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Käfiggoniometer Käfiggoniometer besitzen häufig einen zylinderförmigen
ferromagnetischen Kern, auf welchen die Suchspule aufgewickelt ist. Die Suchspule
ist bei den üblichen Ausführungsformen durch ein meist ebenfalls zylinderförmiges
Gehäuse aus Isoliermaterial allseitig umgeben, in welchem die Welle des Rotors gelagert
ist. Das Isoliergehäuse dient gleichzeitig als Wiclselkörper für die Statorwicklungen.
Die Statorwiclilungen verlaufen in axialer Richtung entlang dem zylinderförmigen
Mantel und überschneiden sich an den Stirnflächen. Obwohl die eLektrischen Eigenschaften
dieser Goniometer insbesondere wegen des sehr hohen Kopplungsfaktors der Käfiggoniometer
zwischen Stator- und Rotorwicklungen sehr gut sind, werden derartige Käfiggoniometer
nicht ausschließlich verwendet, da sie in fertigungstechnischer Hinsicht gewisse
Nachteile aufweisen. Diese Nachteile liegen darin, daß die Statorwicklung wegen
der über die Stirnflächen des Isoliergehäuses laufenden Wicklungsteile auf den Isolierkörper
erst aufgewickelt werden kann, nachdem der fertige Rotor in das Isoliergehäuse eingesetzt
wurde. Aus den gleichen Gründen ist natürlich auch ein nachträgliches Auswechseln
des Rotors zwecks Reparatur bei Käfiggoniometern nicht mehr möglich.
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Es sind bereits sogenannte Ringlterngoniometer bekann, welche derart
ausgebildet sind, daß bei der Fertigung Rotor- und Statorspulen unabhängig voneinander
gewickelt werden können, und bei welchen ein Auswechseln des Rotors stets möglich
ist. Der Rotor weist wie beim Käfiggoniometer einen ferromagnetischen Kern auf,
um welchen ein weiterer ringförmiger, mit den Statorspulen bewiclielter Kern aus
ferromagnetischem Material gelegt ist. Die Fertigung eines derartigen Goniometers
ist jedoch insofern erschwert, als die Statorspulen infolge der ringförmigen Gestalt
des Kernes nicht maschinell gewickelt werden können. sondern von Hand aufgebracht
werden müssen. Dazu kommt noch, daß diese Goniometer den Käfiggoniometern bezüglich
ihrer elektrischen Eigenschaften weit unterlegen sind. So ist die Kopplung eines
Ringgoni ometers höchstens halb so groß wie die eines Käfiggoniometers, was darauf
zurückzuführen ist, daß beim Ringgoniometer für den Statorring nur ein ferromagnetisches
Material Verwendung finden kann, dessen Permeabilität relativ klein ist, da sich
sonst im Innern des Ringes kein die Rotorspule durchsetzender magnetischer Fluß
ausbilden könnte. Außerdem ist es sehr schwierig, Ringkerne herzustellen, die um
den ganzen Umfang eine konstante Permeabilität aufweisen.
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Es ist weiter bekannt, daß Käfiggoniometer derart ausgebildet werden
können, daß die Montage des Rotors nach dem Wickeln der Feldspulen erfolgen
bzw.
jederzeit ein Auswechseln des Rotors vorgenommen werden kann. Bei diesen Goniometern
ist der Rotorkern aus ferromagnetischem Material hergestellt, und die Statorwicklungen
sind an mindestens einer Stirnseite nach Art der Feldwicklungen einer elektrischen
Maschine ausgebildet. Bei dieser Anordnung der Stimverbindungen der Feldwicklungen
können aber erhebliche Störungen auftreten, da die Stirnverbindungen der Feldwicklungen
derart dicht beieinander liegen, daß zwischen den einzelnen Feldwicklungen kapazitive
Kopplungen auftreten, die Verzerrungen des im Stator nachgebildeten äußeren Feldes
verursachen. Eine weitere Verzerrung des magnetischen Feldes wird durch die Form
der Feldwicklungen selbst verursacht. Der Kopplungsverlauf zwischen Rotor- und Statorwicklungen
ist also bei einem solchen Goniometer nicht mehr sinusförmig.
