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Verfahren zur Bestimmung der Richtung magnetischer oder elektromagnetischer
Felder, insbesondere für biduktorkompasse, Peiler mit rotierenden Rahmen u. dgl.,,
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Richtung magnetischer oder
elelbromagnetischer Felder. Sie eignet sich namentlich für Erdinduktorkompasse,
Radiopeiler u. dgl.
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Es sind bereits Erdinduktorkompasse und Radiopeiler bekannt, bei
denen eine Spule in dem zu messenden Feld durch einen von einer Wechselstromquelle
fester Frequenz angetriebenen Motor in Drehung versetzt wird und bei denen auf die
Weise eine Richtungsanzeige erhalten wird, daß die Phasenlage des in die rotierende
Spule induzierten Wechselstromes, gegebenenfalls nach Gleichrichtung der überlagerten
Hochfrequenz, gegenüber der Wechselspannung fester Frequenz in einemPh'asenmeßgerät
verglichen wird. Die Anzeigegenauigkeit dieser Instrumente ist jedochjgering, da
die aufeinander einwirkenden sinusförmigen Wechselspannungen nur geringe Richtkraft
in der Anzeigerichtung ergeben.
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Andere bekannte Verfahren, welche mit Oszillographen oder nach rein
strnb.oskopischem Prinzip arbeiten, verlangen komplizierte und teure Indikatoren.
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Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung
elektrisgher oder elektromagnetischer Felder vermieden, bei dem ein Wechselstrom
fester Frequenz über einen Motor eine Spule in Rotation versetzt und die Phasenlage
des von dem zu messenden Feld in die Spule induzierten Stromes in bezug auf die
Phasenlage dieses ersten Wechselstromes mit Hilfe eines Elektromagneten bestimmt
wird, in dessen Feld ein richtungsabhängiger Einstellzeiger drehbar angeordnet ist
und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der in die rotierende Spule induzierte
Wechselstrom in kurzzeitige Impulse gleicher Periode umgeformt wird und daß diese
Impulse den Elektromagneten -erregen, der ebenfalls durch einen von der Wechselspannung
fester Frequenz angetriebenen Motor in Drehung versetzt ist.
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Das erfindudgsgemäße Verfahren besitzt weiter den großen Vorteil,
daß das Einstellorgan keine Wicklung trägt und daher nur sehr geringe Maße besitzt
und sehr empfindlich ist.
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Eine ähnliche Anzeigeeinrichtung ist bereits für ein Abstandsmeßverfahren
nach dem akustischen Echolot bekannt. Die reflektierten Impulse werden bei dieser
bekannten Einrichtung einer im A;sgangskreis des Empfängers
liegenden,
mit der Impulsfrequenzrotierenden Spulenanordnung- zugeführt. Eine Magnetnadel stellt
sich dann auf das von den reflektierten Impulsen in der Spule erzeugt Magnetfeld
ein.
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Zur Ausführung der Erfindung wird das Anzeigegerät mit einer Röhrenanordnung
verbunden, in welcher der in seiner Phase mit dem Bezugswechselstrom zu vergleichende
Wechselstrom in an sich bekannter Weise in Impulse umgeformt wird.
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Abb. I ist die Vorderansicht eines Phasenanzeigers mit Zeiger und
Skala.
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Abb. 2 zeigt teils im Querschnitt und teils schematisch eine Ausführungsform
des Phasenanzeigers in Verbindung mit einem Erdinduktorkompaß.
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Abb. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung.
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In Abb. I ist I eine Skala, die erforderlichenfalls mit Kompaßeinteilung
versehen, aber auch in Graden geeicht sein kann. Der Zeiger 2 nimmt eine Stellung
an, die durch die Wirkung bestimmter magnetischer Elementebestimmt wird, die unterhalb
der Skala liegen, etwa wie in Abb. 2 dargestellt. per Zeiger kann aus irgendeinem
geeigneten Stoff bestehen und braucht nicht magnetisiert- oder magnetisch zu sein,
wenn mit ihm Magnete 7 verbunden sind, wie in Abb. 2 dargestellt. In anderen Fällen
kann er magnetisch gemacht werden, etwa bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3. Dieses
Aggregat von Zeiger und Skala gemäß Abb. I kann bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen
verwendet werden.
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Bei dem Anzeiger gemäß Abb. 2 liegt konaxial zu der Achse 5 der Kompaßnadel
unterhalb der Skala I ein Magnet mit Kern 3 und Wicklung 4 Dieser Magnet ist auf
einem Bügel 5A montiert, der an der Unterseite der Skala I befestigt ist. Die Achse.5
ist unten in dem Bügel 5A gelagert, oder sie kann auch in dem Kern 3 gelagert sein.
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Auf der Achse 5 sitzt außer der Nadel 2 noch ein nichtmagnetischer
Träger 6 für zwei kleine, dauernd magnetisierte Stäbe 7, deren Enden nach der Drehachse
zu von gleicher Polarität sind. Zwischen diesen Magneten und der Nadel 2 besteht
ein festes Winkelverhältnis Die Achse 5 kann sich frei in ihren Lagern drehen, und
man benötigt deshalb nur eine geeignete Richtsteuerung der Magnete 7, um irgendeine
gewünschte Phasenanzeige zu erzeugen. Solch. eine Steuerung erhält man etwa dann,
wenn ein Impuls von scharfem Scheitel dem stillstehenden Magneten 3, 4 aufgedrückt
wird, während- sein Anker 8 dauernd rotiert. Zu diesem Zwecke wird vorzugsweise
auf der Ankerwelle ein Synchronmotor 9 angebracht. Der Anker soll vorzugsweise von
solchem Stoff sein, daß er entsprechend der magnetisierenden Kraft der Spule 4 schnell.
magnetisiert und entmagnetisiert werden kann.
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Angenommen, es soll die Richtung bestimmt werden, in die das diesen
Anzeiger tXgende Schiff hinweist, so kann man wäh--r'end jeder Periode der verwendeten
Wechselströme die Magnetspule 4 und damit den Anker 8 in einem bestimmten Augenblick
erregen, wenn die Lage des Ankers mit der anzuzeigenden Richtung zusammenfällt.
In diesem Augenblick werden die Magnete in Parallellage mit dem geraden magnetischen
Weg an den beiden gleichen Polen des Ankers 8 gezogen. Während des Restes seiner
Umdrehung wird der Anker aberregt, da der Strom durch den Magneten 4 nur momentan
ist. Die Nadelmagneten 7 werden deshalb die Tendenz haben, in der Stellung zu bleiben,
in der sie angezogen waren.
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Zur Vervollständigung der bisherigen Beschreibung des Phasenanzeigers
ist seine Verwendbarkeit in Verwindung mit einem Erdin-duktorkompaß dargestellt
worden. Es soll nun eine Beschreibung des den Impuls erzeugenden Netzwerkes folgen.
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Von. einem kleinen Synchronmotor I3, der von derselben Quelle betrieben
werden kann wie der SyncEronmotorg, wird eine Spule I2 in dem erdmagnetischen Feld
gedreht. Wenn das Schiff, auf dem sich der Kompaß befindet, seine Richtung ändert,
wird offenbar eine gleiche Änderung in dem Phasenverhältnis zwischen dem Strom der
60periodigen Quelle I4 und dem Wechselstrom auftreten, der durch den. Erdmagnetismus
in der Spule 12 induziert wird. Die Phasenänderung rührt von der Orientierung des
Feldes des- Synchronmotors I3 bezüglich der Kompaßpunkte her, wenn der Kurs des
Schiffes geändert wird.
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Der Erdmagnetismus induziert in der spule 12 einen kleinen Wechselstrom,
dessen Frequenz von derDrehgeschwindigkeit der Spule abhängt. Eine vollständige
Umdrehung der Spule erzeugt eine vollständige Periode des Wechselstromes. Dieser
Strom wird durch Schleifringe 17 und Bürsten 18 abgenommen und etwa an die Gitter
und IZathodenleitungen einer Verstärkerröhre 19 angelegt. Das Gitter 20 wird erforderlichenfalls
durch die Batterie 21 vorgespannt, während die Spannungen für Anode und Schirmgitter
von der Quelle- 22 geliefert werden. Der Verstärker arbeitet in der üblichen Weise
und kann mehrere Stufen enthalten. Die-Kopplung zwischein den einzelnen Stufen kann
durch.Transformatoren oder Widerstände erfolgen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
enthält drei Röhren Ig, 23 und- 37, von denen jede einem anderen Zwecke dient. Die
Rölire 23 läßt
normalerweise sehr wenig Strom durch, bei spielsweise
dadurch daß zwischen Kathode 24, und Erde ein hoher Widerstand 25 etwa von der Größenordnung
von einem Megohm zwischengeschaltet ist. Dieser Widerstand wird vorzugsweise durch
einen Kondensator 26 überbrückt, der das Flieén von Momentanströmen von- größerer
Amplitude gestattet.
