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Einrichtung zur Fernübertragung der Lage eines Punktes in bezug auf
ein Koordinatensystem Es ist l'ereits ein Navigationsleitsystem für Flugzeuge bekannt,
bei welchem von einem festen Punkt des Landungsfeldes aus der Azimutkurs des Flugzeuges
festgestellt und auf einer Karte eingetragen wird. Der Aufzeidinungsstift ist mit
einem Pantographen verbunden, dessen über den gemeinsamen Drehpunkt hinaus verlängerte
Schenkel mit je einem Getriebe im Eingriff stehen.
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Über jedes Getriebe wird in Abhängigkeit von der RVinkelstellung des
betreffenden Pantographenarmes ein Variometer in je einem Schwingkreis und damit
dessen Frequenz verändert. Mit diesen Frequenzen werden feste Träger moduliert und
auf dem Flugzeug beide Träger getrennt empfangen.
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Die Modulationsfrequenz wirkt gemeinsam mit einer empfängerseitig
erzeugten Schwingung über einen Gleichrichter auf ein Dynamometer. Wenn die vorbestimmte
Frequenzdifferenz nach oben oder unten abweicht, schaltet ein von dem Dynamometer
beeinflußter Kontaktarm einen Motor, welcher einerseits mit den Variometern des
empfängerseitigen Schwingkreises, andererseits mit dem betreffenden Arm des auf
dem Flugzeug befindlichen Pantographen in Antriebsverbindung steht, in dem einen
oder anderen Drehsinn so lange an, bis die bestimmte Frequenzdifferenz wieder erreicht
ist.
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Da das Umschalten des mechanisch bewegten Kontaktarmes nicht trägheitslos
erfolgt, sondern mit einer gewissen Verzögerung behaftet ist, findet wegen des Nachlaufes
des Motors ein starkes Pendeln der empfängerseitigen Schreibstiftbewe-
gung
statt. Außerdem ist ein derartiges Kontaktsteuerorgan dem Verschleiß durch Abbrand
der Kontakte unterworfen und überdies ein Störer für andere hochfrequente Übertragungsvorgänge.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernübertragung der Lage
eines Punktes in bezug auf ein Koordinatensystem, bei welcher die den Koordinatenrichtungen
zugeordneten verschiedenen Frequenzbändern angehörenden Ubertragungsfrequenzen sich
mit der Verschiebung des Punktes stetig ändern und bei welcher die Frequenz je eines
der Koordinatenrichtung zugeordneten empfängerseitigen Schwingungskreises auf die
zur gleichen Koordinatenrichtung gehörende Ubertragungsfrequenz durch einen Motor
abstimmbar ist, dessen hierzu erforderliche Verstellbewegung die senderseitige Verschiebung
des Punktes in der betreffenden Koordinatenrichtung nachbildet. Die Erfindung wendet
zur Steuerung des Motors in bei Nachlaufsteuerungen bekannter Weise entgegengesetzt
parallel arbeitende Gas- oder Dampfentladungsstrecken mit Gittersteuerung an und
besteht darin, daß die Steuerspannung für die Entladungsstrecken abgeleitet ist
aus der Ausgangsu echselspannung einer im diagonalen Zweig mit der Übertragungsfrequenz
gespeisten Differentialbrücke, an deren einem Zweig der empfängerseitige, durch
den Motor nachzustimmende Schwingkreis und in deren anderem Zweig eine Ohmsche Nachbildung
des Schwingkreisverlustwiderstandes mit je einer Primärwicklung eines Differentialübertragers
in Reihe geschaltet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Fernübertragungseinrichtung
werden einerseits die mit einer mechanischen Kontaktsteuerung verbundenen Nachteile
vermieden, und es wird andererseits ein sehr genaues Folgen des empfängerseitigen
Schreibstiftes od. dgl. erzielt, da die Differentialbrücke mit hoher Genauigkeit
eine Frequenzdifferenzmessung ermöglicht und ihre Ausgangsspannung durch Anwendung
einfacher Schaltmaßnahmen unmittelbar zur Steuerung der Gas- oder Dampfentladungsstrecken
herangezogen werden kann.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand von Ausführungsbeispielen nachstehend
beschrieben und durch die Zeichnung erläutert. In der letzteren stellt dar Fig.
I ein Ausführungsbeispiel für den grundsätzlichen Aufbau der Sende- und Empfangsstation
mit der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
der empfängerseitigen Steuerschaltung für die Nachbildung der Verschiebung des Punktes
in einer Koordinatenrichtung, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel hierzu, Fig.
4 ein Ausführungsbeispiel für die Modulatorschaltung der empfängerseitigen Steuerschaltung,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Modulatorschaltung der empfängerseitigen
Steuerschaltung.
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Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. I besteht die Fernübertraguugseinrichtung
aus zwei Gegenstationen, die wechselseitig auf Senden und Empfang umgeschaltet werden
können. Die Übertragung erfolgt im Beispielsfalle über ein Aderpaar einer Kabelleitung.
Die Umschaltung auf Senden bzw.
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Empfang kann z. B. nach vorheriger telephonischer Vereinbarung vorgenommen
werden. Zur Übertragung der Lage des Punktes in bezug auf ein zweiachsiges Koordinatensystem
dienen zwei Frequenzbänder fi und J2. Das Frequenz band fi umfasse z.B. den Bereich
1100 bis 2000 Hz, f! den Bereich 3000 bis 5200 Bz. Ein drittes Frequenzbandf,=o
bis Soo Hz diene dazu, die nach der senderseitigen Verschiebung des Punktes endgültig
eingenommene Lage durch Niederdrücken eines Zeichenstiftes in eine gleichartige
Bewegung des empfängerseitigen Folgestiftes zur Markierung der neuen Lage des Punktes
umzusetzen. Die zur Übertragung dieser Bewegung erforderlichen Einrichtungen wurden
aus Gründen der Übersichtlichkeit aus der zeichnerischen Darstellung herausgelassen.
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Beim Senden werden die drei Frequenzen in der Ausgangsstufe 43 überlagert
und verstärkt, dann empfängerseitig wieder in einer Frequenzweiche II' getrennt
und jede Frequenz der zugehörigen Empfängerschaltung zugeleitet.
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Im Ausführungsbeispiel wird die Lage des Punktes in Beziehung zu
einem Polarkoordinatensystem gebracht. Eine mit einer Verzahnung versehene Schiene
1 ist aus einem mit Kopf 2 bezeichneten Geräteteil verschieden weit ausfahrbar,
und ihre Auswanderung gibt ein Maß für den Wert r des Leitstrahles, während der
Kopf 2 mit der Schiene 1 um den Polarwinkel ç schwenkbar ist. In der gleichen Weise
ist auch auf der Gegenstation durch die Stellung von Kopf 2' und Schiene 1' die
Lage des Punktes im Polarkoordinatensystem wiedergegeben. Sender- und empfängerseitig
haben die Enden der Schienen I, I', abgesehen von kleineren Übertragungsfehlern
durch Lose in den Getrieben und Abweichungen durch Nachlaufverzögerung, während
der Bewegung stets eine gleichartige Stellung zum Koordinatensystem.
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Dies wird für jede Bewegungskomponente in der Koordinatenrichtung
durch ein auf dem Prinzip der Frequenzvariation beruhendes Nachlaufsystem erreicht.
Zu diesem Zweck ist der Kondensator 3 über Zahnrad und Zahnstange mit der Schiene
1 und der Kondensator 4 mit dem Kopf 2 gekuppelt, auf der Gegenstation in der gleichen
Weise Kondensator 3' mit I' und Kondensator 4' mit Kopf 2'. Da jeder - dieser als
Drehkondensatoren ausgebildeten Kondensatoren den veränderbaren Teil des jedem Kondensator
zugeordneten Schwingungskreises bildet, entspricht jeder Stellung der Köpfe 2, 2'
bzw. der Schienen I, I' je eine bestimmte Kondensatorstellung und damit eine bestimmte
Frequenz des dazugehörigen Schwingungskreises. An Stelle der Kapazität kann natürlich
auch die Induktivität des Schwingungskreises stetig geändert werden.
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Kondensator 3 beeinflußt den Schwingungskreis 5
für
das Frequenzband fl, Kondensator 4 den Schwingungskreis 6 für das Frequenzbandf2,
entsprechend die Kondensatoren 3' und 4' auf der Gegenstation die Schwingungskreise
5' und 6'.
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Der Kondensator 3 steht über eine ausrückbare Kupplung mit dem Nachlaufmotor
7 in Einstellverbindung, ebenso 4 mit 8, 3' mit 7', 4' mit 8'.
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Jeder Nachlaufmotor wird über zwei entgegengesetzt parallel arbeitende
gittergesteuerte Dampf-oder Gasentladungsstrecken gespeist, deren Gittern eine aus
dem Vergleich zwischen Übertragungsfrequenz und empfängerseitig am Schwingkreis
eingestellter Frequenz abgeleitete Spannung als Steuerspannung zugeführt wird. Die
zur Steuerung der Nachlaufmotoren 7, 7', 8, 8' dienenden Einrichtungen einschließlich
der Entladungsstrecken sind mit 9, 9', I0, I0' bezeichnet. In der Fig. I ist die
linke Station für Sendebetrieb und die rechte für Empfangsbetrieb dargestellt.
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Der durch das Ende der Schiene 1 mit Hilfe eines Abtaststiftes od.
dgl. in seiner Lage zum Koordinatensystem gekennzeichnete Punkt habe die Lage A
mit den Polarkoordinatenwerten r1, fl.
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Dem Leitstrahlwert r, entspreche eine Ubertragungsfrequenz Jl a= 3500
Hz des Schwingungskreises 5, dem Polarwinkel 91 eine solche von f,,= 1400 Hz des
Schwingungskreises 6. Auf diese Ubertragungsfrquenzen seien auch die empfängerseitigen
Schwingungskreise zu Beginn der Ubertragung abgestimmt, also 5' auf 3500 Hz, 6'
auf I400 Hz, so daß die Polarkoordinaten r'l, '1 des empfängerseitigen Punktes'
mit den geberseitigen Koordinatenwerten r1, fl übereinstimmen. Senderseitig werde
der Punkt von A nach B verschoben. Den neuen Koordinatenwerten r2 2 des Punktes
B sollen die Ubertragungsfrequenzen fl b und i2b entsprechen.
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Beispielsweise Jib=4000 Hz, J2b= 1800Hz. In der Empfangsstation werden
die über das Kabel übertragenen Frequenzen fl b und 2b durch eine Frequenzweiche
II' getrennt, so daß ftb auf den Schwingungskreis 5', 2b auf den Schwingungskreis
6' gelangt. Durch die nun vorhandene Verstimmung wird durch jeden Schwingungskreis
eine Steuerspannung erzeugt, die auf die Gitter der zugehörigen Entladungsstrecken
wirkt, welche den von ihnen gespeisten Motor so lange im richtigen Sinne nachlaufen
lassen, bis die Schwingungskreise durch entsprechende Nachstellung der Kondensatoren
3' und 4' auf die empfangenen Übertragungsfrequenzen 1 b und 2b abgestimmt sind.
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Die Nachlaufbewegung der beiden Motoren ergibt zusammengesetzt die
senderseitige Verschiebung des Punktes entsprechend der Änderung der Koordinatenwerte
r und e des Punktes.
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Zum Umschalten auf die entgegengesetzte Übertragungsrichtung werden
in der rechten Station, die nunmehr als Sender arbeiten soll, die Nachlaufmotoren
7' und 8' abgekuppelt und an Stelle der Frequenzweiche II' ein Ausgangsverstärker
in die Kabelverbindung eingeschaltet. Umgekehrt werden in der linken Station, welche
jetzt empfangen soll, die Nachlaufmotoren 7, 8 angekuppelt und an Stelle der Verstärkerstufe
43 eine nicht dargestellte Frequenzweiche II vor die Schwingungskreise 5 und 6 geschaltet.
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In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die empfängerseitige
Steuerschaltung zur Nachbildung der Bewegungskomponenten in einer Koordinatenrichtung
dargestellt. Die über eine Frequenzweiche ausgesiebte Übertragungsfrequenz wird
auf die Eingangsklemmen I2, I3 einer Differentialbrücke gegeben. In dem einen Brückenzweig
liegen die vom Motor 14 einstellbare Kapazität 15 und die Induktivität 16 des empfängerseitigen
Schwingungskreises in Reihe mit der einen Primärwicklung I7 eines Differentialübertrngers.
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In dem anderen Brückenzweig liegt die Ohmsche Nachbildung I8 des Schwingkreisverlustwiderstandes
ebenfalls in Reihe mit der zweiten Primärwicklung 19 eines Differentialübertragers.
Entspricht die an die Klemmen I2, I3 des Diagonalzweiges gelegte Übertragungsfrequenz
der am Schwingkreis eingestellten Frequenz, so werden die Flüsse in den entgegengesetzt
arbeitenden Primärwicklungen I7 und Ig des Differentialübertragers gleich groß,
und die an den Klemmen 20, 21 der Sekundärwicklung 22 desselben abgenommene Wechselspannung
besitzt in diesem Falle den Wert Null. Da der gesamte Widerstand der Reihenschaltung
aus Kapazität 15 und Induktivität I6 frequenzabhängig ist, wird bei einer Anderung
der empfangenen Übertragungsfrequenz der Fluß der Wicklung I7 eine induktive bzw.
kapazitive Blindkomponente enthalten und damit in der Sekundärwicklung des Differentialübertragers
eine Wechselspannung induziert, deren Phase mit dem Steigen oder Fallen der Übertragungsfrequenz
um I800 umspringt.
