DE2622395C2 - Fernablesbarer Magnetkompaß - Google Patents

Fernablesbarer Magnetkompaß

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Description

unteren Halbkugel 12, die mit Umfangsflanschen 14 und 16 miteinander verbunden sind. Die beiden Flanschen werden durch Befestigungsschrauben 17 oder andere Befestigungsmittel flüssigkeitsdicht zusammengehalten. Die Gehäusehälftsn und die zugehörigen Flanschen sind jeweils einstückig aus nichtmagnetischem Werkstoff hergestellt. An der Gehäusehälfte 10 ist ein Anschlußkasten 18 für den elektrischen Anschluß des Kompasses an Anzeige- oder andere kurzsignalverarbeitende Einrichtungen befestigt
Die Kompaßrose ist als transparente Scheibe 20 ausgebildet, die auf einer Seite eine Anzahl konzentrischer Codespuren trägt, von denen jede aus miteinander abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten in vorbestimmter Anordnung besteht, so daß die Codespuren die einzelnen Kurswerte in codierter Form darstellen. Die Codierung der Kompaßscheibe ist in der US-PS 38 33 901 beschrieben.
Die Scheibe 20 ist mit einer mittigen Öffnung auf eine Welle 22 aufgeschoben, die einen Bund 24 aufweist an welchem die Scheibe 20 anliegt und mit Hilfe von Klebstoff befestigt ist Auf der Welle ist ferner ein zylindrischer Magnet 26 angeordnet, der an der mit Bezug auf den Wellenbund 24 entgegengesetzten Seite der Scheibe 20 anliegt Die Kompaßscheibe 20 und der Magnet 26 sind von einer Kapsel umschlossen, die aus Schaltungsplatten 28 und 30 und einem diese miteinander verbindenden Zylinderring 32 besteht. Durch eine mittige Öffnung der Schaltungsplatte 28 hindurch ragt eine zylindrische Hülse 34 nach oben, die mittels eines Flansches 36 dicht an der Schaltungsplatte 28 anliegt. Eine weitere zylindrische Hülse 38 ist mittels eines Flansches 4ii an der Schaltungsplatte 30 befestigt und ragt ebenfalls durch eine mittige Öffnung dieser Schaltungsplatte hindurch.
Die Welle 22 weist einen oberen Teil 42 mit einem Lagerzapfen 44 auf, der mit einer in einem zylindrischen, in der Hülse 34 angeordneten Lagerstein 48 gebildeten Lagerhöhlung 46 zusammenwirkt und das obere Lager der Kompaßscheibe bildet Ferner weist die Welle 22 einen unteren Fortsatz 50 auf, in dessen unteres Ende eine Einstellschraube 52 mit einer Lagerhöhlung 54 eingeschraubt ist, welch letztere mit einem Lagerzapfen 56 zusammenwirkt, der an einem in der Hülse 38 angeordneten Teil 58 befestigt ist. Dieser Lagerzapfen 56 und die damit zusammenwirkende Lagerhöhlung 54 bilden also das untere Lager der Kompaßscheibe. Die Einstellung der Lager zur Erzielung einer niedrigen Lagerreibung der Kompaßscheibe 20 erfolgt durch axiale Verstellung der Lageranordnung in den Hülsen 34 und 38.
Am unteren Ende der Hülse 38 ist ein Gewicht 60 befestigt, welches eine Pendelmasse für die Kompaßanordnung innerhalb des zylindrischen Gehäuses bildet.
Die Schaltungsplatte 38 trägt elektrische Bauelemente 62 und auf einer oder beiden Plattenseiten gedruckte Verbindungsleitungen. Ferner trägt die Schalungsplatte 28 eine Fotofühleranordnung 64, die radial mit Bezug auf die Codespuren der Kompaßscheibe 20 angeordnet ist und Ausgangssignale erzeugt, die den jeweiligen Kurswert entsprechend der jeweiligen Winkelstellung der Scheibe 20 mit Bezug auf die Fühleranordnung 64 darstellen. Der der Fotofühleranordnung 64 jeweils gegenüberliegende Teil der Scheibe 20 wird durch eine Leuchtdiode 66 beleuchtet, die mit einer von der Schal: tungsplatte 30 getragenen Linse 68 versehen ist, die einen radial mit Bezug auf die Scheibe 20 verlaufenden und mit der Fühleranordnung 64 fluchtenden rechteckigen Querschnitt aufweist. Diese Linse 68 besteht aus einem lichtleitenden Kunstsioff.
Die Schaltungsplatte 30 kann ebenfalls elektrische Bauelemente 70 aufweisen, welche der Speiseschaltung der Leuchtdiode 66 angehören können. Die auf der Schaltungsplatte 28 angeordneten Bauelemente 62 bilden hauptsächlich die Schaltung zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale der Fühleranordnung 64 zwecks Herstellung entsprechender Digitalsignale, welche den jeweiligen Kurswert darstellen.
ίο Die die Kompaßscheibe 20 enthaltende Kapsel ist um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbar im äußeren Gehäuse angeordnet Ein Kardanring 72 verläuft um die zylindrische Wand 32 der inneren Kapsel herum und ist mittels zweier an einander diametral gegenüberliegenden Stellen angeordneter Drehlager 73/4 und 735 an dieser Kapsel angelenkt Jedes der beiden Drehlager weist einen am Kardanring 72 befestigten und von diesem radial einwärts ragenden Drehzapfen auf, der in einer in der zylindrischen Wand 32 der inneren Kapsel angeordneten Lagerbuchse gelagert ist Die Lagerbuchse und der Lagerzapfen bestehen als elektrisch leitfähigem Werkstoff und bilden gleichzeitig elektrische Anschlußpfade für den Kompaß.
Auf einem zu dem die Lager 73Λ und 735 enthaltenden Durchmesser senkrecht verlaufenden Durchmesser des Kardanringes 72 sind zwei weitere, ähnliche Drehlager 73Cund 73D angeordnet welche den Kardanring 72 drehbar im Bereich der beiden Flanschen 14 und 16 im Außengehäuse lagern. Jedes dieser Drehlager weist wiederum einen am Kardanring 72 befestigten, radial auswärts ragenden Drehzapfen 74 auf, der in eine Lagerbüchse 76 hineinragt, die in einer Ausnehmung zwischen den Flanschen 14 und 16 angeordnet ist Der Drehzapfen 74 und die Lagerbüchse 76 bestehen wiederum aus elektrisch leitfähigem Werkstoff, so daß sie als elektrische Anschlußpfade für den Kompaß dienen können. Die Ausbildung der Drehlager ist in F i g. 3 mehr im einzelnen gezeigt. Der Lagerzapfen 74 weist einen Bund 80 und einen von diesem aus durch den Kardanring 72 hindurchragenden und an diesem befestigten Zapfenansatz 82 und einen am entgegengesetzten Ende wegragenden Zapfenansatz 84 mit einer konischen Spitze auf. Ein Lagerstein 86 weist eine etwa konische Lagerhöhlung auf, die mit der Spitze 84 zusammenwirkt Der Lagerstein 86 ist in einer Halterung 88 angeordnet und wird von einer Feder 90 in elektrischen Kontakt mit dem Zapfenansatz 84 gedrängt. Der Lagerstein 86 ist aus einer Legierung hergestellt, die sowohl gute Gleiteigenschaften aufweist als auch elektrisch leitfähig ist.
Wie am besten in F i g. 2 gezeigt ist, ist zwischen den Drehlagern 73A und 73D ein gedruckter oder geätzter elektrisch leitfähiger Pfad 96 auf der Außenfläche des Kardanringes 72 gebildet, der in elektrischer Verbindung mit den Drehzapfen 74 dieser beiden Lager steht. Ein elektrisch leitender Pfad verläuft also vom Drehlager 73/4 zum Drehlager 73D und von da aus zu einem Anschluß 92, der im Anschlußkasten 18 am Kompaßgehäuse angeordnet ist. Weiter ist zwischen den Drehlagern 735 und 73C ein weiterer leitfähiger Pf&d 97 auf dem Kardanring gebildet. Ein weiterer elektrisch leitender Pfad verläuft also vom Drehlager 73D zum Drehlager 73Cund von diesem zu einem zweiten Anschluß 94 im Anschlußkasten 18. Die vom Drehlager 73C bzw. vom Drehlager 73D zu den Anschlüssen 92 und 94 führenden leitfähigen Pfade 98 und 99 sind in geätzter oder aufgedruckter Form auf der Innenfläche der Gehäusehälfte 10 gebildet.
Die Anschlüsse 92 und 94 sind mittels eines zweiadrigen Verbindungskabels 100 mit einer Anzeigeeinrichtung oder einer anderen kurzsignalauswertenden Einrichtung verbunden. Das Kabel 100 ist mittels einer Dichtungsmanschette 102 am Anschlußkasten befestigt, um den Anschlußkasten gegen Feuchtigkeit oder andere äußere Verunreinigungen zu schützen.
Die innere Kapsel und das äußere Gehäuse sind mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt, welche die innere Kapsel vollständig und das Außengehäuse im wesentlichen ausfüllt und im letzteren einen kleinen Luftraum freiläßt, um eine Ausdehnung der Dämpfungsflüssigkeit bei höheren Temperaturen zu ermöglichen. In der Schaltungsplatte 30 und auch in der Schaltungsplatte 28 können Öffnungen 31 gebildet sein, die eine Stromungsverbindung zwischen dem Inneren der inneren Kapsel und dem Außengehäuse bilden. Die Dämpfungsflüssigkeit wird durch eine nicht dargestellte Einfüllöffnung in das Kompaßgehäuse eingefüllt.
Der Kompaß wird über eine elektrische Anschlußleitung mit nur zwei Adern betrieben, die sowohl zur Speisespannungszufuhr als auch zur Signalübertragung dienen. Die Schaltung für diesen Betrieb mit nur zwei Adern ist in F i g. 4 dargestellt.
Eine Batterie 110 oder eine andere geeignete Spannungsquelle treibt eine Stromquelle 112, die mit den Adern 114 und 116 eines Anschlußkabels verbunden ist. Die Ader 114 ist außerdem an einen Verstärker 118 angeschlossen, an dessen Ausgang Digitalsignale erscheinen, welche den jeweiligen Kurswert darstellen. Die Speiseschaltung und der Verstärker 118 sind entfernt vom Kompaß angeordnet und können einer Anzeigeeinheit oder einer anderen signalverarbeitenden Einrichtung, beispielsweise einer Selbststeueranlage, räumlich zugeordnet sein.
Innerhalb des oben beschriebenen Kompasses ist auf der Schaltungsplatte 28 (Fig. 1) ein Transistor Q 1 angeordnet, dessen Kollektor mit dem Anschluß 92 und desse Emitter mit dem Anschluß 94 verbunden ist Die Basis des Transistors Q i ist an einen Signalverarbeitungsbaustein 120 angeschlossen, der die Schaltung zum Urnsetzen der Signale der Fühleranordnung 64 (F i g. 1) in den jeweiligen Kurswert darstellende Ausgangssignale enthält. Der Sigr.alverarbeitungsbaustein kann gemäß der US-PS 38 33 901 ausgebildet sein.
Der Kollektor des Transistors Q1 ist über eine Diode D 1 mit der aus F i g. 4 ersichtlichen Polung mit dem Signalverarbeitungsbaustein verbunden, an welchen auch der Emitter des Transistors Q 1 angeschlossen ist. Eine Zenerdiode Dl und ein Kondensator Cl sind in der dargestellten Weise parallelgeschaltet Der Signalverarbeitungsbaustein 120 ist außerdem über einen Widerstand Ri und eine Leuchtdiode D 3 mit der zum Anschluß 94 führenden gemeinsamen Leitung verbunden.
Die Arbeitsweise der in F i g. 4 dargestellten Schaltung wird nachstehend anhand der in den F i g. 5A bis 5D gezeigten Spannungsdiagramme beschrieben. Die Stromquelle 112 erzeugt einen im wesentlichen konstanten Strom, der den Kondensator C1 auf eine vorgegebene Spannung auflädt Die Zenerdiode D 2 verhindert ein Oberladen des Kondensators C1 und dient außerdem zur Regulierung der Ausgangsspannung. Die Spannung des Kondensators Cl speist den Signalverarbeitungsbaustein 120, welchem die Leuchtdiode D 3 zugeordnet ist welche der Leuchtdiode 66 in F i g. 1 entspricht Diese Leuchtdiode wird in Abhängigkeit von einem elektrischen Impuls (Fig.5A) des Signalverarbeitungsbausteins 120 impulsweise betrieben. Aufgrund des so erzeugten Lichtimpulses liefert die Lichtfühleranordnung 64 des Signalverarbeitungsbausteins 120 eine Anzahl paralleler Digitalsignale, welche den jeweiligen Kompaßkurswert darstellen und welche von dem Signalverarbeitungsbaustein in eine Reihe von Serienimpulsen umgesetzt werden, wie Fig.5B zeigt, die sodann vom Signalverarbeitungsbaustein 120 über den Widerstand R 2 der Basis des Transistors Q 1 zugeführt werden.
Der Transistor Q1 wird durch jeden vom Signalverarbeitungsbaustein 120 empfangenen Impuls leitend geschaltet, was einen momentanen Kurzschluß des Kondensators Cl bedeutet und am Kollektor des Transits stors Qi eine Anzahl von Impulsen, wie in Fig.5C gezeigt, hervorruft, welche den an die Basis des Transistors angelegten Impulsen entsprechen. Die Impulse am Kollektor des Transistors Q1 bilden den jeweiligen Kurswert darstellende Ausgangsimpulse und werden dem Verstärker 118 zwecks Weiterleitung an eine Anzeigeeinheit oder eine andere Einrichtung zugeführt. Der Kondensator C1 wird dabei teilweise entladen, wie in Fig.5D gezeigt ist, er bleibt jedoch noch genügend stark aufgeladen, um die Versorgung des Signalverarbeitungsbausteins 120 während des jeweiligen Arbeitszyklus sicherzustellen. Nach der Erzeugung der den jeweiligen Kurswert darstellenden Ausgangsimpulse wird der Kondensator Cl von der Konstantstromquelle 112 wieder voll aufgeladen, so daß in gleicher Weise die nächste Ausgangsimpulsfolge vom Signalverarbeitungsbaustein erzeugt werden kann.
Es ist oftmals wünschenswert, ein symmetrisches Ausgangssignal zu haben, und zu diesem Zweck kann die Schaltung gemäß Fig.6 ausgebildet sein. Ein aus Reihenwiderständen R 3 und R 4 bestehendes symmetrisches Widerstandsnetzwerk ist über die Anschlüsse 92 und 94 der Schaltung nach F i g. 4 geschaltet, wobei die Verbindung zwischen den beiden Widerständen an Masse gelegt ist Die Adern 114 und 116, die mit den Anschlüssen 92 und 94 verbunden sind, sind Leiter eines abgeschirmten Kabels, dessen Abschirmung ebenfalls an Masse gelegt ist. Diese Schaltung liefert ein symmetrisches Ausgangssignal mit Bezug auf Masse, wobei die Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig.4 typischerweise ± 2,5 V beträgt.
