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Geschwindigkeitsmesser für Luft- und Wasserfahrzeuge nach dem Beschleunügungsprinzip.
Man hat versucht, Geschwindigkeitsmesser für Luft-und Wasserfahrze ge nach dem Beschleunigungsprinzip zu konstruieren, d. h. Geschwindigkeitsmesser, wobei die Lage des die Geschwindigkeit anzeigenden Teiles durch die algebraische Summe sämtlicher vorhergehender
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welcher sie geherrscht haben.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sollten die Beschleunigungen oder Verzögerungen mittels Pendel gemessen werden. Alle diese Versuche mussten aus nachbeschriebenen Gründen scheitern : Für Seeschiffe ist die Anwendung eines Pendels für den beabsichtigten Zweck
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Die störenden Bewegungen des Fahrzeuges haben gegenüber den durch die Fahrtgeschwindigkeitsänderungen verursachten Bewegungen verhältnismässig sehr kurze Dauer. Der erwähnte Nachteil würde daher schliesslich durch Anwendung eines Pendels vermeidbar
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man jedoch zu Pendeln, die unausführbar lang sind oder aus anderen Gründen nicht in Frage kommen.
Den störenden Einfluss der Pendelbewegungen des Fahrzeuges kann man nun dadurch vermeiden, dass man die Geschwindigkeitsänderung dem Ausschlage der Drehungsebene eines Gyroskopes entnimmt, welches in einiger axialen Entfernung von seinem Schwerpunkte mit dem Fahrzeuge gekuppelt ist. Das Gyroskop hat für den beabsichtigten Zweck den Vorteil, dass Beschleunigungen oder Verzögerungen, auch wenn sie recht erheblich sind, herstammend aus dem Schlingern und Stampfen des Schiffes, keinen merklichen Ausschlag verursachen, da schon, bevor die Gyroskopachse infolge einer derartigen Geschwindigkeitsänderung einen messbaren Ausschlag erfährt, wieder eine entgegengesetzt gerichtete Geschwindigkeitsänderung eintritt.
Auch erfolgen die durch die Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges hervorgerufenen Ausschläge mit so grosser Kraft, dass sämtliche Reibungswiderstände mit Sicherheit überwunden werden.
Die Anwendung eines Pendels bedingt naturgemäss das Vorhandensein einer unveränderlichen (horizontalen) Messebene, in bezug auf welche die Pendelausschläge bestimmt werden sollen. Bekanntlich ist nun eine derartige Messebene an Bord von Schiffen praktisch überhaupt nicht zu erzielen ; an diesem Umstande scheitert daher jeder bekannte nach dem Beschleunigungsprinzip arbeitende Pendelapparat.
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arbeitenden Geschwindigkeitsmesser, bei welchem von den ganz wesentlichen Vorteilen des Kreisels Gebrauch gemacht wird ;
die Notwendigkeit des Vorhandenseins einer unveränderlichen (horizontalen) Messebene wird hierbei aber vollständig dadurch vermieden, dass man nicht einen einzigen Kreisel, sondern zwei in entgegengesetzten Richtungen sich drehende, gleiche Gyroskope verwendet, die derart aufgehängt sind, dass ihre Achsen in der Ruhelage des Gerätes parallel zueinander laufen. Es ist klar, dass in diesem Falle eine bestimmte Geschwindigkeitsänderung
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tungen und über gleiche Winkel ausschlagen lässt, wodurch der eine Kreisel als Messebene für den anderen dient. Als weiterer Vorteil ist noch der Umstand zu betrachten, dass die durch eine Geschwindigkeitsänderung hervorgerufene Abweichung des Gerätes aus der Nullage doppelt so gross ist wie bei Anwendung von einem einzigen Kreisel.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnung beschrieben werden, die in Fig. i eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und in Fig. 2 eine Einzelheit veranschaulicht.
