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Einrichtung zur Anzeige von Windrichtung
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und Windgeschwindigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Anzeige von Windrichtung und Windgeschwindigkeit insbesondere für Wasserfahrzeuge,
mit mindestens einem Messwertgeber, in dem ein mit einem WindfUhler verbundener
Permanentmagnet entsprechend der Windrichtung beweglich ist und in dem mindestens
ein hallgenerator in dem Magnetfeld des Permanentmagneten und ortsfest angeordnet
ist.
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Bei einer derartigen bekannten Einrichtung werden zur Messung und
FernUbertragung von Windrichtung und Windgeschwindigkeit zwei völlig getrennt arbeitende
Systeme verwendet. Das System zur Messung und gegebenenfalls Fernübertrngung der
Windrichtung umtnsst einen Mcßnw(xtgebor, in dom nl.n WInclf(Ihl<'.r clnc (lrcll
re Windfahne vorgesehen ist, die mit einem rotationssymmetrischen zweipoligen Permanentmagneten
in Verbindung steht. In dem Magnetfeld des Permanentmagneten sind zwei Hallgeneratoren
um 900 versetzt zu dem Permanentmagneten berUhrungsfrei angeordnet.
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Die Hallgeneratoren sind über eine Verstärkerschaltungsanordnung an
ein Quotientenmesswerk angeschlossen. Die Anzeige des Quotientenmesswerks entspricht
dann unmittelbar der Windrichtung (Winkelwert). Statt des einen Quotientenmesswerks
können aber beide Hallgeneratoren auch an getrennte Drehspulsysteme angeschlossen
sein, wobei das eine Drehspulsystem Winkelwerte bis 1800 anzeigt, während das zweite
Drehspulsystem angibt, ob der Wind auf einem Schiff von vorne oder von achtern einfällt
(DT-AS 2 136 847).
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Das System zur Erfessung der Windgeschwindigkeit weist einen auf einer
Welle angeordneten sechspoligen rotationssymmetrischen Magneten auf, der eine der
Drehzahl eines Propellers als Windfühler proportionale Frequenz über einen Magnetschalter
auf
eine Drehzahlmeßschaltungsanordnung abgibt. Die Anzeige entspricht
somit der Drehzahl des Propellers bzw. der Windgeschwindigkeit.
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Die gesamte aus zwei Einzelsystemen bestehende Einrichtung zur Anzeige
von Windrichtung und Windgeschwindigkeit ist verhältnismässig aufwendig, da beide
Einzelsysteme auf den besonderen Messzweck abgestimmte Elemente und relativ teure
Einzelteile aufweisen. Insbesondere erfordern die drehbar gelagerten Windfühler
eine präzise Fertigung. Trotzdem sind Ungenauigkeiten durch Reibungseinflilsse in
der drehbaren Lagerung der Windfühler zu befürchten.
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Diese Nachteile der bekannten Einrichtung sollen durch die Erfindung
beseitigt werden. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Anzeige
von Windrichtung und Windgeschwindigkeit zu schaffen, deren Messgenauigkeit möglichst
nicht durch Reibungseinflüsse beeinträchtigt wird und die sich vor allem durch einen
möglichst einfachen bauteilearmen Aufbau auszeichnen soll. Die Einrichtung soll
darüber hinaus robust sein und möglichst geringe Wartungsansprüche stellen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur gleichzeitigen Anzeige von Windrichtung
und Windgeschwindigkeit der Windfühler aus einer Ruhelage in allen Windrichtungen
um einen der Windgeschwindigkeit entsprechenden Weg auslenkbar ist, dass zur Anzeige
der Windrichtung vier Hallgeneratoren in einer sph#rischen Ebene flquidistant zueinander
und zu dem Permanentmagneten in der Ruhelage angeordnet sind und dass zur Anzeige
der Windgeschwindigkeit ein fünfter Hallgenerator in der Mitte zwischen den vier
Hallgeneratoren unter dem Permanentmagneten in der Ruhelage angeordnet ist Durch
die erfindungsgemlssen Maßnahmen wird sowohl zur Anzeige der Windrichtung als auch
der Windgeschwindigkeit nur ein
einziger Windfühlerverwendet. In
Verbindung mit dem an dem WindfUhler angebrachten Permanentmagneten können von fünf
ortsfesten und relativ wenig aufwendigen Hallgeneratoren, die in besonderer Weise
angeordnet sindo sämtliche zur vollständigen Erfassung der Windrichtung und zur
Bestimmung der Windgeschwindigkeit benötigten Signale abgeleitet werden. Die Einrichtung
ist also deswegen wenig aufwendig, da wesentliche Teile in zweifacher Hinsicht,
nämlich zur Messung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung, verwendet werden
und da auch diese Teile selbst verhältnismässig einfach sind. Besonders vorteilhaft
ist, dass die Einrichtung keinerlei drehende Elemente aufweist. Dies ermöglicht
nicht nur eine vernältnismässig wenig aufwendige Fertigung, sondern schliesst Reibungsverluste
von vornherein aus. Da die Einrichtung nur wenige Teile umfasst, sind die Montagekosten
gering. Die Einrichtung ist wenig störanfällig. Sollten trotzdem Beschädigungen
vorkommen, so sind alle Teile leicht und kostengünstig austauschbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsrormist der Windfühler zur Lagerung
mittels eines Stabs an einer Membran befestigt. Diese Lagerung ist besonders wenig
aufwendig und störanfällig. Trotzdes lässt sie eine hohe Messgenauigkeiterwarten.
Zugleich kann die Membran in noch zu zeigender Weise zur Abdichtung wesentlicher
Teile der Einrichtung dienen.
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In besonders zweckmSasigerWeise ist die Einrichtung so ausgestaltet,
dass die Berestlgungsstelle des Windfühlers an der Membran in dem KrU-ungsnittelpunktder
sphärischen Oberfläche liegt, in der die Hallgeneratoren angeordnet sind. Damit
sind die minimalenAbstände zwischen dem Permanentmagneten und den Hallgeneratoren
zur borUhrungsfreienBeeinflussung der Hallgeneratorengewahrleistet, Zweckmässig
ist die Einrichtung weiter so ausg.staltst, dass ein erstes Ende des Stabes auf
einer Seite
dor Membran dcn Windfühler trigt und dnns ntl dorn zwelLen
l:rlUe des Stabes auf dem anderen Seite der Membran der Permanentmagnet befestigt
ist. Dadurch ist in einfacher Weise die Angriffsstelle des Windes an den Windfühlern
getrennt von der Beeinflussungsstelle der Hallgeneratoren durch den Permanentmagneten.
Dadurch wird einerseits die Wind strömung im Bereich des Windfühlers möglichst wenig
beeinflusst und andererseits können die Hall generatoren in der zu ihrer Beeinflussung
besten Lage und geschützt angeordnet werden.
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In besonders vorteilhafter Weise hat die Einrichtung die Merkmale,
dass die Membran ein Gehäuse wasserdicht abschliesst, in dem die Hallgeneratoren
angeordnet sind, und dass das den Permanentmagneten tragende Ende in das Gehäuse
hineinragt.
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Dadurch sind die Hallgeneratoren praktisch vollkommen gegen äussere
Einflüsse, insbesondere gegen Witterungs- und gegen UmwelteinflUsse, geschützt.
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Zur genauen Messung der Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit einem
nicht drehbaren Windfühler ist die Einrichtung so ausgestaltet, dass der Windfühler
kugelförmig ausgebildet ist.
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Damit ist in einfachster Weise die Bedingung erfüllt, dass der Windfühler
für alle Windrichtungen einen gleichen Strömungswiderstand hat.
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Zur sinnfälligen Anzeige der Windrichtung und Windgeschwindigkeit
ist die Einrichtung vorteilhaft mit den Merkmalen ausgebildet, dass die vier Hallgeneratoren
zur Anzeige der Windrichtung mit einem Kreuzspulmesswerk in Verbindung stehen, derart,
dass 3e zwei einander gegenüberliegende Hallgeneratoren gegeneinandergeschaltet
und an Je eine Wicklung der Kreuzspule angeschlossen sind und dass der fünfte Hallgenerator
zur Anzeige der Windgeschwindigkeit mit einem gesonderten Drehspulmesswerk in Verbindung
steht. Damit ist in einfachster Weise eine Anzeige der Windrichtung unabhängig von
der Windgeschwindigkeit und
eine Anzeige der Windgeschwindigkeit
möglich, die von der Windrichtung trotz der Mehrfachausnützung wesentlicher Teile
der Einrichtung entkoppelt ist.
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Die Erfindung selanhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
enthält, näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt der Einrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt
durch die Einrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie A-B und Fig. 3 die Anschlusspunkte
des Kreuzspulmesswerks zur Windrichtungsanzeige in einer schematischen Darstellung.
