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moment des Kreisels nur von der Winkelgeschwindigkeit der Präzession abhängt, so muss daher bei einem richtig wirkenden Kreisel sein gyrostatisches Moment umso grösser werden, je grösser der Ausschlag des Wagens aus der labilen Gleichgewichtslage ist.
Durch eine stabile Aufhängung des Kreisels wird gerade das Gegenteil erreicht. Das Stabilitätsmoment des stabil aufgehängten Kreisels verringert nämlich das gyrostatische Moment des ausschlagenden Kreisels, indem es die Präzessionsgeschwindigkeit verzögert und so ein Umfallen des Wagens bewirkt. Auch der indifferent aufgehängte Kreisel ergibt eine periodisch umfallende Bewegung des labilen Fahrzeuges. Nach der vorliegenden Erfindung ist aber durch die labile Lagerung und die stetige kraftschlüssige Verbindung mit dem Fahrzeug erreicht, dass der Kreiselausschlag nach Überschreitung der Mittellagc durch das Labilitätsmoment beschleunigt wird, so dass'sich das gyrostatische Moment des Kreisels in jedem Augenblick der Grösse des Wagenausschlages anpasst. Nur so kann die für eine dauernde automatische Stabilisierung
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eintreten.
In den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt die Aufhängung eines Kreisels im Rahmen eines einspurigen Fahrzeuges in der Weise, dass er sich unter der Einwirkung der Schwerkraft im labilen Gleichgewicht befindet.
Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Möglichkeiten, einen bezüglich der Schwerkraft im indifferenten Gleichgewicht befindlichen Kreisel durch Anordnung von Federn labil zu machen. Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Anordnung, die getroffen werden muss, um die Einflüsse der Reibung, des Luftwiderstandes usw. auszuschalten, während Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 6 bis 8 endlich zeigen die Wirkung des Kreisels beim Auftreten äusserer Kräfte,
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befestigt, die in Lagern 8, 8 am Fahrzeugrahmen 1 schwingt. Der Kreiselrahmen 4 kann. wie ersichtlich, um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen schwingen, nämlich um die Achse 7 und die durch die Fahrschiene gebildete Achse 3.
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schiene) zu kippen.
Zwischen seiner Bewegung und der des Kreisels besteht (reibungsfreie Bewegung angenommen) eine Phasenverschiebung von 90 . Wenn nämlich der Wagen seinen
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kippende Moment kompensierende gyrostatische Wirkung, und damit die Präzessionsgeschwindig- keit des Kreisels, am grössten sein.
Maximalgeschwindigkeit des Kreisels und Ruhelage des
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Die Bewegung des Systems spielt sich nun folgendermassen ab : Der Wagen durchschreitet seine Mittellage (Gleichgewichtslage) mit Maximalgeschwindigkeit. dann wird nach dem Obengesagten der Kreisel aus seiner Endlage zurückkehren, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die dem jeweiligen kippenden Moment des Wagens proportional ist und in der Mittellage des Kreisels den Höchstwert erreicht. Der Wagen steht in diesem Augenblick in seiner Endlage. Nunmehr kehrt sich der Vorgang um. Der weiter ausschlagende Kreisel richtet den Wagen auf, wobei das Labilitätsmoment des Kreisels jetzt dieselbe Rolle spielt, wie vorher das Schwermoment des Wagens.
Die Geschwindigkeit des sich aufrichtenden Wagens nimmt nach der Mitte zu. Dadurch verzögert sich in immer höherem Masse die Kreiselbewegung : Der
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Kreisel so aufgehängt, dass er sich vermöge seiner Schwerpunktlage im labilen Gleichgewicht befindet. Man kann statt dessen die Aufhängung auch so gestalten, dass der Kreisel in indifferenter oder stabiler Lage aufgehängt ist, aber unter der Wirkung von Kräften steht, die ihn labil machen.
Eine solche Anordnung zeigt beispielsweise Fig. 2. Der Kreisel a rotiert um die Achse, die be ! 6 und 9 im Rahmen 1 gelagert ist. Dieser Rahmen ist mit der Achse 7, die die Schwerpunkt-
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Die Anordnung eines indifferent aufgehängten und durch eine der erwähnten Hilfskräfte labil gemachten Kreisels hat den Vorteil, dass der Massenwiderstand des um seinen Schwerpunkt schwingenden Kreisels bei Änderung der Fahrgeschwindigkeit auf den Wagen keine Rückwirkung ausüben kann. Ausserdem kann durch zweckmässige Anbringung der Federn auch das Lagerreibungsmoment bedeutend verringert werden. Wenn auf den Kreisel nur die erwähnte labilisierende Kraft im Verein mit den Gyromomenten wirkt, so wird sich die Bewegung des Systems bei konstanter Grösse und Richtung der resultierenden äusseren Kraft in der Weise vollziehen, dass ein Punkt auf der Figurachse des Kreisels (ausgenommen der Aufhängepunkt) im Raume eine ellipsoidische Bahn mit zeitlich konstanten Halbachsen durchläuft.
Jede auftretende Schwingung würde also ihre ursprüngliche Amplitude beibehalten. Die unvermeidliche Reibung in den Lagern des Kreiselrahmens ist stets der Bewegungsrichtung des Kreisels entgegengesetzt und zieht eine Deviation der Figurenachse senkrecht zu dieser Richtung in dem Sinne nach sich, dass der Kreisel aus seiner elliptischen Bahn nach aussen abgelenkt wird. Hiedurch werden die Schwingungen divergent. Den gleichen Einfluss hat der Widerstand, der an der Schiene der Schwingungsbewegun des Wagens entgegenwirkt.
Ausser der labilisierenden Kraft wirkt auf den Kreisel eine zusätzliche Kraft, die die Kreiselpräzession beschleunigt. Hiedurch werden Amplituden einer auftretenden Schwingung kon- vergent gemacht, bis das System in der Gleichgewichtslage zum Stillstand kommt. Ferner wird durch ihre Einwirkung der störende Einfluss der Reibung (Spitzen-, Spurkranz-, Luftreibung usw.) gleichgültig, ob sie am Kreisel oder am Wagen auftritt, in ebenderselben Weise aufgehoben.
In Fig. 4 ist das schematisch näher erläutert. Hier ist wieder 4 die Schwungmasse des Kreisels, 5 die Rotationsachse, die beim Eintreten einer Präzession in einer die Schiene ent- haltenden Ebene (in Fig. 4 Papierebene) schwingt. Es wird nun eine (nicht mit dargestellte)
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Augenblicken wirken, in denen sie nach vorstehenden Darlegungen auftreten sollen, um der Rotationsachse 54 einen Anstoss zu erteilen und ihr bezw. dem Kreisel damit eine PraxessK'n auf zuzwingen.
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Achsen 23 und 24 drehbar sind und durch Stangen 25 und 26 mit der Lagerbuchse 9 in Verbindung stehen, in der die Rotationsachse j des Kreisels 4 gelagert ist.
Es ist ersichtlich, dass, wenn die
Elektromagnetspulen nicht erregt sind, der Kreisel 7 sich, genau wie bei Fig. l, in labilem Gleich- gewichtszustand befindet und daher, sobald der Wagen 1 aus seiner senkrechten Lage abweicht. die bei Fig. 1 erläuterte Wirkungsweise besitzt.
Nun ist aber eine geeignete Anordnung getroffen, um die Elektromagnetspulen 15 und 16 in bestimmten Schwingungsphasen des Kreisels zu errecren. so dass sie auf ihre Kerne eine Zug- kraft ausüben, die durch die Winkelhebel 21, 22 und die Stangen'-'. j und 26 auf das Lager 9 und
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Kontaktarme 27 und 28 gesetzt, die iiber Kontaktbogen 29, 30 und 31, 32 schleifen. Die Kontakt bogen 29 und 31 sind in ihrer ganzen Ausdehnung leitend, die Kontaktbogen 30 und 32 aber auf einer Hälfte mit einer Isolierschicht bedeckt, und zwar der Kontaktbogen 30 auf der in Fig. 5 nach hinten gerichteten und der Kontaktbogen 32 auf der nach vorn gerichteten Hälfte.
Der Kontaktarm 27 stellt also eine leitende Verbindung zwischen 29 und 30 her, wenn er sich in dem in Fig. 5 nach vorn gelegenen Teil seiner Bahn bewegt, stellt dagegen eine leitende Verbindung zwischen 29 und 30 nicht her, wenn er über den hinteren Teil der Kontaktbogen schwingt. Bei dem Kontaktarm 28 ist es umgekehrt : Hier sind die Bogen 31 und 32 leitend miteinander verbunden auf dem hinteren Teile des Schwingungsweges, aber nicht miteinander verbunden auf dem vorderen Teil des Schwingungsweges.
Auf der Achse 7 ist ferner ein Kontaktarm 33 angebracht, der aber nicht auf der Achse befestigt ist, sondern nur mit Reibung auf ihr sitzt, derart, dass er an einer Schwingung der Achse 7 soweit teilnimmt, bis er gegen einen Widerstand stösst. Einen solchen Widerstand bilden die beiden Kontaktfedern 34 und 35, die isoliert an dem Gestell des Wagens befestigt sind. Die Anordnung ist also so, dass der Kontaktarm 33 mit der Kontaktfeder 34 in Berührung kommt, sobald die Rotationsachse 5 des Kreisels nach vorn zu (Fig. 5) schwingt, und in dieser Berührung solange verbleibt, bis die Schwingung der Rotationsachse 5 sich umkehrt.
Soblad das der Fall ist, wird der Kontaktarm 33 wiederum durch Reibung von der Achse 7 mitgenommen und gegen die Kontaktfeder 35 gelegt, um auch mit dieser wieder solange in Berührung zu bleiben, bis die Bewegung sich wiederum umkehrt.
Die beiden Spulen 15 und 16 sind in den Stromkreis zweier Stromquellen 36 und 37 ein-
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Wicklung von 16 angeschlossen, vom anderen Ende dieser Wicklung führt die Leitung 43 zur Achse 7 bezw. zum Kontaktarm 33, und die Kontaktfeder 35 ist dureh die Leitung 4. j an den
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Batterie 37 zurück.
Ist die Kreiselachse 5 nach hinten zu (Fig. 5) ausgeschwungen, nimmt also etwa die in Fig. 4 durch. ! bezeichnete Lage ein, so liegt der Kontaktarm 33. durch die vorhergehende Drehung der Achse 7 mitgenommen. an der hinteren Kontaktfeder 35 an. Der Kontaktarm 27 befindet sich in seiner vorderen Stellung, stellt also eine Verbindung zwischen 29 und 39 her. Beginnt nun der Kreisel seine nach vorn zu (Fis ;. 5) gerichtete Schwingung, su wird Kontaktarm 33 durch Reibung von der Achse 7 mitgenommen und an die vordere Kontaktfeder 34 gelebt. Alsdann ist ein Stromkreis geschlossen, der von dem einen Pol der Batterie 36 aus durch die Leitung 3. S
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Nähert sich der Kreisel seiner Mittelstellung und erreicht eine der Linie m in Fig. 4 entsprechende Lage, so gelangt der Kontaktarm 27 auf den isolierten Teil des Kontaktbogens 30 1) er beschriebene Stromkreis wird also an dieser Stelle unterbrochen, obgleich der Kontakt zwischen 33 und 34 aufrecht erhalten bleibt, und der Kreisel vollendet nun seine Schwingung (von Linie m bis n in Fig. 4), ohne dass äussere Kräfte auf ihn wirken. Solche Kräfte gelangen vielmehr erst dann wieder zur Wirkung, wenn der Kreisel seine Bewegung umkehrt, um von B nach A (Fig. 4) zurückzuschwingen. Sobald nämlich bei B die Bewegung umgekehrt wird, wird der Kontakt arm 33 von der Achse 7 durch Reibung mitgenommen und gegen die hintere Kontaktfeder 3@ gelegt.
Dadurch wird aber der Stromkreis der Batterie 37 durch die Spule 16 geschlossen, und
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Durch die beschriebene Einführung einer zusätzlichen aufgezwungenen Präzession wird das schwingende System wieder in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt. Das System wird stets in Schwingungen geraten, wenn die Resultate aus Schwerkraft, Zentrifugalkraft und Winddruck infolge Änderung der Komponenten ihre Richtung ändert und nicht mehr durch die Schiene geht. Die Schwingungen erfolgen dann um die neue Lage der Resultante als Gleichgewichtslage.
Diese Resultante geht durch 8 und die Schiene in Fig. 6, wo ein symmetrisch belasteter Wagen angenommen ist. Wird der Wagen unsymmetrisch belastet (in Fig. 7 ist angenommen, dass das durch ein einseitig aufgelegtes Gewicht G geschehen ist), und verschiebt sich der Schwerpunkt dadurch etwas nach SI, so wirkt die neue Anordnung dahin, den Wagen so aufzurichten, dass die neue Resultante durch die Schiene geht. Um diese neue Lage derselben erfolgen dann die Schwingungen, in Fig. 8 beispielsweise um die durch 81 und die Schiene gelegte Ebene. Die zusätzliche Präzession beschleunigt nun die Geschwindigkeit des Kreisels, verzögert mithin
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um seine neue Ruhelage ausführt und schliesslich in derselben zur Ruhe kommt.
Die Arbeit, die die zusätzliche Präzession hiebei leistet, muss natürlich äquivalent sein der Zunahme der potentiellen Energie des Systems, die durch die Hebung des Gesamtschwerpunktes bedingt ist.
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