DE298514C

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Publication number: DE298514C
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DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 13. JUNI 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVr 298514 -KLASSE 42 c GRUPPE 42

(K 62276 IXj 42 c)

Fried. Krupp Akt-Ges. in Essen, Ruhr.

Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Lage eines durch einen kardanisch aufgehängten

Kreisel stabilisierten Gegenstandes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Mai 1916 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Aufrechterhalten der Lage eines durch einen Kreisel in bezug auf eine Drehachse stabilisierten Gegenstandes, der infolge von Präzessionsbewegungen des Kreisels unter dem Einfluß von Kräften steht, die ihn um die erwähnte Achse .zu drehen suchen. Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung dieser Art zu schaffen, die es ermöglicht, die zwecks Aufrechterhaltung der Lage; des Gegenstandes auf

den Kreisel auszuübenden Kräfte auf diesen in genau abstufbarer und leicht zu beherrschender Weise wirken zu lassen, ohne daß irgendeiner der zur Aufhängung des Kreisels dienenden Teile berührt zu werden braucht, und die in zweiter Linie den Vorteil bietet, daß sie zusammen mit den den Kreisel tragenden Teilen von einem allseitig geschlossenen Gehäuse umgeben sein kann.

to Auf der Zeichnung ist in den Abb. ι bis 4 als erstes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine der Erfindung gemäß eingerichtete Kreiselanordnung in Verbindung mit einem durch den Kreisel stabilisierten Zielfernrohre veranschaulicht, und zwar zeigt

Abb. ι einen lotrechten mittleren Schnitt durch die Kreiselanordnung,

Abb. 2 einen Schnitt nach 2-2 der Abb. 1, von rechts gesehen,

ao Abb. 3 eine Oberansicht eines Einzelteiles der Abb. 1 und

Abb. 4 ein zur Vorrichtung nach den Abb. 1 bis 3 gehöriges Schaltungsschema.

Abb. 5 zeigt einen Teil eines zweiten Ausführungsbeispieles, und zwar ein abgeändertes Schaltungsschema, das z. B. an Stelle des in Abb. 4 dargestellten Schaltungsschemas bei einer Vorrichtung nach den Abb. 1 bis 3 Verwendung finden kann.

Es soll zunächst das in den Abb. 1 bis 4 veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschrieben werden.

In einem im wesentlichen kugelförmigen Gehäuse A ist ein durch einen (nicht dargestellten) Elektromotor um eine aufrechte Achse angetriebener Kreisel B kardanisch aufgehängt. Zur kardanischen Aufhängung dienen in bekannter Weise zwei Ringe, von denen der äußere (C) um zwei im Gehäuse A gelagerte wagerechte Kardanzapfen C¹ und C² und der aus zwei miteinander verschraubten Ringen D und D¹ bestehende innere Ring D D¹ um zwei im Ringe C gelagerte, ebenfalls wagerechte Kardanzapfen D² drehbar ist. Jeder der beiden

4-5 miteinander verschraubten Ringe des zuletzt genannten Kardanringes D D¹ besteht aus unmagnetischem Metall und trägt einen senkrecht zur Ringebene gestellten und ein Kreisellager enthaltenden halbkreisringf örmigenBügeW³ bzw. d^l. Die einander zugekehrten Flächen der Ringe C und DD¹ sind nach Kugelflächen abgedreht, deren Mittelpunkt in den Schnittpunkt der beiden Kardanachsen fällt, so daß sich die beiden Ringe frei in bezug aufeinander drehen können. Mit dem Zapfen C¹ des zuerst genannten Kardanringes C ist ein Zielfernrohr C³ starr verbunden.

Das Gehäuse A ist durch einen haubenartigen Gehäusedeckel A¹ von der aus Abb. 1 ersichtlichen Form abgeschlossen. Der Deckel A¹ j besitzt auf jeder Seite je zwei Schlitze a² j (Abb. ι und 2), die symmetrisch zu einer durch die lotrechte Kreiselachse und die Achsen der Kardanzapfen C C¹ gelegten Ebene liegen und parallel zu dieser Ebene verlaufen. Diese Schlitze sind dazu bestimmt, den Polschuhen e¹ und e^a je eines auf der Außenseite des Deckels angeordneten und mit der Deckelwandung verschraubten Elektromagneten E von I-förmiger Gestalt (Abb. 2) den Eintritt in das Deckelinnere zu ermöglichen. Auf dem Stege jedes Elektromagneten ist die zu seiner Erregung dienende Wicklung F bzw. F¹ angeordnet, die durch Vermittlung vonLeitungenf² und F³ über eine später beschriebene, in Abb. 4 dargestellte Schaltvorrichtung an die beiden Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen sind. Die Polschuhe e¹ und e¹ liegen entsprechend der angegebenenLage der Schlitze«² ebenfalls symmetrisch zu der durch die lotrechte Kreiselachse und die Achse der Kardanzapfen C¹ und C² gelegten Ebene. Auf der dem Ringe D¹ zugekehrten Seite sind die Polschuhe e¹ und e² nach einer Kugelfläche e³ abgedreht, deren Mittelpunkt in den Schnitt- 8s punkt der beiden Kardanachsen fällt. Auf dem Ringe D¹ sind in der aus Abb. 1 und 3 ersichtlichen Weise zwei einander gleiche Magnetanker G aufgeschraubt, von denen jeder durch die die lotrechte Kreiselachse und die Achse der Kardanzapfen C¹ C² enthaltende Ebene halbiert wird. Jeder der beiden Magnetanker G ist auf der den Polschuhen e¹ und e² zugekehrten Seite ebenfalls nach einer Kugelfläche g¹ abgedreht, deren Mittelpunkt in den Schnittpunkt der beiden Kardanachsen fällt. Die Abmessungen der Polschuhe e¹ und e² und der Magnetanker G sind so gehalten, daß die Kugelflächen e^a der Polschuhe bei der in Abb. 1 dargestellten Lage des Kreisels, bei der die Kreiselachse lotrecht steht, die Kugelflächen g¹ der Magnetanker G nur zu einem verhältnismäßig kleinen Teile überdecken und daß die sich überdeckenden Teile nur durch einen kleinen Zwischenraum getrennt sind. Die im Gehäusedeckel A¹ durch die Schlitze a² geschaffenen Öffnungen sind zusammen mit den auf der Außenfläche des Deckels liegenden Teilen der Elektromagneten E F und E F¹ durch eine Kappe H von _| L-förmigem in-Querschnitte abgeschlossen, die mit dem Deckel verschraubt ist. Die zu der bereits erwähnten Schaltvorrichtung führenden Enden der Erregerwicklungen F und F¹ sind durch die Wandung der Kappe H abgedichtet hindurchgeführt.

Die Verbindung der Erregerwicklungen F und F¹ mit den beiden Polen einer Gleichstromquelle ist in folgender Weise durchgeführt. Die beiden an das eine Ende der Er- 12c regerwicklungen jF und F¹ angeschlossenen Leitungen F² (vgl. Abb. 1 und 4) liegen durch

Vermittlung einer Leitung / an dem positiven Pole der Gleichstromquelle. Die beiden an das andere Ende der Erregerwicklungen F und F¹ angeschlossenen Leitungen F³ führen zu zwei durch einen Zwischenraum getrennten, jeweils etwa einen Viertelkreisbogen umspannenden Stromschlußstücken K und K¹, über | die ein mit einem Handgriffe m¹ versehener, drehbarer Steuerhebel M mit einem Gleitstücke W² zu gleiten vermag. Das Gleitstück m² besitzt ein über die Stromschlußstücke K und K¹ hinausragendes freies Ende, mit dem es bei einer Drehung des Steuerhebels M über j dieStromschlußstückezweierRegelwiderständeiV und iV¹ schleift, die sich ebenfalls über je einen Viertelkreisbogen erstrecken und durch einen Zwischenraum getrennt sind. Die erwähnten Zwischenräume sind größer als die Breite des Gleitstückes m². Von dem äußeren Ende des Regelwiderstandes N führt eine Leitung N² zum äußeren Ende des Regelwiderstandes N¹ und von diesem Punkte eine Leitung P zu einem am Steuerhebel M federnd angeordneten Stromschlußstücken m³. Das Stromschlußstückm³ kann durch Niederdrücken eines Knopfes m⁴ mit dem am Handgriffe m¹ sitzenden Stromschlußstücke m⁵ in Verbindung gebracht werden, von dem eine Leitung R zum negativen Pole der Gleichstromquelle führt.

