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Kreiselkompaß. Die Erfindung betrifft einen Kreiselkompaß, bei dem
die Kreiselmasse bei normaler Lage ihres Schwerpunktes unter ihrer Aufhängungsachse
ohne Rücksicht auf die geographische Breite eine im wesentlichen konstante Neigung
gegen die Erdoberfläche hat, während ihre Neigung in bezug auf die Erdachse veränderlich
ist.
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Gemäß der Erfindung wird bei dem Kreiselkompaß, dessen Kreiselmasse
in bekannter Weise mit ihrer kardanischen Aufhängevorrichtung in einem stabilisierten
Ringe gelagert ist, die rechtwinklig zu der oberhalb des Schwerpunktes der Kreiselnasse
gelegenen Zapfenachse 6-6 gerichteten Zapfen 8, 8 des stabilisierten Ringes 7 in
einem für selbsttätig sich einschaltenden motorischen Antrieb eingerichteten, eine
Gradskala tragenden Gehäuse g laufen, das sich gegenüber dem es umschließenden,
die zur Skala gehörige Ablesemarke tragenden Gehäusering io entsprechend Größe und
Richtungssinn der Bewegungsänderungen des Fahrzeuges zu verschieben vermag, sobald
durch die entsprechenden Bewegungen des Kreisels der motorische. Antrieb selbsttätig
einschaltet.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform
beispielsweise dargestellt. Es zeigt Abb. i einen Grundriß in schaubildlicher Darstellung,
Abb.2 einen senkrechten Schnitt, Abb. 3 einen Aufriß ähnlich wie Abb. 2, Abb. q.
und 5 sind Kräftepläne, Abb. 6 zeigt die von der Nord-Süd-Achse durchlaufenen Wege
für die ungedämpften und gedämpften Formen des Kompasses.
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Wie die Abb. i und 2 zeigen, enthält das Instrument eine Kreiselmasse,
deren Rotor i mit seiner Achse 2 im Gehäuse 3 gelagert ist, so daß also die Kreiselmasse
aus dem Rotor und dem Gehäuse besteht. Das Gehäuse 3 ist mit Zapfen 4,4 versehen,
die in Lagern eines Ringes 5 liegen. Dieser besitzt selbst Zapfen 6, 6, die in Lagern
eines zweiten Ringes 7 laufen, der infolge seiner Wirkungsweise in der folgenden
Beschreibung als stabilisierter Ring des Instrumentes bezeichnet werden wird. Die
Kreiselmasse i, 3 und ihr Tragring 5 sind in einer geneigten Stellung angeordnet,
wie am besten in Abb. 2 ersichtlich ist. Die Achse 6-6 ist aus dem Schwerpunkt des
Elementes verschoben, so daß die Kreiselmasse pendelnd wird und eine Neigung a gegen
die Erdoberfläche erhält, wenn der Rotor nicht umläuft. Dieser Winkel wird für alle
Stellungen des Kompasses konstant sein.
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Wenn der Rotor umläuft, wird die Neigung der Kreiselmasse eine andere
Größe annehmen. Der Unterschied wird einen Winkel oce ausmachen, der von der geographischen
Breite und von einem Winkel as abhängt, der selbst wiederum von der Ost-West-Komponente
der Geschwindigkeit des den Kompaß tragenden Fahrzeuges abhängt, wie später erklärt
werden wird. Die normale Neigung der Kreiselnasse kann daher durch oc + oce -I-
ocs bezeichnet werden.
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Der stabilisierte Ring 7 ist mit Zapfen 8, 8 versehen, die rechtwinklig
zur Zapfenachse 6-6 und zur Ebene der Zapfenachse q.-q. angeordnet sind. Die Zapfen
8-8 liegen in Lagern in einem ringförmigen Gehäuse g, das für motorischen Antrieb
eingerichtet ist und einen in Einheiten des Winkelmaßstabes eingestellten Maßstab
trägt. Dieses Gehäuse ist in einem anderen Gehäusering io durch Vermittelung von
Kugeln ii drehbar gelagert. Der Ring io trägt die Schlingerlinie des Kompasses und
ist mit Zapfen 12, 12 versehen, die in Lagern des Doppelringes des Steuerkompasses
eingreifen,
der auf der Zeichnung der Einfachheit wegen weggelassen
worden ist.
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Der Ring 9 wird in geeigneter Weise für den Antrieb durch einen Servo-Motor
13 z. B. mit Hilfe eines in ein am Element befestigtes Zahnrad eingreifenden Ritzels
eingerichtet. Der Stromkreis des Servo-Motors wird mit Hilfe einer Vorrichtung gesteuert,
die aus einem auf dem Gehäuse angeordneten Kontakt 14 besteht, der mit dem einen
oder mit dem anderen der beiden auf dem Ring 5 angeordneten Kontakte 15 in Berührung
kommt, um den Servo-Motor zu veranlassen, in der einen oder in der anderen Richtung
umzulaufen. Der Einfachheit wegen wurden die Stromleitungen zwischen der Vorrichtung
und dem Motor weggelassen.
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Der stabilisierte Ring ist mit einem Paar von herabhängenden Konsolen
16 ausgerüstet, die in der Nord-Süd-Ebene liegen und an ihren unteren Enden einen
Ring 17 tragen, innerhalb dessen ein stabilisierendes Gyroskop 18 angeordnet ist,
dessen Rotorachse in der Hauptsache vertikal liegt. Mit dem Ring 17 ist ein Glied
z9 verbunden, das an einem anderen Ende mit einer Stellvorrichtung 2o verbunden
ist, die auf dem stabilisierten Ring 7 angeordnet ist. Hierdurch können die Ebenen
der Ringe in bezug aufeinander eingestellt werden. Bei der Betrachtung der Wirkungsweise
des vorstehend beschriebenen Instrumentes wird angenommen, daß der Rotor = des Hauptkreisels
sich in der Richtung des Uhrzeigers dreht. Es wird ferner angenommen, daß der Kontakt
14 in bezug auf die beiden zusammenarbeitenden Kontakte 15 seine neutrale Stellung
einnimmt, so daß der Servo-Motor 13 nicht erregt wird. Den Ring 9 betrachtet man
zweckmäßig so, als wenn er sich aus der in Abb. z dargestellten Lage um 9o ° in
der Richtung des Uhrzeigers gedreht hätte, so daß die Achsen 4-4 und 8-8 in der
Ost-West-Richtung liegen mit der hochliegenden Seite der Kreiselmasse gegen Osten.
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In Übereinstimmung mit dem Prinzip des Kreisels wird die Drehungsebene
des Rotors im Raume festgehalten. Da die Erde infolge ihrer Drehung sich unter dem
Rotor weiterdreht, wird die hohe Seite des Rotors in bezug auf die Erdoberfläche
steigen und das Gehäuse mit sich nehmen. Dies wird die pendelnde Masse des Rotors
und des Gehäuses veranlassen, aus ihrer Gleichgewichtslage gehoben zu werden oder
mit anderen Worten: man kann den Schwerpunkt der Kreiselmasse so betrachten, als
wäre er aus seiner normalen Lage nach Osten verschoben worden. Diese Verschiebung
wird ein Drehmoment in bezug auf die horizontrale Tragachse 6-6 erzeugen, das den
Rotor und das Gehäuse veranlassen wird, seine Präzessionsbewegung in bezug auf die
geneigte Achse 4-4 auszuführen und auf diese Weise ihre Ebene in bezug auf die Ebene
des geneigten Ringes 5 zu verschieben. Unter den hier angenommenen Verhältnissen
wird die nördliche Seite des Gehäuses sich aufwärts und die südliche Seite sich
abwärts bewegen, so daß der Kontakt 14 aus seiner neutralen Stellung in bezug auf
die Kontakte 15 gehoben wird und nur mit dem gegen Süden liegenden Kontakt in Eingriff
kommt. Dadurch wird der Servo-Motor 13 erregt, um so umzulaufen, daß der motorisch
angetriebene Ring j entgegengesetzt zur Richtung des Uhrzeigers gedreht wird und
die Achsen 4-4 und 8-8 gegen den Meridian bewegt. Da die beweglichen Teile des Instrumentes
sich gegen den Meridian drehen, wird die Neigung der Kreiselmasse allmählich zunehmen,
wenn die Erde sich unter ihr weiterdreht und dabei das Drehmoment in bezug auf die
Achse 6-6 verstärkt. Der Rotor und das Gehäuse werden daher in zunehmendem Maße
eine Präzessionsbewegung in bezug auf die Achse 4-4 ausführen, und die Kontakte
14 und 15 werden den Servo-Motor 13 erregen und das Element 9 in Bewegung halten.
Die Achsen 4-4 und 8-8 werden daher gegen Westen bewegt. Diese westlich gerichtete
Bewegung wird andauern, bis der Kontakt 14 wieder seine neutrale Stellung in bezug
auf die Kontakte 15 einnimmt, um den Servo-Motor 13 zu erregen. Dies wird erst eintreten,
wenn die Präzessionsbewegung in bezug auf die Achse 4-4 infolge der Abwesenheit
des Drehmoments in bezug auf die Achse 6-6 aufgehört hat. Diese letztere Bedingung
wird eintreten, wenn die Teile des Instrumentes sich so weit gegen Westen gedreht
haben, daß das gyroskopische Element seine normale Neigung a -f- oce -I- ccs mit
Bezug auf die Erdoberfläche infolge des Umstandes einnimmt, daß in der neuen Stellung
des Elementes die Erde sich gegen die Ebene des Rotors hin statt von ihr weg sich
dreht, wie bei Beginn der Operationen vorstehend beschrieben wurde.
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Während der Bewegung von Osten nach Westen wird eine relative Bewegung
des Gehäuses in bezug auf den Rotor um die Achse 2 des letzteren ganz unabhängig
von der Umdrehung des Rotors im Gehäuse eintreten. Mit anderen Worten: während der
Schwingungen beim Einstellen in den Meridian wird das Gehäuse sich in der Ebene
des Rotors um die Achse 2, die dem Gehäuse und dem Rotor gemeinsam ist, drehen,
während der Rotor um dieselbe Achse sich dreht. Zur selben Zeit, da das Gehäuse
sich um die Rotorachse 2 dreht, führt es auch eine Präzessionsbewegung in bezug
auf die Zapfenachse 4-4 aus. Die resultierende Bewegung des Gehäuses infolge der
ihm vom Servo-Motor und durch die Präzession erteilten Bewegung wird um eine vertikale
Achse vor sich gehen, die durch den Schnittpunkt der Achsen 4-4 und 6-6 hindurchgehen.
Nachdem
die Kreiselmasse die westliche Grenze ihrer Schwingung erreicht hat, wird die Bewegung
der Erde gegen dieselbe .infolge des Feststehens der Drehungsebene des Rotors ein
Herabsenken der hochliegenden Seite in Bezug auf die Erdoberfläche erzeugen. Dieses
Herabsenken der hochliegenden Seite des Elementes wird ein Heben seines Schwerpunktes
gegen Osten aus einer normalen Stellung hervorrufen und auf diese Weise ein Drehmoment
in Bezug auf die horizontale Achse 6-6 erzeugen, welches demjenigen entgegengerichtet
ist, das entsteht, wenn das Element sich am östlichen Ende der Schwingung befindet.
Dieses Drehmoment wird eine Präzession des Rotors und des Gehäuses in Bezug auf
die Achse 4-4 in einer solchen Richtung erzeugen, daß die nördliche Seite #des Gehäuses
gehoben und die südliche Seite in Bezug @ auf den geneigten Ring 5 gesenkt wird.
Infolge dieser Präzession wird der Kontakt 14 aus seiner neutralen Stellung gegenüber
den Kontakten 15 gehoben und mit dem gegen Süden liegenden Kontakt in Eingriff kommen.
Auf diese Weise wird der Servo-Motor 13 erregt, um den motorisch angetriebenen
Ring 9 in der Richtung des Uhrzeigers zu drehen und dadurch die Achsen 4-4 und 8-8
durch den Meridian nach Osten zu schwingen. Wenn sich die Teile von Westen gegen
den Meridian bewegen, wird die Neigung der Kreiselmasse in Bezug auf die Erdoberfläche
dauernd abnehmen, da die Erde sich gegen die Kreiselmasse dreht. . Das Drehmoment
in Bezug auf die Achse 6-6, das infolge des Ablebens des Schwerpunktes der Kreiselnasse
auftritt, wird daher zunehmen und ebenso die Präzession des Rotors und des Gehäuses
in Bezug auf die Achse 4-4. Das Instrument wird den Meridian von Westen nach Osten
mit der Achse 4-4 kreuzen, die so weit unter ihre normale Neigung a -f- cce -I-
a, gesenkt ist, als sie vor dieser Neigung gehoben war, während es den Meridian
von Osten nach Westen kreuzte.
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Während der Bewegung von Westen nach Osten wird das Gehäuse um die
Rotorachse 2 entgegengesetzt zu der Richtung sich drehen, in welcher sie sich während
der Bewegung von Osten nach Westen dreht, und das Gehäuse wird auch eine Präzessionsbewegung
in Bezug auf die Achse 4-4 in der entgegengesetzten Richtung ausführen. Die resultierende
Bewegung des Gehäuses wird um eine vertikale Achse vor sich gehen, die durch den
Schnittpunkt der Achsen 4-4 und 6-6 hindurchgeht, aber entgegengesetzt zu der Richtung
verläuft, in welcher das Gehäuse, während der Schwingung von Osten nach Westen gedreht
wurde.
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Wenn die Kreiselnasse von anderen äußeren Kräften nicht beeinflußt
wird, so werden ihre Schwingungen infolge der Reibung in ihrer Amplitude allmählich
abnehmen, und die Kreiselmasse wird schließlich eine Lage erreichen, bei welcher
ihre Achse 4-4 in der Ebene des Meridians und in einem Winkel oc + cce -I- «s gegen
die Erdoberfläche liegt. Der Winkel a, stellt den Unterschied zwischen der Neigung
a dar, die die Kreiselmasse besitzt, wenn der Rotor in Ruhe ist und der Neigung
für die besondere geographische Breite des Kompasses bei umlaufendem Rotor. Dieser
Winkel ist von solcher Größe, daß das Herabhängen der Kreiselnasse ein -Drehmoment
in Bezug auf die Achse 6-6 erzeugt, um das Element zu einer Präzessionsbewegung
in Bezug auf die Achse 4-4 mit einer Winkelgeschwindigkeit zu veranlassen, die gleich
ist der Komponente der Winkelgeschwindigkeit der Erde in Bezug auf eine zur Achse
4-4 parallele Achse, womit die Kreiselmasse der Bewegung der Erde um ihre Achse
folgt. Damit die Kreiselmasse der Bewegung des Fahrzeuges auf der Erdoberfläche
folgen kann, wird ihre Neigung einer weiteren Veränderung unterworfen, die durch
as dargestellt wird, die mit der Ost-West-Komponente der Geschwindigkeit des Fahrzeuges
übereinstimmt.
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Wenn die Fahrtrichtung des Schiffes geändert wird, wird die resultierende
Bewegung im Azimut des Ringes zo eine Verschiebung des Ringes 9 und der auf diesem
angeordneten Ringe 7 und 5 zu bewirken suchen. Wenn der Ring 5 sich bewegt, wird
er das Gehäuse um die geneigte Achse 2 des Rotors drehen und wird selbst in Bezug
auf die Achse 4-4 aus seiner normalen Stellung in Bezug auf die Ebene des Gehäuses
leicht herausgekippt werden, was eine Folge des Umstandes ist, daß die Zapfen 6,
6, durch welche das Gehäuse mit dem - stabilisierten Ring 7 verbunden ist, sich
in einer horizontalen Ebene bewegen, während das Gehäuse sich in einer geneigten
Ebene bewegt. Diese Änderung in der relativen Lage des Gehäuses 3 und des Ringes
5 wird eine Verschiebung der Kontakte 14 und 15 aus ihrer neutralen Stellung gegeneinander
veranlassen. Dadurch wird der Motor 13 erregt und bewegt den Ring 9 in einer Richtung,
die zu derjenigen entgegengesetzt ist, in welcher er durch den Ring zo zu bewegen
versucht, welcher Ring zo infolge der Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeuges
gedreht wird. - Diese umgekehrte Bewegung des Ringes 9 wird den Ring 5 und das Gehäuse
3 drehen, bis die Kontakte 14 und 15
in ihre neutrale Stellung gegeneinander
zurückgebracht worden sind. Das Instrument wird stets in der vorgeschriebenen Weise
arbeiten, wenn es mit dem Fahrzeuge verbunden ist. Der Servo-Motor wird die Kompaßkarte
stets in ihrer richtigen Einstellung in Bezug auf die Punkte des Kompasses halten,
während der Ring zo,' der die Ablesemarke trägt, sich in Bezug auf die inneren Teile
des Instrumentes in Übereinstimmung mit der Bewegung des
Fahrzeuges
drehen wird. Wenn aus irgendeinem Grunde der Servo-Motor versagt, so werden die
Ringe 9, 7 und 5 und das Gehäuse 3 ihre Bewegung mit dem Ring xo fortsetzen, statt
durch den Motor in ihre normale Stellung zurückgeführt zu werden. Das Gehäuse wird
sich einfach um die Rotorachse 2 mit den entsprechenden Änderungen der Neigung des
Ringes 5 frei drehen, bis die Teile in die Betriebstellung zurückgebracht worden
sind; die Gefahr einer Beschädigung des Instrumentes wird jedoch nicht eintreten.
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Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Instrument ist die Kreiselmasse
um etwa 30' gegen die Oberfläche der Erde geneigt. Die Achse 4-4 wird daher
in verschiedenen Breitegraden in bezug auf die Erdachse eine verschieden geneigte
Stellung einnehmen. Sie wird bei etwa 6o° südlicher Breite senkrecht zu dieser Achse
und bei etwa 30' nördlicher Breite parallel zu dieser Achse stehen. Wenn
die Achse 4-4 zu der Erdachse senkrecht steht, ist die Drehachse 2-2 zu dieser parallel,
und das Element wird der Bewegung der Erde ohne jede Präzession in bezug auf die
Achse 4-4 folgen, weil die Kreiselmasse sich in ihrer eigenen Drehungsebene bewegt.
Die größte Präzession wird eintreten, wenn die Rotorachse zur Erdachse senkrecht
steht, d. h. bei etwa 30' nördlicher Breite.
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Die Geschwindigkeit der Präzession in bezug auf die Achse 4-4 wird
sich daher entsprechend der geographischen Breite ändern. Da diese Präzession durch
ein an der Achse 6-6 wirkendes Drehmoment erzeugt wird, muß das Drehmoment mit der
geographischen Breite in derselben Weise sich ändern, wie sich die Präzession ändert.
Es wird seinen Höchstwert erreichen, wenn die Achse 4-4 parallel zur Achse der Erde
liegt wie bei 3o' nördlicher geographischer Breite, und sein Nullwert wird eintreten,
wenn die Achse 4-4 auf der Erdachse senkrecht steht wie bei 6o' südlicher Breite.
Damit das Drehmoment erzeugt wird, das die notwendige Präzession in bezug auf die
Achse4-4 hervorruft, wird die Kreiselmasse verschieden geneigte Stellungen gegen
die Ost-West-Achse 6-6 einnehmen, um ihren Schwerpunkt in Übereinstimmung mit dem
Drehmoment zu haben, das in bezug auf diese Achse angewendet werden soll. Mit anderen
Worten: die verschiedenen Größen des Drehmomentes werden durch Änderungen des Winkels
oce erzeugt, der die Abweichung der Kreiselmasse beim Umlaufen des Rotors von der
Neigung a darstellt, die die Kreiselmasse annimmt, wenn der Rotor sich infolge der
Einstellung des Kompasses auf der Erdoberfläche in der Ruhelage befindet.
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Da bei 6o' südlicher Breite keine Präzession in bezug auf die Achse
4-4 erforderlich ist, um die Kreiselmasse zu veranlassen, der Bewegung der Erde
zu folgen, weil erstere sich in ihrer eigenen Drehungsebene bewegt, wird kein Drehmoment
in bezug auf die Achse 6-6 wirken, wenn es nicht durch die Bewegung des Fahrzeuges
hervorgerufen wird, und die Neigung des Elementes wird gleich sein oc + ae -E- a.,
was dem Werte Null entspricht. Bei 30' nördlicher Breite wird oce seinen
größten positiven Wert haben, weil bei dieser Breite das größte Drehmoment in bezug
auf die Achse 6-6 angewendet werden muß, um die Präzession in bezug auf die Achse
4-4 zu erzeugen, die erforderlich ist, um das Element zu veranlassen, der Bewegung
der Erde zu folgen. Bei südlichen Breitegraden, die höher sind als 6o', wird der
Winkel a, negativ. Die Neigung der Kreiselmasse wird daher entsprechend der geographischen
Breite innerhalb gewisser Grenzen schwanken, die von den Eigenschaften des Instrumentes
abhängen. Aber die Änderungen werden im Vergleich zu der gesamten Neigung gegenüber
der Erdoberfläche gering sein, so daß die Kreiselmasse so betrachtet werden kann,
als ob sie in bezug auf die Erdoberfläche eine in der Hauptsache konstante Neigung
einnimmt, ohne Rücksicht auf die Lage des Instrumentes auf der Erde. Eine einfache
Form des Kompasses, wie sie eben beschrieben worden ist, würde jedoch eine so lange
Zeit zur Einstellung auf den Meridian erfordern, daß sie für den Gebrauch selbst
an Land ungeeignet wäre, wenn nicht Mittel für die Dämpfung seiner Schwingungen
vorgesehen werden. Wenn andererseits der Kompaß an Bord eines Schiffes verwendet
werden soll, wie dies gewöhnlich der Fall ist, so können die Stöße infolge des Rollens
des Schiffes und infolge anderer Ursachen genügen, um ein Instrument der einfachen
Form unendlich lange schwingen zu lassen, so daß es sich niemals auf den :Meridian
einstellen würde. Es ist daher wesentlich, daß Mittel für das Dämpfen der Schwingungen
vorgesehen werden, damit das Instrument für die Zwecke der Schiffahrt gebraucht
werden kann.
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Bei dem Kreiselkompaß mit schräg liegender Achse wird eine Dämpfungseinrichtung
verwendet (Abb. 3). Eine Masse 21 ist am Gehäuse 3 mittels einer Kugel ö. dgl. aufgehängt,
welch letztere mit dem Gehäuse in den Punkten 22; 2z auf einer Achse gelenkig verbunden
ist, die in einem Winkel '3 zur Achse 4-4 des Gehäuses liegt. Die Gleichgewichtslage
des gyrostropischen Elementes einschließlich der Masse 2Z, wenn es seine normale
Neigung a ± a, ± a, gegen die Erdoberfläche einnimmt, ist in Abb. 3 in vollen Linien
dargestellt. Nimmt man, wie in der Beschreibung der Wirkungsweise des ersten Instrumentes,
an, daß es von einer östlichen Stellung ausgeht, so wird die Neigung des Elementes
vom Winkel a ± ae ± oas um einen Winkel oc zunehmen, da die Erde sich
unter
ihm weiterdreht. Auf diese Weise werden die Teile in die in gestrichelten Linien
in Abb. 3 dargestellte Stellung gehoben. Dabei sei darauf hingewiesen, daß in diesen
einfachen Abbildungen des Apparates und in den dazugehörigen Diagrammen relative
Verschiebungen zwischen den Teilen des Instrumentes unter verschiedenen Verhältnissen
für den Zweck grösserer Klarheit stark übertrieben sind. Da die Neigung des gyroskopischen
Elementes in bezug auf die Achse 6-6 zunimmt, wird die Masse 2i aus ihrem normalen
Gleichgewicht unterhalb des Gehäuses gehoben. Der Einfluß dieser Verschiebung der
Masse auf das Element wird am deutlichsten durch die Vektordiagramme (Abb. 4 und
5). Die Strecke a-b stellt die Bewegung des Elementes in bezug auf die Achse 6-6
dar, wenn seine Neigung vom Winkel a ± oc, ocs auf den Winkel a ± oce
± a, + a zunimmt. Diese Bewegung kann in zwei Komponenten zerlegt werden,
von welchen die eine, a c, m bezug auf eine zur Achse 22-22 der Masse zi senkrechte
Achse und die andere, c d, auf die Achse 22-22 sich bezieht. Da die Masse am Gehäuse
frei aufgehängt ist, stellt die letzterwähnte Komponente keine Bewegung . der Masse
dar, aber die Komponente a c stellt eine Bewegung der Masse mit dem Gehäuse dar,
die eine Folge des Hebens des nordwestlichen Kugellagers und des Senkens seines
südöstlichen Lagers sind.
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Die Komponente a c kann in zwei Komponenten a d und
d c zerlegt werden, wie in Abb. 5 gezeigt ist. Die Komponente d c stellt
die Bewegung der Masse 21 in bezug auf die Tragachse 6-6 dar, aber diese wird nur
zu dem Herabsenken des gyroskopischen Elementes hinzugefügt und dessen zum Aufsuchen
des Meridians dienenden Eigenschaften verstärkt. Die Komponente a d stellt
die Bewegung der Masse 21 in bezug auf die Tragachse 4-4 dar. Diese Bewegung bewirkt
ein Drehmoment in bezug auf diese Achse und erzeugt eine Präzessionsbewegung in
bezug auf die Achse 6-6. Dadurch wird die hohe Seite der Kreiselmasse gesenkt und
die untere Seite gehoben. Die Neigung der Kreiselinasse wird daher unterhalb derjenigen
zurückgeführt, die bei der ungedämpften Form des Instrumentes, nach Abb. i und 2
besteht, so daß die Achse 4-4 den Meridian in einem Winkel kreuzt, der zwischen
a ± oce ± as -f- a und a ± oce + oc, liegt, wenn die Kreiselmasse vom Osten nach
Westen schwingt. Die Amplitude der Schwingung gegen den Westen wird daher verkleinert,
und wenn die Kreiselmasse über den Meridian von Westen nach Osten zurückschwingt,
wird die Masse 21 darauf hinwirken, die Ablenkung der Achse aus ihrer normalen Neigung
im Vergleich mit dem ungedämpften Instrument weiterzuverkleinern. Die Neigung der
Achse nähert sich auf diese Weise während der folgenden Schwingungen schnell ihrem
normalen Werte und stellt sich schließlich in der Ebene des Meridians mit der normalen
Neigung ein.
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Die kennzeichnenden Schaulinien der beiden Formen des Kompasses sind
in Abb. 6 dargestellt, in welcher der von der Achse 4-4 des ungedämpften Instrumentes
der Abb. i und 2 durchlaufene Weg in der Ansicht von Norden durch die Ellipse A
dargestellt wird, die mit Bezug auf Koordinatenachsen gezeichnet ist, in welchen
die Ordinaten die Neigung und die Abszissen die Verschiebung im Azimut darstellen.
Die größere Achse e-f der Ellipse entspricht der normalen Neigung a ± oce ± oc,
des Kreiselelementes, deren kleinere Achse --h dem Meridian entspricht.
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Die Kurve B stellt den von der Achse 4-4 des gedämpften Instrumentes
der Abb. 3 durchlaufenen Weg dar, der die Art und Weise zeigt, in welcher die Neigung
und die Verschiebung der Achse schnell abnehmen, bis sie ihren Punkt C auf dem Meridian
bei der normalen Neigung a ± oc, ± oc, erreichen.
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Da die Komponente der Bewegung in bezug auf die Achse 4-4 größer ist
als die Komponente in bezug auf die Achse 6-6, wird die Tangente der Kurve in den
Schnittpunkten mit der Ordinate g hin einem Winkel zu dieser liegen, der von der
relativen Größe der Komponenten abhängt. In den Punkten, wo die Kurve die Achse
e- f schneidet, ist der Wert der Bewegungskomponente-in bezug auf die Achse 4-4
Null, und die Tangente der Kurve liegt daher in diesen Punkten normal zu dieser
Achse.
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Die Wirkungen der Bewegung des das Instrument tragenden Fahrzeuges
auf das Instrument können in zwei allgemeine Klassen eingeteilt werden; in die,
die eine Folge des Rollens und des Stampfens des Fahrzeuges sind, und die, die eine
Folge der Bewegung des Fahrzeuges auf der Erdoberfläche sind.
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Der Einfluß des Rollens und Stampfens wird durch das Stabilisiergyroskop
18 überwunden, das in Ringen z7 so gelagert ist, daß es sich um eine vertikale Achse
dreht und den Ring 7 in bezug auf seine Tragachse 8-8 stabilisiert und auf diese
Weise die Tragachse 6-6 in einer bestimmten Lage zur Erdoberfläche hält, wenn sie
nicht in der zu beschreibenden Weise zur Vornahme von Berichtigungen gehoben wird,
um die vom Ring 5 getragenen Kontakte 15 zu hindern, sich mit Bezug auf den vom
Gehäuse 3 getragenen Kontakt 14 zu verschieben. Auf diese Weise nehmen die Kontakte
ihre neutrale Stellung ein trotz der schwingenden Bewegung des Fahrzeuges, so daß
der Servo-Motor 13 nicht beeinflußt wird. Eine periodische Verschiebung des Elementes
g tritt nicht ein, wie es der Fall sein würde, wenn die Kontakte 15 durch die schwingende
Bewegung
des Fahrzeuges beeinflußt und sich in bezug auf den Kontakt
14 rückwärts und vorwärts bewegen würden.
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Bei der Betrachtung des Einflusses, den die Bewegung des Fahrzeuges
auf der Erdoberfläche auf den Kompaß ausübt, soll angenommen werden, daß die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges von einem konstanten Wert zum anderen zunimmt. Der Einfluß der Beschleunigung
auf die pendelnde Kreiselmasse wird ein Drehmoment in bezug auf eine Achse erzeugen,
die durch die Kreiselmasse geht und in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der
Ebene des großen Kreises steht, längs welchem das Fahrzeug sich bewegt. Dieses Drehmoment
wird eine Präzessionsbewegung in bezug auf eine Achse rechtwinklig zu der ersterwähnten
Achse veranlassen, die den Schwerpunkt der Kreiselmasse heben und auf diese Weise
ein Drehmoment in bezug auf seine Präzessionsachse erzeugen wird. Dieses letzterwähnte
Drehmoment wird eine Präzession in bezug auf eine Achse rechtwinklig auf die Präzessionsachse
erzeugen, d. h. in bezug auf die Achse, auf welche das Drehmoment zuerst angewendet
wurde. Die Kreiselmasse wird so gebaut, daß die .Winkelgeschwindigkeit der Präzessionsbewegung
in bezug auf die letzterwähnte Achse mit der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges
die gleiche Größe und die gleiche Richtung haben wird.
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Die Kreiselnasse wird daher der Bewegung des Fahrzeuges folgen, wenn
seine Geschwindigkeit zunimmt, aber wenn das Fahrzeug seine neue konstante Geschwindigkeit
erreicht hat, so wird die Neigung der Kreiselnasse in bezug auf eine Achse, die
in der Ebene des großen Kreises liegt, längs welchem das Fahrzeug sich bewegt. von
jener abweichen, die das Element bei der ursprünglichen Geschwindigkeit angenommen
hat. Diese Abweichung wird genügend groß sein, um das Drehmoment zu erzeugen, das
notwendig ist, um die Präzession hervorzurufen, die die Kreiselmasse in einer konstanten
Neigung gegen die Erdoberfläche erhält, wenn das Fahrzeug sich über diese hinweg
bewegt.
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Das Drehmoment, das auf eine in einer zur Ebene des großen Kreises,
längs welchem das Fahrzeug sich bewegt, senkrechten Ebene liegende Achse ausgeübt
wird, kann in zwei Komponenten zerlegt werden, nämlich in eine in bezug auf die
Achse 4-4 und in die andere in bezug auf die Achse 6-6. Die resultierende Präzession
kann in gleicher Weise in Komponenten in bezug auf diese Achsen zerlegt werden.
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Die Komponente des Drehmomentes in bezug auf die Achse 4-4 stellt
das Drehmoment dar, das der Ost-West-Komponente der Beschleunigung des Fahrzeuges
entspricht, und deswegen wird das gyroskopische Element eine Neigung in bezug auf
die Achse 6-6 annehmen, die von seiner Neigung a ± oce um den Winkel «s abweicht,
der in Übereinstimmung mit der Ost-West-Komponente der Geschwindigkeit des Fahrzeuges
schwanken wird.
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Wenn das Fahrzeug gerade nach Osten oder nach Westen steuert, wird
ccs seinen Höchstwert haben, da das Drehmoment allein auf die Achse 4-4 ausgeübt
wird, und die hieraus sich ergebende Neigung des Elementes wird sich gänzlich auf
die Achse 6-6 beschränken. Wenn das Fahrzeug gerade nach Norden oder nach Süden
steuert, wird in bezug auf die Achse 4-4 kein Drehmoment erzeugt, und es wird daher
keine Neigung in bezug auf die Achse 6-6 infolge der Bewegung des Fahrzeuges eintreten.
acs wird dann gleich Null, und die Neigung des Elementes gegen die Achse 6-6 wird
gleich a ± cce. Für dazwischenliegende Fahrtrichtungen werden Komponenten
des Drehmomentes in bezug auf beide Achsen 4-4 und 6-6 auftreten, deren relative
Größen von der Fahrtrichtung des Fahrzeuges abhängen werden. a, wird daher in Übereinstimmung
mit der Steuerung des Fahrzeuges schwanken.