DE2418406A1

DE2418406A1 - Verfahren und anordnung zur schiffsnavigation

Info

Publication number: DE2418406A1
Application number: DE2418406A
Authority: DE
Inventors: Sverre George Sem-Sandberg
Original assignee: SEM SANDBERG SVERRE GEORGE
Current assignee: SEM SANDBERG SVERRE GEORGE
Priority date: 1973-04-16
Filing date: 1974-04-16
Publication date: 1974-10-31
Also published as: US3924465A; JPS5012792A

Description

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Sverre George SEM-SANDBERG, Händen (Schweden)

Verfahren und Anordnung zur Schiffsnavigation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schiffsnavigation, wobei ständig zwei oder mehrere der folgenden Meßgrößen erfaßt werden: die Schiffsgeschwindigkeit gegenüber dem Wasser, der Kompaßkurs, die Windrichtung, die Windgeschwindigkeit und weitere wichtige Größen zum Steuern eines Schiffes.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und auf ein Drehzahl- und Winkelmeßgerät der Anordnung zum Messen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung.

Heute übliche Navigationshilfen, insbesondere für Freizeit-Boote, aber auch für kleinere Arbeitsschiffe, sind Instrumente wie z.B. Korn-

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paß sowie Geschwindigkeits- und Entfernungslogbücher. Dazu kommen häufig Instrumente zum optimalen Steuern des Schiffes beim jeweiligen Zustand. Beispiele dafür sind ein Windrichtungsanzeiger und ein Windgeschwindigkeitsmesser für Segelboote. In Motorschiffen sind in der Regel Drehzahlmesser für denselben Zweck vorhanden. Charakteristisch für die Anordnung ist, daß sie aus Anzeigeinstrumenten besteht. Für Seefahrtsanwendungen sind diese durch einen Aufbau erkenntlich, der eine schlechte Auflösung und eine daraus folgende geringe Genauigkeit ergibt. Derartige Instrumente sind im allgemeinen wegen der großen Unterschiede in den anzuzeigenden Extremwerten schwierig abzulesen. Wenn ein Instrument z. B. eine Anzeige mit linearer Skala hat, können kleine Änderungen sehr schwer und nur durch einen Feinabgleidi abgelesen werden. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit müssen oft weitere Instrumente vorgesehen werden, um Unterschiede in der Geschwindigkeit und in speziellen Windwinkeln anzugeben. Dies bedeutet, daß außer dem Kompaß im allgemeinen eine Anzahl von Instrumenten zur Darstellung von verhältnismäßig einfachen Meßergebnissen benötigt wird. Wie bereits erwähnt, sind derartige Instrumente im allgemeinen schwierig abzulesen, und insbesondere bei Segelschiffen ist man aus Raumgründen gezwungen, die Instrumente weit weg vom Steuermann anzuordnen, der diese Instrumente abliest, so daß der Steuermann bzw. der Kapitän seine Aufmerksamkeit nicht voll auf das Steuern des Schiffes richten kann. In schwierigen Situationen kann dies ein Gefahrenmoment ergeben und die Sicherheit verringern.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Navigation zu ermöglichen, die die genannten Nachteile vermeidet.

Die dafür benötigte Anordnung soll deshalb kompakt sein, so daß

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ein Aufbau in der Nähe des Steuermanns möglich ist, und zwar entweder an der Kabinendecke bzw. am Schott vor oder am Kompaßhaus. Anstelle der bislang verwendeten Anzeigeinstrumente soll durch die Erfindung eine Anzeige der Geschwindigkeit, des Kurses, der Entfernung, der Windverhältnisse usw. in Form einer leicht lesbaren Zahlendarstellung auf einer Anzeigeeinheit möglich sein. Da der Steuermann die Anordnung in seiner unmittelbaren Nähe habensoll, ist die gleichzeitige Darstellung von mehr als zwei bis drei Werten (z. B. Kurs, Geschwindigkeit und möglicherweise Windwinkel oder Maschinen-Drehzahl) nicht notwendig, und durch eine einfache Handbetätigung soll sich eine gewünschte, auf derselben Anzeigeeinheit darstellbare Information auswählen lassen. Außerdem soll eine automatische Überwachung von kritischen Grenzwerten möglich sein. Diese sollen für die Geschwindigkeit abhängig z. B. von der Zeit, der Entfernung, dem Kurs, dem Windwinkel und/oder der Maschinen-Drehzahl eingestellt werden können. Wenn die eingestellten Grenzwerte überschritten werden, soll ein hörbarer und/oder sichtbarer Alarm gegeben werden.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß den Meßgrößen entsprechende Signale und ähnlich ein aus dem Schiffsgeschwindigkeitssignal berechnetes Signal, das dem zurückgelegten Gesamtweg entspricht, digitalisiert und in eine Anzahl von Zwischenspeichern und Auswahlschaltungen eingespeist werden;

daß die Auswahlschaltungen gemäß der Einstellung von handbetätigten Schaltern wenigstens eines dieser Signale zum Umsetzen in ein Signal auswählen, das zur Zahlendarstellung in einer numerischen Anzeigeeinrichtung geeignet ist; und

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daß diese Umsetzung mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens ziffernweise und durch Steuerung über eine gemeinsame Anzeige-Steuereinheit erfolgt.

Wenn die Auswahlschaltungen mehrere Signale auswählen, die mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens in einem gemei nsamen Umsetzer in Signale umgesetzt werden, die sich zur Zahlendarstellung eignen, können verschiedene Meßgrößen in vorteilhafter Weise gleichzeitig abgelesen werden.

Durch Anschließen eines Minicomputers bzw. Kleinrechners zum Informationsspeichern können Navigationsberechnungen dadurch stark vereinfacht werden, daß die digitalen Zeitmultiplexsignale außerdem in eine Rechner-Schnittstelleneinheit eingespeist werden, die ein die momentane Größe darstellendes Signal und ein den Wert dieser Größe feststellendes Signal ergibt.

Die genannte Überwachung der kritischen Grenzwerte wird vorteilhaft dadurch durchgeführt, daß eine oder mehrere Größen, z. B. der Windwinkel, der zurückgelegte Gesamtweg und/oder die Zeit ständig überwacht werden und beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auslösen, wobei eine Überwachung durch das die überwachte Größe darstellende Signal stattfindet, das in einem Signalpegel-Vergleicher mit einem eingestellten Signal aus einem Handeinsteller verglichen wird.

Die Durchführung des eingangs genannten Verfahrens erfolgt vorteilhaft in einer Anordnung mit Umsetzereingängen wenigstens für die

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Windrichtung, die Windgeschwindigkeit und die Schiffsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch

an die Eingänge angeschlossene Eingangsschaltungen zum Erzeugen von digitalen Ausgangssignalen entsprechend der Windrichtung, der Windgeschwindigkeit, der Schiffsgeschwindigkeit und dem zurückgelegten Gesamtweg;

eine erste Auswahlschaltung, die mit der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit entsprechenden Signalen gespeist wird;

eine zweite Auswahlschaltung, die mit der Schiffsgeschwindigkeit und dem zurückgelegten Weg entsprechenden Signalen gespeist wird;

wenigstens zwei Handschalter, deren jeder mit einem Steuereingang an seine Auswahlschaltung angeschlossen ist;

einen für die Auswahlschaltungen gemeinsamen Codeumsetzer, der im Zeitmultiplexverfahren arbeitet, um die Signale an den Ausgängen der Auswahlschaltungen in eine für eine dezimale Zahlendarstellung geeignete Form umzusetzen; und

durch entweder zwei numerische Anzeigeeinrichtungen, die die Ausgangssignale der zweiten Auswahlschaltung in Zahlenform wiedergeben, oder nur durch eine numerische Anzeigeeinrichtung, die mit Hilfe eines Handschalters das Ausgangssignal der ersten oder der zweiten Auswahlschaltung in Zahlenform wiedergibt.

Ein weiterer Vorteil der eingangs genannten Anordnung entsteht dadurch, daß der Umsetzer für wenigstens die Windgeschwindigkeit und

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die Windrichtung ein Drehzahl- und Winkelmeßgerät ist zum Messen der Drehzahl und der gegenseitigen Winkelpositionen von zwei unabhängig voneinander drehbaren Körpern, mit einer Welle, auf der die Körper drehbar gelagert sind, mit elektrischen Impulssendern auf jedem Körper und mit einer starr an der Welle befestigten Einrichtung, die bewirkt, daß die Sender jedesmal einen elektrischen Impuls abgeben, wenn diese Einrichtung die Sender passiert, deren Frequenzen die Drehzahlen der Körper darstellen, und deren gegenseitige Zeitversetzung den momentanen relativen Winkel zwischen den Körpern darstellt.

Da die Darstellung der verschiedenen Werte erfindungsgemäß in Form von Ziffern oder Zahlen erfolgt, wird eine ausreichende Auflösung und eine genaue Darstellung über dem gesamten Meßbereich erreicht, so daß Zusatzinstrumente nicht erforderlich sind.

Außer den genannten Vorteilen bietet die Erfindung die Möglichkeit zum einfachen Anschließen einer Zusatzanordnung wie z.B. einer optischen Peilscheibe und eines Funkpeilgeräts oder Funkpeilers an die Grundeinheit, wodurch das Peilergebnis in Zahlendarstellung ablesbar ist. Da die gesamte Information in digitaler Darstellung gespeichert ist, kann auch ein einfacher Anschluß an einen Universalrechner oder an einen Spezialrechner für Navigationszwecke vorgenommen werden. Dadurch werden weitere Möglichkeiten für die Sicherheit auf See eröffn et, da jederzeit eine exakte Positionsbestimmung auf einem Schiff durchführbar ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 das Aufbauprinzip der erfindungsgemäßen Navigationsanordnung ,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltungen dieser Anordnung,

Fig. 3 a und 3b das Aufbauprinzip des Drehzahl- und Winkelmeßgeräts ,

Fig .4-7 das mit verschiedenen Umsetzerarten ausgestattete Meßgerät,

Fig. 8 das aufgebaute Meßgerät zum Messen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung, und

Fig. 9 die aus dem Meßgerät erhältlichen elektrischen Ausgangssignale .

Wie bereits festgestellt wurde, enthält die übliche Anordnung für Navigationszwecke im allgemeinen eine Anzahl von einzelnen Anzeigeinstrumenten, die zum leichteren Ablesen oft durch eine Anzahl von Wiederhol-Instrumenten zur wiederholten Wiedergabe ergänzt wird. Diese Anzeigeinstrumente können Einzelinstrumente sein, z. B. zum Messen der Windgeschwindigkeit, der Windrichtung, der Schiffsgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitsunterschieds, oder ein Kreuzungs-Anzeiger, ein Kursanzeiger sowie ein Echolot. Wie erwähnt, wird der Geschwindigkeitsunterschiedsanzeiger benötigt, um das Ablesen der Momentangeschwindigkeit durch Vergleichen dieser Geschwin-

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digkeit mit einem zuvor eingestellten Geschwindigkeitswert zu erleichtern. Ein genaues Ablesender Momentangeschwindigkeit kann jedoch wegen des großen Bereichs, der durch den Geschwindigkeitsanzeiger selbst erfaßt werden muß, schwierig durchführbar sein.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Navigationsanordnung . Die Hauptkomponente in der Anordnung ist eine Cockpiteinheit bzw. eine Führungskanzel 1 mit numerischen Anzeigeeinrichtungen zur Darstellung der Meßwerte und außerdem mit verschiedenen Bedienungseinrichtungen zum Auswählen der dargestellten Parameter. An diese Einheit kann eine Anzahl verschiedener Umsetzer angeschlossen sein, z. B. ein Windmesser 2 (zum Messender Geschwindigkeit und des Winkels), ein Peilanzeiger 3 (für Funk- oder optisches Peilen), ein digitaler Kompaß 4, ein Echolot 5 und ein Umsetzer 6 für die Schiffsgeschwindigkeit und die Entfernung. Die Cockpiteinheit 1 enthält verschiedene elektronische Schaltungen zum Verar beiten der eingespeisten Werte in eine für die digitale Darstellung geeignete Form und zum Auswählen der im Augenblick darzustellenden Parameter. Die Einheit 1 kann außerdem möglicherweise an ein einfaches Widerhol-Instrument 7 und in manchen Fällen auch an einen Minicomputer angeschlossen werden.

Die aus den Umsetzern 2-6 erhaltenen Meßwerte werden nicht gleichzeitig auf der numerischen Anzeigeeinrichtung der Einheit 1 dargestellt, sondern es werden nur die im Augenblick interessierenden Meßwerte mit der auf der Vorderseite der Einheit angebrachten Bedienungseinrichtung ausgewählt. Im vorliegenden Fall ist die Anordnung derart ausgeführt, daß gleichzeitig drei verschiedene Meßwerte darstellbar sind.

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Der Aufbau und die Wirkungsweise der Cockpiteinheit 1 wird nun im Zusammenhang beschrieben, wobei auf das Blockschaltbild der Fig. 2 verwiesen wird.

Die durch die Umsetzer erhaltenen Ausgangssignale werden in verschiedene Rechenschaltungen oder -werke zwecks Verarbeitung zu einer für die digitale Darstellung geeigneten Form eingespeist. Beide Signale aus dem Windmesser 2 werden deshalb in eine Windwinkeleinheit 10 bzw. in eine Windgeschwindigkeitseinheit 11 eingespeist. Die Ausgangssignale aus diesen beiden Einheiten werden in eine Auswahlschaltung 12 eingespeist, die eines der beiden Eingangssignale zum Einspeisen in eine dreiziffrige Anzeigeeinrichtung 13 auswählt. Die Einheiten 10 und 11 sowie die Auswahlschaltung 12 bilden zusammen eine Windeinheit 14.

Das Ausgangssignal aus dem Wasserumsetzer 6 wird in eine Geschwindigkeitseinheit 15 und in eine Entfernungseinheit 16 eingespeist. Diese Einheiten bilden zusammen mit der Auswahlschaltung 17, die durch sie gespeist wird, eine Wassereinheit 18. Die Aufgabe der Entfernungseinheit 16 besteht im Berechnen der zurückgelegten Gesamtentfernung aus dem Wasserumsetzer-Signal, während die Geschwindigkeitseinheit 15 aus dem Ausgangssignal des Umsetzers und aus einem aus einem Taktimpulsgenerator 20 erhältlichen Taktimpulssignal die tatsächliche oder Ist-Schiffsgeschwindigkeit gegenüber dem Wasser berechnet. Das durch die Auswahlschaltung 17 ausgewählte Signal wird in eine dreiziffrige Anzeigeeinrichtung 19 eingespeist.

Da die Anordnung modular aufgebaut und nacheinander ergänzbar ist, kann es außerdem vorteilhaft sein, daß die Ausgangssignale der

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Wassereinheit auch in die Anzeigeeinrichtung 13 einspeisbar sind, allerdings nur dann, wenn eine Anzeigeverbindung zu dieser Schaltung vorhanden ist. Dies wird durchdie Auswahlschaltung 17 ermöglicht, die über eine strichliniiert gezeichnete Verbindung 21 in Verbindung mit einem Schalter 22 am Eingang der Einrichtung 13 steht.

Die Einrichtung 19 kann auch aus einer Auswahlschaltung 23 über einen Schalter 24 am Eingang der Einrichtung 19 gespeist werden, wobei sich der Schalter in seiner zweiten Position befindet. Die Auswahlschaltung 23 wird mit dem Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators 20 und mit dem in einer Einheit 25 gespeicherten Ausgangssignal aus einem möglicherweise verwendeten Echolot 5 gespeist.

Die Signale aus dem Kompaß 4 bzw. dem Peilanzeiger werden in Schaltungseinheiten 26 bzw. 27 eingespeist, deren Ausgangssignale einer Auswahlschaltung 28 zugeführt werden. Das in der Schaltung 28 ausgewählte Signal wird außerdem in eine dritte Anzeigeeinrichtung 29 eingespeist, die ebenfalls mit einer dreiziffrigen Anzeige ausgestattet ist.

Zur Parameterwahl dienen drei Schalter 30, 31 und 32, deren jeder einen in die Einrichtungen 13, 19 und 29 eingespeisten Parameter auswählt. Dies wird durchdie an eine Schnittstelleneinheit 33 angeschlossenen Schalter bewirkt, indem abhängig von den Schalterpositionen Parameter-Auswahlsignale in die Auswahlschaltungen 12, 17, 23 und 28 eingespeist werden. Das zum entsprechend ausgewählten Parameter gehörende Signal wird aus den Auswahlschaltungen in die zugehörige Anzeigeeinrichtung eingespeist, wobei der Schalter 24, wie nereits erwähnt wurde, eines der Signale aus den Schaltungen 17 und 23

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auswählt, um diese an die Anzeigeeinrichtung 19 weiter zuleiten. In ähnlicher Weise ermöglicht der Schalter 22, daß die Anzeigeeinrichtung 13 entweder mit dem Signal aus der Schaltung 12 oder mit irgendeinem anderen darzustellenden Signal gespeist wird, das an einen Sondereingang 46 angelegt wird. Ein zweiter Sondereingang 47 kann über einen Schalter 48 an die Einrichtung 29 angeschlossen wepden.

Die Anordnung arbeitet im Zeitmultiplexverfahren, was durch eine Steuereinheit 34 bewirkt wird. Diese Einheit teilt jeder Ziffer in jeder der drei Anzeigeeinrichtungen 13, 19 und 29 einen Zeitabschnitt zu, wobei die Steuerung dieser Schaltungen über eine Leitung 35 und die Steuerung der Auswahlschaltungen über eine leitung 36 erfolgt. Durch die Zeitmultiplexbildung kann also eine gemeinsame Einheit zum Umsetzen der Signale der Auswahlschaltungen in eine für die digitale Darstellung geeignete Form verwendet werden, und zwar in jeder der Schaltungen 13, 19 und 29.

Die Werte der ausgewählten Parameter werden außerdem aus der entsprechenden Auswahlschaltung direkt in die Schnittstelleneinheit 33 eingespeist, die an ihren beiden Ausgängen 37 und 38 Signale abgibt, die den Ist-Parametern und den Werten dieser Parameter entsprechen. Beide Ausgänge können an einen Minicomputer angeschlossen werden, der für bestimmte Berechnungen und sogar für die Schaffung eines Autopiloten oder automatischen Kursgebers verwendbar ist.

Die Anordnung gestattet ferner den Anschluß von Alärm schaltungen /um Aussenden eines Alarms, wenn ein bestimmter, voreingestellter Wort oder Soll-Wert für irgendeine Größe überschritten wird.

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Dazu dient ein Einsteller 39, mit dem der gewünschte Windwinkel eingestellt werden kann. Dieser Einsteller speist eine Überwachungsschaltung 40, die den eingestellten Soll-Wert mit dem Ist-Windwinkel in der Einheit 10 vergleicht. Wenn der Soll-Wert überschritten wird, gibt die A lärm schaltung 41 einen Alarm in der Form eines hörbaren und/oder sichtbaren Signals ab.

In entsprechender Weise dient ein Einsteller 42 zum Speisen einer Überwachungsschaltung 43. Diese Schaltung kann gemäß der Position des Schalters 44 mit einem Signal aus der Entfernungseinheit 16 oder mit dem Takt 20 gespeist werden, wobei die Alarmschaltung 45, die durch die Überwachungsschaltung 43 versorgt wird, einen Alarm abgibt, wenn eine bestimmte Entfernung zurückgelegt wurde, oder im gewünschten Takt des Taktsignals.

Beide Einsteller 39 und 42 sind vorzugsweise Daumenradschalter. Die Alarmschaltungen 41 und 45 können einen hörbaren und/oder sichtbaren Alarm abgeben und möglicherweise ganz oder teilweise gemeinsam sein.

Es sei bemerkt, daß in der erfindungsgemäßen Anordnung die gesamte Information in den entsprechenden Schaltungen 10, 11, 15, 16, 20, 25, 26 und 27 ständig verfügbar ist, so daß die Auswahlschaltungen unmittelbar die gewünschte Information zwecks weiterer Übertragung zu den Anzeigeeinrichtungen auswählen können. Durch eine einfache Abänderung der dargestellten Schaltungsanordnung und mit Hilfe eines Multiplexverfahrens kann eine Umsetzung der ausgewählten Größen in eine zur Zahlendarstellung geeignete Form aller Auswahlschal-

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tungen 12, 17, 23 und 28 in einem einzigen Codeumsetzer erfolgen, der in diesem Fall in der Steuereinheit 34 oder in einer zugehörigen Einheit angeordnet ist. Verglichen mit der gezeigten Alternative, bei der jede Einrichtung 13, 19 und 29 mit einem Codeumsetzer ausgestattet sein muß (obwohl jeder derartige Umsetzer gemeinsam für alle Ziffern in der entsprechenden Einrichtung vorhanden ist), wird auf diese Weise eine bessere Wirtschaftlichkeit erreicht.

In Fig. 3 a und 3 b sind zwei auf einer Welle 3 angeordnete Scheiben oder Teller 1 und 2 dargestellt. Die Welle 3 kann mit Bezug auf die Scheiben frei rotieren, indem z. B. Kugellager zwischen der Welle und den entsprechenden Scheiben angebracht sind. Die Scheiben 1 und 2 sowie die Welle 3 können sich unabhängig voneinander und mit unterschiedlichen Drehzahlen bzw. Winkelgeschwindigkeiten drehen.

Wenn zwei Schalter 4 bzw. 5 je an einer Scheibe bzw. ein Arm 6 ah der Welle in der in Fig. 3b dargestellten Weise befestigt sind, werden diese Schalter jedesmal betätigt (geöffnet oder geschlossen), wenn der Arm den entsprechenden Schalter passiert.

Die Scheiben 1 und 2 können als ruhend angenommen werden, jedoch derart eingestellt, daß die Schalter einen bestimmten Winkel zueinander aufweisen. Durch die Welle 3 wird dann sowohl der Schalter 4 als auch der Schalter 5 einmal pro Umdrehung betätigt, so daß die Schalterbetätigungsfrequenz direkt proportional zur Wellendrehzahl ist. Allerdings existiert eine bestimmte Zeitversetzung zwischen dem Betätigen beider Schalter, und zwar abhängig von der Winkelverschiebung zwischen der Scheibe 1 und der Scheibe 2. Die Betätigung tritt

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nur dann gleichzeitig auf, wenn die Schalter einander axakt gegenüberstehen.

Wenn an der Scheibe 2 eine Windfahne und an der Welle 3 die Schalen eines Windstärkemessers befestigt werden, kann das Gerät zum Messen sowohl der Windrichtung als auch der Windgeschwindigkeit verwendet werden. Die Anzahl der Schalterbetätigungen pro Zeiteinheit ist dann eine Funktion der Windgeschwindigkeit und der Zeitunterschied zwischen den Betätigungen des Schalters 4 und des Schalters 5 ist ein Maß für die Windrichtung bezüglich einer Geraden durch die Achse der Welle und den Schalter 4.

Eine praktisch eingesetzte Anordnung wird etwas anders als in den Fig. 3 a und 3 b ausgeführt sein, insbesondere hinsichtlich des Arms 6 und der Schalter 4 und 5. Es gibt eine Anzahl von praktischen Lösungen, um die genannten Schalterbetätigungen zu bewirken, und einige davon werden anschließend mit Bezug auf die Fig. 4 - 7 in gedrängter Form angegeben.

Fig. 4 zeigt ein Gerät, das im Prinzip sehr ähnlich zu der eben beschriebenen ist. Anstelle des Arms 6 ist ein Dauermagnet 7fest auf der Welle befestigt, wobei der Magnet Reed-Schalter oder Schutzröht-Schalter 4¹ bzw. 5¹ betätigt, deren jeder auf je einer Scheibe angeordnet ist. Es ist bekannt, daß diese Reed-Schalter schließen, wenn sie einem Magnetfeld mit geeigneter Richtung ausgesetzt werden. Der Dauermagnet 7 bewirkt also, daß ein Kontakt hergestellt wird, wenn er während der Drehung der Welle direkt über oder unter dem Reed-Element 4¹ bzw. 5¹ vorbeiläuft·

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In Fig. 5 sind die Reed-Schalter durch insgesamt vier Induktionsspulen ersetzt, d.h. durch zwei Spulen pro Scheibe. Die Spulen 8 und 9 bzw. 10 und 11 jeder Scheibe sind derart in Reihe geschaltet, daß sie miteinander zusammenwirken.

In den Fig. 6 und 7 sind zwei unterschiedliche Lösungen für die Verwendung von optoelektronischen Kopplern dargestellt. Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung besteht aus einer Leuchtdiode (LED) 13' bzw. 13" und einem Phototransistor 14' bzw. 14", die zusammen eine sog. optische Gabel bilden, die an beiden Scheiben befestigt ist. Ein an der Welle 3 befestigter Arm 12 läuft während der Drehung des Arms zwischen der LED und dem Phototransistor hindurch, wodurch der Transistor gesperrt wird. Die LED sendet vorzugsweise eine Strahlung im UV-Bereich aus und kann aus Galliumarsenid bestehen. Anstelle eines Phototransistors können auch andere Photoelemente, z. B, Photodioden, Verwendung finden.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Gerät sind die Phototransistoren 14' und 14" wie in Fig. 7 jeweils starr an der entsprechenden Scheibe befestigt, während die LED¹S 15' und 15" auf einem sich mit der Welle 3 drehenden Arm 16 befestigt sind. Die Phototransistoren nehmen somit bei jeder Umdrehung der Welle 3 einen Lichtimpuls auf. Der Arm 16 kann zum Ausgleichen mit einem Gegengewicht 17 versehen sein.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Bauelementen der Fig .4-7 sind nicht dargestellt. Das einfachste und naheliegendste Verfahren besteht in der Verwendung von Schleifringen und in der Ausnutzung der durch die Welle gegebenen Möglichkeit.

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Fig. 8 zeigt perspektivisch und teilweise im Schnitt den in Fig. 4 dargestellten Aufbau, der zum Messen der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung verwendet wird. Die obere Scheibe ist als Becher 2' und 2" ausgebildet, andern die Windfahne 18 befestigt ist, und der sich frei mit dieser drehen kann. Die untere Scheibe 1 wird durch eine Befestigung 19 festgehalten. Der Becherrand ist auf Kugeln 20 in der Scheibe 1 gelagert. Die Welle 3 kann sich zusammen mit den Schalen 21 des Windstärkemessers frei drehen. Die Figur zeigt weiterhin das untere Reed-Element 4' und den Dauermagneten 7, der sich mit der Welle dreht.

Bei diesem Aufbau ist eine besonders vorteilhafte elektrische Verbindung gegeben, wenn die Wände 2" des Bechers aus leitendem Material sind, während die obere Scheibe 2' nichtleitend ist, da die Wände 2" und die Kugeln 20 dann den einen Leiter bilden können, während die Welle 3 den anderen Leiter darstellt. In diesem Fall sind keine Schleifringe erforderlich, so daß keine dadurch verursachte Reibung auftritt.

Alle beschriebenen Meßgeräte, die zur Windmessung gemäß dem in Fig. 8 gezeigten Prinzip verwendet werden, senden zwei Impulszüge, die jedoch im allgemeinen gegeneinander entsprechend der Richtung des einfallenden Windes zeitlich versetzt sind, mit derselben Wiederholfrequenz aus. Beide Impulszüge sind in Fig. 9 dargestellt, wobei T die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen in ein und demselben Impulszug und die Zeitversetzung zwischen diesen beiden Impulszügen darstellt.

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Bei der Windmessung ist l/T ein Maß für die Windgeschwindigkeit und t/T ein Maß für die Windrichtung.

Das beschriebene Meßgerät kann außerdem den oben genannten Geschwindigkeitsumsetzer darstellen. '

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Claims

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Patentansprüche

1Λ Verfahren zur Schiffsnavigation, wobei ständig zwei oder mehrere der folgenden Meßgrößen erfaßt werden: die Schiffsgeschwindigkeit gegenüber dem Wasser, der Kompaßkurs, die Windrichtung , die Windgeschwindigkeit und weitere wichtige Größen zum Steuern eines Schiffes, dadurch gekennzeichnet,

daß den Meßgrößen entsprechende Signale und ähnlich ein aus dem Schiffsgeschwindigkeitssignal berechnetes Signal, das dem zurückgelegten Gesamtweg entspricht, digitalisiert und in eine Anzahl von Zwischenspeichern (10, 11, 15, 16, 20, 25, 26, 27) und Auswahlschaltungen (12, 17, 23, 28) eingespeist werden;

daß die Auswahlschaltungen gemäß der Einstellung von handbetätigten Schaltern (30, 31, 32) wenigstens eines dieser Signale zum Umsetzen in ein Signal auswählen, das zur Zahlendarstellung in einer numerischen Anzeigeeinrichtung (13, 19, 29) geeignet ist; und

daß diese Umsetzung mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens ziffernweise und durch Steuerung über eine gemeinsame Anzeige-Steuereinheit (34) erfolgt (Fig. 2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltungen mehrere Signale auswählen, die mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens in einem gemeinsamen Umsetzer in Signale umgesetzt werden, die für eine Zahlendarstellung geeignet sind.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Zeitmultiplexsignale außerdem in eine Rechner-Schnittstelleneinheit (33) eingespeist werden, die ein die momentane Größe darstellendes Signal und ein den Wert dieser Größe feststellendes Signal ergibt (Fig. 2).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Größen, z.B. der Windwinkel, der zurückgelegte Gesamtweg und/oder die Zeit ständig überwacht werden und beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auslösen, wobei eine Überwachung durch das die überwachte Größe darstellende Signal stattfindet, das in einem Signalpegel-Vergleicher (40) mit einem eingestellten Signal aus einem Handeinsteller (39) verglichen wird (Fig. 2).
5. Anordnung zur Schiffsnavigation und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Eingängen wenigstens für die Windrichtung, die Windgeschwindigkeit und die Schiffsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch

an die Eingänge angeschlossene Eingangsschaltungen (10, 11, 15, 16) zum Erzeugen von digitalen Ausgangssignalen entsprechend der Windrichtung , der Windgeschwindigkeit, der Schiffsgeschwindigkeit und dem zurückgelegten Gesamtweg;

eine erste Auswahlschaltung (12), die mit der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit entsprechenden Signalen gespeist wird;

eine zweite Auswahlschaltung (17), die mit der Schiffsgeschwindigkeit

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und dem zurückgelegten Weg entsprechenden Signalen gespeist wird;

wenigstens zwei Handschalter (22, 24), deren jeder mit einem Steuereingang an seine Auswahlschaltung angeschlossen ist;

einen für die Auswahlschaltungen gemeinsamen Codeumsetzer (34), der im Zeitmultiplexverfahren arbeitet, um die Signale an den Ausgängen der Auswahlschaltungen in eine für eine dezimale Zahlendarstellung geeignete Form umzusetzen; und

