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Einrichtung zur Steuerung von magnetischen Eigens chutz anlagen gegen
die Wirkung des induzierten Anteiles des magnetischen Momentes von Schiffen
Die Erfindung
befaßt sich mit der automatischen Steuerung von magnetischen Eigenschutzanlagen
von Schiffen.
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Fahrzeuge, vornehmlich Schiffe mit magnetisierbaren Teilen, sind
wegen der durch diese magnetisierbaren Teile erzeugten magnetischen Störfelder durch
sogenannte magnetische Minen, die durch magnetische Störfelder gezündet werden,
gefährdet.
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Es wird daher angestrebt, die durch die magnetisierbaren Teile im
Schiff erzeugten magnetischen Störfelder durch geeignete, im Schiff angebrachte
stromdurchflossene Spulenanordnungen zu kompensieren. Die durch die im Schiff befindlichen
magnetisierbaren Teile hervorgerufenen magnetischen Störfelder lassen sich in sechs
Anteilen zerlegen.
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Drei Anteile werden durch die drei permanenten magnetischen Momente
in den drei Koordinatenrichtungen des Schiffes erzeugt. Die drei weiteren Anteile
der magnetischen Störfelder werden durch die drei induzierten magnetischen Momente
in den drei Koordinatenrichtungen des Schiffes erzeugt.
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Den genannten sechs Anteilen des magnetischen Störfeldes, z. B. unterhalb
des Schiffes, entsprechen sechs Kompensationsspulensysteme im Schiff.
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Da das induzierte magnetische Moment in den drei Koordinatenrichtungen
des Schiffes durch die jeweilige Komponente des magnetischen Erdfeldes in den drei
Koordinatenrichtungen des Schiffes erzeugt wird, müssen die den induzierten magnetischen
Momenten entsprechenden Kompensationsspulensysteme von Kompensationsströmen durchflossen
werden, die den Komponenten des magnetischen Erdfeldes in den drei Koordinatenrichtungen
des Schiffes proportional sind.
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Es ist bereits eine magnetische Eigenschutzanlage für Schiffe bekannt,
bei der der Strom für die Wicklungen zur Kompensation der induzierten und permanenten
Vertikalkomponente fest eingestellt wird und die beiden Horizontalkomponenten nach
dem Kurswinkel des Kompasses einreguliert werden. Bei dieser Anordnung ist es jedoch
nicht möglich, die Stampf- und Schlingerbewegungen des Schiffes zu berücksichtigen.
Ferner ist es nötig, der jeweiligen Horizontal- und Vertikalkomponente des Erdfeldes
der betreffenden Zonen an Hand der Karte durch entsprechende Widerstandsregulierung
Rechnung zu tragen.
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Anlagen dieser Art haben den Nachteil, daß zur Steuerung der magnetischen
Eigenschutzanlagen immer erst die das Störfeld des Schiffes bestimmenden Faktoren
manuell ermittelt werden müssen. Dies hat zur Folge, daß diese Faktoren nur in zeitlichen
Abständen berücksichtigt werden können, d. h., die Einstellung der magnetischen
Eigenschutzanlagen kann nur mit einer zeitlichen Verzögerung den sich fast stetig
ändernden, das Störfeld des Schiffes be stimmenden Faktoren angepaßt werden.
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Deshalb wurde auch bereits vorgeschlagen, die für die Änderungen
des induzierten Störfeldes ver--antwortlichen Faktoren, d. h. die jeweils auf die
Hauptachsen des Schiffes und damit auch der Kompensationsschleifen wirkenden drei
Komponenten des ungestörten Erdfeldes direkt zu messen, wobei jeder der drei zu
diesem Zweck senkrecht zueinander angeordneten Feldmeßsonden ein Feldmeßgerät und
ein Leistungsverstärker folgen, welch letzterer dann den der entsprechenden Kompensationsschleife
zukommenden Kompensationsstrom liefert.
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Zur Messung der drei Erdfeldkomponenten kann an sich jedes auf magnetische
Gleichfelder anspre chende Meßelement Verwendung finden. Allerdings ergeben sich
im Aufbau und in der Empfindlichkeit solcher Meßelemente Unterschiede, die teilweise
ihre Anwendbarkeit für diesen Zweck ausschließen.
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Die Beschreibung der Funktionen der erfindungsgemäßen Einrichtung
stellt diese deshalb unter der Verwendung von sogenannten »Förstersonden« dar, die
trotz ihrer geringen Längsausdehnung eine hohe spezifische Empfindlichkeit besitzen
und, wie im folgenden geschildert, einige wesentliche Vorteile für diese Anwendung
haben. Trotzdem ist die Einrichtung an sich nicht auf diese beschränkt.
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Es ist offensichtlich, daß bei jeder Einrichtung dieser Art das gewünschte
Ergebnis der Kompensation der Störfelder in erheblichem Maße von der zeitlichen
Konstanz und der Linearität des Verstärkungsfaktors der ganzen Einrichtung abhängt.
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Darüber hinaus ergibt der Ausfall eines oder mehrerer Kanäle oder
Teile daraus sofort eine erhebliche Gefährdung des Schiffes, speziell z. B. eines
Minensuchbootes.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird bei einer Einrichtung zur Steuerung
von magnetischen Eigenschutzanlagen gegen die Wirkung des induzierten Anteiles des
magnetischen Momentes von Schiffen mittels dreier außerhalb des magnetischen Störbereiches
des Schiffes, vorzugsweise an einer unmagnetischen Mastspitze angeordneten Feldmeßsonden,
die über je ein Feldmeßgerät die Erregung von Leistungsverstärkern steuern, die
ihrerseits Ströme für die Horizontal- und Vertikalkompensationswicklungen liefern,
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die drei Feldmeßsonden einzeln oder vorzugsweise
gemeinsam drehbar angeordnet und die Feldmeßgeräte und Leistungsverstärker mit besonderen
Einrichtungen zur Gegenkopplung und ununterbrochenen Selbstüberwachung der ganzen
Anlage ausgerüstet sind.
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An Hand des Ausführungsbeispieles der schematischen Zeichnung sei
im folgenden die Erfindung näher erläutert. In der Figur ist schematisch die Arbeitsweise
der z. 13. durch einen Förstersondentripel gesteuerten magnetischen Eigenschutzanlage
für eine Sonde des Tripels dargestellt.
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Wie oben bereits dargelegt, läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung
auch mit anderen als Förstersonden zur Messung des Erdfeldes ausrüsten. Die hohe
spezifische Empfindlichkeit von Förstersonden ermöglicht allerdings einen besonders
hohen Gegenkopplungsgrad und steigert damit die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung
erheblich.
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Die Sonde I des Tripels ist mit einem Feldmeßgerät 2 verbunden, dessen
Anzeigeinstrument 3 das von ihm gemessene Feld anzeigt. Das Feldmeßgerät 2 umfaßt
in bekannter Weise einen als Erregerstromquelle für die Sonde dienenden stabilisierten
Sender sowie einen selektiven Verstärker zur Verstärkung der aus der Sekundärspannung
der Sonde I herausgesiebten doppelten Senderfrequenz. Die Gleichrichtung der vom
Verstärker des Feldmeßgerätes 2 abgegebenen Wechselspannung erfolgt in einem phasengesteuerten
Gleichrichter. dessen notwendige Steuerspannung durch Frequenzverdoppelung aus dem
Sondenerregerstrom gewonnen wird. Die entsprechend den gemessenen Feldstärken von
dem Feldmeßgerät 2 abgegebene Leistung wird in dem Verstärker 4 verstärkt und einem
Leistungsverstärker 5 zugeführt. Für die erfindungsgemäße Einrichtung wird als Leistungsverstärker
ein Transistorverstärker als besonders geeignet angesehen, da er weitgehend ohne
Eisen aufgebaut ist und aus diesem Grunde keiner eigenen Kompensationsspule oder
-anordnung bedarf. Auch ein magnetischer Verstärker kann als Leistungsverstärker
Vorteile bieten, da er keine bewegten Teile aufweist. Es können natürlich auch die
bisher allgemeinen gebräuchlichen Maschinenverstärker. wie z. B. Amplidynengeneratoren,
verwendet werden. Die von dem Leistungsverstärker 5 gelieferten Ströme speisen die
Kompensationswicklung 6 der magnetischen Eigenschutzanlage (MES). Der Strom durch
die Kompensationswicklung 6 wird mittels des Meßinstrumentes 7 gemessen. Diese Kompensationswicklung
6 kompensiert das durch das Erdfeld induzierte magnetische Moment.
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Der Verstärker 4 arbeitet im Gegentakt auf den Eingang des Leistungsverstärkers
5. Es kann für
jede Kompensationswicklung 6 ein einstellbarer Widerstand
8 vorgesehen werden, an dem eine Spannung abgegriffen wird, die die entsprechende
Kompaß-Kompensationsspule 9 speist, wodurch eine wesentliche Beeinflussung des Magnetkompasses
durch die Kompensationswicklung 6 vermieden wird.
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Die von einer Förstersonde für ein bestimmtes magnetisches Feld abgegebene
Spannung ist gegenüber anderen Meßsonden um mehrere Zehnerpotenzen größer. Diese
Tatsache wird vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Einrichtung benutzt, um die
gesamte Anlage, bestehend aus Sonde I, Feldmeßgerät 2, Leistungsverstärker 5 sowie
Verstärker 4 zu linearisieren und zu stabilisieren.
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In der Figur ist für die Kompensationswicklung 6 des induzierten
Momentes die Anordnung zur Stabilisierung und Linearisierung schematisch wiedergegeben.
Das Feldmeßgerät 2, welches z. B. mit Transistoren aufgebaut sein kann, ist bei
geringem Aufwand in seiner Empfindlichkeit so dimensioniert, daß ein Feld von 10
mOe bereits den Vollausschlag des Anzeigeinstrumentes 3 ergibt und damit gleichzeitig
die Maximalerregung in den Eingangswicklungen des Leistungsverstärkers 5 bewirkt.
Da aber die Gesamtempfindlichkeit der Sonde I z.B.
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60mal geringer sein muß, da noch magnetische Feldstärkewerte bis etwa
1 6oo mOe verarbeitet werden müssen, kann diese Empfindlichkeitsregulierung so vorgenommen
werden, daß über einem Gegenkopplungswiderstand 10 im Leistungsverstärkerstromkreis
eine Spannung ahgenommen wird, aus der über das die Empfindlichkeit regulierende
Potentiometer sI der Sonde I ein Strom zugeführt wird, der seinerseits am Ort der
Sonde I in der Gegenkopplungswicklung 12 ein Gegenfeld erzeugt, so daß die Empfindlichkeit
auf z. B. t/eo herabgesetzt wird. Durch die starke Gegenkupplung iiber die gesamte
Anlage hinweg von dem MES-Strom bis zur Förstersonde, ergeben sich eine Reihe von
vorteilhaften Eigenschaften der Anlage. So wird z. B. durch diese starke Gegenkopplung
jede Nichtlinearität des Verstärkers 4 und des Leistungsverstärkers 5 ausgeglichen,
Die Einstellung der richtigen Empfindlichkeit der Gesamtanordnung kann in der Schiffsvermessungsanlage
z. B. so vorgenommen werden. daß der Erregerstrom für die Eingangswicklungen des
Leistungsverstärkers 5 für den optimaleil Kompensationsstrom in der Kompensationswicklung
6 von Hand, z. B. über ein Potentiometer aus dem Bordnetz, eingestellt wird.
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Dann wird auf automatische Steuerung umgeschaltet und an der Empfindlichkeitsregulierung
11 so lange verstellt, bis genau der gleiche MES-Strom, der als optimaler Strom
mit Handregulierung ermittelt wurde, vorhanden ist.
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Zur ununterbrochenen Selbtsüberwachung der Anlage wird erfindungsgemäß
eine Störgröße eingeführt, deren Wirkung auf den Kampensationsstrom durch geeignete
schaltungstechnische Maßnahmen unterbunden wird und die beim Ausfall der Anlage
oder eines beliebigen Teiles derselben ein optisches und bzw. oder ein akustisches
Signal an einem oder mehreren geeigneten Orten des Schiffes auslöst.
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Eine mögliche Form der Überwachung dieser Art ist in der Figur schematisch
wiedergegeben. Dieser folgend, wird die Überwachung der Sonde I, des Feldmeßgerätes
2 und der dazugehörigen phasengesteuerten Gleichrichtung sowie des dazugehörigen
Anzeigeinstrumentes 3 durch die tSberlagerung eines kleinen Wechselfeldes in der
Spule 13 der Sonde I zu dem Gleichfeld der Erde erreicht.
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Durch den Sender 14 (z. B. Transistorensender) wird am Ort der Sonde
I ein sehr schwaches Wechselfeld (z. B. 500 Hz) erzeugt. DieseModulation des magnetischen
Erdfeldes am Ort der Sonde I muß nach der gesteuerten Gleichrichtung in der Ausgangsspannung
als Wechselspannungskomponente vorhanden sein, wenn das Feldmeßgerät 2 in Ordnung
ist. Am Ausgang des Feldmeßgerätes 2 muß also eine Span nung, z. B. eine 5oo-Hz-Spannung,
die dem SOOeHz-Feld am Ort der Sonde 1 entspricht, auftreten.
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Diese 5oo-Hz-Spannung wird durch den 5oo-Hz-Saugkreis 15 aus dem Gleichstromkreis
entnommen.
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Nach einem Gleichrichter I6 wird der 5oo-Hz-Strom einer Wicklung 17
des Überwachungsrelais I8 zugeführt. Das Uberwachungsrelais I8 wird durch ein polarisiertes
Relais dargestellt. Wenn der aus dem Saugkreis 15 entnommene Strom durch die eine
Wicklung I7 des Überwachungsrelais I8 fließt, wird der Kontakt des Relais geschlossen
und das Störsignal 19 an eine Stromquelle angelegt, wodurch es anspricht. Die Stromquelle
zur Betätigung des Störsignals 19 möge z, B. das Bordnetz darstellen. Wird nun aber
aus dem Bordnetz über den regelbaren Widerstand 20 ein stabilisierter Strom durch
die zweite Wicklung 21 des Uberwachungsrelais I8 so geschickt, daß die Wirkung des
dem Saugkreis 15 entnommenen Stromes gerade aufgehoben wird, so fällt das Überwachungsrelais
I8 ab und das Störsignal 19 erlischt. Sobald nun z. B. durch einen Defekt eines
Bauteiles im Feldmeßgerät 2 das 500-Hz-Signal, welches dem Saugkreis 15 entnommen
wird, ausbleibt, spricht das Überwachungsrelais 18 an und läßt das Störsignal 19
ebenfalls ansprechen. Das Ansprechen des Störsignals 19 zeigt somit einen Fehler
in der Funktion der gesamten Feldmeßanlage an.
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Der in der Figur angedeutete Überwachungskreis für den Verstärker
4 und den dazugehörigen Leistungsverstärker 5 wird nachfolgend näher erläutert:
Zum Zwecke der Überwachung ist in dem Stromkreis der Kompensationswicklung 6 ein
Widerstand 22 eingefügt; der daran erzeugte Spannungsabfall liefert den Strom über
das Potentiometer 23 für eine Wicklung 24 des Überwachungsrelais 25. Die andere
Wicklung 26 dieses Relais wird von dem Strom des Anzeigeinstrumentes 3 durchflossen.
Mit Hilfe des Potentiometers 23 wird nun erreicht, daß sich die beiden Ströme in
den Wicklungen 24 und 26 hinsichtlich ihrer Wirkung kompensieren. Sobald nun durch
Aussetzen des Verstärkers 4 oder durch einen Defekt im Leistungsverstärker 5 der
der Feldstärke proportionale Strom, der aus dem
Widerstand 22 im
Kompensationskreis entnommen wird, ausbleibt, spricht das Überwachungsrelais 25
und damit das Signal 30 an.
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Besonders sei darauf hingewiesen, daß in dem gesamten Kreis von der
Sonde I bis zu dem MES-Strom jedes Schaltelement überwacht ist, so daß in jedem
Fall der Ausfall eines beliebigen Teiles der Anlage unmittelbar angezeigt wird.
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Um das Feldmeßgerät 2 auch unabhängig vom Arbeiten des Leistungsverstärkers
5 benutzen zu können, wird in der Gegenkopplungsleitung ein Umschalter 27 vorgesehen.
Aus dem Strom durch das Anzeigeinstrument 3 wird über den Widerstand 29 ein bestimmter
Anteil über den Umschalter 27 der Gegenkopplungswicklung 12 zugeführt. Mittels des
Potentiometers 28 wird dieser Strom so eingestellt, daß der gleiche Gegenkopplungsfaktor
wie bei der Gegenkopplung aus dem Leistungsverstärkerstrom vorhanden ist, so daß
beim Umschalten des Umschalters 27 von Automatik (Feldmeßgerät 2 mit Leistungsverstärker
5) auf Feldmeßgerät 2 allein die Empfindlichkeit des Feldmeßgerätes 2 nicht geändert
wird. Da durch das Anbringen einer Gegenkopplung aus dem Leistungsverstärker 5 oder
aus dem Stromkreis des Anzeigeinstrumentes 3 die Empfindlichkeit des Feldmeßgerätes
2 verändert wurde, zeigt das Anzeigeinstrument nicht den Absolutwert der Feldstärke
an. Mit Hilfe des in der Figur wiedergegebenen Eichkreises und des variablen Nebenschlusses
3I parallel zum Anzeigeinstrument 3, ist es möglich, dieses in Oersted zu eichen.
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Der Eichkreis ist derart aufgebaut, daß durch Drücken der Tasten 32
bzw. 33 in der um die Sonde I gelegten Eichwicklung 34 ein Feld von plus 200 mOe
bzw. minus 200 mOe erzeugt wird.
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Der variable Nebenschluß 3I wird so lange verändert, bis beim Drücken
einer der Tasten 32 oder 33 ein zusätzlicher Ausschlag von 200 mOe entsteht.
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Der Eichkreis läßt sich auch vorteilhafterweise dazu benutzen, die
magnetische Eigenschutzanlage, z. B. im Hafen oder wenn eine Komponente des Erdfeldes
zufällig Null ist, zu überprüfen. Beim Drücken einer der Tasten 32 oder 33 muß eine
Verschiebung des Zeigers des Anzeigeinstrumentes 3 auftreten, die einer Feldänderung
von 200 mOe entspricht; gleichzeitig muß sich der Leistungsverstärkerstrom um einen
entsprechenden Betrag ändern.
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In Weiterbildung der Erfindung wird bezüglich der Befestigung des
Sondentripels außerhalb des Störbereiches des Schiffes vorgeschlagen, diesen Sondentripel
an der unmagnetischen Mastspitze des Schiffes in der Weise drehbar anzuordnen, daß
eine beliebige Einstellung der drei Sondenachsen zu den drei Schiffsachsen vorgenommen
werden kann.
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Hierbei wird selbstverständlich vorausgesetzt, daß die drei Sondenachsen
des Tripels zueinander und die drei Schiffsachsen zueinander jeweils senkrecht aufeinanderstehen.