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Kapazitives Nachlaufsteuerorgan Die Erfindung bezieht sich auf ein
kapazitives Nachlaufsteuerorgan .in Differentialschaltung oder Brückenschaltung,
d. h. auf eine Vorrichtung, die sich durch die Kombination des bekannten elektrischen
Nachlauf -systems mit einem an sich ebenfalls bekannten sogenannten Differentialkondensator
ergibt. Im besonderen betrifft sie die zur Erzielung großer Nachlaufgenauigkeiten
günstige Bemessung der verschiedenen Beläge des Differentialkondensators hinsichtlich
ihrer gegenseitigen Anordnung.
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Die Verwendung von Kondensatoren in Differentialschaltung oder Brückenschaltung
ist bekannt. Man verwendet sie beispielsweise zur Anzeige des Verdrehungswinkels
von drehbaren Gegenständen in Form einer elektrischen Größe, z. B. einer Spannung.
Ebenfalls bekannt ist die Kombination eines Differentialkondensators mit dem bekannten
elektrischen Nachlaufsystem, wobei die vom Differentialkondensator gemessene Größe
nicht nur .angezeigt, sondern gleichzeitig auch zur Rückgängigmachung der durch
die Drehung des sog. Indikatorteils hervorgerufenen Verdrehung gegenüber dem sog.
Nachlaufteil und zur Steuerung ver-,vendet wird, indem sie auf Antriebsmittel einwirkt,
welche den Nachlaufteil entsprechend dem verstellbaren Indikatorteil nachstellen.
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Während jedoch bisher mit den auf diesem Grundgedanken der kapazitiven
Nachlaufsteuerorgane aufgebauten Vorrichtungen keine großen Genaui.gkeiten erreicht
werden konnten, erlaubt die vorliegende Erfindung, auch die kleinsten Verstellungen
des Indikatorteils mit größter Genauigkeit zur Nachstellung zu messen. Dies ist
im wesentlichen auf die günstige Bemessung und .;gegenseitige Anordnung der verschiedenen
Beläge des Differentialkondensators
zurückzuführen sowie auf die
Anbringung eines Schirmbelages auf dem Indikatorteil. Damit weist das der Erfindung
zugrunde liegende Nachlaufsteuerorgan mindestens vier Beläge auf, von denen mindestens
je -zwei auf jedem der bewegten Teile, Indikatorteil und Nachlaufteil, untergebracht
sind, und es besteht erfindungsgemäß der bewegte Indikatorteil aus mindestens zwei
verschiedenartigen Belägen, von denen einer als Indikator dient, während mindestens
ein weiterer störende Streufelder abschirmt.
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In der folgenden Beschreibung, in der zur leichteren Verständlichkeit
auf die Abb. i bis 3 Bezug genommen wird, sind neben Bekannten der Aufbau und die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen kapazitiven Nachlaufsteuerorgans niedergelegt
und die gegenüber den bekannten Ausführungsformen neuen und verbesserten Merkmale
zusam.mengefaßt.
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Die Wirkungsweise der Erfindung läßt sich am einfachsten an Hand von
Abb. i erklären, die einen bekannten Differentialkondensator mit den Belägen i,
2 und 3 darstellt. An die Beläge i und 2 wird eine beispielsweise von einem Transformator
.I abgenommene Spannung angelegt, wobei die :Mitte der Transformatorwicklung z.
B. zu einer Meßeinrichtung 5 geführt wird. Der Meßbelag 3 befindet sich auf dem
drehbaren Teil 6, dessen Verdrehung gemessen werden soll .und ist ebenfalls mit
der Meßeinrichtung 5 verbunden. In der Nullstellung des beweglichen Teiles 6 sind
die Kapazitäten zwischen dem Belag 3 und den zwei Belägen -i und 2 gleich groß,
d. h. die durch die beiden Kondensatoren i-3 und 2-3 und dem Transformator .4 gebildete
Brücke ist ab.-bestimmt.
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Diese Verhältnisse können an Hand von Abb. 2 noch besser verfolgt
werden. Abb. 2 stellt das Ersatzschema des in Abb. i .gezeigten Differentialkondensators
dar. Darin bedeuten i-3 und 2-3 die Kapazitäten zwischen den Belägen i und 3 bzw.
2 und 3, .4d und .IU stellen je eine Hälfte der Ausgangswicklung des Transformators
.4 dar, und mit 5 ist wiederum die Meßeinrichtung bezeichnet.
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Bei einer Drehung des Teils 6 mit dem Meßbelag 3 ändern sich natürlich
die Kapazitätswerte der Kondensatoren i-3 und 2-3. und zwar derart, daß der eine
Wert zunimmt, wenn der andere Wert abnimmt. Aus dem Ersatzschema (Abb.
2) ist leicht ersichtlich, daß in diesem Falle die Brückenschaltun verstimmt
wird und an der Meßeinrichtung 5 eine Spannung gemessen werden kann, die proportional
der Verdrehung des bewegten Teiles 6 ist. Der Übergang vom gezeigten Ditierentialkondensator
zum Nachlaufsteuerorgan ist verhältnismäßig einfach. Jetzt wird nicht nur der Teil
6, sondern auch der die Beläge i und .2 tragende Teil ? drehbar ausgebildet. und
zwar so, daß er durch ein von der -Meßeinrichtung 5 indiziertes Steuerorgan dein
Teil 6 stets so lange nachgedreht wird, bis die durch die Kondensatoren i-3 und
2-3 sowie die Transformatorwicklungen q.,t und d;, gebildete Brücke wieder im Gleichgewicht
ist.
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Ohne besondere Vorkehrungen ist es allerdings nicht möglich, mit einem
derartigen kapazitiv en Nachlaufsteuerorgan große Nachlaufgenaugkeiten zu erreichen.
Demgegenüber bringt die vorliegende Erfindung den Vorteil der großen Genauigkeit,
so daß damit auch kleinste Verdrehungen des Indikatorteils gemessen «-erden können.
Der Anwendungsbereich der kapazitiven Nachlaufsteuerorgane wird dadurch stark erweitert.
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Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Abb. 3 schematisch
dargestellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Abb.
i. Neu isr vor .allem die in der Drehrichtung (Bewegungsrichtung) kleine Abmessung
des Meßbelages 3, am .als Indikator dienenden Teil, die erfindungsgemäß kleiner
ist als o,5 mm. Ferner ist der neue Belag 8 hinzugekommen, der den Meßbelag 3 umschließt
und als Schirmbelag dient. Damit sind sowohl au dem bewegten Indikatorteil6 als
auch auf dem bewegten Nachlaufteil 7 mindestens je zwei Beläge vorhanden.
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Die rechnerische Behandlung des kapazitiven Nachlaufsteuerorgans mit
dem erfindungsgemäßen Schirmbelag 8 und dein z. B. draht- oder lamellenförmig ausgebildeten
Meßbelag 3 (schmäler als o,5 mm in der Bewegungsrichtung) hat ergeben, daß eine
sehr große Empfindlichkeit des Systems und damit große Nachlaufgenauigkeiten dann
erreicht werden, wenn der Abstand zwischen dem bewegten Indikatorteil6 und dem bewegten
Nachlaufteil7 mindestens an einer Stelle, nämlich in der Umgebung des Meßbela es
3 kleiner ist als o.5 min, und wenn die beiden Beläge i und -2 des Nachlaufteiles
7 mit einer solchen Fuge zusammenstoßen, daß ihr gegenseitiger Abstand mindestens
an einer Stelle, nämlich in der Umgebung .des Meßbelages 3, kleiner ist als o, 5
mm. -Zur Steigerung der gewünschten Schirmwirkung wird der Schirmbelag 8 erfindungsgemäß
auf ein Potential gebracht, das gleich ist dein arithmetischen Mittel der Potentiale
der Beläge i und 2 auf dein andern bewegten
Teil des Nachlaufsteuerorgans.
Auch die Zuleitung 9 zum Meßbelag 3 wird zweckmäßig abgeschirmt ausgebildet, wobei
das Potemti.al .der Abschirmung wie dasjenige des Schirmbelages 8 gleich dem arithmetischen
Mittel -der Potentiale der Beläge i und 2 gemacht wird. Zur Vermeidung schädlicher
Kapazitäten kann die Zuleitung 9 als kapazitätsarmes Kabel ausgebildet werden.
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In vielen Fällen wird es vorteilhaft sein, den Meßbelag 3 nicht unmittelbar
mit einer Meßeinrichtung 5 zu verbinden, sondern zuerst auf einen Verstärker zu
schalten; in diesen Fällen wird die abgeschirmte Zuleitung 9 z. B. mit dem Gitter
eines Verstärkerrohresio verbunden.
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Es ist selbstverständlich, daß die zwischen verschiedenen Belägen
des erfindungsgemäßen Nachlaufsteuerorgans auftretenden Potentialdifferenzen wegen
der teilweise kleinen Abstände nicht .beliebig groß gemacht werden dürfen. Die obere
Grenze der zulässigen Potentialdifferenz ist durch die Ionisierungsspannung der
Luft gegeben. Bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Nachlaufsteuerorgan werden daher
in der Regel zwischen verschiedenen Belägen keine Potentialdifferenzen vorkommen,
die größer sind als 15 Volt.
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Die Erfindung ist xiatürlich nicht nur auf kapazitive Nachlaufsteuerorgane
beschränkt, die wie in dem zu ihrer Erklärung in Abb. 3 angegebenen Ausführungsbeispiel
einen zylinderförmigen Aufbau aufweisen. Mit einer plattenförmig ausgebildeten Vorrichtung,
welche die erfindungsgemäßen Merkmale in sinngemäßer Übertragung angewendet aufweist,
werden selbstverständlich die gleichen Vorteile gegenüber den bisher bekannten Nachlaufsteuerorganen
erzielt.
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Es ist im übrigen klar, daß das in der vorstehenden Beschreibung erwähnte
Beispiel nur eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen darstellt, die von
einem Fachmann nicht nur leicht nachgebaut, sondern auch ohne große Mühe variiert
werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzugehen.