DE1556508A1 - Rudergetriebe - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann

8 MÜNCHEN 27, DEN I Ö Ö D O U

MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

LOiLi

Iac., uev/ Iork

Kudergetriebe

Die vorliegende Erfindung bezieht üich auf automatische iiavigationssysteme für l^ahrueu^e und insbesondere auf ein automatisches ßichtiiiiü-ssteuersysteiü für Wasserfahrzeuge .

Bs ist eine Vielzahl von Budergetrieben (Autopilots) entwickelt worden, bei denen Kompasse oder andere auf das Erdmagnetfeld ansprechende Einrichtungen verwendet werden. Bei einfachen Rudergetrieben werden Koinpaßeinheiten mit verschiedenen ffehlersignalgeneratoren benutzt. Bei anderen !typen kommen eine Pliotozelle mit einer Lichtquelle sowie eine in Sektoren aufgeteilte Kompaßscheibe zur Anwendung, wobei die Kompaßscheibe zwischen Lichtc|uelle

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und Photozelle angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu unterbrechen und damit vom Kurs abweichende Positionen festzustellen.

Diese Steuereinheiten arbeiten entweder ohne Steuerückkopplung ohne Pendelwirkung (hunting aotion) oder mit einer mechanischen Rückkoppelverbindung, um die Ruderstellung auf die ^Steuereinheit zu übertragen und damit eine Übersteuerung zu unterbinden· Die Verwendung einer mechanischen Verbindung zur übertragung der Ruderstellung kompliziert den Einbau des Rudergetriebes und macht es oft erforderlich, daß die Richtungsfeststelleinheit, d.h. der Kompaß, in der Nähe der Rudersteuereinheit angeordnet wird. Die vorgenannten Rudergetriebe ermöglichen oft keine Kurssteuerung über volle 360°, sondern sind auf 180° oder a> gar nur 90 bis 120° beschränkt. Damit ergeben eich zwei oder vier mögliche Kurse für jede Einstellung der Rudergetriebes. Weiterhin sind bekannte Rudrgetrlebe wegen der hohen Wartungsanforderungen aufgrund der Verwendung mechanischer Schalter in einer korrosionfördernden Umgebung auf dem Wasser nachteilig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rudergetriebe, insbesondere für Wasserfahrzeuge anzugeben, bei dem eine Anordnung der Richtungsfeststelleinheit und der Kurseinstelleinheit an jeder, von der Rudersteuereinheit entfernten Stelle möglich ist, eine Kurs-Richtungsfestellung und -steuerung über 360° möglich

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und im Rudermotorkreis keine mechanischen Schaltkontakte vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Rudergetriebe gelöst, das eine KursfeststeTLeinheit und eine darauf ansprechende Rudersteuereinheit aufweist, wobei eine Rückkopplung auf die Kursfeststelleinheit vorgesehen ist. Die Kursfeststelleinheit besitzt eine Kompasscheibe, die so in bezug auf wenigstens eine Lichtquelle undzwei Lichtdetektoren angeordnet ist, daß ein Richtungsansprechen über 360° erhalten wird· Die Rudersteuereinheit ist voll transistorisiert und ohne Relais oder meclmische Kontakte aufgebaut.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der&guren. Es zeigent

Fig. 1 und 2 die Kursfeetetell- und Kurseinetelleinheit des Rudergetriebes der Erfindung;

Fig. 3, 4 und 5 die Rudersteuereinheit des Rudergetriebes gemäß der Erfindung; und

Flg. 6 den Schaltplan des *udergetrlebes.

In Fig. 1 ist die Richtungs- oder Kursfeststell- und -einstelleinheit des Rudergetriebes als Tertikalschnitt

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länge der Linie 1-1· la Fig. 1 dargestellt. Die Einheit befindet sich in einem Gehäuse mit einem Boden 10 sowie einer Frontplatte und einer Hinterabdeckung 12. Der untere Band der Platte und der Abdeckung steht mit einem Ansatz am Boden in Eingriff; Platte und Abdeckung sind mittels einer Zungen-Nut-Verbindung miteinander verbunden. Der am Wasserfahrzeug befestigte Boden 10 kann aus Metall hergestellt sein, während die Frontplatte 11 und die Abdeokung 12 vorzugsweise aus Künstetoff, wie Polystyrol, Luoith, Bakelit und ähnliches, geformt sind. An der Oberseite des Bodena 10 ist eine ringförmige Nut 14 vorgesehen, an deren Peripherie zur Bildung einer Schulter 15 ein kreisförmiger Einschnitt 16 eingefräst ist. Von der Unterseite des Bodens 10 ist eine Bohrung 21 mit einer zylindrischen Versenkung 20 geführt. Diese Konstruktion ergibt einen Sitz für die Kompaßeinheit, welche eine kreisförmige Basisplatte 17 mit zwei Itafangsnuten an ihrer Oberseite besitzt\ durch' die Umfangenuten werden Schultern 18 und 19 gebildet. Die Basisplatte 17 ist ebenfalls aus klarem Kumtetoff, wie beispielsweise Lucith, hergestellt.