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Aus Fig. 1 ist erkennbar, wie der kugelförmige Windfühler 1 über einen
Stab 2 mit dem Mittelpunkt einer Membran 3 befestigt ist. Der Stab reicht durch
die Membran hindurch und trägt an seinem unteren Ende einen Permamentmagneten 4.
Die Membran 3 ist zwischen einen Schraubring 5 und ein Gehäuse 6 eingeklemmt.
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Das Innere des Gehäuses ist zusätzlich durch einen Dichtring 7 abgedichtet.
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In dem Gehäuse sind in einer sphärischen Ebene fünf Hallgeneratoren
(Hallchips) 8a - 8e in einer Vergussmasse 9 eingebettet.
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Die Anordnung der Hallgeneratoren 8a - 8e wird unten noch weiter erläutert.
Zur Befestigung der Einrichtung dient ein Rohr 10, durch das die nicht dargestellten,
an die Hallgeneratoren angeschlossenen Leitungen führen können.
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DieKonfiguration der Hallgeneratoren ist aus Fig. 2 in Verbindung
mit Fig. 1 ersichtlich: Der Hallgenerator 8e befindet sich unmittelbar unter dem
Permanentmagneten 4 in dessen Ruhelage,
bzw. unterhalb des Membranmittelpunktes.
Die Hallgeneratoren 8a - 8d zur Anzeige der Windrichtung sind in gleichem Abstand
zu dem Hallgenerator 8e und untereinander ebenfalls in gleichem Abstand Jeweils
paarweise gegenüberliegend auf einem gedachten Kreis in der sphärischen Ebene angeordnet.
Der Permamentmagnet 4 ist in einem Abstand berührungsfrei zu den eingebetteten Hallgeneratoren
in Jeder Richtung in einer Ebene auslenkbar, die parallel zu der sphärischen Ebene
der Hallgeneratoren liegt. Diese Auslenkrichtungen sind in der Zeichnung durch die
Pfeile ii und 12 angedeutet.
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In Fig. 3 ist schematisch das Kreuzspulmesswerk zur Anzeige der Windrichtung
dargestellt. Die Spannungen der Hallgeneratoren 8a, 8b, 8c, 8d werden auf die Anschlusspunkte
A, B, C, D des Kreuzspulmesswerks gelegt. Daraus ergibt sich, dass die Spannungen
paarweise gegenüberliegender Hallgeneratoren gegeneinander geschaltet sind. In der
Zeichnung nicht dargestellt sind die Gleichspannungsversorgungen der Hallgeneratoren
sowie Verstärkerschaltungen, die zwischen den Hallgeneratoren und dem Kreuzspulmesswerk
bzw. dem nicht dargestellten Drehspulmesswerk angeordnet sind.
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Der an dem Stab angebrachte Permanentmagnet bewegt sich bei konstanter
Windstärke aber wechselnden Windrichtungen auf einer Kreisbahn bezüglich des Membranmittelpunkts.
Unabhängig von der Windrichtung wird er um einon der Windetarke enteprechenden Winkel
ausgelenkt.
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Zur Messung der Windrichtung spielt die Auslenkung des Permanentmagnets
entsprechend der Windstärke keine Rolle, da durch die paarweise gegeneinander geschalteten
vier, um Jeweils 900 versetzt angeordneten Hallgeneratoren dieser Auslenkwinkel
kompensiert wird und in dem Kreuzspulmesswerk eine Grösse gebildet wird, die ausschliesslich
von der Auslenkrichtung abhängt. Damit wird eine der Windrichtung proportionale
Anzeige erzielt.
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Die Windgeschwindigkeit wird hingegen dadurch gemessen, dass entsprechend
dem von der Windgeschwindigkeit abhängigen Auslenkwinkel des Permanentmagneten 4
die in dem Hallgenerator 8e erzeugte Spannung verändert wird. Diese Spannungsänderung
am Hallgenerator 8e ist infolge der Position des Hallgenerators 8e unter dem Membranmittelpunkt,
welcher der Schwenkpunkt des Permanentmagneten ist, windrichtungsunabhängig.
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Der Messwertgeber besteht also nur aus sehr wenigen Teilen, die zum
gröbsten Teil vorteilhaft aus Kunststoff herstellbar sind. Damit ist er insbesondere
für rauhe Betriebsbedingungen, wie sie auf Wasseriahrzeugen vorkommen, geeignet.
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L e e r s e i t e