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Induktionskompaß Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionskompaß,
also einen Kompaß, der die Induktion einer Wechselspannung in einer Induktionsspule
durch das magnetische Erdfeld zur Richtungsanzeige benutzt.
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Wegen der Bedeutung für die Praxis hat es nicht an Versuchen zur Ausnutzung
der Induktion einer Wechselspannung in einer Induktionsspule durch das magnetische
Erdfeld gefehlt. Es wurde z: B. versucht, die der durch Drehung einer Induktionsspule
im Erdfeld in dieser erzeugten Wechselspannung zu einer oder mehreren in einem Generator
mit geschlossenem Eisenkreis gewonnenen Wechselspannung gleicher Frequenz für die
Anzeige zu benutzen. Für Geräte, die nur die Abweichung von einem jeweils eingestellten
Kurs anzeigen sollen, können dabei empfindliche Pliasenniesser benutzt werden, die
die Einhaltung einer bestimmten Phasenlage (o bzw. go°) genau anzeigen. Für die
Kompaßanzeige erfordern diese Einrichtungen einen nicht vertretbaren Aufwand, da
die .bekannten Phasenmesser für die genaue Anzeige beliebiger Phasenwinkel zwischen
o und 36o° beträchtliche Leistungen benötigen. Es ist ferner versucht worden, statt
der Phasen-Inge zweier Wechselspannungen die Größe von Gleich- oder «'echselspatinunren,
die in Abhatlgigkeit von der Lage von Eisenkö rpern iin Erdfeld gebracht wurden,
zur Atlzeige heranzuziehen, indem z. B.. der Einfluß der richtungsabhängigen Vormagnetisierung
eines im Erdfeld ruhenden Eisenkernes auf (lic Tildtiktivität einer ihn umgebenden
Spule bestimmt wurde. Auch solche Einrichtungen sind wegen der notwendigen Kompensationsschaltungen
in der Regel nur für die Anzeige der Einhaltung
eines gewählten
Kurses, nicht aber zur Kompaßanzeige geeignet. Soweit sie dennoch zur Kompaßanzeige
dienen sollten, hab--ci sie den Anforderungen der Praxis nicht genügt, da die erreichbaren
Richtkräfte zu klein sind, die Anzeige also durch Reibungs-, Beschleuitigungs- und
andere innere und äußere, Störkräfte zig stark beeinflußt wurde. Große. Schwierigkeiten
bot auch die Fernübertragung' der Anzeige, die für den Bordbetrieb von ausr schlaggebender
Wichtigkeit ist, da der Induk--' torteil dort angeordnet werden muß, wo das Trclfeld
durch die Eisenmassen des Fahrzeuges verformt ist.
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Die Erfindung benutzt wie eine Reihe von bekannten Anordnungen eine
im Erdfeld um eine lotrechte Achse mit gleichbleibender Geschwindigkeit umlaufende
Induktionsspule und ferner eine Vorrichtung zur Messung der Phasenverschiebung des
durch das Erdfi2lc1 erzeugten Wechselstroms gegenüber periodischen Spannungsänderungen,
deren Lage durch die Richtung des Fahrzeugs bedingt ist. Sie erzielt eine unmittelbare
Kompaßanzeige,dadurch, daß diese durch die Richtung des Fahrzeuges bedingten periodischen
Spannungsänderungen impulsweise durch einen mit der Drehachse der Erdinduktionsspule
umlaufendeil Kontaktgeber gesteuert werden und daß diese Impulse entsprechend dem
jeweiligen Phasenunterschied weitere Impulse in _ dein einen oder anderen Drehungssinne
zur @Steuerung einer Versteileinrichtung für ein Anzeigeglied auslösen, bis der
durch die Konu a
ktbetätigung gegebene Stromstoß mit dein Nulldurchgang der
in der Induktionsspule erzeugten Wechselspannung zusammenfällt. Der Zeitvergleich
zwischen dem Stromstoß und (lern NulldurchgangderWechselspannungwird zweckmäßig
durch eine Relaisschaltung vorgenommen, die den Verstellantrieb für das Gien Impulskontakt
tragende Anzeigemittel impulsweise so lange ein- oder ausschaltet, bis der Zeitpunkt
des Impulses mit dem \ ulldurchgang der Wechselspannung zusammenfällt. Die erfindungsgemäße
Versteileinrichtung erlaubt die Anwendung beträchtlicher Nachstellkräfte und erreicht
dadurch eine von Störeinflüssen völlig unabhängige Anzeige. In einfacher Weise ist
auch eine Fernanzeige möglich. Bei' einer dazu geeigneten Einrichtung ist der Impulskontakt,
der durch die Drehachse betätigt wird, zur Fahrzeugachse fest angeordnet. Im Anzeigegerät
ist ein durch den Impuls gesteuerter Elektromagnet ebenfalls fest zur Fahrzeugachse
angeordnet. Sein Anker arbeitet mit einer ain verstellbaren 'feil des Anzeigegerätes
befestigten Kontaktanordnung zur f?rzeugung derjenigen Impulse zu,;nnmen, deren
Zeitpunkt mit dein Nullfeld lictriihrenden Wechselspannung vergl ichen wird.
