-
Einrichtung zur Ermittlung der Wegkomponenten eines Schiffes In der
Schiffahrt werden Wegmesser benutzt, die den gesamten zurückgelegten Weg des Schiffes
von einem Ausgangspunkt aus anzeigen. Die Wegemesser sind in der Regel so ausgebildet,
daß die jeweilige Schiffsgeschwindigkeit einem mechanischen Zählwerk zugeführt und
dadurch die Umlaufgeschwindigkeit eines Zählrades festgelegt wird. Die Anzahl. der
Umdrehungen des Zählwerkes bildet dann ein Maß für den zurückgelegten Weg. Vielfach
sind die Wegemesser mit Einrichtungen zur Ermittlung der Wegkomponenten, vorzugsweise
der Nord-Süd- und der Ost-West-Komponente, verbunden. Z. B. kann man zwei weitere
Zählwerke vorsehen; in das eine wird die Nord-Süd-Komponente der Schiffsgeschwindigkeit,
in das andere die Ost-West-Komponente eingeführt. Die Zählwerke drehen sich im einen
oder anderen Sinne, je nachdem ob die Geschwindigkeitskomponente von Süden nach
Norden (Westen nach Osten) oder von Norden nach Süden (Osten nach Westen) gerichtet
ist. Die Anzeigen dieser beiden Zählwerke sind dann ein Maß für die jeweilige Nord-Süd-
bzw. Ost-West-Komponente des gesamten zurückgelegten Weges, und es läßt sich durch
Abtragen dieser Werte auf einer Schiffskarte sofort der jeweilige Schiffsort bestimmen.
-
Einrichtungen der beschriebenen Art sind in der Ausführung als mechanische
Geräte bekannt. Es ist auch bereits die Wegemessung durch Integration der Geschwindigkeit
mittels Elektrizitätszähler vorgeschlagen worden, mit anderen Worten, der Elektrizitätszähler
hat das Produkt aus Geschwindigkeit und Zeit zu bilden, das auch nichts anderes
darstellt als eine Summenbildung, da der Zeitablauf gleichförmig ist. Bei der Wegkomp
onentenermittlung handelt es sich jedoch nicht einfach um eine Summenbildung dieser
Art, sondern es muß zunächst das Produkt aus der Schiffsgeschwindigkeit und dem
Sinus bzw. Kosinus des Kurswinkels, d. h. das Produkt aus zwei veränderlichen Größen,
ermittelt und alsdann die Integration vorgenommen werden. Daher sind die bekannten
Einrichtungen, die nur die Integration bzw.
-
Produktbildung aus Geschwindigkeit und Zeit bewirken, zur Bestimmung
der Wegkomponenten nicht ohne weiteres anwendbar.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zu Ermittlung
der Wegkomponenten eines Schiffes mit je einem Elektrizitätszähler, bei der erfindungsgemäß
die Elektrizitätszähler sowohl zur Integration wie auch zur Produktbildung benutzt
werden, indem die Spannungsampllitu,den der beiden Zälitersputenbei fester Phase
unabhängig voneinander eingestellt werden, und zwar in der einen Spule entsprechend
der Schiffsgesuhwindigkeit, in der anderen Spule entsprechend dem Sinus bzw. Kosinus
des Kurswinkels.
-
Für andere Zwecke ist die Integration veränderlicher Größen mittels
Zählers bekanntgeworden, wobei die veränderlichen Größen
durch Einstellung
eines Potentiometers, durch Änderung der Phasenbeziehung oder durch andere verwichelte
Maßnahmen erhalten wurden. Gemäß weiterer Erfindung erfolgt bei der neuen Einrichtung
die Einstellung der Ströme und Spannungen in den Zählerspulen durch Drehtransformatoren,
wodurch sich die folgenden Vorteile ergeben. Die Spannung wird stetig eingestellt,
und der Verstellwiderstand ist sehr gering. Praktisch ist nur ein Drehmoment zur
Überwindung der Achsenreibung erforderlich. Beim Potentiometer dagegen erfolgt die
Spannungseinstellung ruckweise, und die schleifende Bewegung der Kontakte bedingt
recht erhebliche Verstellkräfte. Die Kurseinstellung kann in einfacher Weise mittels
eines Drehtransformators mit zwei unter 90° gekreuzten Spulen erhalten werden, die
unmittelbar den Sinus- bzw. Kosinuswert des Kurswinkels liefern. Es ist also keine
besondere Zerlegung der Geschwindigkeit bzw. des Kurswinkels in die Komponenten
und auch kein besonderes Sinusgetriebe erforderlich. Durch die Anordnung zweier
gekreuzter Spulen hat der Drehtransformator in jeder Stellung die gleiche Belastung,
wodurch sich ein gleichmäßiger Betrieb ergibt und vor allen Dingen Phasenverschiebungen
vermieden werden.
