DE519782C

DE519782C - Verfahren zum Navigieren bewegter Objekte, insbesondere von Luft- und Wasserfahrzeugen, mittels des magnetischen Erdfeldes

Info

Publication number: DE519782C
Application number: DEST43904D
Authority: DE
Original assignee: LUDWIG KETTELER DR
Current assignee: LUDWIG KETTELER DR
Priority date: 1928-02-22
Filing date: 1928-02-22
Publication date: 1931-03-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das gestattet, die für die Navigation bewegter Objekte, beispielsweise Luftfahrzeuge, Seeschiffe usw., wichtigsten Bestimmungsstücke die wahre Bewegungsrichtung bzw. Abtrift, den zur Kurshaltung anzusteuernden Vorhaltwinkel und die absolute Geschwindigkeit gegen Erde sowohl in der wahren wie in der scheinbaren Bewegungsrichtung quantitativ zu messen.

Das Verfahren benutzt erfindungsgemäß die Induktionswirkung, die seitens der Kraftlinien des magnetischen Erdfeldes auf eine erfindungsgemäß gestaltete und angeordnete Spule oder Spulenkombination ausgeübt wird, wenn diese in bestimmter Weise von dem bewegten Objekt durch das Erdfeld hindurchgeführt wird.

Das Prinzip der Erfindung sei an folgen-

ao dem erläutert:

Dreht man eine Spule von beispielsweise kreisförmiger Gestalt (Erdinduktor) im Erdfeld fAbb. 1) um eine feststehende Achse A, dann wird nach bekannten Induktionsgesetzen in der Spule ein Wechselstrom erzeugt. Bewegt man die Spule vorwärts in beliebiger Richtung, dann ändert sich der induzierte Strom nicht (gleichbleibendeUmlaufgeschwindigkeit vorausgesetzt), da die Summe der in den Spulenhälften α und b bei jeder Umdrehung in Bewegung gesetzten Elektrizitätsmengen die gleiche bleibt.

Schaltet man hingegen die beiden Hälften der umlaufenden Schleife in der durch Abb. 2 gekennzeichneten Weise so zusammen, daß der Wicklungssinn der beiden Spulenhälften entgegengesetzt ist, dann heben sich die induzierten elektromotorischen Kräfte in den beiden Spulenhälften auf, da sie nunmehr in jedem Zeitmoment entgegengesetzt verlaufen. Es kommt somit bei Drehung der Spule um die Achse A kein Strom zustande. Auch wenn man das umlaufende Spulensystem im Raum genau in der Richtung der Umlaufachse A fortbewegt, entsteht kein Strom, da auch in diesem Fall die in beiden Spulenhälften induzierten elektromotorischen Kräfte gleich sind und sich aufheben.

Erfährt jedoch das System durch eine seitlich angreifende Kraft eine zusätzliche seitliehe Bewegung (Abtrift), so daß sich das System scheinbar, in Richtung A, tatsächlich jedoch in Richtung B bewegt, dann erfährt die Spulenhälfte α (bei Umdrehung im Uhrzeigersinne) eine Beschleunigung in Riehtang B, die Spulenhälfte b hingegen eine Verzögerung, bzw. nach einer halben Umdrehung des Systems die Hälfte b eine Beschleunigung und die Hälfte« eine Verzögerung (Abb. 3).

Die Folge der Beschleunigung der einen und die Verzögerung der anderen Hälfte des Spulensystems besteht nun in der Induzierung einer EMK in dem beschleunigten Teil, die größer ist als die sich allein aus dem Um-

lauf ergebende und die Induzierung einer kleineren EMK in der verzögerten Spulenhälfte. Die im erfmdungsgemäß ausgebildeten Spulensystem nach Abb. 2 entgegengesetzt gerichteten elektromotorischen Kräfte heben sich infolgedessen nicht mehr völlig gegenseitig auf, sondern es resultiert eine elektromotorische Kraft, die gleich ist der Differenz der in den Systemhälften α und b erzeugten elektromotorischen Kräfte. .Das Meßinstrument/ zeigt infolgedessen einen Strom an, der proportional ist dem Sinus des Abtriftwinkels. Das Instrument zeigt somit stets dann einen Ausschlag an, wenn die scheinbare Bewegungsrichtung (die Längsachse des Fahrzeugs") nicht mit der tatsächlichen Bewegungsrichtung (gegen Erde) zusammenfällt. Die wahre Bewegungsrichtung kann somit ohne weiteres dadurch ermittelt werden, daß das Spulensystem so lange um eine Vertikalachse gedreht wird, bis das Meßinstrument/ keinen Strom mehr anzeigt. Die Umlaufachse des Spulensystems fällt dann mit der wahren Bewegungsrichtung zusammen. Um Kurs zu halten, d. h. jeweils den richtigen Vorhaltswinkel beim Steuern einzuhalten, wird das Steuer so lange eingestellt, bis das Meßinstrument bei der gewünsch ten Kiirsrichtung (Richtung der Umlauf achse des Spulensystems in bezug auf magnetischen Meridian) keinen Ausschlag mehr anzeigt.

Man kann, anstatt die wahre Bewegungsrichtung durch Einstellung des Spulensystems auf Nullstellung des Meßinstrumentes zu ermitteln, diese Richtung auch durch Einregulierung des Systems auf Maximalaussehlag des Meßinstrumentes bestimmen. Dieser Maximalausschlag tritt ein, wenn die Umlaufachse des Spulens3^rstems senkrecht zur wahren Bewegungsrichtung steht. In diesem Fall gibt jedoch das Meßinstrument nicht nur die wahre Bewegungsrichtung an, sondern der Ausschlag des Instrumentes, d. h. der in diesem Fall induzierte Strom gibt ein direktes Maß für die absolute Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

Bei der praktischen Ausführung kann das Spulensystem aus einer einzelnen Spule, deren Windungen in Form einer 8 über Kreuz laufen, bestehen, oder es können zwei Spulen verwendet werden, die hintereinandergeschaltet werden, derart, daß der Wicklungssinn beider Spulen entgegengesetzt ist. Die Wicklung kann für beide Spulenteile kreisförmig oder halbkreisförmig sein, aber auch jede beliebige andere Form besitzen.

Für die einfachste Ausführungsform wird für Abtrift- wie für Geschwindigkeitsmessung das gleiche Spulensystem benutzt. Es kann jedoch selbstverständlich für beide Messungen je ein gesondertes Spulensystem zur Verwendung kommen, wobei diese beiden Systeme zweckmäßig mechanisch so miteinander gekuppelt sind, daß gleiche Umlaufsgeschwindigkeit dauernd gesichert ist. In die- '65 sem Fall sind die Umlaufachsen der beiden Spulensysteme im rechten Winkel zueinander angeordnet.

Die Spulen bzw. Spulenhälften α und b können für den Abtriftmesser auch in der in Abb. 4 dargestellten Weise so angeordnet sein, daß die Spulenebenen einen Winkel (von 45⁰ zweckmäßig) zur Umlauf achse bilden und einander kreuzend angordnet sind. Bei dieser Spulenanordnung wird die Maximalempfindlichkeit des Abtriftmessers bereits bei geringeren Abweichungen vom beabsichtigten Kurs erreicht als bei einer Anordnung der Spulenebenen parallel zur Umlaufachse.

Bei der praktischen Ausführung kann die So Anzeige seitlicher Abtrift von dem eingestellten und angesteuerten Kurs auf verschiedene Weise erfolgen. Sie kann beispielsweise einfach, wie in Abb. 3 und 4 schematisch dargestellt, durch ein Galvanometer mit beidseiti- 8g gern Ausschlag und Nullpunkt in der Skalenmitte erfolgen, wobei stets auf Xullpanktstellung gesteuert wird. Die Anzeige kann jedoch auch auf andere optische oder akustische Weise erfolgen durch Anordnung von Anschlagkontakten beidseitig des Skalennullpunktes, durch die bei Ausschlag der Nadel des Meßinstrumentes optische oder akustische Alarmsignale eingeschaltet werden, durch deren Intätigkeittreten dem Steuermann durch Fernleitung ohne weiteres angezeigt wird, ob mehr nach Steuer- oder Backbord zu steuern ist, um wieder auf richtigen Kurs zu kommen.

Abb. 5 zeigt ein beispielsweises Schema ion einer solchen Schaltanordnung. / sei das Meßinstrument, dessen Nadel Λ^τ bei Ausschlag, also bei Abweichungen des Fahrzeugs von dem zu steuernden Kurs, einen der beiden Anschlagkontakte k schließt und damit den Strom einer Stromquelle i" durch eine der beiden Signallampen L führt, die dann die erforderliche Steuerrichtung angeben.

Weiterhin kann die Anordnung so getroffen werden, daß das Abtriftgerät bzw. das kombinierte Spulensystem sich automatisch und kontinuierlich in die wirkliche Bewegungsrichtung des Fahrzeugs einstellt. Zu diesem Zweck wird jeder der beiden Kontakte k des Meßinstrumentes / mit elektro- 11g magnetischen Schaltwerken bekannter Konstruktion verbunden, die bei Kontaktschluß in Tätigkeit treten und den Support des Spulensystems so weit drehen, bis das Meßinstrument stromlos wird, die Nadel N also auf O zurückgeht und damit den Kontakt k und das Schaltwerk unterbricht. Ein

mit dem Abtriftmesser im rechten Winkel gekuppelter Geschwindigkeitsmesser wird dann stets kontinuierlich, ohne weiterer Einstellung durch Hand zu bedürfen, die wahreGeschwindigkeit in der jeweiligen tatsächlichen Bewegungsrichtung angeben.

Abb. 6 zeigt beispielsweise ein Schaltschema eines solchen kombinierten Navigierungsgeräts. GM sei der Geschwindigkeitsmesser, dessen Umlaufachse A rechtwinklig mit der Umlaufachse des Abtriftmessers AM gekuppelt ist. S ist der um die vertikale Drehachse D drehbare Support. / ist das Meßinstrument des Abtriftmessers mit den Nadelanschlagkontakten k. M ist das elektromagnetische Schaltwerk, das bei Anschlag der Nadel an einen der beiden Kontakte k eingeschaltet wird und die Supportscheibe mit der Apparatur so lange selbsttätig nach der einen

ao oder anderen Richtung dreht, bis Instrument J-wieder stromlos wird und damit der Kontakt k und das Schaltwerk ^vieder ausgeschaltet wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Navigieren bewegter Objekte, insbesondere von Luft- .und Wasserfahrzeugen, mittels des magnetischen Erdfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem bewegten Objekt verbundenes umlaufendes Spulensystem, dessen Umlaufachse in bezug auf das bewegte Objekt beliebig orientiert werden kann, verwendet wird, deren Wicklungshälften entgegengesetzten Wicklungssinn besitzen, derart, daß bei Umdrehung der Spulen an Ort oder bei Fortbewegung des Spulensystems in Richtung seiner Umlaufachse im Magnetfeld der Erde die in den beiden Hälften des Spulensystems induzierten elektromotorischen Kräfte entgegengesetzt gerichtet sind und sich aufheben und nur bei Fortbewegung des rotierenden Systems in einem Winkel zur Umlaufachse dem Abtriftwinkel und der absoluten Geschwindigkeit proportionale elektromotorischen Kräfte auftreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Horizontalebene drehbares Spulensystem verwendet wird, wobei die wahre Bewegungsrichtung des bewegten Objektes durch Einstellung des Systems auf Stromlosigkeit des Meßinstrumentes und die Messung der absoluten Geschwindigkeit in einer Stellung erfolgt, bei der die Umlaufachse senkrecht zu der ermittelten wahren Bewegungsrichtung steht.

3. Gerät zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß z\vei auf gemeinsamen um eine Vertikalachse drehbarem Support angeordnete Spulensysteme verwendet werden, deren Umdrehungsachsen miteinander gekoppelt sind und gemeinsam in Umdrehung versetzt werden, wobei das eine Spulensystem der Bestimmung der wahren Bewegungsrichtung bzw. Abtrift, das zweite Spulensystem zur Messung der absoluten Geschwindigkeit des bewegten Objektes in Richtung der durch das erste Spulensystem angegebenen Bewegungsrichtung dient.

4. Ausführungsform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmig, halbkreisförmig und sonst geeignet geformten Einzelspulen der Spulenpaare radial oder auch mit der Wicklungsebene schräg zur Umlaufachse an dieser angebracht sind.

5. Ausführungsform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei seitlicher Abtrift durch den Nadelausschlag des Abtriftmeßinstrumentes mittels bekannter Kontaktvorrichtungen auf elektrischem Wege optische oder akustische Signale ausgelöst bzw. fernübertragen werden.

6. Ausführungsform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem um eine Vertikalachse mit Hilfe von an sich bekannten elektromagnetischen Fortschaltvorrichtungen jeweils automatisch in die Richtung der tatsächlichen Bewegungsrichtung des bewegten Objektes dadurch eingestellt wird, daß bei Abtrift die ausschlagende Nadel des Meßinstrumentes einen elektrischen Strom schließt, der das Schaltwerk jeweils in dem Sinne betätigt, daß dieses den Abtriftmesser selbsttätig so weit dreht, bis der Apparat in der tatsächlichen Bewegungsrichtung orientiert ist, so daß die Nadel des Instrumentes in die Nullage zurückkehrt und damit den das Schaltwerk betätigenden Strom unterbricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen