DE845401C - Anzeige- und Steuergeraet fuer die Navigation - Google Patents

Description

S 2ii58I

Die Erfindung bezieht sich auf ein Anzeige- und Steuergerät für die Navigation.

Nach einer besonderen Ausführungsform sieht die Erfindung die Kombination eines automatischen Steuergeräts für Schiffe vor, welche einen Kompaß oder Kompaßübertrager und eine radargesteuerte Kathodenstrahlanzeigeröhre umfaßt, wodurch das automatische Steuergerät nicht nur auf See, sondern auch in Häfen und Flüssen benutzt werden kann, wo es sowohl für die von dem automatischen Steuersystem zu empfangende Benachrichtigung über die Lage und Xähe der Uferlinie, Bojen und Schiffe, wie für die Feststellung des wahren Kurses des Fahrzeugs benötigt wird.

Unter der hier benutzten Bezeichnung Kompaß wird nicht nur der gewöhnliche magnetische Kompaß verstanden, sondern auch verschiedene Arten von Erdinduktorkompassen einschließlich des sogenannten »flux valve«- oder »flux gate«-Kompasses. Ferner gehört dazu der Kreiselkompaß, welcher den magnetischen Kompaß auf Seeschiffen weitgehend verdrängt hat, sowie die spätere Kombination von magnetischem Kompaß und Kreisel, die als kreiselmagnetischer Kompaß bekannt ist.

Die Bezeichnung Kompaß soll in dieser Beschreibung alle diese verschiedenen Formen von Meridiananzeigern umfassen.

Es sind automatische Steuergeräte entwickelt worden, welche im allgemeinen Servoeinrichtungen aufweisen, die auf die Abweichung des Schiffs von einem gegebenen Kurs ansprechen und das Steuerruder so betätigen, daß das Schiff auf dem vorgeschriebenen Kurs trotz Wind und Seegang gehalten wird. Bei geeigneter Ausbildung ist ein automatisches Steuergerät für das Halten eines vorgeschriebenen Kurses viel wirksamer als ein menschlicher Steuermann.

Ein neuerdings entwickeltes navigatorisches Hilfsmittel ist das Radargerät. Es sendet gerichtete, elektromagnetische Hochfrequenzenergie, welche durch die Objekte der Umgebung reflektiert und durch das Radargerät wieder empfangen wird. Diese empfangenen Reflexe können zur Darstellung der umgebenden örtlichkeit ausgenutzt werden. Die zweckmäßigste Darstellung für Navigationszwecke ist der Rundsichtanzeiger, welcher eine Darstellung der umgebenden örtlichkeit in Polarkoordinaten, d. h. Azimutwinkel und Entfernung, ergibt. Es gibt zwei Arten von Rundsichtanzeigerdarstellung für die Navigation, nämlich die relative und die wahre Peildarstellung. Bei der relativen Darstellung an einer Radar-Kathodenstrahl-Anzeigeröhre erscheint die Schiffsrichtung immer oben an der Kathodenstrahlröhre, d. h. in der Lage des Bezugswinkels Null an dem Röhrenumfang. Daher wird der Azimutwinkel aller auf der Darstellung gezeigten Gegenstände relativ zu dem. Schiffskiel abgelesen. Da die Kathodenstrahlröhre eine feste Lage zu dem Schiff hat, dreht sich das Bild an der Röhrenstirnseite, wenn das Schiff eine Wendung macht.

Bei der wahren Peildarstellung ist die Wiedergabe der umgebenden Objekte festgelegt, so daß die wahre Nordrichtung immer oben an dem Röhrenumfang liegt, wie er von dem Beobachter gesehen wird. Daher werden alle Azimutwinkel in Grad von dem oberen Punkt des Röhrenumfangs aus im Uhrzeigersinn gemessen. Die wahre Darstellung wird ermöglicht, indem, man den Kreisel- oder anderen Kompaß des Schiffs mit dem Radarsystem so verbindet, daß Änderungen in dem Schiffskurs ausgeglichen werden. Die wahre Darstellung ist vorteilhaft, weil das Bild der Wiedergabe sich an der Kathodenstrahlröhre nicht bewegt, wenn der Fahrzeugkurs sich ändert, wodurch ein klares, scharfes Bild erzeugt und ein Verschwimmen vermieden wird. Die Erfindung wird bei Anwendung der wahren Darstellung beschrieben, sie könnte jedoch auch mit der relativen Darstellung benutzt werden. Die übliche Seenavigation unter Verwendung von Radargeräten erfordert im allgemeinen wenigstens zwei Mann, einen Beamten, um das Schiff nach der Radaranzeige zu steuern, und einen Mann für die Ausführung der Steueranweisungen. Wo zwei oder mehr Mann im Ruderhaus vorgesehen sind, muß normalerweise, wenn an dem Radargerät Ziele angezeigt werden, der Beamte an dem Radargerät bestimmen, welche Maßnahme zu ergreifen ist, und dem Steuermann Anweisungen geben. Der Steuermann dreht dann das Rad, um das Schiff auf den gewünschten Kurs zu bringen, wie er an dem Kreiselkompaßübertrager beobachtet wird.

Es ist leicht ersichtlich, daß, wenn zwei oder mehrere menschliche Bedienungsleute die Anzeige aus mehreren getrennten Quellen kombinieren und auswerten müssen, nur um das Schiff auszurichten, viele Irrtumsmöglichkeiten bei der Festlegung oder mündlichen Übertragung der Anweisungen gegeben sind.

Ein Fehler, den einer der Bedienungsleute beim Ablesen eines Instruments, bei der Durchführung einer Kopfrechnung oder Auswertung oder bei der Weitergabe bzw. beim Empfang eines mündlichen Befehls macht, kann zu einer gefährlichen Situation führen. Ferner ist von Bedeutung, daß ein Fehler gewöhnlich schwer zu erkennen oder aufzuhalten ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Radargerät und das automatische Steuergerät zu einem einzigen Überwachungsanzeiger vereinigt, durch welchen jede erforderliche Benachrichtigung automatisch und fortlaufend auf einem einzigen Anzeigegerät dargestellt wird, an welchem sie ein Bedienungsmann sichtbar und unmittelbar deuten kann. Außerdem ist der Kurswähler des automatischen Steuergeräts auf dem kombinierten Radaranzeiger angeordnet, so daß ein einziger Bedienungsmann durch Drehen eines einzigen Knopfes seinen gewünschten Kurs einstellen und ihn willkürlich ändern kann.

Der Schiffsführer hat dann vor sich die Radaranzeige und die Kompaßanzeige, welche den Schiffskurs und den beabsichtigten neuen Kurs sowie ihre Beziehung zu umgebenden Objekten umfassen. Alle im Kopf vorzunehmenden Rechnungen und Auswertungen werden ebenso wie mündliche Befehle und Mitteilungen zwischen verschiedenen Bedienungsleuten vermieden. Jede Benachrichtigung wird automatisch und fortlaufend auf einem einzigen Anzeigegerät dargestellt. Ein einziger Bedienungsmann kann die Anzeige leicht deuten und seinen neuen Kurs, der ebenfalls angezeigt wird, einstellen. Er hat die gesamte Situation immer vor Augen und kann sie fortlaufend überprüfen. Jeder Fehler tritt unmittelbar in Erscheinung.

Demgemäß sieht die Erfindung ein Anzeige- und Steuergerät für Navigation vor, welches eine Kathodenstrahlanzeigeröhre umfaßt, die unter Überwachung durch eine Radarausrüstung eine Darstellung der Richtung und Lage der das Fahrzeug umgebenden Objekte und eine Anzeige des augenblicklichen Fahrzeugkurses relativ zu diesen liefert. Dieses Gerät ist gekennzeichnet durch eine «ompaßgesteuerte Einrichtung zur Erzeugung eines Abweichungssignals in Abhängigkeit von der Abweichung der Schiffs richtung von einem vorbestimmten Kurs, durch welches das Fahrzeug zur Einhaltung des vorbestimmten Kurses gebracht wird, und durch einen von Hand betätigten Kontroller, welcher mit dieser kompaßgesteuerten Einrichtung zusammenwirkt, um den vorbestimmten

Kurs und gleichzeitig ein Anzeigegerät einzustellen, welches an der Stirnfläche der Kathodenstrahlröhre die Richtung dieses Kurses in Beziehung zur Darstellung der umgebenden Objekte anzeigt. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Fig. ι ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführung gemäß der Erfindung;

ίο Fig. 2 ist ein Schaltschema der Ausführung nach Fig. ι;

Fig. 3 ist ein Schaltschema des automatischen Steuergeräts mit den zugehörigen Stromkreisen;

Fig. 4 bis 6 sind Darstellungen des vereinigten Überwachungsanzeigegeräts zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Erfindung.

Fig. ι veranschaulicht eine bevorzugte Ausführung der Erfindung. Sie vereinigt ein Radargerät A, ein automatisches Steuergerät R, einen Kompaß C, ein Verbindungs- und Anpassungsgerät D und einen vereinigten Überwachungsanzeiger/?. Dieser vereinigte Überwachungsanzeiger E dreht sich um die Kathodenstrahlröhre i, welche der Rundsichtanzeiger des Radargeräts ist. Fig. 2 zeigt schemaa5 tisch die Einzelheiten der Stromkreise der Fig. i.

