DE556105C - Kreiselkompass - Google Patents

Description

Bei Kreiselkompassen hat sich gezeigt, daß eine ungedämpfte Schwingungsperiode von etwa 85 Minuten die beste Periode für einen Kreiselkompaß ist. Wird aber ein Kreiselkompaß für diese Periode in einer bestimmten geographischen Breite ausgebildet und die Breite verändert, so wird auch die Periode verändert nach der Gleichung

P =

I ω

mglQcosL'
Hierin bezeichnet P die ungedämpfte Periode, / das Trägheitsmoment des Kreiselrades, ω die Winkelgeschwindigkeit desselben, tn die äquivalente Masse des Pendelfaktors, g die Schwerebeschleunigung, I die wirksame Länge des Pendelfaktors, Ω die Erdwinkelgeschwindigkeit und L die Breite. Um bei Kompassen die Periode für verschiedene Breiten aufrechtzuerhalten, wird bei bekannten Vorrichtungen der Pendelfaktor (durch Verlegung des Schwerpunktes) geändert. Z. B. wird bei wachsender Breite der Pendelfaktor m ·1 vergrößert, so daß der Faktorm·g-l·Ω·cosL konstant gehalten wird. Statt den Pendelfaktor für diesen Zweck zu verändern, kann man auch gemäß der Erfindung die Winkelgeschwindigkeit des Kreiselrades, nämlich, ω, verändern. Hierbei kann auch in bekannter Weise der Pendelfaktor (zur Grobeinstellung) geändert werden. Wird bei Kreiselkompassen durch die vorstehend angegebenen Mittel die Schwingungsperiode trotz Breitenwechsels konstant gehalten und ist der Kompaß außerdem mit einer Dämpfungseinrichtung versehen, so hat sich, ferner ergeben, daß bei veränderter Einstellung der Breitenkorrektion und gleichbleibender Einstellung der Dämpfung die Schwingungsform sich ändert. Wenn z. B. der Dämpfer auf seinen Normalwert von etwa 66 o/_o eingestellt ist (d. h. derart, daß eine Schwingung von 30° in etwa 3 Stunden auf der Breite von New York, V. St. A., zum Stillstand kommt) und wenn der Kompaß nun eine solche Einstellung seines Pendelfaktors erhalten sollte, daß er eine ungedämpfte Periode von 8 5 Minuten am Äquator ergeben würde, so würde man finden, daß wegen der erheblichen Verkleinerung des Schwerkraftfaktors bei konstant gebliebener Einstellung des Dämpfers die wirkliche Dämpfung verstärkt worden ist, so daß die Einstellungsoder Beruhigungskurve des Kompasses verändert würde. Der Nordzeiger des Korn-

passes würde nicht mehr quer über den Meridian schwingen und nach der Umkehr der Schwingungsrichtung sich genau einstellen, sondern er würde sich langsam auf den Meridian zu ohne eine bestimmte Periode (aperiodisch) bewegen. Er würde also eine Einstellungskurve von asymptotischer Form haben und sich nicht genau auf den. Meridian einstellen. Dies beruht wahrscheinlich darauf, ίο daß der Kompaß jetzt zu stark gedämpft ist und die Ausschwingung durch den Dämpfer vernichtet wird, bevor der Nordzeiger des Kompasses den Meridian erreicht. Würde andererseits bei gleicher Einstellung des Dämpfers der Kompaß in eine Breite von 65° gebracht und der Pendelfaktor für diese Breite eingestellt werden, so würde die Einstellungskurve des Kompasses in umgekehrter Weise verändert werden; der Kompaß würde nämlich eine größere Anzahl von Schwingungen ausführen und daher viel längere Zeit zum Einstellen brauchen, da in diesem Falle der Schwerefaktor vergrößert worden ist und die Dämpfung daher relativ kleiner ist.

Ferner würde, wenn man den Dämpfer auf einen solchen festen Wert einstellen würde, daß sich die erforderliche Schwingungsform (Dämpfungscharakteristik) an oder nahe dem Äquator ergeben würde, die Einstellungszeit in mittleren und höheren Breiten so lang werden, daß es den Betrieb stören würde. Eine Verringerung der Dämpfung von dem üblichen Wert von z. B. 66 o/_o auf 40 0/0 würde in der mittleren Breite die vom Kompaß für das Einstellen benötigte Zeit mehr als verdoppeln.

Gemäß der Erfindung ist nun die Dämpfungseinrichtung in Abhängigkeit von der geographischen Breite einstellbar. Da also sowohl die Dämpfungseinrichtung als auch die zur Konstanthaltung der Schwingungsperiode dienenden Mittel entsprechend der geographischen Breite eingestellt werden, bleibt die wirkliche Dämpfung konstant und somit auch die Schwingungsform des Kreisels. Es sind zwar ein- und ausschaltbare Dämpfungseinrichtungen an Kreiselkompassen bekannt; jedoch soll bei diesen Anordnungen die Dämpfung nicht entsprechend der geographischen Breite verändert, sondern nur zu bestimmten Zeiten, z. B. bei der Schwenkung eines Fahrzeuges, ein- und völlig ausgeschaltet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Abb. ι ist ein lotrechter Schnitt durch einen Anschützkompaß,

Abb. 2 ein Grundriß der Abb. 1, Abb. 3 ein lotrechter Schnitt durch die einstellbare Dämpfung,

Abb. 4 ein Einzelgrundriß der Einstellvorrichtung zum Verändern des Pendelfaktors, Abb. 5 eine Endansicht der geteilten Scheibe und Einstellknöpfe zum. Verändern des Dämpfungsfaktors.

Der eigentliche Kompaß ist in den üblichen Ringen 1 und 2 in einem weiten kugelförmigen offenen Rahmen 3 gelagert. In diesem ist die Nachdrehstütze 4 gelagert, die hier ein Quecksilberbehälter 5 ist. Letzterer ist an einer darunter befindlichen Welle 6, die in senkrechten Führungslagem 7 und 8 gelagert ist, abgestützt. In dem Quecksilber schwimmt ein Schwimmer 9, der den Rahmen 10 stützt, an dem die eigentlichen Gyroskope 11, 12, 13 gelagert sind. Der Rahmen ι ο wird durch einen vom Rahmen 3 abwärts ragenden Schaft 14 zentriert. Jedes Gyroskop ist um eine senkrechte Achse 15, 16, 17 drehbar im Rahmen 10 gelagert und kann mit ihm direkt oder indirekt durch Zentrierfedern 18, 19 verbunden sein. Man läßt die Stütze 4 gewöhnlich dem Schwimmer 9 im Acimut mittels eines unten angeordneten Nachdrehmotors 18' nachfolgen, der durch Untersetzungsgetriebe 19' mit dem großen Rade 20 am Schaft 6 gekuppelt ist. Das gyroskopische System ist pendelfähig um den Auftriebsmittelpunkt des Schwimmers. Durch diese Lagerung wird der Pendelfaktor des Kompasses bestimmt. Alles dies ist bekannt. Um den Pendelfaktor des Gyroskops für verschiedene Breiten zu verändern, ist der Hauptrahmen 10 in zwei Teile geteilt, näm-Hch einen Teil 21, der direkt am Schwimmer 9 befestigt, und einen Teil 22, der einstellbar am Mittelschaft am Schwimmer, z. B. durch Einstellschrauben 23, 24, 25, aufgehängt ist. Durch Einstellung dieser Schrauben kann der Teil 22 relativ zum Schwimmer gehoben und gesenkt werden, so daß der Schwerpunkt des Systems und dadurch die wirksame Länge/ des Pendelfaktors verändert wird. Teilungen 26 (Abb. 4), die an einem Zeiger 27 ablesbar sind, können an den Schrauben vorgesehen werden, um sie nach der Breite einstellen zu können.

Die Veränderung der Rotorgeschwindigkeit kann bequem durch Veränderung der Geschwindigkeit des Wechselstromgenerators 42 erzielt werden. Dieser wird von'einem Gleichstromnebenschlußmotor 43 getrieben, dessen Geschwindigkeit durch Einstellung des FeIdrheostaten veränderlich ist.

Die Verwendung beider Einstellungen an einem Kompaß bietet den Vorteil, daß der Pendelfaktor dann in wenigen großen Stufen eingestellt werden kann und die Rotorgeschwindigkeit innerhalb jeder Stufe verändert werden kann. Dies vermeidet den Zwang zum Verändern der Rotorgeschwindigkeit innerhalb

so weiter Grenzen, wie dies bedingt wird, wenn die letztere Methode allein verwendet wird. Dadurch wird der ernstliche Verlust an Richtkraft in hohen Breiten vermieden, wo sonst eine kleine Rotorgeschwindigkeit erforderlich wäre. Gleichzeitig wird dadurch der Zwang zu feiner und häufiger Einstellung des Schwerefaktors vermieden, die notwendigerweise das Erfassen des empfindlichen

ίο Elementes unter entsprechender Störung desselben bedingt, was eine Veränderung der Rotorgeschwindigkeit nicht erfordert.

Zwecks einstellbarer Dämpfung des Kompasses wird eine oder mehrere Flüssigkeits-Standeinrichtungen mit Hilfsmitteln zur Veränderung der Wirksamkeit des Kompasses vorzugsweise durch Veränderung des wirksamen Areals der Flüssigkeit im Flüssigkeitsspiegel verwendet. Laut Zeichnung weist

ao der Dämpfer mehrere Flüssigkeitsbehälter 28, 29 auf, die durch einen engen Kanal oder ein Rohr 30 verbunden sind. Jeder Behälter enthält Hilfsmittel zur Veränderung der Größe der Oberfläche der darin in direkter Verbindung mit dem Rohre befindlichen Flüssigkeit. Vorzugsweise haben diese Hilfsmittel die Form eines verschiebbaren Kolbens oder einer Trennwand 31, die auf einen Gewindeschaft 32 geschraubt ist, der im Behalter lagert und mittels Riffelkopfes 33 nach der geographischen Breite einstellbar ist. Vorzugsweise hat dieser Schaft eine Axialbohrung 34, die sich ganz durch ihn hindurcherstreckt und mit der Flüssigkeit durch das Ende 35 der Bohrung am äußeren Ende des Schaftes und durch eine kleine Seitenbohrung 36 nahe dem inneren Ende in Verbindung steht. Ein kleines Nadelventil 37 ist in das Ende des Schaftes geschraubt, so daß es die Bohrung beliebig abschließen oder öffnen kann. Das Ventil ist durch den Griff 38 einstellbar. Es wird während einer Änderung in der Einstellung der Trennwand oder kurz darauf geöffnet, um die Flüssigkeit beiderseits der Wand sich ausgleichen zu lassen und das Gleichgewicht des Kompasses aufrechtzuerhalten. Zu anderen Zeiten aber bleibt das Ventil geschlossen, so daß die Flüssigkeit rechts der Trennwand in Abb. 3 nicht in Verbindung mit Rohr 30 steht. Eine Hilfsscheibe 39, die nach der geographischen Breite geteilt ist, kann vorgesehen sein und wird durch die Bewegung der Trennwand 31 langsam gedreht. Der Schaft 40 der Scheibe 39 hat ein Steilgewinde 41, das in eine Öffnung in der Trennwand geschraubt ist, so daß bei Bewegung der Trennwand der Schaft und die Scheibe 39 gedreht werden.

Nach der Erfindung stellt man zur Zeit der Änderung des Pendelfaktors für verschiedene Breiten auch die Trennwand in Flüssigkeitsdämpfer ein, was durch Drehung des Griffes 38 geschieht, so daß die Einstellungskurve des Kompasses im wesentlichen gleichbleibt. Dies verhütet übermäßig starke Dämpfung nahe dem Äquator und den entsprechenden Verlust eines genauen- Einstellungspunktes sowie auch zu geringe Dämpfung in hohen Breiten, wodurch der Kompaß zuviel Zeit zum Einstellen nach einer Störung brauchen würde.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselkompaß mit Konstanthaltung 7'5 der Schwingungsperiode trotz Breitenwechsels, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung der Periode durch entsprechende Veränderung der Rotorgeschwindigkeit mit oder ohne an sich bekannte Veränderung des Pendelfaktors bewirkt wird.

2. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Regelung des Pendelfaktors gemäß der Breitenänderung durch Stellschrauben (23, 24, 25) o. dgl. zum Heben und Senken des Schwerpunktes des Gyroskopsystems bewirkt wird.

3. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Rotorgeschwindigkeit aus einem mehrphasigen Synchronantriebsmotor und Hilfsmitteln, wie einem Gleichstrommotor (43) und Rheostaten (44), besteht, wodurch die Geschwindigkeit eines den Synchronmotor speisenden Wechselstromgenerators (42) verändert wird.

4. Kreiselkompaß mit Konstanthaltung der Schwingungsperiode trotz Breitenwechseis und mit einer Dämpfungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung in Abhängigkeit von der geographischen Breite einstellbar ist.

5. Kreiselkompaß nach Anspruch 4, bei dem die D ämpfungs wirkung durch eine Verlagerung von Flüssigkeiten erzielt wird, gekennzeichnet durch die Anordnung einer verschiebbaren Trennwand (31) in einem von zwei verbundenen Behältern (28, 29), wodurch die wirksame Oberfläche der Flüssigkeit in demjenigen Teile des Behälters, der in Verbindung mit dem anderen Behälter ist, nach der Breite regelbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen