DE2437134A1

DE2437134A1 - Magnetkompass

Info

Publication number: DE2437134A1
Application number: DE2437134A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Fowler; James Martial Lapeyre
Original assignee: Laitram LLC
Current assignee: Laitram LLC
Priority date: 1973-08-07
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1975-03-13
Also published as: GB1432529A; NO139144C; AU7209874A; SE394143B; FR2240433A1; NO139144B; DK418174A; FR2240433B1; SE7410080L; NL7410620A; CH585391A5; IT1018850B; JPS5072655A; NO742816L; US3927474A; CA1009066A

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkompaß gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1„

Bei Magnetkompassen sind an der Kompaßrose ein oder mehrere Magnete befestigt. Die aus der Kompaßrose und dem damit verbundenen Magneten gebildete Anordnung ist um die Achse der Kompaßrose herum drehbar angeordnet, so daß sich der Magnet nach der horizontalen Komponente des Erdmagnetfelds ausrichten kann. Damit eine genaue Kompaßanzeige geliefert wird, müssen die Kompaßrose und der damit verbundene Magnet in einer im wesentlichen horizontalen Lage gehalten werden» Dazu findet gewöhnlich eine Kardanaufhängung Anwendung, mittels welcher die Kompaßanordnung derart aufgehängt ist, daß die Kompaßrose auch dann ihre im wesentlichen horizontale Lage beibehält, wenn äußere Bewegungen, wie beispielsweise Schlingern und Stampfen eines Schiffes stattfinden, an Bord dessen sich der Kompaß befindet. Die Kardanaufhängung umgibt den Kompaß und erhöht folglich Größe und Gewicht der Gesamtkonstruktion, Außerdem können bei Kompassen mit Fernablesung, bei welchen eine kodierte Kompaßrose optisch oder auf andere Weise zwecks Erzeugung eines den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Ausgangssignals abgetastet wird, Schwierigkeiten hinsichtlich der elektrischen Anschlüsse des Kompasses auftreten, da'

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die Verdrahtung wegen der Beweglichkeit des Kompasses innerhalb der Kardanaufhängung flexibel sein muß₀

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompaß gemäß Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 so zu verbessern, daß die Kompaßrose nicht in der Horizontallage stabilisiert werden muß.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnet um quer zur Achse der Kompaßrose verlaufende Achsen drehbar aufgehängt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kompaß sind also die Kompaßrose und der Magnet relativ zueinander beweglich, indem nur der Magnet kardanisch aufgehängt ist und sich unabhängig von der jeweiligen Neigung der Kompaßrose nach dem Erdmagnetfeld ausrichten kann. Der Magnet ist innerhalb einer Kardanaufhängung drehbar aufgehängt, so daß er frei um quer zur Achse der Kompaßrose verlaufende Achsen drehbar ist, und die Kompaßrose und der in der Kardanaufhängung gelagerte Magnet sind zusammen als eine Einheit um die Achse der Kompaßrose drehbar,,

Der Magnet des erfindungsgemäßen Kompasses richtet

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sich nicht nur, wie bei bekannten Kompassen, nach der Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds aus, sondern richtet sich auch nach der tatsächlichen Inklination des Erdmagnet-? felds aus. Infolgedessen ergibt sich ein optimales Zusammenwirken zwischen dem Erdmagnetfeld und dem Kompaßmagneten und es wird eine korrekte Anzeige erzielt, selbst wenn die Kompaßrose mit Bezug auf die Horizontallage geneigt ist. Für die freie kardanische Aufhängung des Kompaßmagneten ist nur eine viel kleinere Kardananordnung als zur Aufhängung der gesamten Kompaßkonstruktion bei bekannten Kompassen erforderlich und folglich kann für den erfindungsgemäßen Kompaß eine äußerst geringe Größe gewählt werden»

Da nicht der ganze Kompaß, sondern nur der Kompaßmagnet kardanisch aufgehängt ist, ist die Verdrahtung der Kompaßrose bei einem Kompaß mit Fernablesung einfacher und kann mit festen Verbindungen ausgeführt werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Kompaßmagnet mit einem Pendelgewicht versehen, welches die magnetische Achse des Magneten in der Horizontallage hält, damit das den Magneten in seine, in die Nordrichtung weisende Ruhelage drängende Rückstelldrehmoment vergrößert ist.