-
Die Benutzung der Zähler zur Produktbildung hat die Verwendung von
Wattstundenzählern zur Voraussetzung. Der Drehtransformator für die Kurseinstellung
läßt sich in Abänderung des Erfindungsgedankens jedoch auch so ausführen. daß auf
die eine Triebspule des Zählers der Wert v # sin # ( -Schiffsgeschwindigkeit, .
= Kurswinkel) bzw. v # cos # gegeben wird, während die andere Triebspule am Netz
liegt. In diesem Falle ist auch die Verwendung von Amperestundenzählern möglich.
-
Die Erfindung soll durch die in den Figuren der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele weiter erläutert werden. Der Vollständigkeit halber enthalten
diese Beispiele auch die an sich bekannte Wegemessung mittels eines elektrischen
Zählers, so daß die vollständige Anlage drei Zähler aufweist, von denen der eine
zur Wegemessung dient, während die beiden anderen für die Ermittlung der Wegkomponenten
benutzt werden.
-
Es zeigt Fig. I nochmals das Prinzip der Ortsbestimmung, Fig. 2 in
schematischer Form ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 eine -dazugehörige
Abänderung; Fig. 4 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar; Fig. 5 zeigt eine
für dieses Beispiel mögliche Abänderung.
-
Man denke sich auf einer Seekarte im Ausgangspunkte des Schiffsweges
ein Achsenkreuz gezeichnet, dessen Achsen in die Nord Süd- und Ost-West-Richtung
fallen (Fig. 1 und eine Teilung nach Seemeilen besitzen.
-
Die Kurve s bedeute den zurückgelegten Schiffsweg, auf dem das Schiff
z. B. zum Punktes gelangt ist. Dann ist die Strecke AB die Ost-West-Komponente dieses
Weges, die Strecke BD die Nord-Süd-Komponente.
-
Der gesamte zurückgelegte Weg s wird von dem Wegemesser des Gerätes
auf Grund der Beziehung
ermittelt; v ist die jeweilige Schiffsgeschwindigkeit, die von einem Fahrtmesser
bestimmt wird und in den Integrator des Wegemessers eingeführt werden muß. Zu diesem
Zwecke ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung ein Drehtransformator vorgesehen,
dessen drehbare Spule entsprechend der jeweiligen Schiffsgeschwindigkeit verstellt
wird iin d so der Spannung oder Stromspule des Zählers (Integrator) eine der Schiffsgeschwindigkeit
verhältnisgleiche Spannung zuführt, während die andere Zählerspule an der konstanter
Netzspannung liegt. Die veränderliche Spannung kann aber auch von einem Potentiometer
abgenommen werden.
-
Für die Ost-West-Komponente des Weges erhalten wir
und für die Nord-Süd-Komponente
wenn # den jeweiligen Kurswinkel, das ist der Winkel der Fahrtrichtung mit der Norden
Süd-Richtung, bedeutet. Die Zähler für die Wegkomponenten werden so eingerichtet.
daß an der einen Spule (Strom- oder Spannungsspule) eine der Schiffsgeschwindigkeit
verhältnisgleiche Spannung liegt, während die zugehörige andere Spule von einem
dem Sinus bzw. Kosinus des Kurswinkels verhältnisgleichen Strom durchflossen wird.