Die Kompaßplatte 17 ist mittels einer sich in der Bohrung 21 befindenden Nabe 24 drehbar auf dem Boden 10 angebracht. Der Band der Platte 17 liegt gleitend auf der Schulter 15 auf, wobei an dieser Stelle zur Bildung einer dichten Verbindung ein Faserring 26 zwischen Platte 17 und Boden 10 vorgesehen ist. Die Nabe 24 1st mit Gewinde versehen, wobei

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eine Schraube 23 und ein Ring 22 zur Halterung der Platte 17 auf dem Boden 10 dienen.

Auf einer Kompaßscheibe 30 ist eine Metallkappe 31 zentral angebracht, während an ihrer Unterseite a» ein Permanentmagnet 32 befestigt ist. Die Scheibenanordnung ist auf einen Drehpunkt aufgesetzt, der durch eine angespitzte Welle 33 gebildet wird; diese Welle läuft durch ein zentrales Loch in der Scheibe 30 und ist in einem Lager 34 gehaltert, das sich an der Oberseite der Platte 17 befindet. In Fig. 1 ist die Kompaßscheibenanordnung im Querschnitt dargestellt; es ist jedoch zu bemerken, daß dieser Querschnitt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, um eine Strecke X gegen die Mittellinie der Einheit verseztt ist.

Die Kompaßscheibe ist in einer Flüssigkeit gelagert, um ihre Bewegung in konventioneller Weise zu dämpfen. Über die

Platte 17 ist eine umgekehrte Kappe 40 mit einem Flansch längs ihrem unteren Band auf die Obere Schulter 19 aufgesetzt. Diese Kappe 40 besitzt an ihrer Oberseite eine zentrale Haube 42, die einen Luftraum über dem Flüssigkeitspegel bildet. Dadurch werden Änderungen der Außentemperatur ausgeglichen. Die Haube 42 ist an ihrer Unterseite durch eine Platte 43 mit einem Loch 44 geringen Durchmesser abgeschlossen, um Flüssigkeitsbewegungen in der Kappe 40 zu dämpfen. Oberhalb der Kappe 40 ist auf Stempeln 51, 52 und 53 (Fig. 2) eine die Schaltung für

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die Kursieststell- und -einstelleinheit tragende Schaltungeplatte 50 (Fig. 1) angeordnet. Biese Schaltungsplatte trägt ai ihrer Unterseite Lichtdetektoren 55 und 56, welche vorzugsweise Photowiderstandselemente sind. Diese Photozellen sind direkt über und in gleichen Abständen von Lichtquellen 57 und 58 angeordnet, die sich ihrerseits in Bohrungen in der Platte 17 befinden. Ein vieradriges Kabel 59 wird an der Oberseite der Einheit durch eine Kammer 65 gehalten. Dieses Kabel stellt eine Verbindung zu Klemmen 60 bis 63 der Schaltungsplatte 50 dar. Die Klemmen 60 und 61 stellen die positive und negative Klemme der Schaltung dar, wobei in Fig. 2 dargestellte Leitungen 66 und 67 zu den Lichtquellen 57 und 58 führen. Die Leitungen treten durch einen in die Platte 17 geschnittenen Schlitz 68 in die Hut 14 einmun-d verlaufen, wie bei 69 gezeichnet, zu Klemmen 627 und 28; die Lichtquellen werden durch einen Messingring 25 und die Kupferklemmen 27 und 28 in ihrer Lage gehalten; diese Elemente sind an der Platte 17 befestigt.

Damit die Peststelleinheit zur Kurseinstellung zu benutzen ist, ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Platte 17 um ihren Drehpunkt auf dem Boden 17 zu drehen. Dabei handelt es sich um einen mit ..einer Stellschraube 71 an einer Welle 72 befestigten Knopf 70. Innerhalb des Gehäuses der Einheit trägt die Welle 72 eine Seilscheibe 73. Diese Einrichtung ist durch Manschetten 74 und 75 an- der Platte

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gehaltert. Über die Seilscheibe 73 ist eine flexible Schnur 76 geführt, welche längs einer durch den Flansch 41 der Kappe 40 und die Schulter 18 der Platte 17 gebildeten Hut um die Platte 17 verläuft. Fig. 2 zeigt die Schnur und zugehörige Seilscheiben 77 und 78 im einzelnen.

Der Knopf 70 besitzt einen unteren Flansch 80 mit einer kalibrierten Skala 81, sowie Ziffern 82 im Relief auf seiner Oberseite, Auf der Frontplatte 11 ist ein Kurzanzeiger oder "Anliegestrich¹¹ 83 vorgesehen. Der Knopf 70 kann um 370 bis 390° gedreht werden; eine vollständig freie Bewegung wird durch eine Sperre unterbunden, die einen Anschlag 85 umfaßt. Dieser Anschlag wird zwischen einander angepaßten kreisförmigen Nuten 86 und 87 in den gegenüberliegenden Flächen des Knopfs 70 und der Frontplatte 11 gehalten. Die Nut 86 verläuft etwa 350» um die ' Unterseite des Knopfs 70, während die Nut 87 etwa 20 bis 40° um die äußere Fläche der Platte 11 verläuft.

