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Einrichtung zur elektrischen Übertragung oder Steuerung bzw. Überwachung von Bewegungs- vorgängen.
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Übertragung oder Steuerung bzw. Überwachung von Bewegungsvorgängen, wie solche zum gleichsinnigen Ausführen von. Bewegungen am entfernten Ort, sei es zur Steuerung von Werkzeugen nach Abtastergebnissen, zum Einstellen von Geräten oder Anzeigeeinrichtungen oder zu sonstigen Zwecken dienen. Zu diesen Zwecken ist es bekannt, eine aus zwei Spannungsteilern (Potentiometern) bestehende Brückenschaltung anzuwenden, bei der ein Spannungsteiler am Sender, der andere am Empfangsort angeordnet ist und bei denen die im Diagonalzweig auftretende Spannung eine Einstellkraft auslöst, die auf den empfangsseitigen Spannungsteiler so lange verstellend wirkt, als an den Enden des Diagnonalzweiges ein Spannungsunterschied herrscht.
Die Spannung fällt nun bei Annäherung an den Nullwert unter die als Sehwellenwert zu bezeichnende Grösse, auf die die Einstellkraft noch anspricht, so dass innerhalb eines gewissen Bereiches beiderseits des Nullwertes einer Spannungsänderung im Diagonalzweig keine wirksame Einstellkraft entspricht.
Die dadurch verursachte Ungenauigkeit ist naturgemäss um so grösser, je grösser der Schwellenwertbereich ist. Die Erfindung betrifft nun Einrichtungen zur Erhöhung der Genauigkeit der elektrischen Übertragung, Steuerung oder Überwachung von Bewegungsvorgängen und besteht im wesentlichen in der Anwendung von sinkender Einstellkraft deren Schwellenwertsbereich verkleinernden Mitteln, die erst wirksam werden, sobald sich die Spannung im Diagonalzweig dem Nullwert nähert.
In der Zeichnung dient Fig. 1 zur Erläuterung der Erfindungsgrundlagen. Die Fig. 2-9 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung.
In dem Schaubild Fig. 1 sind senkrecht zur Achse X-X die Spannungen aufgetragen, die im Diagonalzweig der Brückenschaltung bei der Annäherung an den Nullspannungspunkt 0 auftreten.
Es ergibt sich die Kennlinie K, die keinesfalls eine Gerade ist, da mit Annäherung an den Nullwert der in den Potentiometerzweigen fliessende Strom und der durch diesen bedingte Spannungsabfall immer kleiner wird, so dass die Spannung weniger als linear abnimn't. Werden mit + E und - E die Spannungsgrenzen (Sehwellenwerte) bezeichnet, unter denen die Einrichtung nicht mehr anspricht, so ist ersichtlich, dass innerhalb der der Strecke A entsprechenden Verschiebung des Potentiometerkontaktes keine Verstellkräfte mehr zur Wirkung kommen. Die Strecke A ist daher ein Mass für die Genauigkeitsgrenze der Einrichtung.
Werden gemäss der Erfindung Mittel angeordnet, die das Auftreten eines Stromes im Diagonalzweig und damit einen Spannungsabfall in den Brückenzweigen verhindern, so wird der Spannungsverlauf in der Nähe des Nullpunktes nach der Geraden k (Fig. 1) erfolgen. Dadurch wird der Schwellenwertsbereich von A auf a vermindert.
Wird statt eines einfachen Widerstandsdrahtes, der eine stetige Widerstandsänderung ergibt, ein gewickelter Widerstand oder ein sonstiger stufenförmig wirkender Widerstand verwendet, so entbtel1t etwa die striehlierte Kennlinie K1, die ebenfalls im Bereich A unterhalb des Schwellenwertes + E liegt. Wird in der Nähe des Nullwertes ein doppelt so fein abgestufter Widerstand wirksam gemacht (strichpunktierte Kennlinie K2), so wird, wie ersichtlich, der Schwellenwertsbereieh A2 und damit die mögliche Fehlergrenze auf die Hälfte verringert.
Wird in der Nähe des Nullwertes ein später beschriebenes Mittel wirksam gemacht, das die Kennlinie, wie k1 zeigt, steiler stellt, so wird der Sehwellenwertsbereich auf At eingeschränkt, die Genauigkeit demnach entsprechend vergrössert.
Fig. 2 zeigt eine grundsätzliche Anordnung gemäss der Erfindung. Am Gebeort ist die Potentiometerwicklung 1 mit ihrem beweglichen Kontakt 2 angeordnet, dessen Stellung durch den Kontakt 4
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der Wicklung 3 zu kopieren ist. Die Wicklungen 1 und 3 liegen an gleicher Spannung. In den die Kontakte 2 und 4 verbindenden Diagonalzweig 5 sind nur die inneren Widerstände der Elektronenröhren 6 und 7 gelegt, die gegensinnig parallel geschaltet sind. Die Schaltung unterscheidet sich von andern Schaltungen, die zur Verstärkung der Diagonalzweigspannung dienen, dadurch, dass hier ausser dem inneren Widerstand der Röhren kein anderer Widerstand eingeschaltet ist. Hiedurch wird bewirkt, dass die sonst auftretende Krümmung der Kennlinie J (Fig. t) vermieden wird.
Es ergibt sich eine Kennlinie k (Fig. 1), die gerade verläuft, wodurch der Sehwellenwertsbereieh der Einstellbewegung von
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möglichst kleingehalten ist. Der Kontakt 4 wird mittels der in die Mutter 8 eingreifenden Schraubenspindel 9 je nach deren Drehung im einen oder andern Sinne verstellt. Zu diesem Zwecke greifen in das Kegelrad 10 die vom Motor 13 angetriebenen Kegelräder 11 und 12 ein, die fallweise durch die elektromagnetischen Kupplungen 14 und 15 mit dem Motor gekuppelt werden. Die Kupplung erfolgt entsprechend dem durch die Diagonalspannung in den Röhren 6 oder 7 gesteuerten Strom in dem zugehörigen Kegelrad, wodurch die Spindel 9 in dem einen oder andern Sinne gedreht wird und dementsprechend der Kontakt 4 die Stellung des Kontaktes 2 kopierend verstellt.
Durch die Verstellbewegung des Kontaktes 4 kann unmittelbar oder mittelbar, wie bekannt, ein Werkzeug, ein Zeiger oder ein anderes einzustellendes Gerät (Fernrohr, Scheinwerfer, Geschütz, eine Steuervorrichtung od. dgl. ) verstellt werden.
Fig. 3 zeigt unter Weglassung des auch hier erforderlichen Bewegungsmechanismus 8 bis 15 eine Abänderung der Schaltung nach Fig. 2. Hier werden durch das mechanisch oder elektrisch angetriebene in rascher Folge wirkende, z. B. rotierende oder schwingende Umschalterpaar 16 die Röhren 6 und 7 abwechselnd in den Diagonalzweig 5 geschaltet. Der Gitterkreis der jeweils nicht eingeschalteten Röhre wird vorteilhaft gleichzeitig durch einen mit dem Umschalter gleichlaufend bewegten Schalter 16'kurzgeschlossen, um eine Beeinflussung des offenen Gitterkreises zu verhindern. Die Schaltung gemäss Fig. 3 ergibt einen wesentlich einfacheren und wirksameren Aufbau. Die Vereinfachung besteht darin, dass für beide Röhren gemeinsame Stromquellen verwendet werden können.
Da die Röhren auf Stromstösse wirksamer ansprechen als auf gleitende Stromänderungen, wird die Einrichtung empfindlicher und die Ankopplung allfälliger Verstärkerstufen in der für Wechselstrom üblichen Weise möglich.
Fig. 4 zeigt schematisch ein anderes Mittel zur Erhöhung der Genauigkeit, das ohne oder in Verbindung mit der Verstärkereinrichtung nach den Fig. 2 und 3 angewendet werden kann und im wesent- lichen aus einem Spannungsteiler zur Feineinstellung besteht, der auf einen an der Gesamtspannung liegenden Grundwiderstand spannungsteilend verstellbar ist.
Auf den am Sende-und Empfangsort liegenden Grundwiderständen 1 und 2 sind Widerstände- und 18 verschiebbar, die mit den Kontakten 19, 20 bzw. 21, 22 einen Teil der Gesamtspannung abgreifen.
Auf den Widerständen 17 und 18 gleiten die Kontakte 2 bzw. 4, die durch den Diagonalzweig 5 verbunden sind. Dadurch, dass ein entsprechend kleiner Teil der Einstellänge der Widerstände 1 bzw. 3 auf eine entsprechend lange Widerstandswicklung 17 bzw. 18 aufgeteilt ist, kann der Einstellweg der Kontakte 2 und 4 in bezug auf den Einstellweg auf dem Grundwiderstand und damit die Genauigkeit um ein Vielfaches vergrössert werden.
Ein weiterer Effekt besteht darin, dass in der Nähe des Nullwertes des Diagonalstromes lediglieh die Kontakte für die Feineinstellung bewegt werden brauchen, nicht aber jene für die Grobeinstellung. Die Kontakte 19, 20 samt dem Widerstand 17 (Fig. 4) bzw. die analogen Teile 18, 21, 22 können somit stillstehen, so dass in der Nähe des Nullpunktes, also wenn die Einstellkräfte schon klein sind, kleinere Massen zu bewegen bzw. stillzusetzen sind.
Durch die Kombination einer mit Nullwerteinstellung arbeitenden Potentiometerschaltung und eines auf einem grobstufigen Widerstand verstellbaren feinstufigen Widerstandes wird also durch die Verringerung der zu bewegenden Massen bei Annäherung an den Nullwert gegenüber den bisherigen Einrichtungen ein wesentlicher Vorteil erzielt.
Die Einrichtung kann natürlich auch nur allein am Sende-oder Empfangsteil der Brückenschaltung vorgesehen werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform nach dem Schema der Fig. 4. Der Widerstand 1 wirkt als Grundwiderstand von dem der drehbare Widerstand 17 einen Teil der Spannung mittels der Kontakte 19 und 20 abgreift. Der hebelförmige Kontakt 2 gleitet am Widerstand 1"1 und nimmt diesen beim Auftreffen auf die Anschläge 23 oder 24 in dem einen oder andern Sinne mit. Beträgt z. B. die Bogenlänge des Widerstandes 17 das Zehnfache des von den Kontakten 19 und 20 abgegriffenen Bogenstüekes des Widerstandes 1, so wird schon bei gleicher Wicklungsfeinheit der beiden Widerstände die Genauigkeit der Spannungsteilung auf das Zehnfache erhöht.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform eines Doppelspannungsteilers nach dem Grundsatz
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kontakt 2, der auf dem kreisbogenstückförmigen Widerstand 17 schleift. Die Enden des Widerstandes 17 liegen mittels der Abnahmekontakte 19 und 20 an verschiedenen Punkten der Wicklung 1. Stehen die Kontakte 19 und 20 z. B, um eine halbe Wicklung voneinander ab, so muss der Widerstand 17 ein Halb-
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kreis sein. Allgemein muss der Widerstand 17 den sovielten Teil eines vollen Kreises betragen, als dem Teil entspricht, den die Kontakte 19 und 20 von einer vollen Windung des Widerstandes 1 abgreifen.
Der Widerstand 17 trägt an den Enden Anschläge 23, 24, durch die beim Auftreffen des Hebelkontaktes 2 der Widerstand 17 samt den Kontakten 19 und 20 um die Achse 25 gedreht wird.
Um den in Fig. 1 dargestellten Spannungsverlauf Kl zu erzielen, dient die Schaltanordnung nach Fig. 7. In dieser werden zwei Brückenschaltungen gleichzeitig wirksam gemacht, u. zw. derart, dass die eine die Spannungsverteilung über den Gesamtweg überwacht, während bei der zweiten Brückenschaltung schon auf einem Bruchteil des Gesamtweges die gesamte Spannung durchlaufen wird, so dass sie während des gesamten Weges mehrmals nacheinander über den vollen Bereich abgegriffen wird. Die Abnahmekontakte 2 und 4 durchlaufen am Sende-bzw. Empfangsort den Gesamtweg auf den Widerständen 1 und 3.
Die Anordnung des Verstärkers und der Bewegungsvorrichtung am Empfänger ist die gleiche wie in Fig. 2.
Von letzterer sind lediglich die Kupplungswicklungen 14 und 15 dargestellt. Neben den Widerständen 1 und 3 sind Gruppen von Widerständen 26 und 29 angeordnet, von denen jeder an der Gesamtspannung liegt. Zur Vermeidung der durch die stromlosen Stellen zwischen diesen Widerständen auftretenden Totpunkte sind zwei entsprechend versetzte zwangläufig miteinander und den Kontakten 2 und 4 bewegte Kontaktpaare 27, 28 bzw. 30 und 31 vorgesehen, deren Diagonalzweige 32 bzw. 33 durch den (wie zu Fig. 3 beschrieben) Umschalter 34 rasch abwechselnd an die Verstärkereinrichtung 35, 36 gelegt werden.
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Wicklungen 14 und 15 gesteuerten Kupplungen zugeführt, so dass die Wirkung beider Verstärker summiert wird.
Die Verstärkungswirkung der Röhren 35 und 36 muss so begrenzt sein, dass der Höehststrom kleiner ist als jener Strom, der in den Röhren 6 und 7 auftritt, wenn die Kontakte 2 und 4 eine Unstimmigkeit besitzen, die der Grösse des Kontaktweges auf dem Gruppenwiderstand (26 bzw. 29) entspricht. Dies ist erforderlich, um ein Überspringen eines ganzen Gruppenwiderstandes zu verhindern. Statt Gruppen von Widerständen 26 bzw. 29 anzuordnen, kann auch ein einziger Widerstand vorgesehen sein, der mehrmals durchlaufen wird, wenn der Widerstand 1 bzw. 3 einmal bestrichen wird. Fig. 8 zeigt schematisch eine Ausführung gemäss letzterer Möglichkeit, die an der Sende-und Empfangsseite gleichartig ausgeführt sein kann.
Der Widerstand 1 ist in Form einer Schraubenlinie ausgebildet, auf der der axial verschiebbare Rollkontakt 2 um die Achse 26 geführt wird. Auf der Achse 25 sitzen ferner die hebelartigen Kontakte 27 und 28, die den kreisförmigen Widerstand 26 bestreichen. Die Kontakte 27 und 28 sind so gegeneinander versetzt, dass immer jedenfalls einer mit dem Widerstand Berührung hat, falls der andere an der Unterbrechungsstelle steht. Die Spannung wird über die Schleifringe 3"1, 38 an die Diagonalzweige 32 und 33 geführt, welch letztere zum Umschalter 34 (Fig. 7) führen. Während der Kontakt 2 in mehreren Um- drehungen den Widerstand 1 durchläuft, durchlaufen die Kontakte 27 und 28 wiederholt den Widerstand 26.
Fig. 9 zeigt für die gleiche Mehrfachpotentiometeranordnung wie Fig. 7 bzw. 8 eine nach dem in Fig. 3 gezeigten Grundsatz aufgebaute Verstärker anordnung, die jedoch zur Erhöhung der Ver- stärkungswirkung zweistufig ausgebildet ist. Die Diagonalzweige 5, j'2 und 33, die den mit gleichen Nummern bezeichneten Diagonalzweigen der Fig. 7 entsprechen, sind folgendermassen geschaltet. Der
Diagonalzweig 6 ist in gleicher Weise wie in Fig. 3 gezeigt, über den Umschalter 16 an die Röhren 6 und 7 geführt. Die Diagonalzweige 32 und 33 sind wie in Fig. 7 über den Umschalter 34 dem zugehörigen Ver- stärker zugeführt. Der Verstärker ist ebenso wie der des Diagonalzweiges 5 aus einem Umschalter 16 und den Röhren 35, 36 aufgebaut.
Die durch einen mechanischen oder elektrischen Antrieb bewirkte
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wie angedeutet, mechanisch verbunden sind. Für die Verstärkungswirkung der Röhren 35 und 36 gelten die gleichen Bedingungen, wie sie zur Schaltung Fig. 7 bereits ausgeführt wulden. Die zweite Verstärkungsstufe mit den Röhren 44, 46 ist unmittelbar mit dem Anodenkreis der Röhren 6 und 7 bzw.
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Verminderung der negativen Gittervorspannung der Röhre 46 und damit eine Erhöhung des von dieser Röhre gelieferten Anodenstromes. Durch die beschriebene Schaltung wird also eine wechselseitige Unterstützung der beiden Röhren erzielt.
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bewegenden Gerätes kann dann z. B. von Hand aus nach der jeweiligen Zeigerstellung erfolgen.