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Erfindungsgemäß werden daher Käfiggoniometer mit einem Rotorkern
aus ferromagnetischem Material hoher Permeabilität, insbesondere Ferrit, deren Statorwicklung(en)
wenigstens an einer Stirnseite nach Art der Stirnverbindungen der Feldwicklungen
einer elektrischen Maschine ausgebildet ist (sind), vorgeschlagen mit dem Kennzeichen,
daß das Verhältnis der axialen Länge des Goniometers zu seinem Durchmesser derart
groß gewählt ist, daß die Länge der Stirnverbindungen im Sinne einer Verringerung
der davon abhängigen Feldverzerrungen nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Windungslänge
ausmacht.
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An Hand der Fig. 1 a, lb und 1 c soll nachstehend ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung sowie das Prinzip der Erfindung beschrieben werden.
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In Fig. 1 a ist der Rotor eines erfindungsgemäßen Goniometers dargestellt.
Der Aufbau des Rotors gleicht dem bereits bekannter Rotoren für Käfiggoniometer,
seine Gestalt, d. h. das Verhältnis der
Länge zum Durchmesser, weicht
jedoch von der üblicher Rotoren ab. Auf die besondere Art der Formgebung wird später
noch im Zusammenhang mit Fig. 1 b näher eingegangen werden. Der Rotorkern sei mit
1 bezeichnet. Damit die Windungszahlen der Wicl;lungen klein gehalten werden können,
besteht der Kern aus ferromagnetischem Material sehr hoher Permeabilität. Als besonders
vorteilhaftes Kernmaterial hat sich für diesen Zweck Ferrit erwiesen, bei welchem
man in den in Frage kommenden Frequenzbereichen mit vWerten bis zu 1000 rechnen
kann.
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Auf die Stirnseiten des ferromagnetischen Kernes 1 sind Isolierscheiben
2 und 3 aufgesetzt; sie dienen dazu, die Kapazität zwischen der Rotorwicklung und
dem Rotorkern klein zu halten. Zur drehbaren Lagerung des Rotors ist eine Welle
4 vorgesehen. Die Suchspule ist als in Achsrichtung liegende Schleife um den Rotorkern
gewickelt, an den Stirnseiten läuft sie beiderseits der Welle 4 vorbei. Die Enden
der Suchspule 5 sind mit zwei Schleifringen 6 und 7 verbunden, von welchen die Spannung
in an sich bekannter Weise mittels Schleifkontakten abgeführt wird.
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Der Stator des erfindungsgemäßen Goniometers ist in Fig. lb dargestellt.
Zweckmäßig wickelt man die Statorwicklungen auf ein dünnwandiges zylinderförmiges
Gehäuse auf. Zu diesem Zweck ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Isoliergehäuse
8 vorgesehen. An einer Stirnseite des Isoliergehäuses 8 (in der Zeichnung rechts)
fehlt die Stirnwand. Im Mittelpunkt der zweiten Stirnwand ist ein Loch 9 vorgesehen,
in welches die Welle 4 des Rotors eingesteckt wird. Auf den Isolierkörper 8 sind
zwei senkrecht aufeinanderstehende Statorspulen 10 und 11 aufgebracht.
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Die Formgebung der Spulen ist so gewählt, daß der Rotor nach dem Wickeln
der Statorspulen eingebracht werden kann bzw. immer ausgewechselt werden kann, d.
h., die Verbindung zwischen den einzelnen Spulenteilen verläuft nicht quer über
die Stirnwand, sondern in an sich bekannter Weise nach Art der Stirnverbindungen,
wie sie bei Feldwicklungen elektrischer Maschinen üblich sind.
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Beim erfindungsgemäßen Goniometer werden Abweichungen vom sinusförmigen
Kopplungsverlauf dadurch vermieden oder verringert, daß das Verhältnis zwischen
der axialen Länge und dem Durchmesser des Goniometers derart groß gewählt wird,
daß die Länge der Stiruverbindungen, die nach Art der Stirnverbindungen der Feldwicklungen
elektrischer Maschinen ausgebildet sind, nur einen sehr kleinen Teil der gesamten
Windungslänge ausmacht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betrug die axiale Länge
der Statorwiddung 24 mm, ihr Durchmesser 8 mm, das Verhältnis Länge zu Durchmesser
also 3.
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Durch die geringe Zahl der Windungen pro Spule und durch die kurzen
Leitungslängen, über die sich die Stirnverbindungen überlappen, werden die störenden
Koppelkapazitäten zwischen den Statorwicklungen und die dadurch hervorgerufenen
Feldverzerrungen auf einen vernachlässigbar kleinen Betrag herabgesetzt. Durch die
längliche Gestalt des Goniometers wird gleichzeitig erreicht, daß die durch die
Form der Stirnverbindungen verursachten Feldverzerrungen ebenfalls vernachlässigbar
klein bleiben, da der Feldverlauf im Innern der Statorspulen hauptsächlich durch
die langen, in axialer Richtung verlaufenden Leiterteile der Statorwicklungen 10
und 11 bestimmt wird.
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Es ist auch möglich, die Statorwicklungen an bL'i4en Stirnseiten
nach Art der Stiruverbindungen
einer elektrischen Maschine auszubilden. Eine solche
Ausbildung der Statorwicklung(en) ist z. B. bei einem Mehrfachgoniometer mit mehreren
auf einer Welle angeordneten Rotoren erwünscht, um auch bei solchen Goniometern
ein nachträgliches Auswechseln der Rotoren zu ermöglichen.
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In Fig. 1 c ist der dritte Teil des als Ausführungsbeispiel beschriebenen
erfindungsgemäßen Goniometers dargestellt. 12 ist eine Kappe aus Isoliermaterial,
die auf den Isolierkörper 8 aufgesteckt wird und in deren Stirnwand Mittel zur Lagerung
der Welle 4 vorgesehen sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient zur Lagerung
der Rotorwelle lediglich ein Loch 13; es hat sich gezeigt, daß zusätzliche Mittel
zur Lagerung der Rotorwelle nicht nötig sind. Zum Abgreifen der Rotorspannung sind
zwei Schleifkontakte 14 und 15 vorgesehen, die aus elektrisch leitenden, federnden
Bändern bestehen, durch die Wandung der Kappe 12 gesteckt und mit Isolierlack befestigt
sind.
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Trotz ihres einfachen Aufbaues sind Goniometer der erfindungsgemäßen
Art sehr genau. So beträgt der maxiale Fehler einer Versuchs ausführung des in den
Fig. 1 a bis 1 c dargestellten Goniometers, bei dessen Fertigung keine besondere
Sorgfalt aufgewendet wurde, im Frequenzbereich von 1 bis 25 MHz 0,50.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die beiden Statorwicklungen
10 und 11 mit einem Peilantennensystem verbunden sein. Die Rotorwicklung kann als
Suchspule dienen. In gleicher Weise ist es natürlich möglich, daß die Feldspulen
auf den Rotorkern gewickelt sind und die Suchspule als Statorwicklung ausgebildet
ist. Auch wenn nur eine Statorwicklung vorgesehen ist, kann die Bemessung erfindungsgemäß
erfolgen. Wenn auch in diesem Fall durch die Stirnverbindungen keine zusätzliche
Kopplung zwischen zwei Spulen verursacht wird, so hat doch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Form des Goniometers den Vorteil, daß die durch die Stirnverbindungen verursachten
Feldverzerrungen vernachlässigt werden können. An Stelle einer oder zweier Statorwicklungen
können natürlich in an sich bekannter Weise auch mehr Statorwicklungen vorgesehen
sein, beispielsweise dann, wenn das Goniometer mit einem Antennensystem verbunden
ist, welches aus mehr als zwei Einzelantennen besteht.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, auf den Rotorkern in an sich
bekannter Weise zwei Suchspulen aufzuwickeln. Goniometer mit zwei Suchspulen können
in an sich bekannter Weise zur Koordinatentransformation auf ein rechtwinkeliges
Koordinatensystem oder auch bei solchen Goniometerpeilern Verwendung finden, bei
denen die zweite Suchwicklung für die Seitenbestimmung und/oder die Minimumenuttrübung
bestimmt ist.