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Die Ausgangswechselspannung der Differentialbrücke wird in einer
Modulatorschaltung mit einer Wechselspannung fester Phasenlage verglichen. Im Ausführungsbeispiel
wird hierzu die am Kondensator 15 abgenommene hochfrequente Wechselspannung verwendet.
Zum Phasenvergleich kann beispielsweise eine bekannte Schaltungsanordnung Verwendung
finden. Eine besonders einfache Schaltung hierfür ist die in Fig. 2 gezeigte Modulatorschaltung,
die aus den Ubertragern 23, 24 und einer Gleichrichterbrücke besteht. Auf den linken
Übertrager wird die in ihrer Phase um I800 umspringende Steuerwechselspannung, auf
den rechten Ubertrager 24 als die hierzu phasenfeste Vergleichsspannung die Kondensatorspannung
gegeben. Ist die Ausgangssteuerspannung Null, so tritt auch an den Ausgangsklemmen
25, 26 des Ringmodulators keine Spannung auf. Die bei Verstimmung der Differentialbrücke
auftretende Steuerwechselspannung erzeugt durch die Modulatoreinrichtung eine Steuergleichspannung
zwischen den Klemmen 25 und 26, deren Polarität von der Phasenbeziehung zwischen
der Eingangsspannung am Übertrager 23 und der am Übertrager 24 abhängig ist. Die
dem Modulator entnommene Steuergleichspannung verändert im Ausfühungsbeispiel der
Fig. 2 die Gittervorspannung zwei er entgegengesetzt parallel arbeitender Dampf-
oder Gasentladungsstrecken 27, 28,
die den Anker des Motors 14 speisen.
Je nach der Polarität der Steuergleichspannung wird die linke oder rechte Entladungsstrecke
gezündet.
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Der Motor läuft so lange in der einen bzw. anderen Drehrichtung nach
bis der mit dem Motor in Einstellverbindung stehende Kondensator 15 den Schwingkreis
auf die gerade empfangene tlbertragungsfrequenz abgestimmt hat und damit an der
Differentialbrücke Gleichgewicht hergestellt ist.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der empfängerseitigen
Steuerschaltung sind übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen
wie in Fig. 2. Zum Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nad Fig. 2 wird jedoch
die auf die Eingangsklemmen 12, I3 der Differentialbrücke gegebene hochfrequente
Übertragungsspannung mit der Netzfrequenz, d. h. der Frequenz der Anodenwechselspannung
der Entladungsstrecken 29, 30, zerhackt. Dadurch wird erreicht, daß auch die an
den Ausgangsklemmen 25, 26 der Ringmodulatorschaltung auftretende Steuerspannung
diese Frequenz aufweist. Diese Steuerspannung arbeitet auf das eine Gitter jeder
Entladungsstrecke, während an das zweite Gitter eine mit der Anodenwechselspannung
kohärente Wechselspannung gelegt wird.
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Je nach der Phasenlage der an den Klemmen 25, 26 vorhandenen Modulatorausgangsspannung
wird die linke oder rechte Entladungsstrecke gezündet, und der Motor 14 läuft so
lange in der entsprechenden Richtung nach, bis der empfängerseitige Schwingungskreis
durch Verstellen des Kondensators 15 wieder auf die übertragene Hochfrequenz abgestimmt
ist.
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An Stelle der in den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 gewählten
Ringmodulatorschaltung kann auch die in Fig. 4 gezeigte Modulatorschaltung Verwendung
finden. Die am Ausgang der Differentialbrücke erhaltene, in ihrer Phase um I800
umspringende Wechselspannung wird an die Klemmen 31, 32 des linken Übertragers angelegt.