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Weitere bevorzugte Aus führungsformeη und Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegenstand der vorstehenden Unteransprüche.

Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Magnetkompaß nach der

Erfindung in perspektivischer aufgeschnittener Darstellung, und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine alternative

Ausführungsform der Erfindung»

Der in Fig. 1 dargestellte Kompaß weist einen Magneten 10 auf, der mittels einer in einem Gehäuse 14 befindlichen Kardanaufhängung 12 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 14 ist seinerseits an einer Kompaßrose 16 befestigt und mit dieser zusammen drehbar» Die gesamte Kompaßanordnung ist in einem Gehäuse 18 angeordnet, welches zur Montage beispielsweise an Bord eines Schiffes vorgesehen ist.

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Der Magnet 10 weist eine mit der Nord-Süd-Richtung der Kompaßrose 16 fluchtende magnetische Achse auf. Der Magnet hat vorzugsweise 'eine zylindrische Form, damit die Masse der drehbaren Kompaßkonstruktion um die Drehachse der Kompaßrose 16 herum konzentriert ist, wodurch das zur Drehung der Kompaßrose erforderliche Drehmoment auf ein Minimum verkleinert und folglich die Kompaßempfindlichkeit vergrößert ist. Alternativ dazu können andere Magnetformen Anwendung finden, beispielsweise können ein oder mehrere Stabmagnete vorgesehen sein»

Die Kardanaufhängung 12 weist ein etwa becherförmiges _t Teil 20 au'f, welches innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet ist und in welchem ein Kardanring 22 um eine durch Drehzapfen und 26 festgelegte Achse drehbar gelagert ist. Der Magnet ist innerhalb des Kardanringes 22 mittels einer Welle drehbar gelagert. Der Magnet 10 ist also sowohl um die Achse der Welle 28 als auch um die dazu senkrechte, von den Drehzapfen 24 und 26 bestimmte Achse frei drehbar,, Das Gehäuse 14 und die daran befestigte Kompaßrose 16 sind mittels Lagern um die Achse der Kompaßrose 16 herum drehbar angeordnet.

Das untere Lager weist ein becherförmiges Teil 30 auf,

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welches am Boden des Kompaßgehäuses 18 befestigt ist₀ Im Teil 30 ist ein Zapfen 32 mit einem Stift 34 angeordnet, welch letzterer mit einer Aussparung einer in das Unterteil des Gehäuses 14 eingeschraubten Einstellschraube 36 zusammenwirkt. Das obere Lager ist ähnlich ausgebildet und weist einen Zapfen 38 auf, der von einem Teil 40 getragen wird und einen Stift 42 aufweist, welcher mit einer Aussparung einer in das Oberteil des Gehäuses 14 eingeschraubten Einstellschraube 44 zusammenwirkt» Die Lager können in bekannter Weise zwecks Verminderung der die Drehung beeinflussenden Reibungskräfte als Edelsteinlager ausgebildet sein« Zur sauberen Lagerung der drehbaren Kompaßkonstruktion sind die Lager durch entsprechende Drehung der Einstellschrauben einstellbar. Die Kompaßrose und das daran befestigte Gehäuse 14 sind folglich um die von den beiden Lagern festgelegte Achse der Kompaßrose drehbar und richten sich infolge des Magneten nach dem Erdmagnetfeld aus»

Die auf der Kompaßrose 16 aufgetragenen Markierungen, welche die Kompaßwerte darstellen, können eine visuell ablesbare oder nichtvisuell ablesbare Form haben. Bei visueller Anzeige des Kompaßkurses kann die Kompaßrose an ihrem Umfang eine Windrosenteilung oder eine Gradeinteilung

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besitzen. Für nichtvisuelle Anzeige kann die Kompaßrose eine Vielzahl von die Kompaßwerte darstellenden, abtastbaren Codes tragen, .

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kompaßrose aus lichtdurchlässigem Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff oder aus Glas, und weist auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl konzentrischer Spuren 45 auf, die jeweils eine bestimmte Anzahl von miteinander abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten besitzen» Jede Spur dient der Erzeugung eines Bits eines Mehrbitcodes und die Anzahl der Spuren ist so gewählt, daß die jeweils gewünschte Kompaßauflösung erreicht wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind neun konzentrische Spuren vorgesehen, so daß ein Neun-Bit-Code erzeugt wird, der eine Auflösung der Kompaßwerte von einem Grad ermöglicht. Die kodierte Kompaßrose ist an sich bekannt und braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Auf der Bodenwandung des Kompaßgehäuses. 18 ist eine Lichtquelle 46, beispielsweise eine lichtaussendende Diode, so angeordnet, daß sie Licht durch die Codespuren 45 der

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Kompaßrose 16 wirft. Durch die Codespuren hindurchgelassenes Licht wird von einer Anzahl von Potodetektoren 48 abgetastet, die auf der von der Lichtquelle 46 ab gewandten Seite der Kompaßrose 16 angeordnet sind,, Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine linienartige Anordnung von Fotozellen, die radial über der Kompaßrose 16 angeordnet sind und* wobei jede Fotozelle einer Codespur 45 zugeordnet ist und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches einen ersten Wert besitzt, falls Licht durch ein lichtdurchlässiges Segment der jeweils entsprechenden Codespur hindurch empfangen wird, und welches einen zweiten Wert besitzt, wenn infolge eines lichtundurchlässigen Segments der jeweils zugeordneten Codespur kein Licht empfangen wird,, Die Fotozellenanordnung 48 erzeugt also eine Vielzahl von Digitalsignalen, welche den durch die jeweilige Winkelstellung der Kompaßrose 16 mit Bezug auf die Fotozellenanordnung 48 dargestellten jeweiligen Kompaßwert darstellen.

Die Fotozellenanordnung ist vorzugsweise auf einer Schaltungsplatte 50 angeordnet, die beispielsweise am Deckel des Kompaßgehäuses 18 befestigt ist_e Vorzugsweise enthält die Schaltungsplatte 50 auch die zugehörigen elektronischen Schaltungsteile 52 zur Verstärkung der von der Fotozellenanordnung 48 abgegebenen Signale und zur

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nachfolgenden Signalweiterverarbeitung zwecks Anzeige
des Kompaßkurses oder zwecks Weitergabe an eine andere, diese Signale benötigende Einrichtung» Die Schaltungsplatte 50 ist vorzugsweise eine gedruckte Leiterplatte, und die darauf aufgebaute elektronische Schaltung enthält einen oder mehrere integrierte Schaltungsmodule und zugehörige Bauelemente. Die elektrischen Anschlüsse der Kompaßelektronik ist mittels Anschlußdrähten hergestellt, welche mit auf der Schaltungsplatte 50 vorgesehenen Anschlußsockeln 54 verbunden sind und elektrische Energie zur Speisung der Lichtquelle und der Elektronik zuführen sowie die Ausgangssignale an die diese empfangenden Einrichtungen weiterleiten» Die Lichtquelle 46 wird von der Schaltungsplatte 50 aus beispielsweise über eine Verdrahtung 56 mit elektrischer

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Energie versorgt.

Der Kompaß ist aus geeigneten nichtmagnetischen Werkstoffen hergestellt« Beispielsweise bestehen das innere Gehäuse 14 und das äußere Kompaßgehäuse 18 aus Kunststoff und die Kardanaufhängung und die Lager sind aus Messing hergestellt«

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Kompasses in einer typischen Umgebung, beispielsweise an Bord eines

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Schiffes, betrachtet. Das Kömpaßgehäuse 18 ist an einer geeigneten Stelle des Schiffes so angebracht, daß die Fotozellenanordnung 48 mit der Steuerachse des Schiffes fluchtet oder parallel zu dieser verläuft. Der Magnet richtet sich nach dem Erdmagnetfeld aus und dreht dadurch die Kompaßrose 16 in eine Gleichgewichtsstellung, welche dem gemessenen Kompaßkurs entspricht. Dieser Kompaßkurs wird mittels der Fotozellenanordnung 48 abgetastet und in ein elektrisches Ausgangssignal umgesetzt, welches in einer neben dem Kompaß befindlichen oder davon entfernt gelegenen Einrichtung weiterverarbeitet werden kann. Die elektrischen Ausgangssignale sind mittels geeigneter Übertragungswege, beispielsweise über Draht oder drahtlos zu der vom Kompaß entfernten signalverarbeitenden Einrichtung übertragbar.