Die Bestandteile des Radargeräts entsprechen der üblichen Ausführung und werden im folgenden kurz beschrieben. Es sind nur die Bestandteile dargestellt, welche sich mit der Anzeige des Azimutwinkels befassen, während die Hochfrequenzteile nicht enthalten sind. Die Radarantenne 2 kann durch einen Motor 3 fortlaufend gedreht werden, und die augenblickliche Peilung der Antenne 2 in bezug auf den Schiffskiel wird durch einen Gleichlaufgenerator 4 zu einem Differentialgenerator 5 übertragen. Der Differentialgenerator 5 empfängt ferner die Schiffskursanzeige von dem Kompaßübertrager 23 und kombiniert die relative Peilung der Antenne 2 und den Schiffskurs des Kompaßübertragers 23, um die wahre Peilung der Richtung der Antenne 2 zu liefern. Diese Anzeige der wahren Peilung wird dem Regelübertrager 6 zugeführt.

Der Azimutwinkel der Radarantenne wird an der Kathodenstrahlanzeigeröhre 1 durch drehbare Ablenkspulen 7 hervorgebracht, die um den Hals der Röhre 1 von dem Motor 8 über ein geeignetes Getriebe gedreht werden können. Der Motor 8 wird von dem Servoverstärker 9 entsprechend der Ausgangsgröße des Regelübertragers 6 in der üblichen Weise betätigt. Der Regelübertrager 6 kombiniert | die von dem Differentialgenerator 5 empfangene Richtungsanzeige mit der wirklichen Richtung der Spulen 7 und speist, wenn eine Abweichung vorhanden ist, den Servoverstärker 9 mit einer solchen Polarität, daß der Motor 8 die Spule 7 bis zur Verminderung der Abweichung auf Null verdreht. Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Schemas. \

Die Schiffsrichtung wird ferner auf der Stirn- | seite der Röhre 1 wie folgt aufleuchten. Wenn die Radarantenne 2 sich dreht, werden in dem Augen- J blick, wo sie in der Richtung des Schiffsbugs zeigt, j die Kontakte des Kleinschalters 10 durch einen auf j der Achse der Antenne 2 angebrachten Nocken 11 | momentan geschlossen. Das momentane Schließen des Schalters 10 erregt den Generator 12 für die Richtungsanzeige, welcher in der üblichen Weise an das Gitter 13 der Röhre 1 ein Verstärkungsaustastsignal liefert. Der Generator 12 kann ein Austastkreis, wie z. B. ein Multivibrator, sein. Als Ergebnis erscheint die Schiffsrichtung als eine helle, radiale Linie 80 auf der Fläche der Anzeigeröhre 1, und wenn das Schiff wendet, dreht sich auch die Linie relativ zu der Röhre und zu der Darstellung der umgebenden Objekte. Die Bildsignale aus dem Radargerät können der Kathode oder dem Gitter der Kathodenstrahlröhre 1 zugeführt werden.

Das automatische Steuergerät B ist mit dem System in der folgenden Weise verbunden. Eine durchsichtige Drehscheibe 20 ist über dem Radaranzeiger ι angeordnet. Auf der Scheibe 20 ist eine radiale Linie 18 graviert, die als Schiffskurswähler dient, und sie ist in Abhängigkeit vom Steuerregelknopf 21 verdrehbar. Es können auch andere Arten von Zeigern und von Leitlinien verwendet werden. Die Kurswählscheibe 20 ist durch die Achse 19 mit einem mechanischen Differential 22 verbunden. Der andere Eingang zu dem mechanischen Differential 22 wird durch den Kompaßübertrager 23 gebildet, der mit dem Schiffskompaß C verbunden ist. Die beiden Eingangsgrößen des mechanischen Differentials 22 sind demnach die Schiffsrichtung und die wahre Peilung des Kurswählers 20.

Da die wahre Peilung = Richtung + relative Peilung ist, wird die Ausgangsgröße des mechanischen Differentials die relative Peilung des Kurs-Wählers 20 sein. Diese relative Ausgangsgröße wird mechanisch mit einem kreisförmigen Potentiometer 24 verbunden, welches an das automatische Steuergerät B ein elektrisches Signal liefert.

Die Einzelheiten des automatischen Steuergeräts B werden später in Verbindung mit Fig. 3 erläutert. Es enthält einen Steuermotor 30, dessen Ausgang durch ein Ruderseil 31 an das Schiffsruder angeschlossen ist. Der Steuermotor wird durch einen Servoverstärker 32 und einen Motorkontroiler 33 in Abhängigkeit von den elektrischen Signalen aus dem Regelpotentiometer 24 betätigt. Offenbar kann, wenn der Steuermotor ein elektrischer Motor ist, der Kontroller 33 weggelassen und der Motor von dem Ausgang des Verstärkers 32 angetrieben werden. Die Einstellknöpfe 42' und 43' werden später erläutert.

