Ereiselgerät.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät mit kardanisch im indifferenten Gleichgewicht aufgehängten Kreisel. Derartige Geräte werden beispielsweise in Luftfahrzeugen verwendet zur Bestimmung der azimutalen Richtung des Fahrzeuges bezw. der Lage des Fahrzeuges in bezug auf eine Horizontalebene. Im normalen Flug werden die genannten Grössen durch die relative Drehung des Kreisels um die jeweilige Messachse ermittelt.
Wenn indes aussergewöhn- liche Flugbewegungen durchzufiihren sind, zum Beispiel im Kunst-oder Sturzflug, besteht für die Geräte die Gefahr der Beschä digung und unter Umständen der Zerstörung, da das Kardangehänge gegen gerätefeste Teile in Anschlag kommt und infolge des erheblichen Kreiseldralles sehr leicht verbogen werden bezw. zu Bruch kommen kann.
Man hat Vorrichtungen vorgeschlagen, die es ermögliehen. den Kreisel in einer bestimmten Lage zu blockieren, derart dass die beiden Sardanaehsen festgesbellt sind und eine relative Drehbewegung des Kreisels um die Kardanachsen nicht möglich ist. Es ist ohne weiteres ersichtlich, da¯ derartige Vorrichtungen raum- und gewichtsmϯig einen erheblichen Aufwand für das Gerät bedingen.
Die Erfindung geht einen neuen Weg aus der Erkenntnis heraus, dass die Gefährdung des Gerätes in erster Linie bedingt ist dureh die auf der Wirkung der Kroiseldralles beruhenden, PrÏzessionsmomente des Kreisels, die beim Anschlag des KardangehÏnges gegen gerätefeste Teile auftreten. Der Ereisel- drall ist bei einem Ereiselläufer mit gege- benem Trägheitsmoment eine Funktion der Kreiseldrehzahl.
Beim erfindungsgemässen KreiselgerÏt sind die erwähnten Nachteile durch Wegnahme des Ereiseldralles in der Weise beseitigt, daB bei unzulässig grossen Auslenkungen des Kreisels, wie sie beispiels- weise im Kunst-bezw. Sturzflug eintreten, die Antriebsenergie f r den Kreisel. mit Hilfe von durch den Kreisel gesteuerten Vorrich- tungen selbsttÏtig abgeschaltet wird. Es k¯nnen hierbei zusätzlich Einrichtungen vorgesehen sein. durch welche die Zeit für die Stillsetzung des Kreisels verkürzt wird, z. B.
Bremseinriehtungen. die gleiehzeitig mit den Abschaltvorrichtungen für die Kreiselan- triebsenergie betätigt werden.
Beim Auslauf ist bekanntlich die Kreisel- umlaufachse starken Schwankungen unterworfen, so dass die Umlaufachse des Kreisels nach der Stillsetzung irgendeine Lage einnimmt. Wenn infolgedessen das Kreiselgerät nach Beendigung der erwÏhnten Flugbewe- gungen wieder in Betrieb genommen werden soll. besitzt die Kreiselumlaufachse in aller Regel eine fiir den Anlauf ungünstige Rich- tung, und es dauert eine erhebliche Zeit, bis die Kreiselumlaufachse mit Hilfe der üblicher Weise vorgesehenen Vorrichtungen wieder in ihre Soll-Lage gelangt.
Um diesen obel- stand zu vermeiden sind gemäss einer weiter entwickelten Ausführungsform der Erfindung Vorrichtungen vorgesehen. die die Kreiselumlaufaehse während des Stillstandes des Kreisels bereits im wesentlichen in dieienige Laye bringen, die der Kreisel im Be- trieb besitzen soll. Diese Vorrichtungen sind vorzugsweise derart mit den Vorrichtungen zur Abschaltung der Antriebsenergie gekuppelt. dass sie gleichzeitig oder nahezu gleiehzeitig mit diesen durch den Kreisel selbst gesteuert werden.
Bei Kreiselgeräten beispielsweise für Ho rizontanzeige. sogenannten Krciselhorizonten, ist die Kreiselumlaufachse an das Lot gefesselt. Hierzu sind Vorrichtungen vorge- sehen zur Erzeugung von Drehmomenten, die eine Präzession des Kreisels um die eine oder die andere Kardanachse bewirken. Diese Drehmomenterzeuger können zum Beispiel als Drehmagnete ausgebildet sein, die durch mit den Kardanachsen des Kreisels verbundene Pendelvorrichtungen gesteuert werden.
Mit Vorteil werden bei einer solchen Aus führungsform des Erfindungsgemässen Krei selgerätes diese Drehmomenterzeuger benutzt, um die Achse des stillgesetzten Kreisels in clic Lage zuritckzufijhren. die. sie im Betrieb hinnehmen soll und die im wesentlichen der Richtung der Pendel entspricht. Zu diesem Zwecke können Umschaltvorrichtungen vorgesehen sein, durch welche die ¯berwachungspendel jeweils auf die mit diesen der olei- chen Kardanachse zugeordneten Drehrnoment- erzeuger umgeschaltet werden.
Diese Vorrichtungen sind vorzugsweise mit den vorerwähn- ten Vorrichtungen zum Ausserbetriebsetzen des Kreisels gekuppelt und durch den Kreisel steuerbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Fig. l und 2 erläutert.
Es zeigt : Fig. 1 ein schematisches Schaubild des Gerätes,
Fig. 2 ein Schema eines Schaltbildes für ein elektrisch betriebenes Gerät.
In Fit,. 1 ist ein Horizontalkreisel 1 mit lotrechter IJmlaufachse dargestellt, der mittels der innern Kardanzapfen 2'und 2"in dem Kardanring 3 gelagert ist, der seinerseits mit den Zapfen 4'und 4"der äussern Kardanaohse in flugzeugfesten Lagern 5'und 5" drehbeweglich ist. Der Schwerpunkt des Kreisels befindet sich im Schnittpunkt der genannten Kardanachsen.
Die Ïu¯ere Kardanachse liegt bei dem Ausf hrungsbeispiel parallel zur Flugzeugquerachse. I) emzufolge befindet sich die innere Rardanachse 2'-2" in der durch den Pfeil 6 angegebenen Flug- richtnng. Eine Drehung des Flugzeuges um die Querachse, das heisst also eine Längs- neigung des Flugzeuges. hat eine relative Drehung des Kreisels um die äussern Kardanzapfen 4'und 4"zur Folge. Diese Längs- neigung wird auf ein mit dem äussern'Kar- danring 3 fest verbundenes Anzeigeglied. zum Beispiel ein Flugzeugphantom 7, eines Blindfluganzeigeinstrumentes übertragen.
Eine Drehung des Flugzeuges um seine LÏngsachse, das hei¯t eine Querneigung des Flugzeuges, hat eine scheinbare Drehung des Kreisels um seine InnernKardanzapfen2', 2"zur Folge. Diese Drehung wird durch ein sogenanntes Hilfskardan, welches aus dem an dem Kreiselgehäuse drehbar gelager- ten Bügel 8 und dem mit diesem durch ein Style, 9 verbundenen Bügel 10 besteht, a. uf die in flugzeugfesten Lagern 11'und 11"lie genden Zapfen 12'und 12" bertragen.
Auf dem Zapfen 12' ist ein als Kugelkalotte ausgebildetes rebildetes Anzeigeglied 13 befestigt, welches mit einem die Horizontlinie darstellenden Horizontstrich 14 versehen ist. Da, s Anzeigeglied 7, das sich vor dem Anzeigeglied 13 auf-und abwärts bewegt, kann mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Längs neigungsskala zusammenarbeiten, während das Anzeigeglied 13 mit einer Anzeigemarke versehen sein kann, die gegenüber einer zur Ablesung der Querneigungswinkel dienenden. in der Zeichnung nicht dargestellten Skala spielen kann.