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An zwei in den Abb. i bis :4 dargestellten Ausführungsbeispielen soll
nun die Erfindung i noch näher erläutert werden, wobei auch weitere Einzelheiten
und Vorteile erwähnt wer-:..den. In Abb. i sind schematisch die Elemente "-des Aufnahme-
und Anzeigeteiles gezeigt; in -.ebb. 2 ist eine Grundschaltung dargestellt, die
..zum Zeitvergleich der Nulldurchgänge der aus @#dern Erdfeld gewonnenen Induktionsspannung
mit dem durch die Kontaktbetätigung erzeugten Impuls geeignet ist; aus Abb.3 ist
das Zusammenwirken der in Abb. i und 2 gezeigten Grundelemente mit einigen smbolisch
dargestellten Zusatzgeräten, die der- geringen Größe der aus dem Erdfeld erhältlichen
Spannung wegen 'vorgesehen sind, ersichtlich. Die Abb. 4. zeigt eine Abänderung
der in Abb. i dargestellten Anordnung, die eine beliebig weite räumliche Trennung
zwischen Aufnahme- und Anzeigegerät ermöglicht. -Neben einem Anzeigegerät können
auch die Versteileinrichtungen von Kurssteuergeräten betätigt werden. .
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In Abb. i ist i eine waagerechte Scheibe. die eine Induktionsspule
2 sowie zwei Schleifringe 3 und .4, mit denen die Wicklungsenden der Spule 2 verbunden
sind, trägt. Die Spule erhält zweckmäßig eine hohe Windungszahl und einen offenen
Eisenkern. An den auf den Schleifringen 3 und 4 schleifenden Bürsten 3 und 6 entsteht
bei der durch den 'Motor 8 b:-wirlaen Drehung der waagerechten Scheibe i um eine
lotrechte Achse eine Wechselspannung U:, deren positives bzw. negatives Maximum
beim Durchgang der Spulenachse durch die magnetische Nord-Süd-Richtung und deren
Nulldurchgang beim Durchgang der Spulenachse durch die Ost-West-Richtung auftritt.
Um dieselbe Achse, um die die Scheibe i gedreht wird, ist ein Ring ; frei drehbar,
der eine Kompaßskala und einen Kontakt 9 trägt. Dieser Kontakt wird bei jeder Umdrehung
der Scheibe i durch den Nocken 1o kurzzeitig geschlossen. Der Ring; seinerseits
kann durch den "Motor ii langsam gedreht werden, wobei die Kompaßskala sich vor
einer gegen die Fahrzeugachse festen Marke 13 vorbeibewegt. Wie leicht ersichtlich
ist, besitzt der Nocken 1o eine feste Winkellage zur Spulenachse. Solange der Ring
; nicht verstellt wird, erfolgt der Kontaktschluß also immer bei zur Fahrzeugachse
konstanterWinkellage der Scheibe i. Wird der Ring; gedreht, so ändert sich der Winkel.