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Die am Schwingkreiskondensator abgenommene hochfrequente Wechselspannung
wird als phasenfeste Vergleichsspannung an die Klemmen 33, 34 des rechten Übertragers
gelegt. Die Spannung der an den Ausgangsklemmen 35 36 des Modulators abgenommenen
Steuergleichspannung hängt hinsichtlich ihrer Polarität von der Phase zwischen den
beiden auf die Übertrager gegebenen Wechselspannung ab. Die in Fig. 4 dargestellte
Modulatorschaltung besitzt den Vorteil, daß ein gemeinsamer Kathodenpunkt für die
Verwendung von Röhrengleichrichtern an Stelle von Kupferoxydgleichriditern gebildet
werden kann.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird die an dem Ausgang der
Modulatorschaltung erhaltene, in der Polarität von der Phase zwischen den beiden
zu vergleichenden Wechselspannungen abhängige Steuergleichspannung mit der Frequenz
der Anodenwechselspannung der Entladungsstrekken zerhackt. Zu diesem Zweck wird
an die Klemmen 25, 26 in der Fig. 2 oder 35, 36 in der Fig. 4 eine weitere Ringmodulatorschaltung
angeschlossen, die jetzt über detl Gleichrichterteil gesteuert ist. In der Fig.
5 wird die Steuergleichspannung an die Klemmen 37, 38 des Ringmodulators gelegt.
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An den Klemmen 39, 40 des einen Übertragers liegt eine mit der Anodenwechselspannung
kohärente Wechselspannung. In den getrennten Sekundärwicklungen4I, 42 des anderen
Ubertragers wird beim Vorhandensein einer Steuergleichspannung eine Wechselspannung
erzeugt, deren Phase mit der Polarität der auf die Klemmen 37, 3S gegebenen Steuergleichspannung
um 180 umspringt. Die Spannungen der Sekundärwicklungen ßI, 42 können nach der in
Fig. 3 gezeigten Weise zur Steuerung der Gitter von zwei entgegengesetzt parallel
arbeitenden Dampf- oder Gasentladungsstrecken dienen.
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Während in der Schaltung nach Fig. 3 bereits die bei 12, 13 in die
Differentialbrücke eingehende hochfrequente Übertraguugsspannung mit der Netzfrequenz
zerhackt wird, geschieht dies im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 erst
mit der am Ausgang 25, 26 der Modulationsschaltung nach Fig. 2 oder 35, 36 der Modulationsschaltung
nach Fig. 4 auftretenden Steuergleichspannung.
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Um den Eintritt des Zündzeitpunktes für die gittergesteuerten Dampf-
oder Gasentladungsstrecken möglichst genau festzulegen, kann man eine bereits vorgeschlagene
Schaltungsanordnung in der Weise verwenden, daß durch die Steuergleichspannung am
Ausgang der Modulatorschaltung die Zacken einer mit der Netzfrequenz zackenfönnig
verlaufenden Zündspannung innerhalb der Periode längs der Zeitlinie gegensinnig
verlagert werden, und zwar entweder im Sinne einer Verkleinerung oder einer Vergrößerung
des zeitlichen Zackenabstandes.
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Zur möglichst genauen Steuerung des Motors und damit zur getreuen
Nachbildung der senderseitigen Verschiebung des Punktes ist es ferner vorteilhaft,
in die Steuerschaltung ein Schaltelement mit negativer Gruppenlaufzeit zu nehmen,
wie solche bereits für Steuer- und Regelsysteme vorgeschlagen worden sind. Solche
Schaltelemente mit negativer Gruppenlaufzeit sind für Netzwerke an sich bekannt.
Für Steuerungszwecke dienen sie zur Unterdrückung von Regelschwingungen auch bei
großer Regelsteilheit, wirken also im Sinne einer Dämpfung. Das Schaltelement mit
negativer Gruppenlaufzeit bewirkt eine zeitliche Vorverlegung des Einsatzes der
zu steuernden Gleich- oder Wechselspannung für die Zündung der gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsstrecken.
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Der Motor wird also bereits, wenn er sich der Sollstellung nähert,
gebremst und damit die Pendelneigung der Nachlaufsteuerung wesentlich verringert.
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Für jede Koordinatenrichtung ist eine der vorbeschriebenen Nachlaufsteuerungen
zur Nachbildung der Bewegungskomponente des Punktes in dieser Koordinatenrichtung
erforderlich. Im Ausführungsbeispiel der Fig. I wurde ein ebenes, und zwar das Polarkoordinatensystem
gewählt. Grundsätzlich ist der Erfindungsgegenstand für jedes ebene oder räumliche
Koordinatensystem verwendbar, und es ist lediglich eine kinematische bzw.
getriebeteehnisclae
Aufgabe, die Verschiebung des Punktes in die entsprechenden Komponenten längs der
Koordinatenachsen oder -richtungen aufzulösen.