-
Vorrichtung zum selbsttätigen Erhalten eines bewegten Systems in bestimmter
Winkellage zum Schwerefeld unabhängig vom Gesamtbeschleunigungsfeld mit Hilfe von
Kreiseln Die Erfindung-betrifft eineVorrichtung zum selbsttätigen Erhalten eines
bewegten Systems in bestimmter Winkellage zum Schwerefeld unabhängig vom Gesamtbeschleumigungsfeld
mit Hilfe von Kreiseln.
-
Die Gesamtanordnung nach der Erfindung setzt sich in an sich bekannter
Weise aus drei Einzelvorrichtungen zusammen, von denen jede die Stabilisierung um
eine Raumachse bewirkt. Diese drei Einzelvorrichtungen bestehen bezüglich zweier
waagerechter Achsen aus zwei Vorrichtungen besonderer Bauart nach der Erfindung
und bezüglich der dritten, lotrechten Achse aus einem Azimutkreisel, dessen Präzessionsachse
senkrecht auf der Ebene der beiden anderen Achsen steht.
-
Die Vorrichtungen zum Stabilisieren nach den beiden ersten waagerechten
Raumachsen bestehen j e aus zwei auf dem zu richtenden System gelagerten Kreiseln
mit allen Freiheitsgraden, aberverschiedenerSchwerpunktslage in bezug auf die Aufhängung
und einer in der Bezugsrichtung frei bewegbaren, auf Beschleunigungen 'ansprechenden
Masse mit einer Vorrichtung zu ihrer Rückführung in die Ruhelage, wobei die rückführende
Kraft gleichzeitig ein Drehmoment auf die mit der Achse des Schweremoments zusammenfallende
Präzessionsachse des einen Kreisels ausübt, welches auf die Differenz der auf die
Kreisel wirkenden Beschleunigungsmomente abgestimmt ist, und wobei auf die zur Achse
des Schweremoments senkrechten Präzessionsachsen die Hälften einer Kontaktvorrichtung
aufgesetzt sind, die eine Rückdrehvorrichtung am System steuert.
-
Bei einer derartigen Vorrichtung bewirken Beschleunigungen, die auf
das ganze System wirken, keine Verstellung der gegenseitigen Lage der Steuerkontakte
der Nachdrehvorrichtung, wie im folgenden auseinanderzusetzen sein wird, dagegen
äußert sich eine Neigungsänderung des Systems wie eine Beschleunigung, die allein
auf die beschleunigungsempfindliche Masse wirkt. Hierdurch wird nur der eine der
beiden Kreisel zum Präzedieren gebracht und eine Kontaktverstellung hervorgerufen,
die die Nachdrehvorrichtung in Tätigkeit setzt.
-
Um das System gegen Winkeländerungen unempfindlicher, d. h. träger
zu gestalten, kann erfindungsgemäß in das System ein Kreisel mit einem Präzession.sfreiheitsgrad
eingebaut werden, der schon an sich bei Neigungsänderungen die Rückdrehvorrichtung
schaltet, also das System vorstabilisiert, und statt die durch die beiden ersten
Kreisel gesteuerte Kontaktvorrichtung unmittelbar auf die Nachdrehvorrichtung einwirken
zu lassen, kann man durch diese Kontaktvorrichtung eine Vorrichtung auf der Präzessionsachse
des dritten Kreisels steuern, die bei Neigungsänderungen die Kreiselpräzession unterstützt.
-
Als beschleunigungsempfindliche Masse zur Steuerung der beiden die
Kontaktvorrichtung drehenden Kreisel verwendet man zweckmäßig
ein
Pendel, das durch eine von ihm selbst gesteuerte, zweckmäßig elektromechanische
Rückdrehvorrichtung in seiner Lage senkrecht zum System erhalten wird. Grundsätzlich
kann aber eine-irgendwie geführte Masse benutzt werden, die auf Beschleunigungen
anspricht und eine Rückführvorrichtung in die Ruhelage steuert, z. B. eine geradlinig
bewegte Masse mit Solenoiden.
-
Um übermäßige Präzessionsausschläge der beiden die Kontaktvorrichtung
steuernden Kreisel zu verhüten, können auf den mit der Achse des Schweremoments
zusammenfallenden Präzessionsachsen der Kreisel Rückdrehvorrichtungen angebracht
werden, welche bei bestimmten Präzessionsausschlägen von den Kreiseln selbst eingeschaltet
werden und über diese Ausschläge hinausgehende Präzessionen verhindern.
-
Da die die Kontaktvorrichtung steuernden Kreisel durch die Erddrehung
zu ungleichen Präzessionen veranlaßt werden können, werden erfindungsgemäß in an
sich bekannter Weise auf den zurAchse desSchweremoments senkrechten Präzessionsachsen
der beiden paarweise angeordneten Kreisel die Erddrehung kompensierende Rückdrehvorrichtungen
angeordnet, die von einem der Kreisel gesteuert werden.
-
Die bisher beschriebene Vorrichtung ist g;-eignet zur Stabilisierung
des Systems um eine Drehachse. Zwecks räumlicher Stabilisierung wird eine gleiche
Vorrichtung für die zweite waagerechte Drehachse uni 9o° gegen die erste versetzt
angeordnet. Diese beiden Stabilisierungsvorrichtungen sind in derLage, das System
in seiner Winkellage in bezu.g auf zwei Kippachsen zu erhalten, d. h. also jede
Kippebene im System in ihrer eigenen Lage zu erhalten. Dagegen verhindern die Systeme
nicht Drehungen um die dritte Raumachse. Hierzu dient, wie eingangs erwähnt, der
kräftefreie Azimutkreisel, dessen Präzessionsachse in der Ebene oder parallel zu
der Ebene der beiden anderen Raumachsen liegt.
-
Bei dem später beschriebenen Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
ist die beschleunigungsempfindliche Masse mit dem einen der beiden die Kontaktvorrichtung
steuernden Kreisel elektromechanisch gekuppelt. Es kann an Stelle der elektromechanischen
Kupplung auch eine rein mechanische Kupplung treten. Die elektromechanische wird
bevorzugt, weil dadurch Vorteile ermöglicht werden, die mit dem Erfindungsgegenstand
an sich nichts zu tun haben.
-
Auf der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Stabilisierung
eines Systems um eine waagerechte Raumachse in einem Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt. Abb. i zeigt die Vorrichtung in Seitenansicht, wobei einzelne Teile
der Deutlichkeit halber geschnitten sind.
-
Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i.
-
In Abb. i wird das zu stabilisierende System i durch einen Balken
dargestellt, der um eine Achse 2 drehbar ist. Auf der Achse 2 sitzt ein Schneckenradsegment
3, das durch die Schnecke 4. in Umdrehung versetzt werden kann. Die Schnecke .a.
wird von einem nicht dargestellten, als Nachdrehmotor zu bezeichnenden Elektromotor
in Umdrehung versetzt.
-
Im System i ist ein kräftefreier Kreisel mit bei waagerechter Lage
des Systems lotrechter Präzessionsachse 6 angeordnet. Dieser Kreisel steuert mittels
einer Kontaktvorrichtung, deren Steuerarm auf der Präzessionsachse 6 sitzt, den
Nachdrehrnotor, der die Schnecke 4 treibt.
-
Am System i ist ein Pendel 7 um eine Welle 8 drehbar gelagert. Auf
die Welle 8 wirkt eine nach Art eines Elektromotors ausgebildete Vorrichtung 9,
welche das Pendel stets in der zu dem System i senkrechten Lage zu erhalten sucht.
Mit dem Pendel ist ein Kontakt io verbunden, der zusammen. mit am System festen
Kontaktsegmenten ii die RückfÜhrvorrichtung 9 schaltet.