den die Spulenachse beim Kontaktschluß gegen die Fahrzeugachse bzw. Fahrtrichtung
einniifinit. Da die Phase der in der Spule 2 durch (las Erdfeld induzierten Wechselspannung
nur von
von der Lage des Fahrzeuges, der Winkel zwischen Spulenachse
und Fahrzeugachse beim Kontaktschluß wiederum nur von der Winkelstellung der Skala
abhängt, kann an einer der Skala gegenüberliegenden; gegen die Fahrzeugachse festen
Marke 13 der Kompaßkurs dann abgelesen werden, wenn der Phasenwindel zwischen Kontaktschluß
und Nulldurchcano* der Wechselspannung U2 konstant gehalten wird. Zweckmäßig wird
die gegenseitige Stellung des Kontaktes 9 und der Ablesemarke so gewählt, daß die
richtige Kompaßanzeige erhalten wird, wenn der Kontaktschluß mit dem \Tulldurcligang
der Wechselspannung U= zusammenfällt. Es kann dann die in Ab'0. 2 schematisch dargestellte
einfache Relaisscbaltung zur Aufrechterhaltung dieser Bedingung benutzt werden.
Die Spannung Uz wird durch einen Übertrager i4-mit im Mittelpunlct angezapfter Zweitwicklung
über die Gleichrichter-i5, und 16 den Relais 17 und iS zugeführt. Das Relais
17 betätigt den Arbeitskontakt ig, das Relais 1.8 den Arbeitskontakt 2o;
während- jeder Halbwelle spricht eines von diesen Relais an, während das andere
in -Ruhe bleibt, so daß also immer einer der Kontakte i9, 2o geschlossen, der andere
geöffnet ist. Nur während des 1Tulldurchgängs von U2 sind beide Kontakte einen Augenblick
lang geöffnet; da eines der Relais gerade abgefallen ist, während das andere noch
nicht angesprochen hat. Die beiden Arbeitskontakte ig und 2o arbeiten nun mit dem
am Ring 7 befestigten Kontakt 9 und zwei Batterien 2 i und 22 so zusammen, daß an
den Anschlußklemmen 12 für den Verstellinotor ii während der Schließung des Kontaktes
9 entweder eine positive oder negative Spannung, liegt, je nachdem, ob die Kontakte
9 und ig öder 9 und 2o gleichzeitig geschlossen sind. Der Verstellmotor wird dadurch
in entsprechender Richtung impulsweise angetrieben und verstellt damit den Kontakt
9 und den Skalenring so lang;. nach links oder rechts, bis die Schließung des Kontaktes
9 mit dem Nulldurchgang der Spannung U= zusammenfällt. Bei jeder Kursänderung folgt
der Skalenring so lange, his der neue Kurs angezeigt wird.
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Abb. 5 zeigt die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. i und 2 noch
all einigen Schablinien. Bei d ist die bei der Drehung der Induktionspule 2 im Erdfeld
durch Elen Motor 8 auftretende Wechselspannung aufgetragen. Darübergeschrieben sind
die den Augenblickswerten entsprechenden Augenblickslagen der waagerechten Spulenachse.
Die Wechselspannung geht bekanntlich bei West-Ost-Lage und hei Ost-West-Lage der
Spulenachse durch Null. Bei b ist die Arbeitsweise der Relaisschaltung nach Abb.
2 gezeigt. Bei positiven Halbwellen derWecliselspännung ist das Relais
17, bei negativen das Relais 18 erregt. Das Relais 17 fällt kurz vor
dem -Nulldurchgang der Wechselspannung ab, Relais iS zieht kurz nach dem Nulldurchgang
an. Einen Augenblick lang sind alsd alle beide Relais in Ruhe. Bei c sind die Stromstöße
dargestellt, die der Verstellmotor ii während der Schließungszeit des Kontaktes
9 erhält, wenn der Skalenring an der Marke nicht den richtigen Kompaßwert anzeigt.
Der Skalenring sei zunächst um den Winkel a von der richtigen Kompaßanzeige entfernt.
Die Schließung des Kontaktes 9 fällt also mit der Schließung des Kontaktes i9 des
Relais 17 zusammen. Infolgedessen erhält der- Verstellmotor i i einen Stromstoß
und verstellt den Skalenring um den Winkel o auf den richtigen Wert zu. 'Nach dem
erstem Stromstoß beträgt daher die Ab-,
weichung nur noch a-,o und entsprechend
nach it Stromstößen x-st # O. War a = ic # p, so ist nunmehr die richtige
Kompaßanzeige erreicht, und die Schließung des Kontaktes 9 -fällt mit der Lücke
zwischen der Erregung der beiden Relais 17 und iS zusammen. Der Verstellmotor
i i erhält keinen Stromstoß mehr. Entsprechend ist bei d die Arbeitsweise für den
Fall dargestellt, daß der Skalenring um den Winkel ,$ nach der entgegengesetzten
Seite von der richtigen Kompaßanzeige- entfernt war. 1Vimmehr fällt die Schließungszeit
des Kontaktes .9 mit der Schließung des Kontaktes 2o zusammen, da das Relais iS
erregt ist. Der Verstellmotor erhält wiederum einen Antriebsstromstoß, jedoch mit
entgegengesetzter Spannung, so daß er in entgegengesetzter Richtung, wie oben beschrieben,
läuft, und die Verstellung -des Skalenringes wiederum auf den richtigen Wert zu
bewirkt. Ist ß = zra -@, so ist die richtige Einstelluno nach m Stromstößen,
d. h. nach m Umdrehungen des Motors 8, erreicht.
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Nun ist die Spannung U=, die eine Induktionsspule genügend kleiner
Abmessungen bei den erreichbaren Drehzahlen liefert, zu klein, um die Relais
17 und 18, wie in Abb. 2 gezeigt, direkt zu betätigen. Ein Ersatz der Gleichrichter
15 und 16 durch als Richtspannungsverstärker geschaltete Elektronenröhren oder Gasentladungsröhren
reicht meist noch nicht aus. Eine direkte Verstärkung der Wechselspannung ist nicht
möglich, da ja die Phase der Spannung für die Anzeige ausschlaggebend ist und ein
Verstärker die Phase uni unter schwankenden Betriebsverhältnissen nicht genau konstante
Beträge dreht. Es wird daher der in Ahb. 3 gezeihte Weg beschritten: In einer Modulationsstufe
23 nioctclt clie Spannung U= eine @-#Techselspannung höherer Frequenz, z. B: iooo
bis 5000 Hz. Diese gemodelte Spannung kann nun in einer üblichen Verstärkeranordnung
24 verstärkt werden, da
;r_ dieser Verstärkeranordnung nun zwar
noch die Phase der Trägerspannung, nicht aber die der Modelspannung um störende
Beträge schwanken kann. In einer Gleichrichterstufe 25 wird aus der gemodelten
Tragerspannunz; eine verstärkte, der Spannung U= weitgehend phasengleiche Spannung
gewonnen, die nach Pefreiungvon clemTrägerfrequenz-undGleichspannungsanteil durch
die hrequenzweiche 26 (lein L`bertrager 14 zugeführt wird. Diese Spannung kann ohne
jede Schwierigkeit so groß gemacht werden, daß eine sichere Betätigting der Relais
auch unter ungünstigsten Betriebsverhältnissen gewährleistet ist. ' Die Verwendung
des in Abb. 3 dargestellten Verstärkerteiles für den erfindungsgemäßen Kompaß kann
um so mehr empfohlen werden, als ein gewöhnlicher, in -der Funknavigationsanlage,
mit der die meisten Flugzeugarten ausgerüstet sind, schon vorhandener Verstärker
diese zusätzliche Aufgabe ohne Schwierigkeit übernehmen kann. Auch für die übrigen
Teile des Kompasses können Teile, die bereits für die Funknavigation vorhanden sind.
niitvenvendet werden. So kann z. B. für (len Antrieb der Scheibe i der Motorantrieb
eines Drehrahmens ausgenutzt werden, und auch ein gegebenenfalls vorhandener Fernanzeiger
für die Antennenstellung kann unter Umständen für die Fernanzeige der Kompaßstellung
herangezogen werden.