In der Schaltung nach Fig. 3 kann auch eine Zeiehengebung durch Kopfhörer erfolgen, die an Stelle der Kupplungen 14 und 15 gesetzt werden. Die die Steuerung betätigende Person empfängt entsprechend der Kontaktstellung entweder im rechten oder linken Ohr die Unterbreeherzeichen, die bei richtiger Einregelung des Kontaktes 4 abklingen. Es können mehrere Einrichtungen, z. B. eine solche für die Verstellbewegung in der Lotrechten mit einer solchen für die Verstellbewegung in der Waagrechten unter Vorkehrung nur einer gemeinsamen Verstärkereinrichtung verbunden werden. Zu diesem Zwecke werden die einzelnen Diagonalzweige durch eine an sich bekannte Umschaltevorrichtung rasch wechselnd an den Verstärkereingang gelegt.
Die verstärkten Ströme werden durch eine gleichlaufende Umschaltevorrichtung wieder sinngemäss den zugehörigen Steuerorganen zugeführt. Um die Schaltstösse auszugleichen, werden in bekannter Weise Kondensatoren vorgesehen.
Um über einen grossen Regelbereich mit entsprechender Genauigkeit einstellen zu können, sind grosse Längen der Potentiometerwiderstände erforderlich. Die Widerstände werden daher, wie in den Fig. 6 und 8, dargestellt in Form von Schraubenwindungen angeordnet, so dass sich der gesamte AbgTeif- vorgang über eine Anzahl von Umdrehungen erstreckt. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, den Widerstand schraubenförmig auf einen isolierenden Zylinder zu wickeln, z. B. in Schraubennuten des Isolierkörpers einzulegen. Die Abgreifkontakte 2 bzw. 19, 20 werden vorteilhaft als Rollen ausgeführt, die axial verschiebbar gelagert sind und sich selbst vorteilhaft am Widerstand bzw. in der Schraubennut führen, so dass sie entsprechend der Drehung eine Axialverschiebung erfahren.
Statt in einer zylindrischen, kann der Potentiometerwiderstand auch in einer kegelförmigen Schraubenlinie oder einer ebenen Spirale gewickelt werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn es z. B. erwünscht ist, eine Verstellbewegung gegen ein Ende zu mit grösserer Genauigkeit zu überwachen bzw. zu übertragen.
Die beschriebene Anordnung des Potentiometerwiderstandes in Schraubenlinien bietet den wesentlichen Vorteil, dass eine beliebige Zahl von Umdrehungen unmittelbar übertragen bzw. überwacht werden kann, ohne dass eine Umdrehung übersprungen wird.
Die durch die erfindungsgemässen Mittel erzielbare Empfindlichkeit in der Nähe des Nullwertes
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verursachen, so dass die richtige Stellung nur in abklingenden Pendelungen zu erreichen wäre. Die Erfindung sieht daher Massnahmen vor, um diese Einstellstörungen zu unterdrücken. Die eine Möglichkeit besteht in bewegungshemmenden Organen, die elektrisch in der Unwirksamstellung gehalten werden, wie Bremsen, Sperrklinken od. dgl., die beim Erreichen des Nullwertes im Diagonalzweig wirksam werden.
Es können z. B. eine Bremse und eine Sperrklinke derart miteinander angewendet werden, dass die Bremse die Einstellungsbewegung bei Annäherung an Nullstellung verzögert und die Sperrklinke bei Erreichung derselben einfällt. Es können auch zwei Antriebssysteme für die Einstellbewegung derart kombiniert werden, dass das eine die Grobeinstellung und das andere die Feineinstellung innerhalb eines begrenzten Einstellweges ausführt.
Ein anderes Mittel zur Unterdrückung der mechanischen Einstellschwingungen besteht darin, dem Abnahmekontakt eine dauernde mechanische Schwingung zu erteilen, wobei die Amplitude des Abnahmekontaktes unter der zulässigen Fehlergrenze gehalten wird. Dadurch wird eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit erzielt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur elektrischen Übertragung oder Steuerung bzw. Überwachung von Bewegungsvorgängen nach dem Kompensationsverfahren unter Verwendung einer Brückenschaltung, bei der die Einstellkraft durch die Spannung im Diagonalzweig ausgelöst wird, gekennzeichnet durch mit sinkender
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die Spannung im Diagonalzweig dem Nullwert nähert (Fig. 1).