Die die Lage des Flug- zeuges in bezug auf den Horizont versinn bildenden Anzeigeglieder 7 und 13 sind zusammen mit der SkaJenablesung im Gerate- brett des Flugzeuges angeordnet.
Den beiden Kardanachsen ist je eine Won- taktgeberanordnung zugeordnet. Mit dem Zzpfen 4"ist eine Kontaktbank 15 fest verbunden, die zwei Kontakte 16 und 17 auf wcist. Gleichzeitig ist auf dem Zapfen 4"ein Pendel 18 drehbeweglieh angeordnet, das an seinem freien Ende einen Kontakt 19 besitzt, der mit den beiden genannten Kontakten 16 und 17 zusammenarbeitet.
In analogerWeise ist auf dem Zapfen 12', der gleiehachsig mit der er innern Kardanachse 2'ù2" liegt, eine Kontaktbank 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 Kontaktgeberan- ordnung 15ù1 arbeitet auf einen Drehmomenterzeuger. der der innern Kardanachse 2'-2"zugeordnet ist und zwei Erregerspulen 25 und 26 aufweist, mit denen ein mit dem Zapfen 12'fest verbundener Magnet 27 zusammenarbeitet.
Analog arbeitet die Anordnung 20-24 auf einen entsprechenden Dreh momenterzeuger, der der äussern Kardanachse 4'ù4" zugeordnet ist und ebenfalls zwei Erregerspulen 28 und 29 sowie einen mit dem Zapfen 4'fest verbundenen Magneten 30 aufweist. Diese durch die genannten Pendel gesteuerten elektromagnetischen Drehmomenterzeuger dienen in an sich bekannter Weise zur Aufrichtung des Kreisels. Bei Auslenkung des Kreisels wird je nach dem Rich- tungssinn 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 Kreisels in seine Soll-Lage erfolgt.
Die Steuervorrichtung f r den Drehmomenterzeuger, nämlich die betreffende pendelgesteuerte Kontakt geberanordnung, und der Drehmomenterzeuger selbst sind, da es sich um die Lieferung von Präzessionsbewegungen handelt, auf zwei zueinander senkrechten Achsen, näm- lich den beiden Kardanachsen, angeordnet.
Es ist in dem vorliegenden Ausführungs- beispiel angenommen, daB der Kreisel von Drehstrom betrieben ist. Die drei Phasen für die Zuleitung zum Kreisel sind mit u, v, w hezeichnet. Die Stromübertragung auf den Kreisel kann in irgendeiner an sich bekannten Weise erfolgen, zum Beispiel mit Hilfe von Schleifringen oder dergleichen.
Gemäss der Erfindung sind Vorrichtungen vorgesehen, durch welche bei unzulässig grossen Auslenkungen des Kreisels aus seiner Soll-Lage die Antriebsenergie selbsttätig abgeschaltet wird. Zu diesem Zweck sind Schaltvorriohtungen angeordnet, die durch den Kreisel gesteuert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Schaltvor- richtungen beispielsweise als Endschalter dargestellt, die durch das Kardangehänge des Kreisels betätigt werden. Es ist je ein Schalter 31 und 32 f r Drehbewegungen des Kreisels um die Ïu¯ere Kardanachse, sowie je ein Schalter 33 und 34 für Drehbewegungen des Kreisels um die innere Kardanachse vorge- sehen.
Die genannten Schalter sind elektrisch mit einem Relais 35 verbunden, durch welches die die Stillsetzung und Aufrichtung des stillgesetzten Kreisels bewirkenden Sehalteinrichtangen betätigt werden.
Die durch das Relais 35 betätigten Ein- riehtungen bezw. Vorrichtungen werden im folgenden an Hand der Fig. 2. in welcher gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Be zugszeichen versehen sind, nÏher erlÏutert.
Das Relais 35 ist mit den Anschlagkontakten 31. 32. 33. 34. deren einer jeweils durch den betreffenclen Teil des KardangehÏuges betÏtigt wird. elektrisch verbunden. Um das Relais 35 in der Betriebsstellung aufrechtzuerhalten. ist eine von dem betÏtigte Vorrichtung vorgesehen, die die Sicherung des betreffenden Anschlagkontaktes bewirkt.
Zn diesem Zweck wird zunäehst eine Schaltvorrichtung 36 einger ckt. durch welche der Stromkreis f r den betreffenden Anschlagkontakt aufrechterhalten bleibt, für den Fall. dass aus irgendeinem Grunde der betreffende Anschlagkontakt unterbrochen werden sollte.
Cleichzeitig mit dem vorerwÏhnten Schalter 36 f r die Selbsthaltung wird eine Schalt- vorrichtung 37 betätigt, durch welche ein zweifacher Zweck angestrebt wird. Wie be- reits im vorherstehenden erwähnt, ist der Kreisel beispielswelse durch Drehstrom be- trieben. dessen drei Phasen mit u, v, w und derenStromzuleitungenzumKreisel mit 38, 39 und 40 bezeichnet sind. Mit Hilfe der Schaltvorrichtungen 37 wird der Kreiselbetriebsstrom, der beispielsweise von einem Generator 41 geliefert sein kann. abgeschaltet.
If m den Kreisel raucher stillzusetzen, ist die Schaltvorrichtung 37 mit einer ltmsehallein- richtung versehen. durch welche der Kreise] gleichzeitig abgebremst werden kann. Für die- Zweek k¯nnen entsprechende Brems vorrichtungen vorgesehen sein, zum Beispiel magnetische Bremsvorrichtungen. die elektromagnetisch betÏtigt werden. Beim Ausf hrungsbeispiel wird die Stillsetzung mit Hilfe einer Gleichstrombremsung bewirkt. Es werden zwei Phasen, nämlich die beiden Phasen ''und ?''. an Gleichstrom gelegt, während die fritte Phase M ganz abgeschaltet wird.
I) ie Zusehnitung der Gleichstrombremsung er- folgt. über einen Thermoscha, lter 42, der zur Begrenzung der Bremszeit des Kreisels mit einer Bimetallausl¯sung ausger stet ist und gleichzeitig eine Sicherungsschaltung f r die Heizwicklung des Thermoschalters gegen Uberheizung besitzt.
Wie im vorherstehenden bereits erwähnt, sind Vorrichtungen in Form von elektro- magnetischen D rebmomenterzeugern vorge- sehen, die durch Pendel gesteuert werden und Drehmomente liefern, durch welche der Kreisel veranla¯t wird, jeweils in seine Soll-Lage xuruckzupräzidieren. Diese Vorrichtungen, die Steuervorrichtung und der zugehörige Drehmomenterzeuger. sind zur Erzielung der genannten PrÏzessionsbewegungen auf zwei zneinander senkrechten Achsen, nämlich den beiden Kardanachsen angeordnet.
Diese Dreh momentcrzeuger werden nun auch dazu be natzt, um den stillgesetzten Kreisel in die durch die Pendel vorgeschriebene Lage zu riickzufiihren. Da es sich hierbei um eine einfaeh meehanisehe Aufriehtung des Erei- sels handelt und nicht, wie im vorerwähnten Fall. um eine Aufrichtung durch Präzessions bewegungen. ist es erforderlich. dass der betreffende Auslöser jeweils auf den mit dem Ausloser auf der gleichen Achse angeordne- ten Drehmomenterzeuger arbeitet. Die Krei- sel umlaufachse wird dadurch in eine Rich tung gebracht, die der durch die beiden Pendel vorgegebenen Richtung im wesentlichen entspricht.
Dies wird durch eine Umschalt- vorrichtung 43 erreicht, die ebenfalls von dem Relais betätigt werden kann. Mit Hilfe dieser Umsohaltvorrichtung wird beispielsweise das der innern Kardanachse zugeord- nete Pendel 23 auf den Drehmagneten 25, 2G. 27 und das der äussern Kardanaehse zugeordnete Pendel 18 auf den Drehmagneten 28 30 umgeschaltet. Die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Pendeln und den beiden I) Tehmagneten sind ohne weiteres aus Fig. 2 ersichtlich.
Es ist bereits erwähnt worden, dass die genannten Drehmomenterzeuger im Normalflug zur Aufrichtung des Kreisels dienen.
Fiir diese Aufrichtung genügt es, wenn die Präzessionsmomente verhältnismässig schwach sind, da normalerweise eine verhältnismäBig geringe Präzessionsgeschwindigkeit genügt, um den Kreisel aufwärts in seine Soll-Lage zurückzuführen, da auch in der Regel die Auslenkungen des Kreisels verhÏltnismϯig klein sind. Es könnte deshalb der Fall eintreten, dass die genannten Drehmomente nicht ausreichend groB sind, um den stillgesetzten Kreisel aufzurichten.
Es sind deshalb Vorrichtungen vorgesehen, welche es gestatten, die Drehmomente fiir den letztgenannten Zweck wesentlich zu vergrossern. Diese Vorrichtungen können ebenfalls durch das Relais 35 gleichzeitig mit der Umsehaltvorrichtung betätigt werden. Beim Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck je eine Widerstandsanordnung, bestehend in den beiden Wider ständen 44 und 45, vorgesehen, die im Normalflug zur Strombegrenzung für die Drehmomenterzeuger dienen. Diese beiden Widerstände werden mit Hilfe der Schaltvorrichtung 46 kurz geschlossen, 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, daB die genannten Schaltvorrichtungen 36, 37,43,46, unmittelbar durch das Relais 3. betätigt werden. Es ist indes ohne wei teres 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 Kreisel 1 bereits stillgesetzt ist.
Es versteht sich hier ohne weiteres, dass die Betäti- gung der beiden Schalter 43 und 46 auch unmittelbar von der Stillsetzung des Kreisels abhängig gemacht sein k¯nnte. Es könnte auch ein Zeitschalter vorgesehen sein, durch den die Schaltung der erwähnten Vorrichtungen in gewünschtem Zeitablauf erfolgen kann.
Soll nach Beendigung der aussergewöhn- lichen 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 kurzzeitig unterbrochen wird, so dass das Relais wieder abfallt, wodurch dann die genannten Schalter 36,37, 43,46 wieder in die Ausgangsstellung gelangen.
Es ist denkbar, dass die Abschaltung und d Stillsetzung des Kreisels nicht nur selbsttätig durch, den Wreisel, sondern auch von Hand erfolgen soll. Zu diesem Zweck kann ohne weiteres ein von Hand zu betätigender Uberbriickungsschalter 48 für die Anschlagkontakte 31-34 vorgesehen sein, durch welchen das Relais. 35 eingeschaltet wird. Die beiden Schaltvorgänge können dann durch das Relais in der vorbeschriebenen Weise bewirkt werden.
Es ist weiterhin moglich, die Schaltanordnung so auszubilden, da¯ die In betriebnahme des Kreisels in der Weise erfolgt, dass mit dem Handbetätigungssohalter eine weitere Schaltvorrichtung verbunden ist, durch welche die für die vorgenannte Schnell aufrichtung des Kreisens dienende Einrichtung auch für den Anlaufvorgang des Kreisels zuschaltbar ist und auf diese Weise eine schnelle Uberwachung bewirkt. Diese sehnelle Überwachung kann dann, wenn der Kreisel seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, von Hand oder selbsttätig abgeschaltet bezw. für die langsame Aufrichtung durch Präzessionsbewegung umgeschaltet werden.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betriebenen Kreisel. Es versteht sich, dass diese Art der Stillsetzung und Schnellaufrichtung 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.