DE920618C - Kreiselkompass - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompaß mit motorisch nachgedrehtem Tragsystem, dessen Wendemotor durch eine dem Stellungsfehler entsprechende Wechselspannung gesteuert wird. Das den Stellungsfehler abfühlende Meßwerk erzeugt diese Spannung auf induktivem Wege oder durch Verstellen von Flüssigkeitswiderständen, beispielsweise so, wie dies in der deutschen Patentschrift 556 193 in Abb. 4 gezeigt ist. Bei Anordnungen dieser Art neigt das nachgedrehte System zu Pendelbewegungen um die Sollage. Diese zu unterdrücken ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Sie wird dadurch gelöst, daß eine auf den Wendemotor wirkende Wirbelstrombremse durch einen von der Fehlerspannung gesteuerten Magnetverstärker in der Weise gespeist wird, daß das Bremsmoment mit abnehmendem Stellungsfehler des Tragsystems stetig wächst, um Pendelungen um die Sollstellung zu unterdrücken. Es wird dadurch erreicht, daß das Tragsystem dem richtungweisenden System jederzeit mit hoher Genauigkeit folgt.

Die Erfindung lehnt sich an eine bekannte Anlage zur elektrischen Fernübertragung von Drehbewegungen an, bei welcher Geber und Empfänger nach Art von Drehtransformatoren ausgebildet sind und eine dem jeweiligen Stellungsunterschied entsprechende Wechselspannung erzeugen, die einen den Empfänger antreibenden Motor steuert. Bei einer derartigen Anlage ist die Maßnahme bekannt, durch diese Wechselspannung nicht nur den Motor, sondern auch eine mit ihm gekuppelte Wirbelstrombremse derart zu steuern, daß das Bremsmoment

mit abnehmendem Stellungsmelder des Empfängers stetig wächst (vgl. französische Patentschrift 844 984). Auch bei dieser Anordnung wird die Bremse durch einen Verstärker gespeist, dessen Eingangskreis von der Fehlerspannung gesteuert wird. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich bei diesem Verstärker jedoch um eine gittergesteuerte Röhrenanordnung, der gegenüber der erfindungsgemäß zur Verwendung gelangende Magnetverstärker den Vorteil einer höheren Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen und daher eine größere Betriebssicherheit und höhere Lebensdauer bietet. Die Wirkung des Magnetverstärkers beruht bekanntlich darauf, daß sich der induktive Widerstand einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspule bei einer vergleichsweise geringen Änderung des Gleichstromes in einem sehr viel höheren Maße ändert. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird also die mit dem Stellungsfehler wachsende Wechselspannung gleichgerichtet und zur Vormagnetisierung einer Drosselspulenanordnung benutzt. Diese Drosselspulen steuern einen Wechselstrom, der gleichgerichtet der Wirbelstrombremse zugeführt wird und diese um so stärker erregt, je geringer der vom Empfänger gelieferte Eingangsstrom des Magnetverstärkers wird.

Vorzugsweise ist hierbei die Wirbelstrombremse unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters parallel zu einer zweier in Reihe geschalteter Drosselspulgruppen geschaltet, deren Induktivität durch Vormagnetisierung mittels eines mit dem Stellungsfehler wachsenden gleichgerichteten Stromes gegenläufig verändert wird.

In der Zeichnung ist das Schaltschema des Gegen-Standes der Erfindung wiedergegeben.