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Der Gitterkreis- enthält einen Widerstand 27 und ist durch einen Kondensator
28 mif dem Ausgang der Röhre 19 gekoppelt.
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Die Röhre 19 liefert eine linea@4 Verstärkung eines sinusförmigen
Stromes. Wenn an der Anode 30 eine Maximalspannug besteht, wird ein positiver Weillenscheitel
über den Kondensator 28 dem Gitter 29 zugeführt, wodurch dessen Spannung, da es
normalenweise durch die Widerstände 25 und 27 stakr negativ vorgespannt ist, gerade
über den Verriegelungspunkt gebracht wird. Es wird deshalh ein Impul& von sehr
scharfem Scheitel durch die Röhre 23 hindurchgeschickt, der einen Anodenstrom von
geeigneter Amplitude entwickelt, unterstützt. durch die geringe Impedanz des Kondensators
26 um plötzlich die Anodenspannung zu erniedrigen und das Gitter 3-1 den Röhre 37
bis über seinen Verriegelungspunkt vorzuspannen.
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Dieses Gitter 31 wird normalerweise so vorgespannt,. daß in. der
Röhre-378 ein- Strom von geeigneter Amplitude fließt,. wodurch in. dem Kern des
Transformators. 32 ein mehr oder weniger gesättigter magnetischen Fluß entsteht.
Wenn die Röhre 37 plötzlich verriegelt wird, wenn ihr Gitter momentan negativ wird,
muß die um Transformator aufgesammelte Energie durch seine- Sekundärwicklung 33
aufgenommen werden. Auf diese Weise kann man eine geeignete Spannung entwickeln,
die der Magnetspule4 aufgedriickt wird.; Man erkennt, daß dieser Magnet und: sein:
Anker 8 für einen genügend kurzen Zeitraum erregt werden, um genau die Stellung.
des Zeigers 2 zu bestimmen.
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Falls aus irgendeinem Grunde der Zeiger in seiner Richtauzeige umgekehrt
werden würde, würde die umgekehrte Stellung wegen der gleichen Polarität der äußeren
Enden der beiden Magnete 7 aufrechterhalten bleiben.
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Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit ist ein Druckknopf 34 vorgesehn,
der am unteren Ende seiner Achse einen topfförmigen Kopf 35 trägt. Durch eine Feder
36 wird dieser Kopf außer Berührung mit der Zeigernabe 37 gehalten. Beim Herunterdrücken
des Knopfes 34 wird jedoch der Kopf 35 in Berührung mit der Nabe 37 gebracht, so
daß durch die dadurch entstehende Reibung der Zeiger in seine richtige Stellung
oder in die annähernd richtige Stellung gebracht werden kann, wodurch die magnetische
Anziehung infolge der Impulse in der Magnetspule 4 darauf die Steuerung übernehmen
kann.
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Wenn, zu Venn die Quel-le 14 mit 60 Periode a-rhia tet, werden offetisichtlich
die Beiden Synchronmotoren 9 und 13 ihre Achsen synchron drehen. Der Anker 8 wird
im Gleichlauf mit der Drehung der Spule 12 gehalten. Wenngleich dann der Anker so
schnell rotiert, daß seine Bewegungen nicht mit dem Auge verfolgt werden können;
bleibt den Zeiger 2 in der jeweiligen Lage, die ihm aufgezwunger ist entsprechend
dem Kurs des Schiffes auf dem das Fahrzeug sich befindet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3 besteht die Kompaßnadel 38 selbst
aus magnetischem Stoff und kann erforderlichenfalls dauernd magnetisiert sein. Der
Kennteill 39 ist so gestaltet, daß er Kraftlinien, erzeugt, durch die der Zeiger
38 veranlaßt wird, eine bestimmte Winkelstellung anzunehmen. Die beiden Magnetspulen
40 sind entweder in Reihe oder parallel mit einer Quelle scharfscheiteliger Impulse,
etwa eimer Quelle gemäß Abb 2, verbinden. Das Aggregat 39, 40 wird kontinuierlich
durch den Synchronmotor 41 gedret. Die Impulse zur Erregung der Spulen 40 werden
durch einen Kreis gesendet, der folgende Teile enthalt: Bürste 42, Kollektorring
43, der von der Motorwelle 44 isoliert isst, Spulen und zurück durch eine Erdverbindung
45 zu der Motorwelle 44 46 ist eine Klemme zur Vervollständigung der Erdverbindung.
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Diese Ausführungsform enthält keine zusätzliche Skala, vielmehr ist
die Unterseite des Glasdeckels 47 mit der erforderlichen Graduierting versehen.
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Die Zeigernadel 38 kann erforderlichenfalls auf einer Muffa 48 sitzen,
die ven einer kleinen Spindel 49 getragen wird, von ihren Lagern 5;4 befindet sieh-
das eine am Ende: der Motorwelle 44 und das andere an der Unter seite des Glasdeekels
47.
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Im Betriebe kann sich die Nadel 38 frei in irgendeine Stellung drehen,
die sich bestimmt durch das Zeitverhältnis zwischen den Perioden des den Motor 41
treibenden Stromes und durch die sehr kurzen Impulse, durch die die Spulen 40 erregt
werden, derart, daß die Nadel 38 momentan angezogen wird, wenn sich der Anker 39
in einer bestimmten Winkelstellung bezüglich der Richtpunkte befindet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 4 wird durch einen Synchronmotor
9 eine die Richtung bestimmende Spule 50 angetrieben.
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Das Netzwerk zum Antrieb dieses Gerätes kann dasselbe sein wie in
Abb. 2. Die Arbeitsweise dieses Gerätes ist jedoch etwas verschieden, indem der
Zeiger nicht eine Lage annehmen kann, die um I800 in der Phase gegenüber der Lage
versetzt ist, die die richtige
Anzeige ergeben würde. Die Spule
50 ist unter einem Winkel von etwa 450 zu der Motorwelle 44 an einem Bügel 51 montiert.
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Innerhalb dieses Bügels liegen mehrere magnetische Platten 52, die
von einer kleinen Spindel 53 getragen werden, die unabhängig von dem Bügel 51 drehbar
ist. Diese Spindel trägt auch den Zeiger 2, und sie ist wieder in zwei Lagern 54
gelagert, von denen das eine an der Motorwelle 44 und das andere an dem Glas deckel
47 sitzt.
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DieMagnetffügel 52 sind zweckmäßig elliptisch und so weit länglich,
daß sie in eine Stellung gebracht werden, bei der die längeren Achsen parallel zu
der Achse der Spule 50 liegen. In andern Stellungen liegen die Flügel mehr oder
weniger quer zu den durch die Spule 50 erzeugten Kraftlinien, und es ist das magnetische
Moment so, daß die Zahl der Kraftlinien in der Längsrichtung der Flügel vergrößert
wird. Ein solches Verhältnis zwischen magnetischen Flügeln und einer Spule ist schon
bei Anzeigegeräten benutzt worden, jedoch wurde bisher die geneigte Spule noch nicht
in der eben beschriebenen Weise in so schnelle Drehungen versetzt.
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Impulse von der Quelle 12 werden nunmehr nach Umformung in andere.
Impulse von sehr kurzer Dauer der Spule 50 über einen Kreis zugeführt, der die Bürsten
55 und die Kollektorringe56 enthält. Da die dieser Spule zugeführten Impulse von
sehr kurzer Dauer sind, wird ihre Wirkung auf die magnetischen Flügel 52 bezüglich
ihrer Orientierung so sein, daß sie sehr genau diese Stellung bestimmen und dadurch
eine richtige Anzeige am Zeiger 2 bezüglich seiner Skala I erhalten wird. Bei jeder
anderen Lage als der Parallellage zwischen der Achse der Spule 50 und den längeren
Achsen der elleptischen Flügel 52 wird eine Kraft in dem Augenblick ausgeiibt werden,
wo die Spule 50 erregt wird, so daß dadurch diese Parallellage hervorgerufen wird.
Dieses hat naturgemäß wieder ein Drehen des Zeigers in die richtige Anzeigestellung
zur Folge.
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PATENTANSPRÜCRE: I. Verfahren zur Bestimmung der Richtung magnetischer
oder elektromagnetischer Felder, insbesondere für Induktorkompasse, Peiler mit rotierenden
Rahmen u. dgl., bei dem ein Wechselstrom fester Frequenz über einen Motor eine Spule
in Rotation versetzt und die Phasenlage des von dem zu messenden Feld in die Spule
induzierten Stromes in bezug auf die Phasenlage dieses ersten Wechselstromes mit
Hilfe eines Elektromagneten bestimmt wird, in dessen Feld ein richtungsabhängiger
Einstellzeiger drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in die rotierende
Spule induzierte Wechselstrom in kurzzeitige Impulse gleicher Periode umgeformt
wird und daß diese Impulse den Elektromagneten erregen, der ebenfalls durch einen
von der Wechselspannung fester Frequenz angetriebenen Motor in Drehung versetzt
ist.