DE965201C

DE965201C - Induktionskompass mit selbsttaetiger Fernanzeige

Info

Publication number: DE965201C
Application number: DEL7795D
Authority: DE
Inventors: Franz Mizera
Original assignee: Loewe Opta GmbH
Current assignee: Loewe Opta GmbH
Priority date: 1943-04-13
Filing date: 1943-04-13
Publication date: 1957-06-06

Description

(WiGBl. S. 175)

L 7795 VIIId/74b AUSGEGEBEN AM 6. JUNI 1957

BIBLIOTHEK

DES DEUTSCHEN

PATENTAMTES

Franz Mizera, Leipzig

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionskompaß mit selbsttätiger Fernanzeige und bezweckt eine Verbesserung derartiger Einrichtungen durch Vermeidung trägheitsbehafteter Schaltelemente, wie Relais u. dgl. Der dadurch erzielte Vorteil ist ein besserer Wirkungsgrad solcher Induktionskompasse.

Der Induktionskompaß gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der mit der umlaufenden Erdfeldinduktionsspule gekuppelte Geber und der Anzeiger aus veränderlichen Kondensatoren bestehen, die Bestandteile zweier verschiedener Schwingungskreise eines einzigen Schwingungserzeugers bilden, und daß aus der in der Induktionsspule induzierten Richtspannung Impulse gebildet werden, die zusammen mit einer dem Schwingungserzeuger entnommenen Hochfrequenzspannung einen Anzeiger betätigt, der nur auf die Summe der beiden Spannungen anspricht.

Zur Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Rotor eines veränderlichen Kondensators fest mit der Achse der Erdfeldinduktionsspule verbunden und wird gemeinsam mit der Spule in Drehung versetzt, während der Stator dieses veränderlichen Kondensators stillsteht und in die Bezugsrichtung, z. B. in die Längsachse eines Flugzeuges, weist. Parallel zu diesem veränderlichen Kondensator liegt ein Abgleichkonden-

709 532/253

sator sowie eine Selbstinduktionsspule. Diese Teile bilden zusammen einen elektrischen Schwingungskreis, der in den Gitterkreis eines Zweikreisschwingungserzeugers gelegt wird. Der beispielsweise nach Huth-Kühn geschaltete Oszillator besitzt außerdem einen Schwingungskreis im Anodenkreis der Röhre, dessen Kapazität gemäß der Erfindung durch einen ebensolchen veränderlichen Kondensator gebildet wird, wie die veränderliche Kapazität des Gitterschwingungskreises, wobei die Form der Platten der beiden Kondensatoren, deren Variation, d. h. Differenz zwischen End- und Anfangskapazität, dieselben sind und der Kapazitätsverlauf genau gleichförmig ist. Der veränderliche Kondensator des Anodenschwingungskreises bildet den anzeigenden Teil des Gerätes, während der Gitterkreiskondensator den gebenden Teil des Kompasses darstellt. Mit dem Rotor des im Anodenschwingkreis liegenden veränderlichen Kondensators ist erfindungsgemäß eine Anzeigeglimmlampe mit Kennmarke fest verbunden, während der Stator dieses Kondensators mit einer über der Glimmlampe liegenden und mit Gradeinteilung versehenen Glasscheibe' gekuppelt ist, die, wie später erläutert werden wird, zur Korrektion von Hand nachgestellt werden kann. Es sei noch bemerkt, daß die Induktionsspule mit dem Rotor des Gitterkreiskondensators und der Rotor des anzeigenden Anodenkreiskondensators mit derselben Geschwindigkeit umlaufen.

Die Erfindung beruht weiter- darin, daß die in der Induktionsspule bei ihrer Drehung durch das magnetische Erdfeld induzierten Wechselspannungen nach vorhergehender Verstärkung über einen Übertrager, dessen Sekundärwicklung Nullpunktausführung besitzt, auf die Gitter z. B. einer Doppeltriode übertragen werden, deren Gesamtanodenstrom entsprechend der Richtspannung schwankt. Die Röhre bildet erfindungsgemäß einen parallel zu einem Spannungsteiler liegenden periodisch veränderlichen Nebenwiderstand. Von dem erwähnten Spannungsteiler wird nun eine Spannung abgegriffen, die um einiges unterhalb der Zündspannung der Glimmröhre der Anzeigevorrichtung liegt, während die zur Erreichung der Zündspannung erforderliche Restspannung einem mit der Anodenschwingkreisspule lose gekoppelten aperiodischen Schwingungskreis entnommen wird. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die ebenfalls im Nebenschluß mit dem Spannungsteiler liegende Schwingungserzeuger röhre als zweiter veränderlicher Nebenwiderstand benutzt werden kann, da bei Erreichung des Schwingungszustandes der Anodenstrom dieser Röhre und daher der dadurch herbeigeführte Spannungsabfall am Spannungsteiler in diesem Zeitpunkt am geringsten ist. Die am Teiler abgegriffene Spannung für die Glimmlampe wird in diesem Falle so hoch gewählt, daß sie bei geringsten Anodenströmen der beiden Röhren, d. h. wenn der Oszillator schwingt und die Induktionsspule gerade in Ost-West-Richtung steht, gerade der Zündspannung der Glimmlampe entspricht.

Damit sich jedoch die Differenz zwischen Zünd- und Löschspannung der Glimmröhre durch allzulanges Aufleuchten der Glimmlampe in den erforderlichen Zeitabschnitten nicht unangenehm bemerkbar macht, wird man es vorziehen, als den einen Teil der Glimmröhrenspannung eine Hochfrequenzspannung anzuwenden, deren Amplituden die Differenz zwischen Zünd- und Löschspannung überbrücken und diese für das menschliche Auge unmerklich machen.

Außerdem wird erfindungsgemäß durch einen zweiten aperiodischen Schwingungskreis eine Signallampe betätigt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Kompaß keinerlei trägheitsbehaftete Schaltelemente, wie Relais u. dgl. verwendet werden, kann die Induktionsspule mit hoher Geschwindigkeit umlaufen und dabei eine viel höhere Richtspannung liefern als bei den bisher bekannten Kompassen dieser Art.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an Hand der Zeichnungen erläutert werden, von denen

Abb. ι das Schema der Gesamtanlage darstellt, Abb. 2 durch Kurven die Funktion der anzeigenden Glimmlampe und

Abb. 3 die Beziehung g zwischen Resonanz der beiden Schwingkreise und dem Anodenstrom zeigt.

Auf der Achse der Induktionsspule 1 sitzt der Rotor 2 fest. Die Kante des feststehenden Stators 3 liegt in Richtung der Längsachse des Fahrzeuges. Der Trimmer 4 und die Selbstinduktionsspule 5, die mit dem Kondensator 2, 3 den Gitterschwingungskreis der Oszillatorröhre 11 bilden, sind zu einer gemeinsamen Baueinheit zusammengeschlossen, die durch die Leitung^ mit dem Oszillator verbunden ist. Der Oszillator enthält weiter den Überbrückungskondensator 12 sowie eine den Austritt hochfrequenter Schwingungen entlang der Anodenzuleitung verhindernde Drossel 13. Sein Anodenschwingungskreis wird durch den die Anzeige des Kompaßkurses ermittelnden veränderlichen Kondensator 16, 17 sowie den Trimmer 15 und die Selbstinduktionsspule 14 gebildet. Der Kondensator 16, 17 hat eine mit dem Kondensator 2, 3 übereinstimmende Variation, Plattenform und formgleichen Kapazitätsverlauf. Sein Rotor 16 wird mit derselben Geschwindigkeit wie der mit der Induktionsspule verbundene Rotor 2 in Drehung versetzt. Mit dem Rotor 16 des Anodenkreiskondensators ist eine Metallscheibe 24 gekuppelt, in deren Ausschnitt sich eine Glimmlampe 25 mit einer darauf angebrachten Kennmarke 26 befindet. Diese Scheibe 24 dreht sich in geringem Abstand von einer mit dem Stator 17 fest verbundenen Glasplatte 23 mit Gradeinteilung, welche von Hand aus durch den Knopf 29 zwecks Korrektion in der weiter beschriebenen Weise iao nachgestellt werden kann. Die Erreichung der Korrektion wird durch das in einem aperiodischen Schwingungskreis 30 liegende Signallämpchen 31 angezeigt.