Das richtungweisende System des Kompasses befindet sich in einer Kugel aus nichtleitendem Werkstoff, die innerhalb einer Hüllkugel in einer Elektrolytflüssigkeit schwimmt und auf ihrem Äquator mit einem halbkreisförmigen leitenden Streifen 32 versehen ist. Diesem wird Strom in hier nicht näher interessierender Weise über eine Leitung 29 zugeführt. Die Hüllkugel hat zwei leitende Flächen 33 und 34, und sie wird durch den Nachlauf motor 35 so angetrieben, daß die beiden Flächen 33, 34 den Enden des Streifens 32 gegenüberstehen. Zu diesem Zweck bilden die Flüssigkeitswiderstände zwischen den Flächen 33 und 34 einerseits und dem Streifen 32 andererseits zwei Zweige einer Widerstandsbrücke, deren beide anderen Zweige aus den Hälften der Primärwicklung eines Eingangswandlers EU₁ bestehen. Die Brücke wird über die Wicklung II des Hilfswandlers HW mit Wechselspannung von 120 V 330 Hz gespeist. Bei Verstimmung der Brücke durch Verdrehen der Hüllkugel entsteht über der Primärwicklung des Eingangsübertragers EU₁ eine Fehlerspannung. Diese wird über die Sekundärwicklung einer aus vier Trockengleichrichterstrecken G₁... G₄ bestehenden Anordnung, in der Fernmeldetechnik als Ringmodulator gebräuchlich, zugeführt. Diese Gleichrichteranordnung wird andererseits über die Wicklung III des Hilfswandlers HW mit einer konstanten Spannung von 330 Hz gespeist. Den Ausgang der phasenempfindlichen Gleichrichterschal'tung bilden die Mitten 45 und 46 der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers EU₁ und der Wicklung III des Hilfswandlers HW. Die vier Gleichrichter arbeiten unter der Wirkung der Hilfsspannung wie periodisch sich öffnende und schließende Schalter. Während der einen Halbwelle werden z. B. die Gleichrichter G₁ und G₃, während der anderen Halbwelle die Gleichrichter G₂ und G₄ von Strom durchflossen und damit als Schalter geschlossen. Die beiden anderen Gleichrichter sind jeweils während der Halbwelle infolge der in der umgekehrten Richtung anliegenden Spannung gesperrt und damit als Schalter geöffnet.

Entsteht nun an der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers EU₁ infolge der Verstimmung der Brücke nach einer Seite eine mit der Hilfsspannung gleichphasige Fehlerspannung, so bildet sich an den Ausgangsklemmen eine pulsierende Gleichspannung aus, wobei z. B. die Klemme 45 positiv ist. Entsteht infolge Verstimmung der Brücke nach der anderen Seite eine gegenüber der Hilfsspannung gegenphasige Spannung, so ist am Ausgang die Gleichspannung an der Klemme 46 positiv. Während dieses Gleichrichtervorganges ist für die Dauer einer Halbperiode immer nur die Spannung an einer Hälfte der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers wirksam, während die Spannung an der anderen Hälfte durch die wie geöffnete Schalter wirkenden Gleichrichter gesperrt wird. In der nächsten Halbperiode ist die Spannung an der anderen Wicklungshälfte wirksam.

Diese gleichgerichtete Spannung wird über den Regelwiderstand R_reg dem eigentlichen Nachdrehverstärker zugeführt. Mit Hilfe dieses Regelwiderstandes kann man die Gesamtverstärkung der An-Ordnung der Belastung (Anzahl der Tochterkompasse) anpassen.

Der Nachdrehverstärker ist wieder als Wechselstrombrücke ausgebildet. Zwei Brückenzweige werden durch je zwei Paare von Verstärkerdrosseln VD₁ . . . FD₄ mit Eisenkernen, die beiden anderen Zweige durch die Sekundärwicklungen des Betriebswandlers BW₁ gebildet, der die Brücke mit Wechselstrom von 330 Hz speist. Im Nullzweig der Brücke liegt die Drehphase des Wendemotors. Die Verstärkerdrosseln haben je drei Wicklungen I bis III. Die vom Steuergleichstrom durchflosseneh Wicklungen I je eines Drosselpaares sind gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß von den Wicklungen II in ihnen induzierte gleichphasige Wechselspannungen sich aufheben. Die Wicklungen II sind die in die Brücke eingeschalteten Arbeitswicklungen. Sie sind paarweise gleichsinnig in Reihe geschaltet. Die Wicklungen III werden von einem Gleichstrom gespeist, der über die Gleichrichter G₅ iao und G₆ aus den Brückenzweigen entnommen wird. Sie sind auch paarweise gegensinnig in Reihe geschaltet, damit sich von den Wicklungen II induzierte Spannungen aufheben.

