig. q. und 5 soll nun noch nachgewiesen werden, daß ein
Verdrehen des Handrades eine Bewegung des Empfängers in Richtung der Handradstellung
hervorruft.
Es wird hierbei nur das Übertragungssystem des Frequenzbandes
I betrachtet, weil für das Frequenzband II die gleichen Ausführungen gelten.
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Es wird nun zunächst einmal angenommen, daß Geber und Empfänger die
gleiche Stellung haben. In diesem Falle sendet der Tonfrequenzgenerator 8 eine ganz
bestimmte, durch den Kondensator 2 eingestellte Frequenz, welche über den Bandpaß
io und die elektrische Weiche 12 auf das Kabel 13 geleitet wird. Am Empfangsort
wird diese Frequenz über die elektrische Weiche 21, Bandpaß 22 und Schalteinrichtung
28 dem Indikator 24 zugeführt. Die Indikatorbrücke ist für die ankommende Frequenz
abgestimmt, da ja Empfänger und Geber gleiche Winkelstellungen haben und demnach
auch die gleichen Kapazitäten an den Kondensatoren 2 und 26 eingestellt sind. Die
Induktivität in der Brücke ist hierbei gleich der im Sender. In diesem Falle ist
die Sekundärwicklung des Brückenübertragers spannungslos, und der Indikator gibt
keine Spannung nach außen ab. An dem Eingans der Modu.lierschaltung 14 und an dem
Ausgang des Steuerverstärkers 15 tritt daher keine Spannung auf. Die beiden gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsröhren 1611 und 164 führen den gleichen Strom, so daß die
Motorspeiseleitungen stromlos bleiben. Der Motor 30 bleibt also stehen, wie dies
nach der Voraussetzung gleicher Geber- und Empfängerstellungen auch sein muß.
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Wird nun das Geberhandrad 6 so verstellt, daß eine höhere Frequenz
auftritt, so wird der Indikator 24 auf dem eben beschriebenen Wege mit einer höheren
Frequenz gespeist als bisher. Für diese Frequenz ist die Brücke aber verstimmt,
und es tritt jetzt an der Sekundärwicklung des Brückenübertragers eine Spannung
auf, die nach Gleichrichtung mittels einer gesteuerten Gleichrichterbrücke über
das Kabel 13 dem Eingang der Modulierschaltung 1d. zugeführt wird. Der Steuerverstärker
15 steuert jetzt die Gitter der Gas- oder Dampfentladungsröhren 16a bzw. 16b in
dem Sinne, daß die eine Entladungsröhre mehr, die andere dagegen weniger Strom führt.
Die Differenz dieser Ströme wird über das Kabel 13 dem Antriebsmotor
30 zugeführt, der nunmehr den Peiler 2o dreht. Dabei verstellt der Motor
30 auch den Kondensator 26 mit, wodurch wiederum die Indikatorbrücke auf eine höhere
Frequenz abgestimmt wird. Dies geht so lange vor sich, bis die Brücke auf die gegebene
Frequenz abgestimmt ist, d. h. bis die Peilerstellung mit der Handradstellung übereinstimmt.
Während dieses Abstimmvorganges wird die von dem Indikator 24 abgegebene Spannung
immer kleiner, bis sie schließlich nach erreichter Abstimmung ganz verschwindet,
der Motor 30 also stehenbleibt.
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Bei einer Drehung des Handrades 6 des Gebers im anderen Sinne wäre
die Frequenz niedriger geworden. Dies hätte zur Folge, daß der Resonanzkreis der
Indikatorbrücke, der vorher induktiv war, jetzt kapazitiv wird. Die hinter der Gleichrichterbrücke
auftretende Gleichspannung kehrt also ihre Richtung um, und entsprechend werden
die Gitter der Entladungsröhren 16a und 16b im entgegengesetzten Sinne beeinflußt
wie vorhin. Demnach läuft auch der Motor 30 in entgegengesetzter Richtung
und stimmt die Brücke so lange tiefer, bis Empfänger und Handrad wieder gleichstehen.
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In die Zuleitung zur Modulierschaltung i.t ist noch ein Meßinstrument
17 eingeschaltet, dessen Nullpunkt in der Mitte liegt und mit dem der in die Modulierschaltung
fließende Strom gemessen wird. Dieser Strom ist ein Maß für die Differenz der Geber-
und Empfängerstellung. An dem Ausschlag des Instrumentes kann also die Stellungsdifferenz
abgelesen werden.
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Nach Fig.6 fällt sowohl das Frequenzband f1 des einen Tonfrequenzgenerators
als auch das Frequenzband f2 des zweiten Tonfrequenzgenerators innerhalb eines Winkelbereiches
von 36o° monoton ab. lach je 36o° Drehung des Handrades 6 springt die Frequenz des
Generators 8 bzw. g wieder auf den Anfangswert und fällt bei weiterer Drehung stetig
ab. Die Sprungstellen der beiden Frequenzbänder sind gleichfalls um 18o' gegeneinander
versetzt, und die Steuerung ist ebenfalls so getroffen, daß nur die schraffierten
Flächen auf die zugehörigen Indikatoren der Empfangsstation einwirken. Es ist dabei
zu beachten, daß einer Handraddrehung um 36o° eine Drehung der Kondensatoren nur
um i 8o' entspricht.
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In der Steuerstation sind, wie schon oben beschrieben, zwei Tonfrequenzgeneratoren,
eine elektrische Weiche, eine -Modulierschaltung, ein Steuerverstärker, eine Schaltung
für zwei gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsröhren und ein Meßinstrument
für die Anzeige der Stellungsdifferenz zwischen Geber- und Empfängerstellung vorhanden.
In der Empfangsstation sind in der gleichen Weise ein Peiler mit zugehörigem Antriebsmotor,
zwei Bandpässe, zwei Indikatoren und eine elektrische Weiche vorgesehen, deren Zusammenarbeiten
untereinander und mit der Steuerstation in der oben näher beschriebenen Weise vor
sich geht. Es dürfte sich auch erübrigen, nochmals die Eindeutigkeit der Steuerung
und das Ansprechen derselben beim Vorhandensein einer Fehlstellung zwischen Geber
und Empfänger zu beschreiben.
Es sollen nun noch die Schalteinrichtungen
bei der Verwendung zweier Frequenzbänder näher beschrieben werden. Die in der Steuerstation
von den beiden Tonfrequenzgeneratoren erzeugten Frequenzbänder f1 und f2 werden
gleichzeitig durch Verdrehen der Drehkondensatoren 33 und 34 bzw. 35 und 36 (Fig.
7), welche auf einer Achse 37 fest angeordnet sind, geändert. Diese Achse 37 wird
über das Übersetzungsgetriebe 7 vom Handrad 6 angetrieben. Auf der Achse 37 sind
ferner Nockenscheiben 38, 39 und 40, 41 angeordnet, welche abwechselnd den Drehkondensator
33 oder 34 bzw. 35 oder 36 einschalten. Vor den Generatoren 8 bzw. 9 sind noch die
Kondensatoren 42 bzw. 43 vorgesehen.
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Während einer Handraddrehung von o bis 36o° liegt der Kondensator
33 über dem Nockenkontakt 44 parallel zum Kondensator 42, während der Kondensator
34 abgeschaltet ist. Die Kapazität des Kondensators 33 ändert sich dabei von ihrem
Anfangswert bis zu ihrem vollen Endwart, während gleichzeitig die Kapazität des
Kondensators 34 von ihrem Endwert auf ihren Anfangswert abnimmt. In der 36o°-Stellung
des Handrades 6 wird durch den Nockenkontakt 44 der Kondensator 33 abgeschaltet,
und der Kondensator 34 liegt nun parallel zum Kondensator 42. Bei einer weiteren
vollen Umdrehung des Handrades 6 ändert sich die Kapazität des Kondensators 34 von
ihrem Anfangswert biis zu ihrem vollen Endwert, während gleichzeitig die Kapazität
des Kondensators 33 von ihrem Endwert auf ihren Anfangswert abnimmt. Nach vollendeter
Umdrehung erfolgt wiederuim eine Umschaltung durch den Nockenkontakt44. In gleicher
Weise erfolgt auch die Umschaltung der Kondensatoren 35 und 36 durch den Nockenkontakt
45. Die Umschaltestelle ist hierbei um 9o° entsprechend einer Handraddrehung von
18o° versetzt.
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Der Motor 30 (Fig. 8) treibt über das Getriebe 3 i den Peilen 2o und
gleichzeitig eine Achse 46 an, auf welcher in derselben Weise wie in der Steuerstation
die Drehkondensatoren 47 und 48 bzw. 49 und 5o, die Nockenscheiben 51 und 52 bzw.
53 und 54 sowie die Nockenkontakte 55 und 56 angeordnet sind. Die Umschaltung der
Kondensatoren erfolgt dabei in der gleichen Weise wie vorbeschrieben. Es ist immer
abwechselnd Kondensator 47 oder 48 bzw. 49 oder 5o in die Brücke des Indikators
24 oder 25 eingeschaltet. Auch die Umschaltestellen sind wieder um 9o° entsprechend
der Handraddrehung von i8o° gegeneinander versetzt.
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Auf der Empfangsseite sind Überblendeeinrichtungen 28, 29 angeordnet,
welche mit der Kondensatorachse gekuppelt sind und abwechselnd im Umschaltebereich
die empfangene Tonfrequenzamplitude des entsprechenden Tonfrequenzkanals kontinuierlich.
oder sprungweise ein- bzw. ausschalten. Diese Überblendung erfolgt durch Kontakte
oder Veränderung der galvanischen, magnetischen oder kapazitiven Ankopplung an einer
beliebigen Stelle, solange die beiden Steuerkanäle getrennt verlaufen.