Der oben beschriebene fernablesbare Kompaß kann sehr klein ausgebildet sein und typischerweise in einem Gehäuse von nur 5 cm Durchmesser untergebracht werden. Außerdem ist der Kompaß verhältnismäßig bil-Iig herstellbar. Der Kompaß ist vollständig gegen seine Umgebung abgeschlossen und in einer Boje oder einem Wasserfahrzeug für unbeaufsichtigten Betrieb einbaubar. Der Anschluß des Kompasses an ihm zugeordnete, entfernt gelegene Einrichtungen erfolgt einfach mittels eines zweiadrigen Kabels, welches sowohl die Speisespannung zuführt als auch die Signslübertragungsleitung darstellt Aufgrund der elektrischen Stromzuführung zur Kompaßschaltung über die Kardangelenke ist keine flexible Verdrahtung innerhalb des Kompaßgehäuses erforderlich, die sonst so gestaltet sein müßte, daß sie die kardanische Bewegung des Kompasses erjnpglicht und die unter Umständen diese kardanische iKompaßbewegung behindern könnte.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 trische Anschlußleitung jeweils gesonderte Leitungs-Patentansprüche: ädern für die elektrische Stromversorgung der Kom- paßschaltung und für die Digitalsignalübertragung von
1. Fernablesbarer Magnetkompaß mit einer mit der Kompaßschaltung zu einer Empfangs- bzw. Anzeieinem Magneten versehenen, kardanisch aufgehäng- 5 geeinrichtung auf, so daß die Anschlußleitung des beten drehbaren Kompaßscheibe, die eine Anzahl von kannten Kompasses mindestens dreiadrig ausgeführt optisch kodierten Codespuren zur Darstellung der sein muß.
Kurswerte aufweist, und mit einer eine fotoelektri- Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zusehe Abtasteinrichtung und eine elektronische Si- gründe, einen fernablesbaren Magnetkompaß der eingnalverarbeitungsschaltung zur Erzeugung von den io gangs genannten Art schaltungs- und anschlußtechnisch jeweiligen Kurswert darstellenden Digitalsignalen möglichst einfach auszubilden.
enthaltenden elektrischen Kompaßschaltung sowie Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die
einer elektrischen Anschlußleitung für die Stromver- im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
sorgung der Kompaßschaltung und die Digitalsi- Merkmale gelöst
gnalübertragung von der Kompaßschaltung zu einer 15 Das Merkmal der Verwendung einer zweiadrigen
Empfangs- bzw. Anzeigeeinrichtung, dadurch elektrischen Leitung sowohl zur Stromversorgung einer
gekennzeichnet, daß die elektrische An- elektrischen Schaltung als auch zur Signalübertragung
Schlußleitung nur zwei Adern (114,116) hat und die von dieser Schaltung an einen externen Signalempfän-
Kompaßschaltung einen elektronischen Schalter ger ist aus der US-PS 37 17 858 an sich bereits bekannt
(Q 1) enthält, der in Abhängigkeit von jedem der von 20 Dort handelt es sich allerdings nicht um einen Kompaß,
der Signalverarbeitungsschaltung (120) erzeugten sondern um ein Fernüberwachungssystem zur Überwa-
seriellen digitalen Ausgangssignalimpulse die beiden chung der Konzentration brennbarer Gase in der At-
Adern (114,116) kurzzeitig kurzschließt, und daß ein mosphäre einer Meßstelle. Dabei werden keine Digital-
Ladungsspeicher (D 1) zur Aufrechterhaltung der signale, sondern reine Frequenzsignale in Form von mit
Stromversorgung der Kompaßschaltung parallel zu 25 regelmäßiger Impulsfrequenz erzeugter Rechteckim-
dem elektronischen Schalter über die beiden Adern pulse kapazitiv auf die Anschlußleitung angekoppelt,
(114,116) geschaltet ist also der Versorgungsgleichspannung übe» lagert, wobei
2. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zur Aufreunterhaltung der kontinuierlichen Stromverzeichnet, daß die Kompaßschaltung ein an die bei- sorgung der Schaltung ein Ladungsspeicher vorgesehen den Adern (114, 116) angeschlossenes Netzwerk 30 ist
(R 3, R 4) zur Erzeugung eines symmetrischen Aus- Bei dem erfindungsgemäßen fernablesbaren Magnetgangssignals aufweist. kompaß werden dagegen serielle Digitalsignalimpulse
3. Kompaß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- von der Kompaßschaltung auf die Anschlußleitung kennzeichnet daß die kardanische Aufhängung (72, übertragen, indem die beiden Anschlußleitungsadern 98, 99) der Kompaßscheibe (20) elektrisch leitende 35 mittels eines elektronischen Schalters jeweils impuls-Drehgelenke (73.4 bis 73D) aufweist und die elektri- weise kurzgeschlossen werden. Hierbei werden also keische Verbindung zwischen der Kompaßschaltung ne echten Impulse auf die Anschlußleitung angekoppelt, und den am Kompaßgehäuse angeordneten An- sondern durch das impulsweise Kurzschließen der Anschlüssen (92, 94) der beiden Adern (114, 116) her- schlußleitungsadern wird die jeweils nach außen in Erstellt. 40 scheinung tretende Impendanz der Kompaßschaltung
4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- verändert.
durch gekennzeichnet, daß die Kompaßscheibe (20) Gegenüber der bekannten Schaltung nach der US-PS
in einem im Kompaßgehäuse (10) kardanisch aufge- 37 17 858 bringt die erfindungsgemäße Anordnung den
hängten Innengehäuse (28, 30, 32) angeordnet ist, Vorteil einer einfachen Schaltungsauslegung.
von welchem mindestens eine Wand (28) durch eine 45 Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge-
die Kompaßschaltung tragende Schaltungsplatte ge- genstand der Unteransprüche.
bildet ist. Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachste-
5. Kompaß nach Anspruch 4, dadurch gekenn- hend mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise näzeichnet, daß das Innengehäuse aus zwei jeweils her beschrieben, in welchen zeigt
kreisrunden, als elektrische Schaltungsplatten aus- 50 F i g. 1 einen Schnitt durch ein fernablesbaren Kom-
gebildeten oberen und unteren Stirnwänden (28,30) paß,
und einer diese miteinander verbindenden Zylinder- F i g. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene
wand (32) besteht. und teilweise umrißhaft gezeichnete Darstellung des in
6. Kompaß nach Anspruch 5, dadurch gekenn- F i g. 1 gezeigten Kompasses,
zeichnet, daß die fotoelektrische Abtasteinrichtung 55 F i g. 3 einen Schnitt durch eine Drehzapfenlagerung
eine an der einen Schaltungsplatte (28) angeordnete der Kardanaufhängung des Kompasses,
Fotofühleranordnung (64) und eine an der anderen F i g. 4 eine schematische Darstellung einer elektroni-
Schaltungsplatte (30) angeordnete Beleuchtungsein- sehen Schaltung, welche den Betrieb des Kompasses mit
richtung (66,68) aufweist. nur zwei Anschlußleitungen ermöglicht,
60 Fig. 5A bis 5D Diagramme der Signalspannungen an
verschiedenen Stellen der in Fig.4 gezeigten Schaltung, und
Fig.6 ein schematisches Schaltbild eines symme-
Die Erfindung betrifft einen fepnablesbaren Magnet- trischen Ausgangsnetzwerks zum Anschluß des Kom-
kompaß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 65 passes.
Ein solcher Magnetkompaß ist bereits aus der DE-OS Der fernablesbare Kompaß ist in den F i g. 1 und 2
42 793 bekannt. dargestellt. Ein im wesentlichen kugeliges Kompaßge-
Bei diesem bekannten Magnetkompaß weist die elek- häuse besteht aus einer oberen Halbkugel 10 und einer
DE2622395A 1975-05-22 1976-05-19 Fernablesbarer Magnetkompaß Expired DE2622395C2 (de)

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