Die Induktionsspule ι und mit ihr der Rotor 2 drehen sich, angetrieben durch, den Motor 27, mit

einer Geschwindigkeit von etwa 3000 Umdrehungen in der Minute, bei welcher die Anzeigegenauigkeit durch die Remanenz des Eisens der Induktionsspule noch nicht beeinträchtigt wird. Der Rotor 16 des Anzeigekondensators wird von einem Motor 28 oder durch eine biegsame Welle durch den Motor 27 mit derselben Geschwindigkeit gedreht wie die Induktionsspule 1 und der Rotor 2. Der durch die beiden Schwingkreise und die Röhre 11 gebildete Huth-Kühn-Oszillator kommt bekanntlich erst dann in Schwingung, wenn die Produkte der in die beiden Schwingungskreisel geschalteten Selbstinduktionen und Kapazitäten einander gleich sind. Das bedeutet, daß bei gleicher Plattenform, Größe und Variation der beiden Kondensatoren 2 und 3 und 16 und 17 der Oszillator nur dann schwingen sollte, wenn die von den Rotoren und Statoren der beiden Kondensatoren eingeschlossenen Winkel genau dieselben sind. Die

ao Selektivität dieser Erscheinung kann durch geeignete Maßnahmen extrem hoch gemacht werden. Da nun aber von Anfang an der Rotor 16 nicht denselben Winkel mit dem Stator 17 einschließt, wie der Rotor 2 mit Stator 3, kommt zunächst — obzwar die Umdrehungszahl der beiden dieselbe ist — der Oszillator noch nicht in Schwingung, und zwar wegen der Winkeldifferenz der beiden Motoren 2¹J und 28 oder der Torsion der biegsamen Welle oder die Ungenauigkeit einer anderen mechanischen Übertragungsmethode. Um zunächst die gleiche augenblickliche Winkelstellung der beiden Rotoren zu ihren Statoren zu erzielen und dadurch den Oszillator in Schwingung zu versetzen, wird der Stator 17 mit Hilfe des Knopfes 29 zusammen mit der Skalenscheibe 23 so lange verstellt, bis seine Kante genau denselben Winkel mit der Kante des umlaufenden Rotors 16 in jedem Augenblick einschließt, wie die Kante des Rotors 2 mit derjenigen des Stators 3. In diesem Moment kommt der Oszillator in Schwingung, und das Lämpchen 31 gibt durch Aufleuchten Kunde von der durchgeführten Übereinstimmung.