Der eigentliche Geschwindigkeitsmesser ist auf einem Tische 1 angeordnet, welcher die
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bildet, also auf einem Schwimmer 2 gelagert ist, der wiederum in einem Behälter 3 in Quecksilber schwimmt, wobei der Tisch durch das an ihm befestigte Gyroskop 4 in wagrechter, unver- änderlicher Richtung gehalten wird. Die Gyroskope 4 sind drehbar um wagrechte Achsen, die untereinander Winkel von 1200 bilden. Der Schwimmer ist leicht drehbar auf einer Spitze 5 gelagert.
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Im Tisch 1 sind zwei einander diametral gegenüberliegende Aussparungen zur Aufnahme je eines Ringes 6 bzw. 7 vorgesehen, die an in der Nord-Südrichtung verlaufenden Zapfen 6a bzw. 7a aufgehängt sind. In jedem dieser Ringe hängt am in der Ost-Westrichtung verlaufenden Zapfen 8a bzw. 9a ein wagrechtes Gyroskop 8 bzw. 9 ; diese Gyroskope drehen sich in einander entgegengesetzten Richtungen.
Mit jedem der Ringe 6, 7 ist ein Bügel 6b bzw. 7b mit einer in der Achse des betreffenden Gyroskops liegenden Stange dz bzw. 7c fest verbunden. Auf diesen Stangen sind Arme 10 bzw. 11, die sich ausschliesslich geradlinig in der Ost-Westrichtung parallel zum Tische 1 bewegen können.
Zu diesem Zwecke ist das Ende des Armes 10 an einem Wagen 10a (Fig. 2) angelenkt. Dieser Wagen liegt mit zwei Rollen 10b an einer Seite der Stange 6e an und wird mit unter der Wirkung einer Feder 10d stehenden Rolle 10e immer gegen die gegenüberliegende Seite der Stange 6e gedrückt.
Die Verbindung zwischen dem Arme 11 und der Stange 7c entspricht derjenigen zwischen dem Arm 10 und der Stange 6c.
Die Arme 10, 11 sind derart mit Reibungsscheiben 12 bzw. 13 gekuppelt, dass diese Scheiben den Verschiebungen ihres Armes folgen müssen, sich aber frei um ihre Achse drehen können.
Die Scheiben 12, 13 wirken gegebenenfalls unter Federdruck auf drehbar gelagerte Kegel 14 bzw. 15, deren Achse zu dem Tische 1 unter einem Winkel gleich dem halben Kegelspitzenwinkel angeordnet sind. Die Kegel 14 bzw. 15 werden durch Zahnräder mit gleicher und gleichförmiger Geschwindigkeit von einem Zahnrade 16 angetrieben, dass auf der Welle eines geeigneten Motors, z. B. einer Uhr, angeordnet ist.
Die Scheiben 12, 13 sitzen auf Achsen 12a bzw. 13a, welche an ihren Enden Räder 17 bzw. 18 eines Differentialgetriebes tragen ; die Planetenräder 19, 20 des Differentialgetriebes sind in einem Bügel 21 gelagert, auf welchem der Zeiger 22 des Geschwindigkeitsmessers befestigt ist. Dieser Zeiger bewegt sich an einer Seite einer Teilscheibe 23.
Die Vorrichtung ist derart eingerichtet, dass, wenn'sich die Scheiben 12, 13 in gleichen Entfernungen von den Spitzen ihrer Kegel befinden, die Differentialräder 17, 18 sich mit der gleicher Geschwindigkeit in einander entgegengesetzter Richtung drehen, so dass der Zeiger 22 stillsteht.
Angenommen, das Fahrzeug, auf dem das beschriebene Gerät aufgestellt ist, bewegt sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit in der Nord-Südrichtung. Dann hängen die beiden Gyroskope 8, 9 senkrecht herunter und der Zeiger 23 steht still. Sobald eine Beschleunigung oder Verzögerung eintritt, wird eine Kraft erzeugt, welche bestrebt ist, die Achsen der Gyroskope durch die Zapfen 6a bzw. 7a aus der senkrechten Richtung abzulenken. Bekanntlich hat dies zur Folge, dass die Gyroskope in einer rechtwinklig zu dieser Kraft stehenden Richtung ausweichen, d. h. ihre Achsen schlagen in der durch die Zapfen 8a bzw. 9a gehenden senkrechten Ebene über gleiche Winkel aus, und zwar je nach der Drehrichtung des Gyroskope nach rechts oder nach links ; dieser Ausschlag ist unter dem Namen Präzession"bekannt.
Da sich die beiden Gyroskope in zueinander entgegengesetzten Richtungen drehen, sind auch die Aussenschläge der Stange ssc, 7c unter sich entgegengesetzt gerichtet. Hierdurch werden die Arme 10 bzw. 11 und damit die Reibungsscheiben 12 und 13 auf den Kegeln 14 bzw. 15 verschoben.
Durch die beschriebene Anordnung der Geschwindigkeitswechselgetriebe 12, 14 und 13, 15 wird hierdurch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades 17 erhöht, diejenige des Rades 18
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einen oder der anderen Richtung. Dieser Zeigerausschlag, der offenbar eine Funktion der Geschwindigkeitsänderung und der Dauer dieser Änderung ist, liefert daher einen Massstab für die Geschwindigkeit.
Es ist klar, dass die Scheibe 12 immer eine lineare Lageänderung erfährt, welche in unmittelbarem Verhältnis zu der Tangente des Ausschlagwinkels der Kreiselachse steht. Da auch die Beschleunigung dieser Winkelfunktion proportional ist, so ist auch die Verschiebung der Scheibe 12 auf dem Kegel 14 der Beschleunigung selbst proportional.
Es ist einleuchtend, dass eine etwaige Ausweichung des Tisches 1 aus seiner wagrechten Lage keinen störenden Einfluss auf die Genauigkeit des Gerätes hat ; eine Schwingung des Tisches um eine den Zapfen 6a, 7a parallele Achse hat zwar eine Verschiebung der Scheiben 12, 13 in bezug auf ihre Kegel zur Folge, nachdem aber diese Verschiebungen gleich gerichtet sind, bedingen dieselben keine Bewegung des Zeigers 22, während eine Schwingung des Tisches 1 um eine den Zapfen 8a, 9a parallele Achse auch bei Anwendung eines einzigen Kreisels keinerlei Bewegung der Scheiben 12, 13 in bezug auf ihre Kegel verursacht. Es kann daher die Geschwindigkeitsmessung ohne wagrechte Messebene mit absoluter Genauigkeit vorgenommen werden.
Wie aus dem obigen hervorgeht, verzeichnet das beschriebene Gerät nun die Geschwindigkeit in der Nord-Südrichtung ; um den zurückgelegten Weg in derselben Richtung zu bestimmen, kann man einen zweiten Zeitintegrator anwenden. Selbstverständlich aber muss man den zurückgelegten Weg auch in der Ost-Westrichtung messen, damit man immer die geographische Lage
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des Fahrzeuges bestimmen kann. Beide Grössen kann man durch Anwendung von nur einem Doppelkreiselsystem und zwei mit demselben gekuppelten Messsystemen messen.
Wenn man den Geschwindigkeitsmesser drehbar zum Tische 1 anordnet, so kann man die Vorrichtung in jedem gewünschten Kurse wirken lassen.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Geschwindigkeitsmesser für Luft-und Wasserfahrzeuge nach dem Beschleunigungsprinzip, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei gleichen und in einander entgegengesetzten Richtungen drehenden Gyroskopen, welche in je einer gewissen axialen Entfernung von ihren Schwerpunkten mit dem Fahrzeuge gekuppelt und derart aufgehängt sind, dass ihre Achsen in der Ruhelage des Apparates parallel laufen.