DE924482C

DE924482C - In einem Feld angeordnete drehbare Einrichtung mit empfindlichen Organen, die eine Kraft liefern, welche eine periodische Funktion des Ortes oder der Zeit ist

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Publication number: DE924482C
Application number: DEP45059A
Authority: DE
Inventors: Francois Batistin Bellon; Jacques Louis Marie Hen Lenoir
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-06-08
Filing date: 1949-06-08
Publication date: 1955-03-03

Description

In einem Feld angeordnete drehbare Einrichtung mit empfindlichen Organen, die eine Kraft liefern, welche eine periodische Funktion des Ortes oder der Zeit ist Die Erfindung bezweckt, die verschiedenen Bestandteile von Apparaten, insbesondere magnetischen und elektromagnetischen Apparaten, so auszubilden, daß nur der Nutzeffekt ausgewählt wird, während die von den Harmonischen und anderen Nahwirkunlgen, z. B. Hysterese, Einwirkung der Bestandteile aufeinander usw., herrührenden Störwirkungen ausgeschieden werden.
Bei Kompensierungseinrichtungen für Magnetkompasse ist es bekannt, die viertelkreisige Deviation, deren Komponenten D und E sind, durch einen Komplex von Weicheisenkörpern, die eine viertelkreisige Amplitude # D2+E2 ergeben, zu korrigieren, wobei die Weicheisenanordnung nach dem Winkel (u= I arc es orientiert ist.
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, die Komponente D für sich mit Hilfe von gemäß dem Vorzeichen von D längs oder quer gerichteten Weicheisenstücken und die Komponente E mit Hilfe von um 1 450 gemäß dem Vorzeichen von E abweichend angeordneten Weicheisenstücken zu korrigieren. Bei diesen bekannten Anordnungen werden jeldoch weder die Harmonischen in der Nachbarschaft der Korrekturen unterdrückt, noch die schädliche Induktionswirkung der Magnete der Rose in den Korrekturen ausgeschaltet.
Ferner ist es bei Dreliwaagen für gravimetrische Untersuchungen bekannt, zum Zwecke der Beseitigung der 2. Harmonischen in der von Azimut A abhängigen Winkelabweichung drei Massen vorzusehen.
Bei solchen Drebwaagen setzt sich die Torsions.-kraft aus zwei Komponenten zusamalen, von denen die eine von der Höhe der Massen und der zu messenden Größe abhängt, eine Funktion des Azi- muts A ist und lediglich die Faktoren sin A und cos A aufweist, während die andere von der Höhe der Massen abhängilge von sekundärer Größe, die nicht bestimmt zu werden braucht, nur die Faktoren sin 2 A und cos 2A enthält, welch letztere ausgeschaltet werden sollen, indem ein gegenüber dem zweiten Wert astatisches System verwendet wird.
Durch die Erfindung werdensolche Vorrichtungen im Hinblick auf die verschiedenen Erfordernisse der Praxis, wie gesteigerte Genauigkeit, geringeren Platzlhedarf und gegen'seitige Unabhängigkeit der Wirkungen der verschiedenen Organe verbessert und hierdurch Möglichkeiten zur Herstellung von weich arbeitenden und stetig veränderlichen Regelorganen geschaffen.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei einer in einem Felde drehbaren Einrichtung mit einem empfindlichen Organ, die eine Kraft, beispielsweise eine mechanische oder elektromagnetische, liefern, welche eine periodische Funktion des Dehnungswinkels ist, z. B. einem Magnetkompaß, mehrere empfindliche Organe gemeinsam drehbar in dem Feld derart angeordnet sind und so aufeinander einwirken, daß die von ihnen gelieferten, gegeneinander phasenverschobenen Kräfte eine Gesamtkraft liefern, die eine periodische Funktion des Drehungswinkels ist, in der die unerwünschten, Harmonischen verschwinden.
Nach einem weiteren auch für sich allein anwendbaren Merkmal der Erfindung sind bei einer derartigen in einem Feld verschwenkbaren Einrichtung Einrichtungen zur Erzeugung eines zusätzlichen Feldes von solcher Art vorgesehen, daß durch dessen Überlagerung das Gesamtfeld derart entzerrt wird, daß es -die erwünschte Verteilungssymmetrie erhält und deshalb die unerwünschten Harmoni,schen verschwinden.
An einer Einnchtung, .die eine Kraft erzeugt, welche eine periodische Funktion der Zeit ist, sind erfindungsgemäß eine oder mehrere Einrichtungen zur Erzeugung phasenverschobener Kräfte aus der Ausgangskraft vorgesehen, die in ihrem Zusammenwirken eine Gesamtkraft liefern, welche eine periodische Funktion der Zeit ist und in der die unerwünschten Harmonischen verschwinden.
Die von den empfindlichen Organen gelieferte Kraft kann dabei auf die verschwenkbare Einrichtung selbst und/oder in deren Nachbarschaft angeordnete andere empfindliche Organe einwirken.
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung verhindert man die Störkupplungen zwischen den Organen durch Benutzung von Differentialorganen, d. h. Organen, welche durch zwei wirkliche entgegengesetzte Organe oder durch zwei entgegengesetzt gerichtete Wirkungen gebildet werden, und/oder einer solchen gegenseitigen Anordnung der Organe, !dlaß sie die vollständige oder teilweise Entkupplung dieser Organe ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die Organe mit großer magnetischer Durchlässigkeit, z. B. die Organe aus Weicheisen, so unterteilt oder gehlättert, daß die Wirkungen der Hysterese unterdrückt werden, da, sobald die Nutzkomponente des induzierenden Feldes Null wird, die verschiedenen, infolge dieser Hysterese bestehenbleibenden induzierten Magnete sich gegenseitig entmagnetisieren.
Di,e Erfindung betrifft ferner andere Maßnahmen, welche aus der nachfolgenden Beschreibung hervor gehen.
Sie ist auf magnetische Kompasse und andere das magnetische Erdfel.d benutzende Kompasse, auf Vorrichtungen zur Kompensierung dieser Kompasse, auf verschiedene Feldstärkenmeßgeräte, auf harmonische Analysatoren und auf verschiedene elektromagnetische und mechanische Apparate anwendbar.
Das Verständnis der Erfindung wird jedenfalls durch die nachsltehenden theoretischen Ausführungen und die Beschreibung von verschiedenen Vorrichtungen sowie durch die Zeichnungen erleichtert werden, wobei es jedoch wohlverstanden ist daß diese Beschreibung und diese Zeichnungen nur als nicht einschränkende Beispiele dienen sollen.
Fig. I bis 4 sind Prinzipschemata, auf welche die nachstehenden theoretischen Aus führungen Bezug nehmen; Fig. 5 und 6 sind Anwendungsschemata, welche empfindliche Organe oder Korrektoren für das magnetische Erdfeld benutzende Kompasse betreffen; Fig. 7 ist ein Schema, welches ein empfindliches Organ oder einen. Korrektor für das magnetische Erdfeld benutzende Kompasse betrifft und die Verteilung des Feldes zeigt; Fig. 8 ist ein die Anordnung für einen Kugelkorrektor zeigendes Schema; Fig. 9, 9a und 10, 10a sind Grundrisse bzw.
Seitenansichten von Umdrehungskörper bildenden empfindlichen Organen oder Korrektionsorganen; Fig. I I, IIa und I2, 12a sind Schnittansichten bzw. Grundrisse von empfindlichen Organen für Flüssigkeitskompasse; Fig. 13 und 14 zeigen Anordnungen von Korrektionsmagneten; Fig. I5 und I6 zeigen Anordnungen von Flindersstangen; Fig. I7,. I7a und I8 zeigen Ausführungsformen von Flindersstangen; Fig. 19 und 20 zeigen Anordnungen von Kugel korrektoren; Fig. 2I bis 22 c zeigen verformbare Vorrichtungen zur Veränderung der Amplitude der Kugelkorrektion; Fig. 23 bis 26 zeigen andere Anordnungen von Kugelkorrektoren; Fig. 27 bis 30 a zeigen Anordnungen, welche die Verstärkung des Richtfeldes und die Unterdrückung des konstanten Ablenkungsgliedes ermöglichen; Fig. 31 ist eine Vorrichtung zur Feldstärkenmessung; Fig. 32 bis 34 sind Beispiele von empfindlichen Organen für Kompasse; Fig. 35 bis 36a sind Beispiele von homogenen Umdrehungsanordnungen für magnetische Kompasse; Fig. 37 ist ein Beispiel eines magnetischen Kompasses mit einem das Feld verstärkenden astatischen System; Fig. 38 und 39 sind Beispiele von magnetischen Kompassen mit Wirbelstromdämpfung; Fig. 40 ist ein Beispiel eines Antriebes für die Veränderung oder von zwei Berichtigungsorganen ausgeübten Wirkung; Fig'. 41 zeigt eine Anordnung von Flindersstangen; Fig. 42 bis 42c zeigen ein Kugelkorrektionssystem mit kompensierter Induktion; Fig. 43 bis 47 zeigen Beispiele, welche Induktionskompasse betreffen; Fig. 48 und 49 zeigen Beispiele von sinusförmigen Spulen; Fig. 50 und 5I zeigen eine Anordnung, welche einen Generator für sinusförmigen Strom betreffen; Fig. 52 ist ein Beispiel, welches die Kompensierung von Funkpeilgeräten betrifft.
I. Theoretische Ausführungen In zahlreichen Apparaten trifft man auf periodische Vorgänge, welche eine Grundwelle und deren Harmonische aufweisen, wobei die Periodizität eine Funktion des Ortes oder der Zeit sein kann.
Im allgemeinen werden allein die Grundwelle und bisweilen eine bestimmte Harmonische, z. B. die 2. Harmonische in gewissen mit magnetischer Induktion arbeitenden Apparaten, ausgenutzt, während die anderen Glieder schädlichen Störwirkungen entsprechen.
Es ist daher zur Verbesserung dieser Apparate nötilg, die schädlichen Störvorgänge möglichst zu unterdrücken. Erfindungsgemäß kann man die Amplitude oder die Phase eines beliebigen Gliedes verändern und insbesondere die schädlichen Glieder unterdrücken.
Es sei zunächst theoretisch die mathematische Bestimmung der erfindungsgemäßen Anordnungen, welche diesen Bedingungen genügen, angegeben.
Bekanntlich kann eine periodische Funktion F1 (x) einer dimensionlsl,osen Variablen in eine Fouriersche Reihe der Form entwickelt werden.
Es seien nun die nachstehenden Funktionen F2 und F3 betrachtet, welche aus F1 abgeleitet und folgendermaßen bestimmt sind: Für die Funktion (2) der Variablen x gilt: worin die Koeffizienten As und ai Konstante und i ein Index ist, der für die Glieder der Summe die verschiedenen Werte I, 2...n annimmt. Diese Funktion F2 kann ihrerseits in eine Fouriersche Reihe entwickelt werden.
Eine Harmonische der Ordnung p der Funktion F2 besitzt nach den Gleichungen (I) und (2) folgenden Wert: Hieraus geht hervor, daß die Harmonische der Ordnung p von F2 mit der Harmonischen gleicher Ordnung von Fj in Phase ist und daß ihre Amplitude mit multipliziert ist.
In gleicher Weise ergibt sich für die Funktion F3 der Variablen x welche sich von der vorhergehenden durch das die beiden Glieder in der Klammer trennende Minuszeichen unterscheidet und ebenfalls in eine Fouriersche Reihe entwickelt werden kann. Eine der für F2 ausgeführten ähnliche Rechnung zeigt, daß eine Harmonische der Ordnung p von F3 gegenüber der Harmonischen gleichen Ordnung von F1 um sl2 verschoben ist, und daß ihre Amplitude im Verhältnis vergrößert ist.
Man sieht so insbesondere, daß man bei geeigneter Wahl der Werte von n Koeffizienten #i und at systematisch eine Zahl N von Harmomtschen P1, P2 ... PN unterdrücken kann, indem man die Werte der Koeffizienten Ai und a berechnet, welche (in dem Fall der Funktion F2) den Gleichungen (4) genügen: Für den Fall der Funktion F3 können dieselben Gleichungen hingeschrieben werden, indem man die Kosinusfunktionen durch Sinusfunktionen ersetzt.
Man sieht leicht ein, daß N den Wert 2n-1 erreichen kann. Ferner können die Funktionen F2 oder F3 ihrerseits wie die Funktion F1 behandelt werden. Man kann so verschiedene oder nicht ver- schiedene Funktionen kombi,nieren, welche bereits gemeinsame Harmonischen aufweisen, die gleich Null sind, um eine größere Zahl von Harmonischen zu unterdrücken. Man kann auf die relative Phase je der Harmonischen in willkürlicher Weise einwirken, indem man eine Mehrzahl von Funktionen F1, F2 und/oder F3 kombiniert, die gegeneinander um geeignete Winkel phasenverschoben sind.
Bei Änderung der Variablen x sieht man, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Unterharmonischen anwendbar ist. Man kann schließlich durch Kupplung zwei Systeme F2 und/oder F3 einander zuordnen, bei welchen gewisse Harmonischen p1, p2...pN in einem der Systeme unterdrückt sind, während andere Harmonischen p1', p2'...pN' in dem anderen unterdrückt sind.
In physikalischer Hinsicht kann die Funktion F1 die Stärke der von einem beliebigen elementaren Organ hervorgerufenen oder erlittenen Wirkung darstellen. Diese Stärke ist mit der Zeit oder gemäß der Stellung des Organs veränderlich.
In dem ersten Fall ist x = 2# t/T, worin t die Zeit und T die Periolde des Vorgangs ist.
In dem zweiten Fall ist x = 2 yY wobei y eine Raumdimension (Länge oder Winkel) und Y die Periode ist.
Es sei angenommen, daß der untersuchte Vorgang das Gesetz der Überlagerung der Wirkungen oder Zustände befollgt.
Der dimensionslose Parameter x kann beispielsweise als ein Winkel aufgefaßt werden. Die Fig. I stellt die obigen mathematischen Darlegungen bildlich dar. In dieser Figur stellt I das elementare Organ dar, von dem angenommen ist, daß es die durch die Pfeile dargestellten Einwirkungen schafft oder erleidet. Es sei jetzt angenommen, daß das Organ I durch die Organe II und III ersetzt wird, die gegenüber I um die Winkel + ai und - αi verschoben sind und durch die Pfeile dargestellte Einwirkungen hervorrufen oder erleiden, deren Amplitude leimal so groß wie die des Organs I ist.
Wenn die Funktion Pl (x) die Stärke der Einwirkung in dem Fall des elementaren Organs I darstellt, so wird die Stärke dieser Einwirkung für den Fall der beiden Organe II und III dargestellt durch Ät [F1 (x + αi) + F1 (x-Q)].
Wenn man jetzt eine Anordnung von fl Paaren von Organen II und III betrachtet, welche dadurch erhalten wird, daß man #i und at fl Werte (#1, ai), (Ä2, a2) . . . (Ä,t, a2) erteilt, so wird die Wirkung dieses komplexen Organs durch die Funktion F2 (x) dargestellt.
Wenn man anstatt identischer Paare Paare kombiniert hätte, die aus Elementen bestehen, welche Wirkungen + #i und - #i haben, so würde die Wirkung der erhaltenen Anordnung durch die Funktion F3 (x) dargestellt werden.
Bei den verschiedenen später betrachteten Anwendungen kann das elementare Organ sein: eine isolierte magnetische Masse, ein magnetische'r Körper, ein elektrischer Stromkreis, ein elektrischer Leiter, ein Organ eines mechanischen Apparates, während die erzeugte oder erlittene Einwirkung sein kann: ein magnetisches oder elektrisches Feld, eine Induktion, ein Drehmoment, eine elektromotorische Kraft oder ein elektrischer Strom.
Die Verschiebungen as sind im allgemeinen Winkelverschiebungen oder elektrische Verzögerungen.
Die Koeffizienten #i können erhalten werden, indem man die magnetischen Massen, die magnetischen Momente, die Stromstärken, die Zahl der Amperewindungen -der Kreise, die Drücke oder die Kräfte verändert, ohne die geometrischen Kenngrößen der elementaren Organe zu verändern.
Durch Zeichenwechsel der magnetischen Massen oder Momente, durch Wechsel der Stromrichtungen oder der Richtungen der Drücke oder Kräfte kann man ei in - #i verwandeln.
Nachstehend sind einfach als nicht einschränkendes Beispiel einige einfache Lösungen des obigen Gleichungssystems (4) angegeben, um zu zeigen, wie man verschiedene Anordnungen von Organen erhalten kann (wobei für die Darlegung dieser Lösungen der Parameter x als Winkel betrachtet wird). a) Mit n identischen Paaren von elementaren Organen kann man alle Harmonischen, die ein beliebiges ganzes Vielfaches von p sind und von der Einwirkung des elementaren Organs herrühren, unterdrücken, außer denen der Form 2 np, und gleichzeitig alle anderen verkleinern. Hierfür braucht man die Winkel ai nur so zu wählen, daß cos np ai verschwindet. So sind z. B. (s. Fig. 2) mit der Anordnung a1=300, a2=9o0, α3 = 150° und #1 = #2 = #3 alle Glieder der Funktion F2, deren Ordnung nicht ein Vielfaches von 6 ist gleich Null.
Wenn man dieser Lösung (coa np αi = 0) ein elektrisch, magnetisch usw. gekuppeltes System zuordnet, welches n' Paare von elementaren Organzen enthält, die so angeordnet sind, daß die Harmonischen verschwinden, welche Vielfache von 2 np sind, so kann man alle Harmonischen bis zur Harmonischen 4 nn' p zum Verschwinden bringen.
Man kann auf diese Weise mit drei Paaren von Elemente für jedes der beiden einander zugeordneten Systeme alle Glieder unterdrücken, deren Ordnung kein Vielfaches von 36 ist. b) Wenn man sich nicht darauf beschränkt, identische Elemente zu benutzen, so kann man die Koeffizienten #i und ag so wählen, daß man eine Funktion F2 oder F3 erhält, bei welcher die größtmögliche Menge von aufeinanderfolgenden Harmonischen von der zweiten an unterdrückt ist. So sind z. B. mit a1 = I50, a2 = 450, a3 = 75% ao = I05C, a5 = I350 und #1 = I, #2 = o,866, #3 = 0,634, #4 = 0,366, 25 = 0,I34 alle Harmonischen der Funktion F3 von der zweiten bis zehnten einschließlich gleich Null. c) Man kann auch das Verfahren benutzen, welches Darin besteht, durch F2 oder F3 dargestellte Anordnungen als Elemente zu behandeln, welch man so gruppiert, daß man Funktionen erhält, für welche gewünschte Harmonischen, z. B. die ungeraden, Null werden.
So kann die Funktion F2, deren Harmonischen 3, 5 und 9 dank ,dVr Anordnung a1=120, a2=480 und Äi = Ä2 Null werden, als eine elementare Funktion aufgefaßt werden, die man wie die Funktion Pl behandelt, um die Harmonischen 7 und 11 zu unterdrücken, z. B. durch die Werte α1'=4°7, α2'=21°0 und #1'=#2'. Es bleiben dann von den ungeraden Harmonischen nur die der Ordnung I3, 17... bestehen.
Filg. 3 und 4 zeigen eine derartige Anordnung.
Die Achse x-x' ist eine mögliche Symmetrieachse.
In Fig. 3 beziehen sich die römischen Zahlen II und I auf die Anordnung (at = I2t°, α2 = 480), bei welcher die Harmoniischen 3, 5 und 9 unterdrückt sind, während sich in Fig. 4 die arabischen Zahlen I bis 8 auf die Anordnung beziehen, die aus der vorhergehenden dadurch abgeleitet ist, daß man den vier Elementen I und II der Fig. 3 die Verschiebungen # al' (= 407) und t a2' (= 2100) erteilt. Bei dieser Anordnung sind die Harmonischen 3, 5, 7 und 9 und II Null.
Es gibt ferner zwei verschiedene Anordnungen mit zwei identischen Paaren, für welche die Harmonischen 3, 5 und 9 Null werden. Für diese beiden Anordnungen hat die Harmonische 7 ein verschiedenes Zeichen. Indem man auf demselben Kreisumfang diese beiden gewählten Lösungen mit geeigneter Wirksamkeit kombiniert, erhält man eine Anordnung, bei weicher die Harmonischen 3, 5, 7 und 9 sowie auch alle ungeraden Harmonischen, die Vielfache von 3 und 5 sind, Null werden.
Ebenso wie bei a) ist es möglich, die Harmonischen 3, 5, 7, 9 und II ZU unterdrücken, indem man durch Kupplung eine Funktion ohne Harmonischen 3, 5 und 9 einer Funktion ohne Harmonischen 7 und II zuordnet.
Beispiel I Ein empfindliches Organ eines Magnetkompasses, bei welchem die Magnete oder magnetischen Massen entsprechend den Winkeln a1 = I20, a2 = 480 und Al = A2 angeordnet sind und welches mit Halbkreiskorrektoren zusammenarbeitet, die gemäß der Winkel α1' = 407 un!d a2' = 21°0 und #1' = 2' angeordnet sind. Die erste von Null verschiedene Harmonische ist die dreizehnte.
Beispiele 2 Ein Induktor, dessen Wicklungen so angeordnet sind, daß bestimmte Harmonischen unterdrückt werden, welcher einem Anker zugeordnet ist, dessen Wicklungen so angeordnet sind, daß andere Harmonischen unterdrückt werden.
Wenn man ferner die beiden erwähnten Elementepaare (α1=12°, α2=48° und #1=#2) als ein elementares Organ betrachtet, welches man gemäß der Winkel (α1'= I50, a2' = 450, a5, = 75°' und #1'=#2'=#3') anordnet, so bleiben nur die Harmonischen 7, 11, 12, 13, 17 bestehen. d) Man kann natürlich die Lösungen a), b) und c) kombinieren.
II. Anwendung des Verfahrens auf die verschiedenen, einen das magnetische Erdfeld benutzenden Kompaß bildenden Elementarorgane Die Erfindung gestattet die Herstellung von neuen Typen von Präzisionskompassen, deren verschiedene Teile in der auf die in den nachstehenden Darlegungen angegebene Weise ausgebildet sind und die ganz oder teilweise follgende Vorteile aufweisen: Verringerte Abmessungen, dank insbesondere der Unterdrückung der Nahharmonischen, der Verwendung von Induktionskorrektoren ohne Hysterese, des Vorhandenseins von Punkten mit der Feldstärke Null in der Nähe des Kompaß und somit von Zonen geringer Feldstärke in der Nähe dieser Punkte; vollständige Korrektur der verschiedenen Ablenkungen, dank der Verwendung von Kugelkorrektoren und von Flindersstangen mit kompensierter Induktion; Korrektoren mit stetiger Veränderung: Alle Korrektoren gestatten, die Korrekturen der Amplitude und Phase in stetiger Weise zu verändern; geringe Schwingungsdauer, dank der Verwendung von Elementen, deren magnetisches Moment groß gegenüber ihrem Trägheitsmoment ist, was die Dämpfung durch Wirbelströme erleichtert und gestattet, sich von allen Abhängigkeiten der klassischen Flüssigkeitsdämpfung frei zu machen; tadellose statische und dynamische Auswuchtung, insbesondere dank der Wahl der Anordnung des empfindlichen Organs; Verstärkung des Richtfeldes durch Verwendung von geeignet angeordneten astatischen Induktoren ohne Hysterese.
Es sei jetzt nacheinander die Anwendung des Verfahrens auf die verschiedenen Teile untersucht, nämlich: A. Empfindliche Organe, B. Korrekturmagnete, C. Flindersstangen, D. Kugelkorrektoren, E. System zur Verstärkung des Richtfeldes und zur Unterdrückung des konstanten Gliedes der Ablenkung, F. Feldstärkenmeßgeräte, G. Ausführungsbeispiele der verschiedenen Bestandteile für flüssige, trockene und Induktionskompasse.
A. Empfindliche Organe Das empfindliche Organ besitzt endliche Abmessungen. Es befindet sich also nicht in einem gleichförmigen Feld, und zwar insbesondere wegen des Vorhandenseins von nahen Korrektoren.
Hieraus ergibt sich, daß die Nahharmonischen beseitigt werden müssen. Dies ist möglich durch geeignete erfindungsgemäße Anordnungen entweder des empfindlichen Organs oder der Korrektoren oder noch besser aller beider.
Für die Anwendung des Verfahrens zur Unterdrückung der Harmonischen durch eine geeignete Anordnung der das empfindliche Organ bildenden Elementarorgane kann man als Elementarorgane entweder die magnetischen Massen oder die magnetisierten Körper oder elementare Induktionsorgane ansehen.
In dem ersten Fall (Fig. 5) entspricht jeder Masse + mi eine gleiche und entgegengesetzte Masse -mi, die in bezug auf die Achse o-x zu +tut symmetrisch ist. Wenn man die Massen mi in der durch Fs bestimmten Weise anordnet und mi = Ä1tu macht, wobei m eine Konstante für alle Massen ist, so werden die Harmonischen der Ordnung p1, .... PN unterdrückt, wenn man den Gleichungen (4) für die Sinusse genügt, d. h.
Man kann sich damit begnügen, die ungeraden Harmonischen zu unterdrücken, indem man die durch die obigen Gleichungen bestimmte Anordnung durch eine in bezug auf die Achse O-Y der Fig. 5 symmetrische Anordnung ergänzt.
Man gelangt so zu einem empfindlichen Organ, welches aus parallelen Magneten zusammengesetzt ist, deren sämtliche Pole auf demselben Kreis liegen.
In dem zweiten Fall kann man kompliziertere Organe, z.B. vollständige Magnete, verwenden und sie gemäß der Anordnung F2 oder F3 anordnen, um die verschiedenen unerwünschten Harmonischen zu unterdrücken.
Man gelangt so zu Anordnungen, welche man strahlenförmig nennen kann und von denen Fig. 3 und 4 beispielshalber ein Bild geben, wobei die verschiedenen dargestellten und mit römischen oder arabischen Zahlen bezeichneten Organe z. B.
Magnete sind. Diese strahlenförmigen Anordnungen, welche in den Rahmen der Erfindung fallen, weisen insbesondere folgende Vorteile auf: a) die Möglichkeit, Elemente zu benutzen, die alle in geometrischer wie auch magnetischer Hinsicht identisch sind, was eine physikalisch bequemere und genauere Erfüllung der theoretischen Bedingungen gestattet. b) Das so gebildete empfindliche Organ ist, wenn man es in bezug auf den Mittelpunkt 0 symmetrisch wählt, dynamisch streng durch die Bedingung ausgewuchtet.
Falls das empfindliche Organ auf einem einzigen Drehzapfen ruht, kann man es horizontal halten und dabei gleichzeitig eine tadellose dynamische Auswuchtung aufrechterhalten, indem man die Einwirkung der lotrechten Feldkomponente mit Hilfe eines in der Achse angeordneten Magnets oder noch besser eines Weicheisens an StelLe der klassischen Zusatzmasse kompensiert. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß sie entsprechend der magnetischen Breite regelbar und gegen die Veränderungen der scheinbaren lotrechten Schwerkraft unempfindlich ist. c) Das so erhaltene System verhält sich in dem allgemeinen Fall, in weichem die elementaren Organe nicht die Achse treffen, wie man es in Fig. 6 sieht, wie ein System mit zwei konzentrischen empfindlichen Differentialorganen; es genügt in der Tat einerseits, die auf dem äußeren Kreis angeordneten und andererseits die auf dem inneren Kreis angeordneten Pole zu betrachten. Diese Anordnung, welche einen Bestandteil der Erfindung bildet und Differentialanordnung genannt sei, weist folgende Eigenschaften auf: Außer der Symmetrieebene ist in endlicher Abstand eine Äquipotentialfiäche U = O (Fig. 7) vorhanden, weiche die Symmetrieachse x-x' in zwei Punkten schneidet, an denen das Feld des empfindlichen Organs stets merklich Null ist und an denen eine magnetische Masse keine Wirkung auf das empfindliche Organ ausübt. In der Nachbarschaft dieser Punkte ist das Feld schwach und wechselt die Richtung, wenn man auf der Symmetrieachse fortschreitet.
Diese Eigenschaft gestattet, 1. Korrekturmagnete (halbkreisförmige, für Krängungsfehler) zu benutzen, bei denen man die Amplitude der Korrektur von Null aus und sogar beiderseits von Null durch leichte Verschiebungen parallel zur Achse beiderseits eines der Punkte der Feldstärke Null verändert, 2. Kugelkorrektoren mit kompensierter Induktion nicht zwangluäufig gegebener zu benutzen, indem man sie (Korrektor II, Fig. 8) in die Nähe des Feldes der itquipotentialflächen U = O bringt, damit die mittlere Induktion des empfindlichen Organs in diesen Weicheisen Null ist, während die Wirkung des Erdfeldes eine zusätzliche Wirkung auf die Enden des Korrektors hat. Man vermeidet so Sättigungs- und Hystereseerscheinungen, was insbesondere die Verwendung von hypermagnetischen Körpern gestattet, indem man beiderseits des Punktes der Feldstärke Null zwei orthogonale Organe 12 und I3 anbringt, für welche die Wirkung des empfindlichen Organs entgegengesetzt gerichtet ist und somit aufgehoben werden kann, während die Einwirkung des Erdfeldes additiv und in Phase erfolgt, 3. die Punkte der Feldstärke Null auszunutzen, um dort den oder die Drehzapfen, Achsen und Lager anzubringen, die somit nicht mehr aus einem unmagnetischen Werkstoff zu sein brauchen. d) Man kann eine größere Zahl von Harmonischen unterdrücken, indem man für das empfindliche Organ mehrere Systeme geeigneter gegenseitiger Stellung oder Wirksamkeit kombiniert, welche gemeinsame Harmonischen der Größe Null haben. e) Wenn man die Zahl der verwendeten Elemente unendlich vervielfacht, indem man gleichmäßig zwischen 0 und I8d verteilte Winkel ai nimmt, und wenn man setzt A = cos as d cE ai, so erhält man für die ersten der Anordnung F2 entsprechenden Glieder der Gleichungen (4) Man sieht, daß diese Integrale außer für die Grundwelle (pk = I) alle gleich Null werden.
Das so erhaltene Organ weist keine Harmonische mehr auf. Es bildet, was ein empfindliches sinusförmiges Organ genannt werden soll.
In physikalischer Hinsicht kann die obige Lösung verschiedene Formen annehmen, insbesondere: I. Wenn die elementaren Organe magnetische Massen sind, ist das empfindliche Organ 14 ein Unldrehungskörper mit beliebiger Meridianlinie mit einer gleichmäßigen, zur Umdrehungsachse senkrechten Magnetisierung J (Fig. 9, 9 a). Eine einfache Rechnung zeigt, daß die Punkte der Feldstärke Null in einer Entfernung vom Mittelpunkt liegen, die von dem Verhältnis der Halbmesser R/r abhängt und nach R/#2 strebt, wenn R/r nach 1 geht.
2. Wenn die elementaren Organe geometrisch identische Magnete sind, ist das empfindliche Organ I5 ein Umdrehungskörper mit radialer Magnetisierung, deren Stärke Z gemäß JO cos a veränderlich ist (Fig. IO, Ioa).
In diesem Fall strebt der Abstand der Punkte der Feldstärke Null von der Mitte nach R# #2, wenn R/r nach 1 geht.
Man erhält die eine oder die andere dieser Lösungen, indem man die Form der zur Magnetisierung des empfindlichen Organs dienenden Polschuhe in geeigneter Weise wählt, wenn dieses ein Magnet ist, oder indem man die Wicklungen oder den Kern oder beide gleichzeitig in geeigneter Weise anordnet, wenn es sich um einen Induktionskompaß handelt.
3. Man kann auch noch andere Kunstgriffe anwenden, um die Punkte der Feldstärke Null vom Mittelpunkt zu entfernen, um bei sonst gleichen Bedingungen die Feldstärke in der Nähe dieser Punkte noch weiter zu verringern. Man kann z. B. zwei sinusförmige Rosen verschiedener Durchmesser, die entgegengesetzt angeordnet sind, verwenden oder auch zwei sinusförmige Rosen, die gleichachsig sind, ein verschiedenes Moment haben und entgegengesetzt in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
Eine dieser beiden Rosen kann übrigens aus Weicheisen sein und durch die andere Rose magnetisiert werden. Es kann in diesem Fall feststehen.
Derselbe KunstgriB kann auf die Korrekturmagnete angewandt werden. Das feste Weicheisen oder die obere Rose kann dazu dienen, durch magnetische Anziehung das scheinbare Gewicht des anderen Organs zu verringern.
4. Das empfindliche, vorstehend definierte Umdrehungsorgan kann durch Elemente gebildet werden, die durch ein beliebiges mechanisches oder physikalisches Verfahren eingestellt werden. Indem man diese Organe in einen unmagnetischen Stoff geeigneter Dichte oder Form einbettet (Fig. II und 12), kann man Flüssigkeitskompasse ohne Schwimmer, d. h. besonders einfacher Herstellung, erhalten, deren empfindliches Organ I6 magnetisch vollkommen und mechanisch ausgewuchtet ist.
B. Korrekturmagnete Die Korrekturmagnete stellen hinsichtlich der Harmonischen mit dem empfindlichen Organ gekuppelte Systeme dar.
Erfindungsgemäß kann man bestimmte Harmonische oder ihre Wirkungen auf das empfindliche Organ unterdrücken, indem man auf dieses Organ einwirkt, und andere, indem man auf die Korrektoren einwirkt.
Man kann somit für die Korrekturmagnete Maßnahmen treffen, die in allen Punkten den unter Bezugnahme auf das empfindliche Organ beschriebenen entsprechen.
Man kann insbesondere I. Differentialkorrektoren und die Eigenschaften der Punkte der Feldstärke Null benutzen, um in ihrer Nachbarschaft entweder das empfindliche Organ oder die Kugelkorrektoren oder alle beide anzuordnen, 2. Korrektoren I7 (Fig. I3) inForm von Untdrehungsellipsen benutzen, welche sich streng gleichmäßig magnetisieren, wenn das induzierende Feld selbst gleichmäßig ist.
Man kann auch Korrekturmagnete mit Hilfe nicht identischen Elementen verwirklichen, deren Anordnung in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt, und insbesondere die Elemente auf einem Kreisumfang mit gleich weit voneinander entfernten Winkeln ai verteilen, wobei die entsprechenden Magnetstärkencos ai proportional sind.
Wenn die Elemente Pole sind, was möglich ist, da die positiven und negativen Intensitäten paarweise einander gleich sind, so stellt man in diesem Fall fest, daß z. B. mit drei Magnetpaaren alle ungeraden Harmonischen von der dritten bis elften einschließlich unterdrückt werden, während mit nur zwei Paaren die Harmonischen von der dritten bis siebenten einschließlich zu Null werden.
Erfindungsgemäß kann man die Amplitude oder die Phase des Nutzeffektes der Korrektoren verändern, indem man die Elemente des einen dieser Korrektoren gegenüber dem Mittelpunkt 0 verschiebt oder in beliebiger, aber identischer Weise gegenüber dem Mittelpunkt 0 verformt (z. B. durch Drehung um beliebige Achsen), oder durch Verschiebung längs der Umdrehungsachse (z. B. durch die in Fig 14 durch die Pfeile angegebenen Drehungen oder die in Fig. 13 durch die zur Achse x-x' parallelen Pfeile angegebenen Verschiebungen des Elements 17).
C. Flindersstangen In den klassischen Anordnungen erzeugt die Flindersstange eine 2. Harmonische, welche von den Induktionswirkungen des empfindlichen Organs und des Erdfeldes herrührt.
Dies bringt insbesondere den Nachteil mit sich, entsprechend der Länge der Flindersstange verschiedene Kombinationen oder Anordnungen der Kugelkorrektoren zu erfordern.
Erfindungsgemäß kann man die 2. Harmonische unabhängig von ihrer Größe unterdrücken, indem man gleiche Flindersstangen 18 (Fig. I5) oder 2I, 22, 23, 24 (Fig. I63 benutzt, welche man um das empfindliche Organ herum so anordnet, daß der Gleichung # #i cos 2 αi = 0 genügt wird.
Für die Anordnung der Fig. 15 ergibt sich für #1 = Ä2, a1 8 und a2 = 330 Die Harmonischen 2,4 und 6 werden unterdrückt. Wenn man die Anordnung Ä1 = 2 is, a1 6 und a2 = 2 benutzt, werden die Harmonischen 2, 3 und 4 unterdrückt.
Wenn man schließlich die Flindersstange als einen zu dem Kompaß konzentrischen Halbzylinderkranz Ig (Fig. I7a) ausbildet, werden alle geraden Harmonischen unterdrückt, und die ungeraden Harmonischen werden gleichzeitig verkleinert.
Die Amplitude der durch diese Flindersstangen bewirkten Korrektur kann, wie für die Korrekturmagnete angegeben, z. B. durch Verformungen der in Fig. I7 und I8 dargestellten Art erhalten werden oder durch die durch die Pfeile der Fig. I6 angegebenen Verschiebungen um den Mittelpunlçt 0, welche die Winkelhalbierenden 20, 20' der Elementenplaare 21 und 22 sowie 23 und 24 auf den Achsen + 45 und 450 halten.
Zur Verkleinerung der Hysteresefehler kann man erfindungsgemäß die Flindersstangen durch lotrecht geblätterte oder lotrecht fadenförmige oder punktförmige, eingestellte Elemente bilden, was noch den weiteren Vorteil aufweist, daß die Induktion der einzigen lotrechten Komponente des Feldes begünstigt wird.
Man kann insbesondere, wie in Fig. I7 und I8 dargestellt, Flindersstangen benutzen, die durch Teile 25, 26, 27, 28 gebildet werden, die ineinanderschiebbar angeordnet sind, oder aus schraubenförmigen Teilen 29 aus unterteiltem Draht bestehen, deren Wirksamkeit verändert werden kann, indem man z. B. die Steigung mittels eines beweglichen Organs 30 verändert.
D. Kugelkorrektoren Die Kugelkorrektoren bilden hinsichtlich der Harmonischen mit dem empfindlichen Organ gekuppelte Systeme, für welche das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, alle ungeraden Harmonischen zu unterdrücken, indem man insbesondere für diese Korrektoren eine zur Umdrehungsachse symmetrische Anordnung wählt, die geraden Harmonischen außer der zweiten durch eine Anordnung auszuscheiden, welche den obigen Gleichungen (+) genügt, insbesondere was in dem Fall eines einzigen Paares von Elementen 3I, 3c dadurch erhalten wird, daß man sie bei ai = 22° 5 (Fig. I9) anordnet.
Man kann auch z. B. mit zwei Paaren von Elementen 33, 33a und 34, 34a, die den Bedingungen a1 = 150, a2 = 450 und #1=2 #2 entsprechen, die Harmonischen4, 6 und 8 unterdrücken (Fig. 20).
Ebenso kann man entsprechend dem oben unter I, b) angegebenen Beispiel alle geraden Harmonischen von der vierten bis zwanzigsten einschließlich unterdrücken, wenn man in diesem Beispiel die angegebenen Winkel ai durch zwei teilt.
Erfindungsgemäß kann man die Amplitude oder die Phase des Nutzeffekts der Kugelkorrektoren in der bezüglich der Korrekturmagnete angegebenen Weise verändern (siehe in den Fig. I9, 21 und 22 die durch die Pfeile angegebenen Verschiebungen).
Zur Veränderung der Amplitude der Kugelkorrektoren kann man insbesondere verformbare Elemente benutzen, bei denen man die Länge der waagerechten Projektion verändert, indem man gleichzeitig die Wirkung des lotrechten Feldes und der von den lotrechten Korrektoren herrührenden Harmonischen durch eine Symmetrie zu einer Achse a = go0 unterdrückt, z. B. radiale Stangen 35 (Fig. 2I und 21 a) oder Anordnungen von in einer lotrechten Ebene schräg einstellbaren radialen Stangen 36 und 37 (Fig. 22 bis 22a), wobei diese Stangen vorzugsweise parallel zu at geblättert sind (Fig. 21b und 22b) . In diesen Figuren ist die Rose bei 38 dargestellt.
Man kann auch als Kugelkorrektoren in einer waagerechten Ebene drehbare Elemente benutzen.
Wenn man zwei identische Anordnungen nimmt, die elementweise diametral entgegengesetzt sind (31, 3Ia und 32, 32a, Fig. I9) wobei die Elemente jeder Anordnung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren angeordnet sind, und wenn man jedes Element einer Anordnung um denselben Winkel und jedes Element der anderen Anordnung um den entgegengesetzten Winkel verdreht, wobei diese Drehungen um homologe Punkte erfolgen, so verändert man die Amplitude der Korrektur, ohne die Phase zu verändern.
Diese Anordnungen hätten hinsichtlich Ider Amplitude niemals bei den heutigen Korrektoren mit kompensierter Induktion verwendet werden können.
Diese Anordnungen gestatten insbesondere, praktisch die magnetische Kupplung zwischen den verschiedenen Elementen des Kugelkorrektors zu beherrschen, wodurch diese Störerscheinung vernachlässigt werden kann, welche, wenn sie bedeutend ist, Harmonische hervorrufen kann.
Die bisweilen für die Korrektoren mit nicht kompensierter Induktion benutzten klassischen Lösungen durch gegenseitige Verschiebungen von zwei identischen Systemen sind von diesem Übelstand nicht frei (für gewisse Stellungen ist die gegenseitige Induktion sehr groB).
Die Differentialanordnung des empfindlichen Organs gestattet, wie unter II, A gezeigt, die 2. Harmonische, welche von der Induktion des empfindlichen Organs auf den Kugelkorrektor herrührt, zu unterdrücken.
Bei den bisher ausgeführten Kompassen wurde diese zweite Harmonische entweder mit allen ihren Nachteilen beibehalten (die Kompensation bleibt nicht aufrechterhalten, wenn sich das Feld verändert, die klassischen Meßmethoden mit Ablenker sind nicht anwendbar, die Dosierung der Korrektoren ist heikel) oder durch Korrektoren mit kompensierter Induktion unterdrückt, welche sperrig, kompliziert, schwer, und schwierig an die verschiedenen möglichen Längen der Flindersstangen anzupassen sind. Ferner zwingt bei gleicher Genauigkeit die Tatsache der Unterdrückung einer beschränkten Zahl von Harmonischen zur Unterdrückung der hieraus entspringenden Nachteile insbesondere dazu, die Abmessungen der Gesamtanordnung des Kompasses und der Korrektoren zu vergrößern, was in zahlreichen Fällen ein schwerwiegender Nachteil ist.
Es sei jetzt im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Ausfiihrung einiger weiterer Anordnungen von Kugelkorrektoren mit stetiger Veränderung der Amplitude und Unterdrückung der zweiten Induktionsharmonischen durch das empfindliche Organ beschrieben. a) Man lcann Elemente 39 auf der Achse der Rose 38 und radiale Elemente 40 (Fig. 23, 23 a und 23 b) einander zuordnen, deren Wirkung man gleichzeitig durch eine der bereits beschriebenen Anordnungen derart verändert, daß für jede Stellung die von dem empfindlichen Organ herrührenden Viertelireisinduktionen unterdrückt werden, während sich die Nutzinduktionen addieren. b) Bei einem einzigen System 41 von strahlenförmig oberhalb und unterhalb des empfindlichen Organs 42 angeordneten Kugelkorrektoren, die um eine lotrechte Achse 43 (Fig. 2+, 24a) drehbar sind, kann man eine derartige Stellung des Korreiktors und der Achse finden, daß die 2. Induktionsharmonische des empfindlichen Organs Null wird, unabhängig von der Stellung des Korrelo'rs auf seiner Achse, und zwar insbesondere für zwei orthogonale Stellungen 41, 41a.
Wenn man zwei derartige Systeme symmetrisch zur Umdrehungsachse des empfindlichen Organs anordnet und sie um entgegengesetzte Winkel um homologe Achsen dreht, so hat die Induktion des empfindlichen Organs stets die Wirkung Null, und die nutzbiare Viertelkreis induktion verändert ihre Amplitude in stetiger Weise. c) In noch allgemeinerer Weise kann man die Induktion des empfindlichen Organs ausgleichen, indem man Korrektursysteme 44 benutzt, welche Viertelkreisinduktionen hervorrufen, deren Phase in bezug auf die nutzbare Viertelkreisinduktion verschieden ist. Man bringt diese Systeme so an, daß die Resultierende der Viertelkreisinduktionen zu Null wird (Fig. 25). d) Man kann auch zwei identische Korrektoren 45 und 46 (Fig. 26) um homologe Punkte um verschiedene Winkel verdrehen. Da das Gesetz der Veränderung der nutzbaren Viertellireisinduktion von dem der Storinduktion verschieden ist, kann man diese unterdrücken, ohne die erstere zu unterdrücken.
Diese verschiedenen erfindungsgemäßen Systeme seien stetige Differentialkugelkorrektoren mit kompensierter Induktion genannt. Zur Verkleinerung der Hysteresefehler kann man erfindungsgemäß magnetische Körper benutzen, von denen jedes Element, dessen Stellung durch einen Wert von as bestimmt ist, geblättert oder allgemeiner gemäß der Ebene ai eingestellt ist, was noch den anderen Vorteil mit sich bringt, die Induktion der einzigen waagerechten FeldAçomponente zu begünstigen.
E. Systeme zur Verstärkung des Richtfeldes und zur Unterdrückung des konstanten Gliedes der Ablenkung Für gewisse Anbringungsorte des Kompaß (Blockhaus, Kampfwagen, Unterseeboote) ist der mittlere Wert der Feldstärke klein, und es kann eine beträchtliche konstante Ablenkung auftreten.
Man hat bereits versucht, diesen Übelständen durch Benutzung von astatischen Systemen abzuhelfen, man mußte jedoch darauf verzichten, dla man bei den bekannten oder bisher benutzten Verfahren gezwungen war, entfernte, d. h. unmöglich sperrige Elemente zu verwenden, um die von den Nahharmonischen, der Hysterese und der Sättigung herrührenden Erscheinungen zu vermeiden. Diese Erscheinungen bewirkten, daß die benutzten Systeme mehr Schaden als Nutzen brachten (unkompens ierbare Ablenkungen, deren Wert gemäß der Bewegung des Fahrzeugs, auf welchem der Kompaß angebracht war, schwankt.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Vermeidung aller dieser Übelstände: I. man ordnet die Elemente des astatischen Systems so an, daß die Nahharmonischen, welche nicht durch die Anordnung des empfindlichen Organs unterdrückt werden, zu Null werden, wobei das astatische System für das empfindliche Organ ein gekuppeltes System ist.
2. man verwendet die bereits bezüglich der Kugelkorrektoren beschriebenen erfindungs,gemäßen Anordnungen, welche, wrie bereits ausgeführt, gestatten, die Hystereseerscheinungen (Blätterung) und Sättigungserscheinungen, z. B. Anbringung der Elemente in der Nachbarschaft eines Punktes der Feldstärke Null, zu vermeiden.
Als Beispiel (Fig. 27 und 27 a) sei eine Kombination von in derselben Ebene liegenden orthogonalen Kugelkorrektoren benutzt, welche die Viertelkreisinduktion unterdrückt und dabei gleichzeitig die Wirkung auf das mittlere Feld verstärkt.
Man kann entweder ein astatisches System 47 oder ein astatisches System 48 oder, wie dargestellt, beide gleichzeitig benutzen.
Fig. 27 und 27 a zeigen zwei Stellungen, welche man für die Anbringung des astatischen Systems gegenüber der Äquipotentinifläche U = 0 eines empfindlichen Differentialorgans 49 wählen1 kann.
Zur Unterdrückung der Harmonischen kann man auf diese elementaren astatischen Systeme 47, 48 das erfindungsgemäße Verfahren anwenden. Fig. 28 ist ein Beispiel, bei welchem man durch die Wahl von ai = 2205 außerdem die 4. Harmonische unterdrückt hat.
Wenn man im Grenzfall einfach die mittlere Feldstärke vergrößern will, erhält man erfindungsgemäß ein astatisches System 50 in Form eines Umdrehungskörpers (Fig. 29 und 29a), welches man blättern oder allgemeiner unterteilen kann.
Man kann auch erfindungsgemäß Umdlrehungssysteme benutzen, welche gestatten, gleichzeitig die mittlere Feldstärke zu vergrößern und die Ablenkung zu berichtigen, indem man zwei oder mehr vorstehende, geblätterte und parallel zu einem Durchmesser eingestellte Systeme kombiniert, welche unter einem Winkel ai =450 oder allgemeiner so angeordnet sind, daß Fig. 30 und 30a zeigen eine derartige Anordnung, wobei das empfindliche Organ bei 51 und das statische System selbst bei 52, 53, 54, 55 dargestellt ist.
F. Feldstärkenmeßgerät Ein Verfahren zur Messung der Feldstärke besteht darin, an der Stelle des empfindlichen Organs ein bekanntes Feld zu erzeugen, um es mit dem zu messenden Feld zu vergleichen, und zwar indem man es zu Null macht (Nullmethode) oder indem man die durch das bekannte Feld erzeugte Ablenkung mißt. Es ist zweckmäßig, daß diese Apparate keine Nahharmonische erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Unterdrückung dieser Harmonischen durch Benutzung der unter A und B (empfindliches Organ und Korrekturmagnete) beschriebenen Anordnungen.
Die klassischen Feldstärkenmeßgeräte gestatten nicht, das Feld mit Genauigkeit bei Vorhandensein der Kugelkorrektoren der Flindersstangen und der astatischen Systeme zu messen, da das von ihnen induzierte Feld die zu messende Größe verändert, und zwar in einer Weise, welche sich gemäß der Stärke und Richtung dieser Größe gegenüber den oben aufgezählten Korrektoren ändert.
Zur Abstellung dieser schweren überstände kann man als magnetische Anordnung des Meßgeräts zwei Systeme von Magneten benutzen, welche eine mit d,er Drehachse des Kompasses zusammenfallende gemeinsame Drehachse haben, wobei wenigstens das eine dieser beiden Systeme differential ist. Die Anordnung weist dann eine Äquipotentialfläche U = 0 auf.
Durch ein dem Bezüglich des Kugelkorrektors beschriebenen Verfahren ähnliches Verfahren wird diese Anordnung für jeden Kompaßtyp so befestigt, daß die von ihr auf die Anordnung der Weicheisenkorrektoren ausgeübte Induktion auf die Kompaßrose keine Wirkung ausübt.
Fig. 3I stellt als Beispiel eine erfindungsgemäße Anordnung dar, bei welcher die beiden Magnetsysteme konzentrisch und beide differential sind.
Auf dieser Figur fallen die Äquipotentialfiächen U = 0 der Rose 56 und der magnetischen Ablenkeranordnung 57 bzw. 58 in der Nachbarschaft der Kugelkorrektoren merklich zusammen, wenn diese auf die bei I2 bzw. I3 der Fig. 8. angegebene Weise ausgebildet sind. Man kann auch die Ablenker anordnung so ausbilden, daß sich die Flindersstangen in einer solchen Stellung befinden, daß sie in der Nähe eines merklich geradlinigen und lotrechten Teils einer Äquipotentiallinie dieser Anordnung liegen.
Die erfindungsgemäß ausgebildete, d. h. keine Nahharmonischen aufweisende Ablenkeranordnung 57, 5s kann unmittelbar auf der Scheibe des Kompasses in unmittelbarer Nähe der Rose 56 angebracht werden.
Unter diesen Bedingungen befinden sich die Weicheisenkorrektoren, selbst wenn sie nicht in der Nähe der Äquipotentialfläche U = 0 liegen, in einem Feld, welches viel schwächer ist als das Feld, welchem die Rose durch den Ablenker ausgesetzt ist.
Die Induktion dieses Ablenkers in den Weicheisen ist dann vernachlässigbar.
Die Amplitude des durch den. Ablenker 57, 58 erzeugten Feldes wird gemäß einem der für die Korrekturmaignete beschriebenen Verfahren geregelt, und zwar inisbesondere, indem man die beiden Magnetsysteme gegeneinander um die gemeinsame Umdrehungsachse verdreht.
Schließlich kann man noch die Eigenschaft benutzen, daß das durch die beiden Systeme erzeugte Feld hinsichtlich der Amplitude nicht dasselbe Veränderungsgesetz längs der gemeinsamen Achse befolgt, insbesondere wenn die beiden Systeme nicht in derselben Ebene liegen, um diesen Ablenker für beliebige Kompaßtypen verwendbar zu machen. Es genügt, seine Höhenlage gegenüber der Komp aß rose regeln zu können.
Um die Höhe des Ablenkeos richtig einzustellen, stellt man ihn so ein, daß er ein zu dem zu messenden Feld senkrechtes Feld erzeugt, bringt die beiden Systeme 57 und 58 in entgegengesetzte Stellung und regelt die Höhe derart, daß der Ablenker dann keinen Ausschlag hervorruft. Der so hergestellte Ablenker kann für alle Kompaßtypen verwendet werden, wobei eine einzige Teilung ausreicht.
G. Ausführungsbeispiele von verschiedenen Kompaßteilen I. Empfindliche Organe a) Organ für einen Magnetkompaß mit einer bestimmten Zahl von Magneten. Man kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. eine bewegliche Anordnung von zwei Magnetpaaren 60, 60a und 6I, 6Ia herstellen, welche parallel sind und deren Anordnung auf Fig. 32 angegeben ist, wobei die Harmonischen 3, 5, 7 bei folgenden Werten unterdrückt werden: für die Winkel al = I80, a2 = 540, für die magnetischen Massen m2 = 0,620 m1.
Dieselbe gemäß der strahlenförmigen Differentialanordnung ausgeführte Lösung mit vier Magnetpaaren (62, 62a; 63, 63a; 64, 64a und 65, 65a) ist in Fig. 33 mit folgenden Werten dargestellt: für die Winkel a1 = I80, a2 = 54°, für die magnetischen Momente M2= o,620 Olkil.
Die in Fig. 34 dargestellte Anordnung verwendet entsprechend dem Verfahren vier Magnetpaare 66, die in (geemetrischer und magnetischer Hinsicht identisch sind, wobei die Winkel folgende Werte hablen: al = 120, a2 = 4&O.
Durch die Anordnung dieser strahlenförmigen Differentialanordnung werden die Harmonischen 3, 5 und 9 unterdrückt. b) Homogene Umdrehungsanordnung für einen Magnetkompaß. Fig. 9 bis 12 stellen eine sinusförmige Differentialanordnung dar. In Fig. 9 und 9a ist diese Anordnung durch einen Ringkörper 14 aus einem gleichmäßig magnetisierenden magnetischen Metall gebildet, wobei der Magnetisierungsvektor J zur Umdrehungsachse senkrecht gerichtet ist. Eine derartige Anordnung 67 ist in Fig. 35 und 35a dargestellt und beispielshalber in einen Schwimmer 68 für einen Flüssigkeitskompaß eingebaut. Dieser Schwimmer hat, wie dargestellt, das gewünschte Schwimmvolumen bei einer möglichst kleinen Außenfläche, um die von der Mitnahme durch die Flüssigkeit herrührenden Fehler zu vermindern.
In F'ig. 10, Ioa und 36, 36a ist ein anderer Magnetringkörper 15 dargestellt, bei welchem die Magnetisierung radial gerichtet ist und eine Stärke J = Jocos a aufweist. Der Schwimmer ist in den Fig. 36 und 36 a nicht dargestellt und kann dem vorhergehenden ähnlich sein.
In Fig. 12 und 12a ist ein in obiger Weise magnetisierter und aus magnetischem Metall bestehender Ringkörper dargestellt, der entweder in einen Stoff geeigneter Dichte eingebettet ist oder eine geeignete Form besitzt oder beides gleichzeitig, so daß die Schwimmfähigkeit der Anordnung den Fortfall des Schwimmers ermöglicht. Fig. 11 und 1 1 a zeigen eine Gesamtansicht der magnetischen Anordnung für diesen Fall. c) Mit einem astatischen Feldverstärkungssystem gekuppelte Magnetkompaßanordnung. Fig. 29, 30, 30a und 37 zeigen I. ein erfindungsgemäßes empfindliches Organ (49 oder 51), welches entweder eine Anordnung der oben unter G1, 1, a) und b) beschribenen Art sein kann, oder eine Umdrehungsanordnung (Scheibe oder Ring) mit einem Stoff großer magnetischer Durchlässigkeit, z. B. aus der unter der Handelsbezeichnung Mii-Metlall bekannten Legierung. welche parallel zu einem Durchmesser gerichtet ist (Blätterung, Anordnung des Werkstoffs...), und zwar aus drei Gründen: viel geringerer magnetischer Widerstand in der Anordnungsrichtung, Unterdrückung der Harmonischen unter Aufrechterhaltung des Grundwellenmoments, Verringerung der Hysterese.
2. ein Umdrehungssystem zur Verstärkung des Feldes 50 (Fig. 29 und 37), 52, 53, 54, 55 (Fig. 30, 30a). Dieses System kann homogen aus einem Stoff großer magnetischer Durchlässigkeit und in dem Gebiet der Veränderung des induzierten Feldes konstanter magnetischer Empfänglichkeit sein.
Dieses System kann durch eine AufeinHanderschichtung von Scheiben oder Ringen gebildet werden, deren jeder wie das obige empfindliche Organ gerichtet und um solche Winkel a verschoben ist, daß swcos 2 a = O gilt, damit das System astatisch ist.
Falls das empfindliche Organ aus einem Stoff l;onstanter magnetischer Empfänglichkeit, z. B. Mü-Metall, besteht, ist sein scheinbares magnetisches Moment der waagerechten Komponente des Erdfeldes proportional. Die Kreiskorrektoren weisen also selbsttätig eine kompensierte Induktion auf.
Diese Kreiskorrektoren können übrigens in diesem Fall durch das System zur Feldverstärkung gebildet werden, in welchem man cos 2 a verändert.
Als Beispiel kann man als verstärkendes Kugelkorrektorsystem eine Anordnung von zwei übelreinandergelegten Scheiben verwenden, die um 90° gegeneinander verdreht sind, wenn das Viertelkreisfeld Null ist, und um einen von 90° aus veränderlichen Winkel für wachsende Werte des Viertelkreisfeldes.
Das ringförmige empfindliche Organ 51 der Fig. 30, 30a besitzt den Vorteil, den Durchmesselr des beweglichen Organs zu vergrößern und dabei bei gegebenem Gewicht und gegebener Dicke den gleichen Wert der Schwingungsperiode in demselben Richtfeld beizubehalten.
Dies geht unmittelbar daraus hervor, daß die du.rch das empfindliche Organ und das Verstärkungssystem gebildete Anordnung sich wie ein einziges, stark abgefiachtes Ellipsoid verhält, welches sich bekanntlich in einem gleichmäßigen Feld gleichmäßig magnetisiert. Auf diese Weise kann das empfindliche Organ eine einen geeigneten Durchmesser aufweisende Rose bilden.
Schließlich kann man noch die Induktion in dem ganzen System verstärken, indem man es aus getrennten Elementen zusammensetzt, die für eine gegebene Gesamtdicke in möglichst großer Zahl aufeinandergeschichtet werden. Fig. 37 stellt eine solche Anordnung dar (in dieser Figur sind der Bequemlichkeit der Darstellung halber die Dicken beträchtlich übertrieben3. In dieser Fig. 37 stellt das Bezugzeichen 70 eine Vorrichtung zur Wirbelstromdämpfung dar.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß man zur Beseitigung der Unbestimmtheit von 1800 in dem Fall eines empfindlichen Organs ohne ständige Magnetisierung einen kleinen magnetisierten Teil 7I geringen magnetischen Moments benutzen kann, der überlagert ist und dessen Genauigkeit wenig Bedeutung hat. d) Wirbelstromdämpfung. Fig. 38 und 39 zeigen als Beispiel, wie man, je nachdem ob man eine Achse mit einem Drehzapfen 72 (Fig. 38) oder mit zwei Drehzapfen 73 (Fig. 39) benutzt, die empfindlichen Organe 74, welche den Gegenstand der Erfindung bilden, anordnen kann, damit sie durch die in den Umdrehungskupfermassen 75 und 76 induzierten Wirbelströme gedämpft werden.
2. Korrekturmagnete Die Halbkreiskorrektoren können z. B. abgeplattete, gleichmäßig parallel zu der Äquatorialebene magnetisierte Ellipsoide sein, oder eine beliebige der für das empfindliche Organ gewählten erfindungsgemäßen Magnetanordnungen. Man kann entweder einen einzigen Korrektor I7 (Fig. I3) benutzen, den man längs der Achse des Kompaß in der Nähe des Punktes der Feldstärke Null verschiebt, um die Amplitude der Korrektur zu verändern, wobei deren Phase durch die Drehung um diese Achse verändert wird, oder zwei Teile, deren Einzelwirkung auf das empfindliche Organ die gleiche Amplitude hat, wobei die resultierende Wirkung dadurch verändert Wird, daß man die beiden den Korrektor bildenden Teile gegeneinander verdreht. Fig. 40 stellt einen durch zwei Teile 77, 78 gebildeten Korrektor dar, wobei die Drehung des einen Teils gegenüber dem anderen durch ein Organ, z. B. den Knopf 79, gesteuert wird. Zur Veränderung der Phase verdreht man die Gesamtanordnung um den gewünschten Winkel. M'an kann schließlich die stark abgeplatteten Ellipsoide durch flache Scheiben ersetzen, deren magnetische Eigenschaften praktisch gleichwertig sind.
3. Flindersstangen Die erfindungsgemäß und wie bei C angegeben angeordneten Flindersstangen können entsprechend Fig. 4I angebracht werden. Die Flindersstangen 81 und 82 sind z. B. ausziehbar, während die Flindersstangen 83 und 84 unverformbar sind. Die Gesamtanordnung gestattet, die Korrektur von Null aus zu verändern. Man kann auch 83 und &4 fortfallen lassen, wenn für eine besondere gewählte Nullstellung die Enden von 8lI und 82 auf derselben Äquipotentiallinie liegen. Die 2. Harmonische ist stets gleich Null, und das Feld ist im Mittelpunkt O der Rose 8.o waagerecht, dank des auf dieser Figur angegebenen Wertes des Winkels fl (540 45').
Damit die Eichung der Korrekturmagnete praktisch nicht durch den Wert der Flindersstangen verändert wird, b,ringt man diese in der Nähe des Punktes 9 der Figur oder auf der anderen Seite des Mittelpunktes 0 des empfindlichen Organs an.
Wenn man schließlich nicht wünscht, daß der Korrektor des Krängungsfehlers ein Halbkreisfeld durch Induktion in den Flindersstangen hervorruft und daß infolgedessen die Regelung dieses Korrektors keine Berichtigung der Korrektur des Halbkreisfeldes erfordert, kann man ihn so anbringen, daß das von ihm in der Nähe der Flindersstangen erzeugte Feld waagerecht ist. Man erreicht dies erfindungslgemäß, indem man diesen Korrektor &5 symmetrisch zu 0 gegenüber 9 anbringt, wie in Fig. 4I angegeben.
Die Amplitude der Berichtigung des Krängungsfehlers wird durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren erhalten, ohne diesen Korrektor längs der Kompaßachse zu verschieben, wie dies im allgemeinen geschieht.
4. Kugelkorrektoren Diie Fig. 42 bis 42c stellen beispielshalber ein Kreiskorrektorsystem mit kompensierter Induktion dar, welches erfindungsgemäß beiderseits des Punktes der Feldstärke Null angeordnet und zur Verringerung der Hysterese geblättert ist. Die Teile 86, s;7 einerseits und 88, 89 andererseits sind um die Achse go Ides Kompasses drehbar, um die Amplitude der Korrektur verändern zu können, während die Gesamtanordnung als Ganzes zur Veränderung ihrer Phase drehbar ist. Die Fig. 42 b und 42c stellen zur Achse der Teile 88 bzw. 87 senkrechte Schnitte dar, um deren Blätterungen zu zeigen.
In den Fig. 23, 23 b ist ein anderes System mit kompensierter Induktion und stetiger Veränderung dargestellt, bei welchem nur die Teile 40 praktisch das nutzbare Viertelkreisfeld hervorrufen, während der Teil 39 die Unterdrückung der durch dieTeile40 hervorgerufenen schädlichen Viertelkreisinduktion gestattet.
Erfindungsgemäß ist das eine oder andere der oben beschriebenen Organe oder ihre Gesamtheit geblättert, um die Hysteresewirkungen zu verringern.
5. Induktionskompaß Alle erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Unterdrückung der Harmonischen und zur Verkleinerung der Hysterese sind auch auf die Ausführung der Induktionskompasse und ihrer Korrektoren anwendbar.
Es gibt zwei Arten von Induktionskompassen: a) Kompasse, bei welchen das empfindliche Organ beweglich ist und in einer festen Lage gegenüber dem induijerenden Magnetfeld gehalten wird (grundsätzlich senkrecht zu diesem Feld), b) Kompasse, bei welchen die empfindlichen Organe gegenüber dem Träger und Erzeuger der Ströme, deren Stärke der Projektion des Magnetfeldes längs der Achse der Sonden proportional ist, feststehen. Diese Ströme werden dann dazu benutzt,, um in der Entfernung ein Feld zu erzeugen, welches sich wie das induzierende Magnetfeld des Kompasses dreht.
In beiden Systemen benutzt man die Differentialwirkung des magnetischen Feides auf zwei entgegengesetzte Sonden.
Das elektrische Schaltbild ist in Fig. 43 angegeben. Die Primärwicklungen sind bei 94, 95 dargestellt, während die Sekundärwicklungen bei 96, 97 dargestellt sind. Wenn sich die beiden den Indizes a und b entsprechenden Halbsonden 9I und 92 in den Feldern ha und hb befinden, hat die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung die Form U2 = A (ha + hb)x #α2p sin 2p #t + B [f (ha) - f (hb)] #a2p+1 sin (2p+1) #t, wobei # die Winkelfrequenz des Erregerstromes und f (h) eine gerade Funktion von h ist, die langsam mit h abnimmt.
Bei den bisher benutzten Vorrichtungen stoßen die beiden Halbsonden aneinander, und ha ist gleich hb, wobei die Spannung an den Sekundärklemmen dem Feld ha mit allen seinen Nahharmonischen proportional ist. Man kann erfindungsgemäß die beiden Halbsonden 9I und 92 z. B. mit den Winkeln + a= 3aO gegenüber o-x (Fig. 44) anordnen.
Wenn nun das Feld H', welches zunächst als von Nabharmonischen frei angesehen werden soll, unter einem Winkel von a = 900 verläuft, so erhält man ha = - hb, und da f (h) = f (- h), so erhält man: U2 =0.
Man kann daher U2 verwenden, um einen Motor zu erregen, der die Sonden gegenüberH' in die Stellung der Figur bringt. Man erhält so tatsächlich einen Kompaß. Wenn das Feld H' Nahharmonische aufweist, insbesondere die Harmonische drei, wird die Gleichgewichts stellung durch das Vorhandensein dieser Harmonischen nicht verändert.
Wenn man nämlich annimmt, daß die Sonde entsprechend der Grundwelle H1, des Feldes H' eingestellt ist, sind die beiden Halbsonden den Feldern (h1+h3) bzw. - (h1+h3) ausgesetzt, und zwar dank der Anordnung # α = 30° gegenüber o-x und senkrecht zur H1'. Für diese Stellung erhält man also tatsächlich U2 = 0.
Es sei jetzt angenommen, daß H' längs der Achse o-x eingestellt ist. Die beiden auf die Halbsonden wirkenden Felder sind dann: h1 + h3 und h1-h3, wobei die ungeraden Harmonischen von U2 klein sind, da h3 klein gegenüber h1 ist und f (h) wenig mit lt veränderlich ist. Sie sind d.aher leicht auszufiltern. Die aus dem Filter austretenden geraden Harmonischen von U2 gestatten somit eine Messung des Feldes der Grundwelle Hl'.
Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet somit durch eine geeignete Anordnung der Halbsonden die Ausscheíidung einer Kahharmomschen sowohl in der Anwendung der Sonden auf Kompasse wie in den Anwendungen auf Meßgeräte ohne jede zusätzliche Komplikation.
Man kann natürlich erfindungsgemäß eine größere Zahl von Harmonischen unterdrücken, indem man eine bestimmte Zahl von Paaren von Halbsonden in geeigneter Weise anordnet.
Man kann.auch eine vollständige Sonde beliebiger Anordnung als ein Organ ansehen, welches man erfindungsgemäß zur Unterdrückung von Harmonischen ausbildet, wobei die Anordnung den Beziehungen # Ri cos p ai = 0 genugt.
Wenn man andererseits in Fig. 45 das System der beiden entgegengesetzten Sonden 91, 92 betrachtet, deren jede durch ein Kreissegment mit einem Zentriwinkel von 600 gebildet wird, so kann man z. B. erfindungsgemäß die 3. Harmonische unterdrücken, indem man es der Transformation + ai = 300 unterwirft, was zu der Anordnung der Fig. 46 führt, wobei man praktisch die kreissegmentförmigen Sonden durch in geeigneter Weise angeordnete geradlimge Sonden 98, gg ersetzen kann, welche in Fig. 46 gestrichelt dargestellt sind.
Im Fall von Kompassen mit gegenüber dem Fahrzeug festen Anzeigeorganen unterdrückt man erfindungsgemäß z. B. die 3. Harmonische, indem man die Paare von Differentialhalbsonden a und b bei # αi = 30° anordnet (Fig. 47). Jedes der Differentialhalbsondenpaare 100, 101; 102, 103 und 104, 105, welche einer der Komponenten des Feldes entsprechen, ist dann entsprechend den Winkeln der Fig. 44 angeordnet.
Schließlich sind in dem Fall der Kompasse mit festen Anzeigeorganen die Sftont:reise der zur Wiedergabe des Feldes in der Entfernung dienenden Spulen erfindungsgemäß und in der Weise angeordnet, welche nachstehend bei der Anwendung des Verfahrens auf die Elektrotechnik (erfindungsgemäße sinusförmige Spulen) beschrieben ist.
III. Anzeiger und Wähler von Harmonilschen Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung eines Apparates, welcher nur gewisse Harmonische eines Vorgangs beliebiger Art in bestimmten Grenzen erzeugt oder aufnimmt. Wenn man z. B. bis zur 14. Harmonischen einschließlich geht und die Anordnung von drei Paaren beliebiger Organe, die den Winkeln + al =450 + a2 = 750, + a3 = I650 entspricht, als ein Organ ansieht, von dem zwei Paare unter solchen Winkeln angeordnet werden, daß die Harmonischen 9 und 12 unterdrückt werden, so erhält man ein System, welches nur die 3. Harmonische erzeugt oder aufnimmt.
Ein auf diesem Grundsatz beruhender magnetischer Apparat kann insbesondere zur Kontrolle der Ausführungen der vorstehenden Anwendungen benutzt werden.
Wenn man eine gewisse Zahl von Empfängern entsprechend einer gewissen Zahl von zweckmäßig gewählten Anordnungen anordnet, kann man im besonderen einen harmonischen Analysator verwirklichen.
IV. Anwendung auf die Elektrotechnik und das Funkwesen D,ie in der Elektrotechnik benutzten Apparate (Generatoren, Motoren, Transformatoren, Gleichrichter usw.) sind Energieumformer, welche im allgemeinen zwei magnetisch, elektrostatisch, elektrisch, elektronisch, mechanisch usw. gekuppelte Organe enthalten, wobei eines der Organe ein Feld erzeugt und das andere dieses erleidet. Wenn man das eine oder andere Organ oder alle beide gleichzeitig durch Teile bildet, welche zeitlich oder räumlich oder auf beide Arten gleichzeitig erfindungsgemäß verteilt sind (Paare von entsprechend den Winkeln # αi und mit relativen Wirksamkeiten #i angeordneten Teilen), so kann man eine beliebige gewünschte Harmonische in der Zeit oder im Raum unterdrücken oder verstärken. Dieses Verfahren gestattet insbesondere die Verbesserung des elektromagnetischen Wirkungsgrades.
Als nicht einschränkende Beispiele sind nachstehend einige konkrete Anwendungen gezeigt: a) Sinusförmige Spule. In zahlreichen Anwendungen benutzt man zwei magnetisch miteinander gelmppelte Wicklungssysteme, von denen das eine sich gegenüber dem anderen um Winkels dreht, wobei die gegenseitige Induktion die Form M cos haben soll. In Wirklichkeit weist diese gegenseitige Induktion Harmonische auf (welche in der Mehrzahl -der Fälle alle ungerade sein können). Erfindungsgemäß werden diese unerwünschten Harmonischen unterdrückt, indem man die eine oder die andere Wicklung oder alle beide durch Paare von Organen herstellt, welche um Winkel # αi verschoben sind und deren Amplitude in dem Verhältnis Ät verändert ist (Fig. 48, 49). Man kann in der zweiten Wicklung die Harmonischen vernichten, welche die erste bestehenläßt. Dieses Verfahren kann zur Erzeugung von Drehfeldern mit sehr gleichmäßiger Amplitude benutzt werden. Ein derartiger Apparat ist z. B. für Funkpeilung, Fernanzeige, Motoren, Übertrager oder Wiedergabeapparate, Drehfelder usw. verwendbar. Er kann auch zur Herstellung von Meßgeräten (z. B. sinusförmigem Moment), Logometern, Stellungsanzeigern, Radars usw. benutzt werden.
Fig. 48, 48a zeigen den Fall, wo das Grundelement durch einen oder mehrere Leiterteile gebildet wird, deren wirksamer Teil 106 der Drehachse parallel ist. In diesem Fall werden die gesuchten Werte von ai durch die mit Sinusfunktionen geschriebene Formel (4) geliefert, da der Strom für die um die Winkel + ai uni - at verschobenen Teile 107 und 108 entgegengesetzte Richtung hat.
In Fig. 49 ist das Grundelement eine vollständige Spule IO9, deren Teile IIO und III unter den Winkeln + ai angeordnet werden. In beiden Fällen stellt der Koeffizient Ät die Gesamtstromstärke dar, welche das Paar von Teilen 107, 108 oder IIO, III durchfließt. Wenn die Stromstärke in allen Leitern dieses Paares von Teilen die gleiche ist, ist es die Amperewindungszahl. Als nicht einschränkende Beispiele können die den in der theoretischen Darlegung und bezüglich der Anwendung des Verfahrens auf den Magnetismus angegebenen numerischen Werten ai, #i entsprechenden Anordnungen in den obigen Anwendungen verwendet werden.
Die klassische sinusförmige Spule ist nur ein Sonderfall (As = cos ai, wobei die ai gleichmäßig verteilt sind). b) Ein identisches Verfahren gestattet auch, Motoren mit konstantem Drehmoment zu erhalten.
Man verbessert noch die Ergebnisse in den obigen Anwendungen a) und b), indem man nicht nur die Wicklungen, sondern auch die magnetischen Organe (z. B. Walzrichtung der Bleche oder allgemeiner die Lage des Werkstoffs) um Winkel as entsprechend dem oben angegebenen Verfahren verschiebt. c) Generatoren für sinusförmigen Strom. Bei Benutzung eines Zündmagnets, dessen Feldmagnet ein magnetisiertes System ist, welches in dem obigen Paragraphen II, A, e) als sinusförmig bezeichnet wurde, erhält man eine tadellose sinusförmige Spannung unabhängig von der Form des Ankers. Wenn der Feldmagnet kugelig ist, kann man die Amplitude der induzierten Spannung verändern, indem man die Einstellung der Drehachse gegenüber dem Anker verändert.
Das obige Beispiel zeigt, wie man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wechselstromerzeuger verbessern kann. Es sei ein Generator (Fig. 50) betrachtet, dessen Anker II2 regelmäßig bewickelt ist. Es sein (wt) die an zwei Klemmen II3, II4 abgenommene Spannung, welche mit Punkten verbunden sind, die in elektrischer Hinsicht auf diesem Anker diametral gegenüberliegen.
Wenn man mit Hilfe von Schleifringen II5, II6, 117, 118 die Spannungen zwischen Punkten abnimmt, die paarweise einander diametral gegenüber und elektrisch bei Winkeln + at (115, II6) und -at (117, II8) liegen, so erhält man zwischen II5, 116 eine SpannungP(wt+a1) und zwischen Ir7, II8 eine Spannung F (wt-at). Diese Spannungen können an zwei gleiche Primärwicklungen II9, I20 eines Transformators 121 (Fig. 51) angelegt werden. An der Sekundärwicklung erhält man eine Spannung U2, die F fcst t ad + F (cot-ai) proportional ist, wobei die Zeichen + oder - entsprechend dem Wicklungssinn der Primärwicklungen erhalten werden können.
Man sieht somit, daß das Verfahren verwendet werden kann, um aus der Spannung U2 beliebige Harmonische der Spannung des Generators auszuscheiden.
Man kann bei Benutzung von mehreren Paaren von Elementen Koeffizienten #i geeigneter Größe dadurch erhalten, daß man auf die Windungszahl der Paare der Primärwicklungen des Transformators I2I einwirkt. d) Kompensierung der Funkpeilgeräte. Die Angaben der Funkpeilgeräte sind mit Fehlern behaftet (im allgemeinen Viertelkreisfehlern), welche von den Hindernissen der Umgebung herrühren. Man berichtigt sie gewöhnlich mit Hilfe von geeigneten Kreisen, welche in der Nachbarschaft des Luftleiters des Peilgeräts angebracht sind. Diese benachbarten Kreise erzeugen ebenfalls unerwünschte Harmonischen. Man kann sie erfindungsgemäß unterdrücken, indem man eine geeignete Zahl von Paaren dieser Kreise anordnet, die um die Achse des Luftleiters entsprechend den Winkeln ar mit den Wirksamkeiten #i in der oben angegebenen Weise verteilt sind. Fig. 52 zeigt ein solches Beispiel. In dieser Figur ist der Luftleiter des Peilgeräts bei I22 dargestellt, während I23, I24 die aus dem Grundkreis 125 durch die Verschiebungen + at abgeleiteten Berichtigungskreise darstellen. e) Frequenzvervielfacher. Wenn eine der erfindungsgemäß unterdrückten Harmonischen gerade die Grundwelle ist, so erhält man das Prinzip eines Frequenzvervielfachers. So erhält man, wenn man die Elementenpaare des einen oder anderen der beiden Organe unter den Winkeln 45, 75 und I65° anordnet, einen Verdreifacher, der von den Harmonischen 5 und 7 (außer den geraden Harmonischen) frei ist.
Die Anwendung des Verfahrens auf Drehfeldmotoren gestattet, Motoren zu erhalten, die mit Geschwindigkeiten umlaufen, die entsprechend der Ordnungszahl der ersten nicht unterdrückten Harmonischen verringert sind, und umgekehrt Hochfrequenzgeneratoren zu erhalten, deren Frequenz gegenüber den klassischen Generatoren mit der Ordnungszahl der ersten nicht unterdrückten Harmonischen vervielfacht ist. Eine Anwendung dieser Anordnung ist die Verwandlung einer Geschwindigkeit in einem konstanten Verhältnis ohne Verwendung eines Getriebes, welche wertvolle Anwendungen z. B. für die Fernanzeige haben kann. f) Unterdrückung der Störfrequenz, neues Modulationsverfahren. Eine Schwingung beliebiger Form von der Periode T kann in eine Fouriersche Reihe zerlegt werden, deren Variable 2 t ist.
T Wenn man durch ein beliebiges Verfahren (Phasenschieber, Verzögerungsleitung usw.) eine solche Schwingung um Winkel ai verschiebt und die Elemente am Ausgang der Phasenschieber wieder kombiniert, indem man auf die relative Amplitude Ai einwirkt, so kann man die Parameter at und Ai so wählen, daß die Amplitude oder die Phase einer beliebigen Harmonischen in willkürlicher Weise verändert werden.
Dieses Verfahren. gestattet die Unterdrückung von nicht wesentlichen Aussendungen. Es gestattet die Herstellung eines neuen, geheimen und vor Störungen geschützten Sendesystems, bei welchem die Verständigung z. B. durch Veränderung der Amplitude oder gegenseitigen Phase von zwei beliebigen Harmonischen der Modulation, welche eine konstante Amplitude behalten kann, erfolgt.
Ein Empfang findet nur statt, wenn die betreffenden Harmonischen mit der gewünschten Phase oder gegenseitigen Amplitude vorhanden sind, wodurch man ein Schutzsystem gegen Störungen erhält.
V. Anwendung auf die Mechanik Ein mechanischer Energieumformer, z. B. ein Motor, enthält grundsätzlich zwei gekuppelte Organe, z. B. Kolben und Kurbelwelle. Der angestrebte Zweck ist im allgemeinen die Erhaltung eines konstanten Drehmoments an der Welle der Kurbelwelle, wobei die auf den Kolben wirkende Kraft eine komplexe Funktion seiner Stellung (und somit der Zeit) ist. Man begnügt sich im allgemeinen damit, eine bestimmte Zahl von aufeinanderfolgenden Harmonischen von der Grundwelle aus zu unterdrücken, indem man gleichmäßig um die Achse herum angeordnete identische Organe vorsieht.
Die Erfindung gestattet, dieses Verfahren weitgehend zu verbessern. Hierfür genügt es, das erzeugte Drehmoment harmonisch zu analysieren und Organe unter Winkel as mit Parametern Ät anzuordnen, welche die Harmonischen unterdrücken. deren Vorhandensein am meisten stört. Die Vervielfachung der Organe zur Unterdrückung der Harmonischen wird so mit einem besseren Wirkungsgrad benutzt. Dieselbe Bemerkung kann auf die Unterdrückung der Oberwellen von Stromrichtern Anwendung finden.
PATENTANSPROCHE: I. In einem Feld drehbare Einrichtung mit einem empfindlichen Organ, die eine Kraft, beispielswei se eine mechanische oder elektromotorische Kraft, liefert, welche eine periodische Funktion des Drchungswinkels ist, z. B. ein Magnetkompaß, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere empfindliche Organe gemeinsam drehbar in dem Feld derart angeordnet sind und so aufeinander einwirken, daß die von ihnen gelieferten, gegeneinander phasenverschobenen Kräfte eine Gesamtkraft liefern, die eine periodische Funktion des Drehungswinkels ist, in der die unerwünschten Harmonischen verschwinden.

Claims

2. In einem Feld verschwenkbare Einrichtung mit einer oder mehreren empfindlichen Organen, die eine Kraft, beispielsweise eine mechanische oder elektromotorische Kraft, liefern, die eine periodische Funktion des Verschwenkungswinkels ist, insbesondere nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die ein solches zusätzliches Feld erzeugen, daß durch dessen Überlagerung das derart entzerrte Gesamtfeld die erwünschte Verteilungssymmetrie erhält und deshalb die unerwünschten Harmonischen verschwinden.

3. Einrichtung, die eine Kraft, z. B. eine mechanische oder elektromotorische Kraft, erzeugt, die eine periodische Funktion der Zeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Einrichtungen zur Erzeugung phasenverschobener Kräfte aus der Ausgangskraft vorgesehen sind, die in ihrem Zusammenwirken eine Gesamtkraft liefern, welche eine periodische Funktion der Zeit ist und in der die unerwünschten Harmonischen verschwinden.

4. Einrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf gleichen oder benachbarten Radien Organe angeordnet sind, die einander entgegenwirkende Kräfte erzeugen.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe in einer derartigen gegenseitigen Beziehung stehen, daß die vollständige oder teilweise Entkopplung der Schwingungselemente sichergestellt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindlichen Organe Magnete oder Weicheisenkerne sind bzw. das Feld ein magnetisches Feld ist.

7. Magnetkompaß nach Anspruch I und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zur Korrektur des Feldes dienenden Elemente eine im wesentlichen konstante Permeabilität besitzen und unterteilt oder geblättert sind, insbesondere um die Hysteresiswirkungen zu vermindern.

8. Magnetkompaß nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das empfindliche Organ (Fig. 27) in differentieller Weise so angeordnet ist, daß die auf seiner Induktion in den aus Eisen bestehenden Korrektursystemen beruhende 2. Harmonische unterdrückt wird.

9. Magnletkompaß nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete auf dem Kompaß derart angeordnet sind, daß eine äquipotentiale Fläche (U = 0) entsteht und daß die zur Korrektur des Feldes dienenden Einrichtungen in der Nähe dieser Aquipotentialfläche angeordnet sind.

IO. Magnetkompaß nach Anspruch 6 bi.s 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Phase oder der Nutzamplitude durch Verschiebung, insbesondere in der Nähe der Äquipoten- tialfläche (U=0) durch Drehung oder durch Verformung der Bauelemente der Korrekturglieder, erzielt wird, wobei die Drehachsen derart gewählt sind, daß die Störinduktionen in den Weicheisenteilen auf einem sehr geringen Wert und/oder die Viertelkreisinduktionen gleich Null gehalten werden.

11. Magnetkompaß nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktion im Schwingungssystem und/oder in den als Umdrehungskörper ausgebildeten Korrekturen die Resultierende zweier Induktionen ist, von denen die eine (I) konstant und senkrecht zur Achse gerichtet und die andere (I2) radial gerichtet und nach der Formel I2 = I3 + I4 cos α veränderlich ist, wobei das Verhältnis I1/I2 beliebig und I3 = 0 sein kann.

12. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 6 bis 11 auf magnetische Flüssigkeitskompasse, deren Magnet aus einem Werkstoff von der der tragenden Flüssigkeit benachbarter Dichte besteht.

13. Trockenmagnetkompaß nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungssystem (Kompaßrose) durch Wirbelströme gedämpft ist.

14. Magnetkompaß nach Anspruch 6 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Richtfeldes als Rotationskörper (Fig. 37) ausgebildete und gegebenenfalls mit nicht magnetischen Metallteilen zur Wirhelsfromdämpfung verbundene Systeme vorgesehen sind.

15. Magnetkompaß nach Anspruch 6 bis 14 mit quadrantförmigen Korrekturgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus zwei Anordnungen bestehen, die derartige Stellungen einnehmen, daß ihre Induktionswirkungen auf das Schwingungsglied gegeneinandergerichtet sind und sich aufheben und die Änderungen des Nutzeffektes durch eine stetige Verschiebung der beiden Anordnungen erhalten werden.

I6. Ausführungsform des Magnetkompasses nach Anspruch 6 mit Feldverstärkungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingun,gstglied (Kompaßrose) als geschichteter Körper von im wesentlichen konstanter Permeabilität aufgebaut ist und dementsprechend die Korrekturquadranten eine kompensierte Induktion aufweisen.

17. Magnetische Einrichtung nach Anspruch 5 zum Messen der Intensität eines Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplung zwischen der Einrichtung und den Widerstandskorrekturgliedern derart erfolgt, daß Messungen selbst in Gegenwart von Weicheisenkorrekturgliedern möglich sind.

I8. Induktionskompaß nach Anspruch I und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die das empfindliche Organ darstellenden Induktionsspulen derart angeordnet sind, daß die niederen Harmonischen unterdrückt werden.

19. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Geräte zur Anzeige bzw. Auswahl von Harmonischen.

20. Anordnung nach Anspruch I in elektromagnetischen oder magnetelektrischen Generatoren oder Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungselemente Teile der Leitungen oder von Spulen bilden.

21. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kompensator für Funkpeilgeräte verwendet und um die Luftleiter herum angeordnet wird.

22. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Frequenzvervielfacher.

23. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf langsam laufende Motoren.

24. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Geschwindigkeitswandler.

25. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Umformer mechanis.cher Energie.

26. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Stromrichter.

27. Anordnung nach Anspruch I und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf Übertragungseinrichtungen für Sendungen zur Unterdrückung der unwichtigen Ausstrahlungen ued/oder zur Veränderung der Amplitude der Phase zweier beliebiger Harmonischen der Modulation.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patenbschriften Nr. 467 248, 562 340.