Diese beiden um 90° verschobenen Ströme bzw. Spannungen werden den Zählern durch
einen Drehstromtransformator mit zwei um 90° gekreuzten Spulen oder Spulenpaaren
zugeführt. dessen Läufer um 3600 drehbar ist und entsprechend dem jeweiligen Kurswinkel
verdreht wird. Es können aber auch zwei Drehtransformatoren verwendet werden, deren
Anker
um 900 gegeneinander versetzt sind.
-
Wechselt die Sinus- oder Kosinusfunktion beim Übergang von einem Quadranten
in Iden anderen ihr Vorzeichen, so wechselt auch die Richtung des im Drehtransformator
induzierten Stromes, der die Spulen der Zähler,durchfließt und somit den Drehsinn
des Zählwerkes umkehrt. Ist die Nord-Süd-Komponente der Fahrtrichtung z. B. von
Süden nach Norden gerichtet, so hlat,das Zählwerk einen bestimmten Drehsinn, der
sich umkehrt, sobald die Nord-Süd-Komponente die Richtung von Norden nach Süden
hat. Ebenso ist es mit der Ost-West-Komponente. Das Zähhveil gibt also immer den
in der Nord-SüJd- bzw. in der Ost-West-Richtung zurückgelegten Weg richtig wieder,
auch wenn der Schiffes kurs beliebig geändert wird.
-
Im Ausftihrungsbeispiel der Fig. 2 bedeuten 1, II und III die drei
Elektrizitätszähler, die rein schematisch durch Strom- und Spannungsspule angedeutet
sind. Der mechanische Teil (Zählscheibe, Räderwerk usw.) ist fortgelassen. Zähler
I dient für ,die Anzeige des Gesamtweges, Zähler II und III geben die Wegkomponenten
an. Dem Netz I wird ein Wechselstrom von z. B. 220 Volt und 50 Perioden entnommen.
Die Wechsel spannung muß gleichbleibend sein, gegebenenfalls ist ein Spannungskonstanthalter
vorzusehen. An der Netzspannung liegen die feste Spule 2 eines Drehtransformators
IV und die Stromspule 3 des Zählers 1. In der drehbaren Spule 4 des Drehtransformators
wird eine Spannung induziert, deren Größe von der Winkelstellung der Spule abhängt.
Die Verstellung der Spule 4 wird von dem Fahrtmesser - zweckmäßig durch elektrische
Fernübertragung -bewirkt, und zwar derart, daß die induzierte Spannung der Schiffsgeschwindigkeit
v verhältnisgleich ist. Der Spannungsanstieg in der Drehspule in Abhängigkeit vom
Drehwinkel verläuft sinusförmig. Im Bereiche von o bis 300 kann die Sinuskurve mit
genügender Annäherung durch eine gerade Linie ersetzt werden. Am einfachsten erhält
man daher die Verhältnisgleichheit zwischen Sohiffsgeschwindigkeit und Spannung,
wenn der Drehbereich der Spule 4 etwa 300 beträgt, dergestalt, daß bei der Schiffsgeschwindigkeit
Null der Drehwinkel 0° beträgt (entsprechend der Induktionsspannung Null), während
der Höchstwert der Schiffsgeschwindigkeit dem Drehwinkel 300 zugeordnet wird.
-
Die im Läufer 4 induzierte Spannung wird der Spannungsspufe 5 des
Zählers I zugeführt.
-
Da die Strnmspufe 3 von einem gleichbleibenden Strom durchflossen
wird und an der Spannungsspule eine der Schiffsgeschwindigkeit verhältnisgleiche
Spannung liegt, ist die Anzeige des Zählers gemäß Formel 1 ein Maß für den zurückgelegten
Schiffsweg. Man wird das Zählwerk so eichen, daß es unmittelbar den Schiffsweg in
Seemeilen anzeigt.
-
Die Spannungsspulen 6 und 7 der Zähler II und III liegen ebenfalls
an der Induktions-Spannung des Drehtransformators IV. Der sinusförmige bzw. kosinusförmige
Verlauf der Schiffsgeschwindigkeit für die Teilwege wird durch einen weiteren DrehtransformatorV
berücksichtigt, dessen feste Spule 8 an der Netzspannung liegt. Der Läufer besteht
aus zwei um 90° gekreuzten Spulen g und 10 und wird - zweckmäßig über eine elektrische
Fernübertragung vom Kompaß aus - entsprechend dem jeweiligen Kurswinkel # verdreht.
Die Spule 9 ist auf die Stromspule II des Zählers II, die Spule 10 auf die Stromspule
I2 des Zählers III geschaltet. Infolge dieser Anordnung haben die Stromstärken in
den Spulen 11 und 12 sinusförmigen Verlauf, und zwar sind die Ströme stets um 90°
phasenverschoben. Gemäß Formel 2 und 3 sind also die Anzeigen der Zählwerke ein
Maß für die Ost-West- bzw. Nord-Süd-Komponente des Schiffsweges, und man kann die
Zählwerk gleich in Seemeilen eichen. Durch Abtragen der angezeigten Werte auf einer
Schiffskarte ergibt sich sofort der jeweilige Schiffsort. Es bereitet auch keine
Schwierigkeit, die Bewegungen der Zählwerk auf eine Schreibvorrichtung zu übertragen,
die den zurückgelegten Weg des Schiffes auf einer Schiffskarte aufzeichnet.
-
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung des Drehtransformators V. Hier
besteht der Ständer aus zwei um 90° gekreuzten Spulenpaaren I3-I3' und I4-I4', während
der Läufer aus einer einzigen Spule 15 besteht, die an der Netzspannung liegt und
entsprechend dem Kurswinkel # verdreht wird. Die Spulen eines jeden Paares sind
hintereinandergeschaltet.
-
Den Ausgangsklemmen entnimmt man einen sinus- bzw. kosinusförmigen
Strom, der den Stromspulen 11 und I2 der Zähler II und III zugeführt wird. Diese
Ausführung des Drehtransformators hat den Vorteil, daß nur zwei Schleifringe benötigt
werden, während die Ausführung nach Fig. 2 vier Schleifringe erfordert.
-
Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist angenommen worden daß als
Elektrizitätszähler Wattstundenzähler verwendet werden, die aber im übrigen ganz
beliebiger Art sein können. Es ist hierbei möglich, die Strom-und Spannungsspulen
miteinander zu vertauschein, sofern man geeignete Vorschaltwiderstände vorsieht.
-
Fig. 4 zeigt eine Schaltung für die Verwendung von Amperestundenzählern.
Beim Zähler I braucht man lediglich Strom- und Spannungsspule hinsichtlich ihrer
Anschlüsse an
das Netz bzw. die Drehspule des Drehtransformators
IV zu vertauschen. Auch bei den Zählern II und III liegen die Spannungsspulen 6
und 7 jetzt am Netz I. Die Stromsputen 11 und 12 sind wieder mit den gekreuzten
Spulen des Drehtransformators V zusam;mengeschaltet, wodurch der Sinus bzw. Kosinus
des Kurswinkels in den Formeln 2 und 3 berücksichtigt wird. Um auch die wechselnde
Schiffsgeschwindigkeit v zu berücksichtigen, muß die Erregung der festen Spule 8
in Abahängigkeit von v veränderlich sein. Zu diesem Zweck ist ihr ein Widerstand
I6 (Potentiometer) vorgeschaltet, der von dem Fahrtmesser so eingestellt wird, daß
die Erregung stets der 5 chiffsgeschwindigkeit v verhältnisgleich ist. Auch bei
diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, den DrehtransformatorV wie bei Fig. 3
mit feststehenden gekreuzten Spulen auszuführen. Fig. 3 zeigt eine für diesen Fall
geeignete Schaltung des Drehtransformators.
-
Wie in der Regel die elektrische Lösung einer technischen Aufgabe
gegenüber der mechanischen Lösung vorteilhafter ist, so zeichnet sich auch das erfindungsgemäße
Gerät gegenüber den bekannten mechanischen Geräten durch geringe Baugröße und höhere
Meßgenauigkeit aus. Ein sehr beachtlicher Vorteil liegt ferner darin, daß man beliebig
viele Zähler parallel schalten kann und so mit einer einzigen Anlage an verschiedenen
Stellen des Schiffes seinen Ort und Weg überwachen kann.