DE745983C - Kreiselgerät für Flugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät für Flugzeuge mit kardanisch im oder nahezu im indifferenten Gleichgewicht aufgehängtem Kreisel. Derartige Geräte werden beispielsweise in Luftfahrzeugen verwendet zur Bestimmung des Kurses oder der Lage des Fahrzeugs in bezug auf eine Horizontalebene. Wenn indes außergewöhnliche Flugbewegungen durchzuführen sind, z. B. im

Kunst- oder Sturzflug, besteht für die Geräte die Gefahr der Beschädigung und unter Umständen der Zerstörung, da das Kardangehänge gegen gerätefeste Teile in Anschlag kommt und infolge des erheblichen Kreiseldralls sehr leicht verbogen werden bzw. zu Bruch kommen kann.

Man hat Vorrichtungen vorgeschlagen, die es ermöglichen, den Kreisel in einer bestimmten Lage zu blockieren, so daß die beiden Kardanachsen festgestellt sind und eine Drehbewegung des Kreisels nicht möglich ist. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Bedienung derartiger Vorrichtungen eine Belastung für den Flugzeugführer darstellt, zumal zweckmäßig noch der Kreiselantrieb abgeschaltet werden müßte, um eine Beanspruchung des Kreisels durch die auf der Wirkung des Kreiseldralls beruhenden Präzessionsmomente zu vermeiden.

Die Erfindung dient zur Beseitigung der erwähnten Nachteile. Sie besteht darin, daß das Antriebsmittel für den Kreisel bei unzulässig großen Auslenkungen des Kreisels gegenüber dem Flugzeug mit Hilfe von auf die Relativstellung des Kreisels zum Flugzeug ansprechenden Schaltgliedern, z. B. Endschaltern, selbsttätig abschaltbar ist. Mit der Abschaltung des Antriebsmittels für den

Kreisel können zusätzlich Einrichtungen zur Abbremsung des Kreisels eingeschaltet werden.

Wenn das Kreiselgerät nach Beendigung der erwähnten Flugbewegungen wieder in Betrieb genommen werden soll, würde die Kreiselumlaufachse der mangels besonderer Vorkehrungen eine von ihrer Soll-Richtung wesentlich abweichende Stellung einnehmen, ίο und es dauert eine erhebliche Zeit, bis die Kreiselumlaufachse mit Hilfe der üblicherweise vorgesehenen Stützeinrichtungen wieder in ihre Soll-Lage gelangt. Um diesen Übelstand zu vermeiden, sind an den erfindungsgemäßen Kreiselgeräten mit den Kardanachsen zugeordneten Drehmomenterzeugern zur Stützung des Kreisels mit den Abschaltvorrichtungen für den Kreiselantrieb zusätzliche Vorrichtungen zur Umschaltung jeder Pendelsteuerung auf den mit dem Pendel auf derselben Kardanachse angeordneten Drehmomenterzeuger im Sinne der Rückführung der Umlaufachse des stillgesetzten Kreisels in die Richtung der Pendel verbunden. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. ι ein schematisches Schaubild des Gerätes,

Fig. 2 ein Schema eines Schaltbildes für ein elektrisch betriebenes Gerät.

In Fig. ι ist das Gehäuse 1 eines Horizontalkreisels mit lotrechter Umlaufachse dargestellt, der mittels der inneren Kardanzapfen 2' und 2" in einem Kardanring 3 gelagert ist, der seinerseits mit den Zapfen 4' und 4" der äußeren Kardanachse in flugzeugfesten Lagern 5' und 5" drehbeweglich ist. Der Schwerpunkt des Kreisels befindet sich im oder nahezu im Schnittpunkt der genannten Kardanachsen. Die äußere Kardanachse • liegt bei dem Ausführungsbeispiel parallel zur Flugzeugquerachse. Demzufolge befindet sich die innere Kardanachse 2'-2" in der durch den Pfeil 6 angegebenen Flugrichtung. Eine Drehung des Flugzeugs um die Querachse, d. h. also eine Längsneigung des Flugzeugs, hat eine relative Drehung des Kreisels um die äußeren Kardanzapfen 4' und 4" zur Folge. Diese Längsneigung wird auf ein mit dem Kardanring 3 fest verbundenes Anzeigeglied, z. B. ein Flugzeugmodell 7, übertragen. Eine Drehung des Flugzeugs um seine Längsachse, d. h. eine Ouerneigung des Flugzeugs, hat eine scheinbare Drehung des Kreisels um seine inneren Kardanzapfen 2', 2" zur Folge. Diese Drehung wird durch ein sogenanntes Hilfskardangelenk, welches aus dem an dem Kreiselgehäuse drehbar gelagerten Bügel S und dem mit diesem durch einen Zapfen 9 ver-Ro bun denen Bügel 10 besteht, auf die in flugzeugfesten Lagern 11' und 11" liegenden Zapfen 12' und 12" übertragen. Auf dem Zapfen 12' ist ein als Kugelkalotte ausgebildetes Airzeigeglied 13 befestigt, welches mit einem die Horizontlinie darstellenden Horizontanstrich 14 versehen ist. Die die Lage des Flugzeugs in bezug auf den Horizont versinubildenden Anzeigeglieder 7 und 14 sind im Gerätebrett des Flugzeugs angeordnet.

Den beiden Kardanachsen ist je eine Widerstandsanordnung zugeordnet. Mit dem Zapfen 4" ist ein Kontaktträger 15 fest verbunden, der zwei Kontakte oder Widerstände 16 und 17 aufweist. Gleichzeitig ist auf dem Zapfen 4" ein Pendel 18 drehbeweglich angeordnet, das an seinem freien Ende einen Kontakt 19 besitzt, der mit den beiden genannten Kontakten 16 und 17 zusammenarbeitet. In analoger Weise ist auf dem Zapfen 12", der bei horizontal fliegendem Flugzeug gleichachsig mit der inneren Kardanachse 2'-2" liegt, ein Kontaktträger 20 mit den Kontakten 21 und 22 sowie ein Pendel 23 mit dem Kontakt 24 angeordnet, der mit den Kontakten 21 und 22 zusammenarbeitet. Die Kontaktgeberanordnung 15 bis 19 arbeitet auf einen Drehmomenterzeuger, der der inneren Kardanachse 2'-2" zugeordnet ist und zwei Erregerspulen 25 und 26 aufweist, mit denen ein mit dem Zapfen 12' fest verbundener permanenter Magnet 27 zusammenarbeitet. Analog arbeitet die Anordnung 20 bis 24 auf einen entsprechenden Drehmomenterzeuger, der der äußeren Kardanachse 4'-4" zugeordnet ist und ebenfalls zwei Erregerspulen 28 und 29 sowie einen mit dem Zapfen 4' fest verbundenen permanenten Magneten 30 aufweist. Diese durch die genannten Pendel gesteuerten elektromagnetischen Drehmomenterzeuger dienen in bekannter Weise zur Auf- _1Oo richtung des Kreisels. Bei Auslenkung des Kreisels wird je nach dem Richtungssinn der Auslenkung die eine oder die andere der Erregerspulen des betreffenden Drehmagneten erregt und dadurch ein Drehmoment auf den Kreisel in dem Sinne ausgeübt, daß eine Rückpräzession des Kreisel« in seine Soll-Lage zum wahren Lot erfolgt.

Es ist in dem Ausführungsbeispiel angenommen, daß der Kreisel von Drehstrom uo betrieben ist. Die drei Phasen für die Zuleitung zum Kreisel sind mit 11, v, Zi' bezeichnet. Die Stromübertragung auf den Kreisel kann in irgendeiner an sich bekannten Weise erfolgen, z. B. mit Hilfe von Schleifringen o. dgl.

Gemäß der Erfindung sind Vorrichtungen vorgesehen, durch welche bei unzulässig großen Auslenkungen des Kreisels gegenüber dem Flugzeug das Antriebsmittel selbsttätig abschaltbar ist. Zu diesem Zweck sind vier Schalter 31 bis 34 vorgesehen, von denen

einer der beiden erstgenannten bei unzulässig großen Drehbewegungen des Kreisels um die äußere Kardanachse und einer der beiden letztgenannten bei unzulässig großen Drehbewegungen des Kreisels um die innere Kardanachse geschlossen wird. Die genannten Schalter sind elektrisch mit einem Relais 35 verbunden, durch welches die im folgenden, zu beschreibenden Schalteinrichtungen betätigt werden, die die Stillsetzung und Aufrichtung des stillgesetzten Kreisels bewirken.

Die durch das Relais 35 betätigten Einrichtungen werden im folgenden an Hand der Fig. 2, in welcher gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Die Fig. 2 zeigt die erwähnten Verbindungsleitungen zwischen den Schaltern 31 bis 34 und dem Relais 35. Um dieses Relais 35 weiter in der Betriebsstellung zu halten, wenn der Schalter, der das Relais 35 zum Ansprechen gebracht hat, wieder geöffnet wird, wird von dem Relais 35 zunächst eine Schaltvorrichtung 36 eingerückt, welche den Strom für das Relais 35 in jedem Fall aufrechterhält.

Gleichzeitig mit dem vorerwähnten Schalter 36 wird eine Schaltvorrichtung 37 betätigt, durch welche ein zweifacher Zweck angestrebt wird. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Kreisel durch Drehstrom betrieben, dessen drei Phasen mit u, v, w und deren Stromzuleitungen zum Kreisel mit 38, 39 und 40 bezeichnet sind. Mit Hilfe der Schaltvorrichtungen 37 wird der Kreiselbetriebsstrom, der von einem Generator 41 geliefert sein kann, abgeschaltet. Um den Kreisel rascher stillzusetzen,, ist die Schaltvorrichtung 37 mit einer Umschalteinrichtung versehen, durch welche der Kreisel gleichzeitig abgebremst werden kann. Für diesen Zweck können entsprechende Bremsvorrichtungen vorgesehen sein, z. B. magnetische Bremsvorrichtungen, die elektromagnetisch betätigt werden. Beim Ausführungsbeispiel wird die Stillsetzung mit Hilfe einer Gleichstrombremsung bewirkt. Es werden zwei Phasen, nämlich die beiden Phasen ν und w, an Gleichstrom gelegt, während die dritte Phase u ganz abgeschaltet wird. Die Zuschaltung· der Gleichstrombremsung erfolgt über einen Thermoschalter 42, der die Bremszeit für den Kreiselläufer begrenzt.

Wie ferner bereits erwähnt wurde, sind Vorrichtungen in Form von elektromagnetischen Drehmomenterzeugern vorgesehen, die durch Pendel gesteuert werden und Drehmomente liefern, durch welche der Kreisel veranlaßt wird, jeweils in seiine Soll-Lage zurückzupräzidieren. Diese Vorrichtungen, die Steuervorrichtung und der zugehörige Drehmomenterzeuger, sind zur Erzielung der genannten Präzessionsbewegungen auf zwei zueinander senkrechten Achsen, nämlich den beiden Kardanachsen, angeordnet. Gemäß der Erfindung werden diese Drehmomenterzeuger benutzt, um den stillgesetzten Kreisel in die durch die Pendel vorgeschriebene Lage zurückzuführen. Da es sich hierbei um eine einfach mechanische Aufrichtung des Kreisels handelt und nicht, wie bei laufendem Kreisel, um eine Aufrichtung durch Präzessionsbewegungen, ist es erforderlich, daß jedes der Pendel mit auf derselben Achse angeordnetem Drehmomenterzeuger arbeitet. Dies ist durch eine Umschaltvorrichtung 43 erreicht, die ebenfalls von dem Relais betätigt werden . kann. Mit Hilfe dieser Umschaltvorrichtungen wird beispielsweise das der inneren Kardanachse zugeordnete Pendel 23 auf den Drehmagneten 25, 26, 27 und das der äußeren Kardanachse zugeordnete Pendel 18 auf den Drehmagneten 28, 29, 30 umgeschaltet. Die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Pendeln und den beiden Drehmagneten sind ohne weiteres aus Fig. 2 ersichtlich.

Wenn es erwünscht ist, den stillgesetzten Kreisel stärker an die Stellung der Pendel iS, 2T₁ zu fesseln, als es mit den für den normalen Betrieb des Gerätes bemessenen Stützmomenten möglich wäre_r können Vorrichtungen vorgesehen werden, welche es gestatten, die Drehmomente für den stillgesetzten Kreisel wesentlich zu vergrößern. Diese Vorrichtungen werden ebenfalls durch das Relais 35 gleichzeitig mit der Umschaltvorrichtung' betätigt. Beim Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck je eine Widerstandsanordnung, bestehend in den beiden Widerständen 44 und 45, vorgesehen, die im Normalflug zur Strombegrenzung für die Drehmomenterzeuger dienen. Diese beiden Widerstände werden mit Hilfe der Schaltvorrichtung 46 kurzgeschlossen, so .daß auf diese Weise der Erregerstrom für die Drehmomenterzeuger wesentlich erhöht und dadurch auch das von ihnen gelieferte Drehmoment entsprechend vergrößert werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die genannten Schaltvorrichtungen 36, 37,43,46 unmittelbar durch das Relais 35 betätigt werden. Es ist indes ohne weiteres möglich, die genannten Schalter derart zu betätigen, daß die Einschaltung in gewünschter zeitlicher Aufeinanderfolge vor sich gehen kann. Es kann beispielsweise die Anordnung derart sein, daß durch das Relais 35 zunächst die beiden Schalter 36 und 37 betätigt werden und daß zwischen dem Relais 35 und den beiden Schaltern 43 und 46 noch ein zweites zeitabhängiges Relais vorgesehen ist, durch welches die beiden Schalter 43 und 46 erst eingeschaltet werden, wenn der Kreisei ι bereits stillgesetzt ist. Es versteht sich hier ohne weiteres, daß die Betätigung der

beiden Schalter 43 und 46 auch unmittelbar von der Stillsetzung des Kreisels abhängig gemacht sein könnte. Es könnte auch ein Zeitschalter vorgesehen sein, durch den die Schaltung der erwähnten Vorrichtungen in gewünschtem Zeitablauf erfolgen kann.

Soll nach Beendigung der außerge\vöhnlichen Flugbewegung der Kreisel wieder in Betrieb genommen werden, so kann das in einfachster Weise dadurch geschehen, daß mit Hilfe eines Schalters 47 der Stromkreis für das Relais 35 unterbrochen wird, so daß das Relais wieder abfällt, wodurch dann die genannten Schalter 36, 37, 43, 46 wieder in die

!5 Ausgangsstellung gelangen.

Der Erfindungsgedanke ist in dem Vorherstehenden an Hand eines elektrisch betriebenen Kreisels erläutert. Es versteht sich, daß diese Art der Stillsetzung und Schnellaufrich-

ao tung auch für in anderer Weise betriebene Kreisel, z. B. luftgetriebene Kreisel, verwendbar ist. Auch die Drehmomenterzeuger können beliebiger anderer Art sein. Es können auch an Stelle der dargestellten Pendelsteuerungen für die Drehmomenterzeuger beliebig andere Steuerpendel vorgesehen sein. Diese und weitere Abweichungen liegen ohne weiteres im Rahmen des Erfindungsgedankens.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Kreiselgerät für Flugzeuge mit kardanisch, vorzugsweise im indifferenten Gleichgewicht aufgehängtem Kreisel, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel für den Kreisel bei unzulässig großen Auslenkungen des Kreisels gegenüber dem Flugzeug mit Hilfe von auf die Relativstellung des Kreisels zum Flugzeug ansprechenden Schaltgliedern, z. B. End-Schaltern, selbsttätig abschaltbar ist.
2. 2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abschaltung des Antriebsmittels für den Kreisel zusätzlich Vorrichtungen zur Abbremsung des Kreisels eingeschaltet werden.
3. 3. Kreiselgerät nach Anspruch 4 mit Drehstrom betriebenem Kreisel, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bremsung des Kreisels zwei Phasen der Feldwicklung des Kreiselmotors mit Gleichstrom gespeist werden.
4. 4. Kreiselgerät nach Anspruch 1 mit den Kardanachsen zugeordneten pendelgesteuerten Drehmomenterzeugern zur Stützung des Kreisels, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abschaltvorrichtung für den Kreiselantrieb Vorrichtungen zur Umschaltung jeder Pendelsteuerung auf den mit dem Pendel auf derselben Kardanachse angeordneten Drehmomenterzeuger im Sinne der Rückführung der Umlaufachse des stillgesetzten Kreisels in die Richtung der Pendel verbunden sind.
5. 5. Kreiselgerät nach Anspruch 2 mit elektromagnetischen Drehmomenterzeugern, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des einzelnen Drehmomenterzeugers angeordnete Strombegrenzungsmittel, z. B. Widerstände, durch die Um-Schaltvorrichtungen für die Pendel abgeschaltet werden zwecks Vergrößerung des von den Drehmomenterzeugern gelieferten Drehmomentes.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen \vorden:

   deutsche Patentschrift Nr. 651 601.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   EEKUN. GEMTiKf IN' T)IH!