-
Im System sind ferner zwei Kreisel i- und 13 gelagert. Diese Kreisel
sind kardanisch aufgehängt, haben also alle Freiheitsgrade. Sie haben gleichen Impuls,
aber in bezug auf die Aufhängung verschiedene Schwerpunktslage. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Kreisel 12 im Schwerpunkt unteratützt, also kräftefrei,
während der Kreisel 13 durch eine am Kardanring 14 angebrachte Masse 15 ein sogenannter
schwerer Kreisel ist. Auf den lotrechten Präzessionsachsen 16 und 17 der Kreisel
sitzen ein Kontaktarm 18 und eine mit Kontaktsegmenten versehene Platte i9 aus Isoliermaterial.
Die Platte i9 und der Arm 18 stellen also eine Kontaktvorrichtung dar, die sich
je nach der Winkellage der Kreisel im einen oder anderen Sinne einschaltet bzw.
ausschaltet. Sie steuert den Stromkreis einer auf der Präzessionsachse 6 des Kreisels
5 sitzenden Drehvorrichtung, z. B. einer sogenannten Deprezspule 2o.
-
Gemäß Abb. 2 sitzen auf den waagerechten Präzessions- oder Empfindlichkeitsachsen
21 und 22 der Kreisel 12 und 13 Deprezspulen 23 und 24., die als Rückdrehvorrichtungen
wirken und von dem einen der Kreisel 12, 13 mittels einer nicht dargestellten, auf
der Achse 16 oder 17 angeordneten Kontaktvorrichtung eingeschaltet werden, sobald
der Präzessionsausschlag dieses Kreisels gegenüber dem Rahmen. i ein bestimmtes
Maß erreicht. Die
Spulen 23 und 241 sollen übermäßige Präzessionsausschläge
verhüten.
-
Auf der Empfindlichkeitsachse 21 des kräftefreien Kreisels 12 sitzt
eine weitere Deprezspule 25, durch welche der Strom der Rückführvorrichtung g für
das Pendel 7 hindurchgeführt wird. Diese Spule dient ihrerseits dazu, die wahrem
Beschleunigungen, die auf das Pendel 7 wirken, auf den Kreisel 12 zu übertragen,
damit er unter der Einwirkung dieser Beschleunigungen in gleichem Maße präzediert
wie der Kreisel 13. Andererseits dient die Spule 25 dazu, die Drücke auf das Pendel?,
die sich bei Lagenänderungen des Systems i um seine Achse -2 ergeben und die man
als scheinbare Beschleunigungen bezeichnen kann, auf den Kreisel 12 zu übertragen.
Diese scheinbaren Beschleunigungen wirken nicht auf den Kreisel 13. Es präzediert
also unter ihrerWirküng nur der Kreisel 12, so daß bei Lagenänderungen des Systems
der Kontaktarm i8 relativ zur Kontaktscheibe ig wandert.
-
Endlich sind auf den Präzessionsachsen 16 und 17 der Kreisel 12 und
13 Deprezspulen 26 und 27 angeordnet, die zum Ausgleich der Einwirkung der Erddrehung
auf die Kreisel 12 und 13 dienen und wiederum von einem der Kreisel 12 oder 13 geschaltet
werden.
-
Wirkungsweise: Es soll zunächst nur die Stabilisierung um eine Achse,
z. B. die auf der Zeichnung dargestellte Achse 2 des Systems, betrachtet werden.
Angenommen, das System befindet sich in waagerechter Lage und bewegt sich in irgendeiner
Richtung mit gleichförmiger Geschwindigkeit, so bleiben alle Teile der beschriebenen
und dargestellten Vorrichtung in Ruhe.
-
Ändert sich infolge einer Beschleunigung der Bewegungszustand des
Systems, so bleibt der Kreisel 5, da er ein kräftefreier Kreisel ist, unbeeinflußt,
ebenso der Kreisel 12. Dagegen wirken die Beschleunigungen auf das Pendel 7 und
den schweren Kreisel 13. Letzterer sucht unter der Einwirkung der Beschleunigungen
um seine lotrechte Präzessionsachse 17 zu präzedieren und tut dies so lange, als
die Spule 24 keinen Widerstand entgegensetzt.
