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Einrichtung zur Beeinflussung eines Stellgliedes, z. B. einer Steuerfläche
in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen Bei Regel- und Steuereinrichtungen in
Fahrzeugen, wie Luft- und Wasserfahrzeugen, tritt vielfach die Aufgabe hervor, ein
Stellglied, z. B. eine Steuerfläche, in Abhängigkeit von zwei oder mehr Gebergrößen
einzustellen. So ist es beispielsweise bei selbsttätigen Rudersteuerungen von Flugzeugen
erforderlich, ein Ruder entsprechend mehreren Steuerwerten zu verstellen. Zur Verstellung
dient ein Hilfsantrieb, der in Abhängigkeit von den genannten Größen gesteuert wird.
Dazu müssen die Steuergrößen gleichzeitig und in entsprechendem Maße auf den Hilfsantrieb
einwirken.
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Die in solchen selbsttätigen Steuerungen vorhandenen Steuergeräte
liefern in der Regel nur sehr kleine Ströme und Spannungen. Um mit diesen kleinen
Strömen bzw. Spannungen einen Hilfsantrieb zu steuern, können Relais vorgesehen
werden, die durch diese Ströme und Spannungen betätigt werden und ihrerseits eine
Schaltvorrichtung für den Hilfsantrieb steuern.
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Einrichtungen mit solchen Relaisanordnungen besitzen eine Reihe von
Nachteilen. Sie sind räumlich ausgedehnt und schwer, da für jede Steuergröße ein
besonderes Relais vorhanden sein muß. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnungen
liegt darin, daß sie direkt nur für Schwarzweißsteuerungen, bei denen jeweils ein
Kontakt der einen oder anderen Steuerseite betätigt wird, verwendet werden können
und bei Ausbildung einer Verstärkeranordnung, die eine einer Charakteristiksteuerung
angenäherte
Steuerung ermöglicht, einen großen Aufwand erfordern.
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Die Empfindlichkeit der Steuergeber kann nicht beliebig gesteigert
werden. Es ist daher oft notwendig, einen oder mehrere -der Impulse zu verstärken,
z. B. mit Hilfe von Röhrenverstärkern. Bei Änderung der Betriebsbedingungen, wie
Spannung und Temperatur, wird der Verstärker seine Charakteristik und seinen Verstärkungsgrad
ändern. Dadurch ändert sich das Verhältnis der Einflußnahme der einzelnen Größen
zueinander, was z. B. bei Flugzeugsteuerungen Anlaß zu Schwingungen geben und damit
zu einer Gefährdung des Flugzeuges führen. kann.
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Diese Nachteile sind beim Gegenstand der Erfindung beseitigt. Gemäß
der Erfindung ist das dadurch erreicht, daß die elektrischen Gebergrößen in einer
aus zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Verstärkereinheiten
bestehenden magnetischen Verstärkereinrichtung mit Kerndrosselspulen; deren Arbeitsstrom
durch Beeinflussung,der Permeabilität der Spulenkerne mittels magnetischer Durchflutung
steuerbar ist, in der Weise zu einer resultierenden Gebergröße vereinigt werden,
:daß die Ströme und/oder Spannungen dieser Größen Erregerwicklungen auf den Spulenkernen
der Verstärkereinrichtung zugeführt wenden im Sinne der Erzeugung einer den das
Stellglied beeinflussenden Arbeitsstrom steuernden resultierenden magnetischen Durchflutung.
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Die genannte Einrichtung stellt demnach einen Mischverstärker, d.