Fig. 2 zeigt die Kompaßscheiben- und Lichtdetektoranordnung gemäß der Erfindung. Kurz gesagt, wird in dieser Anordnung eine kreisförmige Kompaßscheibe verwendet, welche wenig außerhalb der Hittellinie zwischen den Photozellen angebracht ist, so daß die Photozellen bei Rotation um ihre Rotationsachse einem konstant modulierten Lichtstrahl ausgesetzt werden. Auf diese Weise wird über die gesamte Drehung von 460° ein kontinuierliches Fehlersignal erzeugt. Die Kompaßscheibe 30 besitzt einen Radius r,

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und eine Rotationsachse, die um die Strecke χ gegen die gerade Linie versetzt ist, welche die Photozellen 55 und 56 schneidet. Diese Linie bildet die Kante einer Imaginären Ebene, welche ebenfalls durch die Lichtquellen 57 und 58 verläuft, da die Photozellen vorzugsweise an Stellen angeordnet sind, welche von den Lichtquellen gleiche Abstände besitzen. Wie Fig. 2 sseigt, bildet die Kompaßscheibe 30 am unteren Rand der Kappe 40 eine !Tangente zu deren Innenfläche. Diese Flächen bilden daher einen freien Lichtqeg durch den kreisförmigen Bogenbereich zwischen der Außenkante der Kompaßscheibe 30 und der aufrechten Fläche der Innenwand der Kappe 40. Durch die Verwendung von zwei Photozellen, die in gleichem Abstand sowohl von einer Lichtquelle als auch von der exzentrisch angeordneten Rotationsachse der Kompaßscheibe angeordnet sind, werden Streusignale eliminiert, welche sonst durch die Stampf- und Rollbewegung des Fahrzeugs in einem nicht-symmetrischen System erzeugt würden.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Motasteuereinheit. Ein Rudersteuermotor 100 ist mittels Ansätzen 125 und Bolzen

127 an einem Gehäuse 124 befestigt. Eine angepaßte Platte 126 bildet die andere Hälfte des Gehäuses, wobei an der Außenfläche dieser Platte eine aufrecht stehende Wand

128 vorgesehen ist, welche eine zweite Kammer bildet. Diese zweite Kammer ist durch eine Platte 130 abgeschlossen. Eine Motorantriebswelle 132 erstreckt sich durch das Ge-

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häuse in eine Nabe 131, welche sich ihrerseits in die zweite Kammer erstreckt. Das Ende der Antriebswelle ist durch einen Kupplungsantrieb 134 abgedeckt, welcher eiue zylindrische Kappe mit radialen Armen 136 darstellt. An den äußeren Enden der Arme 136 sind Ausnehmungen vorgesehen. Der Antrieb.ist außerhalb des Endes der Antriebswelle durch eine in der zylindrischen Kappe enthaltene Feder 138 vorgespannt. In eine radiale liut in der zylindrischen Kappe ist ein Stift I40 eingepaßt, über den die Welle 132 Rotationsenergie auf die Kappe übertragen kann. Die Kappe ist mittels eines Hülsenlagers 142 gleitend im Gehäuse 126 angebracht. Der Antrieb kann mittels eines Hubstiftes 144 axial auf der ",/eile 132 bewegt werden. Durch Drehung einer vvelle 146 wird daher die Antriebseinheit axial gegen den Motor gedruckt, bis die Ausnehmungen 137 mit Kugeln 147 in Eingriff treten, welche in einem Zahnrad I48 gelagert und durch ine Blattfeder 149 gegen die Ausnehmungen gedruckt werden. Das Zahnrad 148 ist mittels iluten 151 an der Habe 150 befestigt. An der ifabe 150 ist weiterhin ein Antriebszahnrad 152 mittels Schrauben 153 befestigt. Das Antriebszahnrad 152 kämmt mit einem Ruderantriebszahnrad 154» das an einer Habe 153 durch Schrauben 154 befestigt ist. Dieae Habe ist auf einer Welle I56 gelagert, welche sich durch ein Hülsenlager 155 erstreckt.

Die Welle 156 besitzt eine zentrale Bohrung, in welche

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eine V/elle 158 eines Potentiometers 110 eingepaßt ist. Das Potentiometer ist durch eine Ilalterungsmutter 160 am Gehäuse befestigt. Jie Steuerschaltung für den Motor befindet sich auf einer gedruckten Schaltungsplatte 157. Leistungstransistoren 227, 228, 230 und 231, welche al3 Schalter für die Schaltung dienen, sind auf der Platte 159 angebracht. Die Platte dient dabei gleichzeitig in konventioneller Weise als Wärmeabführung.

Hg. 4 zeigt einen Schnitt der Hotorsteuereinheit längs der Linie 4-4' in i'ig. 3. Aus dieser Ansicht ist ein Kupplungshebel 166 ersichtlich, welcher an der V/elle 146 durch eine Verschlußmutter 169 befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende des Kupplungshebels 166 ist mit einer Bohrung versehen, in die ein Kabelaufnehmer 167 eingepaßt ist. Dieser Kabelaufnemner ist mittels eines Rings 161 und eines Stiftes 162 am Hebel befestigt. Eine Stellschraube 168 befestigt das tffcel in der Bohrung 163, wobei das Kabel zu einem geeignet angeordneten Kupplungshebel im Führerraum des Fahrzeugs führt. Ein Bügel 171 haltert eine Kabelführung 175 am unteren Rand dee Gehäuses.

Die Welle 146 besitzt einen in Segmente geteilten Abschnitt 170, durch welchen der Hebestift 144 verläuft. Ein Mikroachalter 172, welcher die in Fig. 6 dargestellte Rudergetriebeschaltung bet* igt, ist in der

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aweiten Kanuner des Gehäusesangeordriet« Dieser Mikroschalter steht mit einer "i/inkelschalterfcebätiji^ji^ 17Ί in eingriff, die ebenfalls an der Welle Ι-·-'! 1?iratigt ist, .auf diese weise wird durch Inei.ngrifftreten der Kupplung bei Bewegung des Hebels 166 das Hudergetriebe und der Kudersteuermctor 100 betätigt» M.e Welle 146 wird durch Sperrklinken 176 und 177 aowie ein lager in ihren beiden Stellungen gehalten.. Diese Elemente sind in Fig. 5 dargestellt, welche einen begrevj?.·■■· ί . e~ reich der Seitenwand 128 am Ende der Welle 146 da* stellt. Ein btift 173 im Ende der Welle 146 wird zwischen den iäperrklinken 176 und 177 gehalten. Das Lager 17ö iat in einem Sockel in der Wand 128 so angeordnet, daß ei- über die Oberfläche dieser Wand gegen den Stift 173 hinaus ragt. Im üockel ist eine niclit dargestellte; reöer vo2^ge». .-■ehen, welche das Laper nacii außen vorspaiiMC, um eine federnde Aufnahme für denStift 173 zu bilden.

Die Hudergetriebe-Steuerschaltung unfaßt zwei Kreise: einen Spannungsvergleichskreis, welcher ein Fehlereignal in Abhängigkeit der vom Kurs abweichenden Bewegung des Fahrzeugs erzeugt, und einen Rudermotor-Steuerkreis, welcher das Ausgangssignal des Vergleichskreisesd aufnimmt und den Rudermotor in Abhängigkeit davon betätigt. Der Fehlersignal-Generatorkreis befindet sich auf der Schaltungsplatte 50, während sich der Motorsteuerkreis

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auf der Platte 157 befindet. Die Verbindungen zwischen den Kreisen sind über einen Klemmsteg 180 vorgenommen, welcher mittels Schrauben 181 am Gehäuse befestigt ist. Dieser Klemmsteg besitzt sechs Klemmen, um die Spannungszuführungsleitun^en und die vier Verbindungen für die Kursfeststeil- und -einstelleinheit anzuschließen.

Gemäß Fig. 6 besitzt der Fehlersignalgenerator der Kursfesteteil- und -einstelleinheit einen Differential-Spannungsvergleichskreis, einen Stromregelkreis zur Erzeugung eines konstanten GtromeH für den Vergleichskreis und einen Spannungsteilerkreis, in dem die Photozellen 55 und 56 vorgesehen sind. Die Photozellen sind passive Photowiderstandselemente, welche zwischen einer positiven und negativen Leitung der Speisespannung liegen. Zur Erzielung des gewünschten Spannungsabfalls an den Photozellen sind Widerstände 200, 201 und 203 vorgesehen. Die Photozellenpaare werden in jeder Einheit durch ein Justieren des Wertes des Widerstandes 201 mit einer Wideratandsdekade kalibriert, bis der Kreis eine vorgegebene Ausgangsspannung für einen gegebenen Fehler abgibt. Der Wert des Widerstandes 201 wird also so eingestellt, daß ein Fehlersignal von plus oder minus 1 Volt für eine Kursabweichungseinetellung von plus oder minus 30° erhalten wird.

Die Photozellen befinden sich etwa in gleichem Abstand von ihrer entsprechenden Lichtquelle 57 bzw. 58, wobei

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die Kompaßscheibe 30 das Auffall-Licht vun den Lichtquellen 57 und 5ö moduliert. Der Speisespannung sind Widerstände 204 und 205 parallelgeschaltet, um den Ljpannungüabfall an den Lichtquellen einzustellen. Befindet sich das Pal»· zeug auf dem Kurs, so stellen die Photozellen 55 und 56 einen Hullkreis bzw. einen Abgleich-Kreis dar, so daß die Spannung an einem Punkt A gleich der halben Speisespannung, d.h. gleich 6 Volt ist.

i)er üifferential-Spaunungsvergleichskreis vergleicht die Spannung am Punkt A mit der Spannung an einem Punkt B, v/elcher eine die Ruderstellung wiedergebende Rückkopplungsspannung ist. Die Rückkopplung vom Ruder wird durch das J&tentiometer 110 erreicht, das durch eine Leitung an den Punkt B angeschaltet ist, wobei die Leitung zu einer Klemme des Kontaktstegs 180 läuft, iier äpannungsvergleichsgkreis enthält transistoren 205 und 206, die eine gemeinsame Emitterzuleitung 207 besitzen und deren Basen über einen Widerstand 2OB bzw. 209 an den Punkt A bzw. B angeschaltet sind. Weiterhin sind die Basen der Transistoren 205 und 206 über eine Kapaität 202 verbunden, die als Tiefpaßfilter dient, um wiuirend des Betriebs des "udermotors auftretende kurzzeitige Spannung^- spitzen in der Speisespannung auszugleichen.

Eine Leitung 210 bzw. 211 verbindet die Kollektoren der l'ransi stören 205 und 206 an die positive Spannungs-

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zuführung 112. Die iimitterleitung 207 i3t an den Kollektor eines Transistors 212 angeschaltet. D4er Transistor liegt im Konstantstrom-Regelkreis, welcher weiterhin einen Transistor 213 sowie Widerstände 215, 216 und 217 umfaßt. Der Transistor 212 wird im Durchbruchsbereich seiner !nasis-Emitter-Diode betrieben und wirkt als Zener-Diode, um eine konstante .Spannung an seinen Klemmen über einen großen Ütrombereich zu erzeugen. Damit wird ein konstanter Strom in der Emitterleiturig 207 unabhängig von Änderungen in der Speisespannung gewährleistet.

Ausgangssignal des Kreises wird an einem Punkt C in einer Leitung 220 abgenommen, welche einen Widerstand 219 mit dem Kollektor eines Transistors 218 verbindet. Eine Leitung 114 verbindet den Ausgang mit einem Punkt C des Motorsteuerkreises. Der V/iderstand 219 ist mit der negativen Leitung 113 und der Emitter des Translators 218 nit der positiven Leitung 112 von der Batterie 199 verbunden. Dieser Kreis ist so dimensioniert, daß die Spannung am Punkt G bei Null etwa gleich der halben Speisespannung, d.h. gleich sechs Volt ist. Die Basis des Transistors 218 ist mit fern Kollektor eines der Transistoren 205 oder 206 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist die Verbindung mit dem Kollektor des Transistors 206 dargestellt. Ein die Vorspannung einstellender Widerstand 221 ist zwischen diese Verbindung und die positive Spannungszuführung eingeschaltet, um den

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Transistor 21ί3 im moduliert en Berc-icii au betreiben, lim aic Verstärkung durch ciou J?ehlersignal£;enoratar zu rodeln, ist eine KückkGpplun_L;s /erbiiduü^ 2212 von dor ii.reisausijan{-sleituuu 220 auf die ^iu^äu^e an den La se ti der Translatoren 201) und 206 geschaltet. Lamit kann die durch den Kreiß su regelnde Verstärkung auf das Verhältnis eiues .i'ideretaiiclen 223 und de-. ..'iderstandes 2ÜÜ oder 209 eingestellt werden.

Der Rudersteuerkreis ist auf der Schalungsplatte 157 angeordnet. Das Schalten wird insgesamt durch Transistoren ausgeführt * welche mit einer Durchlaßvorspannung im S8ttigungssustand betrieben werden. Die Verwendung von transistoren zum Schalten macht eine größere Wartung im Rudergetriebe unnötig. Eine derartige Wartung wäre erforderlich, wenn Kontakte von mechanischen Schaltern welche in salzhaltiger Luft schnell korrodieren würden, vorhanden wären. Eine in Fig. 6 dargestellte Motorwicklung 225 ist mit einer ihrer Klemmen an eine gemeinsame Kollektorleitung 226 von Leistungstransistoren 227 und 228 angeschaltet, welche entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp "besitzen (komplementäre Transistoren). Die andere Klemme der Widmung 225ist an eine zweite gemeinsame Kollektorleitung 229 von Leistungstransieboren 230 und 231 angeschaltet, welche ebenfalls entgegengesetzten Leitungetyp besitzen (komplementäre Transistoren). Die

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BAD

Leistungstransistoren sind vorzugsweise Germanium-Transistoren. Die Basis des Transistors 227 ist an den Emitter eines Transistors 232 angeschaltet, väirend die Basis des Transistors 231 über einen Widerstand 233 an den Kollektor des Transistors 232 angeschaltet ist. Widerstände 234 und 235 dienen dazu, die Transistoren 227 und 228 in Durchlaßrichtung vorzuspannen. Ein Transistor 236 iowie ./iederstände 237, 238 und 239 sind in gleichartiger üchaltungsausführung für die Transistoren 230 und 228 vorgesehen. Dioden 240, 241, 242 und dienen zur Ableitung von Sperrspannungen, welche in der Motorwicklung während des Schaltens des durch sie fließenden Stromes auftreten können, wodurch die Leistungstransistoren geschützt werden.

Der Abgleich des Rudersteuerkreises umfaßt zwei komplementäre Multivibratoren, vorzugsweise zwei Schmitt-Trigger. In diesen Kreisen ist zur Erreichung einer schnellen Schaltung eine Rückkopplung vorgesehen, welche verhindert, daß die Leistungstransistoren in ihrem aktiven oder modulierenden Bereich arbeiten. Das Eingangesignal der Steuerschaltung stellt die Spannung am Punkt C dar, welche über einen Widerstand 247 bzw. 248 auf die Basen von Transeietoren 245 und 246 gegeben wird. Der Emitter des Transistors 246 ist mit dem Emitter eines Transistors 249 direkt zusammengesohaltet, wobei

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der Vertiindungspunkt über einen Widerstand 251 an eine positive Klemme 252 geführt ist. Der Kollektor des Transistors 246 ist über einen Widerstand 253 an die . negative Spannungsklemme der Batterie 199 angeschaltet, während die Basis des Transistors 249 über einen Widerstand 255 und der Kollektor des Transistors 246 über einen Widerstand 254 an die positive Klemme 252 angeschaltet sind. EiLn Widerstand 256 liefert die Vorspannung für den Transistor 236.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers wird auf die Basis des Transistors 236 gegeben, der über den Widerstand 238 an die negative Spannungszuführung angeschaltet ist. Der komplementäre Trigger besitzt Transistoren 245 und 260, welche gegenüber den Transistoren 246 und 249 entgegengesetzten Leitungstyp besitzen (komplementäre Transistoren).

Die Schmitt-Trigger sind so ausgelegt, daß die am Punkt C auftretende halbe Speisespannung, d.h. sechs Volt, ausreichend negativ ist, um den Sransistor 246 in der Sättigung zu halten, und ausreichend positiv ist, um den Transistor 245 in der Sättigung zu halten. Wenn der Transistor 246 in der Sättigung ist, ist der Transistor 249 gesperrt und bleibt solange gesperrt, bis die Spannung am Punkt C sich auf einen vorgegebenen Wert, d.h. acht ',Volt, vergrößert. Diese Zunahme der Speisespannung vermindert das Baispotential des Traniistore 246, wodurch

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dessen Sperrspannung vergrößert wird. Dadurch wird der Kollektor des Transistors 246 negativer, wodurch der E_mitterstrom und der Spannungsabfall am Widerstand 251 abnehmen. Die an den Kollektor des Transistors 246 angeschaltete Basis des Transistors 249 wird negativer, wodurch zusammen mit dem verminderten Spannungsabfall am Widerstand 251 die Sperrspannung des Transistors 249 reduziert wird, wodurch dieser in die Sättigung getrieben wird. Die Sperairkung tritt bei einer zweiten vorgegebenen Signalspannung, d.h. bei sieben Volt auf, welche die Sperrvorspannung des Transistors 246 übersteigt, wobei der letztere Transistor leitet und daher die Baiaspannung des Transistors 249 positiver macht. Damit fällt die Emitterspannung des Transistors 249 und erneut der Spannungsabfall am Widerstand 251t wobei der Emitter des Transistors 246 weniger negativ wird, bis der Transistor 246 in der Sättigung und der Transistor 249 gesperrt ist.

In komplementären Schmitt-Trigger treten bei vorgegebenen Spannungen die genau entgegengesetzten Effekte auf. Dabei ist für alle Signalspannungen oberhalb von fünf Volt der Transistor 245 in der Sättigung und der Transistor 260 gesperrt, während bei Spannungen unter vier Volt der Transistor 245 gesperrt und der Transistor 260 in der Sättigung ist.Diese Schaltungeauslegung ergibt eine Totzone in der Signalspannung von vorgegebener Größe

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zwischen fünf und sieben YoIt, wodurch eine übern"iU£je Lu-(lerv/ir^riuig vermieden wird. Die Hysterese z\/i sahen den aktivierenden und entaktivierenden Spannungen stellt darüber hinaus sicher, da- lediglich ein Transistor der Transiator-•vnare, d.h. lediglich ein Transistor der [transistoren und 228 und lediglich ein Transistor der Transistoren und 251 in einem er'^igen Augenblick leitend ist, wodurch ein Kurzschluß o,.:= Speisespannung über ein offenes Transistorpaar vern.-eden wird,

I3i-a Wirkungsweise des Rudergetriebee ergibt sich aus der -erste*saäen Beschreibung der steuerschaltung und der darin verwendeten Komponenten. Der Kreis besitzt eine Nullstellung, in der die entsprechenden Photozellen etwa gleiches Licht von den Lichtquellen 57 und 58 erhalten. Weicht das Fahrzeug von seinem Kurs ab, so werden die Photozellen in "bezug auf die Kompaßscheibe gedreht und bewegen sich längs eines "bogenförmigen Spaltes zwischen der Kompaßscheibe und der Innenwand des Gehäuses 40. Biese Bewegung moduliert den Lichtstrahl von den Lichtquellen 57 und 58 zu den Photozellen 55 und 56. Diese Modulation tritt auf, weil ein Paar aus Lichtquelle und Photozelle sich zu einem Punkt auf dem bogenförmigen Spalt bewegt, in dem es mehr Licht erhält, während das andere Paar aus Lichtquelle und Pliotozelle sich zu einem Punkt auf dem Spalt bewegt, in dem es weniger Licht erhält. Da die Photozellen ihren Widerstand mit der Lichtintensität ändern, bilden die Photozellen einen Spannungs-

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teiler über der Speisespannung. Über derNullstellung beträgt die Spannung am Verbindungspunkt der Photozellen, d.h. am Punkt A sechs Volt. Bei einer Kurzabweichung liegt diese Spannung entweder über oder unter sechs Volt, was von der Richtung der Kursabweichung abhängt.

Spannung im Punkt A wird mit der Spannung im Punkt B verglichen, welche vom Ruderstellungspotentiometer 110 abgeleitet wird. Diese Spannung betrag; ebenfalle sechs Volt, v/enn das Fahrzeug auf Kurs läuft. Die konstante Stromzuführung über den Transistor 212 stellt sicher, daß Änderungen im Spannungsteiler den gesamten Stromfluß durch die Spannungsvergleichstransistoren 205 und 206 nicht ändern. Dabei wird lediglich die Stromverteilung durch diese Transistoren als Funktion von Änderungen der Eingangsspannungen an den Basen dieser Transistoren geändert.

Weicht das Fahrzeug vom eingestellten Kurs ab, so ändert sich die Spannung im Punkt A im Vergleich zur Spannung im Punkt B auf einen größeren Wert. Der Traneistor 205 leitet dann stärker als der Transistor 206, so daß der Kollektor des Transistors 206, v/elcher den Basisstrom für den Transistor 218 liefert, weniger Strom führt. Damit wird der Kollektorstrom des Transistors 218 reduziert, wodurch die am Punkt C auftretende Kollektorspannung des Transistors 218 abnimmt. Ist die Spannung am Pu nkt C ausreichend kleiner geworden, so wird der Motorantrieb

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des Rudersteuerkreises betätigt, wodurch das Fahrzeug auf dem Kurs zurückgeführt wird. Zusammen mit der Änderung der Ruderstellung ergibt sich eine Änderung der Stellung des Schiebers des Potentiometers 110, wodurch die Rückkopplungsspannung vergrößert wird, welche am Punkt B auftritt und dem Fehlersignal am Punkt A entgegenwirkt. Auf diese tfeise ändern sich die Fehlersignalspannung und die Rückkopplungss^nnung linear proportional. Kehrt das Fahrzeug auf Kurs zurück, so nimmt die Fehlersignalspannung ab, d.h. das Ruder wird in eine gerade Stellung zurückgeführt. In einem derartigen System ist keine Tendenz zu einer Übersteuerung vorhanden, da dasRuder eine ITullverschiebung besitzt, wenn der Fehler Ifull ist.

Das Ausgangssignal vom Kursfeststeil- und -einstellkreis wird zur Steuerung des Rudersteuerkreises durch Betätigen eines oder des anderen eines Paars von komplementären bistabilen Multivibratoren verwendet, welche die transistoren im Schaltkreis zur Wicklung des Rudermotors betätigen. Die Multivibratoren sind zwei Schmitt-Trigger, in denen Transistoren entgegengesetzten Leitungstyps (komplementäre Transistoren) verwendet werden. Der NPiT-Trigger mit den Transistoren 245 und 260 schaltet durch, wenn die Spannung am Punkt O¹ vier Volt oder kleiner 1st und wird gesperrt, wenn die Spannung fünf Volt oder größer ist. Der die Transistoren 246 und 249 enthaltende PIiP-Trigger wird durchgeschaltet, wenn die Spannung am Punkt C

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acht Volt und mehr beträgt, und wird gesperrt, wenn die Spannung sieben Volt oder weiger beträgt. Die Grüße der Totzone, welche sich aus der Hysterese-artigen Betätigung ergibt, istvesentlich für den richtigen Betrieb des Ruderbetriebes-. Die Totzone mit fehlendem Ansprechen des Ruders liegt um die Nullstellung des Rudergetriebe3, wobei die Größe dieser Totezone ausreichend groß gewählt i3t, damit die Trägheit des Steuerkrei3es den Kreis nicht belobigt. Uin die Grüße der Totzone zu bestimmen, v/irdder Rudermotor momentan betätigt, wobei der Grad der Bewegung, welcher auftritt, bis der Motor zum Stillstand kommt, gemessen wird. Die Totzone wird dann ausreichend groß gewählt, so daß dieser Grad der Ruderbev/egung, welcher sich aus der Trägheit des Rudermotors ergibt, die Schmitt-Trigger nicht betätigt. In den dargestellten Aus f ührung3-beispiel beträgt die Totzone + oder - 2 Volt.

leicht das Fahrzeug vom Kurs ab und steigt die Spannung am Punkt C auf acht Volt oder einen größeren Wert, so wird der PiiP-Trigger betätigt und treibt den Transistor 236 in die Sättigung, wodurch die Transistoren 228 und 230 ebenfalls in die Sättigung springen. Über diese Transistoren und die Moltorwicklung des Rudermotors wird daher ein Kreis geschlossen. Das Ruder wird darauf in eine korrigierte Stellung bewegt, wobei die im Punkt B der Feststelleinheit auftretende Rückkopplungsspannung dem Fehlersignal entgegenwirkt, und eine Rückkehr des

