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Vorrichtung zum Empfangen und Senden von magnetischen Feldern niedriger
Frequenz Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen
niederfrequenter magnetischer Wechselfelder und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangsströme in auf einer Schablone aufgerollten Windungen
induziert werden. Die Schablone wird von entsprechenden Teilen. von Umdrehungsflächen
begrenzt, deren Richtungen konzentrische Krümmungen mit gleichen Brennpunkten und
Polen darstellen, oder von mehrseitigen Außenseiten, die in die Umdrehungsflächen
eingeschrieben oder diesen umschrieben sind, oder von einer Umdrehungsfläche und
einer entsprechenden polygonalen Außenseite, wobei die Erzeugenden gleich oder verschieden
sind. Diese Teile der Außenseite sind symmetrisch zu beiden Seiten der Ebene, deren
strahlenförmig angeordnete Windungen zwei zu zwei symmetrisch sind. Diese Windungen
haben somit gleiche Längen und sind in Reihe angeschlossen, um so unmittelbar oder
mittelbar mit den Polklemmen der Empfänger-oder Sendestromkreise verbunden zu werden.
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Zwischen einem solchen strahlenartigen Rahmen und dem üblichen ebenen
Rahmen mit Schraubenwicklung bestehen wichtige theoretische und praktische Unterschiede.
Die Bewicklung der bekannten Rahmen ist derartig, daß für irgendeine gegebene Neigung
der Ebene des Rahmens zu der Sendeoder- Empfangsrichtung der magnetischen Wechselfelder
der Wert des Feldes durch jede Wicklung hindurch für jede Wicklung derselbe ist.
Bei der strahlenartigen Bewicklung gemäß der Erfindung sind dagegen die Größe und
das Zeichen des Feldes, das durch jede Wicklung der Bewicklung hindurchtritt, in
ihrem Wert verschieden von demjenigen, das durch jede andere Wicklung hindurchtritt,
außer in dem Falle, wo die Welle unter dem Winkel eintritt, der durch die strahlenartigen
Wicklungen gebildet wird.
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Ferner ist die Eintrittsfläche des magnetischen Feldes bei den bekannten
Rahmen im gleichen Augenblick für jede Wicklung der Bewicklung dieselbe. Bei dem
neuen Rahmen dagegen sind die Eintrittsflächen des magnetischen Feldes für die strahlenartigen
Wicklungen, die auf der rechten Seite liegen, und für diejenigen, die auf der linken
Seite der Symmetrieachse liegen, verschieden.
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Ferner haben bei einem gewöhnlichen ebenen Rahmen mit einer scbraubenförmigen
Bewicklung alle in jeder Wicklung im gleichen Augenblick induzierte Ströme denselben
Sinn.
Bei dem neuen Rahmen besitzen dagegen die induzierten Ströme verschiedene Richtungen,--von
einer-Symmetrieebene gerechnet, die senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Feldes-liegt.
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Aus dieser verschiedenen Wirkungsweise der beiden Rahmen ergibt sich
auch ihre verschiedene Arbeitsweise.
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Wenn man zwei gleiche ebene Rahmen mit Schraubenwicklung kuppelt,
also hintereinanderschaltet, so wird, wenn das Feld senkrecht zur Achse der Wicklungen
liegt, jede Windung eines jeden der beiden Rahmen in gleicher Weise empfangen. Wenn
die Wicklungen gegeneinandergeschaltet sind, wird man dann einen Empfang Null erhalten.
Für eine Richtung des Feldes senkrecht zu der eben angegebenen wird man gleichfalls
den Empfang Null erhalten und ebenso für jede zwischen diesen beiden Grenzfällen
liegende Richtung des Feldes.
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Wenn man dagegen zwei strahlenartige Rahmen miteinander kombiniert,
so wird im erstgenannten Falle jede Wicklung auf jeder Seite der Mittelachse in
verschiedener Weise empfangen, und im zweiten Falle wird man einen Maximalempfang
erhalten, während man für jeden dazwischenliegenden Einfall-Winkel einen Empfang
mittlerer Stärke erhält. Man ersieht hieraus, daß, wenn die Richtung der einfallenden
Welle innerhalb des Winkels liegt, der durch die strahlenartigen Wicklungen gebildet
wird, man den Empfang auf den Maximalwert bringen kann, indem man die mit den Wicklungen
verbundenen Bürsten verschiebt.
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Bei einem gewöhnlichen Rahmen empfängt also jede Wicklung im gleichen
Augenblick bezüglich Größe und Sinn in gleicher Weise. Bei dem neuen Rahmen dagegen
empfängt keine Wicklung im gleichen Augenblick bezüglich Größe und Richtung ebenso
wie die anderen Wicklungen.
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Man ersieht daraus, daß der strahlenartige Rahmen eine besondere Arbeitsweise
besitzt, die es gestattet, Aufgaben zu lösen, die mit dem bekannten Rahmen unlösbar
sind, da ja sein Empfang gewissermassen ein umgekehrter ist. So wird an Bord eines
Schiffes oder Flugzeuges ein fester, in Richtung der Achse angeordneter Rahmen einer
Richtung folgen können, da er Minimalempfang besitzt. Derselbe Vorteil ergibt sich
für die gewöhnliche Führung, da das Fahrzeug sich parallel zu dem Sendekabel verschiebt,
sich dagegen zu der Sendestation hinrichtet oder sich davon entfernt. Man hat also
zwei Sender, die zueinander unter 9o° stehen.
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Man erkennt hieraus, daß die Mängel der Bewicklung keineswegs mehr
dieselbe Bedeutung haben wie bei einem gewöhnlichen Rahmen. Auch der Mangel, der
durch di Veränderung der Wellenvorderseite entsteh ist beträchtlich verringert.
Auch die Kap< zität zwischen den Wicklungen ist verringer Der neue Rahmen gestattet
für die Ser dung bei einer Drehbewegung mit gleici mäßiger Geschwindigkeit des Rahmens
nac einem bekannten Gesetz eine nach einem G( setz sich drehende Sendung, das von
dem GE
setz des Rahmens ganz verschieden ist, un zwar durch die Verstellung
der Bürsten au den mit -den Wicklungen verbundenen Klerr tuen. Hieraus ergeben sich
sehr erheblich Vorteile.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindun, schematisch in beispielsweiser
Ausführung: form dargestellt. Die Abb. i bis 5 stelle verschiedene Formen der Ausführung
un Anwendung der Empfänger- und Sendeein richtung gemäß der Erfindung dar.
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Wie vorhin angegeben, ist der wesentlich Zweck der Erfindung, ein
System zum Emp fangen und Senden magnetischer Wechsel felder von niedriger Frequenz
symmetrisc: zu einer Ebene zu schaffen, d. h. daß durcl die besondere Anordnung
der strahlenför migen Windungen die letzteren gleiche Fläch und gleiche Impedanz
(resultierenden Wider stand) haben. Der Zweck des neuen Emp fangsapparates besteht
in der Bestimmun der Richtung magnetischer Felder, und zwa hauptsächlich für die
magnetische Führung von Fahrzeugen mittels eines Kabels. Ein solche Führung macht
nur geringe Kosten Zu diesem Zwecke sind, wie Abb. i zeigt die ausstrahlenden Windungen
i auf ein, Schablone gewickelt, welche von Teilen vor zwei Umdrehungsflächen oder
Seiten 2, ; begrenzt werden, deren Richtlinien Krüm mungen von gleichem Mittelpunkt
sind gleiche Pole und gleiche Brennpunkte habet und deren Erzeugende gleich (die
Schablon( ist dann von gleichmäßiger Dicke) oder ver schieden (die Schablone hat
dann die Forn eines Keiles) sind. Diese Flächenteile 2, 1 sind symmetrisch in bezug
zu einer Ebene die durch die Linie x-x geht, und die Wirr dungen i sind zwei zu
zwei symmetrisch zt dieser letzteren, d. h. die mittleren Wick lungsebenen von zwei
entsprechenden Win, dungen bilden gleiche Keilwinkel, wobei dei Schnittpunkt gemeinsam
mit der besagter Symmetrieebene ist. Die Windungen i sinc in Reihe verbunden und
die Enden der sc gebildeten Wicklung sind mittelbar oder unmittelbar mit den Polklemmen
des Empfänger- und Sendestromkreises verbunden Bei dem Beispiel in Abb. i ist die
Wickelung i mittels eines regelbaren Transformators q. mit den Polklemmen eines
Verstärkers 5 verbunden, mit welchem der Stromempfänger
(Telephon
6 z. B.) in Verbindung steht.
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Die Wirkungsweise bei der Aufnahme ist alsdann folgende: Angenommen,
daß der Pfeil 7 die Richtung eines veränderlichen magnetischen Feldes angibt, so
sieht man, daß dieses Feld in der Wicklung i einen veränderlichen Induktionsstrom
(Sekundärstrom) induziert, welcher den Empfänger 6 durchfließt. Wenn dagegen die
Richtung des Feldes gleich dem Pfeile 8 ist, so entstehen in der Wicklung i zwei
induzierte Ströme von umgekehrtem Sinne und gleicher Stärke. Ihre Wirkungen auf
den Empfänger 6 heben sich also auf. Man sieht, daß das Minimum der Aufnahme durch
den Empfang von zwei entgegengesetzten Strömen erhalten wird, im Gegensatze zu den
bekannten Empfängern, deren Aufnahmeminimum durch den Mangel an Aufnahme geschaffen
wird, indem kein Strom in diesem Augenblicke in der Wicklung induziert.wird, welche
in bezug zu dem Felde eine bestimmte Stellung einnimmt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 sind die Teile der Flächen 2,
3, welche die Wicklungsschablone bilden, zylindrische Flächen mit derselben Achse.
Außerdem ist auf jeder Windung i eine bloßgelegte Fläche oder ein Kontaktstück für
eine bewegliche Kollektorbürste io vorgesehen. In dem dargestellten Beispiele bildet
diese Bürste io die Brücke zwischen den Empfängerstromkreisen, die einen Verstärker
5 und ein Telephon 6 einschließen, wobei jeder Stromkreis einerseits in eines der
Enden der Wicklung i und andererseits in eine regelbare Kapazität i i ausläuft.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn das Feld die Richtung des Pfeiles
7 besitzt und die Bürste io die mittlere dargestellte Stellung einnimmt, so erhält
man einen Strom von derselben Richtung in dem doppelten Empfänger 6. Wenn das Feld
dagegen die Richtung des Pfeiles 8 besitzt, so erhält man Ströme von entgegengesetzten
Richtungen. Für einen mittleren Einfallwinkel kann man die Empfänge gleichmachen,
indem man die Bürste io auf den Kontakten 9 der Windungen i verschiebt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.3 ist die die Windungen tragende
Schablone von polygonalen Flächen 2, 3 begrenzt. Man kann auch entsprechend den
Einrichtungen des Empfängers mit den Kontaktstücken 9, die zu den Windungen i gehören,
zwei Bürsten io, io' in Verbindung bringen, die jede einer Hälfte der Gesamtwicklung
entspricht.
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Zwei Wicklungen, welche gleich der vorhin beschriebenen sind, können
symmetrisch zu der Achse y-y angeordnet sein, die senkrecht zu der gemeinsamen Symmetrieachse
x-x der besagten Wicklungen liegt. Diese Wicklungen könnten praktisch auf ein und
dieselbe Schablone oder auf getrennte Schablonen aufgewickelt werden. Die Enden
jeder dieser Wicklungen können in die - Kontaktstücke eines Kontrollers (Schalters)
ausmünden, mittels welchen man nach Belieben diese in Reihe oder parallel mit den
Polklemmen des Stromkreises verbinden kann.
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Die Abb. q. zeigt eine Einrichtung, bei welcher jede Wicklung Kontaktstücke
9 auf jeder Windung i und eine Schleifbürste besitzt, welche auf diesen Windungen
verschoben werden kann. In diesem Falle sind die entsprechenden Enden jeder Wicklung
durch Leiter 12 verbunden und jede Bürste i o, i o' steht in Verbindung mit einer
der Klemmen des Empfangsstromes 5, 6. Wenn der Kraftfluß in der Richtung des Pfeiles
7 geht, so ist kein Strom in dem Empfänger bei der dargestellten Stellung der Schleifbürsten
io, io'. Wenn der Kraftfluß die Richtung des Pfeiles 8 hat, so ist das Maximum des
Stromes für dieselbe Stellung der Schleifbürsten vorhanden.
