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Vorrichtung zur Fernübertragung einer Bewegung Die vorliegende Erfindung
betrifft Mittel zur Wiedergabe einer Bewegung und insbesondere Mittel zur Wiedergabe
einer Winkelbewegung an einem entfernten Ort und bildet eine neue Verbesserung und
Vereinfachung einer früher vorgeschlagenen Einrichtung für den gleichen Zweck.
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Der Apparat nach der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders,
ebenso wie die (rüber vorgeschlagene Einrichtung, für eine Fernanzeige, d. h. zum
Messen des Wertes einer Größe an einem Punkt mittels eines beliebigen geeigneten
Meßinstrumentes und dann zum Übertragen und zur Anzeige dieses Wertes an einem anderen
entfernten Punkt, jedoch kann er auch auf Wunsch für Fernsteuerung oder für andere
Zwecke verwendet werden.
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Bei der früher vorgeschlagenen Einrichtung besteht der Apparat aus
einem Sender und einem entfernten Empfänger, die miteinander elektrisch verbunden
sind, wobei der genannte Sender und der genannte Empfänger aus zwei im wesentlichen
ähnlichen elektromagnetischen Vorrichtungen bestehen, die je einen Ständer mit einem
Kern aus einem magnetisch durchlässigen Stoff und mit einer auf diesem Kern angeordneten
Einphasenwicklung, wobei Kern und Wicklung miteinander induktiv verbunden sind sowie
einen Läufer besitzen, der aus einem mit Polen versehenen Magneten besteht, der
mit dem Kern und den Wicklungen magnetisch verbunden ist. Die eine der Wicklungen
des Senders und die entsprechende Wicklung des Empfängers werden mittels eines sich
periodisch ändernden Stromes erregt, der entweder ein Wechselstrom oder ein pulsierender
Gleichstrom sein kann, und wenn der mit Polen versehene Magnetläufer des Senders
gedreht wird, so dreht
sich der mit Polen versehene Magnetläufer
des Empfängers in entsprechender Weise und mit dem erstgenannten synchron.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Mehrphasenwicklung und
die Einphasenwicklung einer jeden der Vorrichtungen durch eine einzige Wicklung
oder Spule ersetzt, die mit mehreren Anzapfungen versehen ist, und die mit Anzapfungen
versehene Wicklung des Senderständers ist mit entsprechenden Anzapfungen der Wicklung
des Empfängerständers elektrisch verbunden, wodurch eine Wicklung weggelassen werden
kann, ohne auf ihre Funktion zu verzichten, und die Konstruktion der bisherigen
Vorrichtung vereinfacht wird.
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Dementsprechend besteht der eine Zweck der Erfindung darin, eine neuartige
und verbesserte Einrichtung zur Wiedergabe einer Bewegung an einem entfernten Punkt
zu schaffen, welche Einrichtung aus zwei neuartigen elektromagnetischen Vorrichtungen
besteht, von denen die eine als Sender und die andere als Empfänger wirkt und die
je aus einem gewickelten -Ständer bestehen, der mit einem Magnetläufer zusammenwirkt,
welcher keine Wicklungen trägt, wodurch Bürsten, Schleifringe und Kommutatoren überflüssig
sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde auch festgestellt, daß sich
die betreffende Einrichtung leicht bei Kompassen mit Fernablesung verwenden läßt,
bei denen die Richtungsangabe eines Hauptmagnetkompasses durch einen oder mehrere
Tochterkompasse wiedergegeben wird, die an vom genannten Hauptmagnetkompaß entfernten
Stellen angeordnet sind. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Magnetläufer des
Senders entfernt und der gewickelte Ständer so angeordnet wird, daß er mit dem Magneten
des Kompasses zusammenwirkt, wodurch dieser Kompaßmagnet dann als Läufer für den
Sender arbeitet und die Verwendung eines getrennten Läufers oder eines Folgemotors
mit Relais überflüssig ist. Daher besteht ein anderer Zweck der Erfindung därin,
eine neuartige, für Magnetkompasse bestimmte Wiedergabevorrichtung zu schaffen,
bei welcher die an den Sender angelegte Richtungsanzeige vom Kompaß ohne jegliche
mechanische Verbindung mit dem umlaufenden Magnetsystem des Kompasses und ohne Verwendung
irgendwelcher Relais oder Folgemotoren abgeleitet wird.
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Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine neuartige Magnetkompaßwiederholervorrichtung
zu schaffen, worin die übertragung der Kompaßanzeige auf entfernteWiederholer oder
Anzeiger das Arbeiten des Kompasses selbst in keiner Weise beeinträchtigt.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine neuartige Magnetkompaßwiederholervorrichtung
zu schaffen, bei welcher es unnötig ist, die Konstruktion des Kompasses irgendwie
abzuändern, wenn der Sender am Kompaß angebracht wird.
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Obige und sonstige Zwecke und Vorteile der Erfindung ergeben sich
mit mehr Einzelheiten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung sowie aus
den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt
sind. Es wird jedoch ausdrücklich bemerkt, daß es sich bei diesen Zeichnungen lediglich
um Ausführungsbeispiele handelt, auf welche sich die Erfindung keineswegs beschränkt,
wobei die Schutz-, weite der Erfindung nur durch die am Schluß der Beschreibung
angeführten Patentansprüche bestimmt wird.
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. In den -Zeichnungen, in denen gleiche Teile in den drei Figuren
durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet werden, zeigt Abb. i eine mehr oder weniger
schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung in ihrer Anwendung
für die Erzeugung einer Fernangabe, beispielsweise in einem Höhenmesser, mit einem
Sender und einem Empfänger und den zugehörigen magnetischen und elektrischen Stromkreisen
und Verbindungen, Abb.2 eine ähnliche Darstellung einer anderen Ausführungsform
der Erfindung in ihrer Anwecidung bei einem magnetischen Kompaß zur Erzeugung von
Fernangaben durch diesen Kompaß, wobei der Sender und der Empfänger im Querschnitt
gezeigt sind, und Abl>. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung in ihrer Anwendung
bei einem Kompaß, wobei nur der Sender mit dem zugehörigen, unter dem Kompaß angeordneten
Ständer gezeigt ist.
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Der neuartige, in den Zeichnungen und insbesondere in der Abb. i gezeigte
Apparat nach der Erfindung besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus
einem Sender 3 und einem entfernten Empfänger q,, der mit dem genannten Sender in
einer Weise elektrisch verbunden ist, die weiter unten beschrieben werden soll.
Es versteht sich natürlich von selbst, daß zwei oder mehrere solche Empfänger mit
dem genannten Sender 3 verbunden werden können.
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Der Sender besteht aus einem Ständer und einem Läufer, die miteinander
zusammenwirken. Der Ständer besteht aus einem Kern 5, der durch einen lamellierten
Ring aus einem magnetischen, hoch durchlässigen Stoff, wie er z. B. unter der Bezeichnung
Permalloy oder n-Metall bekannt ist, gebildet wird, auf welchem eine einzige Spule
6 gewickelt ist. An zwei oder mehreren Stellen, wie z. B. bei 7 und 8 zwischen den
Enden 9 und io der genannten Spule sind Anzapfungen vorgesehen, wobei die Enden
und die Anzapfungsstellen längs des Umfanges des Kernes 6 in einem Winkelabstand
von 120" voneinander angeordnet sind.
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Innerhalb des Ständerkernes 5 des Senders und in magnetischer Verbindung
damit und mit der Spule 6 ist ein Rotor i i angeordnet, der durch einen magnetischen
Teil von ausgeprägter Polarität, wie z. B. einen drehbaren Dauermagneten gebildet
wird, der Nord- und Südpole N und S besitzt, die einen magnetischen Fluß mit einer
einzigen Richtung erzeugen, welcher in den Kern 5 eindringt. Der Läufer i -i ist
hier als Scheibenmagnet gezeigt, bei welchem die eine Hälfte den Nordpol und die
andere Hälfte den Südpol bildet.
Der in (ler :\1i1>. i gezeigte
Empfänger 4 ist an einer entfernten Stelle angeordnet und besteht ebenfalls aus
einem Ständer und einem Läufer, die miteinander zusammenwirken. Der Ständer bestelit
aus einem Kern 12, der durch einen lamellierten Ring aus einem hochdurchlässigen
Stoff gebildet wird, auf welchem eine einzige Spule 13 ge@@iclcelt ist. Diese
Spule ist ebenfalls an zwei oller mehreren Stellen, wie z. B. bei 14 und 15 zwischen
ihren Enden i6 und 17 mit Anzapfungeu verseben. Wie beim Sender sind die Enden und
die Anzapfungsstellen der Spule 13 längs des Umfanges des Kernes 12 in einem Winkelabstand
von 12o° voneinander angeordnet.
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Der Läufer des Empfängers besteht ebenfalls aus einem drehbaren Dauermagneten
18, der durch eine Scheibe i8 gebildet wird, bei welcher die eine Hälfte einen Nordpol
und die andere Hälfte einen Südpol bildet. Dieser Magnet erzeugt einen niagnetisclieti
171u13 mit einer einzigen Richtung, der in der Kern 12 eill(iriligt.
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Die l,.ticieii o, to der Slitile 6 des Senderständers sind mit den
Frden 16, 17 des Empfängerständers durch <l13;# Leiter to bzw. 20 elektrisch
verbunden, während die :\nzapfungsstellen 7 und 8 der Spule 6 mit den entspreclicnden
:luzapfungsstellen i4 und P5 (ltlrclt Leiter 21 bzw. 22 elektrisch verbunden
sind.
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Die beiden Spulen 6 und 13 werden entweder durch einen Einphasenwecliselstrom
oder durch einen pulsierenden Gleichstrom erregt, der von einer geeigneten Stromquelle
23 geliefert wird, die durch die Leiter 24 bzw. 25 mit den Leitern i9 und 20 verbunden
ist. Die Stromquelle 23 kann z. B. ein Stromerzeuger, ein Wechselstromerzeuger,
ein Unterbrecher oder ein Vakuumröhrenoszillator sein.
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Es ist leicht zu ersehen. daß die Anzapfungsstellen ; , 8 der Spule
6 und die :\nza1>funt;sste11eii i1, i5 der Spule 13 in \Virklichkeit 1lellrphasenverhindtingen
sind, während die Endeng, io und 16, 17 der genannten Spule Einpliasenverbindungen
bilden. 1\113t anderen \\'orten: die Gesamtlänge einer jeden Spule ist eilililiasi""
während die angezapften Abschnitte die Spulen in \\'irklichkeit in Al)-schnitte
einteilest die 12o° voneinander liegen und Me'hrp'lrasenwicklungen entsprechen.
Auf diese Weise arbeiten die Spulen 6 und 13 als Autotransformatoren mit Eingangsklemmen
9, io und 16, 17 und Ausgangskleminell 7, 8 und 14, 15.
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Es siti,l nun Mittel t orgeselien, um den Läufer t i des Seilclers
3 entsprechend der zu messenden und im entfernten Eiupfänger 4 anzuzeigenden Größe
und unter der \Virkung des letzteren in Drehung zu versetzen. Diese Mittel bestellen
aus einer angetriebenen \\'e11e 2:6. die an einem Ende mit dem Magnetläufer i i
verbunden ist und am anderen Ende ein Triebrad _; trägt, das mit einem Zahnsektor
28 kämmt, welcher bei 29 drehbar gelagert und finit einem Nle(instrument, wie z.
B. einer luftleeren Dose oder einem Aneroid'höhenmesser 30 durch ein (Merk
31 und einen Hebel 32 verbunden ist. Auf diese \\'eise wird das Triebrad 27 bei
der Ausdehnung und Zusammenziehung der Dose oder des Aneroides 3o durch den Zahnsektor
2,8 derart angetrieben, daß es den Magnetläufer i i in einer Richtung und um einen
Betrag in Drehung versetzt, die der Richtung und dem Umfang der Bewegung der luftleeren
Dose oder des Aneroides 30 entsprechend den Änderungen im barometrischen
Druck entsprechen, welche im vorliegenden Fall durch Änderungen in der Meereshöhe
hervorgerufen werden. Es versteht sich natürlich von selbst, daß das genannte Aneroidinstrument
durch irgendein anderes Meßinstrument ersetzt werden kann.
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Der llagtietläufer 18 des Empfängers 4 ist mit einem Anzeiger 33 in
beliebiger geeigneter Weise, wie z. B. durch eine Welle 34, antriebsmäßig verbunden,
die an einem Ende mit dem Magnetläufer 18 und am anderen Ende mit einem Zeiger 35
verbunden ist, der mit einer geeigneten Skala 6 des Anzeigers 33 zusammenarbeitet.
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Wenn die Spulen 6 und 13 des Senders bzw. des Empfängers an ihren
Enden 9, io und 16, 17 durch die Stromquelle 23 erregt werden, so werden in den
angezapften Altschnitten dieser Spulen Spannungen erzeugt, die durch das periodische
Umkehren des Flusses hervorgerufen werden, welcher in den Kernen 5 und 1-2 durch
den sich periodisch ändernden Strom erzeugt wird, der von der Stromquelle 23 kommt
und in den Spulen b und 13 strömt. Während einer halben Periode des Erregerstromes
der Stromquelle 23 wirkt der sich periodisch ändernde Fluß dem einheitlich gerichteten
Fluß der Magnetläufer ii und i8 in der einen Hälfte der Kerne 5 und 12 entgegen
und gleichzeitig unterstützt er diesen einheitlich gerichteten Fluß in der anderen
Hälfte der genannten Kerne, während dieser sich periodisch ändernde Fluß ist der
anderen halben Periode des genannten Erregerstromes den einheitlich gerichteten
Fluß der Magnetläufer i i und ig in der einen Hälfte der Kerne 5 und 12 unterstützt
und gleichzeitig diesem einheitlich gerichteten Fluß in der anderen Hälfte der genannten
Kerne entgegenwirkt. Die in den Abschnitten der Spulen 6 und 13 durch die Änderung
des Flusses in den Kernen 5 und 12 auf diese `'eise erzeugten Spannungen sind gerade
Harmonischen der Grundfrequenz des Erregerstromes der Stromquelle 23.
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Wenn die Läufer i i und 18 gleichen Schritt halten, so sind die geraden
harmonischen Spannungen in den Abschnitten der Spule 6 mit den geraden harmonischen
Spannungen in den Abschnitten der Spule 13 genau gleich, aber in ihrer Richtung
entgegengesetzt, und infolgedessen fließt kein Strom in den Verbindungsleitungen
i9, 2o, 21 und 22, durch welche die Abschnitte der Spule 6 des Senders mit den Abschnitten
der Spule 13 des Empfängers verbunden sind. Wenn aber der Magnetläufer i i des Senders
durch das Aneroidinstrument 30' im `'Winkel verschoben wird, so sind die
Sekundärspannungen in der Spule 6 nicht mehr mit den Sekundärspannungen in der Spule
13 gleich, und in den Leitungen i9, 20, 21 und 22, welche die Abschnitte der Spule
6 mit den Abschnitten
der Spule 13 verbinden, fließt jetzt ein
Strom, der im Empfängerkern 12 einen resultierenden magnetischen Fluß erzeugt, welcher
mit dem Feld des Empfängermagnetläufers 18 reagiert, um ein Drehmoment zu erzeugen,
welches diesen Magnetläufer 18 in Drehung versetzt und ihn mit dem i\,lagnettäufer
i i des Senders in Schritt bringt. Durch die Drehung des Empfängerläufers 18. wird
der Zeiger 35 des Anzeigers 33 betätigt, um den Betrag der Winkelverschiebung des
Senderläufers ii durch das Aneroidinstrument 30 in Meereshöhenwerten anzuzeigen.
Auf diese Weise wird die Bewegung des Senderläufers i i an der entfernten Stelle
durch den Empfängerläufer 1:8 wiedergegeben, und infolgedessen wird die durch das
Aneroidinstrument 30 gemessene Meereshöhe an der entfernten Stelle durch
den Anzeiger 33 wiederholt und angezeigt.
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Es soll nun die Abb.2 der Zeichnungen betrachtet werden, welche die
Anwendung der Erfindung bei einem magnetischen Kompaß darstellt, wobei die Richtungsangabe
dieses Kompasses durch einen Anzeiger an einer vom Kompaß entfernten Stelle ohne
jede Verbindung oder Kupplung zwischen dem drehbaren Magneten des Kompasses und
ohne irgendwelche Beeinträchtigung der Arbeitsweise des Kompasses wiederholt oder
wiedergegeben wird. Die gezeigte Wiederholervorrichtung besteht aus einem magnetischen
Hauptkompaß 37 mit einem Kompaßgehäuse 3,8, in welchem der Kompaßmagnet 39 drehbar
gelagert ist, der von einer lotrechten Welle 40 getragen wird. Diese Welle ist in
einem oberen Lager 41 und einem unteren Lager 42 innerhalb des genannten Gehäuses
38 derart gelagert, daß sich der genannte Magnet 39 in der üblichen Weise unter
dem Einfluß des magnetischen Erdfeldes drehen kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel dient der Kompaßmagnet 39 als Läufer
für den Sender, wodurch der in der Fig. i gezeigte Läufer i i überflüssig wird,
und infolgedessen sind der Ständerkern 5 und die Spule 6 so angeordnet, daß sie
den Kompaßkasten 38 in der Weise umgeben, daß sie mit dem Kompaßmagneten 39 konzentrisch
sind, aber die Spule 6 ist mit der Spule 13 des Empfängers in derselben Weise wie
in der Fig. i verbunden.
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Die Ständer des Senders und des Empfängers, die in der Abb. 2 gezeigt
sind, sind im wesentlichen die gleichen wie in der Abb. i, nur daß sie mit lamellierten
ringförmigen Teilen 43 und 44 aus magnetischem Stoff versehen sind, die dazu dienen,
eine Rückleitung für den in den Kernteilen 5 und 12 erzeugten Fluß der zweiten Harmon'isc'hen
zu bilden, wobei die einzelnen Lamellen durch Halter 45 bzw. 46 zusammengehalten
werden. Diese Rückleitungsteile 4,3 und 4,¢ dienen gleichzeitig als magnetische
Abschirmung, um eine Einwirkung äußerer magnetischer Felder auf die Wicklungen 6
und i3 zu verhindern.
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Es ist somit leicht zu ersehen, daß, wenn eine relative Drehung des
Kompaßmagneten im Azimut unter dem Einfluß des magnetischen Erdfeldes stattfindet,
diese Drehung an der entfernten Stelle durch den 1\lagnetläufer i8 des Empfängers
wiedergegeben und durch den Zeiger 35 auf der Skala 33 angezeigt wird, die als Kompaßrose
eingeteilt ist, um die Richtung des magnetischen Erdfeldes so anzuzeigen, wie sie
durch den Kompaßmagneten 39 des Senders angezeigt wird.
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Der Kompaß 37 kann in seinem oberen Teil mit einem üblichen magnetischen
Deviationsausgleicher von beliebiger geeigneter Bauart versehen sein, der allgemein
durch die Bezugsnummer 47 bezeichnet ist.
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In der Abb. 2 werden die Spulen 6 und 13 durch einen einheitlich gerichteten,
von einer beliebigen Stromquelle 48 gelieferten Strom sowie durch einen durch die
Stromquelle 23 gelieferten Wechselstrom erregt. Der durch die Spulen 6 und 13 fließende
Gleichstrom erzeugt in den Kernen 5 und 12 einen einheitlich gerichteten Fluß, den
der Fluß der Läufermagneten 39 und 18 in einem Teil der genannten Kerne unterstützt
und welchem der letztgenannte Fluß in dem diametral entgegengesetzten Teil eines
jeden Kernes entgegenwirkt. Hierdurch ist der magnetische Widerstand gegenüber dem
sich periodisch ändernden Teil des Flusses in den Kernen nicht durchweg gleichmäßig,
während die magnetische Feldstärke, die durch die Rückleitungsteile 43 und 44 verstärkt
wird, längs der Kerne gleichförmig ist.
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Statt eine getrennte Gleichstromquelle 48 vorzusehen, kann man einen
Teil des Wechselstromes der Stromquelle r23 gleich richten und dann als Gleichstrom
den Spulen 6 und 13 zuführen.
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Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Senders für die Fernübertragung
der Kompaßstellung, wobei der Senderständer unter dem Kompaßgehäuse 38, angeordnet,
die Spule 6 aber durch Leitungen 21 und 22 mit der nicht gezeigten Ständerspule
des Tochterkompasses verbunden ist und durch die nicht gezeigte Stromquelle mittels
Leiter i9 und 20 wie in den Fig. i und 2 erregt wird. Durch diese Anordnung wird
erreicht, daß der Senderständer kleiner als in der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform
hergestellt werden kann.
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Auf diese Weise wird eine neuartige und verhältnismäßig einfache Vorrichtung
geschaffen, um eine Bewegung an einer entfernten Stelle wiederzugeben, welche Vorrichtung
sich leicht für die Fernübertragung der Kompaßstellung ohne Anwendung von Folgemotoren
oder Relais verwenden läßt, ohne daß es nötig wäre, die Konstruktion des magnetischen
Hauptkompasses, dessen Richtungsangabe an einer entfernten Stelle wiederholt werden
soll, zu ändern. Diese Vorrichtung umfaßt die geringste Anzahl von Teilen, ist klein,
gedrungen und leicht, so daß es möglich ist, sie ohne hohe Kosten in größeren Mengen
herzustellen; ferner eignet sie sich besonders für die Anwendung auf Luftfahrzeugen,
um die Temperatur des Motors, den Druck des Brennstoffes, den Brennstoffspiegel,
den Oldruck u. d:gl. all einer entfernten Stelle anzuzeigen.
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Wenn auch drei Ausführungsformen der Erfindung in ihrer Anwendung
bei einem Höhenmesser
und einem Kompaß dargestellt und beschrieben
wurden, so eignet sich die Erfindung jedoch auch für verschiedene andere Anwendungszwecke,
bei denen eine Anzeige oder Steuerung an einer entfernten Stelle erwünscht ist,
und verschiedene Änderungen, die dem Fachmann naheliegen, lassen sich an der Konstruktion
und gegenseitigen Anordnung der Teile im Rahmen der Erfindung vornehmen. Obgleich
ferner in den dargestellten Ausführungsbeispielen nur ein mit dem Sender verbundener
Empfänger gezeigt ist, können auch zwei oder mehrere Empfänger mit diesem erstgenannten
Empfänger parallel mit dem genannten Sender verbunden werden, ohne die Arbeitsweise
der Anordnung irgendwie zu beeinträchtigen. Die Schutzweite der Erfindung wird daher
durch die nachstehenden Patentansprüche bestimmt.