h. eine Anordnung dar, in welcher die Gebergrößen einerseits elektrisch gemischt
und andererseits gleichzeitig den gewünschten Anforderungen entsprechend verstärkt
werden. Die Einrichtung vereinigt also zwei Geräte in sich, nämlich ein Gerät, das
den Mischungsvorgang vornimmt und durch das praktisch beliebig viele,elektrische
Größen gemischt werden können, und ein als Verstärker dienendes Gerät, wobei die
Verstärkereinrichtung sämtlichen Gebergrößen gemeinsam ist. Infolgedessen bleibt
bei Änderung der Betriebsbedingungen, z. B. Spannung und Temperatur, das Mischungsverhältnis
vollkommen konstant und damit der Charakter der Steuerung erhalten. Durch die Vereinigung
von Mischgerät und Verstärkereinrichtung ist es weiterhin möglich, praktisch jede
gewünschte Steuerempfindlichkeit zu erreichen. Die einzelnen Impulsgeber bleiben
dabei galvanisch vollkommen voneinander getrennt und können daher aus beliebigen
Stromquellen gespeist werden. Die Trägheit des Mischungs- und Verstärkungsvorganges
kann jederzeit so klein gehalten werden, daß die den Steuervorgang störend beeinflussenden
Eigenschleppungen praktisch nicht in Erscheinung treten. Die Charakteristik der
Anordnung (Ausgangsstrom über Eingangsgröße) ist in weiten Grenzen beliebig wählbar,
wobei auch :der Grad der Einflußnahme der einzelnen Größen und dadurch auch das
Verhältnis der Einflußnahme der Größen zueinander wählbar und während des Betriebes
än@derbar ist. Die Anordnung begrenzt selbsttätig den Ausgangsstrom beim Auftreten
extrem großer Steuerimpulse und schützt .daher die Steuereinrichtung selbsttätig
vor Überlastungen. Raum- und Gewichtsbedarf sind so gering, daß sie gerade bei jenen
Steuereinrichtungen, bei denen diese Gesichtspunkte ganz besonders berücksichtigt
werden müssen, mit besonderem Vorteil verwendbar ist. Sie enthält keine beweglichen
oder sehr empfindlichen Teile, so :daß sie allen. Bedingungen eines rauhen Betriebes,
wie er namentlich in Flugzeugen gegeben ist, zu genügen vermag.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es-
zeigt Fig. i eine Ausführungsform des Mischverstärkers mit zwei Verstärkereinheiten,
Fig. 2 ein Schaubild einer symmetrischen Charakteristik, Fig. 3 ein Schaubild der
Gesamtcharakteristik des Verstärkers mit zwei Einheiten, Fig. 4 die Einzelkerne
eines Mischverstärkers in perspektivischer Ansicht mit schematischer Darstellung
der Wicklungen, Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Mischverstärkers, Fig.6 ein
schematisches Schaltbild der Anordnung gemäß Fig.4. Fig.7 ein Ausführungsbeispiel
für die Unterteilung der Steuerwicklungen, Fig.8 ein Schema einer Steuereinrichtung
mit Mischverstärker, Fig. g ein weiteres Schema einer Steuereinrichtung mit Mischverstärker,
Fig. io ein weiteres Schema einer Geberanordnung mit Mischverstärker, Fig. i i ein
Schema einer mit .dem Mischverstärker gebildeten Recheneinrichtung.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel des Mischverstärkers dargestellt,
der zwei hinsichtlich Aufbau 4 und Wirkungsweise gleichartige Verstärker-.einheiten
I und II aufweist. Es sei zunächst die Wirkungsweise einer solchen Einheit, beispielsweise
der Einheit I, näher erläutert. Diese Einheit I enthält eine Kerndrosselspule mit
zwei geschlossenen Einzelkernen i, 2. An Stelle der beiden Einzelkerne könnte, wie
aus Fig. i hervorgeht, auch ein :dreischenkeliger Kern Verwendung finden. Die Kerne
bestehen aus einem magnetisch gutdurchlässigen Stoff, z. B. einerEisen-Nickel-Legierung.
Auf jedem der beiden Spulenkerne ist je eine von Wechselstrom aus einer Stromquelle
io gespeiste Wicklung 3, 4 angeordnet, die im gezeichneten Fall in Reihe liegen,
die indes auch parallel geschaltet sein können. Im Stromkreis dieser beiden Wicklungen
liegt eine Gleichrichteranordnung 5 mit dem Parallelwiderstand 7. An die Gleichstromklemmen
ist ein Verbraucher 6 angeschlossen.
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Die Größe- des in den Wicklungen 3 und 4 fließenden Wechselstromes
J.., ist bedingt durch den Wechselstromwiderstand dieser Wicklungen. Es ist also
auch der dem Verbraucher 6 zugeführte Ausgangsgleichstrom J=, der eine Funktion
des Wechselstromes J- ist, von der Größe des Wechselstromwiderstandes
der
Wicklungen 3 und q. abhängig. Die Größe des Wechselstromwiderstandes einer Kerndrosselspule
hängt ab von der Permeabilität der Spulenkerne entsprechend dem Arbeitspunkt auf
der Magnetisierungskennlinie. Den beiden Spulenkernen ist eine Wicklung 8 gemeinsam,
die von einem Eingangsgleichstrom i, gespeist ist. Der Wicklungssinn der beiden
Wicklungen 3 und q. ist dabei so gewählt, daß die in der Wicklung 8 von den Strömen
der Wicklungen 3, q. induzierten Spannungen sich aufheben. Der Eingangsstrom der
Wicklung 8 erzeugt eine magnetische Durchflutung der Spulenkerne, die eine Verschiebung
des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskennlinie bewirkt. Mit der Verschiebung
des Arbeitspunktes tritt eine Änderung der Permeabilität und damit eine Änderung
des Wechselstromwiderstandes der Wicklungen 3 und q. ein. Der Wechselstromwiderstand
und damit der Ausgangsstrom J- in dem Verbraucher ist somit eine Funktion des Eingangsstromes
ie. In dem Schaubild der Fig. 2 ist der Ausgangsstrom J= in Abhängigkeit vom Eingangsstrom
i, aufgetragen. Der Ausgangsstrom J= steigt mit positiven Werten von i, zunächst
angenähert geradlinig an und nähert sich dann einem Grenzwert. Fließt der Eingangsstrom
i, in entgegengesetzter Richtung, so ergibt sich der entsprechende Teil der Charakteristik
durch Spiegelung an der Ordinatenachse, wie in dem Schaubild der Fig. 2 gestrichelt
angedeutet ist.
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Aus dem Schaubild der Fig.2 ergibt sich, daß die Charakteristik der
vorbeschriebenen Anordnung in bezug auf die Ordinatenachse symmetrisch ist. Das
bedeutet, daß eine solche Anordnung die Richtung des Eingangsstromes nicht unterscheiden
kann. Um zu erzielen, daß die Verstärkereinheit nur bei einer Richtung des Eingangsstromes
anspricht, ist es erforderlich, zu diesem Zweck die Charakteristik in bezug auf
die Ordinatenachse unsymmetrisch zu gestalten. Hierzu ist den beiden Spulenkernen
eine weitere gemeinsame Wicklung 9 zugeordnet, die in Reihe mit dem Verbraucher
6 an den Gleichstromklemmen der Gleichrichteranordnung 5 liegt. In der Wicklung
9 fließt also der gleichgerichtete Wechselstrom der Wicklungen 3, d. Die Wirkung
des gleichgerichteten Stromes besteht darin, daß in analoger Weise wie im vorstehenden
für die Wirkung des Eingangsstromes ausgeführt wurde, die Permeabilität der Spulenkerne
und damit der Wechselstromwiderstand der Wicklungen 3,4 geändert wird.
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Für die Ausgestaltung der Charakteristik ist maßgebend das Zusammenwirken
der von den Wicklungen 8 und 9 erzeugten magnetischen Durchflutungen. Es sei angenommen,
daß der Wicklungssinn der Wicklung 9 in bezug auf denjenigen der Wicklung 8 so gewählt
ist, daß bei positiver Richtung des Eingangsstromesdie von den beiden Wicklungen
erzeugten magnetischen Durch.flutungen gleichen. Richtungssinn besitzen; dann sind
bei negativer Richtung des Eingangsstromes die beiden Durchflutungen einander entgegengesetzt
gerichtet. Die Verhältnisse, die sich hierbei ergeben, sind in dem Schaubild der
Fig.3 durch die für die Einheit I angegebene Verstärkercharakteristik J1 gekennzeichnet.
Bei dieser Charakteristik ist der Ausgangsstrom J1 in Abhängigkeit vom Eingangsstrom
i, dargestellt. Bei positiv gerichtetem Eingangsstrom addieren sich die magnetischen
Gleichflüsse, mit wachsendem Eingangsstrom steigt der Ausgangsstrom an, bei negativ
gerichtetem Eingangsstrom kompensieren sich die Gleichflüsse derart, daß in dem
auszusteuernden Bereich der Wert -des Ausgangsstromes im wesentlichen unterhalb
seines Wertes für ie=o bleibt. Aus dieser Charakteristik ist ersichtlich, daß die
Verstärkereinheit I nur wirksam wird für Eingangsströme, die die vorerwähnte positive
Richtung besitzen, während sie für negative Werte des-Eingangsstromes im wesentlichen
unwirksam bleibt.
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Ganz analoge Verhältnisse ergeben sich für die Verstärkereinheit II,
die in gleicher Weise aufgebaut ist und eine entsprechende Wirkungsweise besitzt,
wie die Einheit I. Die Einheit II weist ebenfalls zwei Spulenkerne i i, i2 auf,
denen die aus der gleichen Stromquelle io gespeisten Wicklungen 13, 14 zugeordnet
sind. Im Stromkreis dieser Wicklungen befindet sich eine Gleichrichteranordnung
15 mit Parallelwiderstand 17, an deren Gleichstromklemmen ein Verbraucher 16 und
eine den beiden Spulenkernen gemeinsame Wicklung i9 liegt, die von dem gleichgerichteten
.Wechselstrom .der Wicklungen 13, 14 durchflossen ist. Als Eingangswicklung ist
für diese Einheit eine Wicklung 18 vorgesehen, die in Reihe mit der Eingangswicklung
8 der Einheit I liegt und von dem gleichen Eingangsstrom i, wie diese durchflossen
ist. Die beiden Wicklungen 18 und i9 erzeugen in der im vorstehenden näher erläuterten
Weise magnetische Durchflutungen in den Spulenkernen der Einheit II, durch welche
der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie verschoben wird. Hierbei tritt
in entsprechender Weise eine Änderung der Permeabilität der Spulenkerne der Einheit
II und damit eine Änderung des Wechselstromwiderstandes der Wicklungen 13, 14 und
dementsprechend auch eine Änderung des sie durchfließenden Wechselstromes ein. Beim
Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Wicklungssinn der von dem Eingangsstrom
durchflossenen Steuerwicklung 18 derselbe ist wie derjenige der Eingangswicklung
8 der Einheit I. Infolgedessen besitzen die von den beiden Wicklungen 8 und 18 erzeugten
magnetischen Durchflutungen den gleichen Richtungssinn. Der Wicklungssinn,der Wicklung
i9 ist bei gegebener Gleichrichteranordnung so gewählt, daß bei positiv gerichtetem
Eingangsstrom die von diesem und von dem gleichgerichteten Wechselstrom der Wicklungen
13, 14 erzeugten magnetischen Durchflutungen einander entgegengesetzt gerichtet
sind, während diese Durchflutungen bei negativ gerichtetem Eingangsstrom den gleichen
Richtungssinn haben. Die aus dieser Anordnung sich ergebende Verstärkercharakteristik
der Einheit Il ist im Schaubild der Fig. 3 in zur Abszissenachse spiegelbildlicher
Darstellung angegeben. Aus dem Schaubild ist ersichtlich, daß bei der Einheit II
der Ausgangsstrom im Verbraucher 16 für negative Werte des Eingangs-
Stromes
ansteigt, während er bei positiven Werten des Eingangsstromes im wesentlichen unterhalb
seines Ausgangswertes für i, = o bleibt.
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Die beiden Verbraucher 6 und 16 können beispielsweise die Wicklungen
eines elektromagnetischen Relais sein, wobei die beiden Wicklungen in Differentialschaltung
angeordnet sind. In den beiden Wicklungen kommt also die Differenz der Ausgangsströme
J1, 12 zur Wirkung. Die Gesamtcharakteristik der Verstärkeranordnung mit
zwei Einheiten ist im Schaubild mit J bezeichnet und ergibt sich als Differenz der
Ausgangsströme der beiden lEinheiten zu J = 1i - 12' Sie besteht aus einem durch
den Nullpunkt gehenden geradlinigen Teil, der für große Steuerwerte in einen gekrümmten
Teil übergeht, der einem Grenzwert zustrebt. Für die Verwendung der Anordnung sind
insbesondere zwei Eigentümlichkeiten der Charakteristik von Bedeutung. Die eine
Eigentümlichkeit liegt :darin, daß der geradlinige Teil der Charakteristik eine
verhältnismäßig große Länge besitzt, die sich durch die Ausbildung des Mischverstärkers
mit zwei Einheiten dadurch ergibt, daß von den Charakteristiken der beiden Einheiten
auch der um den Nullpunkt liegende Teil zur Bildung des geradlinigen Teiles der
Gesamtcharakteristik voll ausgenutzt wird. Die andere Eigentümlichkeit besteht darin,
daß die Gesamtcharakteristik zentralsymmetrisch zum Nullpunkt verläuft. Das bedeutet,
daß der Steuervorgang sowohl nach der einen als auch nach der anderen Seifte vollkommen
gleichartig verläuft. Das ist deshalb von Bedeutung, weil .durch die Mischung der
einzelnen Steuergrößen extrem große resultierende Steuergrößen auftreten können;
die eine Aussteuerung in den gekrümmten Teil der Charakteristik hinein zur Folge
haben, ohne dabei eine Unsymmetrie hervorzurufen. Die Ausnutzung des gekrümmten
Teiles der Charakteristik ist aus dem Grunde erwünscht, weil dieser Teil einen Schutz
der Steuereinrichtung gegen überbeanspruchung bedeutet.
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In Fig. 4 sind die einzelnen Kerne mit den im vorstehenden beschriebenen
vom Wechselstrom, vom gleichgerichteten Wechselstrom und vom Eingangsstrom durchflossenen
Wicklungen in perspektivischer Darstellung gezeigt. Dabei ist angenommen, daß die
vier Kerne aufeinanderliegen, .die nur in der Zeichnung dieser Figur der besseren
Übersichtlichkeit wegen räumlich voneinander getrennt dargestellt sind. Die einzelnen
Kerne sind mit i, 2, 11,
12 bezeichnet, während mit 3, 4, 13, 14 die
auf den einzelnen Kernen angeordneten von Wechselstrom durchflossenen Wicklungen
bezeichnet sind, .deren Verbindung untereinander und mit den übrigen Schaltelementen
in dieser Figur nicht,dargestellt ist. Die vom gleichgerichteten Drosselspulenstrom
gespeisten Wicklungen sind mit 9 und i9 bezeichnet. Die Steuerwicklungen 8, 18 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine den. beiden Verstärkereinheiten gemeinsame
Eingangswicklung io8 ersetzt. Die von den gleichgerichtetenWechselströmen durchflossenen
Wicklungen können allen vierKernen gemeinsam zugeordnet werden. In einer derartigen
Anordnung würde der von der Gleichrichteranordnung 5 gelieferte Strom eine entsprechend
der Wicklung io8 angeordnete Wicklung und ebenso der vor der Gleichrichteranordnung
15 gelieferte Strorr eine weitere allen Kernen gemeinsame Wicklung durchfließen.
Die vom Eingangsstrom gespeister Wicklungen. würden dann so wie in dem gezeichneten
Beispiel die Wicklungen g und i9 jeweils zwei Kernen gemeinsam sein.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel des Mischverstärkers, das in analoger
Weise wie das der Fig. i ausgebildet ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind wiederum zwei Verstärkereinheiten vorgesehen, die die Spulenkerne
34 32 und 33, 34 aufweisen. Auf den einzelnen Kernen sind die von Wechselstrom
durchflossenen Wicklungen 35, 36, 37, 38 angeordnet, die vier Zweige einer Brückenschaltung
bilden, die in Fig.6 schematisch dargestellt ist. In dem einen Diagonalzweig der
Brückenschaltung liegt eine Wechselstromquelle 3o, die zur Speisung der vorgenannten
Wicklungen dient, während in dem anderen Diagonalzweig ein Verbraucher an den Ausgangsklemmen
a, b liegt. Mit 39 und 4o sind die von dem Eingangsstrom gespeisten Steuerwicklungen
bezeichnet. Der durch die Gleichrichteranordnungen 44 4-2, 43, 44 gleichgerichtete
Wechselstrom wird den Wicklungen 45, 46, 47, 48 zugeführt und dient zürErzeugung
einer zusätzlichen magnetischen Durchflutung der Spulenkerne in analoger Weise,
wie dies im vorstehenden an Hand der Fig. i erläutert wurde. Die Wicklungen 39,
40 und die Wicklungen 45, 46, 47, 48 sind wiederum den Kernen in der Weise zugeordnet,
daß in ihnen keine Induktionswirkungen der in den Wicklungen 35, 36, 37, 38 fließenden
Ströme auftreten können. Bei den Gleichrichteranordnungen sind wiederum wie beim
Ausführungsbeispiel der Fig. i Parallelwiderstände 49, 50, 51, 52
vorgesehen, die dem gleichen Zweck wie dort dienen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 und 6 ist folgende: Wenn
der Eingangsstrom i, - o
wird, sind die Widerstände der Wicklungen 35, 36.
3'7, 38 bei gleichartiger Ausbildung der Kerne und -der diesen zugeordneten Wicklungen
gleich groß. Die Brückenschaltung ist in diesem Fall im Gleichgewicht und die Spannungsdifferenz
zwischen den Punkten a und b gleich Null: Fließt ein Eingangsgleichstrom
i, :durch die Wicklung 39, so erzeugt dieser Strom in den, Spulenkernen der Einheit
I eine magnetische Durchflutung. Der Wicklungssinn der Wicklungen 39, 45, 4'6 ist
so gewählt, daß die durch die beiden letztgenannten Wicklungen erzeugte magnetische
Durchflutung den gleichen Richtungssinn wie die durch den positiv gerichteten Eingangsstrom
i, erzeugte Durchflutung besitzt. Bei der anheit II ist eine Wicklung 40 vorgesehen,
die von .dem gleichen Eingangsstrom i, durchflossen ist wie die Wicklung 39. Der
Wicklungssinn der Wicklungen 40, 47 und 48 ist so gewählt, daß die durch die beiden
letztgenannten Wicklungen erzeugten magnetischen Durchflutungen in den Spulenkernen
der Einheit II der durch den positiv gerichteten
Strom der Wicklung
4o erzeugten magnetischen Durchflutung entgegengesetzt gerichtet sind. In der Einheit
I unterstützen also die Ströme in den Wicklungen 45 und 46 die Wirkung des Eingangsstromes
ie, während in der Einheit II die in den Wicklungen 47 und 48 fließenden Ströme
dem Eingangsstrom ie entgegenarbeiten. Kehrt der Eingangsstrom i, seine Richtung
um, so kehren sich auch die im vorstehenden beschriebenen Wirkungen in den beiden
Einheiten um. Je nach der Richtung des Eingangsstromes i, werden somit entweder
die Brückenzweige 37 und 38 oder die Brückenzweige 35. 36 gleichzeitig geändert.
Beim Durchgang durch die Nullage kehrt der Strom in der Brücke der Brückenschaltung
seine Phase um. Die Steuerwicklungen können sowohl in diesem Beispiel als auch in
dem der Fig. i parallel geschaltet sein.
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Die vorerwähnten Eigenschaften des Verstärkers, nämlich einerseits
die große Empfindlichkeit, die besonders im Bereich um .den Nullpunkt sehr vorteilhaft
ist, und andererseits der große _ Aussteuerbereich für beide Steuerseiten, der in
besonders vorteilhafter Weise für den geradlinigen Teil der Charakteristik zur Verfügung
steht, machen den Verstärker in besonderer Weise als Mischgerät geeignet, durch
welches die das Stellglied beeinflussenden Steuergrößen zu einem resultierenden
Steuerwert unter gleichzeitiger elektrischer Verstärkung dieses Wertes zusammengefaßt
werden. Zur Bildung des resultierenden Steuerwertes werden die einzelnen Steuerwerte
als elektrische Größen, Ströme oder Spannungen abgebildet und dem Eingang des Verstärkers
zugeführt. Zu diesem Zweck ist für jede Steuergröße eine besondere Steuerwicklung
auf den Spulenkernen jeder der beiden Einheiten vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. i sind als Steuerwicklungen die oben bereits beschriebenen Eingangswicklungen
8 und 18, die von einem Steuergeber 2o gespeist sind, sowie die weiteren (Eingangswicklungen
2 1,:22,23 auf den Spulenkernen der Einheit I und die Wicklungen 24, 2,5, 26 auf
den Spulenkernen der Einheit II vorgesehen, die von Steuergebern 27, 28, 29 gespeist
sind. Die resultierende magnetische Durchflutung aller Eingangsströme in den vorgenannten
Wicklungen entspricht exakt dem aus den zusammengefaßten einzelnen Steuerwerten
gebildeten resultierenden Steuerwert. Die Steuerung der das Stellglied beeinflussenden
Ausgangsströme erfolgt demnach in exakter Weise entsprechend dem so gebildeten resultierenden
Steuerwert. Bei der Vereinigung der einzelnen Steuergrößen zu einem resultierenden
Steuerwert kann in zweckmäßiger Weise der Grad der Einflußnahme der einzelnen Steuergrößen
ohne weiteres berücksichtigt werden. So können z. B. die von den einzelnen Steuergrößen
gespeisten Steuerwicklungen, die selbst verschiedene Windungszahlen haben können,
als unterteilte Wicklungen ausgeführt werden, wobei die einzelnen Teilwicklungen
in einem gewünschten Windungszahlenverhältnis zueinander stehen können. Ein Beispiel
für eine derartige Unterteilung der Steuerwicklung ist in Fig. 7 dargestellt. Die
drei Teilwicklungen sind durch die Windungszahlen n, 3R, 9n festgelegt. Bei dieser
Aufteilung ergeben sich durch Hintereinander- und Gegenschalten der Wicklungen dreizehn
verschiedene Aufschaltungsmöglichkeiten in laufender Reihe, wodurch es möglich ist,
die Aufschaltung eines Gebers sehr fein zu variieren und die Rufschaltung verschiedenartiger
Impulsgeber vorzusehen.
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Die zur Erzeugung der resultierenden magnetischen Durchflutung dienenden
Steuerwicklungen sind untereinander induktiv gekoppelt. Sind die Steuerströme zeitlich
veränderliche Ströme, so wird infolge der induktiven Kopplung jeder Steuerstrom
einer Steuerwicklung Induktionsströme in den übrigen Steuerwicklungen erzeugen:
Das bedeutet, daß der Strom einer Steuerwicklung nicht nur von den elektrischen
Daten, wie Widerstand, Steuerspannung usw. des zugehörigen Stromkreises, sondern
auch von den elektrischen Größen der übrigen Stromkreise abhängt.
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Trotz der außerordentlich verwickelten Vorgänge erfolgt, wie in eingehenden
Versuchen festgestellt worden ist, der Mischvorgang ,in idealer Weise. Solange im
linearen Teil der Charakteristik, was praktisch der Regelfall ist, gearbeitet wird,
wirkt jeder Steuerimpuls unabhängig von gleichzeitig auftretenden anderen Impulsen
so, wie wenn er nur allein vorhanden wäre. Vorausgesetzt ist hierbei, daß die Frequenzen
der steuernden Impulse unterhalb der Frequenz des Arbeitsstromes des Mischverstärkers
bleiben. Die zeitlich veränderlichen Steuerimpulse können urigedämpft oder gedämpft
sein.
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Als Beispiel für eine Regeleinrichtung, bei welcher mehrere Steuerimpulse
dem Mischverstärker zugeführt und in diesem gemischt und gleichzeitig verstärkt
werden, ist in Fig:8 ein Schema einer selbsttätigen Rudersteuerung für Flugzeuge
dargestellt. Handelt es sich beispielsweise um die selbsttätige Steuerung um .die
Hochachse des Flugzeugs zum Zweck der Einhaltung eines gewünschten Kurses und der
Zurückführung des Flugzeuges in diesen Kurs beim Auftreten von Störungen, so muß
die Steuereinrichtung eine Auslenkung des Seitenruders bewirken zur Erzeugung von
Rückdrehmomenten, die die Wirkung der Störmomente kompensieren. Die Bewegung des
Ruders erfolgt durch einen Hilfsmotor, beispielsweise einen hydraulischen Kolbenmotor,
nach einem Steuergesetz, das einem Richtgeberwert eine bestimmte Ruderstellung oder
einem anderen Richtgeberwert. eine bestimmte Ruderleggeschwindigkeit zuordnet. Im
einfachsten Fall ordnet z. B. das Steuergesetz einer Kursabweichung einen bestimmten
Ruderausschlag oder einer Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges um die Hochachse eine
bestimmte Ruderleggeschwindigkeit zu. Die Wirkung des Ruders stoppt die Bewegurig
des Flugzeuges ab-und bringt es nach beendeter Störung in die Sollage zurück. Dabei
führt das Flugzeug Schwingungen um, die Gleichgewichtslage aus, die durch *die Drehenergie
der Flugzeugmassen bedingt sind. Zur Dämpfung und zur -Verbesserung der Kurs altigkeit,
z. B. bei einseitigen
Störungen, muß das Steuergesetz erweitert
und der Ruderausschlag oder die Ruderleggeschwindigkeit einer Summe von Größen gleichgesetzt
werden. Die einzelnen Summanden sind dabei proportional Größen, die den Flugzustand
beschreiben, wie Kursabweichung und von ihr abgeleitete Größen (Drehgeschwindigkeit,
Drehbeschleunigung, Zeitintegrale, Ruderausschlag und von ihm entsprechend abgeleitete
Größen, zusätzliche Größen, z. B. Vorgaben, fremdeingesteuerte Größen, z. B. Pfeilgrößen
usw.).
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Bei der Anordnung nach Fig. 8 arbeitet das Misch- und Verstärkergerät
auf einen Drehmagneten D. Der Drehmagnet betätigt das in einem Steuerschieber S
bestehende Steuerventil eines hydraulischen Rudermotors M, der zur Verstellung des
Ruders R dient. Der Differenzstrom 1=J,-j2, dem das Drehmoment des Drehmagneten
proportional ist, ist gleich einer Summe von fünf Steuergrößen. Diese Summanden
sind in dem Ausführungsbeispiel proportional der Kursabweichung a bzw. der Drehgeschwindigkeit
einer Funktion des Ruderausschlages ß, einer Größe c, z. B. einer Winkelvorgabe
für den Kurvenflug oder Anflug, und einer Größe d, z. B. einem konstanten Wechselstromimpuls,
der dazu dient, die Reibung der Ruhe :des Drehmagneten D zu beseitigen. Selbstverständlich
können auch irgendwelche anderen Bedingungen in das Steuergesetz eingeführt und
einen besonderen Flugzustand charakterisierende Größen zur Bildung einer resultierenden
Steuergröße benutzt sein.
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Bei der Steuerung gemäß der Fig.8 ist angenommen, .daß jede Steuergröße
durch ein besonderes Steuergerät geliefert wird. Als Steuergeräte können Kreiselgeräte,
Kompasse u. dgl. vorgesehen sein. Die von diesen Geräten gelieferten Steuerwerte
werden mit Hilfe von elektrischen Abgriffen, z. B. Potentiometer- oder Bolometeranordnungen,
in elektrische Gebergrößen, Ströme oder Spannungen umgeformt. Jeder Gebergröße und
damit jedem Steuergerät ist eine besondere Steuerwicklung im Mischverstärker zugeordnet.
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Ein anderes Beispiel einer Steuereinrichtung ist in Fig.9 dargestellt.
Bei dieser Einrichtung ist lediglich ein Steuergerät; z. B. ein Wendezeigerkreisel
6o, vorgesehen, der eine der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges, z. B. um die Hochachse,
entsprechende Steuergröße liefert. Diese Geschwindigkeit wird mit Hilfe eines Potentiometers
61 abgegriffen und als Grundsteuergröße dem Mischverstärker I, II zugeführt. Der
von dem Potentiometer 61 abgegriffene Strom, der der Winkelgeschwindigkeit proportional
ist, durchfließt gleichzeitig,die mit dem Widerstand 66 in Reihe liegende Primärwicklung
62 eines Transformators, dessen Sekundärseite 63 die erste Ableitung liefert, die
als weitere Gebergröße dem Mischverstärker zugeführt wird. Dieser Strom betätigt
weiterhin eine Integrationsvorrichtung 6q., die nach Art eines elektrischen Zählers
arbeitet und mit Hilfe einer Potentiometeranordnung 65 eine dem Zeitintegral der
Winkelgeschwindigkeit proportionale Größe dem Mischverstärker zuführt. Der Grad
der Einflußnahme der einzelnen Größen kann dabei durch das Verhältnis der Windungszahlen
der Steuerwicklungen passend gewählt werden.
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Als Grundsteuergröße kann beispielsweise auch die Kursabweichung benutzt
werden. Mit Hilfe von Differentiationsvorrichtungen mit Transformatoren oder Kondensatoren
kann ein der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges entsprechender Wert, mit Hilfe von
Integrationsvorrichtungen eine dem Zeitintegral der Winkelabweichung proportionale
Größe gebildet werden. Diese Größen werden in analoger Weise in dem Mischverstärker
gemischt und gleichzeitig verstärkt.
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Die erwähnten Fälle sind nur Beispiele für die Ausbildung von Steuerungen
nach bestimmten Steuergesetzen. In analoger Weise können Steuerungen anderer Art
ausgebildet werden; die nach anderen Steuergesetzen arbeiten.
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Kann ein Steuergeber nur Steuerströme abgeben, die zur direkten Betätigung
von Differentiations-bzw. Integrationsvorrichtungen nicht genügen, kann hierzu verstärkterAusgangsstrom
des Mischverstärkers verwendet werden. Ein Beispiel für eine solche Anordnung zeigt
Fig. io. Bei dieser Anordnung werden dem Mischverstärker Eingangsströme zugeführt,
die einem Steuerwert a sowie der zeitlichen Ableitung ä dieses Steuerwertes proportional
sind. Der Ausgangsstrom J wird beispielsweise einer Transformatoranordnung zugeführt,
deren Sekundärstrom
eine weitere Steuerwicklung des Mischverstärkers speist.
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Die Verstärkeranordnung ist nicht auf die Verwendung für Regel- und
Steuervorgänge beschränkt. Sie kann allgemein zur Ausbildung von Rechengeräten verwendet
werden.
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Bei dem in Fig. i i dargestellten Ausführungsbeispiel werden mit Hilfe
von Widerstandsanordnungen 67, 68, 69 dem Mischgerät I, II elektrische Größen als
Abbildungen bestimmter Zahlenwerte zugeführt. Die elektrischen Größen können dabei
durch entsprechende Ausbildung der Zahlenwertgeber beliebigen Funktionen dieser
Zahlenwerte, z. B. Winkelfunktionen, Logarithmen usw., entsprechen. Der Ausgangsstrom
J wird einer Vorrichtung 70 zugeführt, die zur Darstellung der Rechenergebnisse
dient und z. B. eine Schreibvorrichtung sein kann. Die Anordnung kann. somit zur
Berechnung von Summen, Produkten, Quotienten, zur Zusammensetzung von Schwingungen,
zur Ausführung von Differentationen und Integrationen üsw. dienen.