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Einrichtung zur mechanischen Kompensation von Rohpeilfehlern bei elektromagnetischer
Peilung Es ist bekannt, daß beim elektromagnetischen Peilen die gemessenen Rohpeilwinkel
q nicht die wahre Richtung des ankommenden elektromagnetischen Strahles zur Mittschiffsachse
ergeben, da die am Schift befindlichen metallischen Massen, wie Schiffbekleidung,
Takelung usw., unter dem Einfluß des Peilstrahles auf die Peilantenne zurückwirken,
so daß eine scheinbare Verdrehung der Peilstrahlebene entsteht. Man muß daher, um
die wahren Peilwinkel p des Peilstrahles zu der Mittschiffsebene zu erhalten, die
durch die Peilung unmittelbar gegebenen scheinbaren Peilwinkel q mit entsprechenden
Korrekturen f (die sogenannte Funkbeschickung) berichtigen. Der Verlauf der Korrekturkurve
f als Funktion des Rohpeilwinkels q ist bei gegebener Frequenz der elektromagnetischen
Wellen von der Schiffstype und von seinem jeweiligen Zustand, d. h. von seinem Tiefgang
und der Anordnung seiner auf die Peilantenne zurückwirkenden metallischen Massen
abhängig. Der Verlauf der f-Kurve muß bekannt sein und wird experimentell, am besten
durch Vergleich mit Resultaten der optischen Peilung, ermittelt. Die gefundenen
und zu berücksichtigenden Korrekturen f ,;-erden gewöhnlich in Tabellen zusammengestellt
oder als Kurven in Abhängigkeit von Werten des Rohpeilwinkels q eingetragen. Den
Verlauf der f-Kurve kann man durch eine Fouriersche Reihe darstellen: f-A+Bsinq+Ccosq+Dsinaq
+Ecossq+.... Hier ist A ein konstanter Fehler, der durch entsprechende Verdrehung
des Zeigers oder der Skala beseitigt werden kann.
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B sin q und C cos q sind die Fehler, die von auf dem Schiff befindlichen
linearen metallischen Gebilden herrühren. Sie lassen sich .durch zwei gegeneinander
um go° versetzte Sinusoiden mit der dem Winkel q entsprechenden Periodizität darstellen
(Fehler mit halbkreisigem Verlauf).
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Die Komponenten D sin 2 q und E cos 2 q drücken
den Einfluß durch schleifenartige Gebilde aus. Sie verlaufen nach doppelperiodigen
Sinusoiden (viertelkreisiger Fehlerverlauf).
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In der Regel sind am meisten die durch die Amplituden D und E bedingten
Fehler mit v iertelkreisigem Charakter ausgeprägt. Die weiteren Glieder der Fourierschen
Reihe mit größerer Periodizität spielen eine verhältnismäßig kleine Rolle.
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Um sich die Mühe und den Zeitverlust, die mit der Benutzung von Tabellen
oder
Kurven und mit dem Umrechnen verbunden sind, zu ersparen, hat
man bereits vorgeschlagen, die Einrichtung so zu treffen, daß z. B. bei fest angeordneter
Peilskala der bewegliche Peilzeiger nicht synchron mit dem Antrieb der Peilantenne
verstellt wird, sondern mit diesem unter Benutzung einer entsprechend gestalteten
Kurvenführung durch eine veränderliche Übersetzung gekuppelt ist, derart, daß hierbei
der Zeiger an der Skala uninittelbar die korrigierten Peilwinkel p ablesen läßt.
Diese Einrichtung hat aber den Mangel, daß die für bestimmte Schiffsverhältnisse
geformte starre Kurvenführung bei der Änderung dieser Verhältnisse keine richtigeren
Korrekturen mehr liefert und durch eine andere, den geänderten Verhältnissen besser
entsprechende ersetzt werden muß. Außerdem ist die Ausbildung einer neuen, den geänderten
Verhältnissen angepaßte Kurvenführung recht zeitraubend.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Kurvenführung deformierbar,
etwa als einen flexiblen, durch mehrere Schraubenspindel in einzelnen Gebieten einstellbaren
Bügel auszuführen. Die Einstellung der Führungsform ist aber mühsam, da es schwer
fällt, den Bügel in die gewünschte Form einzuzwängen, insbesondere da es fast unmöglich
ist, bei der Einstellung der Form eines bestimmten Teiles der Führung die unerwünschte
Deformation der anderen Teile zu vermeiden.