durch entweder zwei numerische Anzeigeeinrichtungen, die die Ausgangssignale der zweiten Auswahlschaltung in Zahlenform wiedergeben, oder nur durch eine numerische Anzeigeeinrichtung, die mit Hilfe eines Handschalters das Ausgangssignal der ersten oder der zweiten Auswahlschaltung in Zahlenform wiedergibt (Fig. 2).
6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch weitere Eingangsschaltungen (25, 26, 27) für Eingangssignale von einem Kompaß, einem Echolot und/oder einem Peilgerät, wobei die weiteren Eingangsschaltungen an weitere Auswahlschaltungen (23, 28) angeschlossen sind, die gemäß der Stellung eines oder mehrerer v/eiterer Handschalter eines oder mehrere dieser Eingangssignale zum Codeumsetzen und zum Darstellen auf einer numerischen Anzeigeeinrichtung auswählen, die eine weitere numerische Anzeigeeinrichtung oder eine der zuvor genannten Anzeigeeinrichtungen ist (Fig. 2).
7. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Tkktimpulsgenerator (20), dessen Aosgangssignal in die Schiffs- und Vindgeschwindigkeitsschaltungen (ll_s 15) als Bezugssignal und

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außerdem in eine der Auswahlschätungen einspeisbar ist, so daß diese zur Darstellung bzw. Anzeige der Zeit auswählbar ist (Fig. 2).
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen Signalpegel-Vergleicher, der einen auf einem Einsteller eingestellten Soll-Wert, z.B. auf einem Daumenradschalter, mit dem Ist-Wert einer Meßgröße vergleicht, wobei der Vergleicher ein Ausgangssignal abgibt, das einen Alarm auslöst, wenn der Ist-Wert den eingestellten Soll-Wert übersteigt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere derartige Vergleicher zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Meßgrößen .
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Auswahlschaltungen auch an eine Rechner-Schnittstelleneinheit (33) angeschlossen sind, die ein die momentan anliegende Größe darstellendes Signal und ein den Wert dieser Größe feststellendes Signal abgibt (Fig. 2).
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer für wenigstens die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung ein Drehzahl- und Winkelmeßgerät ist zum Messen der Drehzahl und der gegenseitigen Winkelpositionen von zwei unabhängig voneinander drehbaren Körpern (l, 2), mit einer Welle (3), auf der die Körper drehbar gelagert sind, mit elektrischen Impulssendern (4, 5) auf jedem Körper und mit einer starr an der Welle

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befestigten Einrichtung (6), die bewirkt, daß die Sender jedesmal einen elektrischen Impuls abgeben, wenn diese Einrichtung die Sen- * der passiert, deren Frequenzen die Drehzahlen der Körper darstellen, und deren gegenseitige Zeitversetzung den momentanen relativen Winkel zwischen den Körpern darstellt (Fig. 3b, 8).
12. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (2) starr an einer Windfahne (18) befestigt ist, während die Welle einen Schalen-Windstärkemesser (21) trägt, und daß der zweite Körper (1) starr auf einem Träger (19) befestigt ist (Fig. 8).
13. Meßanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Windfahne befestigte Körper eine becherförmige Schale ist, deren offenes Ende gegenüber dem anderen, scheibenförmigen Körper ruht.
14. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender elektrische Schalter sind, die durch die hebeiförmig ausgestaltete Einrichtung betätigbar sind.
15. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender Schutzrohr- oder Reed-Elemente (4¹, 5') sind, und daß die Einrichtung ein sich mit der Welle drehender Dauermagnet (7) ist (Fig. 4).
16. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch

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gekennzeichnet, daß jeder Sender aus je zwei zusammenwirkenden Spulen (8, 9, 10, 11) besteht, und daß die Einrichtung eine sich mit der Welle drehender Elektromagnet ist (Fig. 5).
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Sender besteht aus je einer Leuchtdiode (13', 13")-und je einem durch den von der Diode abgegebenen Lichtstrahl betätigbaren Phototransistor (14', 14") z. B. aus einer sog. optischen Gabel, und daß die Einrichtung einen rotierenden Arm (12) aufweist, der sich zwischen der Leuchtdiode und dem entsprechenden Phototransistor in der relativen Drehung des Arms zu dem Körper bewegt (Fig. 6).
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender aus einem Phototransistor besteht, und daß die Einrichtung ein sich mit der Welle drehender Arm (16) ist, wobei auf dem Arm zwei Leuchtdioden (15', 15") und ein Gegengewicht (17) befestigt sind (Fig. 7).
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden UV-aussendende Galliumarsenid-Dioden sind.

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