DE340143C

DE340143C - Gyro inclinometer

Info

Publication number: DE340143C
Application number: DE1919340143D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1916-04-08
Filing date: 1919-09-17
Publication date: 1921-09-03

Description

Kreiselneigungsmesser. Der Erfindungsgegenstand gehört zur Klasse der Kreiselneigungsmesser, die die Abweichung von der Senkrechten öder der Horizontalebene anzeigen (Lotkreisel). Die bislang bekannten Lotkreisel beruhen auf dem Kreiselsextanten von F 1 e u r i a i s. Bei diesem liegt der Kreiselschwerpunkt wenig tiefer als der Drehpunkt, die Drehzapfenspitze muß so fein wie mechanisch: möglich ausgeführt und, die Umdrehungszahl so hoch wie möglich gewählt (q.000 bis 5ooo pro Minute) werden.Gyroscopic inclinometer. The subject matter of the invention belongs to the class the gyro inclinometer, which shows the deviation from the vertical or the horizontal plane display (top). The so far known plumbing gyros are based on the gyroscopic sextant von F 1 e u r i a i s. In this case the center of gravity of the gyro is a little lower than the fulcrum, the pivot point, must be as fine as mechanical: possible and, the number of revolutions selected as high as possible (q,000 to 5,000 per minute) will.

Bei sehr geringerDrehzahl zeigt ein solcher Kreisel noch eine geringe P.endelsta)bilität, bei sehr großen Drehzahlen treten jedoch folgende Erscheinungen auf: Ist die Drehachse zur Vertikalen geneigt, so beschreibt sie unter dem Einfluß der Schwere einen Kegel um die Vertikale mit gleichförmiger- Geschwindigkeit (Präzession). Gleichzeitig wird durch die unsymmetrische Reibung der Drehspitze in ihrer Pfanne eine kleine horizontal gerichtete Reibungskomponente erzeugt, welche die Kreiselachse aufzurichten, die Präzessionsgescbwindigkeit zu mindern trachtet.At a very low speed, such a top still shows a low speed Pendulum stability, but the following phenomena occur at very high speeds up: If the axis of rotation is inclined to the vertical, then it describes under the influence gravity creates a cone around the vertical with uniform velocity (precession). At the same time, the asymmetrical friction of the rotary tip in its socket creates a small horizontally directed friction component, which is the gyro axis to straighten up, seeks to reduce the speed of precession.

Durch diese beiden Wirkungen wird die Kreiselachse -langsam wieder der Vertikallage genähert, sobald man sie aus ihr entfernt hat. Die Punkte der Achse beschreiben dabei Spirallinieri, die immer enger werden, von löxodromischem Charakter.Through these two effects, the gyro axis slowly becomes again approached the vertical position as soon as it has been removed from it. The points of the axis describe spiral lines, which are getting closer and closer, of a loxodromic character.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Instrumente praktisch nicht genügend brauchbar sind.Experience has shown that such instruments are practically non-existent are sufficiently usable.

Beim Gegenstand der Erfindung ist nun der Stützzapfen des Kreisels sphärisch gestaltet mit ausreichendem Durchmesser, während der Kreiselschwerpunkt ins Zentrum der sphärischen Stützfläche fällt, so daß der Kreisel in seiner Pfanne in indifferentem Gleichgewicht hängt.The subject of the invention is now the support pin of the gyro spherically designed with sufficient diameter, while the center of gravity of the gyroscope falls into the center of the spherical support surface, so that the top is in its pan hangs in indifferent equilibrium.

In dem auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt Fig. i in senkrechtem Schnitt einen Kreisei nach der Erfindung als Horizontalanzeiger, Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstäbe den Stützzapfen, Fig. 3 und 4 zeigen in Ansicht und Schnitt ein Kreiselinstrument als Horizontal- und Lotanzeiger, Fig.5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Kontrolle der Kreiselquerneig ungen.In the embodiment shown in the drawing, Fig. i in vertical section a Kreisei according to the invention as a horizontal indicator, 2 shows the support pin on an enlarged scale, FIGS. 3 and 4 show a view and section through a gyroscope instrument as a horizontal and plumb line indicator, FIG. 5 shows schematically a device to control the inclination of the gyro.

Gemäß Fig. i und 2 sitzt am Kreiselkörper cc ein Zapfen b mit sphärisch gewölbtem Ende c. Der Schwerpunkt G von Kreisel a samt Zapfen b fällt in den Mittelpunkt des sphärischen Teils c, der seinerseits in einer Pfanne d ruht. Der Kreiselkörper ruht also in seiner Pfanne im indifferenten Gleichgewicht. Dadurch unterscheidet sich seine Wirkungsweise von derjenige bekannter Kreisel wie folgt: r. Die Präzession ist aufgehoben. Die Kreiselaufrichtung findet sofort und ohne Schwingung statt.According to FIGS. I and 2, a pin b with a spherically curved end c is seated on the top body cc. The center of gravity G of top a including pin b falls in the center of spherical part c, which in turn rests in a pan d. The top body rests in its pan in indifferent equilibrium. As a result, its mode of operation differs from that of known gyroscopes as follows: r. The precession is canceled. The gyro upright takes place immediately and without oscillation.

a. Die die Kreiselachse in die Vertikale zurückführende Kraft, hervorgerufen durch die Reibung des Kugelzapfens in seiner Pfanne, welche unter Wegfall der Pendelstabilität mit dem Radius des Kreiselzapfens wächst, ist ständig vorhanden und verhältnismäßig sehr groß, so daß die Kreiselumlaufgeschwindigkeit und damit die Störungserscheinungen vermindert werden können.a. The force causing the gyro axis to return to the vertical due to the friction of the ball stud in its socket, which leads to the loss of pendulum stability grows with the radius of the gyro pivot, is always present and proportionate very large, so that the speed of rotation of the gyroscope and thus the disturbance phenomena can be reduced.

3. Der Apparat ist gegen Horizontalbeschleunigungen und gegen andere Seitenkräfte unempfindlich, um.somehr, als solche Kräfte vorweg eine Parallelverschiebung des Kreisels und seines Stützzapfens in der Lagerpfanne hervorgerufen haben. Infolgedessen üben solche Kräfte von kurzer Dauer keine Störung auf die Kreiselgleichgewichtslage aus im Gegensatz zu den bekannten Kreiseln mit Pendelstabilität.3. The apparatus is against horizontal accelerations and against others Lateral forces insensitive, all the more so than such forces a parallel shift of the gyro and its support pin in the bearing pan. Consequently such short-lived forces do not interfere with the equilibrium position of the gyroscope in contrast to the well-known gyroscopes with pendulum stability.

Versuche haben gezeigt, daß ein Kreisel nach der Erfindung mit 500 bis 6oo minutlichen Umläufen ein stabiler augenblicklicher Lotanzeiger ist, dessen Aufrichtung im Störungsfalle ohne Präzession oder Schwingungen erfolgt, wobei der störende Einfluß von Seitenkräften außerordentlich gering bleibt. Diese Eigenschaft macht den Kreisel als Lagenzeiger für Luft- und Seefahrt besonders geeignet.Tests have shown that a gyroscope according to the invention with 500 to 600 minute revolutions is a stable instantaneous plumb line indicator, the erection of which takes place in the event of a fault without precession or vibrations, whereby the disturbing influence of lateral forces remains extremely small. This property makes the gyroscope particularly suitable as a position indicator for aviation and seafaring.

Die Oberfläche des Kreiselkörpers a kann gemäß Fig. r eine Kugelfläche a, konzentrisch zum Kugelzapfen c bilden.The surface of the gyroscope body a can be a spherical surface as shown in FIG a, concentric to the ball stud c.

Wirkt auf die Oberfläche a1 eine Seitenkraft oberhalb der Äquatorialebene, .dann richtet er sich in; einem gegebenen. Sinne (positiv) auf und umgekehrt (negativ), wenn die Seitenkraft unterhalb der Äquatorialebene wirkt. Die Äquatorialebene ist also eine neutrale Ebene, so daß Seitenkräfte in ihr -auf das Kreiselgleichgewicht nicht wirken. Der Anwendungsbereich eines solchen Kreisels ist ausgedehnt. Z. B: kann er als Horizontalanzeiger dienen und kann zu diesem Zwecke mit Winkelteilung zur Messung versehen sein, und zwar unter Verwendung optischer oder mechanischerMittel als Zeiger.If a lateral force acts on the surface a1 above the equatorial plane, .then he aligns himself in; a given. Sense (positive) up and vice versa (negative), when the side force acts below the equatorial plane. The equatorial plane is thus a neutral plane, so that side forces in it -on the gyroscopic equilibrium do not work. The scope of such a gyro is extensive. E.g .: it can serve as a horizontal indicator and can for this purpose with angular graduation be provided for measurement using optical or mechanical means as a pointer.

Fig. 3 und q. zeigen schematisch eine Ausführungsform: Kreisel a sitzt in einem Gehäuse e, welches durch kugelige Mattscheibe f, die mit Parallelkreisen graduiert ist, abgeschlossen ist. Die Lage der GehäuseaehseX-X zur Kreiselachse gestattet die sofortige Ablesung des Azimuts. Durch: Anbringung eines Zeigers g und durch Vergrößerung des Abstandes der Scheibe f vom Mittelpunkte G erhält man Vergrößerung der Ausschläge.Fig. 3 and q. show schematically an embodiment: Gyro a sits in a housing e, which is closed by a spherical ground glass f, which is graduated with parallel circles. The position of the housing axis X-X to the gyro axis allows the azimuth to be read off immediately. By: attaching a pointer g and increasing the distance between the disk f and the center point G, the deflections are increased.

Das Gehäuse ist durch Glasfenster 1a geschlossen, auf welchem senkrecht zur Gehäuseachse die Linie i gezogen ist. -Ein Beobachter erblickt durch dieses Fenster die Äquatoriallinie a2 des Kreisels und kann also die Abweichung der Linie i von der Linie a= feststellen. Linie a2 geht durch den Schwerpunkt G und steht senkrecht zur Kreiselachse. Auch kann auf dem Kreisel senkrecht zu seiner Achse ein z. B. ein Lichtbündel reflektierender Spiegel als Zeiger angebracht sein.The housing is closed by a glass window 1a on which the line i is drawn perpendicular to the housing axis. -An observer sees the equatorial line a2 of the top through this window and can therefore determine the deviation of line i from line a =. Line a2 goes through the center of gravity G and is perpendicular to the gyro axis. A z. B. a light beam reflecting mirror can be attached as a pointer.

Die Drehung des Kreisels kann z. B. durch eine Venturidüse h erfolgen, die die Luft durch das Kreiselgehäuse, und zwar durch Öffnungen l und die Laufschaufeln a3 des Kreisels hindurchsaugt. Auch kann zum Antrieb Preßgas verwendet werden. Der Kreisel gemäß der Erfindung kann auch als Steueranzeiger und Steuerschalter benutzt werden, sei es, daß man ihn mit Fernanzeiger oder mit einem Servomotor kombiniert, z. B. um von ihm aus automatisch das Höhensteuer eines Flugzeuges oder eines Unterseebootes zu betätigen.The rotation of the gyro can, for. B. be done through a Venturi nozzle h, the air through the impeller casing, through openings l and the blades a3 of the top sucks through. Compressed gas can also be used for the drive. Of the Gyroscope according to the invention can also be used as a control indicator and control switch whether it is combined with a remote indicator or a servo motor, z. B. to automatically adjust the altitude control of an aircraft or a submarine from him to operate.

Fig. 5 zeigt beispielsweise schematisch eine Kontrollvorrichtung für die Querneigungen am Kreisel.Fig. 5 shows, for example, schematically a control device for the bank slopes at the roundabout.

Am Kreiselkörper a sitzen in seiner Äquatorialebene diametral gegenüber zwei biegsame Bürgten na, W, welche an der glatten Innenfläche eines konzentrischen Kugelgehäuses anliegen, in dessem Inneren der Lagerstuhl d des Kreisels angeordnet ist. Dieses Gehäuse ist in vier metallische Kugelsegmente n, o, P, q unterteilt, die durch Isolierringe r, s in zwei zueinander senkrechten Ebenen getrennt sind. In der Gleichgewichtslage liegt der eine Isolierring r in der Äquatorialebene des Kreisels. Den .linken Kugelsegmenten n, o entsprechen die rechten diametral gegenüberliegenden p, q.On top of the top body a sit in its equatorial plane diametrically opposite two flexible bins na, W, which rest on the smooth inner surface of a concentric spherical housing, in whose interior the bearing block d of the top is arranged. This housing is divided into four metallic spherical segments n, o, P, q , which are separated by insulating rings r, s in two mutually perpendicular planes. In the equilibrium position, one of the insulating rings r lies in the equatorial plane of the top. The left spherical segments n, o correspond to the right diametrically opposite p, q.

Das linke untere Kugelsegment n liegt mit dem rechten oberen p in demselben Kreise einer elektrischen Stromquelle t und. eines kleinen Elektromotors u. Das linke obere Segment o liegt analog mit dem rechten unteren Segment q im selben Kreise einer elektrischen Stromquelle v und eines kleinen Elektrombtors w. Der zweite Stromkreis ist vom ersten vollständig getrennt. Das den Kreisel umschließende Kugelgehäuse ist mittels zweier Drehzapfen um eine zur Figurenebene senkrechte Achse, -die durch den Schwerpunkt G des Kreisels ;hindurchgeht, beweglich gelagert. Dieses Gehäuse kann in einem oder im Gegensinne von dem Motor as oderw bei Stromschluß des betreffenden elektrischen Kreises gedreht werden. Zu diesem Zwecke ist das Kugelgehäuse mit einem Zahnkranz x versehen, mit welchem Untersetzungsgetriebe der Motoren u, w in Eingriff stehen. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist die folgende: In der Gleichgewichtslage liegen .die Bürsten m, ml am Isolierring y an, die Stromkreise der Motore u, w sind unterbrochen, die Motore drehen sich nicht und übertragen infolgedessen keine Bewegung auf das Kugelgehäuse. Neigt sich der Kreisel in seinem Lager, z. B. im Sinne des Pfeiles A, so gelangen die Bürsten m, W in Berührung mit den einander diametral gegenüberliegenden Segmenten o, q, so daß der Stromkreis des Elektromotors w geschlossen wird. Dieser Motor läuft an und dreht dabei das Kugelgehäuse im Sinne des Pfeiles B, d. hi. entgegengesetzt zur Neigung des Kreisels d, so lange, bis der Isolierring r in die augenblickliche Ebene der Bürsten in, ml zurückgedreht ist. In diesem Augenblick erfolgt Stromunterbrechung; der Motor w bleibt stehen und das von ihm angetriebene Kugelgehäuse in der erreichten Lage :ebenfalls.The lower left spherical segment n lies with the upper right p in the same circle of an electrical power source t and. of a small electric motor u. The upper left segment o is analogous to the lower right segment q in the same circuit of an electric power source v and a small electric gate w. The second circuit is completely separated from the first. The spherical housing enclosing the top is movably supported by means of two pivot pins about an axis perpendicular to the plane of the figure, which passes through the center of gravity G of the top. This housing can be rotated in one sense or in the opposite sense by the motor as orw when the electrical circuit in question is energized. For this purpose, the ball housing is provided with a ring gear x, with which reduction gears of the motors u, w are in engagement. The mode of operation of this device is as follows: In the equilibrium position, the brushes m, ml lie on the insulating ring y, the circuits of the motors u, w are interrupted, the motors do not rotate and consequently do not transfer any movement to the ball housing. If the top tilts in its camp, e.g. B. in the direction of arrow A, the brushes m, W come into contact with the diametrically opposed segments o, q, so that the circuit of the electric motor w is closed. This motor starts up and rotates the ball housing in the direction of arrow B, i. hi. opposite to the inclination of the top d, until the insulating ring r is rotated back into the current level of the brushes in. ml. At this moment the power is interrupted; the motor w stops and the spherical housing driven by it in the position it has reached: likewise.

Neigt sich der Kreisel a im Gegensinne, so gelangen die Bürsten na, m' in den Bereich der Metallsegmente p, n, so daß der Stromkreis .des Motors i4 geschlossen wird. Dieser läuft an und -dreht das Kugelgehäuse im Sinne des Pfeiles C so lange, bis die Bürsten m, m' wieder in die augenblickliche Ebene des Isolierringes r gelangen. Dadurch erfolgt wieder Stromunterbrechung, Stillsetzung des Motors is und damit des Kugelgehäuses.The centrifugal a inclines in a counterclockwise sense, get the brush na, m p 'in the area of the metal segments, n, so that the circuit .of the motor is closed i4. This starts and rotates the ball housing in the direction of arrow C until the brushes m, m 'reach the current level of the insulating ring r again. As a result, the power is interrupted again, the motor is shut down and thus the ball housing.

Mit dem Kugelgehäuse, das unter einer ausreichend groß 'gewählten motorischen Kraft den Kreiselneigungen folgt, sind z. B. die Steuerorgane gekuppelt, die somit nach der Kreiselneigung automatisch eingestellt werden.With the ball housing, which was chosen under a sufficiently large ' motor force follows the inclinations of the gyroscope, z. B. the control organs are coupled, which are thus automatically set according to the inclination of the gyro.

Claims

PATENT CLAIMS: i. IC travel inclinometer with support of the top by an axial pin, characterized in that the spherical support pin forming a rigid part of the top body rests in a ball socket of larger diameter with only one point of contact and the center of gravity falls in the center of the support ball. Gyroscopic inclinometer according to claim i, characterized in that the outer surface of the gyroscope is designed as a spherical surface concentric to the supporting ball. 3. Gyroscopic inclinometer according to claim i, characterized in that the gyro is provided with an equatorial line on its periphery, and that the gyro housing has a window on which an indicator line is arranged in the plane of the gyro's equatorial line. q .. Gyroscopic inclinometer according to claim i, characterized by a servomotor, the connecting links of which are arranged in the equatorial plane of the gyro. 5. Gyroscopic inclinometer according to claim i, characterized by a spherical housing concentrically enclosing the gyro into four electrically isolated metallic segments (n, o, P, q), against the inner surface of which brushes attached to the gyro grind, further characterized in that two each diametrically opposed segments sit in the circuit of the ball housing counter-rotating motors.