Es sind mehrere wichtige Einrichtungen für die Sicherheit des Gleichlaufs vorgesehen, die zur Verbindung der verschiedenen erwähnten Geräte erforderlich sind. Zunächst müssen Begrenzungsanschläge vorgesehen sein, weil das Widerstandselement des Potentiometers 24 nicht über 360⁰ der Umdrehung fortlaufend ist. Dazu ist ein ausgeschnittener Nocken 26 auf der Potentiometer- iao achse 2"j angebracht. Der Nocken 26 öffnet einen Kleinschalter 28, wenn der Zeiger 25 an das Ende der Potentiometerwicklung 24 gelangt und der Regelkreis wird momentan unterbrochen, bis der Zeiger sich von dem Ende der Potentiometerwicklung 24 entfernt. Dies tritt automatisch ein, da die

ursprüngliche Kursänderung in dem System das Steuerruder so betätigt, daß der Kontaktarm des Potentiometers 24 in die geeignete Richtung bewegt wird, um die Steuefüberwachung wiederherzustellen.

Eine andere Einrichtung zur Sicherung des Gleichlaufs ist erforderlich, damit zwischen dem wirklichen und dem gewählten Schiffskurs keine Abweichung besteht in dem Augenblick, wo das automatische Steuergerät durch den Schalter 40 eingeschaltet wird. Wenn das Potentiometer 24 nicht auf Mitte gestellt wäre, würde beim Einschalten des automatischen Steuergeräts ein Steuerruderbefehlssignal gegeben und das Schiff würde sogleich eine Wendung beginnen. Diese Gleichlaufeinrichtung wird durch einen Nocken 39 gebildet, der die Kontakte eines Kleinschalters 34 nur schließt, wenn der Zeiger 25 sich in der Mittelstellung des Potentiometers 24 befindet. Wenn dies der Fall ist, wird ein Stromkreis von der Batterie 35 oder in anderer Weise von einer Wechselstromenergiequelle über den Kleinschalter 34 zu der Einschaltwicklung 36 des Schaltrelais hergestellt, das bei Erregung die Relaiskontakte 37 schließt. Die Kontakte 37 werden dann durch die Spule 38 über den Ein-Aus-Fernschalter 40 des Steuergeräts 25 geschlossen gehalten. Nach Fig. 2 wird die Übertragung einer Winkelanzeige zwischen den verschiedenen Teilen der Anlage im allgemeinen mit Hilfe von Selsynübertragern der handelsüblichen Bauart durchgeführt. Der Motor 3 der Radarantenne dreht den Reflektor der Antenne 2, und die Drehung der Ablenkspule der Kathodenstrahlröhre wird damit durch die Servokreiselemente in Gleichlauf gehalten. Der Motor 3 kann ein Spaltphaseninduktionsmotor sein und aus einer Wechselstromenergiequelle 14 erregt werden. Zusätzlich zu der Verdrehung des Antennenreflektors treibt der Motor 3 auch den Gleichlaufgenerator 4 an, welcher die relative Peilung der Antenne 2 überträgt.

Die Wechselstromenergiequelle 14, die den Motor 3 speist, wird auch an den Rotor des Gleichlaufgenerators 4 angeschlossen. Die in den Y-geschalteten Statorwicklungen des Gleichlaufgenerators 4 induzierten Spannungen werden den Y-geschalteten Statorwicklungen des Differentialgenerators 5 zugeführt. Die Rotorwicklung des Differentialgenerators 5 ist mit dem Regelübertrager 6 elektrisch und mit dem Kompaßübertrager 23 mechanisch verbunden. Da die wahre Peilung = Richtung + relative Peilung ist, ist die Ausgangsgröße des Differentialgenerators 5 zu dem Regelübertrager 6 somit die wahre Peilung der An' tenne 2. Der Kompaßübertrager 23 ist ein Selsynmotor, welcher von dem Selsyngeber von Kompaß C gespeist wird. Der Kompaßübertrager 23 kann ein Schrittschaltmotor sein auf einem Schiff, wo dieses System verwendet wird.

Der Rotor des Regelübertragers 6 wird von dem

ßo Servomotor 8 der Antriebseinrichtung für die Spule der Kathodenstrahlröhre eingestellt. Die in der Rotorwicklung des Regelübertragers 6 induzierte Fehlerspannung hängt von den Spannungen ab, welche seinem Stator aus dem Differentialgenerator 5 zugeführt werden und von der relativen Stellung seines Stators und Rotors. Wenn die Antenne 2 und die Ablenkspule 7 auf dieselben wahren Peilungen ausgerichtet sind, ist die Fehlerspannung Null. Wenn sie nicht auf dieselbe wahre Peilung ausgerichtet sind, wird eine Fehlerspannung mit einer Polarität induziert, die nach Verstärkung durch den Servoverstärker 9 den Servomotor 8 in solcher Richtung antreibt, daß die Ablenkspule 7 zu der Antenne 2 ausgerichtet und dadurch die Fehlerspannung auf Null herabgesetzt wird.