Gemäß der Erfindung richtet sich der Magnet 10 nicht nur, wie es bei bekannten Kompassen der Fall ist, nach der Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds aus, sondern kann sich frei auch nach der Inklination ausrichten. Dabei richtet sich der Magnet unabhängig von der Neigung der Kompaßrose 16, welche durch Schlinger- und Stampfbewegungen des Schiffes zufällig hervorgerufen wird, genau nach dem Erdmagnetfeld aus. Bei dem Kompaß tritt wegen

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der gesonderten Drehmöglichkeiten um die Kompaßrosenachse und die Kardanachsen der sogenannte Kardangelenk-Pehler auf, der jedoch für kleine Neigungswinkel der Kompaßrose mit Bezug auf die Horizontale minimal ist„ Dieser Fehler ist dem Cosinus des Neigungswinkels proportional und beispielsweise beträgt der Anzeigefehler des Kompasses bei einem Neigungswinkel der Kompaßrose von 10° etwa 0,6° und bei einem Neigungswinkel von 20° etwa 2,7°· Im allgemeinen schlingert das Schiff selten um mehr als 20°, so daß der Fehler innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt.

Das auf den Kompaßmagneten wirkende Rückstellmoment ist bei einem erfindungsgemäßen Kompaß, bei welchem sich der Magnet auch nach der Inklination des Erdmagnetfelds ausrichtet, geringer als das Rückstellmoment bei einem horizontal liegenden Kompaßmagneten» In denjenigen Fällen, bei denen ein größeres Rückstellmoment wünschenswert ist, kann die Erfindung gemäß Fig, 2 abgewandelt werden, gemäß welcher ein Pendelgewicht am Kompaßmagneten angebracht ist, so daß die magnetische Achse des Magneten im wesentlichen in der Horizontallage gehalten wird. Gemäß Fig. 2 liegt die magnetische Achse eines Magneten 10a parallel zur Ebene der Kompaßrose l6_e Am unteren Teil des Magneten 10a

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ist ein Gewicht 60 befestigt, welches entlang einer senkrecht zur magnetischen Achse verlaufenden Achse verläuft» Bei dieser Ausfuhrungsform richtet sich der Magnet 10a nach der Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds aus. Bei dieser Ausführungsform bleibt der Magnet wegen des Pendelgewichts auch bei Schlinger- und Stampfbewegungen in seiner horizontalen Lage.

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Claims

Patentansprüche

( l.i Magnetkompaß mit einem Gehäuse, einer darin um ihre Achse drehbar angeordneten, die Kompaßwerte darstellende Markierungen tragenden, mit mindestens einem Kompaßmagneten verbundenen Kompaßrose, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (10) um quer zur Achse der Kompaßrose (16) verlaufende Achsen drehbar aufgehängt ist.

2„ Kompaß nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (10) mittels einer Kardanaufhängung (12) aufgehängt ist.

3. Kompaß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kardanaufhängung (12) für den Magneten (10) in einem weiteren, ander Kompaßrose (16) befestigten und mit derselben drehbaren Gehäuse (14) angeordnet ist.

4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kardanaufhängung einen Tragrahmen (12) aufweist, der mittels eines ersten, eine erste Drehachse festlegenden Lagerzapfenpaares (24, 26) im genannten weiteren Gehäuse (14) aufgehängt ist und an

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welchem ein zweites, den Magneten (10) tragendes Lagerzapfenpaar (28) angeordnet ist, welch letzteres eine zur ersten Drehachse senkrechte zweite Drehachse festlegt»

5β Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängevorrichtung der Kompaßrose (16) an den beiden Gehäusen (14, 18) angeordnete Lager (30, 32; 38, 42) aufweist»

6. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (10) Zylinderform besitzt und seine magnetische Achse senkrecht zur Zylinderachse verläuft»

7· Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Magneten (10a) ein Pendelgewicht (60) befestigt ist, welches die magnetische Achse des Magneten stets in im wesentlichen horizontaler Lage hält (Pig· 2)_β

8. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompaßrose (16) eine kodierte Skala aufweist und daß eine Abtasteinrichtung (48) vorgesehen ist, welche die Kompaßwerte abtastet und in elektrische Signale umsetzt.

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