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.Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Kursrichtung auf Fahrzeugen,
insbesondere Flugzeugen Die auf Fahrzeugen verwendbaren Kompasse lassen sich unterscheiden
in solche mit schwingungsfreiem System und solche mit schwingendem System. Zu den
letzteren gehören insbesondere die viel verwendeten Magnetkompasse. Ihre Angäben
sind in starkem Maße abhängig von den bei Fahrt unvermeidlichen Beschleunigungen
und außerdem von sogenannten Hängefehlern, d. h. von Abweichungen der Orientierung
des Kompasses von der horizontalen Ebene. Außerdem ist unter Umständen bei starken
Schwingungen des Systems die Ablesung sehr erschwert oder sogar unmöglich. Um diese
Schwierigkeiten der Kompasse mit schwingendem System zu beseitigen, ist es bekannt,
den Kompaß auf einer stabilisierten Plattform aufzustellen. Der Aufwand ist jedoch
hier verhältnismäßig groß.
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Gegenüber den Kompassen mit schwingendem System haben die Kompasse
mit schwingungsfreiem System, wozu vor allem der Erdinduktorkompaß, und der Elektronenkompaß
gehören, den großen Vorteil, ,daß sie von Beschleunigungen unabhängig sind. Jedoch
sind die Angaben dieser Kompasse noch abhängig von den Hängefehlern, d. h. die Angaben
sind fehlerhaft, wenn die Lage des Kompasses von der Horizontalorientierung abweicht.
Man hat daher bisher diese Kompasse kardanisch aufgehängt und mit Hilfe von Kreiseln
o. dgl. stabilisiert.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine I@ompaßanordnung zu schaffen, bei
der mit möglichst geringem Aufwand die vorgenannten Fehler hinsichtlich der Genauigkeit
der Angaben beseitigt sind. Das ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unter
Verwendung eines Kompasses mit schwingungsfreiem System dieser urstabilisiert aufgehängt
und die Kursrichtung aus den Angaben bestimmt wird, die der Kompaß beim Hindurchgehen
durch die mit Hilfe eines künstlichen Horizontes, z. B. eines Kreiselhorizontes,
ermittelte Horizontalorientierung liefert.
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Es wird also unter Verzicht auf eine stabilisierte Plattform, kardanische
Aufhängung u. dgl., der Kompaß fest an dem Fahrzeug angebracht. Infolgedessen macht
der Kompaß die Schwingungen des Fahrzeuges mit; das führt jedoch zu keiner Erschwerung
der Ablesung bzw. Erzielung von genauen Meßwerten, da es sich voraussetzungsgemäß
um einen Kompaß mit schwingungsfreiem System handelt. Mit Hilfe eines in der Regel
ohnehin vorhandenen oder eigens für diese Zwecke bestimmten künstlichen Horizontes,
z. B. eines Kreiselhorizontes, wird jeweils der Zeitpunkt bestimmt, in dem der Kompaß
sich in der Horizontalorientierung befindet.
Während dieser Zeitspanne
bzw. zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Ablesung. Vorzugsweise wird der Horizont mit
einer Schaltvorrichtung ausgerüstet, mittels der unmittelbar oder über ein Relais
o. dgl. während der Horizontalorientierung des Kompasses die Anzeige freigegeben
wird. Das kann z. B. dadurch erfolgen, daß ein Schauzeichen eingeschaltet und dadurch
dem Piloten oder Beobachter kenntlich gemacht wird, daß während der Einschaltung
des Schauzeichens die Angaben des Kompasses richtig sind oder daß eine Blende gesteuert
wird, die die Ablesun9 der "",",Kompaßanzeige nur im Horizont gestattet. Statt dessen
kann mit Hilfe der von dem Horizont gesteuerten Schaltvorrichtung auch ein Übertragungsstromkreis
geschaltet werden, über den die Angaben des Kompasses auf ein Anzeigegerät übertragen
werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel.
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i ist ein Kompaß, und zwar im Falle des Ausführungsbeispieles ein
Erdinduktorkompaß. Mit ia sind die üblichen Feldsammler und mit ib der -in dem Luftspalt
zwischen den beiden Feldsammlern ia drehbewegliche Anker bezeichnet. Zum Antrieb
dient beispielsweise ein Elektromotor 2. Der gesamte Kompaß ist bei 3 an denn Fahrzeug
gelagert und kann über einen Schneckentrieb ic um seine Hauptachse relativ zum Fahrzeug
entsprechend der gewünschten, vom Fahrzeug innezuhaltenden Kursrichtung eingestellt
werden. An die Klemmen des Kompasses ist ein Anzeigegerät q. angeschlossen. In dem
Speisestromkreis dieses Gerätes liegt ein Schalter 5, dessen Teile 5a fahrzeugfest
sind und dessen Teil 5b von einem bei 6 schematisch angedeuteten künstlichen
Horizont getragen wird.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Solange der Schalter 5 geöffnet ist,
ist das Gerät stromlos, es erfolgt keine Stromübertragung vom Erdinduktorkompaß
i auf das Anzeigegerät q.. Sobald jedoch der Erdinduktorkompaß i und damit die über
das Fahrzeug mit ihm starr verbundenen Schalterteile 5a die Horizontalorientierung
einnehmen, ist der Schalter 5 geschlossen, das Gerät ¢ zeigt an, und zwar die richtigen
Werte. Führt das Fahrzeug Schwingungen aus, was während der Fahrt unvermeidlich
ist,, so gelangt entsprechend der Periode dieser Schwingungen der Erdinduktorkompaß
periodisch in die Horizontalorientierung. Während dieser Zeitpunkte erfolgt jeweils
eine Übertragung auf das Anzeigegerät q..
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Um zu erreichen, daß der Kompaß in verschiedenen Lagen des Fahrzeuges
auch jeweils wieder die Horizontalorientierung erreicht, wird es sich empfehlen,
die Längsneigung des Kompasses einstellbar zu mache. Dadurch ist es möglich, für
den Fall, daß das Fahrzeug entsprechend den verschiedenen Bewegungs-, Lagen- und
Belastungszuständen seine Längsneigung ändert, den Kompaß auf diese Mittellage durch
entsprechende Einstellang bzw. Ferneinstellung seiner Halterung am Fahrzeug einzustellen.
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Mit Rücksicht darauf, daß im allgemeinen die Einschaltzeit des Gerätes
q. verhältnismäßig kurz zu den Pausen sein wird, empfiehlt es sich, für das Gerät
q. eine den Mittelwert bildende. Vorrichtung zu benutzen, d. h. eine Einrichtung,
wie sie beispielsweise auch bei der Impulsfernmessung verwendet wird und die aus
den einzelnen Impulsen bzw. aus den durch diese übermittelten Werten periodisch
oder mit einer entsprechenden Zeitkonstante stetig den Mittelwert bildet. Statt
dessen kann man aber auch für das Gerät q. ein übliches Voltmeter benutzen. In diesem
Falle ist es jedoch angebracht, dem Zeiger einen Fallbügel oder eine sonstige Arretierung
zuzuordnen, die ihn nur während der Schließungszeit des Schalters 5 freigibt und
während der Übertragungspausen in der letzten Anzeigestellung festhält. Die Einschaltung
dieser Arretierung kann mit Hilfe eines Schalters durchgeführt werden, der dem Schalter
5 entspricht und dessen einer Teil ebenfalls von dem Meßsystem des künstlichen Horizontes
getragen wird.
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Was die Ausbildung dieses und des Schalters 5 anbelangt, so wird es
sich im allgemeinen nicht empfehlen, mechanische Schalter zu benutzen, man kann
vielmehr, um die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Horizontes 6 nicht zu beeinträchtigen,
von phDtoelektrischen oder bolometrischen Schaltvorrichtungen Gebrauch machen. In
diesem Falle erhält der künstliche Horizont lediglich eine in einem Licht-, Wärme-
oder Luftstrahl spielende Fahne, die dann hinsichtlich ihrer Wirkung mit Bezug auf
das Gerät q. dem Teil 5b des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
entspricht.
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Wie schon oben angedeutet, kann das Anzeigegerät q. unmittelbar, d.
h. unter Umgehung des Schalters 5, an den Erdinduktorkompaß angeschlossen werden,
während mit Hilfe des Schalters.5 dann unmittelbar oder über ein Relais der Stromkreis
eines Schauzeichens, welches den zur Ablesung geeigneten Zeitpunkt angibt, geschäftet
wird. An, Stelle des Schauzeichens der letzterwähnten Einrichtung kann auch eine
Blende treten, mittels der das Ablesefeld des Anzeigegerätes ¢ während der Pausen
abgedeckt wird.
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Die Periode, mit der die - Anzeige freigegeben wird, ist in den vorbeschriebenen
Fällen
abhängig von der Periode der Fahrzeugschwankungen. Will man sich hiervon frei mache,
um z. B. eine Ablesung in größeren oder kürzeren Zeitabständen zu ermöglichen, so
kann man das dadurch erreichen, daß man den Erdinduktorkompaß i, den Kreiselhorizont
6 und den . Schalter 5 an einem schwingend aufgehängten Teil anordnet und diesen
entsprechend der gewünschten Periode der Ablesung mittels eines Antriebes zwangsläufig
in Schwingungen versetzt. Als Schwingungsebene wird hierbei vorteilhaft die Vertikalebene
in Richtung der magnetischen Feldlinien, d, i. die Nullebene des Kompasses, gewählt.
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Es versteht sich, daß der Erfindungsgegenstand sowohl Anwendung finden
kann bei der Steuerung des Fahrzeuges von Hand wie auch bei der Steuerung des Fahrzeuges
mit Hilfe einer Selbststeuereinrichtung. Im letzteren Falle bildet die neue Vorrichtung
dann das Kurssteuergerät der Selbststeuereinrichtung.
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Eine für die letzteren Zwecke noch besser geeignete Ausführung ist
in Fig. z dargestellt. Die Ausbildung des Erdinduktorkompasses i, sein Antrieb z
und seine Halterung 3 unterscheiden sich nicht von der Ausführung nach Fig. i. Abweichend
ist jedoch die Ausbildung des Anzeigegerätes. Dieses ist hier ein Drehspulmeßgerät
io, dessen Drehspule ioa über den Arbeitskontakt ila eines Relais i i und über einen
Verstärker t z an die Klemmen des Erdinduktorkompasses angeschlossen ist. Die Achse
der Drehspule i oa trägt an dem einen Ende einen über einer Skala Job spielenden
Zeiger i oa. Des weiteren trägt die Achse der Drehspule eine Elektrode Jod, die
in einem mit einem Elektrolyten gefüllten Gehäuse 13 zwischen nvei gehäusefesten
Gegenelektroden i3a und 13b drehbar ist. Das Gehäuse 13 kann mit Hilfe einer Handkurbel
14 unter Beobachtung einer Skala 15 entsprechend dem gewünschten Kurs eingestellt
werden. Mit Hilfe der Elektroden t od, 13a und 13b läßt sich in der üblichen Weise
das Anzeigegerät auf die Kurssteuereinrichtung der Selbststeuereinrichtung schalten.
AA die nähere Ausbildung dieser Schaltung braucht hier nicht eingegangen
zu werden, da sie in gleicher Weise wie bei Verwendung der üblichen Elektrolytkompasse
ausgeführt werden kann.
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Das Gegendrehmoment des Anzeigegerätes wird durch eine Richtkraftfeder
ioe @erz:eugt. Neben oder an Stelle der üblichen Dämpfung ist eine mit Hilfe des
Relais i i ein- und ausschaltbare besondere Dämpfung vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel
besteht sie in einer Wirbelstrombremse, deren Wirbelstromscheibe ioj mit der Achse
des Meßgerätes verbunden ist und deren ErregiTng i og über einen Ruhekontakt i ir
des Relais i i an eine Gleichstromquelle konstanter Spannung angeschlossen ist.
Die Erregerwicklung des Relais i i ist über einen Verstärker 1,4 und die von dem
künstlichen Horizont 5 gesteuerten Kontakte 5a an eine Spannungsquelle 16 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Jedesmal, wenn der den Erdinduktorkompaß
und den künstlichen Horizont tragende Träger durch die Horizontallage hindurchgeht,
schließt der künstliche Horizont bei 5a den Erregerkreis des Relais i i. Daraufhin
wird von diesem bei i ir die Dämpfung abgeschaltet und der über die Drehspule des
Anzeigegerätes verlaufende Stromkreis eingeschaltet. Entsprechend der während dieser
Zeit an den Klemmen des Erdinduktorkompasses herrschenden Spannung stellt sich das
Anzeigegerät io ein. Der Meßkreiswird wieder unterbrochen, sobald der Erdinduktorkompaß
bzw. der ihn tragende Träger die Horizontallage verläßt. Gleichzeitig wird aber
auch die Dämpfung ioe, ioteingeschaltet. Infolgedessen verläßt während der folgenden
Meßpause das drehbewegliche System des Anzeigegerätes nur um einen geringen Betrag
die zuvor eingenommene Anzeigestellung. Bei dem nächsten Durchgang des Erdinduktorkompasses
durch die Horizontallage wiederholt sich der Vorgang entsprechend. Infolgedessen
wird das Meßgerät io dauernd anzeigen, und zwar auch während der Meßpausen nahezu
den richtigeli Wert. Demgemäß vermag das Meßgerät i o auch als Steuergerät für die
Kurssteuerung der Selbststeuereinrichtung zu dienen, wozu in der oben angegebenen
Weise die Elektroden Jod, 13-7 und 13b benutzt werden.
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Man kann gegebenenfalls die genannten Elektroden ganz fortfallen lassen
und dennoch das Gerät zur Steuerung einer Selbststeuereinrichtung benutzen, indem
die Drehspule ioa mit ihrer Achse an die Stelle des Ankers des bei derartigen Schaltungen
verwendeten Drehmagneten tritt, über den in üblicher Weise das Steuerventil bzw.
die Vorsteuernad:el des Steuerventils einer Rudermaschine betätigt wird.
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Wie oben angegeben, weicht die Anzeige des Gerätes nur wenig im Mittel
von dem wahren Wert ab. Das läßt sich auch aus dem Schaubild der Fig.3 entnehmen,
in dem I( beispielsweise den Verlauf der Kursabweichungen des zu steuernden Fahrzeuges
in Abhängigkeit'von der Zeit veranschaulicht. Die treppenförmige Kurve stellt die
Anzeige des Meßgerätes dar, wobei das Meßgerät jeweils während der durch Schraffur
hervorgehobenen Zeitspannen auf den Erdinduktorkompaß
geschaltet
ist. Aus der treppenförmigen Kurve der Augenblickswerte ergibt sich die Mittelwertkurve
I<'. .Man sieht, daß sie mit einer nur geringen Phasenverschiebung der Kurve
1( folgt.