Ein Teil der in der Rotorwicklung des Regelübertragers 6 induzierten Fehlerspannung wird dem Gitter des ersten Teils der Vakuumröhrego zugeführt, die eine Röhre der Type 6SN 7 in dem Servoverstärker 9 sein kann. Die Widerstände 91 und 92 bilden einen Spannungsteiler in dem Gittereingangskreis. Der parallel zu dem Widerstand 92 geschaltete Kondensator 93 bewirkt eine Phasenvoreilung der Fehlerspannung von 60 Hz um einen Betrag, der erforderlich ist, um die Ausgangsspannung des Servoverstärkers 9, welche einer Feldwicklung des Servomotors 8 zugeführt wird, um annähernd 90⁰ gegen die Wechselspannung von 115 V voreilen zu lassen, welche der anderen Feldwicklung zugeführt wird. Der gesamte Wechsel-Stromausgang an dem Anodenbelastungswiderstand der ersten Hälfte der Röhre 90 ist durch eine Kapazität mit dem Gitter der Röhre 98 gekoppelt, die eine Röhre der Type 6V6 sein kann. Der Anteil des Wechselstromausgangs an dem Widerstand 95 wird dem Gitter der zweiten Hälfte der Röhre 90 zugeführt, die als Phasenumkehrstufe arbeitet. Der Ausgang der Phasenumkehrstufe ist mit dem Gitter der Röhre 97 gekoppelt, die eine Röhre der Type 6V6 sein kann und in Verbindung mit der Röhre98 als Gegentaktverstärker arbeitet. Die Röhren 97 und 98 haben Belastungskreise, die aus der Primärwicklung des Transformators 99 und dem Kondensator 100 bestehen. Der Kondensator 100 bringt den Kreis in die Nähe der Resonanz und schließt auch alle Geräusch- oder andere Hochfrequenzspannungen in den Röhrenausgängen kurz. Die Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung des Transformators 99 wird einer Feldwicklung des zweiphasigen Induktions-Servomotors 8 zugeführt, um die Wicklung 7 passend einzustellen.

Fig. 3 veranschaulicht das automatische Steuergerät B und seine zugehörigen Regelkreise. Das automatische Steuergerät umfaßt im allgemeinen einen Verstärker 32, einen Steuermotorschalter 33 und einen Steuermotor 30, dessen Ausgang das Ruderseil 31 antreibt.

Der Eingangskreis des Verstärkers 32 besteht aus einer ausgeglichenen Brückenanordnung, welche das oben beschriebene Regelpotentiometer 24 und das Steuerruderpotentiometer 45 umfaßt, das durch die Achse 44 mechanisch mit dem Ausgang des Steuermotors 30 verbunden ist. Das Ruderpotentiometer 45 isl normalerweise an dem Steuermotor 30 angebracht und in symmetrischer Anordnung zu dem Potentiometer 24 dargestellt, um den elektrisch

abgeglichenen Brückeneingang zu dem Verstärker 2,2 zu veranschaulichen. Das Potentiometer 43 in dem Eingangsbrückenkreis ist eine durch den Knopf 43' geregelte Empfindlichkeitseinstellung, um die Empfindlichkeit des Systems zur Berücksichtigung von wechselnden Wetterverhältnissen, wie hoh^r Seegang und starker Wind, veränderlich zu machen. Das Doppelpotentiometer 42 ist mit dem Knopf 42' verbunden und ergibt eine Regeleinstellung für das Steuerruder. Diese Einstellung verändert das Verhältnis des Ruderwinkels zu der gewünschten Kursänderung und ist allgemein bekannt als Ruderverhältnis. Sie hängt von der Ruderempfindlichkeit der besonderen Schiffseinrichtung ab. Der dargestellte Verstärker 32 ist ein solcher der magnetischen Bauart, obwohl andere Typen von Verstärkern verwendet werden können. Die abgeglichene Eingangsbrücke ist mit der Eingangssteuerwicklung 50 einer sättigungsfähigen Drosselspule des Verstärkers 32 verbunden. Der Strom in der Steuerwicklung 50 der sättigungsfähigen Drossel ist Null, wenn die Eingangsbrücke abgeglichen ist, und kehrt sich dann je nach dem entsprechenden Ungleichgewicht der Brücke in einer Richtung um.

Mit anderen Worten wird, wenn das Regelpotentiometer 24 dem Potentiometer 45, an welches das Ruder zurückgeführt ist, nicht das Gleichgewicht hält, eine passende Eingangssteuerung auftreten. Der Strom in den Ausgangswicklungen 51 und 52 der Drossel fließt immer in derselben, durch Pfeile angegebenen Richtung auf Grund der Anordnung der zugehörigen Gleichrichter 53 bis 56. Dasselbe gilt für die Ausgangswicklungen 61 und 62 auf Grund der Gleichrichter 63 bis 66. Daher wird gemäß der bekannten Theorie der magnetischen Verstärker der durch die Steuerwicklung 50 ausgebildete Gleichstromkernfluß den Strom in einer Gruppe von Ausgangs wicklungen, z.B. 51 und 52, unterstützen und ihm in der anderen Gruppe 61 und 62 entgegenwirken, wodurch ein verstärktes Signal erzeugt wird, das eine der entgegengesetzt polarisierten Ausgangsspulen 57 oder 67 erregt, die wiederum das Differentialrelais 70 betätigen. Zur Glättung des Ausgangs sind Siebkondensatoren 58 und 68 vorgesehen.

Es hat sich als wünschenswert erwiesen, ein der Wendegeschwindigkeit des Schiffs proportionales Signal hinzuzufügen, um ein Zuviel bei Wendungen zu vermindern und auch um eine genauere Kurshaltung zu erreichen. Dieses Geschwindigkeitssignal kann durch einen Generator 46 erzeugt werden, der mit dem Azimutmotor J2 des Kompasses C gekuppelt ist. Der Generator 46 kann ein Generator der Dauermagnettype mit einer Ausgangsgleichspannung sein, die bei Umkehrung der Schiffsrichtung Ihre Polarität wechselt. Wenn das Schiff von seinem Kurs abweicht, wird daher von dem Generator 46 ein Signal erzeugt, welches der Wendegeschwindigkeit proportional ist. Der Ausgang des Generators 46 ist an die Eingangswicklung 60 des magnetischen Verstärkers 32 angeschlossen, und in den Ausgangsleitungen des Generators 46 ist ein Einstellpotentiometer 50, vorgesehen. Die Eingangsdrosseln 50 und 60 des magnetischen Verstärkers 32 ergeben eine sehr zweckmäßige Einrichtung zur Mischung zweier Gleichstromsignale, so daß das Ruder auf die Resultierende der beiden Signale anspricht.

Der Generator 46 arbeitet in der folgenden Weise. Wenn beim Halten des Kurses das Schiff von seinem eingestellten Kurs abweicht, wird ein Änderungssignal der Steuerwicklung 60 des Verstärkers zugeführt. Dieses Änderungssignal unterstützt das Vtrschiebungseingangssignal an der Steuerwicklung 50, und daraus folgt somit eine voreilende Ruderstellung. Bei Rückkehr auf den Kurs kehrt sich das Änderungssignal um und wirkt dem Verschiebungssignal entgegen. Daher nimmt das voreilende Ruder den Einstellpunkt vorweg, so daß das Schiff in die neue Richtung annähernd mit der Ruderstellung Null fährt und ein Zuviel verhindert wird.

Wenn auf einen neuen Kurs gewendet wird, wirkt " das Wendegeschwindigkeitssignal der Verschiebung während der ganzen Wendung entgegen und gibt eine Mittschiffs- oder sogar, falls erforderlich, eine entgegenwirkende Rudereinstellung, bevor das Schiff auf den neuen Kurs gelangt, wodurch eine im wesentlichen zickzackfreie Operation erreicht wird. Dein System wird aus der Quelle 49 Wechselstromenergie zugeführt, wenn der Relaisschalter 4.8 durch den Ein-Aus-Fernschalter 40 über die Leitung4i erregt wird. Die Wechselstromenergie wird in dem Selengleichrichter 47 in Gleichstrom umgeformt, um die Eingangsbrücke des Verstärkers zu speisen.

Das Differentialrelais 70 erregt ein Leistungsrelais 71 in dem Motorschalter 33, welches den Steuermotor 30 in der gewünschten Richtung betätigt. Die Achse 44 verbindet den Steuermotor mit dem von dem Ruder zurückgeführten Potentiometer 45, um das Fehlerrückführungssignal für den Eingangsbrückenkreis des Verstärkers 32 zu erzeugen.

Fig. 4,5 und 6 zeigen typische Radar darstellungen der Rundsichtanzeigerbauart. Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Flusses, welcher durch die Flußufer 78 und 79 angedeutet ist. Die Schiffsposition ist in der Mitte, und die gestrichelte Linie 80 zeigt die augenblickliche Schiffsrichtung, welche an der Azimutkreisskala 85 leicht abgelesen werden kann. Die Darstellung des Rundsichtanzeigers verschiebt sich nicht gegen die feststehende Kreisskala 85, wenn die Schiffsrichtung sich ändert, da sie im Azimut durch den Schiffskonrpaß festgelegt wird. Die nicht dargestellte Kurswählerlinie auf der Scheibe 20 liegt über der Richtungslinie 80, wenn das Schiff auf Kurs ist.

Fig. 5 entspricht der Fig. 4 mit der Ausnahme, daß die Kurswählerlinie 18 für das automatische Steuergerät zugefügt ist. Der Kurswähler umfaßt eine durchsichtige Drehscheibe 20, welche die Schieberlinie 18 enthält und über der Rundsichtdarstellung angebracht ist, wobei sie durch den Knopf 21 gedreht werden kann. Durch Verdrehung des Knopfes 21 und der Schieberlinie 18 kann der gewünschte Kurs in bezug auf die Azimutkreisskala 85 und die umgebenden Objekte eingestellt

werden. Wenn die Wählerscheibe 20 gedreht wird, wird die neue Kursanzeige durch die Achse 19 übertragen, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. In Fig. 5 wurde gerade ein Kurs von annähernd 15⁰ eingestellt, wie dies durch die Lage der radialen Linie 18 gezeigt ist. Die augenblickliche Schiffsrichtung ist noch immer 38⁰, wie durch die Richtungslinie 80 angezeigt, und wenn das Schiff auf die neue Richtung wendet, wird die gestrichelte Richrungslinie 80 allmählich bei der neuen Richtung 15⁰ unter der Kurswählerlinie 18 zur Ruhe kommen. Das Schiff kann nur nach den umgebenden Objekten geleitet werden, wie bei der Flußnavigation.

¹S Fig· 5 veranschaulicht, wie die ganze erforderliche Anzeige auf einem einzigen Anzeigegerät in einfacher Weise dargestellt wird. Sowohl die augenblickliche Schiffsrichtung 80 als auch der neugewählte Kurs 18 werden relativ zu den umgebenden Objekten angezeigt. Wenn ein unvorhergesehener Umstand auftritt, wie z. B. starker Wind, der das Schiff von seinem Kurs abtreibt, wird dieser Umstand unmittelbar sichtbar und kann ausgeglichen werden, indem man den Knopf 21 auf den richtigen Kurs bringt. Mit einem System dieser Art können kleine Kursänderungen von i° oder so leicht und zweckmäßig eingestellt werden, die normalerweise nicht ausgeführt würden, wenn der Bedienungsmann des Radargeräts solche kleine Änderungen dem Steuermann zurufen müßte. Es ist praktisch nicht zweckmäßig, einzelne Radarbedienungsleute und den Steuermann für solche kleinen Änderungen zusammenarbeiten zu lassen. Mit Hilfe der Erfindung können solche kleinen Änderungen genau ausgeführt werden, wodurch eine feinere Regelung des Kurses erreicht wird. Die radiale Linie 18 auf der Scheibe braucht sich nicht über die ganze Strecke bis zu der Mitte der Scheibe zu erstrecken, wenn es erwünscht ist, dicht in der Nähe liegende Ziele klarer zu sehen. Falls erwünscht, können auch auf der Scheibe 20 andere Markierungen, wie z. H. doppelte Linien oder Entfernungskreise, vorgesehen werden.

Fig. 6 veranschaulicht einen weiteren Vorteil der Ausrüstung, welcher dem Schiffsführer große Hilfe bei der Vermeidung eines Zuviel bietet, wenn er auf einen neuen Kurs wendet. Während einer Wendung von 90⁰ auf 30⁰ zeigt der Radaranzeiger augenblickliche Richtungen 80, 81, 82, 83 und die Überwachungsscheibe 20 liefert eine Anzeige der letzten gewünschten Richtung 18. Die augenblickliche Richtung wird einmal je Umdrehung der Radarantenne aufblinken, beispielsweise alle 4 Sekunden. Mit diesen Angaben vor Augen kann der Schiffsführer sichtbar die Geschwindigkeit der Annäherung zwischen der augenblicklichen Schiffsrichtung und dem gewünschten Kurs 18 beobachten, und er wird in der Lage sein, indem er eine gleichförmige Wendegeschwindigkeit einhält und etwas nachläßt, wenn der Zwischenraum sich schließt, auf die neue Richtung mit einem Minimum von Zuviel oder Zuwenig zu kommen. Dieser Vorteil ist mit jedem automatischen Gerät zur Überwachung der Wendegeschwindigkeit verbunden, das mit dem automatischen Steuersystem vereinigt werden kann.

Die Erfindung verbindet und vereinigt alle Anzeigen, die erforderlich sind, um den richtigen Schiffskurs zu bestimmen, und sie regelt ferner den Kurs mittels eines Kurswählers, der sowohl mit dem Schiffskompaß als auch mit dem Radaranzeiger zusammenhängend verbunden ist. Mit Hilfe der Erfindung kann das übliche Verfahren zur Steuerung eines Schiffs bedeutend ruhiger gemacht und sowohl in der Geschwindigkeit als auch in der Genauigkeit gesteigert werden. Sie erhöht auch den Wirkungsgrad bedeutend, indem sie wenigstens einen Bedienungsmann, viele Kopfarbeit und alle mündlichen Mitteilungen ausschaltet. Durch die neuzeitlichen Gerätenormen sowie durch Zeit- und Bewegungsstudien ist das altgewohnte Verfahren zur Steuerung eines Schiffs, welches von mehreren Bedienungsleuten und mündlicher Mitteilung abhijngt, veraltet.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist der, daß der Führer das Schiff vollständig nach dem Radargerät in Beziehung auf die umgebenden Objekte steuern kann, was insbesondere für die Schiffahrt auf Flüssen und in Häfen wichtig ist. Da das Radargerät oder der Raum des Radargeräts im allgemeinen verdunkelt wird, um die beste sichtbare Wahrnehmung zu erreichen, ist es daher für den Führer nicht zweckmäßig, dauernd zwischen dem verdunkelten Radarraum und dem hellen Teil der Brücke hin und her zu gehen, da das menschliche Auge mehrere Minuten braucht, um mit der größten Wirksamkeit zu arbeiten und sich an die Dunkelheit des Radargeräts anzupassen.

Ein weiterer Vorteil ist der, daß der Führer keine Winkelabweichungen des Kurses zu berechnen braucht, da sowohl die augenblickliche Richtung, als auch der gewünschte Kurs klar vor ihm angezeigt werden. Der neue Kurs kann in bezug auf irgendwelche Radarziele eingestellt werden und der Bedienungsmann wird, wenn das Schiff den gewünschten Kurs erreicht hat, benachrichtigt, indem er beobachtet, wie der Radarrichtungsstrich sich in eine Lage unmittelbar unter der Kurswählerlinie bewegt. Alle erforderlichen Anzeigen werden automatisch und fortlaufend dargeboten, so daß ein einziger Bedienungsmann sie leicht deuten und anwenden kann. Es können verschiedene Abänderungen vorgesehen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, beispielsweise verschiedene Anordnungen von Gleichlaufsteuerungen oder Selsyns und verschiedene Typen von Verstärkern, Servoeinrichtungen und Differentialen.

Es kann auch eine stabilisierte Kathodenstrahlanzeigeröhre verwendet werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Anzeige- und Steuergerät für die Navigation mit einer Kathodenstrahlanzeigeröhre, welches unter Überwachung durch eine Radarausrüstung eine Darstellung der Richtung und Lage der das Schiff umgebenden Objekte sowie eine Anzeige der augenblicklichen Schiff srich-

   tung relativ zu diesen liefert, gekennzeichnet ! durch eine kompaßgesteuerte Einrichtung zur Erzeugung eines Abweichungssignals in Abhängigkeit von der Abweichung der Schiffsrichtung von einem vorl>estimmten Kurs, welches zur Steuerung des Schiffs nach dem vorbestimmten Kurs verwendet wird, und durch einen von Hand betätigten Kontroller, der mit der kompaßgesteuerten Einrichtung zusammenwirkt, um den

   ίο vorbestimmten Kurs und gleichzeitig einen Anzeiger einzustellen, welcher auf der Stirnfläche der Kathodenstrahlröhre die Richtung dieses Kurses in bezug auf die Darstellung der umgebenden Objekte anzeigt.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeiger des gewünschten Kurses einen Zeiger besitzt, welcher um einen etwa in der Mitte der Stirnfläche der Kathodenstrahlröhre gelegenen Punkt verdrehbar ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger eine radiale Linie ist, welche auf einer durchsichtigen, an der Stirnfläche der Kathodenstrahlröhre drehbar angebrachten Scheite markiert ist.

   2$
4. 4. Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die kompaßgesteuerte Einrichtung zur Erzeugung des Abweichungssignals einen Teil eines automatischen Steuersystems des Schiffs bildet, welches das Abvveichungssignal zur Steuerung des Schiffs in der Weise ausnutzt, daß die Abweichung auf Null verkleinert wird, wobei das Gerät das Schiff selbsttätig in Richtung des Kurses steuert, welcher in der Darstellung der Kathodenstrahlröhre in bezug auf die umgebenden Objekte eingestellt und angezeigt wird.

   5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das· Abweichungssignal aus einer Abnehmereinrichtung abgeleitet ist, welche die Schiffsbewegung relativ zu einem Kompaß oder Kompaßübertrager nachweist, wobei der Abnehmer durch den Handkontroller relativ zu den Kompaßangaben einstellbar ist, um den vorbestimmten Kurs in bezug auf den Kompaß oder Kompaßübertrager einzustellen.

   6. Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Radarausrüstung gelieferten Angaben in Beziehung gebracht werden zu den von dem Kompaß gelieferten Angaben, so daß die Darstellung der Objekte die Darstellung einer wahren Peilung ist, wobei der Anzeiger des gewünschten Kurses direkt von dem Handkontroller eingestellt und die Regelgröße von dem Ausgang eines Differentials geliefert wird, welchem die Einstellung des Handkontrollers als eine Eingangsgröße und die Kompaßrichtung als zweite Eingangsgröße zugeführt wird.

   7. Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die augenblickliche Schiffsrichtung an der Kathodenstrahlröhre als Blinkspur angezeigt wird, welche durch Signale erzeugt wird, die dem Gitter der Röhre einmal bei jeder Umdrehung der Radarantenne zugeführt werden, wenn sie in der Längsrichtung des Schiffs zeigt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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