DE767947C - Kreiselhorizont mit Vertikalpendel - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
7. APRIL 1955

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42 c GRUPPE 25

S 136548 IXb j 42 c

Dr. phil. Karl Glitscher, Berlin-Schmargendorf

ist als Erfinder genannt worden

Kreiselhorizont mit Vertikalpendel

Patentiert im Deutschen Reich vom 1. April 1939 an Patenterteilung bekanntgemacht am 10. März 1955

Um einen Kreiselstabilisator zu einem horizontsuchenden Gerät, also zu einem Kreiselhorizont zu machen, ist es notwendig, den Kreiselstabilisator ' unter Schwerkraftkontrolle zu stellen. Hierzu stehen, wie bekannt, zwei Wege zur Verfügung. Man bildet den Kreiselstabilisator als Pendel, d. h. als Kreiselpendel aus oder verwendet ein gesondertes Gewichtspendel, das am Horizontteil des so entstehenden Kreiselhorizontes gelagert, mit seinem Achsensystem nach dem des Kreiselhorizontes orientiert ist und den eigentlichen Kreiselstabilisator im Sinne der Erhaltung des Horizontteiles in der Horizontlage steuert. Bei beiden Gattungen treten indes, sofern nicht besondere Maßnahmen getroffen werden, Fehler im Horizont auf, sobald die "das Kreiselgerät tragende Bettung B ahnbeschleunigungen (Fahrgeschwindigkeitsänderungen) oder Fliehbeschleunigungen (Fahrtrichtungsänderungen) erfährt. Bei der letzteren Gattung, d. h. bei Kreiselhorizonten mit einem gesonderten, am Horizontteil gelagerten Pendel, besteht bekanntlich eine einfache Möglichkeit, den Einfluß der Bahn- und Fliehbeschleunigungen auszuschalten. Hierzu wird beim Auftreten von Bahn- oder Fliehbeschleunigungen die Pendelanordnung von dem eigentlichen Kreiselstabilisator abgeschaltet. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß alsdann der eigentliche Kreiselstabilisator sich selbst überlassen ist, d. h. nicht mehr unter Schwerkraftkontrolle steht und infolgedessen unter dem Einfluß der Lager

reibungen, der Erddrehung usw. langsam auszuwandern beginnt. Bei längerer Unterbrechung der Steuerverbindung zwischen Pendel- und Kreiselstabilisator tritt eine unzulässige Schiefstellung des Horizontteiles auf. Die Erfindung betrifft ein Gerät der obenerwähnten zweiten Gattung, d.h. einen Kreiselhorizont mit einem Vertikalpendel, das am Horizontteil gelagert ist und den eigentlichen ίο Kreiselstabilisator im Sinne der Erhaltung des Horizontteiles in der Horizontlage steuert. Für diese Kreiselhorizonte ist durch die Erfindung eine Kompensationseinrichtung geschaffen, die den Einfluß von Bahn- und Fliehbeschleunigungen des das Gerät tragenden Fahrzeuges oder, allgemeiner gesagt, der das Gerät tragenden Bettung kompensiert. Die neue Lösung besteht darin, daß das Vertikalpendel des Kreiselhorizontes, zur Kompensation von es beeinflussenden Bahn- und Fliehbeschleunigungen, mit einer Hilfskreiselanordnung ausgerüstet ist, die in Steuerabhängigkeit von der Fahrt einen ihr proportionalen, nach Backbord gerichteten Drall erzeugt.

Unter Fahrt ist hier und im folgenden die Fahrgeschwindigkeit des Schiffes bzw., allgemeiner gesagt, der schwankenden Bettung verstanden. Hinsichtlich des der neuen Lösung zugrunde liegenden allgemeinen Gedankens besteht eine Berührung mit dem Gegenstand der Patentschrift 598 840, in der ein Kreiselhorizont beschrieben ist, der ebenfalls durch Erzeugung eines der Fahrt proportionalen, senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufenden Dralles nach Backbord kompensiert wird. Während es sich jedoch dort um einen Kreiselhorizont (Kreiselpendel) handelt, der als ganzes zu kompensieren ist, liegt hier ein Einzelteil vor, der an sich ein Gewichtspendel darstellt und für sich zu kompensieren ist. Hier hat man bisher nicht die Möglichkeit erkannt, durch Hinzufügung einer Hilfskreiselanordnung eine wirksame und doch einfache Kompensation der Bahn- und Fliehbeschleunigungen erzielen zu können. Im übrigen treffen aber die Erläuterungen und Formeln, die in der genannten Patentschrift angegeben sind, sinngemäß auch auf den vorliegenden Fall zu. Daher sei insoweit auf die Patentschrift Bezug genommen. Es genügt, hier darauf hinzuweisen, daß durch Erzeugung eines der Fahrt ν proportionalen, nach Backbord gerichteten Dralles bei entsprechender Wahl des Proportionalitätsfaktors der Einfluß der Bahn- und Fliehbeschleunigungen, d.h. der Einfluß der Fahrtänderungen und Fahrtrichtungsänderungen auf das Pendel, das an sich ein Gewichtspendel ist, ausgeglichen wird.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. ι eine zum Teil im Schnitt dargestellte Vorderansicht des Kreiselhorizontes,

Fig. 2 und 3 eine schematische Einzeldarstellung der Hilfskreiselanordnung des Vertikalpendels in zwei verschiedenen Stellungen. Es sei zunächst das Vertikalpendel beschrieben. Der Teil 1 in Fig. 1 bildet die Grundplatte des Pendels. An zwei mit ihr verbundenen Lagerböcken, von denen in der Zeichnung nur der eine, mit 2 bezeichnete zu sehen ist, ist mit der Achse 3 ein in der Nullstellung waagerechter Ring 4 gelagert. An diesem ist mit der zur Achse 3 senkrecht verlaufenden Achse 5, 5' ein Rahmen 6 drehbar aufgehängt.

Die Achsen 3 und 5, 5' bilden die beiden Meßachsen des Pendels, dessen Schwerpunkt unterhalb der beiden Meßachsen liegt. Da das Pendel somit zwei Meßachsen hat, gibt es die Neigung der das Pendel tragenden Plattform um zwei Achsen, nämlich die genannten Meßachsen 3 und 5, 5' an. Um diese beiden Neigungswerte weiterleiten bzw. zur Steuerung des eigentlichen Kreiselstabilisators verwenden zu können, sind zwei Abgriffe 7 und 8 vorgesehen. Jeder umfaßt zwei Einheiten, von denen die eine mit der Achse 3 bzw. der Achse 5 und die andere mit dem Lagerbock 2 bzw. mit dem Ring 4 verbunden ist. Die Abgriffe 7 und 8 können an sich beliebiger Art, z. B. Bolometer, Drehtransformatoren od. dgl., sein. Vorzugsweise wird man solche Abgriffe wählen, bei denen zwischen ihren Einheiten keine Reibung und keine Rückwirkung besteht. Die z. B. durch elektrische Spannungen gegebenen Ausgangsgrößen der beiden Abgriffe 7 und 8 geben nach obigem ein Maß für die Neigung der Pendelanordnung um die Achse 3 bzw. 5. 5'.

Wäre das Vertikalpendel auf die bisher beschriebenen Teile beschränkt, so wäre es ein gewöhnliches Gewichtspendel mit zwei Meßachsen; es würde den Einflüssen aller Bahn- und Fliehbeschleunigungen unterliegen. . L^Tm das zu verhindern, ist, wie in der Einleitung schon angegeben, das Pendel mit einer Hilfskreiselanordnung ausgerüstet, die in Steuerabhängigkeit von der Fahrt einen ihr proportionalen, senkrecht zur Fahrtrichtung nach Backbord gerichteten Drall erzeugt.

Zur Bildung der Kompensationseinrichtung sind an dem Rahmen 6 zwei Kreisel 9 und 11 mit aufrechten Achsen 10 und 12 drehbar gelagert. Die Achsen 10 und 12 sind über Stirnräder 13 und 14 untereinander und über ein Ritzel mit dem Anker eines motorartigen Empfängers 16 gekuppelt. In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Nullstellung der beiden Kreisel 9 und 11 sind deren waagerechte Umlaufachsen einander parallel. Der Umlauf sinn des einen Kreisels ist dem des anderen ent-

gegengerichtet, wie die in Fig. ι eingezeichneten Pfeile und die in Fig. 2 und 3 eingetragenen Drallvektoren Z₁ und J₂ zeigen. Da ferner der Drall des einen Kreisele dem Betrag nach gleich groß ist wie der des anderen, so ist in der Nullstellung der beiden Kreisel 9 und 11 der resultierende Drall gleich Null. Die Kreisel 9 und 11 sind außerdem so angeordnet, daß sie die aus der Zeichnung zu entnehmende Lage bezüglich der Backbordrichtung BB besitzen. Werden die Kreisel über den Empfänger 16 aus der Nullstellung ausgelenkt, so führen sie zueinander spiegelbildliche Bewegungen aus, wie das Fig. 3 zeigt. Die beiden Drallvektoren J₁, J₂ ergeben eine Resultierende J₁. in derBackbordricbtung. Der Empfänger 16 wird über einen zugehörigen Geber, der seinerseits in E'instellabhängigkeit von einem Fahrtmesser steht, laufend so· eingestellt, daß die Resultierende J_r der Fahrt ν proportional ist. Auf diese Weise wird der Einfluß von Bahn- und Fliehbeschleunigungen des das Gerät tragenden Fahrzeuges kompensiert. Hierbei ist im Ausführungsbeispiel vorausgesetzt, daß der Kreiselhorizont eine feste Orientierung zum Fahrzeug besitzt.

Das an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene Vertikalpendel kann an sich mit beliebigen Kceiseliorizonten verbunden werden; besonders kommt es aber in Betracht zur Verwendung bei Kreiselhorizonten mit Stützmotoren. Eine solche Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt.

20 ist die mit dem Schiffsdeck oder, allgemeiner gesagt, mit der schwankenden Bettung verbundene Grundplatte des Kreiselhorizontes. An zwei mit der Grundplatte 20 verbundenen Lagerböcken 21 und 22 ist ein in der Nullstellung waagerechter Ring 23 mit der Achse 24, 24' drehbar gelagert. An dem Ring 23 ist wiederum über die Achse 25 ein •zweiter, in der Nullage ebenfalls waagerechter Ring 26 drehbar aufgehängt. Mit ihm ist ein aufrechter Rahmen 27 verbunden. An diesem sind zwei Kreisel 28 und 30 mit aufrechter Präzessionsachse 29, 29' bzw. 31, 31' gelagert. Die zueinander senkrechten Achsen 24, 24' und 25 bilden die beiden Meß'achsen des Kreiselhorizontes. Die Kreisel 28 und 30 haben waagerechte Umlaufachsen, von denen die des Kreisels 28 in der Nullstellung parallel zur Achse 25 und die des Kreisels 30 parallel zur Achse 24, 24' verläuft. Der. Kreisel 28 steuert über einen Abgriff 32, dessen drehbarer Teil mit der Präzessionsachse 29, 29' und dessen unbeweglicher Teil mit dem Rahmen 27 verbunden ist, den an der Grundplatte gelagerten Stützmotor 33. Er ist über ein Vorgelege 34 und einen "mit der Achse 24, 24' gleichachsigen und am Ring 23 befestigten Zahnbogen 35 mit diesem Ring 23 gekuppelt.

Entsprechend steuert der Kreisel 30 über einen Abgriff 36, dessen drehbeweglicher Teil mit der Präzessionsachse 31, 31' und dessen unbeweglicher Teil mit dem Rahmen 27 verbunden ist, einen am Rahmen 27 gehalterten Stützmotor-37. Er ist über ein Vorgelege und einen am Ring 23 befestigten und zur Achse 25 gleichachsigen Zahnbogen 38 mit dem Ring 23 gekuppelt.

Besäße der beschriebene Kreiselhorizont nicht das Vertikalpendel 1 bis 16, so würde er einen Kreiselstabilisator darstellen. Die Wirkungsweise wäre folgende: 'Es sei ausgegangen von der dargestellten Relativstellung der einzelnen Teile. Es möge hun auf das Gerät ein Moment ausgeübt werden, das bestrebt ist, es um die Achse 24, 24' zu drehen. Infolgedessen präzediert der Kreisel 28 und schaltet über den Abgriff 32 den Stützmotor 33 in einem Sinne ein, der dem Sinn des von außen ausgeübten Momentes entgegengerichtet ist. Durch das Präzedieren des Kreisels 28 und durch das dadurch eingeschaltete, vom Motor 33 ausgeübte Moment wird dem äußeren Moment das Gleichgewicht gehalten. Verschwindet das letztere wieder, so wird kurzzeitig das Moment des Stützmotors überwiegen mit der Folge, daß der Kreisel 28 in die Anfangsstellung zurückkehrt. In gleicher Weise wirken der Kreisel 30 und der von ihm gesteuerte Stützmotor 37 'bei einem äiußeren, um die Achse 25 wirkenden Moment. ■

Das Gerät stabilisiert also die Einheit, die vom Ring 26 und den mit ihm verbundenen Teilen gebildet wird. Infolge der unvermeidlichen Lagerreibungen und unter dem Einfluß der Erddrehung usw. wandert aber die genannte Einheit allmählich aus der Anfängslage aus. Aus diesem Grunde wird der Kreiselstabilisator mit dem Vertikalpendel 1 bis 16 vereinigt, wodurch sich ein horizontsuchendes Kreiselgerät, d. h. ein Kreiselhorizont, ergibt. Hierzu wird das Vertikalpendel an dem stabilisierten Geräteteil, d. h. bei einem Kreiselhorizont an dem Horizontteil des Gerätes, gelagert. Beim Ausführüngsbeispiel bilden der Ring 26 und der mit ihm verbundene Rahmen 27 den Horizonttei'l. Demgemäß ist, wie dargestellt, auf den Rahmen 27 das Vertikal- no pendel 1 bis 16 mit seiner Grundplatte 1 auf- gesetzt. Die Orientierung des Pendels bezüglich des eigentlichen Kreiselstabilisators ist so gewählt, daß ihre Achsensysteme, einerseits 3; 5, 5' und andererseits 25; 24, 24', gleich verlaufen.

Zur Steuerung des eigentlichen Kreiselstabilisators durch das Vertikalpendel ist der Abgriff 7 auf einen Momenterzeuger 39 geschaltet. Der unbewegliche Teil dieses Mo- iao menterzeugers ist mit dem Rahmen 27 und der drehbewegliche Teil mit der Präzessions-

achse 31, 31' des Kreisels 30 verbunden. Entsprechend ist der Abgriff 8 auf einen Momenterzeuger 40 geschaltet, dessen unbeweglicher Teil mit dem Rahmen 27 und dessen drehbeweglicher Teil mit der Präzessionsachse 29, 29' des Kreisels 28 verbunden ist. Die beiden Momenterzeuger 39 und 40 können an sich beliebiger Natur, z. B. nach Art eines Ferrodynamometers oder Ferrarissystems, ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Rähmchen oder die Ferrarisscheibe mit der betreffenden Präzessionsachse verbunden. Die Zuordnung ist im übrigen so gewählt, daß je nach der Auslenkung des Abgriffes 7 und des Abgriffes 8 im einen oder anderen Sinne ein mit der Auslenkung aus der Nullstellung wachsendes Drehmoment auf die Präzessionsachse des betreffenden Kreisels im einen oder anderen Sinne ausgeübt wird.

ao Die Wirkungsweise des Gesamtgerätes ist kurz folgende: Im allgemeinen arbeitet das Gerät so, wie es schon beschrieben wurde. Äußeren Momenten wird also durch Präzedieren der Kreisel 28 und 30 und durch die damit verbundene Einschaltung der Stützmotoren 33 und 37 das Gleichgewicht gehalten, so daß der Horizontteil 26, 27 seine Lage relativ zum Raum beizubehalten sucht. Wandert der Horizontteil aus, so spricht die von ihm getragene Pendelanordnung 1 bis 16 an. Es werden die Momenterzeuger 39 und 40 oder einer von ihnen eingeschaltet, was zur Folge hat, daß ein entsprechend gerichtetes Moment auf die Präzessionsachse des betreffenden Kreisels einwirkt. Die Beeinflussung über die Momenterzeuger 39 und 40 wird naturgemäß nur schwach gewählt. Wird z. B. über den Momenterzeuger 40 auf die Präzessionsachse des Kreisels 28 ein Moment ausgeübt, so hat das zur Folge, daß der Horizontteil um die Achse 24, 24' präzedieren möchte. Da das infolge der Lagerreibung nicht möglich ist, schlägt der Kreisel 28 um die Achse 29, 29' ein wenig aus und schaltet dadurch den Stützmotor 33 ein. Auf diese Weise wird der Horizontteil 26, 27 um die Achse 24, 24' in die Horizontlage zurückgeführt. Entsprechendes gilt bei Abweichungen des Horizontteiles von der Horizontlage um die Achse 25. In diesem Fall wird über den Abgriff 7 der Momenterzeuger 39 eingeschaltet und damit über den Kreisel 30 und den Stützmotor 37 der Horizontteil 26, 27 um die Achse 25 in die Horizontlage zurückgeführt.

Ist die Fahrt ν gleich Null, so nehmen die Hilfskreisel 9 und 11 des Pendels die in Fig. ι und 2 gezeigte Nullstellung ein. Beginnt die Fahrt der Bettung einen von Null abweichenden Wert anzunehmen, so werden über den Empfänger 16 die Kreisel 9 und 11 ίο spiegelbildlich zueinander ausgelenkt, und zwar in einem solchen Maße, daß der resultierende, nach Backbord gerichtete Drallvektor I_r genau oder angenähert der Fahrt ν proportional ist. Mit Änderungen der Fahrt ν 6j ändert sich proportional laufend der resultierende Fahrtvektor J₁-. Das hat zur Folge, daß Bahn- und Fliehbeschleunigungen der schwankenden Bettung ohne Einfluß auf das Pendel 1 bis 16 bleiben.

Es war schon oben erwähnt, daß der Kreiselhorizont im Ausführungsbeispiel eine feste Orientierung zum Achsensystem der schwankenden Bettung z. B. eines Schiffes hat. Aus der erläuternden Wirkungsweise folgt, daß, die eine Meßachse nach der Vorausrichtung, somit die andere nach der Querachse der Bettung orientiert ist und demnach der Kreiselhorizont den Schlinger- und den Stampfwinkel der schwankenden Bettung mißt.

Es bedarf kaum der Erwähnung, daß zwischen den Gebern und den Momenterzeugern bzw. den Stützmotoren Verstärker eingefügt sein können. Die als Kompensationseinrichtung in das Vertikalpendel eingebaute Kreiselanordnung zur Erzeugung eines der Fahrt proportionalen, nach Backbord gerichteten Dralles kann, abweichend von der Darstellung, auch aus einem einzigen Kreisel bestehen, dessen Drallvektor in der Nullstellung lotrecht gerichtet ist und der in Abhängigkeit von der Fahrt geneigt wird und dadurch eine der Fahrt proportionale Drallkomponente nach Backbord liefert. Schließlich sei noch erwähnt, daß man als Kompensationskreisel auch einen einzigen Kreisel mit waagerechter, nach Backbord gerichteter Umlaufachse verwenden und die Abhängigkeit des nach Backbord gerichteten Drallvektors von der Fahrt dadurch erreichen kann, daß man die Umlaufgeschwindigkeit des Kreiselläufers in Abhängigkeit von der Fahrt bringt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kreiselhorizont mit einem Vertikalpendel, das am Horizontteil gelagert ist und den eigentlichen Kreiselstabilisator im Sinne der Erhaltung des Horizontteiles in der Horizontlage steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertikalpendel, zur Kompensation von es beeinflussenden Bahn- und Fliehbeschleunigungen, mit einer Hilfskreiselanordnung ausgerüstet ist, die in Steuerabhängigkeit von der Fahrt einen ihrer proportionalen, nach Backbord gerichteten Drall erzeugt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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