-
Das Pendel 7 sucht unter dem Beschleunigungsdruck nach einer Seite
auszuschwingen, schaltet dabei aber sofort die Rückführvorrichtung g ein. Der in
dieser Rückführvorrichtung wirksame Strom geht auch durch die Deprezspule 25 und
veranlaßt auch den Kreisel 12 zu einer Präzession um die Achse 16. Es wird nun das
Gewicht der Masse 15 und die Stärke des durch die Vorrichtungen g und 25 fließenden
Stromes so abgeglichen, daß die Präzessionen der Kreisel 12 und 13 unter der Einwirkung
der Beschleunigungen gleich sind. Infolgedessen drehen sich der Kontaktarm 18 und
die Kontaktscheibe ig um gleiche Winkel, so daß eine Änderung des Schaltzustandes
unter dem Einfluß der .Beschleunigungen nicht stattfindet.
-
Erfährt das System i eine Neigungsänderung, so sucht das Pendel? umzukippen.
Hieran wird es wiederum gehindert durch die Rückführvorrichtung g. Diese erhält
das Pendel dauernd in senkrechter Lage zum System i, d. h. sie übt so lange eire
Drehmoment auf das Pendel aus und bleibt so lange eingeschaltet, als das System
i nicht waagerecht liegt. Infolgedessen fließt während dieser Zeit auch ein Strom
durch die Deprezspule 25 und veranlaßt den Kreisel 12 zu einer Präzession. Der Kreisel
13 führt keine entsprechende Präzession aus, da er alle Freiheitsgrade besitzt und
Lagenänderungen des Systems ihn nicht beeinflussen. Der Kontaktarm 18 macht also
eine Winkeldrehung relativ zur Scheibe ig und schaltet die Deprezspule 2o des Kreisels
5 ein. Dieser Kreisel präzediert und schaltet den auf die Schnecke 4 wirkenden Nachdrehmotor
ein.
-
Der Kreisel 5 allein würde nicht imstande sein, das System dauernd
waagerecht zu erhalten, da ein Kreisel mit einem Freiheitsgrad zwar auf Lagenänderungen
anspricht, selbst aber kein L.agenbewußtsein besitzt und infolge der Präzessionswiderstände
seine Empfindlichkeit gegen Lagenänderungen begrenzt ist.
-
Die Spulen 23, 24 treten erst in Tätigkeit, wenn die Präzessionsausschläge
der Kreisel 12 und 13 ein bestimmtes Maß übersteigen. Hierdurch soll verhütet werden,
daß einseitige, zu große Präzessionsausschläge entstehen, die die Vorrichtung unempfindlich
machen.
-
Zur Stabilisierung um die zweite horizontale Raumachse dient eine
der beschriebenen genau gleiche und genau gleichwirkende Vorrichtung. Es liegt auf
der Hand, daß diese beiden Vorrichtungen das System in seiner Horizontalebene erhalten.
-
Die Drehungen in der Systemebene verhindert zusammen mit einer dritten
Nachdrehvorrichtung, die auf die dritte Raumachse wirkt, ein dem Kreisel s gleicher
Kreisel (Azimutkreisel), dessen durch seinen Schwerpunkt gehende Präzessionsachse
in der Ebene der beiden Raumachsen oder parallel zu dieser Ebene liegt. Dieser Kreisel
steuert eine dritte Nachdrehvorrichtung und kann genau wie der Kreisel 5 als Vorstabilisator
geschaltet sein, während die feine Stabilisierung über ihn durch eines der Pendel
7 erfolgt, dessen Kontaktvorrichtung 18, ig auch eine Deprezspule auf der Präzessions,achse
dieses Azimutkreisels steuert.