Ist die Eingangsspannung Null (die Kompaßbrücke ist abgeglichen), so sind die in den Brücken-

zweigen fließenden Ströme gleich groß. Über die Gleichrichter G₅ und G₆ werden die beiden Drosselpaare mit den gleichen Gleichströmen vorbelastet, so daß die Induktivitäten in beiden Brückenzweigen gleich groß sind. Die Spannung an der Drehphase des Wendemotors 35 ist Null, und der Wendemotor bleibt in Ruhe.

Entsteht infolge Verstimmung der Kompaßbrücke an den Eingangsklemmen 46 und 47 des Nachdrehverstärkers eine Gleichspannung, beispielsweise mit positivem Vorzeichen an der Klemme 47, so wird in dem Drosselpaar VD₁, VD₂ der in den Steuerwicklungen I fließende Gleichstrom die Wirkung des Gleichstromes in den Wicklungen III unterstützen, so daß die Induktivität der Arbeitswicklungen II weiter verringert wird. In dem Drosselpaar VD_V VD₁ wird dagegen der in den Steuerwicklungen I fließende Gleichstrom die Wirkung des in den Wicklungen III fließenden Gleich-

ao stromes schwächen, so daß die Induktivität der Arbeitswicklungen II vergrößert wird. Dadurch wird das Gleichgewicht der Verstärkerbrückenschaltung gestört. An der Drehphase des Wendemotors entsteht eine Wechselspannung, durch die

as der Wendemotor angetrieben wird. Der Brückenteilstrom durch die Drosseln VD₁, VD₂ wird bei der Verstimmung vergrößert, der durch die Drosseln VD_S, VD₄ verkleinert. Dadurch werden auch die in den Wicklungen III fließenden Gleichströme größer bzw. kleiner, wodurch die durch den Steuergleichstrom ausgelöste Änderung der Induktivität der Verstärkerdrosseln nach Art einer Rückkopplung unterstützt wird.

Entsteht infolge Verstimmung der Kompaßbrücke in der anderen Richtung an den Eingangsklemmen des Verstärkers eine Gleichspannung mit positivem Vorzeichen an der Klemme 46, so läuft der ganze Vorgang entsprechend umgekehrt ab. Die Induktivität des Drosselpaares VD₃, VD₄ wird

kleiner, die des Drosselpaares FD₁, VD₂ wird größer. Die Drehphase des Wendemotors bekommt eine um i8o° gedrehte Wechselspannung, so daß der Geber in der anderen Richtung angetrieben wird.

Durch entsprechende Polung ist dafür gesorgt, daß der Sendemotor 35 stets in der Richtung angetrieben wird, daß die Kompaßbrücke neu abgeglichen und die Fehlerspannung zu Null wird. Parallel zur Wendephase liegt ein Kondensator zur Unterdrückung störender Oberwellen. Ebenso liegen am Eingang des Verstärkers und an den Sekundär sei ten der Gleichrichter Kondensatoren zur.Glättung der Gleichspannung.

Um zu verhindern, daß die Übertragung bei großer Verstärkung zum Pendeln um die Nullage kommt, ist der Wendemotor 35 mit einer Bremswicklung B versehen, die den Anker nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse in der Nähe des Nullpunktes abbremsen kann. Zu diesem Zweck muß die Bremswicklung mit Gleichstrom erregt werden, wenn die Kompaßwechselstrombrücke dem Abgleich nahe ist, d. h. wenn die Fehlerspannung klein bzw. Null wird. Die erforderliche Bremsspannung wird nun erfindungsgemäß in einem magnetischen Verstärker durch die Fehlerspannung gesteuert.

Nach dem oben angegebenen Prinzip eines magnetischen Verstärkers muß die Fehlerspannung zunächst gleichgerichtet werden. Sie wird deshalb über den Eingangsübertrager EU₂ der Graetz-Gleichrichterschaltung G₇ zugeführt. Die darin erzeugte Gleichspannung steuert das Verstärkerdrosselpaar VD₅, VD₆. Die Steuerwicklungen I dieser Drosseln sind wieder gegensinnig, die Arbeitswicklungen II gleichsinnig in Reihe geschaltet. Diese Arbeitswicklungen liegen in Reihe mit den Arbeitswicklungen eines zweiten Verstärkerdrosselpaares VD₇, VD₈ in einem Wechselstromkreis, der über den Betriebswandler BW₂ mit Wechselstrom von 330 Hz gespeist wird. Die beiden Drosselpaare wirken wie eine Spannungsteilerschaltung mit zwei regelbaren Widerständen, wobei von dem Drosselpaar VD₅, VD₆ die Nutzspannung abgenommen wird. Da die Wirbelstrombremse mit Gleichstrom gespeist werden muß, muß die Nutzspannung gleichgerichtet werden. Das besorgt die Graetz-Gleichrichterschaltung G₈. Bevor der Gleichstrom die Bremswicklung durchfließt, wird er noch über die Steuerwicklungen I des Drosselpaares VD₇, VD₈ geleitet.

Ist die Fehlerspannung Null, dann liegt auch keine Gleichspannung an den Steuerwicklungen des Drosselpaares VD₅, VD₆. Dessen Induktivität und damit sein Wechselstromwiderstand sind groß. Folglich ist auch der an ihm liegende Anteil der Betriebswechselspannung groß. Der von dem Gleichrichter G₈ abgegebene Gleichstrom verringert beim Durchfließen der Steuerwicklungen I des Drosselpaares VD₇, VD₈ dessen Induktivität und damit seinen Wechselstromwiderstand, so daß an ihn nur ein kleiner Teil der Betriebswechselspannung abfällt. Bei abgeglichener Kompaßbrücke wird also die Bremsspannung groß.

Ist die Kompaßbrücke verstimmt, so entsteht an den Wendeleitstücken 33, 34 eine Fehlerspannung. Diese wird nach Gleichrichtung im Gleichrichter G₇ den Steuerwicklungen I des Drosselpaares VD₅, VD₆ zugeführt. Dadurch verringern sich die Induktivität dieses Drosselpaares und sein Wechseistromwiderstand und der an ihm liegende Anteil der Betriebsspannung ebenfalls. Der Gleichrichter G₈ gibt einen verringerten Gleichstrom ab. Dadurch werden die Induktivität und der Wechselstromwiderstand des Drosselpaares VD₇, VD₈ größer, wodurch die gewünschte Verringerung des Gleichstromes noch weiter unterstützt wird. Je größer also die Fehlerspannung am Eingang ist, um so kleiner wird die der Bremswicklung des Wendemotors zugeführte Gleichspannung und um so geringer wird die Bremswirkung der Anordnung.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kreiselkompaß mit motorisch nachgedrehtem Tragsystem, dessen Wendemotor durch eine dem Stellungsfehler entsprechende Wechselspannung gesteuert wird, dadurch

   gekennzeichnet, daß eine auf den Wendemotor wirkende Wirbelstrombremse durch einen von der Fehlerspannung gesteuerten Magnetverstärker in der Weise gespeist wird, daß das Bremsmoment mit abnehmendem Stellungsfehler des Tragsystems stetig wächst, um Pendelungen um die Sollstellung zu unterdrücken.
2. 2. Kreiselkompaß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremse (J5) unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters (G₈) parallel zu einer (VD₅, VD₆) zweier in Reihe geschalteter Drosselspulgruppen geschaltet ist, deren Induktivität durch Vormagnetisierung mittels eines mit dem Stellungsfehler wachsenden gleichgerichteten Stromes gegenläufig verändert wird, während die andere Drosselspulgruppe (VD₇, VD₈) durch den Bremsstrom vormagnetisiert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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