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Magnetische Stätzvorrichtung für.frei hängende Kreisel.apparate. Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche einen oder zugleich mehrere Kreisel,
die ein System zu bestimmten Drehachsen stabilisieren sollen, befähigt, dadurch,
daß sie den angreifenden Kräften durch Präzessionen entgegenwirken, solche magnetischen
Gegenimpulse zu schaffen, welche ein fortgesetztes Präzedieren überflüssig machen.
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Abb. i zeigt im Seiten-riß eine Kreiselvorrichtung, zum Zweck, die
Wirkungsweise des magnetischen Stützverfahrens. bei einem einzelnen Kfeisel zu erläutern.
Abb. 2 zeigt dieselbe Vorrichtung von oben gesehen.
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Der den Motor a tragende Stator b ist frei drehbar um eine
vertikale Achse in dem rechteckigen Rahmert c, welcher wieder in dem Träger
d um eine horizontale, senkrecht zur Zeichnung stehende Achse Bewegungsfreiheit
hat. Dem rechteckigen Rahmen c sind unten die beiden Elektromagnete c und
f angeschlossen, oben die kreisförrnige Scheibe g.
Außerhalb des Schwingungsbereiches
des mit dem Rahmen c um seine horizontale Achse beweglichen Systems sind den Magneten
e und f
die Eisenkerne h und i gegenübergestellt: Zusammen mit dem Stator
b bewegt sich der zweiarmige Hebel k, so daß die von diesem getragenen Kontaküstifte
1 und m, indem sie die Präzessionsdrehungen des Kreisels mitmachen, auf der
Scheibe g hin und hergleiten
müssen. Gegen den oberen Wellenstuinpf
des Stators b ist der Hebel k durch eine aus nicht leitendem Material
hergestellte Platte m isoliert. Auf der Scheibe g (Abb. 2) sind im
Umdrehungskreis der Kontaktstifte 1 und in, die vier Kontaktfelder
o, p, q und r angeordnet. Von den Kontaktfeldern o und p führt
je ein Leitungsdraht zur elektrischen Batterie s, voll dieser wieder
je ein Leitungsdraht zu den Wickeluligen der Elektromagneten e und
f und von dort weiter züi den Kontaktfeldern r und q.
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Die Stützwirkung der angegebenen Vorrichtung kommt auf folgende Weise
zustande: Wenn auf das in dem Träger d bewegliche System irgendeine Kraft
einwirkt, wie sie in Abb. i durch den Pfeilstrich t angedeutet ist, so ist diese
einem statischen Moment M, zur horizontalen Achse des rechteckigen Rahmens c gleichbedeutend.
Entgegen diesem Momentdruck hält der Kreisel den Rahmen c in seiner vertikalen Stellung
fest, führt dabei aber selbst eine Drehung um seine vertikale Achse aus, indem er
nach der rechten Seite aus der Ebene des Rahmens heraustritt und zugleich die Kontaktstifte
1 und in auf die Kontaktfelder o und q gleiten läßt. Damit be-2, Iyinnt
die magnetische Stützwirkung. Denn sobald der Stromkreis, der vom Felde o ausgehend
über die Batterie s und den Elektromagneten f zum Felde q führt, geschlossen
ist, wird der Magnet f in Tätigkeit gesetzt und erzeugt durch seine Anziehung
auf den Eisenkern i ein dem Moment 21, entgegengerichtetes Moment M., das,
wenn M2> MI ist, den Kreisel so lange zurückschwenken läßt, bis die Kontaktstifte
wieder ihre neutralen, Felder erreicht haben und das Spiel von neuem beginnen kann.
Die Folge wird deshalb ein fortgesetztes Ein- und Ausschalten des elektrischen Stromes
sein, durch welches erreicht wird, daß die magnetischen Impulse der auf das System
wirkenden Kraft genau (-las Gleichgewicht halten. Auf gleiche Weise muß die Gegenwirkun-
. zustande kommen, wenn die durch den Pfeilstrich t angedeutete Kraft die
umgekehrte Richtung hat. Der Unterschied würde nur darin bestehen, daß clann der
Stromkreis durch die Verbindung der Kontaktfelder p und r geschlossen und
auf diese Weise der Magnet c in Tätigkeit ge-
setzt -,%-erden -##-ürde.
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Abb- 3 zeigt eine Kreiseh-orrichtung, die als eine gyrostatisch
festgestellte Lotlinie wirk-en muß oder, was dasselbe bedeutet, als ein künstlicher
Horizont. Die Darstellung hat, den Zweck-, die Anwendung des soeben beschriebenen
Verfahrens auf ein Zweikreiselsystem zu erläutern. Die beiden Motoren it und v sind
hier mit ihren Statoren w und x
in dem gemeinsamen Rahmen y gelagert, und
zwar in der Weise, daß die beiden horizontal gerichteten Ringachsen zueinander senkrecht
stehen. Die Gyrostaten sollen, in dem Rahinen y nicht völlig frei drehbar,
sondern durch Gewichts- oder elastischen Zug in ihrer horizontalen Lage etwas gefesselt
sein. Das ganze System ist oberhalb der Kreisel mittels seiner vertikalen Mittelachse
z in einem mit allen Freiheitsgraden ausgestatteten Ringsystem aufgehängt zu denken,
d. h. es soll nicht nur in jeder vertikalen, sondern auch in horizontaler
Drehrichtung frei beweglich sein. Das Ringsvstem, das man sich aus einem vertikalen
Innenring und aus einem horizontalen Außenring zusammengesetzt vorzustellen hat,
derart, daß die innere Aufhängungsachse - vertikal, die mittlere und die
äußere Aufhängungsachse horizontal gerichtet sind, ist auf der Zeichnung fortgelassen,
da es sich um eine bekannte Vorrichtung handelt. Es genügt zu wissen, daß das Kreiselsystein
im Gegensatz zu den frei auf Ouecksilber schwimmenden Apparaten einen unverrückbaren
Schwingungsmittelpunkt haben soll. Radial zur vertikalen Mittelachse z sind dem
Rahmen v die Elektromagnete a, b, c, und d, angeschlossen.
Die Magnete a, und c, sollen dein Rotor ii, die Magnete b, und d, dem Rotor
--,
als Stützelemente dienen und mit den Statoren w und x durch gleichartige
Stromkreisvorrichtungen in Verbindung stehen, wie sie bei der in Abb. i und :2 dargestellten
Kreiselvorrichtung beschrieben sind. Außerhalb des sphärischen Schwingungsbereiches
des Gyrostatensvstems e. ist den vier Magneten ein als Anker'wirkender Weicheisenring
f, gegen-Übergestellt, und zwar in der Weise, daß die magnetischen Kraftlinien
tangential zum Schn,ingungsmittelpunkt gerichtet sein müsseil. Um dieses zu erreichen,
soll der das Stützsvstem vorstellende Weicheiseliring oberli#lbder.N,1a-netebenealigeordnetseill.
01)
es außerdem zweckmäßig ist, der Innenfläche des Ringesf, zur Kugelfläche
des Schwin-Isungsbereiches e, eine nach oben spitze Willkelstellung zu geben, wird
in erster Linie voll den besonderen in jedem Falle verschiedenen reclinerischen
Voraussetzungen abhängen.
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Wie im vorstellenden bereits angedeutet ist, hat die in Abb.
3 dargestellte Kreiselanordnung lediglich den Zweck, ganz all-, einein die
Anwendung des beschriebenen Stutzverfahrens auf ein Zweikreiselsystem zu erläutern.
Gegenstand der Erfindung ist, um es iioch einmal hervorzuheben, allein die inagneiische
Stützvorrichtung, welche durch ein dein Kreiselsystem in der Weise gegenübergestelltes
Stützsystein gekennzeichnet ist, daß einmal das erstere innerhalb des letzteren
eine völlig kontaktlose Bewegungsfreiheit hat und daß zweitens alle beim Kreiselapparat
aligreifenden
Kräfte solche unmittelbar, d. h. ohne Vermittlung
einer Triebvorrichtung von Sy-
stem zu System wirkenden magnetischen Impulse
auslösen, welche die Kreisel wieder in ihre Mittelstellung zurückführen müssen.
Die Bedeutung der so entstehenden Wechsel-,virkungen liegt also in erster Linie
in der gleichzeitig bei mehreren Gyrostaten innerhalb ein und desselben, Systems
zu erreichenden indirekten Fesselung in der gegebenen Anordnung, die dadurch zustande
kommt, daß die Kreisel bestrebt sind, den von außen auf sie einwirkenden magnetischen
Kräfteti so lange rechtwinkelig auszuweichen, bis sie ihre Fesselungslage erreicht
haben.
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Von den vier auf der Zeichnung dargestellten horizontalen Achsen
g, h, i, und k, ist die Achse g, dadurch gekennzeichnet,
daß sie der vertikalen Symmetrieebene des Systems entspricht, so daß man. sie auch
als die Symmetrieachse bezeichnen kann. Die Achse hsteht senkrecht zur Symmetrieachse
g, die Achsen i, und k, dagegen, welche mit der Symmetrieachse Winkel
von 45' bilden, sind den Präzessionsachsen der Rotoren u und v eichgerichtet. Die
Zwangsrichtungen der Schwungkörper ergeben sich aus dem Bestreben des Kreisels,
sich mit seiner Schwingungsebene immer in die Drehrichtling der auf ihn einwirkenden
Impulse einzustellen. Die Feststellung des Systems zur Achse k,
wird somit
von dem durch die Magnete a, und c, gestützten Rotor it bewerkstelligt werden, die
Feststellung zur Achse i:, von dem durch die 'Magnete b, und d,. gestützten
Rotor v. Impulse zur Achse h, werden symmetrische Impulse zur Achse g, unsymmetrische
Präzessionen der beiden Rotoren zur Folge haben.
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Ob es von Vorteil ist, auch das Stützsystern mit einem oder
mehreren Freiheitsgraden zu versehen, wird hauptsächlich von den Schwingungsbedingungen
seines fliegenden oder schwimmenden Trägers abhängen. Es steht uns ebenso frei,
den Eisenring f, ausschließlich um die Längsachse des Fahrzeuges beweglich
zu machen, als ihm zwei horizontale Achsen zu geben. Im letzteren Falle müßten die
äußeren Aufhängungsachsen der beiden gegenübergestellten Systeme zusammenfallen
und ihre horizontalen Ringe konzentrisch angeordnet sein. Bei beiden Aufhängungen
dürfte es aber zweckmäßig sein, um störende Verschiebungen der Ebene des Ringes
f,
durch die Schleuderkraft zu vermeiden, das Stützsystem zu seiner horizontalen.
Außenachse durch irgendeine Pendel- oder Kreiselvorrichtun- zu stabilisieren. Die
Stützvorrichtung, -welche soeben bei einem Zweikreiselsystem erläutert worden ist,
kann natürlich auch auf ein System mit drei oder mehrKreiseln angewendet werden.
Die Bedingung würde aber sein, 'daß dieselben Grundsätze beachtet werden, die aus
der gegebenen Darstellung zu erkennen sind. Diese Grundsätze lassen sich wie folgt
zusammenen fassen: i. jeder Kreisel wird wenigstens durch zwei Magnete gestützt,
welche wechselweise in Tätigkeit gesetzt werden, je nachdem der Kreisel nach
der einen oder anderen Präziessionsrichtung aus seiner gegebenen Mittellage heraustritt.
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2. Die stützenden Magnete müssen in der Weise angeordnet sein, daß
immer eine möglichst große Komponente der magnetischen Zugrichtung auf diejenige
Drehebene entfällt, welche einerseits durch die Rotationsachse, anderseits durch
die Präzessionsachse des züi stützenden Kreisels bezeichnet wird.