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Für eine Zwischenrichtung wird der induzierte Strom eine Richtung
und eine Intensität besitzen, welche dem Neigungswinkel entsprechen. Endlich, wenn,
um von der Richtung 8 auszugehen, die Richtung des Kraftflusses sich um einen Winkel
ändert, der kleiner ist, als der von der Gesamtheit der Windungen i der Wicklung
gebildete, kann man den Strom auf einen Nullwert in dem Empfänger 6 zurückbringen,
indem man die Schleifbürste io oder io' auf den entsprechenden Kontaktstücken 9
verschiebt; die Richtung dieser Schleifbürste io, io' gibt, wenn der Empfang von
neuem vernichtet ist, alsdann die Richtung des einfallenden Feldes.-Man hat somit
einen sehr empfindlichen Apparat, der ermöglicht, ein Fahrzeug auf einer Linie,
die durch ein elektrisches, ein magnetische:. Feld erzeugendes Kabel gebildet wird,
zu führen. Das so gebildete System kann auch mit den bekannten ebenen Wicklungen,
wie Abb. 5 zeigt, in Verbindung gebracht werden.
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Die beiden in Form von Sektoren hergestellten Elemente enthalten,
wie beschrieben, entsprechend zwei Schleifbürsten io, io' wie in der Abb. 3. Die
zwei zu zwei entgegengestellten Schleifbürsten bilden die Polklemmen von zwei Stromkreisen
13, 1q., welche unmittelbar oder durch einen Transformator mit einem Verstärker
5 und einem Stromempfänger 6 verbunden sind.
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Die bekannten ebenen Wicklungen 15, 16 sind entweder beide der Ebene
x-x parallel oder in Form von X gekreuzt und werden auf die entsprechenden Seiten
der Schablonen
aufgelegt, auf welche die Windungen. i des Systems
gemäß der Erfindung aufgewickelt sind. Jede dieser ebenen Wicklungen 15, 16 ist
unmittelbar oder mittels eines Umformers mit den Verstärkern 5 verbunden. Die Verbindungen
sind derartig, daß die induzierten Ströme, die in den Windungen dieser ebenen Wicklungen
15, 16 durch einen Kraftfluß von der Richtung 7 erzeugt werden, gleich stark sind
und umgekehrte Richtung haben. In diesem Augenblicke wird derselbe Kraftlluß keinen
induzierten Strom in den Empfängern 6, die mit den sektorförmigen Wicklungen i verbunden
sind, hervorbringen. Wenn die Richtung des Kraftflusses zu der des Pfeiles 7_ einen
Winkel bildet, so werden die Aufnahmen verschieden werden, da die in den Wicklungen
i induzierten Ströme sich dem in einer der ebenen Wicklungen induzierten Strom hinzufügen
und sich dem anderen abziehen.
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Die Verwendung dieser Einrichtungen zur Lenkung eines Fahrzeuges,
z. B. eines Schiffes, mittels eines magnetischen Feldes, das durch den Durchgang
eines veränderlichen elektrischen Stromes durch ein Kabel erzeugt wird, ermöglicht
also, keinen Empfang zu haben, solange das Fahrzeug sich parallel zu besagtem Kabel
bewegt, oder eine gleichmäßige Aufnahme auf beiden Ohren zu haben.
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Die Winkelverschiebung der Bürsten io, io' zur Erzielung dieser Bedingungen,
wenn man eine schiefe Stellung zu dem Kabel einnimmt, ermöglicht, den Grad der N
b-ung zu messen. Der Ton, der von dem rechten Empfänger zu dem linken übergeht (oder
umgekehrt), entspricht der Neigung des Fahrzeuges nach rechts oder nach links.
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Wie angegeben, kann das beschriebene System ebenfalls für die Sendung
benutzt werden. Selbst wenn die Wicklung fest ist, kann man indessen mit einer beweglichen
Schleifbürste die Senderichtung in dem Winkel des Sektors ändern, den die Wicklung
mit den strahlenförmig angeordneten Windungen bildet.