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Ruders in die iiorma Is teilung bewirkt, wenn daß l'aur.'ieug auf den eingestellten ICurc zurückkehrt. jJies ergibt sich daraus, datf bei Rückkehr des lanrseugs auf den eincentellten Kurs das am Punkt A auftretende lelilersignal kleiner als sein urspr'Ui^licher oder aktivierender V/ert v/ird, und von der iHckkopplunessrannung am Punkt l· überstiegen wird. Keiclit die Differenz Hwischen den spannungen aus, um den iiPü-Tri^-jer zu betätigen, so wird das Ruder in seine normale oder gerade Stellung bewegt. Genau die entgegengesetzte Folge läuft ab, wenn das ursprünglich im Punkt C¹ auftretende Fdiersignal vier Volt oder kleiner ist.

- Patentansprüche -

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909885/0695 BAS ORlGiNAU

Claims (6)

Patentansprüche :

1. Rudergetriebe für ein Wasserfahrzeug, alt einer lurefestelleinheit, welche in Abhängigkeit von der Abweichung des Wasserfahrzeuge von einen eingestellten Kurs ein Fehlersignal erzeugt, und mit einer Rudersteuereinheit sur Bewegung des Ruders in Abhängigkeit το» Fehler-βignal, gekennzeichnet durch eine positive und negaitre Spannungszuführungsleitung (112,113)» ein erstes von entgegengesetzten Klemmen der Wicklung (225) eines Rudermotors an eine (113) der Spannungszuführungsleitungen angeschaltetes Traneistorpaar (228,231), ein zweites von entgegengesetzten Klemmen der Wicklung des Rudermotors an die andere (112) der Spannungszufiihrungs.--leitungen angeschaltetes Transistorpaar (227,230), wobei die !Transistoren des ersten und zweiten Paares (228,231) bzw. (227,230) zu-einander komplementär sind, einen Kreis zur Steuerung der Transistoren (227, 228, 230, 231) in die Sättigung mit einem fünften Transistor (232) zur Schaltung der Durchlaßvorspannung eines an einer Klemme der Motorwicklung liegenden Transistors (227) des ersten Transistorpaares und eines an der anderen Klemme der Motorwicklung liegenden Transistors (231) des anderen Transistorpaares und mit einem sechsten Transistor (236) sur Schaltung der Vorspannung der verbleibenden Transistoren (228,230) der Transistorpaare, zwei bistabile Multi-

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- vibratoren mit Iransietoren (246,249? 245,260), wobei die transistoren eines Multivibrators komplementär zu den Transistoren des anderen Multivibrators sind, und durch einen Kreis zur Ankopplung des effektiven Fehlersignals an die Eingänge der MuItivibratoren.

2. Hudergetriebe nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß die Kursfeststelleinheit wenigstens eine Lichtquelle (57 bzw. 58) und zwei auf einer gemeinsamen Halterung (40) angebrachte und im gleichen Abstand von der Lichtquelle angeordnete Lichtdetektoren (55t56), eine drehbar zwisohen den Lichtdetektoren und der Lichtquelle auf einer von den Lichtdetektoren im gleichen Abstand befindlichen Aohae und exzentrisch zum Mittelpunkt zwisohen den Liohtdetektoren angeordnete Kompaßscheiben (30), wobei wenigstens ein funkt auf der Peripherie

der Kompaßscheibe von gedachten Geraden zwisohen der Lichtquelle und den Liohtdetektoren berührt wird, und eine die Halterung (40) am Fahrzeug befestigende Einrichtung (10) aufweist*

3. Rudergetriebe nach Anspruoh ? gekennzeichnet durch zwei Lichtquellen (57,58), welche den Lichtdefcektoren (55t56) gegenüber angeordnet sind.

4. Rudergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daJ die Lichtquelle (57,58)ι die Kompaßscheibe (30)

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und die Halterung (40) in einem Gehäuse (10,11,12) angeordnet sind, das eine Einrichtung (70,72,73,76,77) zur Kurseinstellung aufweist und daß die Halterung (40) drehbar auf der Einrichtung (10) angeordnet ist.

5. Rudergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoren (55,56) Photoleiter sind, deren Widerstand sich mit variierender Lichtaufnähme ändert und daß eine Schaltung zur Messung der Änderung des V/iderstandes der Photoleiter und zur Erzeugung einesFehlersignals als Funktion dieser änderung vorgesehen ist.

6. Rudergetriebe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Kreis (110) zur Erzeugung eines RUckkopplungssignals in Abhängigkeit zur Stellung des Ruders des Fahrzeugs und durch einen Kreis (205,206) zum Vergleich des Fehlersignals mit dem Rückkopplungssignal und zur Erzeugung eines effektiven Fehlersignals in Abhängigkeit davon.

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