Auf der Wirkung des erdmagnetischen Feldes beruhender Kompass.
Die auf der Wirkung des erdmagnetischen Feldes beruhenden Nadelkompasse und ebenso die sogenannten Erdinduktorkompasse mit rotierendem Anker stellen schwingende Systeme dar, deren Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, wegen der mit diesen Systemen verbundenen Schwierigkeiten zu erheblichen Unzuträg lichkeiten geführt hat.
Man n hat deshalb, um diese Schwierigkei- ten zu vermeiden, Kompasse vorgeschlagen, die keine bewegten Teile aufweisen. Diese Systeme verwenden durch das Erdfeld beeinflussbare Körper aus ferromagnetischem Stoff und von periodisch veränderlichem Strom durchflossene Wicklungen. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird die bei entsprechend hoher Sättigung des 13ör- pers durch das erdmagnetische Feld hervorgerufene Verzerrung der Kurvenform eines in einer dem Körper zugeordneten Wicklung fliessenden Wechselstromes benutzt, um mit Hilfe von nichtlinearen Widerständen eine Gleichstromkomponente herauszusieben und daraus das Messergebnis abzuleiten.
Bei einer andern bekannten Einrichtung wird dem durch das Erdfeld in dem Körper erzeugten magnetischen Fluss, der einen bestimmten Grad der Sättigung im Körper hervorruft, ein zusätzlicher, periodisch veränderlicher Hilfsfluss überlagert, durch den periodisch eine volle Sättigung des Körpers bewirkt wird. Die Grösse dieses Hilfsflusses ist jeweils von dem Grad der durch das Erdfeld bewirkten, magnetischen Sättigung abhängig.
Die durch diesen Hilfsfluss in einer dem Kör- per zugeordneten Sekundärwicklung induzierte elektromotorische Kraft wird dann zur Lieferung des Messergebnisses benutzt.
Die Erfindung hat die Ausbildung eines Kompasses zum Gegenstand und verwendet hierzu ebenfalls ferromagnetische, stabförmige Körper mit von periodisch veränderlichen Strömen durchflossenen Wicklungen.
Die Körper können als Kerne von Drosselspulen aufgefasst werden, deren induktiver Widerstand durch Änderung der Permeabilität der Spulenkerne mittels des vom Erdfeld in den Körpern erzeugten magnetischen Flusses geändert wird. Diese Widerstands änderungen werden dann zur Lieferung der K ompass werte benutzt.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines derartigen Kompasses ergibt sich gemäss der Erfindung dadurch, dass zwei je auf einem von zwei parallelen Körpern angeordnete Wicklungen von gleichen periodisch ver änderlichen Gleichströmen abwechselnd in der Weise gespeist sind, dass in den Körpern entgegengesetzt gerichtete magnetische Gleichflüsse erzeugt werden, und im Stromkreis der Wicklungen ein Verbraucher derart angeordnet ist, dass er von dem Differenzstrom der in den beiden Wicklungen fliessenden Gleichströme beeinflusst ist.
In der folgenden Beschreibung sind an Stand der Zeichnung Ausfiihrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine grundsätzliche Anordnung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Aus führun gsbeispiel mit Mehrgleicbnchteranord- nung,
Fig. 3 eine Anordnung mit einem zwei Schenkel aufweisenden Körper in schematiseher Darstellung,
Fig. 4 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel mit Mehrfachrückkopplung.
In Fig. 1 ist die grundsätzliche Anordnung des Kompasses in schematischer Darstellung gezeigt. Mit 1 und 2 sind zwei parallel angeordnete, stabförmige Körper aus hochpermeablem Stoff bezeichnet, die gegen über den Querabmessungen eine verhältnismässig grosse Längserstreckung besitzen. Auf dem Körper 1 ist eine Wicklung 3 und auf dem Körper 2 eine Wicklung 4 angeordnet. die aus einer gemeinsamen Wechselstrom- quelle 5 über je einen Trockengleiehrichter 6 bezw. 7 gespeist sind. In Reihe mit den beiden Wicklungen liegt ein Verbraucher 8 im Stromkreis der Wechselstromquelle 5.
Die beiden Gleich richter sind in der Weise angeordnet, dass die Wicklung 3 von der einen Halbperiode und die Wicklung 4 von der andern Halbperiode des Wechselstro- mes gespeist ist. Es fliesst also in jeder der beiden Wicklungen ein periodisch veränderlicher Gleichstrom. Die Wicklungen 3 und 4 sind den Körpern in der Weise zugeordnet, dass durch den Strom der Wicklung 3 ein im Sinne des Pfeils 9 gerichteter, magnetischer Fluss erzeugt wird, während der durch den Strom der Wicklung 4 erzeugte magnetische Fluss die durch den Pfeil 10 versinnbildete Richtung besitzt.
Da die beiden Halbperioden dcs Speisewechselstromes einander entgegengesetzt gleich sind, sind auch die von diesen Strömen in den beiden Körpern 1 und 2 erzeugten magnetischen Gleichflüsse gleich und einander entgegengesetzt gerichtet.
Die beiden stabförmigen Körper sind im Fahrzeug in einer Horizontalebene und vorzugsweise um eine zu dieser senkrechte Achse drehbeweglich angeordnet. In der Nullage befindet sich die Achse der Körper in einer zur Richtung des mit H bezeichneten Erdfeldes bezw. der Rorizontalkompo- nente dieses Feldes senkrechten Richtung. also in der Ost-West-Richtung. Bei dieser Richtung der Körper wird durch das Erdfeld in ihnen praktisch kein magnetischer Fluss erzeugt.
Werden die Körper dagegen aus dieser Richtung ausgelenkt, beispielsweise entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. so dass ihre Achsen mit der Richtung des Horizontalfeldes einen bestimmten Winkel einschliessen, so wird in jedem der beiden Kör- per durch die in die Achsenrichtung der Rlir- per fallende Romponente des Horizontalfeldes ein magnetischer Fluss erzeugt, der in beiden Körpern die gleiche Richtung besitzt.
Die Flüsse überlagern sich den durch die Gleichströme in den beiden Wicklungen erzeugten Flüssen derart, dass sie in dem einen Körper, also in dem erwähnten Fall im Rör- per 1, im Sinne des durch den Strom in der Wicklung 3 erzeugten Gleichflusses wirken. während sie in dem E Körper 2 dem durch den
Strom in der Wicklung 4 erzeugten Gleich fluss entgegenwirken.
Die durch die in den Wicklungen 3 und 4 fliessenden, periodisch veränderlichen Ströme erzeugten Gleichflüsse in den Körpern 1 und
2 stellen eine Eigenmagnetisierung dar, die als innere Rückkopplung wirkt und die Per meabilität der Körper und damit auch den induktiven Widerstand der Wicklungen für den sie durchfliessenden Strom herabsetzt. was ein Anwachsen des Stromes in den bei den Wicklungen zur Folge hat, der einen be stimmten Ausgangswert annimmt. Dabei sind die beiden Halbperioden dieses Stromes gleich gross und es fliesst infolgedessen in dem Verbraucher 8 ein reiner Wechselstrom.
Durch die Überlagerung der von dem Horizontalfeld erzeugten Flüsse in den bei den Körpern wird, wie sich aus vorstehendem ergibt, die mittlere Permeabilität der beiden : Körper unterschiedlich geändert, näm- lich im Körper 1 herabgesetzt, während sie im Körper 2 in gleichem Masse erhöht wird.
Es wird infolgedessen der induktive Wider stand der dem Körper 1 zugeordneten Wick lung ebenfalls herabgesetzt und dadurch der
Strom in dieser Wicklung erhoht, während der induktive Widerstand der dem Körper 2 zugeordneten Wicklung 4 in gleichem Masse vergrössert und damit der in dieser Wicklung fliessende Strom entsprechend verringert wird. Dadurch ist erreicht, dass in dem Verbraucher unter der Wirkung der durch das
Horizontalfeld hervorgerufenen Fremdmagnetisierung kein reiner Wechselstrom mehr fliesst, sondern ein periodisch veränderlicher Strom, der in einen Gleichstromanteil und in einen Wechselstromanteil zerlegt werden kann. Der Gleichstromanteil ist von den in den beiden Wicklungen 3 und 4 fliessenden Gleichstromanteilen abhängig und entspricht der Differenz aus diesen beiden Gleichströmen.
Der Wechseistromanteil kann je nach der Lage des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskennlinie, die von der Grösse der angelegten Betriebsspannung abhängt, entweder unverändert bleiben oder mit der über lagerung des Erdfeldes zunehmen oder abnehmen. Bei den für den Betrieb des Kom- nasses üblichen normalen Spannungen ist der Wechselstromanteil im wesentlichen konstant. Er kann im Verbraucher ohne weiteres mit aufgenommen werden, ohne das Mess- ergebnis zu beeinflussen. Gegebenenfalls kann er durch Parallelschaltung eines Kon- densators zu dem Verbraucher von diesem ferngehalten werden.
Bei der Speisung der beiden Wicklungen aus einer Wechselstromquelle ergeben sich gewisse Vorteile durch Wahl entsprechender Gleichrichter bezw. an deren Stelle entsprechender spannungsabhängiger Widerstände.
Die durch die stabförmigen Körper mit ihren Wicklungen gebildeten Drosselspulen besitzen eine bestimmte induktive Widerstandscharakteristik in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Die Gleichrichter können nun so gewählt werden, dass die Wider standscharakteristik der Drosseln und der Gleichrichter für einen gegebenen Bereich möglichst konform verläuft. Dadurch kann die Empfindlichkeit und auch der Aussteuerbereich der Anordnung wesentlich gesteigert werden. Mit Vorteil werden Trockengleich- richter, z. B. Selengleichrichter, verwendet.
Diese stellen unter Vernachlässigung der sehr geringen Eigenkapazität von der angelegten Spannung abhängige Ohmsche Widerstände dar, die sich mit der Fremd- und Eigenmagnetisierung ändern, da die am Gleichrichter auftretende Spannung sich mit der Magnetisierung ändert.
Um beispielsweise bei hochinduktiven oder hochohmigen Verbrauchern mit höheren Eingangsspannungen arbeiten zu können können jeweils mehrere Gleichrichter, gegebenenfalls unter Verwendung von mehreren Wicklungen, vorgesehen sein. Die Verwendung mehrerer Gleichrichter hat gleichzeitig den Vorteil, dass die Widerstandscharakteristik in dem im vorstehenden angege benen Sinne verbessert werden kann. : Ein Beispiel für eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 schematisch gezeigt. Bei dieser Anordnung sind wiederum zwei stabförmige Körper 11 und 12 vorgesehen und jedem Körper zwei Wicklungen 13, 14 bezw. 15, 16, die aus einer gemeinsamen Wechselstromquelle 17 gespeist sind, vorgesehen. In Reihe mit den Wicklungen liegt ein Verbraucher 18.
Die Wicklungen 13, 14 werden je über einen Gleichrichter 19, 20 und die beiden Wicklungen 15, 16 iiber je einen Gleiehrichter 21, 22 gespeist. Die Wicklungen sind in analoger Weise, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, den Körpern in der Weise, zugeordnet, dass die durch die Ströme dieser gTieklungen erzeugten magnetischen Fl üsse in den beiden Körpern einander entgegengesetzt gerichtet sind und in der Nullage den gleichen Wert besitzen. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieselbe wie bei der Anordnung gemäss Fig. 1.
Eine zweckmässige Ausführungsform des Kompasses ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Bei dieser Anordnung ist ein stabförmiger Körper 23 von der dargestellten Form gerbung vorgesehen. Dieser Körper weist in seinem Mittelteil zwei durch eine Aussparung gebildete, parallel zueinander verlaufende Schenkel 24, 25 auf, die zur Auf nahme der von den periodisch veränderlichen Gleichströmen gespeisten Wicklungen 26, 27 dienen. Diese Wicklungen werden aus einer n'echselstromquelle 28 iiber je einen Gleichrichter 29, 30 gespeist. Der Körper 23 besitzt fächerförmig ausgestaltete Endstücke 31, 32, die zur Sammlung des Horizontalfeldes dienen.
Der Verbraucher 33 liegt wiederum in Differentialanordnung in Reihe mit den beiden Wicklungen 26, 27.
Die Empfindlichkeit der Anordnung kann ganz bedeutend dadurch gesteigert werden, dass der den Verbraucher durchfliessende Strom, der, wie erxvähnt, in einen Gleiehstrom- anteil und in einen Wechselstromantcil zerlegt werden kann, eine oder mehrere zusätzliche, dem Körper 23zugeordnete Wicklungen durchfliesst und in dem Körper zusätzliche magnetische Flüsse hervorruft, die im Sinne des von dem Horizontalfeld erzeugten Flusses wirken. Zu diesem Zweck sind auf dem Körper 23 zwei Wicklungen 34, 35 vorgesehen, die beide in Reihe mit den Wicklungen 26, 27 liegen. Die Riickkopplungsuieklungen sind auf den Endstücken des Körpers angeordnet, da sich bei dieser Anordnung besonders günstige magnetische Verhältnisse ergeben.
Diese Art der Rückkopplung, die eine Stromrückkopplung darstellt, ist vornehmlich geeignet für niederohmige Verbraucher, die mit ver hiltnismässig grossem Strom betrieben werden.
An Stelle einer Stromrückkopplung kann eine Spannungsrückkopplung vorgesehen sein. Bei dieser Art der Rückkopplung liegt, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt ist, die Rückkopplungswiekllmg 36, die natürlich wiederum durch mehrere Wicklungen gebildet sein kann, parallel zum Verbraucher. Der mittels dieser Wicklung erzeugte Fluss besitzt in analoger Weise, wie bei der Stromrückkopplung, die Richtung des durch die Eigenmagnetisierung erzeugten Flusses. Diese Rückkopplungsart eignet sich insbesondere für hochohmige Verbraucher.
Die beiden Rückkopplungsarten können in sehr vorteilhafter Weise kombiniert angewendet sein, wie sich aus Fig. 4 ergibt.
Die zur Stromrückkopplung dienenden Wick- lungen 34, 35 liegen in Reihe mit dem Verbraucher 33, während die Wicklung 36 für die Spannungsrückkopplung parallel zum Verbraucher angeordnet ist. Durch Verwendung dieser beiden Rückkopplungsarten lassen sich füst alle gewünschten Charakteristiken erzielen. Ausserdem kann eine gute Null pnnkts- und Ernpfindlichkeitsstabilität bei Spannungsänderungen und Änderungen des Verbraucherwiderstandes erreicht werden.
Die Rückkopplungswicklungen, die bei den in Fig. 3 und 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils auf den Endstücken des die beiden stabförmigen Spulenkerne enthaltenden Körpers angeordnet sind, können statt dessen auf den die Wick- lungen 26, 27 tragenden Schenkeln 24, 25 des Körpers angeordnet sein, so dass sie die Drossel wicklungen gemeinsam umschliessen.
Der Wicklungssinn der Rückkopplungswicklungen ist dabei wiederum derart gewählt, dass die durch sie erzeugten, magnetischen
Flüsse im Sinne der vorbesohriebenen Rück- kopplung wirksam sind.
Entsprechend dem Temperaturkoeffizien ten des verwendeten Materials treten mehr oder weniger starke Widerstandsänderungen auf, die bei erheblichen Temperaturunter schieden einen gewissen Einfluss auf die
Empfindlichkeit haben können. Ändert sich beispielsweise der Widerstand eines Verbrau chers mit viel Kupfer, bei welchem die Wi derstandsänderungen besonders gross sind, so kann auch die Empfindlichkeit der Anord nung entsprechenden Schwankungen unterlie gen. Dasselbe gilt, wenn auch in schwäche rem Masse, für den Ohmschen Widerstand der Drosselspulen und der Gleichrichter.
Diese Temperatureinflüsse können beispiels weise dadurch kompensiert werden, dass ein temperaturabhängiger Widerstand parallel zu den Rückkopplungswicklungen, insbeson dere zur Stromrückkopplung, geschaltet wird.
Fällt beispielsweise der Verbraucherwider stand, so steigt der Verbraucherstrom ent sprechend und damit auch die Rückkopp lungsstärke. Liegt nun parallel zur Rück kopplung ein temperaturabhängiger Wider stand, so kann die Rückkopplung um die vor erwähnte Verstärkung geschwächt werden, so dass die Rückkopplung praktisch konstant bleibt. Durch entsprechende Bemessung des
Parallelwiderstandes und der Rückkopplung, sowie durch richtige Wahl des bezw. der
Temperaturkoeffizienten ist es möglich, die jeweils verursachten Schwankungen zu kompensieren.
Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen hinsichtlich der Anordnung der Wicklungen sowie auch der Formgebung des bezw. der hochpermeablen Kör- per sind im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich. Als Verbraucher kann ein An- zeigegerät vorgesehen sein. Es kann indes auch durch den Verbraucherstrom ein anderes Gerät betätigt werden, z. B. ein Elektromotor, durch welchen die Kompassanord- nung in ihre Nullage rückstellbar ist, so dass sieh hieraus die Grösse der Abweichung des Fahrzeuges aus einer vorbestimmten Rich tung ergibt. Der : Kompass kann in bei die- sen Geräten an sich bekannter Weise einstellbar angeordnet und mit Anzeigevorrichtungen zur Kontrolle der Einstellung aus gerüstet sein.
Die Einstellung des Kompasses auf einen gewünschten Sollkurs kann von Hand oder motorisch, gegebenenfalls in Verbindung mit der Einstellung eines oder mehrerer weiterer Geräte, z. B. eines lLreisel- gerätes, erfolgen.