Vor der Schilderung der Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung sei zuerst darauf hingewiesen, daß nach den bekannten Kreiseigesetzen ein auf den Kreisel um die Achse der Zapfen Z)² ausgeübtes Drehmoment eine Drehung des Ringes C um die Achse der Zapfen C¹ C² in einem ganz bestimmten Sinne bewirkt. Ist also aus irgendeinem Grunde (z. B. infolge der durch Lagerreibung verursachten Präzession des Kreisels B) eine Drehung des Ringes C und damit der Ziellinie des Fernrohres C³ um die Achse der Zapfen C¹ C² beispielsweise in dem Sinne eingetreten, daß sich der dem Beobachter zugewendete Teil des ursprünglich auf das Ziel gerichteten Fernrohres C³ gesenkt, die Ziellinie also sich gehoben hat, so bedarf es einer Drehung des den Kreisel tragenden Ringes D Z)¹, um das Fernrohr C² wieder aufzurichten und die Ziellinie in ihre vorige Lage zu drehen. Der Sinn der erforderlichen Drehung des Ringes DD¹ ist dabei durch den Drehsinn des Kreisels B bestimmt. Es sei nun angenommen, daß sich der Kreisel B in solchem Sinne dreht, daß eine Drehung des Ringes D D¹ im Sinne des Pfeiles χ (Abb. 1) eine Drehung des Ringes C zur Folge hat, bei der sich der dem Beobachter zugewandte Teil des Richtfernrohres C³ wieder hebt. Zur Erzielung des gewünschten Drehmomentes dreht man dann unter gleichzeitigem Niederdrücken des Stromschlußstückes m³ auf das Stromschlußstück m⁵ den Steuerhebel M im Sinne des Pfeiles ζ (Abb. 4) so weit, daß das Gleitstück m² auf dem Stromschlußstücke K aufliegt. . Da hierbei, wie Abb. 4 ohne weiteres erkennen läßt, das freie Ende des Gleitstückes m² auf alle Fälle am Regelwiderstande N angeschlossen ist, so ist, solange das Stromschlußstück m³ mit dem Stromschlußstücke m^& in leitender Verbindung steht, der vom positiven Pole der Gleichstromquelle zum negativen Pole führende Stromkreis JF²FF³Km²NN²Pm³m⁶R geschlossen, und es entsteht daher in dem von der Erregerwicklung F umschlossenen Elektromagneten E ein Kraftlinienfluß, der z. B. vom Polschuhe e¹ über den benachbarten Anker G hinweg zum Polschuhe e² fließt. Derjenige Teil der Polschuhe e¹ e², der von dem zugehörigen Anker G nur durch den oben erwähnten geringen radialen Abstand getrennt ist, sättigt sich infolgedessen schnell, und die zwischen den übrigen Teilen der Polschuhe und des Ankers verlaufenden Kraftlinien, deren Resultierende als eine am Umfange des Ankers G tangential angreifende Kraft auftritt, veranlassen den Anker G und damit den Ring DD¹ sich im Sinne des Pfeiles λ; zu drehen. Diese Drehung geht um so schneller vor sich, je größer der beim Ändern der Stellung des Gleitstückes m² ausgeschaltete Teil des Regelwiderstandes K ist. Wie oben bereits näher erläutert war, tritt infolge der Drehung des Ringes Z) Z)¹ im Sinne des Pfeiles χ eine Drehung des Ringes C in dem Sinne ein, daß sich der dem Beobachter zugewendete Teil des mit dem Ringe C starr verbundenen Zielfernrohres C³ hebt, die Ziellinie also sich senkt. Sobald die Ziellinie des Fernrohres C³ wieder auf das Ziel zeigt, öffnet man durch Freigabe des federnden Stromschlußstückes m³ den die Erregerwicklung F enthaltenden Stromkreis. Dadurch wird der Elektromagnet F G stromlos, und das bis zum Öffnen des Stromkreises wirksame Drehmoment verschwindet. Dann bringt man den Steuerschalter in die in Abb. 4 dargestellte Mittellage.

Wie ohne weiteres aus Abb. 4 hervorgeht, hat man es durch entsprechendes Drehen des Steuerschalters M in der Hand, den Regelwiderstand N teilweise oder ganz aus dem die Erregerwicklung F enthaltenden Stromkreise auszuschalten und so die Erregung des Elektromagneten und damit die Größe des auf den Ring D D¹ ausgeübten Drehmomentes zu verändern. Ferner kann man durch kurzes Niederdrücken und Loslassen des federnden Stromschlußstückes m³ Stromstöße von kurzer Dauer in die Erregerwicklung F schicken, um eine möglichst genaue Feineinstellung der Richtlinie des Fernrohres zu erzielen.

Die in Abb. 5 dargestellte Schaltvorrichtung

unterscheidet sich von der bisher beschriebenen dadurch, daß an Stelle der beiden, durch einen Zwischenraum getrennten Stromschlußstücke K und K¹ ein einziges, sich über einen Halbkreis erstreckendes Stromschlußstück K^% vorgesehen ist, an das die zum Stromschlußstück m³ führende Leitung P angeschlossen ist, und daß ferner an Stelle der beiden, ebenfalls durch einen Zwischenraum getrennten Regelwider-ο stände N und N¹ ein einziger, ebenfalls halbkreisförmig angeordneter Regelwiderstand N³ vorgesehenist,dessen Enden durchLeitungenF³mit den Erregerwicklungen F und F¹ verbunden sind. Die Benutzung der Anordnung nach Abb. 5 gestaltet sich wie folgt. Es möge wieder der dem Beschauer zugewendete Teil des ursprünglich auf das Ziel gerichteten Zielfernrohres C³ (Abb. 1) infolge der Präzessionsbewegungen des Kreisels in eine zu tiefe Stellung übergegangen sein. Wird nun das Stromschlußstück w³ auf das Stromschlußstück m⁶ niedergedrückt, so werden bei der in Abb. 5 dargestellten Mittellage des Gleitstückes m^% beide Erregerwicklungen F und F¹ von gleich starken Strömen durchflossen, so daß die Wirkung der beiden Elektromagneten sich gegenseitig aufheben muß. Wird dann aber das Gleitstück m² im Sinne des Pfeiles ζ (Abb. 5) bewegt, so erhält infolge der Abnahme des für die Wicklung F wirksamen und der gleichzeitigen Zunahme des für die Wicklung F¹ wirksamen Teiles des Regelwiderstandes N^s die Wicklung F eine stärkere, die Wicklung F¹ eine schwächere Erregung als vorher. Es entsteht

daher ein Übergewicht des magnetischen Zuges im Sinne des Pfeiles χ (Abb. 1), so daß in der vorher beschriebenen Weise ein Aufrichten des dem Beobachter zugewendeten Teiles des Fern rohres C³ eintritt. Sobald das Fernrohr C³

40. wieder seine Richtung auf das Ziel erlangt hat, bringt man den Steuerhebel M in die in Abb. 5 dargestellte Mittellage.

Der Vorteil der Anordnung nach Abb. 5 gegenüber derjenigen nach Abb. 4 liegt darin, daß sie viel empfindlicher als diese arbeitet, weil stets beide Magnete erregt werden und die den Kreisel aufrichtenden Kräfte dem Unterschiede der beiden auf die Anker G ausgeübten Drehmomente verhältnisgleich sind.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Lage eines durch einen kardanisch aufgehängten Kreisel stabilisierten Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß an einem von denKreiselbewegungen unabhängigen Körper (A A ^x) zwei Elektromagnete (E F. und E F¹) von regelbarer Feldstärke und an dem den Kreisel (B) tragenden Kardanringe (D D¹) die zugehörigen Anker (G) symmetrisch zu einer durch die Mittellage der Kreiselachse und die Drehachse des den Kreisel tragenden Kardanringes (DD¹) gelegten Ebene angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkörper (E) und Magnetanker (G) so ausgebildet und in bezug auf die Drehachse des den Kreisel (B) tragenden Kardanringes (D D¹) so angeordnet sind, daß bei gleichzeitiger Erregung beider Elektromagnete die durch die magnetischen Zugkräfte hervorgerufenen Drehmomente in bezug auf die Achse des Kardanringes (DD¹) einander entgegengesetzt gleich sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Flächen (e³, g¹) der Polschuhe(E) und Anker (G) bei der Mittellage des Kreisels (B) sich nur auf einem verhältnismäf3ig kleinen Teile überdecken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (F und F¹) der Elektromagnete über einen Regelwiderstand (N, N¹ bzw. N³) durch Vermittlung einer Stromschlußvorrichtung (m³m⁵) an eine Stromquelle anschließbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschlußvorrichtung (m³m⁵) am Handgriffe (m¹) eines Steuerhebels (M) angeordnet ist, der mit einem Gleitstück (m²) über ein mit der zugehörigen Erregerwicklung (F bzw. F¹) verbundenes Stromschlußstück (K, K¹ bzw. K^z) und den Regelwiderstand (N, N¹ bzw. iV³) zu gleiten vermag.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der beiden Erregerwicklungen (F F¹) einerseits miteinander und mit dem einen Pole einer Stromquelle und andererseits mit den Enden eines Regelwiderstandes (N^a) verbunden sind, dessen Gleitstück (w²) mit dem anderen Pole der Stromquelle in Verbindung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.