Die in der Induktionsspule 1 induzierten Wechselströme werden zunächst einem Verstärker 7 zugeführt, an dessen Ausgang die Primärwicklung eines Übertragers 8 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung dieses Übertragers besitzt eine Nullausführung, die einerseits mit dem negativen Pol bzw. Masse und mit der Kathode einer Doppelverstärkerröhre 9 oder den Kathoden zweier Verstärkerröhren verbunden ist, während andererseits die beiden Enden der Wicklung den Steuergittern zugeführt werden. Die Röhre 9 stellt also einen während der positiven und negativen Halbwellen der in der Induktionsspule 1 induzierten Wechselspannung veränderlichen Widerstand dar, dessen Wert am größten ist, wenn die Induktionsspule 1 in Ost-West-Richtung steht, also die in ihr induzierte Spannung durch den Nullpunkt hindurchgeht. Der Gesamtwiderstand der ganzen Röhre verringert sich in gleichem Maße sowohl während der positiven als auch während der negativen Halbwellen der Richtspannung. Die Röhre 9 liegt als periodisch veränderlicher Nebenwiderstand parallel zu einem Spannungsteiler 10, von dessen abstimmbarem Abgriff eine Spannung U₁ abgenommen wird, die um ein bestimmtes Maß unterhalb der Zündspannung der Anzeigeglimmröhre 25 liegt. Die nun bis zum Erreichen der Zündspannung fehlende Teilspannung U₂ wird durch einen aperiodischen, mit der Selbstinduktionsspule 14 des Anodenschwingungskreises sehr lose gekoppelten Schwingungskreis geliefert, der sich aus der Spule 18 und dem Blockkondensator 19 zusammensetzt. Der Abgriff am Widerstand 10 wird von vornherein so eingestellt, daß U₁ + U₂ gerade die Zündspannung der Glimmröhre 25 bildet, die durch bekannte Maßnahmen derart ausgebildet ist, daß ihre Löschspannung U_b möglichst wenig unterhalb der Zündspannung U_a liegt (Abb. 2). Weder die veränderliche Spannung U₁ noch die Hochfrequenzspannung U₂ für sich sind imstande, die Glimmröhre zum Leuchten zu bringen, so daß eine Fehlanzeige des erfindungsgemäßen. Kompasses, verursacht durch gegenseitige Differenzen der Geber- und Anzeigevorrichtung, von vornherein ausgeschlossen ist und der Kompaß bei jeder Störung durch Verlöschen der Glimmlampe 25 den Beobachter aufmerksam macht, und dieser wird durch den Knopf 29, wenn es sich um eine gegenseitige Differenz handelt, dieselbe ausgleichen. Die beiden Spannungen U₁ und U₂ werden der Glimmlampe durch die Schleifringe 22 zugeführt. 20 und 21 sind die Verbindungsachsen zwischen Rotor und Glimmlampenscheibe und Stator und Skalenscheibe.

Wie bereits gesagt, leuchtet die Glimmlampe nur in dem Moment auf, wenn der Oszillator schwingt und der Widerstand der Röhre 9 am größten und daher der dadurch bedingte Nebenschluß des Spannungsteilers 10 am geringsten ist, was im Moment der Ost-West-Steilung der Längsachse der Spule 1 und des Nulldurchganges der in ihr induzierten Wechselspannung der Fall ist. Das Aufleuchten der Glimmlampe fällt daher bei jeder Umdrehung in dem Augenblick einer solchen relativen Stellung der Scheibe 24 zur Skalenscheibe 23, die genau dem Winkel der Ost-West-Richtung zur Längsachse des Fahrzeuges entspricht. Um am Anzeiger Nord-Süd-Anzeige zu bekommen, muß die Längsachse der Induktionsspule mit der Lage der Glimmlampe einen Winkel von 90⁰ einschließen, in welchem Falle dann an der Skala 23 der tatsächliche Kurs angezeigt wird. Da nun die Geschwindigkeit des Umlaufs sowohl der Spule 1 als auch der Anzeigevorrichtung mit der Glimmlampe 25, wie erwähnt, beispielsweise 3000 Umdrehungen in der Minute beträgt, erscheint die Glimmlampe 25 dem menschlichen Auge, als ob sie ■—■ an derselben Stelle stehend — ständig leuchten und durch die iao verdeckende Kennmarke 26 den Kurs weisen würde, da das menschliche Auge nicht imstande ist, 50 Bildänderungen in der Sekunde aufzufassen und zu registrieren.

In Abb. 2 wird bei α die in der Spule 1 induzierte Richtspannung dargestellt, wobei der Null-

durchgang derselben mit der Ost-West-Stellung der Induktionsspule ι zusammenfällt, b veranschaulicht den Gesamtanodenstrom der Röhre 9, und c zeigt den Spannungsverlauf am Spannungsteiler 10 sowie die vom aperiodischen Schwingungskreis 18, 19 gelieferte HF-Spannung U₂.

Die höchste Spannung stimmt nun ebenfalls mit der Ost-West-Richtung überein. Wie bereits erwähnt, wird jedoch durch die Versetzung der Induktionsspule und der Glimmlampe um 90⁰ Nord-Süd-Anzeige erreicht. Bei d sind die Leuchtzeiten der Glimmlampe 25 angegeben. U_a ist die Zündspannung, U_b die Löschspannung der Glimmröhre α. α der Winkel, über den die Glimmlampe aufleuchtet und der sich aus den beiden Winkeln β und γ zusammensetzt, die die Erreichung der Zündspannung und Löschspannung vor und hinter der Nord-Süd-Weisung darstellen. Der Winkel α wird praktisch ein äußerst kleiner sein, wie sich

ao aus den vorhergehenden Ausführungen ergibt.

Die Beseitigung der Zweideutigkeit des beschriebenen Kompasses durch Aufleuchten der Glimmlampe bei jeweils i8o° kann in einfachster Weise dadurch bewerkstelligt werden, daß man einen der Schleifringe 22 zur Hälfte (über i8o°) isolierend ausführt, so daß die Lampe nur einmal bei jeder Umdrehung aufleuchten kann. Dabei muß natürlich die Lage des Schleifhalbringes in richtiger Beziehung zum Rotor 16 stehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Induktionskompaß mit selbsttätiger Fernanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der umlaufenden Erdfeldinduktionsspule gekuppelte Geber und der Anzeiger aus veränderlichen Kondensatoren bestehen, die Bestandteile zweier verschiedener Schwingungskreise eines einzigen Schwingungserzeugers bilden und daß aus der in der Induktionsspule induzierten Richt-Spannung Impulse gebildet werden, die zusammen mit einer dem Schwingungserzeuger entnommenen Hochfrequenzspannung einen Anzeiger betätigt, der nur auf die Summe der beiden Spannungen anspricht.

2. Induktionskompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Erdfeldinduktionsspule mit dem Rotor eines veränderlichen Kondensators fest gekuppelt ist, dessen feststehender Stator die Bezugsrichtung ' darstellt, wobei dieser Kondensator die Kapazität des Gitterkreises eines Zweikreisschwingungserzeugers bildet und der räumlich getrennte Anodenkreis dieses Schwingungserzeugers einen die Anzeigevorrichtung bilden- den veränderlichen Kondensator mit gleicher Plattenform, Variation und gleichförmigem Kapazitätsverlauf wie der Gitterkreis enthält, dessen Rotor mit derselben Geschwindigkeit umläuft wie die Induktionsspule mit dem Rotor des Gitterkreiskondensators, wobei der Schwingungserzeuger nur bei genau gleicher gegenseitiger Winkelstellung der beiden Kondensatorplattenpaare in Schwingung kommt.

3. Induktionskompaß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der rotierenden Induktionsspule induzierte Wechselspannung vorzugsweise nach vorhergehender Verstärkung als eine Reihe von Impulsen den veränderlichen Nebenwiderstand eines Spannungsteilers beeinflußt, derart, daß beim Nulldurchgang der in der Induktionsspule hervorgerufenen Wechselspannung, d. h. bei Ost-West-Stellung der Längsachse der Induktionsspule der veränderliche Widerstand seinen größten Wert annimmt und daher der Spannungsabfall am Spannungsteiler am kleinsten ist, wobei diesem Spannungsteiler eine Spannung abgenommen wird, die einen Teil der Zündspannung für die mit dem Rotor des Anzeigekondensators im Anodenschwingungskreis umlaufende und bei jedem Nulldurchgang der Richtspannung, d. h. bei jeder Ost-West-Stellung der Induktionsspule kurzzeitig aufleuchtende Glimmlampe bildet, wobei zur Erreichung einer Nord-Süd-Anzeige die Längsachse der Induktionsspule mit der Lage der Glimmlampe einen Winkel von 90⁰ einschließt.

4. .Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fehlende Teil der Zündspannung dieser Glimmröhre durch eine einem aperiodischen Schwingungskreis entnommene Hochfrequenzspannung gegeben ist, der mit der Selbstinduktion des Anodenschwmgungskreises des Schwingungserzeugers lose gekoppelt ist.

5. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Anodenkreiskondensators mit einer Skala mit Gradeinteilung verbunden ist und von Hand aus gemeinsam mit dieser Skala bis zur Erreichung der Übereinstimmung der augenblicklichen gegenseitigen Winkelstellung der beiden Kondensatorplattenpaare verstellt und dadurch die Differenz zwischen den beiden ausgeglichen wird. .

6. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger ein Huth-Kühn-Oszillator ist.

7. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nachstellen des Stators des Anzeigekondensators zur Korrektion der gegenseitigen Winkelstellung der beiden Kondensatorplattenpaare das Erreichen dieser Stellung während der Rotation der beiden Kondensatoren durch das Aufleuchten einer Signallampe erfolgt, die in einem aperiodischen, mit der Selbstinduktionsspule des Anzeigeschwingungskreises lose gekoppelten Schwingungskreis liegt.

8. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Induktionsspule induzierten Richtwechselspannungen nach vorhergehender Verstärkung den Steuergittern einer Doppelröhre oder zweier getrennter Röhren zugeführt wird, derart, daß der gesamte Anodenstrom der Röhre oder Röhren

gemäß den Halbwellen der Richtspannung schwankt und der geringste Anodenstrom mit dem Nulldurchgang der in der Induktionsspule induzierten Wechselspannung zusammenfällt und daß diese Röhre oder Röhren den periodisch veränderlichen Neben wider stand des Spannungsteilers bilden, von dem der eine Teil der Zündspannung für die anzeigende Glimmröhre abgegriffen wird.

ίο g. Induktionskompaß nach Anspruch ι bis 3

und S bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserzeugerröhre selbst einen zweiten veränderlichen Nebenwiderstand des Spannungsteilers bildet und den daran entstehenden Spannungsabfall durch Sinken des Anodenstromes bei Erreichung des Schwingungszustandes beeinflußt, wobei dann von dem Spannungsteiler die gesamte Zündspannung der Glimmröhre abgegriffen wird und der Abgriff so eingestellt ist, daß die Zündspannung bei den geringsten Anodenströmen der beiden Röhren erreicht wird.

io. Induktionskompaß nach Anspruch ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungszahl der Erdinduktionsspule und der beiden veränderlichen Kondensatoren eine so hohe ist, daß das bei jeder Umdrehung zweimal zustande kommende Aufleuchten der Anzeigeglimmröhre dem menschlichen Auge als ständiges Leuchten derselben an gleicher Stelle der Skala erscheint.

11. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit dem Rotor des Anzeigekondensators umlaufende Glimmlampe unterhalb einer mit dem Stator verbundenen, mit Gradeinteilung versehenen durchsichtigen oder durchscheinenden Scheibe dreht, die von Hand aus durch einen Betätigungsknopf nachgestellt werden kann.

12. Induktionskompaß nach Anspruch 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich getrennten Teile, nämlich der mit der Induktionsspule verbundene Gitterschwingungskreis und der die Anzeige vermittelnde Anodenschwingungskreis mit Schwingröhre lediglich durch einen einzigen, hochfrequenzmäßig entsprechend auskompensierten Leiter, miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 609 708/217 11. (709 532/253 5. 57)