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Ei'diufhitorkompass.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Erdinduktorkompass, bei welchem eine oder mehrere
Spulen im erdmagnetischen Feld rotieren und der so erzeugte elektrische Strom durch Bürsten abgenommen wird, die zur Achse des die Einrichtungen tragenden Fahrzeuges in bestimmten Stellungen angeordnet sind. Die so induzierten Ströme betätigen ihrerseits Apparate, welche, da die Spannung der induzierten
Ströme mit der Orientierung des Fahrzeuges wechselt, diese letztere anzeigen.
Bei Erdinduktorkompassen dieser Type ist es bekannt, entweder ein oder zwei Bürstenpaare zu verwenden, doch wurde der Kurs des Schiffes durch den Ausschlag eines oder zweier Galvanometer angezeigt, an deren Klemmen die an den Bürsten oder Bürstenpaaren induzierten Spannungen angeschlossen waren.
Gegenstand der Erfindung ist fürs erste ein Erdinduktorkompass der eben beschriebenen Type, der ausserordentlich empfindlich ist und sofort anzeigt, ob das Schiff den gewünschten Kurs einhält, ferner eine einfache Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Stabilität der Einrichtung und zum Beseitigen der durch das Stampfen und Rollen des Fahrzeuges hervorgerufenen Einwirkungen.
Zur Erreichung der ersterwähnten Eigenschaft sind die Kollektorbürsten des Erdinduktors erfindungsgemäss mit einem einzigen Galvanometer verbunden und eine Anordnung getroffen, welche die Verbindung zwischen Generatorkreis und dem Galvanometer derart zu beeinflussen gestattet, dass die Einhaltung des gewünschten Fahrzeugkurses das Galvanometer od. dgl. Nullablesung gibt. Zur Verwirklichung der ferner angegebenen Erfindungsziele ist der Erdinduktorkompass in einem Doppelring gelagert und nach Art der Pendel mit einer Linse und überdies mit einer Gyroskopscheibe versehen.
Linse und Gyroskopscheibe sind unterhalb der Aufhängung angeordnet.
Die Zeichnung stellt die Erfindung beispielsweise dar, u. zw. ist : Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht der rotierenden Spulen bei Anwendung eines einzigen Bürstenpaares. Fig. 2 zeigt schematisch die Draufsieht auf eine erfindungsgemässe Anordnung mit zwei Bürsten, angewendet auf ein Schiff, das in der Richtung des magnetischen Meridians fährt. Fig. 3 zeigt dasselbe Fahrzeug in einer vom magnetischen Meridian abweichenden Orientierung. Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf die Einrichtung mit zwei Bürstenpaaren, angewendet bei einem Fahrzeug. Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Schaltung bei der Einrichtung gemäss Fig. 4. Fig. 6 stellt eine Abänderung der Schaltung gemäss Fig. 5 dar. Fig. 7, schematisch eine weitere Abänderung der Einrichtung gemäss den Fig. 5 und 6.
Fig. 8 zeigt eine vorzugsweise Ausführungsform der in Fig. 7 nur schematisch angedeuteten Einrichtung. Fig. 9 zeigt teilweise im Schnitt den Teil der Einrichtung, der den Kommutator bzw. Stromrichter umfasst. Fig. 10 zeigt teilweise im Schnitt den eigentlichen Generator mit der einstellbaren gyroskopischen Kontrolleinrichtung.
Fig. 11 ist eine Gesamtansicht der einzelnen Teile der Einrichtung sowie ein Wicklungssehema. Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf die Doppellingaufhängung des Generators im Detail. Fig. 13 veranschaulicht die Anwendung zur selbsttätigen Steuerung von Luftfahrzeugen.
Gemäss den Fig. 1-8 umfasst die Einrichtung einen Rotor bzw. eine Armatur 1, die auf der Welle dz angeordnet ist. Letztere ist im Rahmen j gelagert. Mit der Wellel festverbunden sind WindflügelnJ,., die den Rotor treiben und trotz der Unregelmässigkeit der Kraftquelle infolge der später erwähnten Nulleinstellung des Bürstensystems Anwendung finden können. Der Rotor enthält geeignete Wicklungen la. Der Rotor 1 von der üblichen Zylinder-oder Trommelform ist mit einem Kommutator 2 und zwei oder mehreren Sammelbürsten 3, 3 versehen. Wenn mehr als zwei Bürsten verwendet werden, muss deren Zahl mindestens vier betragen.
Für Luftfahrzeuge ist der Propellerantrieb 1e das Geeignetste, doch kann auch jede andere Antriebseinrichtung gewählt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Fig. 2 zeigt die Umrisse eines Fahrzeuges in schematischer Draufsicht, bei welchem ein mit zwei Bürsten versehener Rotor verwendet ist. Das Schiff ist augenblicklich als in der Richtung des magnetischen Meridians fahrend angenommen. Das Bürstensystem 3, 3 kann um die vertikaleAchse des Kommutators 2 verdreht und in jeder beliebigen Lage festgeklemmt werden.
Es sei nun angenommen, dass auf dem im magnetischen Meridian liegenden Schiff die Wicklung des Rotors 1 umlauft. Infolge dieser Drehung im erdmagnetischen Feld wird eine elektromotorische Kraft in den Bürsten 3, 3 auftreten. Dreht man das Bürstensystem um die vertikale Achse, so wird sich eine Stellung finden lassen, in welcher die Bürsten die Spannung Null aufweisen. In dieser Stellung wird das Bürstensystem festgeklemmt.
Weicht die Fahrtrichtung des Schiffes nun vom magnetischen Meridian ab, so tritt an den Bürsten 3,3 wieder eine Spannungsdifferenz auf und durch das an die Bürsten angeschlossene Galvanometer 6 fliesst ein Strom durch, so dass jede Abweichung des Schiffes von seinem Kurs sich durch eine Ablenkung der Galvanometernadel anzeigt. Will man einen Kurs einhalten, der mit dem magnetischen Meridian einen Winkel einschliesst, so kann dies durch Verdrehung des Bürstensystems um einen Winkel"
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(s. Fig. 3) erreicht werden. Um wieder Nullablesung am Galvanometer herzustellen, muss nun das Schiff um den Winkel a verdreht werden, so dass dann das Bürstensystem seine frühere Stellung zum magnetischen Meridian wieder einnimmt.
Statt das Bürstensystem von Hand aus oder mechanisch zu verdrehen, kann erfindungsgemäss auch eine elektrische Betätigung platzgreifen, so dass man den Rotor in jeder beliebigen Entfernung vom Steuermann anordnen kann. Die Beweglichkeit der Teile eines solchen Systems erleichtert den Einbau sehr. Dabei ist bei diesem System eine Vierbürstenanordnung erforderlich. Die Versetzung der vier Bürsten beträgt 90 , wie in Fig. 4 angedeutet, so dass die Bürsten 8 8 und C C sich gleichmässig über den Kommutator 2 verteilen.
Es sei ein Vierbürsteninstrument dieser Type auf einem Schiff angeordnet, das augenblicklich im magnetischen Meridian liege. Beim Umlaufen der Wicklung werden im allgemeinen beide Bürstenpaare S 8 und C C eine elektromotorische Kraft entwickeln. Durch Drehen des Bürstensystems um einen geeigneten Winkel lässt sich eine Stellung finden, in welcher die Spannung des einen Bürstenpaares, z. B.
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klemmt, so werden beim Abweichen des Schiffskurses vom magnetischen Meridian um den Winkel a, beideBürstenpaare Spannungen aufweisen, wobei die des Paares S S dem Sinus, die des Paares C C dem Cosinus des Winkels a proportional ist. Es mögen daher im folgenden die Bürstenpaare stets als Sinusbürsten bzw.
Cosinusbürsten bezeichnet werden.
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Beeinflussung der Spannungen der Sinus-bzw. Cosinusbürsten die algebraische Summenwirkung der beiden Spannungen auf das Galvanometer oder ein anderes elektrisches Anzeigeinstrument so zu wählen, dass für jeden Schiffskurs eine Nullablesung erlangt wird. Die praktischen Anordnungen zum Erreichen dieser Nullablesung werden im folgenden beschrieben.
Die Fig. 5,10 und 11 stellen zwei stetig veränderbare Widerstände dar, an welche die von den Sinus-bzw. Cosinusbürsten kommenden Spannungen angeschlossen sind. Die Klemmen des Galvanometers 12 können an jedem beliebigen Punkt 13, 14 der Widerstände 10, 11 gelegt werden, während die Enden 15, 16 der Widerstände 10, 11 elektrisch verbunden sind. So kann jeder gewünschte Bruchteil der von den Sinus-bzw. Cosinusbürsten herrührenden Spannung an das Galvanometer gelegt werden.
Soll die Richtung einer dieser Teilspannungen (z. B. von n cosa) umgekehrt werden, so kann gemäss Fig. 6 geschaltet werden, bei welcher unter Beibehaltung der Bezugsziffern von Fig. 5 das Ende 16
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negativen Wert von Null bis unendlich geben und demzufolge für jeden gewünschten Schiffskurs am Galvanometer Nullablesung erzielen, ohne das Bürstensystem verdrehen zu müssen, wenn die erste Voreinstellung desselben einmal gemacht ist.
Eine zweite Ausführungsform zur Erzielung desselben Resultates ze'gt Fig. 7, wo SC, SC stetig veränderbare Widerstände in ringförmiger oder sonst beliebiger Anordnung sind. Bei S 8 wird die S : nusspannung, bei C C dieCosinusspannung angeschlossen, wobei jeder der so entstehenden vier Widerstä. nde den gleichen Wert hat. Die Klemmen des Galvanometers 12 können an beliebige Punkte 18, 19 des Widerstandes angeschlossen werden, wodurch beliebige Bruchteile der Grundwerte von Sinus-und Cosinusspannung algebraisch in Serie kombiniert werden können. Die Form der Widerstände S C, SG
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Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 8 sind die Bürsten 8 8 und C C, die mit dem Kommutator 2 Kontakt machen, durch Leitungen 20, 20 und 21, 21 mit den entgegengesetzten Punkten einer geschlossenen Wicklung 22 des Schaltbrettes 23 verbunden. Die Leitungen 20,20 führen zu Klemmen 24, 24, die ihrerseits an entgegengesetzte Punkte 25, 26 ? der Wicklung 22 angeschlossen sind ; analog führen die Leitungen 21, 21 zu Klemmen 26,26, die in ständiger Verbindung mit den Gegenpunkten 27,27 stehen, welch letztere zusammen mit den Punkten 25, 25 die geschlossene Wicklung 22 in Quadranten zerlegen.
Die Wicklung 22 ist vorzugsweise durch einen einzigen Draht in Quadratform gebildet, wobei die einzelnen Spiralen gleichmäss'g distanziert sind, ohne dass diese Bauart unbedingt erforderlich ist.
Arme 28, 28, angeordnet auf einer drehbaren, nicht dargestellten Steuerscheibe, machen elektrischen Kontakt mit Gegenpunkten der Wicklung 22, indem sie in geschlossenem Kreis über die Wicklung schleifen, wobei die Klemmen des Galvanometers 31 durch die Klemmen 33, 33 in ständigem elektrischen Kontakt mit diesen Dreharmen 28 bleiben.
Der Zweck dieser Anordnung ist, die Potentialdifferenz in der Wicklung 22 so zu verteilen, dass die entgegengesetzten neutralen Punkte, d. h. die Punkte, in welchen die Arme 28, 28 mit der Wicklung 22 Kontakt machen, ohne dass an den Galvanometerklemmen eine Potentialdifferenz auftritt, im Raum fix bleiben, ohne Rücksicht auf den Kurs des Schiffes. Weicht das Schiff um x Grade von seinem Kurs ab, so muss die das Armpaar 28 tragende Steuerscheibe um x Grad in entgegengesetzter Richtung verdreht werden, damit die Arme 28, 28 die Wicklung 22 wieder an den neutralen Punkten berühren.
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Will man jedoch den Sehiffskurs ändern, so verdreht man die Steuerscheibe um den Winkel, welchen alter und neuer Kurs einschliessen, aber in entgegengesetzter Richtung zur Kursänderung. Das
Galvanometer gibt nun erst dann wieder Nullablesung, wenn das Schiff den gewünschten neuen Kurs hat und die Nullablesung bleibt so lange das Schiff diesen Kurs einhält.
Es ist bekannt, dass die Spannung als Funktion des Verdrehungswinkels eine Sinuskurve ergibt und erleidet, wie Versuche gezeigt haben, dieser Spannungsverlauf keine Änderung, wenn die Leitungen auf Eisenspulen gewickelt werden. Von dieser Tatsache ausgehend, kann man auch bei vorliegender Einrichtung bewickelte E ; senspulen verwe11den und dieselben so anordnen, dass sie eine gyroskopische Wirkung haben, um den Einfluss des Stampfens und Rollens des Schiffes auf das Instrument zu beseitigen.
Eine solche Anordnung zeigt schematisch Fig. 11, wo die Induktorspulen mit Stromkreisen gemäss Fig. 8 verbunden sind. Die Eisenspulen 161 sind radial zur Drehachse der Einrichtung angeordnet und mit Wicklungen 102 versehen, die vorzugsweise zu einem geschlossenen Kreis vereinigt sind, Die Zwischen- punkte 103 der Wicklungen sind durch Leitungen 105 mit entsprechenden. Kommutationssegmenteti 164 verbunden. Die vier Bürsten 106 sind durch Leitungen 107 und 108 paarweise mit den Klemmen 111, 113 des Schaltbrettes 110 verbunden, die den Klemmen 24 und 26 der Einrichtung gemäss Fig. 8 entsprechen.
