DE90594C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT^

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Schiffscompafs.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 15. März 1896 ab.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Schiffscompafs, der frei von Fehlern oder Deviationen infolge localer Anziehung oder sonstiger störender Einflüsse ist und sich so corrigiren läfst, dafs durch unmittelbare magnetische Beobachtung, anstatt durch astronomische Bestimmungen, die wahre Nordlinie und der Ort des Schiffes festgestellt werden kann, indem der Meridian lediglich durch magnetische Messungen genommen wird.

Das Princip, auf welchem diese Erfindung beruht, besteht in der directen Regelung der vorhandenen magnetischen Kräfte, so dafs sich ein magnetisches Feld ergiebt, in welchem die Kraftlinien beider Polaritäten gleichmäfsig über gleiche Räume vertheilt sind.

Es wird diese Erfindung so ausgeführt, dafs der Compafs in einer waagrechten Ebene von einem eisernen Ring oder mehreren solchen Ringen umgeben wird, welche sich, um den Meridian zu nehmen, in dieser waagrechten Ebene drehen oder auf einen beliebigen Winkel einstellen lassen. Dieser Ring ist bezw. diese Ringe sind nach Art des Grammeringes mit Leitungen umwunden, z. B. Kupferdrähten von geringem Widerstand, so zwar, dafs die Windungen über die eine Hälfte des Ringes in der einen und über die andere Hälfte des Ringes in der anderen Richtung laufen. Die Leitungsdrähte sind so verbunden, dafs der Strom durch die entgegengesetzten Windungen passiren kann. Als Strom mag der Erdstrom dienen, indem die Enden der Windungen zur Erde (vom Schiff aus in die See) geführt werden, oder es mag eine Batterie oder ein sonstiger Elektricitätserzeuger den Strom liefern. Wenn der Ring oder die Ringe von dem Strom umflossen werden, so entstehen zwei Pole. Die Lagen dieser Pole sind durch die Stärke des Stromes bestimmt, der jede Wickelung durchfliefst, und wenn die Widerstände dieser Wickelungen gleich sind, so wird die gleiche Menge von freiem Magnetismus um jede Wickelung herum erzeugt, weil das Potential des Stromes sich gleichmäfsig auf die Wickelungen vertheilt. Jede Kraft jedoch, welche diese gleichmäfsige Stromvertheilung stört, verschiebt die Pole aus ihren normalen Lagen, und da das Potential des Stromes den freien Magnetismus erzeugt, so steht der Betrag an letzterem unter dem Einflufs der Intensität und der Polarität des freien Magnetismus, der den Weg des Stromes umgiebt. Der elektrische scheinbare Widerstand der Wickelungen und infolge dessen die gleichmäfsige Vertheilung des Stromes hängt also von Intensität und Polarität des Erdmagnetismus und desjenigen aus anderen Quellen ab, unter deren Einflufs die Wickelungen stehen, und das 'Potential des Stromes kann daher einen gröfseren oder kleineren Betrag an freiem Magnetismus, erzeugen, je nachdem das Kraftfeld der Arbeit des Stromes günstig oder entgegen ist. Von einem gegebenen Strom wird eine gröfsere Kraft oder eine gröfsere Menge von freiem Magnetismus hervorgebracht, wenn die Polarität dieses Magnetismus von einer der Polarität, welche den Weg des Stromes umgiebt, ent-

gegengesetzten Richtung ist, als wenn die äufsere Kraft, durch welche der Strom hindurchwirkt, eine Richtung besitzt, welche derjenigen des von dem Strome selbst erzeugten freien Magnetismus gleich ist. Es beruht dies auf dem bekannten Anziehungs- und Abstofsungsgesetz, wonach gleiche Polaritäten einander abstofsen, während entgegengesetzte einander anziehen. Die Arbeit, welche der Strom leistet, kann daher durch die von äufserem Magnetismus ausgehende Anziehungswirkung vergröfsert oder durch entsprechende Abstofsung aus derselben Quelle vermindert werden, ungefähr in derselben Weise, wie die Entfernung, welche ein Schiff während einer gegebenen Zeit zurücklegt, gröfser oder kleiner ist, je nach der Richtung und Stärke der Strömungen, welche auf dasselbe einwirken.

Da die Wickelungen auf dem Ringe so angeordnet sind, dafs der Weg des Stromes in der waagrechten Ebene jede magnetische Spannung durchkreuzt, durch welche die Stellung der Compafsnadel beeinflufst werden kann, während gleichzeitig die von dem Potential des Stromes geleistete Arbeit über die ganze Länge des Leitungsdrahtes gleichmäfsig auf die Erzeugung entgegengesetzter Polaritäten vertheilt wird, so mufs für die Pole der Anziehungen eine Lage existiren, in welcher die Gröfsen des freien Magnetismus entgegengesetzter Polarität, der bei dem Durchgang des Stromes entstand, einander genau gleich sind. Diese Stellen sind die wahren Pole des Ringes und werden auf letzterem, oder wenn das Compafsgehäuse mit dem Ringe sich dreht, an diesem markirt. Dreht man alsdann den Ring, bis die Compafsnadel in dem Durchmesser zwischen den Ringpolen liegt, so zeigt sie den wahren Pol an. Die praktisch beste Lage für die Polmarken ist um einen Winkel von 45° von demjenigen Durchmesser des Ringes abstehend, auf welchem die entgegengesetzten Wickelungen zusammenstofsen, wobei ein Magnet oder Magnete, wie noch näher erläutert werden wird, so anzuordnen ist, dafs die Nadel in dieser Lage festgehalten wird.

Dieser Compafs läfst sich wie ein gewöhnlicher oder als Normalcompafs verwenden, durch welchen die Richtung des wahren Poles festgestellt und der Fehler anderer Compasse durch Vergleiche damit berichtigt werden kann. Sind allerdings die bereits erwähnten Magnete in dem Gehäuse angeordnet, so müssen sie entfernt werden, bevor das instrument als gewöhnlicher Compafs benutzbar wird.

Bis zu einer gewissen Stärke, welche von der Anzahl der Windungen in den Wickelungen abhängt, braucht der Strom lediglich für die zu verrichtende Leistung ausreichend zu sein. Diese Leistung besteht in der Erzeugung eines Kraftfeldes, welches eine gleiche Anzahl Kraftlinien auf beiden Seiten des Ringes besitzt. Wenn ein Magnet in der Nähe des Ringes angebracht wird, so wird die Intensität in den dem Magnete benachbarten Theilen des Feldes vermehrt und die Arbeit des Stromes dient dazu, die Kraftlinien auf der anderen Seite des Ringes auszugleichen. Da aber ein Strom nur eine begrenzte Leistung geben kann, so kann offenbar unter Umständen die Stärke oder Kraft, Magnetismus zu erzeugen, ungenügend sein, um diesen Ausgleich zu bewirken. Diese Quelle localer Anziehung kann auch zu stark sein, um durch die zusätzliche Kraft überwunden zu werden, welche dadurch beschafft wird, dafs man den Ring dreht, bis die erdmagnetischen Spannungen ausgenutzt werden. Es ist deswegen ein starker Strom erforderlich, der aber eine neue Schwierigkeit in den Arago'sehen oder Foucault'sehen Strömen mit sich bringt, die im Innern des Eisens entstehen und eine genaue Einstellung der Nadel verhindern. Man kann dieser Ströme dadurch Herr werden, dafs man entweder den eisernen Ring in leitende Verbindung'mit dem Draht setzt, durch welchen der Strom zur Batterie oder sonstigen Quelle des elektrischen Potentials zurückkehrt, oder indem man einen zweiten Leiter, von dem eisernen Ring isolirt, rings um den letzteren und unmittelbar auf der isolirten Wickelung anordnet. Durch das erste Verfahren werden die A r a g ο 'sehen oder Foucault 'sehen Ströme zur Unterstützung des Potentials des Arbeitsstromes nutzbar gemacht und bei dem zweiten Verfahren erzeugen sie in dem isolirten Leiter eine Reihe von Strömen von ungefähr gleicher Stärke und entgegengesetzter Phase, welche wegen ihrer entgegengesetzten Richtung die Wirkung der ursprünglichen Ar ag ο'sehen oder Foucault'sehen Ströme aufheben und so die gleichmäfsige Vertheilung des magnetischen Feldes des Ringes fördern. Beide Verfahrensarten sind praktisch brauchbar, doch darf die zuletzt besprochene als die verlässlichere gelten, so weit die gleichmäfsige Vertheilung des magnetischen Feldes in Frage kommt; wahrscheinlich würde eine Vereinigung beider Verfahrungsarten am allerbesten wirken. Die angeführten Mittel eliminiren die neutralen Zonen des Ringes und vermehren bedeutend die anwendbare Stromstärke.

Je nach der Richtung, in welcher der Strom den Ring umfliefst, werden zwei verschiedene magnetische Felder bestimmt. Verbindet man die Enden der Wickelungen auf der einen Seite des Ringes und bezeichnet die Enden der Wickelungen auf der andern Seite mit A_y und B, so kann der Strom entweder von A nach B öder von B nach A übergehen. Die eine dieser beiden Richtungen liefert ein' magnetisches Feld, in welchem die Lage der Polaritäten auf dem Ringe mit Rücksicht auf die erd-

magnetischen Polaritäten eine solche ist, dafs beiderlei Polaritäten die gleiche Polarität haben. Umkreist der Strom den Ring in entgegengesetzter Richtung, so ergiebt sich ein magnetisches Feld, dessen Polaritäten einen den Polaritäten des Erdmagnetismus entgegengesetzten Sinn haben. Das bei der erstgenannten Stromrichtung entstehende magnetische Feld giebt der von ihm eingeschlossenen Nadel eine Richtung, welche mit der Richtung einer beliebigen andern, nur dem Erdmagnetismus unterworfenen Nadel übereinstimmt. Bei der an zweiter Stelle erläuterten Stromrichtung ergiebt sich eine Umkehrung der Pole der umschlossenen Nadel. Wird die zweite Richtung des Stromes benutzt, so liegt der ο -Punkt des Ringes, d. h. die Stelle, wo die Wickelung in zwei gleiche Theile zerfällt, in einer mit dem Meridian oder der Erdachse zusammenfallenden Linie. Bringt man die Marke an dieser Stelle an, so liegt die Nadel in dem wahren Meridian und wird von dem Strom nicht beeinflufst, wenn die Spitze der Nadel auf die Marke zeigt. Geht aber der Strom nicht in solcher Richtung durch die Wickelungen des Ringes, dafs er den Polaritäten des Erdmagnetismus entgegengesetzte Polaritäten erzeugt, so liegt der o-Punkt des Ringes in dem magnetischen Meridian.

Dreht man den Ring herum, so erzielt man dieselbe Wirkung wie durch Umkehren der Stromrichtung, weil bei einer Stromrichtung, bei welcher die sich nach Süden richtende Polarität des Ringes entgegengesetzt gelegen ist wie die südliche Polarität des Erdmagnetismus, die Nadel in dem wahren Meridian liegt, wohingegen durch Drehen des Ringes, während der Strom durch die Wickelungen geht, die südliche Polarität des Ringes der nördlichen Polarität der Erde gegenüber und die Nadel in den magnetischen Meridian gebracht wird. Es ist übrigens praktischer, die Richtung des Stromes constant zu erhalten und die eine Seite des Ringes als südlich bezw. nördlich zu bezeichnen.

Die Nadel sollte im Mittelpunkt der waagrechten Ebene des Ringes liegen, und zwar genau in der Mitte zwischen den Endflächen des Ringes. Verändert man diese Lage nach oben oder unten, so verändert sich auch die Richtung der Nadel.

Eine Erleichterung im praktischen Gebrauch des Compasses besteht darin, dafs man die Ablesung von der Windrose umkehrt, wenn die wahre oder geographische Richtung verlangt wird, indem man das sich nach Norden richtende Ende des Magneten unter den Südpunkt der Windrose bringt. Man erhält somit eine unmittelbare Ablesung der wahren Richtung ohne weitere Berechnung. Um den Gesammtfehler der Localität zu messen und für die Bestimmung des magnetischen Meridians kann eine andere Windrose benutzt werden, in welcher die Polaritäten der Nadel wie gewöhnlich angeordnet sind.

Damit man nicht nöthig hat, die Pole des Ringes mit Marken zu versehen, sowie um die umgekehrte Windrose in einer angenäherten Lage zu erhalten, kann man Magnete so auf dem Boden des Compafsgehäuses anordnen, dafs sie sich mit dem Ring drehen.

Wenn die sich nach Süden richtenden Polaritäten zweier solcher Magnete einander gegenüberliegen und diese Magnete sich mit dem Ring um denselben Mittelpunkt drehen, so liegt die natürliche Stellung der über ihnen aufgehängten Compafsnadel um 45⁰ gegen die Linie ihrer Längsachse. Geht kein Strom durch die Wickelungen, so liegt die Nadel unter dem Einflufs dieser Magnete, wohingegen der Strom das Kraftfeld ändert und die Nadel dementsprechend zum Schwingen bringt. Wenn jedoch die Magnete unter einem Winkel von 45⁰ gegen die wahre Nordlinie angebracht sind, so ruft der Durchgang des Stromes durch die Wickelungen keine Schwingung hervor, ■vorausgesetzt die Stromrichtung ist diejenige, welche die Nadel auf den Meridian stellt, und die von der Nadel eingenommene Stellung wird auch durch das Aufhören des Stromes nicht verändert. Ist daher ein Strom von richtiger Richtung vorhanden, so mufs auch die Nadel im Meridian liegen, wenn ihre Lage durch den Ström nicht beeinflufst wurde. Dadurch werden also Marken auf dem Ring entbehrlich, obgleich ihre Anbringung deswegen vorzuziehen ist, weil sie eine schnellere Annäherung an die wahre Richtung ermöglichen.

Die Nadel wird durch Anordnung eines Contactbrechers in dem Stromkreis stabiler gemacht, weil ein Strom von entgegengesetzter Richtung in dem Kupferring, der zur Fortschaffung oder Correction der Ar ag ο'sehen oder FoueauU'sehen Ströme dient, auftritt, so oft der Strom geschlossen und unterbrochen wird. Als Contactbrecher wird man zweckmäfsig eine elektrische Klingel benutzen, welche zugleich eine bequeme Controle dafür darbietet, ob ein Strom durch die Wickelungen geht oder nicht. Ein gewöhnlicher Contactknopf dient zum beliebigen Schliefsen des Stromkreises.

Um einen constanten Strom zu bekommen, der nicht unter dem Sinken der Batteriekraft leidet, kann man den Strom ausnutzen, 'der durch die Reibung des Schiffes gegen das Seewasser erzeugt wird. Zu diesem Zweck befestigt man eine grofse Kupferplatte auf jeder Seite oder an jedem Ende des Schiffes und verbindet beide Seiten bezw. Enden durch einen isolirten Draht.

Ein Instrument der erläuterten Art ist in Fig. ι in einem senkrechten Schnitt und in

unter Fortlassung

der Windrose und im Grundrifs dargestellt. Es

Fig. 2

des Deckels
besteht aus einem gewöhnlichen Compafsgehäuse A, welches mittelst Cardanischer Aufhängung BB²B in dem Kasten C untergebracht ist. Innerhalb des Gehäuses A befindet sich ein zweites Gehäuse A², welches den aus Einzelringen D zusammengesetzten Eisenring umschliefst. Letzterer ist von den Wickelungen E E'² umgeben. Das Innengehäuse A² läfst sich gegen das Aufsengehäuse A verdrehen, zu welchem Zweck es auf Walzen α montirt und mit Handgriffen a² versehen ist. Auf dem Boden des Innengehäuses A² sind zwei Stabmagnete FF² angebracht, welche nach den Anforderungen des Ringes D und der Wickelungen EE² eingestellt und in der Klammer F befestigt sind. Am Rande des Kastens C ,ist der Contactknopfgzum Schliefsen des die Wickelungen EE² umfassenden Stromkreises angeordnet. In den Stromkreis sind ferner eingeschaltet die Gleitcontacte H, welche den Strom bei jeder beliebigen gegenseitigen Lage des inneren Gehäuses A² zum Aufsengehäuse A aus der Batterie N in die Wickelungen EE'² und zurück gelangen lassen. Der Träger J der Spitze sitzt auf dem Boden des äufseren Gehäuses A und reicht mitten durch den Boden des inneren Gehäuses hindurch, um innerhalb des letzteren die Spitze zu tragen, auf welcher sich eine beliebige Windrose z, z. B. eine gewöhnliche Viernadelwindrose dreht. Ueber den Wickelungen EE² und den Magneten FF² ist ein Deckel J aus Messing angebracht. Die Schiffsachse besteht aus einem Messingstreifen L, der an dem Träger / der Spitze befestigt ist und nach dem Rande der Windrose hin geht, wo ein kleiner Messingstift m die Stelle des Steuerstrichs bei einem gewöhnlichen Compafs einnimmt. Die beschriebene Ausführungsform des Instruments läfst in bequemster Weise eine ganz enge Annäherung an die thatsächliche Lage der Erdachse erreichen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Ein Schiffscompafs für Bestimmung der Meridiane durch magnetische Kraft, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines zum Erdmagnetismus zusätzlichen magnetischen Feldes, in welchem die Kraftlinien beider Polaritäten gleichmäfsig über gleiche Räume vertheilt sind..

2. Eine Ausführungsform des im ersten Anspruch gekennzeichneten Schiffscompasses, bei welcher ein einstellbarer waa'grechter Eisenring (oder mehrere solche Ringe) in entgegengesetzten Richtungen mit Leitungsdraht umwunden ist, der von der Erde oder einem Elektricitätserzeuger aus mit Strom versehen wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.