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Es ist von einer anderen Seite (siehe Annalen der Hydrographie und
Maritimen Meteorologie 192,4, Heft IX, Seite aro ff., Aufsatz von Prof. H. Maurer,
Kompensation der Funkbeschickungen, am Bord-Funkpeiler) bereits gezeigt worden,
daß man eine leicht nachstellbare Vorrichtung zur mechanischen Kompensierung von
Rohpeilfehlern ausbilden kann, wenn man auf die Korrektur von Fehlern mit halbkreisigem
Charakter verzichtet. Diese Einrichtung besteht im wesentlichen darin, daß durch
eine Exzenterkurbel, die bei der Drehung der Peilantenne mit doppelter Geschwindigkeit
gedreht wird, ein Peilzeiger zur Ablesung der wahren Peilwinkel gegenüber der Markierung,
welche die Rohpeilwinkel angibt, um die den Fehlern mit viertelkreisigem Charakter
entsprechenden Korrekturwinkel verstellt wird. Die Lage der Exzenterkurbel auf ihrem
Rad kann sowohl in einer Richtung entsprechend der Amplitude D der oben angegebenen
Fourierschen Reihe wie auch in der dazu senkrechten Richtung entsprechend der Amplitude
E gegenüber dem Mittelpunkt dieses Rades verstellt und fixiert werden. Diese Anordnung
hat den wichtigen Nachteil, daß sie die Fehler mit dem halbkreisigen Verlauf nicht
erfaßt. Diese Fehler dürfen aber in den meisten Fällen nicht vernachlässigt werden.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand eine Vorrichtung zur
mechanischen Kompensierung von Rohpeilfehlern sowohl finit halbkreisigem wie auch
mit viertelkreisigem Verlauf. Hierbei wird ebenso wie bei der erwähnten Einrichtung
von Prof. M a u r e r von der Exzentersteuerung Gebrauch gemacht mit Verstellung
des Exzenters in zwei zueinander senkrechten Richtungen entsprechend den Amplituden
der verschiedenen Zerlegungskomponenten der erwähnten Fourierschen Reihe. Die Anordnung
wird so getroffen, daß außer dem Exzenterantrieb, dessen Exzenterkurbel sich doppelt
so schnell wie die Peilantenne dreht, noch ein Exzenterantrieb vorgesehen ist, dessen
Exzenterkurbel sich synchron mit der Peilantenne dreht, wobei die eine dieser Kurbeln
eine um die Achse der Peilskala drehbare Kulisse steuert, auf der der andere Exzenterantrieb
drehbar gelagert ist, dessen Exzenterkurbel die Lage des Zeigers zur Ablesung von
wahren Peilwinkeln steuert. Das erste, die drehbare Kulisse antreibende Exzentergetriebe
kann z. B. zu Korrekturen von Fehlern mit halbkreisigem Verlauf und das zweite,
auf der Drehkulisse gelagerte und den Anzeiger steuernde Getriebe zur Erzeugung
von Korrekturen mit viertelkreisigem Verlauf dienen. Das erste Exzenter wird dann
entsprechend den Amplituden B und C und das zweite Exzenter entsprechend den Amplituden
D und E eingestellt.
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Man kann auf diese Weise auch weitere Zerlegungsglieder der Fourierschen
Reihe berücksichtigen, wenn man weitere entsprechende Exzenterantriebe vorsieht,
z. B. für die Glieder F sin 3 q -[- G cos 3 q ein Exzentergetriebe mit dreifacher
Umlaufsgeschwindigkeit, das auf einer weiteren sich um die Achse der Peilskala verstellbaren
Kulisse gelagert ist und mit ihrer Kurbel den Peilzeiger antreibt, während seine
Kulisse von der Exzenterkurbel des vorangehenden Getriebes gesteuert wird. Die Ordnung,
in welcher verschiedene Exzentergetriebe aufeinanderfolgen, kann beliebig gewählt
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung ist in
der Zeichnung dargestellt, und zwar für den für praktische Bedürfnisse hauptsächlich
in Betracht kommenden Fall der simultanen Korrektur von Fehlern mit halbkreisigem
und viertelkreisigem Verlauf.
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Die Abb. z zeigt einen vertikalen Schnitt einer Einrichtung nach der
Erfindung, Abb. 2 ihre Draufsicht, Abb.3 dieselbe Draufsicht mit abgenommenem Peilzeiger,
Abb. q. eine die beiden Exzenterantriebe koppelnde und
um die Achse
der Peilskala drehbare Kulisse und die Abb. j die Seitenansicht des Peilzeigers.
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An einem festen Gestell a ist einerseits, z. B. mittels mehrerer vertikaler
Bolzen b, die Peilskala c und anderseits mittels einer etwa durch die Schraube r1
festgehaltenen hohlen Welle e ein unbewegliches Zahnrad f befestigt. Mit dem festen
Zahnrad f kämmen die Zahnräder g, und g. von zwei verschiedenen Exzentergetrieben
h, bzw. h,. Das Zahnrad g, ist mit seiner Achse i.1 in einem um die Achse I-I der
Peilskala drehbaren und die Bewegungen der Peilantenne wiedergebenden Glied j gelagert.
Von diesem Glied ist in der Abb. r nur ein Teil dargestellt. Die Kupplung mit dein
Peilrad ist nicht gezeigt. Sie kann in jeder beliebigen Weise, z. B. auch mittels
eines Seilantriebes, erfolgen. Dieses Glied kann zweckmäßigerweise als ein oben
offener Topf ausgebildet werden, der das ganze Zahnradgetriebe umschließt.
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Der Radius des Zahnrades g, ist gleich dem des festen Rades
f, so daß, wenn das Glied j
zusammen mit der Peilantenne eine Umdrehung
macht, das Planetenrad g, sich auf dem Rad f einmal abrollt, also sich relativ zu
dein auf das Glied j bezogenen Raum einmal umdreht. An dem Rad g, ist oben eine
Exzenterkurbel k, einstellbar befestigt. Die Exzenterkurbel k, ist in der einen
Richtung längs des Schlitzes im Schlitten 1, und in der anderen Richtung zusammen
mit dem Schlitten längs der Führungen na" m, verstellbar. Die Fixierung geschieht
z. B. durch eine Klemmschraube n,. Die Verstellung der Exzenterkurbel lz, im Schlitz
des Schlittens 1, erfolgt an Hand der am Schlitzrand angebrachten Skala entsprechend
dem experimentell gefundenen Wert der Amplitude B des Korrekturgliedes
B sin q. In ähnlicher Weise erfolgt die Einstellung des Schlittens
in der Führung in, m, an Hand der zweiten Skala für die Amplitude C.
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Die Exzenterkurbel k, steuert mittels einer Lenkstange p, eine um
die Hohlachse e drehbare Kulisse q. Diese Kulisse kann jede beliebige mit der Konstruktion
verträgliche Form haben. Im gegebenen Fall ist sie, wie in der Abb. q. dargestellt,
mit drei Armen q,, q2, q3 ausgebildet. Der Arm q, trägt die Kurbel k3, woran
die Lenkstange p, angreift. Auf dem Arm q. ist das zweite Exzentergetriebe
lt. gelagert, dessen unten das Zahnrad g., tragende Achse r durch die Öffnung
o der Kulisse q hindurchgeht.
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Der Radius des Zahnrades g, ist halb so groß wie der Radius des festen
Rades f, so daß bei der einmaligen Umdrehung der Peilantenne und des Körpers
j das Rad g, sich auf f zweimal abrollt, also relativ zum Bezugrauen des
Körpers j zwei Umdrehungen macht. Das Exzenter k2 liefert somit die Korrekturen
für die Fehler mit viertel_-kreisigem Verlauf. Es ist ähnlich wie die Exzenterkurbel
k, verstellbar, und zwar in einer Richtung im Schlitz des Schlittens 1, längs der
Skala für Amplituden D des Zerlegungsgliedes D sin a q und in anderer dazu senkrechter
Richtung mit dem Schlitten in Führungen m;;, m2 längs der Skala für die Amplitude
E des Zerlegungsgliedes E cos a q.
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Die Exzenterkurbel k2 steuert mittels eines geeigneten Lenkstangengetriebes
den Peilzeigerträger zc, u,. Man könnte die Lenkstangengetriebe und den Peilzeigerträger
aa, 1t, mit einem entsprechenden Kurbelarm so ausbilden, daß die Lenkstange P.,
unmittelbar diesen Kurbelarm angreift. Besser ist es jedoch zur genaueren Näherung
an das gewünschte Korrekturgesetz, diese Steuerung, wie in der Abb. 2 und 3 gezeigt,
als Balanciergetriebe zu gestalten. Hier greift die Lenkstange p., an eine Kurbel
k,, des doppelarmigen Balancierhebels s, der mit seiner Achse t im Arm q3 der Kulisse
q drehbar gelagert ist und dessen Kurbel k" mittels Lenkstange p.. mit der Kurbel
k,, des Peilzeigerträgers ic gekuppelt ist.
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Es empfiehlt sich, den Balancier s aus zwei durch den Zapfen t, gelenkig
verbundenen Teilen s, und s. zu bilden, die mittels einer Klemmschraube t., gegeneinander
feststellbar sind. Die gegenseitige Einstellung dieser beiden Teile mittels Klemmschraube
dient dazu, um die bei der Verstellung der Exzenterkurbel k, und k. in ihren Schlitten
entstehenden Ungenauigkeiten auszugleichen.
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Zur Berücksichtigung des konstanten Fehlers A ist der Peilzeigerträger
aus zwei gegeneinander feststellbaren Teilen 2a, u, gemacht. Zur Eliminierung dieses
Fehlers wird der Teil zs, gegenüber dem Teil u um die Vertikalachse I-I der Peilskala
(s. Abb. z) so lange verdreht, bis der Markierungsstrich y des Teiles u (s. Abb.
2) an der anliegenden Skala des Teiles -tc, den dem Fehler A entsprechenden
Betrag abschneidet, und dann werden diese beiden Teile gegeneinander mittels Klemmschraube
v festgestellt.
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Der Zeigerstrich x dient zur Ablesung der wahren Peilwinkel p an der
festen Peilskala c, Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:
Befinden sich die beiden Exzenter k, und k= in ihrer zentralen Lage auf der
Achse der sie tragenden Planetenräder, so wirkt das ganze Übertragungsgetriebe zwischen
dem Körper j und dem Zeigerträger u, als eine starre Kupplung, so daß der Zeiger
x die Bewegungen des Körpers j und der Peilantenne genau wiedergibt. Wird nun die
Exzenterkurbel k, aus
ihrer Mittellage entsprechend den Amplituden
von B und C verstellt, so wird die Kulisse k bei der Drehung des Körpers j zwar
mitgenommen, aber nicht synchron mit diesem, sondern mit Abweichungen, welche mit
einer praktisch ausreichenden Genauigkeit die Fehler init-halbkreisigem Charakter
B sin q -j- C cos q
ausgleichen. Diese Bewegung von q wird auf
den Peilzeigerträger identisch-übertragen, da bei der zentralen Lage des Exzenters
k2 der Teil des Getriebes zwischen q und u wie eine starre Kupplung wirkt.
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Wird nun auch das Exzenter k. aus seiner zentralen Lage entsprechend
den Amplituden D und E der Fehlerglieder D sin 2 q und E cos
2 q verstellt, so bewegt sich it nicht mehr synchron mit der Kulisse q, sondern
weicht von dieser um die Winkel ab, welche mit praktisch ausreichender Genauigkeit
den Korrekturen von Fehlern mit viertelkreisigem Verlauf entsprechen. Somit summieren
sich die beiden durch die Exzenter k, und L bewirkten Korrekturen, so daß -jetzt
der Zeiger x (bei passender Feststellung der beiden Teile ic, und it entsprechend
der Korrektur des konstanten Fehlers A) mit ausreichender Genauigkeit an der Peilskala
c die wahren Peilwinkel angibt.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung kann leicht bei den Änderungen
des Schiffszustandes den neuen Verhältnissen angepaßt werden. Es genügt dann, experimentell,
am besten durch Vergleich mit der optischen Peilung, z. B. für 8 sich um 45° unterscheidende
Werte des Winkels q, also für o°, 45°, 9o° usw., die entsprechenden Fehlerwerte
f zu ermitteln, um dann mit ausreichender Genauigkeit an Hand der bekannten Formeln
die Werte von A, B, C, D und E zu berechnen. Daraufhin wird zunächst der
Strich v an seiner Skala entsprechend dem ermittelten Fehler A eingestellt und durch
die Klemmschraube v fixiert. Dann wird der Körper j
in die dem Nullwert
des Winkels q entsprechende Lage gebracht, so daß also die am Rand j, befindliche
Gegenmarke (in der Zeichnung nicht dargestellt) sich gegenüber 18o° Teilung der
Peilskala. befindet. Die Exzenter k, und k2 -werden dann auf die den neuen Werten
von D und B entsprechenden Teilungen der D-Skala bzw. B-Skala eingestellt
und ihre Schlitten hierbei auf die Nullteilungen der entsprechenden E-Skala und
C-Skala gestellt. Da hierbei der Zeiger x sich gegenüber der Nullteilung der Skala
befinden soll, so muß bei etwaigen Abweichungen von dieser Lage die Feststellschraube
t,, gelöst und die gegenseitige Lage der beiden Gelenke s, und s, so lange geändert
werden, bis der Zeiger x in die Nullage zurückgeführt wird. Dann wird die Feststellschraube
t, wieder angezogen. - Darauf kann die Verstellung der Exzenterschlitten längs ihrer
Führungen entsprechend den neu gefundenen Werten von C und E erfolgen.
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Natürlich sind durch die oben beispielsweise beschriebene Einrichtung
die verschiedenen im Rahmen der Erfindung enthaltenen Ausführungsmöglichkeiten nicht
erschöpft.
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So können die Antriebe, die jedes Exzenter mit dem von ihm gesteuerten
Organ verbinden, in mannigfaltiger Weise abgeändert werden.
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Ferner kann man die Rolle des Peilzeigers und der Peilskala vertauschen,
indem der Peilzeiger im Schiff fest und die Peilskala mit der Peilantenne beweglich
angeordnet ist.
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Ferner ist bei jeder von diesen Varianten auch eine andere kinematische
Umkehrung möglich. Man könnte z. B. die oben beschriebene Variante mit von der Peilantenne
angetriebenem Peilzeiger x und fester Peilskala c dahin abändern, daß die mechanische
Ablesungskorrektur nicht durch entsprechende Vor- und Nacheilung des Zeigers x gegenüber
dem Körper j, sondern bei starr mit j verbundenem (also synchron mit
der Peilantenne bewegtem) Zeiger x durch entsprechende Verstellungen der Skala c
gegenüber ihrer Nulllage bewirkt' wird. In diesem Fall müßte das zentrale Zahnrad
f synchron mit der Peilantenne drehbar angeordnet, das Zahnrad des ersten Exzenterantriebes,
z. B. g" in einem festen Lager drehbar gelagert sein und 2s, u, nicht den Zeiger
x, sondern die Skala c tragen.