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Kompaßgebundene Einrichtung zur Erzeugung von Kurssteuersignalen für
Schiffe Die Erfindung bezieht sich auf eine kompaßgebundene Einrichtung zur Erzeugung
von Kurssteuersignalen für Schiffe, die einen Kompaß mit Mitteln zur Erzeugung eines
Kursbezugssignals, ein unter Einwirkung dieses Signals gesteuertes, die Kompaßanzeige
in Form von räumlich verteilten Potentialvariationen abbildendes Impedanznetz und
ein zu diesem verstellbares Abtastglied aufweist, wobei auch eine Ablesevorrichtung
für den Istkurs vorgesehen ist, damit an derselben Stelle, wo die Einstellung des
Sollkurses stattfindet, auch eine ständige überwachung des Istkurses vorgenommen
werden kann.
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Es ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der das Abtastglied
an einen Rückstellmotor gekoppelt ist, der vom abgetasteten Signal gesteuert ist
und das Abtastglied in übereinstimmung mit dem Istkurs einstellt. Das Impedanznetz
in Verbindung mit dem Abtastglied bildet somit einen Tochterkompaß, der für die
Steuerung als Istkursgeber dient und in genau der gleichen Weise wie der Hauptkompaß
selbst für die Erzeugung eines Kursbezugssignals benutzt werden kann. Die Ablesung
des Istkurses erfolgt dabei ebenfalls vom Tochterkompaß. Diese indirekte Erzeugung
eines Kursbezugssignals ist jedoch aufwendig und es ist außerdem nachteilig, daß
bei einem Tochterkompaß der beschriebenen Art infolge der Lagerreibung und sonstiger
Widerstände ein Winkelfehler auftreten kann, der Ungenauigkeiten in der Steuerung
verursacht. Es besteht zwar die Möglichkeit, auch einen Tochterkompaß einzusetzen,
der dem Hauptkompaß mit ausreichender Genauigkeit folgt, jedoch sind hierzu komplizierte
Vorrichtungen erforderlich, die teuer sind und daher nur bei großen Anlagen Verwendung
finden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompaßgebundene
Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen für Schiffe zu schaffen, die einfach
und billig im Aufbau ist und daher vor allem geeignet ist, um auch in kleineren
Fischereifahrzeugen eingebaut zu werden. Dabei soll jedoch die bei Fahrzeugen ohne
automatische Steuerung übliche Anordnung des Kompasses außerhalb des Steuerhauses
beibehalten werden. Außerdem muß, wie bei der bekannten Anlage, jederzeit eine Ablesung
des Istkurses vom Steuerhaus aus vorgenommen werden können. Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung des verstellbaren Abtastgliedes als Sollkursgeber
und Sollkurseinsteller und durch eine an sich bekannte periskopische Ablesevorrichtung
für den außerhalb des Steuerhauses angebrachten Kompaß. Das Abtastglied kann nunmehr
auf den Sollkurs eingestellt werden, und das abgetastete Signal wird unmittelbar
als Eingangssignal für den üblichen Verstärker der Ruderantriebsanlage benutzt.
Das abgetastete Signal wird also auf rein elektrischem Weg und ohne die Verwendung
mechanisch beweglicher Teile erzielt, so daß keine Winkelfehler entstehen können,
da Reibungskräfte und sonstige mechanische Kräfte entfallen. Zwar kann das Impedanznetz
mit Abtastglied nicht mehr für die Anzeige des Istkurses dienen, dafür tritt aber
die wesentlich einfachere und billigere periskopische Kursablesung. Trotz der bedeutenden
Vereinfachung der Anlage ist die Steuergenauigkeit der der bekannten Anlagen vergleichbar.
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Eine einfache Ausführung des Impedanznetzes läßt sich erfindungsgemäß
dadurch erreichen, daß das Impedanznetz aus einem kreisförmigen Potentiometerwiderstand
besteht, von dem wenigstens drei Punkte an in entsprechenden Winkellagen befindliche
gehäusefesten Elektroden des Kompasses zur Aufnahme des Istkurses gekuppelt sind.
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Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert
werden. Auf dieser zeigt F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform
eines Kompasses, der bei der Einrichtung zur Erzeugung von Kurssteuersignalen verwendet
werden kann, F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Begrenzungen
und Größenverhältnisse zweier Sätze von Ringelektroden des Kompasses, F i
g. 3 eine Draufsicht des Kompasses und F i g. 4 ein Schaltungsdiagramm
einer Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung von Kurssteuersignalen.
Es
soll zunächst ein Kompaß, der die Eingangssignale in die Einrichtung liefert, beschrieben
werden.
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Beim Kompaß gemäß F i g. 1 bis 3 bezeichnet
1 die Kompaßschale, deren Deckel 2 und Boden 3 aus Glas bestehen,
so daß der Kompaß in einem mit Reflektionseinrichtung versehenen Kompaßgehäuse aufgehängt
werden kann, das außerhalb des Steuerhauses des Schiffes derart angebracht ist,
daß der Kompaß periskopisch abgelesen werden kann.
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Die Kompaßschale ist innen mit einer Isolation 4 versehen, da das
Metall der Kompaßschale geerdet ist. 5 ist die Kompaßrose und 6 ein
diese tragender Schwimmer. Dieser Schwimmer ist unterhalb der Kompaßrose als ein
Teil einer Kugelfläche ausgebildet, die außen mit einer elektrischen Isolation
7 versehen ist. Im Innern des Schwimmers ist ein Kompaßmagnet 8 angeordnet,
der vorzugsweise als ein Ringmagnet ausgebildet ist. 9 und 10 bezeichnen
Steinlager und Pinne der in Magnetkompassen üblich verwendeten Art. Das Steinlager
9 befindet sich am oberen Ende einer kegeligen Höhle 11 des Schwimmers,
während die Pinne 10 am oberen Ende eines ebenfalls kegeligen Tragstückes
12 sitzt, das sich vom Boden der Kompaßschale in die Höhle 11 des Schwimmers
hinauf erstreckt.
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Am Tragstück 12 der Pinne sind Ringelektroden 13
und 14 angeordnet,
die mit äußeren Zuleitungen 15
und 16 verbunden sind. Den Ringelektroden
13 und 14 gegenüber sind an der Innenwand der Höhle 11
des Schwimmers
ebenfalls ringförmige Elektroden 17
und 18 angeordnet, die mit zwei
an der Außenseite des Schwimmers einander diametral gegenüber angeordneten Speiseelektroden
19 und 20 in galvanischer Verbindung stehen.
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Die Begrenzungen und Größenverhältnisse der ringförmigen Elektroden
13, 14 und 17, 18 gehen aus F i g. 2 hervor. Durch die Abbildung
der Ringelektrodensätze wie gezeigt, und zwar so, daß sie von Kegelflächen mit Zentrum
in der Spitze der Pinne abgegrenzt sind, erreicht man, daß die Feldstärke und die
Feldverteilung im Kompaß von gegenseitigen Bewegungen der senkrechten Achse der
Kompaßrose und der senkrechten Achse der Kompaßschale unabhängig werden.
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Der obere Teil des kegeligen Tragstückes 12 wird von einer Elektrode
21 gebildet, die durch eine äußere Zuleitung 22 bei 23 geerdet ist. Das Tragstück
ist ferner unten von einem Schirm 24 umschlossen, der durch eine äußere Zuleitung
25 ebenfalls bei 23 geerdet ist, und den Zwischenraum zwischen dem
Tragstück und dem Schwimmer vom Raum außerhalb des Schwimmers elektrisch abschirmt.
Auf diese Weise wird die Verbreitung des zwischen den Ringelektroden 13 und
14 gebildeten Wechselfeldes auf den Bereich zwischen den beiden Schirmelektroden
21 und 24 begrenzt.
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In der Kompaßschale sind vier feste Elektroden 26,
27, 28
und 29 in um 90' zueinander verschobenen Stellungen angebracht. Diese
Elektroden dienen als Abtastelektroden und befinden sich in kleinem Ab-
stand
von der kugeligen Oberfläche des Schwimmers. An ihren oberen Enden sind sie als
Kreisbögen mit Zentrum in der Pinnenspitze ausgebildet. Die unterhalb der gekrümmten
Endteile liegenden Teile der Abtastelektroden sind von einer Isolation
30 umgeben. Mit den Abtastelektroden ist nicht das Abtastglied nach dem Hauptanspruch,
das später erläutert wird, zu verwechseln. Falls z. B. mittels eines Transformators
31 mit geerdeter Mittelpunktverbindung 32 durch Leitungen
15
und 16 zwischen den Ringelektroden 13 und 14 eine Wechselspannung
aufgedrückt wird, wird die Wechselspannung ohne nennenswerte Verluste auf die Ringelektroden
17 und 18 und von diesen auf die Speiseelektroden 19 und 20
übertragen. Da die letzteren Elektroden ohne Abschirmung in der Kompaßflüssigkeit
liegen, entsteht zwischen ihnen ein Potentialfeld durch die Kompaßflüssigkeit. Den
Abtastelektroden 26, 27, 28 und 29 wird durch dieses Feld je eine
Spannung mit einer Amplitude aufgedrückt, die für die Lager der in Frage stehenden
Abtastelektrode im Verhältnis zu den Speiseelektroden 12 und 13 repräsentativ
ist. Es kann in zwei verschiedenen Lagen der Kompaßrose und der Kompaßschale zueinander
niemals an den vier Abtastelektroden 26,
27, 28 und 29 die gleiche
Potentialkombination auftreten. Die an diesen vier Abtastelektroden abgetastete
Potentialkombination ist deshalb über sämtliche 360 Kompaßgrad ein eindeutiger
Ausdruck der Lage der Kompaßrose im Verhältnis zur Kompaßschale, oder mit anderen
Worten, der Kompaßanzeige, d. h. des Istkurses.
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Falls sich die Kompaßrose mit konstanter Geschwindigkeit dreht, liefern
die Abtastelektroden eine Wechselspannung bestehend aus der Grundfrequenz moduliert
mit einer im vorliegenden Beispiel vierphasigen sinusförmigen Spannung.
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Das Diagramm in F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der kompaßgebundenen
Einrichtung zur Erzeugung von Kurssteuersignalen, bei der das von der Spannungskombination
an den vier Abtastelektroden 26 bis 29 gebildete Istkurssignal des
oben beschriebenen Kompasses verwendet werden kann.
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In F i g. 4 sind die beiden Speiseelektroden und die vier Abtastelektroden
mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bezeichnet. Die Speiseelektroden
19
und 20 sind an einen Oszillator 33 gekuppelt, der ein balanciertes
Referenzsignal liefert. Die Abtastelektroden 26, 27, 28 und 29 sind
an je einen Eingang 36,
37, 38 und 39 eines Kathodenfolgeverstärkers
angeschlossen, dessen vier Ausgänge 46, 47, 48 und 49 an vier um 90' zueinander
verschobene Punkte 56,
57, 58 und 59 eines kreisförmigen Potentiometerwiderstandes
34 angeschlossen sind. Der letztere ist mit einem drehbaren Abtastglied mit zwei
einander diametral gegenüberliegenden Abtastkontakten 40 und 41 versehen, welch
letztere an einen Demodulator 42 gekuppelt sind, dessen Ausgang 43 an den Eingang
einer auf der Zeichnung nicht dargestellten, an und für sich bekannten Steuervorrichtung
angeschlossen ist, die übliche Einstellglieder für Empfindlichkeit, Gegenruder usw.
sowie einen Servomotor für das Drehen des Ruders in übereinstimmung mit dem empfangenen
Kursreferenzsignal umfassen kann.
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Wie ersichtlich stellt der Potentiometerwiderstand 34 eine räumliche
elektrische Abbildung des elektrischen Feldes im Kompaß dar, indem die Potentiale
an den vier Punkten 56, 57, 58 und 59 bei Drehungen der Kompaßrose
im Verhältnis zur Kompaßschale in gleicher Weise variieren wie die Potentiale an
den vier Abtastelektroden 26, 28, 27 und 29.
Um für nicht lineare Feldverteilung
zwischen den Abtastelektroden zu kompensieren, können Teile des Potentiometerwiderstandes
34 mit parallelgeschalteten Kompensationswiderständen 44 versehen sein. Man kann
deshalb den Sollkurs durch Einstellung
des Abtastgliedes 40, 41
im Verhältnis zum Potentiometerwiderstand 34 einstellen, ganz ähnlich wie man bei
bisher bekannten Steueranlagen mit Magnetkompaß den Sollkurs durch Einstellung der
Kompaßschale einstellt. Die Einstellung mittels eines Potentiometers hat den Vorteil,
daß der Magnetkompaß nicht im Steuerhaus angebracht werden muß. Es besteht keine
Gefahr, daß diese mittelbare Steuerung Winkelfehler mit sich führen soll, weil die
übertragung der Kompaßanzeige vom Kompaß auf den Potentiometerwiderstand rein elektrisch,
d. h. ganz ohne die Verwendung mechanisch beweglicher Teile, erfolgt.
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Die dem Potentiometer aufgedrückte Spannungskombination kann von einem
Magnetkompaß der beschriebenen Art abgeleitet werden oder mit Hilfe von Photozellen
in Verbindung mit geeignet ausgebildeten beleuchteten Feldern an der Kompaßrose.
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Anstatt einer Kombination von vier Spannungen kann als Istkurssignal
eine Kombination von drei Spannungen oder eine Kombination von mehr als vier Spannungen
verwendet werden.