DE662282C - Folgeanlage fuer Praezisionsinstrumente, z. B. Kreiselkompasse - Google Patents
Folgeanlage fuer Praezisionsinstrumente, z. B. KreiselkompasseInfo
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- G01C19/34—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
- G01C19/38—Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes with north-seeking action by other than magnetic means, e.g. gyrocompasses using earth's rotation
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Description
Die Erfindung betrifft eine Folgeanlage für Präzisionsinstrumente, z. B. Kreiselkompasse,
bei welcher eine Änderung der Lage des empfindlichen Elementes in bezug auf das Folgeelement ohne mechanischen Kontakt zwischen
diesen Elementen die Speisung eines Nachstellmotors mittels eines Transformators
und eines Elektronenröhrenverstärkers bewirkt.
Bei Nachsteuereinrichtungen für Motoren ist es bekannt, zwei magnetische Kraftflüsse
vorzusehen und sie durch das einen Weicheisenanker tragende empfindliche Element so
zu steuern, daß der eine der beiden Kraftflüsse verstärkt und der andere gleichzeitig
geschwächt wird.
Gemäß der Erfindung trägt das eine Element des Instrumentes (vorzugsweise das
Folgeelement) einen dreischenkeligen Transformator mit zwei entgegengesetzt wirkenden
Sekundärwicklungen und einer zwischen ihnen angeordneten und in einem besonderen Stromkreis
liegenden Primärwicklung, während auf dem anderen Element (vorzugsweise dem empfindlichen Element) unweit der Primärwicklung
ein Anker von hoher magnetischer Permeabilität (Weicheisenblock) angeordnet ist. Infolge des Ersatzes der magnetischen
Brücke der bekannten Anordnung durch den dreischenkeligen Transformator mit einem
von dem empfindlichen Element gesteuerten Schlußjoch und infolge der Anordnung des
Transformators unmittelbar auf dem nachgesteuerten Element wird eine vorteilhafte
Arbeitsweise bei Präzisionsinstrumenten erzielt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren geeigneten Ausführungsformen beispielsweise
veranschaulicht.
Abb. ι zeigt das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter
Verwendung eines umsteuerbaren Zweiphasenwechselstrommotors als Kraftmotor.
Abb. 2 zeigt in einer Aufsicht, wie die Erfindung zum Antrieb des Folgeelementes eines
Kreiselkompasses zu benutzen wäre.
Abb. 3 zeigt das Schaltungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels, in der die Gitterbatterien
vermieden sind.
Der Transformator gemäß der Erfindung besteht aus zwei Hauptteilen, von denen der
Anker 1 (Abb. 2) auf dem empfindlichen Element und der andere Teil, der Kern 2, auf
dem Folgeelement des Instruments angebracht ist, an dem die Erfindung zur Anwendung
kommt. In Abb. 2 ist die Erfindung in Verbindung mit einem Kreiselkompaß gezeigt, in dem das Folgeelement aus
der Kompaßkarte 3, dem Folgespeichenrad 4 und zugehörigen Teilen besteht. Dieses EIe- 6ü
ment wird durch einen umsteuerbaren Kraftmotor 25 in Drehung versetzt, der durch ein
geeignetes Untersetzungsgetriebe 25'- mit dem Zahnrad 4 verbunden ist. Das empfindliche
Element besteht aus dem eigentlichen Gyroskop 5, von dessen lotrechtem Ringe 5' eine
Stange 6 durch ein Loch 7 des Folgespei- · chenrades ragt. Diese Stange trägt den obenerwähnten
Anker 1 des Steuergliedes. Zweckmäßigerweise werden keine Wicklungen auf
dem empfindlichen Element angeordnet, so daß der Anker 1 daher nur aus einem Block
von magnetisch hochdurchlässigem Material, wie z. B. weichem Eisen, besteht, der gewöhnlich
den magnetischen Kreis des auf das Folgeelement gesetzten Teils 2 schließt. Die
Primärwicklung 8 des Transformators wird vorzugsweise durch eine Phase der Mehrphasenleitung
S erregt. Der durch die Primärwicklung fließende Strom wird aber durch
Vorschaltung eines im Vergleich zur Induktivität hohen Widerstandes R nahezu konstant
gemacht. Wunschgemäß kann auf der gegenüberliegenden Seite des Kompasses 1', 2' ein
zweites Steuerglied angebracht werden, das parallel zu dem anderen oder als Spartransformator
arbeitet.
Es sind nun je zwei gegeneinandergeschaltete, abgeglichene Sekundärwicklungen
beiderseits der Primärwicklung auf derselben Seite des Kompasses gemäß Abb. 2 angeordnet.
Die eine Wicklung 9 befindet sich auf dem einen äußeren Schenkel des Transformators
und die andere Wicklung 10 auf dem gegenüberliegenden Schenkel. Die Wicklungen
sind entgegengesetzt in Reihe geschaltet und so gewickelt, daß' ihre Spannungen sich
ausgleichen, wenn der bewegliche Anker 1 in der Mitte ist. Eine verhältnismäßig geringe
Bewegung der beiden Teile zueinander in einer Richtung wird infolge Vergrößerung
des Luftspalts auf einer Seite des Transformatorrahmens und einer Verkleinerung auf
der anderen einen Spannungsunterschied in einer Richtung hervorrufen, während eine
Bewegung in der anderen Richtung eine elektromotorische Kraft in der entgegengesetzten
Richtung oder Phase hervorrufen wird. Da die Ströme, die in den Sekundärwicklungen 9
und 10 fließen, praktisch Null sind, wenn der Spannungsunterschied zwischen den freien
Enden der gegeneinandergeschalteten Wicklungen nur dazu verwendet wird, um das
Steuergitter einer Elektronenröhre zu beeinflussen, wird auf das empfindliche Element
trotz der veränderten relativen Lage der Steuerelemente zueinander kein meßbares
Drehmoment ausgeübt.
Abb. ι zeigt eine bevorzugte Schaltung zur Betätigung eines Kraftmotors durch die vorerwähnten
Spannungsänderungen in den Sekundärwicklungen des Transformators. Die Außenklemmen der gegeneinandergeschalteten
[ Sekundärwicklungen sind mit einem Verstärj kersatz verbunden. Wie dargestellt und wie
unten näher erläutert, liegen die erwähnten ι Sekundärwicklungen zwischen dem Gitter 11
j und der Mitte des Heizfadens 12 (der mittleren Abz\veigung des Heiztransformators ij).
An das Gitter 11 wird eine passende Vorspannung gelegt, um den richtigen Arbeitspunkt auf der Gitteranodencharakteristik die-
ser Röhre auszuwählen, so daß ihre Verstärkerwirkung
praktisch für positive und negative Gitterimpulse symmetrisch ist. Diese Gittervorspannung
wird von einer Gleichstromquelle 20 mittels eines Potentiometers 20' ab- genommen, welches eine genaue Einstellung
der gewünschten Steuerspannung gestattet. Die Mitte dieser Gleichstromquelle 20 ist mit
der mittleren Abzweigung der sekundären Heizwicklung 17 des Krafttransformators 16
verbunden, die die erforderliche Heizenergie in Form von Wechselstrom für den Heizfaden
12 dieser Röhre 12' über die Regelwiderstände 60 liefert. Eine andere getrennte
Gleichstromquelle 19 liegt zwischen der mittleren Abzweigung des Heiztransformators 17
und der Anode 12" dieser Röhre in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators
13. Bei richtig eingestellter Gittervorspannung wird der durch den Anoderikreis fließende
Anodenstrom dieselben Schwankungen wie die zwischen Gitter und Heizfaden angelegte Spannung zeigen, und der Spannungsunterschied zwischen den Klemmen der Primärwicklung
des Transformators 13 wird stets genau den Verhältnissen an dem Gitter mit
erheblicher Vergrößerung entsprechen. Die Wechselstromspannung zwischen dem Gitter
und dem Heizfaden dieser Röhre erscheint daher an den Primärklemmen des Transformators
13 mit vergrößerter Amplitude, aber mit derselben Phase in bezug auf den Strom
in der Wicklung 8, wobei der Wechselstrom einem im allgemeinen konstanten Gleichstrom
überlagert ist. Der Transformator 13,
ein sogenannter Gegentakteingangstransformator, dient zweierlei Zwecken. Zunächst
verstärkt er weiter die Spannung an der Eingangsseite, wobei er einen Wechselstrom von
höherer Spannung, aber gleicher Frequenz an seinen sekundären Klemmen erzeugt. Die
Sekundärwicklung hat eine mittlere Abzweigung, mit der die Fadenmitten von zwei
parallelen Elektronenkraftröhren verbunden sind, während die Röhren parallel von derselben
Heizwicklung 17 geheizt werden. Eine Klemme der Sekundärwicklung des Transformators
13 ist mit dem Gitter der einen Röhre 14, die andere Klemme mit dem Gitter der
anderen Röhre 15 verbunden. Der Transformator 13 in dieser Verbindung hat weiterhin
den Zweck, seine Ausgangsleistung zu teilen
und zwei Röhren in entgegengesetzten Richtungen zu steuern und hierdurch die allgemeine
Leistung des Verstärkersystems zu erhöhen. Während das Gitter der einen Röhre durch den positiven Teil der Wechsels tr omkurve
beeinflußt wird, wird das andere Gitter durch die negativen Teile beeinflußt. Die Anodenspeisung
der Kraftröhren erfolgt durch gewöhnlichen Wechselstrom, der der Wicklung 18 entnommen wird. Ein Ende dieser
Wicklung ist mit der mittleren Abzweigung der Heizwicklung verbunden, das andere ist
an die mittlere Abzweigung der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 21 angeschlossen.
Die äußeren Klemmen dieser Primärwicklung sind mit den Anoden der Kraftröhren verbunden.
Wenn diesen Röhren Wechselstrom über der Anode zugeführt wird, so wirken sie als
Gleichrichter, d. h. sie lassen den Strom nur in einer Richtung durch. Daher kann nur der
positive Teil des Wechselstromes durch die Anodenkreise in Form von intermittierendem
Gleichstrom fließen.
Eine geeignete negative Gittervorspannung, die einer Gleichstromquelle, wie oben für
die Röhre 12' beschrieben, entnommen wird, dient zur Auswahl des geeigneten günstigsten
Arbeitspunktes auf der Charakteristik. Während der positive Teil z. B. des Wechselstromausgangs
des Transformators 13 das Gitter der Röhre 14 beeinflußt, wirkt der negative
Teil auf das Gitter der Röhre 15. Der positive Teil reduziert oder beseitigt sogar
die negative Gittervorspannung oder dreht sie in eine positive um. Dadurch wird der
normale Anodenstrom jeder Röhre mehr oder weniger vergrößert. In Röhre 15 tritt das
Entgegengesetzte ein. Die negative Schleife addiert sich zu der negativen Gittervorspannung,
sie verkleinert hierdurch den Anodenstrom, der auf Null gebracht werden kann. Die Stromabgabe des Verstärkersatzes kann
daher zur direkten oder indirekten Betätigung des umsteuerbaren Motors verwendet werden.
Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch die Folgeanlage für einen genauen Kreiselkompaßbetrieb
zu träge, hat eine erhebliche Nacheilung und ist im wesentlichen nicht
pendelnd und gedämpft.
Für einen genauen Betrieb ist es notwendig, daß die Folgeanlage möglichst wenig
nachhinkt. Ferner soll bei den meisten Kreiselkompassen das Folgeelement um die durch
die Stellung des empfindlichen Elements angezeigte Sollage pendeln.
Diese beiden Aufgaben werden in bekannter Weise mit Hilfe einer Rückkopplung zwischen
dem Eingangskreis des Motors und dem Eingangskreis des Verstärkers gelöst. Zu diesem Zweck wird eine Spule 26 in Reihe
mit dem Eingangskreis des Motors 25-geschaltet und lose und veränderlich mit einer
Spule 27 in.dem Eingangskreise der erwähnten Röhre 12' gekoppelt. Auf Wunsch kann
eine derartige Kopplung an einer oder beiden Eingangsleitungen der Röhre angebracht werden.
Die Kopplung 26, 27 ist in das Gitterende des Kreises und eine ähnliche Kopplung
26', 27' in die Gitterrückleitung, wie dargestellt, geschaltet.
Wenn der Motor infolge einer Verstellung des Ankers einen kleinen Impuls in einer
Richtung erhält, so fließt ein Strom durch die Spule 26. Dieser Strom ist mit der Spannung
in der Spule 27 in richtiger Phase, da alle Phasenwinkel in dem ganzen System ·
durch nicht dargestellte Kondensatoren korrigiert worden sind. Dieser Strom induziert
nun eine zusätzliche Spannung in der Spule 27, die zu der dort bereits infolge der Verstellung des Ankers vorhandenen addiert wird.
Die Gitterspannung ist daher gleich der Summe beider Spannungen und erhöht wiederum
den Ausgangsstrom des Transformators 23. Da dieser Strom wieder durch die
Spule 26 fließt, wird eine Verstärkung des Stromes erzielt. Durch diese Verstärkung
wird das Drehmoment des Motors vergrößert, so daß es gleich oder größer als das bei
voller Geschwindigkeit wird, trotzdem der Motor sehr langsam läuft. Sobald aber der
Anker in die neutrale Lage zurückkehrt, hört dieser Effekt von selbst auf, da dort die
Ströme in dem Stromkreis sich ausgleichen und kein Strom in der Spule 26 vorhanden
ist. Das Anwachsen des Stromes in dem Motor wird durch die Verkleinerung seiner Impedanz hervorgerufen, und insoweit arbeitet
er genau wie ein anderer Motor unter Belastung.
Die Kopplung zwischen den Spulen 26 und 27 ist regelbar. Eine extreme lose Kopplung
verringert die Verstärkerwirkung. Bei einer bestimmten festeren Kopplung wird die oben
beschriebene Verstärkerwirkung eintreten und an dem neutralen Punkt von selbst aufhören,
da in diesem Fall ein nicht pendelndes System vorhanden ist. Koppelt man noch fester, so wird die Verdrehung nicht an dem uo
neutralen Punkt aufhören, sondern in derselben Richtung etwa V10 mm fortgesetzt, bis sie plötzlich
in die entgegengesetzte Richtung zurückschlägt. Der Motor hat keinen Punkt absoluter
Ruhe und wird entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Abhängigkeit von dem negativen
Abstand des elektrischen und mechanischen Nullpunkts des Ankers laufen. Durch diese Schaltung wird eine ideale Folgeanlage
ohne Verwendung von Kontakten und Relais, ohne Funkenbildung oder Abnutzung geschaffen.
Durch Änderung der Kopplung kann fer-
ner die Amplitude und Periode der Pendelbewegung leicht geändert werden, ohne einen
Teil des Kompasses selbst zu berühren.
In der Schaltung nach Abb. ι betätigt der Strom der Röhren 14 und 15 einen umsteuerbaren
Wechselstrommotor über einen Ausgangstransformator 21, dessen Primärwicklung
eine Mittelanzapfung besitzt. Unter gewissen Bedingungen fließt in der Hälfte der
Wicklung 21, die an die Röhre 14 angeschlossen ist, ein hoher intermittierender Gleichstrom,
während die andere halbe Wicklung 22, die an die Röhre 15 angeschlossen ist,
praktisch keinen Strom führt. Die sekundäre Wicklung transformiert die Gleichstromwellen,
wenn auch etwas verzerrt, in gewöhnlichen Wechselstrom von derselben Frequenz,
Der Anker 1 des Steuergliedes liege während dieses Zustandes beispielsweise an dem Pol 2.
ao Der Ausgangsstrom des Ausgangstransformators fließt durch einen zweiten der Motorspannung
angepaßten Transformator 23, erregt eine Wicklung 24 und erzeugt dadurch im Zusammenwirken mit der Wicklung 28 ein
Drehmoment. Der Strom in der oberen Hälfte der Primärwicklung des Ausgangstransformators
kann nur in der Richtung des Pfeiles fließen, während er auf der unteren Hälfte
nur entgegengesetzt fließen kann. Sobald der Anker 1 sich nach der anderen Spule
des Steuertransformators bewegt, wird die Phase des Ausgangs stromes geändert, weil
dann die Gitterspannungen der Kraftröhren durch einen um i8oQ gegen den beschriebenen
Strom phasenverschobenen Strom beeinflußt werden, so daß die Röhre 15 einen
hohen intermittierenden Gleichstrom aussendet, während die Stromabgabe der Röhre 14
auf Null fällt. Die Folge ist, daß in der p'rimärwicklung des Ausgangstransformators 21
der Strom seine Richtung geändert hat, wodurch an der Ausgangsseite ein Wechselstrom
erzeugt wird, der gegenüber dem oben beschriebenen Strom um i8o° phasenverschoben
ist. Dies bedeutet, daß die Phase der Wicklung 24 des Motors umgekehrt worden ist,
wodurch die Drehrichtung des Motors umgesteuert wird.
Der in diesem Falle dargestellte Kraftmotor ist ein besonderer umsteuerbarer Mehrphasenmotor,
bei dem Dreiphasenstrom für den Antrieb verwendet wird (amerikanisches
Patent 1378296). Eine der Statorwicklungen,
die Hauptwicklung 28, liegt zwischen den Phasen der Zuführung. Eine Anzapfung
29, die vorzugsweise in der Nähe der Mitte der Wicklung (ähnlich der Scottverbindung)
liegt, ist über die Primärwicklung 8 des Steuertransformators mit der dritten Phase
verbunden. Hieraus ergibt sich, daß durch die Umkehrung der Phasenbeziehung des Stromes, der durch die von dem Verstärkersatz
erregte Wicklung 24 fließt, der Motor umgesteuert wird.
In Abb. 3 ist die Gitterbatterie, die in Abb. ι verwendet wird, durch eine.besondere
Wicklung 50" auf dem Haupttransformator 16' ersetzt worden. Diese Wicklung ist so
geschaltet, daß sie eine geeignete negative Vorspannung an die Gitter der Röhren legt.
Das hat den Vorteil, daß' der als Gittervorspannung an die Gitter gelegte Wechselstrom
etwaige Phasenänderungen des iirsprünglichen Eingangspotentials verstärken wird. Da die
Vorspannung selbst eine feste Phase hat, wird eine Änderung des Steuerpotentials, ähnlich
wie bei den Rückkopplungsschwingschal-, tungen, eine stärkere Wirkung haben.
Claims (2)
- Patentansprüche:ι. Folgeanlage für Präzisionsinstrumente, z.B. Kreiselkompasse, bei welcher eine Änderung der Lage des empfindlichen Elementes in bezug auf das Folgeelement ohne mechanischen Kontakt zwischen diesen Elementen die Speisung eines Nachstellmotors mittels eines Transformators und eines Elektronenröhrenverstärkers bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das yo eine Element (vorzugsweise das Folgeelement) einen dreischenkligen Transformator mit zwei entgegengesetzt wirkenden Sekundärwicklungen (9, 10) und einer zwischen ihnen angeordneten und in einem besonderen Stromkreise liegenden Primärwicklung (8) trägt, während auf dem anderen Element (vorzugsweise dem empfindlichen Element) unweit der Primärwicklung ein Anker von hoher magnetischer Permeabilität (Weicheisenblock 1) angeordnet ist.
- 2. Folgeanlage nach Anspruch 1, bei der die durch die Bewegung des steuernden Gliedes erzeugten Spannungsdifferenzen durch vorzugsweise in Gegentaktschaltung angeordnete Elektronenröhren verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (8) des steuernden Transformators durch eine Vorzugsweise transformierte Phase des zum Antrieb des Motors dienenden Wechselstromes gespeist wird und die Sekundärspulen (9, 10) zwischen das Gitter (11) und die Mitte des Heizfadens der ersten Hochfrequenzverstärkerröhre (12') geschaltet sind.Hierzu ι Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (2)
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US381660A US1959804A (en) | 1929-07-27 | 1929-07-27 | Noncontacting follow-up system |
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Publications (1)
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ID=27009471
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Country Status (3)
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FR (1) | FR703178A (de) |
GB (2) | GB360428A (de) |
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GB365855A (en) | 1932-01-28 |
GB360428A (en) | 1931-10-26 |
FR703178A (fr) | 1931-04-25 |
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