Die Klemmen 120 sind mit den Klemmen 119 des Galvanometers 118 und sind weiters durch nicht dargestellte, jedoch den Armen 28 in Fig. 3 entsprechende Einrichtungen mit einem geschlossenen Kreis verbunden, der auf der Steuerscheibe 116 montiert ist.
Um die Einwirkung des Stampfens und Rollens des Schiffes vollständiger zu beseitigen, ist die
Gesamtheit der Wicklungen mit einer auf der Gewindespindel 126 (Fig. 10) einstellbaren Gyroskopscheibe 124 und einer Art Pendellinse 125 versehen, deren Masse zur Stabilisierung dient und die gleichfalls auf der Spindel 126 angeordnet ist. Durch geeignete Einstellung der Scheibe 124 und der Linse 125 können die Schwingungen der Gesamteinrichtung im Hinblick auf die natürlichen Schwingungen des Schiffes kleiner werden. Sollen die trotzdem unvermeidlicherweise auftretenden Schwingungen gedämpft werden, so können bei der Doppelringaufhängung Reibungsseheben 127 (Fig. 9,12) od. dgl. angewendet werden.
Diese Doppelringaufhängung umfasst einen inneren Ring 128 auf einstellbaren Zapfen 129 gelagert, die ihrerseits im äusseren R'ng 130 montiert sind. Dieser letztere ist in einem ein- stellbaren Lagerring 131 gelagert, der in der Nut 133 des Grundringes 132 verdreht und in der eingestellten Lage durch Bolzen 139 gegen den Grundring 132 fixiert werden kann, welche Bolzen 139 durch einen Schlitz 135 des Lagerringes 131 (Fig. 9) hindurchtreten. Ein Sicherheitsring 336 (Fig. 10) begrenzt die möglichen Schwingungen der Wicklungsspindel, falls das Fahrzeug aussergewöhnliche Bewegungen macht.
Bezüglich der durch ein metallisches Bürstensystem 106, bestehend aus durch Schrauben einstellbare Blattfedern, muss betont werden, dass die Erfindung nicht auf diese Bürstentype beschränkt ist. Kohlenbürsten der gewöhnlichen Hochspannungstype können gleichfalls mit sehr gutem Erfolg verwendet werden.
Die Einrichtung kann vorzugsweise, wie bereits erwähnt, mit Hilfe eines Propellers getrieben werden, doch kann auch erforderlichenfalls ein elektrischer Antrieb angewendet werden. Auf jeden Fall wird zur Übertragung der Antriebskraft auf die Spindel 126 eine flexible Welle 138 verwendet.
Die stabilisierende Wirkung für die rotierende Armatur wird in erster Linie durch die Linse 125 hervorgerufen, die einen kleinen Trägheitsradius hat. Die Schwingungsperioden hingegen werden durch gee'gnete Einstellung der Scheibe 124 beeinflusst, die einen verhältnismässig grossen Trägheitsradius hat.
Auf diese Weise werden die gyroskopischen Wirkungen der als Pendel aufzufassenden Gesamteinrichtung so beeinflusst, dass sie sowohl den Be : rngungen bei schwer beladenem als auch denen bei leicht behdenem Flugzeugrumpf entsprechen, was bei Erdinduktorkompassen einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt.
Fig. 13 ze'gt die selbsttätige Schiffsteuerung durch Erdinduktorkompasse der eben beschriebenen Type. An Stelle des G'1lvanometers 118 ist eine Art Relaisinstrument 218 mit Klemmen 148 vorgesehen.
Em geeigneter Motor 149 wird erregt, je nach Erfordernis in der einen oder anderen Richtung umzulaufen.
Hat man einmal die Schaltscheibe in eine vorbestimmte Richtung eingestellt, so werden die Nadel 150 oder das Relais 218 je nach der Kursabweichung nach rechts oder links ausschlagen. Die elektromotorische Kraft 151, 152 betätigt über die beideIr Kontakte 148 mittels des Motors 149und eines geeigneten Schnecken- getriebes 154 das Steuer 153. Es vollzieht sich daher die Dirigierung des Fahrzeuges nach einem einmal vorbestimmten Kurs völlig selbsttätig.
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