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In Abb.4 ist eine Abänderung der in Abb. i dargestellten Einrichtung
gezeigt, womit eine räumliche Trennung zwischen Aufnahme- und Anzeigeteil sowie
eine Doppelanzeige in besonders einfacher und sicherer Weise ermöglicht wird. Für
die Anzeigeeinrichtung kann die Orientierung im Raum beliebig gewählt werden. i
ist wieder die Scheibe, die vom Motor 8 angetrieben wird und die Spule 2 sowie die
Schleifringe 3 und a trägt. Die Spannung U= wird wieder an den Bürsten 5 und 6 abgegriffen.
Der Nocken io steuert nun aber einen Kontakt 27, der fest am Fahrzeug angeordnet
ist und während der Betätigung einen Stromkreis öffnet, der über die Batterie 28
und einen Magneten 29 verläuft. Solange der 'Magnet erregt ist, hält er einen Anker
-3o, der über einen Arm mit einer Achse 33 verbunden ist, fest. Die Achse 33 wird
über eine RutschkuPplung 31 von einem Motor 32 angetrieben. 1)ie 1)religeschwindigkeit
der Scheibe i und der Achse 33 wird etwa gleich groß gemacht. Der Magnet 29 läßt
seinen Anker 30 mir während der kurzen Stromunterbrechung durch clen holita,l:t
27 frei, so daß der Anker seinen Unilauf zwangläufig immer' genau in dein Augen
blick beginnt, in dein der Kontakt =7 durch clen Nocken io betätigt wird. Der NIagliet
29 mit dem Anker 30 stellt also eine Einrichtung zur Phasensynchronisierung
zwischen dein Aufnahme- und dem Anzeigeteil dar und kann durch eine beliebige andere
geeignete Synchronisiereinrichtung ersetzt werden. Der Magnetanker 30 schließt
bei seinem Umlauf kurzzeitig den auf einer Scheibe mit der Troininelskala 3o befestigten
Kontakt 9, der seinerseits über die Schleifbürsten 9" in den Stromkreis nach Abb.2
eingeschaltet ist und dczt Impuls zum Phasenvergleich liefert. Die Trommelskala
35 mit dein Kontakt 9 wird durch den Motor ii, z. B. Tiber einen Schnekkentrieb,
uni dieAchse34 solange impulsweise gedreht, bis der durch den Kontakt 9 gegebene
Impuls mit dem Nulldurchgang der Spannung U= zusammenfällt.
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In Abb. 6 sind einige Schaulinien gegeben, die zur Erläuterung der
Wirkungsweise dienen sollen. -Bei a ist wieder der Verlauf der Wechselspannung U_
gezeigt, die der Spule 2 durch die Schleifbürsten 5' und 6 entnommen wird. Bei bist
das Zusammenarbeiten der Relais 17 und i8 dargestellt. Die Linie c zeigt
den Stroinfluß im Magneten 29. Der Magnet ist dauernd erregt und wird nur während
der kurzzeitigen Öffnung des Kontaktes 27 bei jedem Umlauf des Motors 8 stromlos.
Immer während dieser Stromlücke läßt er seinen Anker 30 frei, während er
ihn, falls er zu früh oder zu spät kommt, bis zur nächsten Stromlücke festhält.
Der Kontakt 27 ist, wie oben erwähnt, am Fahrzeug selbst befestigt. Infolgedessen
hängt der Winkel y zwischen Stromlücke und Nulldurchgang der Wechselspannung von
der Lage der Fahrzeugachse zur Ost-West-Richtung ab. Bei d sind die Stromstöße dargestellt,
die der Verstellmotor ii erhält, wenn die Kompaßskala 35 von dem richtigen Wert
um den Winkel 6 entfernt ist. Zwischen dein Freilassen des Ankers 30 und
der Betätigung des Kontaktes 9 liegt der Winkel y -f- 6. Der Stromstoß des Kontaktes
9 erfolgt daher immer; wenn das Relais 18 erregt ist. 'Der Motor i i erhält Antriebsimpulse,
bis nach k Schritten, wenn 6-k # o - o, die Skala 35 den richtigen Wert,/ anzeigt.
Sodann erhält der Antriebsmotor nur bei Änderungen der Fahrzeugachse im Raum Antriebsimpulse,
die die Kolnpal-iskala den Änderungen folgen lassen.