Xreiselgerät.
Kreiselgeräte, die als Navigations-und Steuergeräte in Flugzeugen verwendet werden, enthalten einen Kreisel mit zwei Frei heitsgraden, deren einer in der Regel durch eine Federfesselung beschränkt ist. Der Kreisel ist mit seiner Umlaufachse in einem in flugzeugfesten Lagern schwenkbaren Krei- selrahmen gelagert. Die Drehachse des Rahmens, die sogenannte Präzessionsachse, ist nicht frei beweglich, sondern mittels der genannten Federn an die Nullage gefesselt. Der Kreisel spricht auf Drehgeschwindigkeiten bezw. die durch diese bedingten Drehmomente um eine zur Umlaufachse und Rahmenachse senkrechte Achse, die sogenannte Empfindlichkeitsachse, an und der dadurch bewirkte Präzessionsausschlag gibt ein Mass für die Drehgeschwindigkeit.
Zur Dämpfung der Anschläge sind in der Regel Luftdampfungsvor- richtungen vorgesehen, bei denen ein mit der Rahmenachse verbundener Tauchkolben in einem Dämpfungszylinder beweglich ist.
Bei Verwendung des Ereiselgerätes als Navigationsgerät werden die durch den Krei- sel ermittelten Drehgeschwindigkeitswerte mit Bille von Anzeigevorrichtungen durch den Aussehlag eines Anzeigegliedes abgebildet. Das Anzeigeglied steht mit der Präzes- sionsachse des Kreisels in Einstellverbindung, die in der Regel als mechanische Einstellverbindung ausgebildet ist. Zumeist ist das Anzeigeglied gegenüber der Präzessionsachse versetzt angeordnet.
Bei Kreiselwendezeigern dieser Art, bei denen die Zeigerbewegung vorzugsweise um eine zur Empfindlichkeitsachse parallele Achse, vorzugsweise im Drehsinn des wirkenden Momentes bezw. der zu messenden Drehgeschwindigkeit, erfolgt, ist die Zeigerachse gegenüber der MeBachse, das heisst also gegenüber der Präzessionsachse, unter einem vorzugsweise rechten Winkel versetzt angeordnet. Die Einstellverbindung zwischen den beiden Achsen enthält gleichzeitig ein Umlenkgetriebe zur Umsetzung der Messbewegung in eine entsprechende Zeigerbewegung.
Bei Verwendung des Kreiselgerätes als Steuergerät in selbsttätigen Steuereinrich- tungen wird durch den Kreisel ein Stellglied entsprechend den ermittelten Drehgeschwin- digkeitswerten eingestellt. Zwischen der PrÏ zessionsaehse und dem Stellglied ist dabei in der Regel eine elektrische Einstellverbindung vorgesehen. Das Stellglied kann beispiels- weise ein elektromagnetisches Drehrelais sein, das einen Eraftsehalter für eine fremde Hilfskraft betätigt.
Das Ereiselgerät arbeitet in einem Flugzeug unter Bedingungen, die, wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, unvermeidbare Fehlerquellen enthalten. Der Kreisel, der mit verhältnismässig grosser Drehzahl laufen muB, stellt ein schwingendes System dar.
Er ist zum Beispiel in einem Instrumentenbrett gelagert, das den in der Hauptsache durch die Triebwerksmotoren verursachten Schiittelschwingungen des Flugzeuges unterworfen ist und dabei Drehschwingungen aus- führt, die sich dem Kreisel mitteilen. Die zu messende Bewegung, nämlich die Drehbewe- gung des Flugzeuges, stellt ihrerseits ebenfalls einen Schwingungsvorgang dar, der durch den Kreisel verarbeitet und durch die die Messbewegung abbildenden Vorrichtungen in exakter Weise dargestellt werden soll. Das Kreiselme¯werk spricht indes nicht nur auf den zu messenden Schwingungsvorgang, dessen Schwingungsdauer verhältnismässig gross ist, an, sondern auch auf die vorerwähn- ten kurzzeitigen Sehwingungen.
Infolge dieser Storschwingungen werden Messwerte zur Darstellung gebracht, die vollkommen unzu treffende Angaben über den zu messenden Bewegungsvorgang enthalten und die deshalb für die Navigation und ganz besonders für die selbsttätige Steuerung von Flugzeugen unbraueuchbar sind. Eine einwandfreie Füh- rung des Flugzeuges ist deshalb mit Hilfe eines derartigen Gerätes praktisch unmöglich.
Die Erfindung befasst sich mit der Auf- gabe, die genannten Schwierigkeiten zu beheben, die bei der Verwendung eines Kreisel- gerÏtes mit einem durch den eine Drehgeschwindigkeit messenden Präzessionsausschlag des Kreisels einzustellenden Glied auftreten können. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch erreicht, dass gemäss der Erfindung in der Einstellverbindung zwischen der Präzessionsachse des Kreisels und dem durch diesen einzustellenden Organ Siebmittel zum Aussieben von durch Ersehiitterungen des Gerätes bedingten Schwingungen des Kreisels vorgesehen sind.
Bei Verwendung mechanischer Einstellverbindungen zwischen der Präzessionsaehse des Kreisels und dem einzustellenden Organ können als mechanische Siebmittel elastische Glieder, wie z. B. Federn oder Massen oder Kombinationen aus diesen, vorgesehen sein.
Bei Verwendung elektrischer Einstellverbindungen zwischen dem Kreisel und dem einzustellenden Glied können elektrische Siebmittel, z. B. Induktivitäten, Kapazitäten oder Kombinationen aus diesen vorgesehen sein.
Zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kreisel gerätes sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt :
Fig. 1 ein Ausfiihrungsbeispiel mit me chanischer Einstellverbindung,
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel mit elektrischer Einstellverbindung.
In Fig. 1 ist mit l der Kreisel bezeichnet, der mit den Zapfen 2 der Umlaufachse in einem Rahmen 3 gelagert ist. Der Kreiselrahmen ist mit den Zapfen 4', 4"der Prazes- sionsachse zwischen den Stützen 5, 6 angeordnet. die auf einem flugzeugfesten Träger 7 befestigt sind. Die Präzessionsachse 4', 4" ist miti, els des Hel) elarmes 8 durch die an einer gerätefesten Stiitze 9 befestigten Federn 10 an die Nullage gefesselt.
Mit 11 ist das Anzeigeglied einer An zeigevorrichtung bezeichnet, das mit einer zur Präzessionsaehse senkrechten Zeigerachse 12 verbunden ist. Die Zeigerachse 12 liegt parallel zur Empfindlichkeitsachse des Kreisels, die zur Umlauf achse und Präzessionsachse senkrecht steht. Item den Präzessionsausschlag des Kreisels in eine entsprechende Zeigerbewegung umzusetzen, steht das durch den Kreisel einzustellende Anzeigeglied 11 über ein Umlenkgetriebe mit der Präzessionsachse 4', 4"mittels eines Zapfens 13 in Einstellverbindung.
Die Einstellverbindung enthält ein elastisch ausgebildetes Glied 14, das in dem ge- zeigten Ausführungsbeispiel die Form einer mehrfach gekröpften Drahtfeder besitzt. Dieses federnde Glied ist hier auf Torsion beansprucht und besitzt eine verhältnismäBig groBe wirksame Federlänge.
Der Träger 7 ist mit dem Flugzeug fest verbunden und infolgedessen den Schüttelschwingungen unterworfen, die in der Hauptsache durch die Triebwerksmotoren hervorgerufen werden. Diese Schüttelschwingungen rufen entsprechende Präzessionsausschläge des Kreisels hervor. Bei Geräten, bei denen die Präzessionsachse in der bisher üblichen Weise starr mit der Zeigerachse gekuppelt ist, werden die durch diese Störschwingungen verursachten Präzessionsausschläge auf die Zeigerachse übertragen. Es überlagern sich infolgedessen dem der zu messenden Bewe- gung entsprechenden Messwert zusätzliche Ausschläge, die von den genannten Stor- schwingungen herrühren. Der Zeigerausschlag enthält infolgedessen vollkommen unzutreffende Angaben über den zu messenden Schwingungsvorgang.
Bei dem dargestellten Kreiselwendezeiger besitzt das in der Einstellverbindung zwischen der Präzessionsachse und der Zeigerachse vorgesehene elastische Umlenkorgan eine solche wirksame Federlänge bei entsprechender Federung, daB die von den kurzzeitigen Storschwingungen des Trägers herrührenden Ausschläge des Kreisels von demselben aufgenommen und in Formänderungsarbeit umgesetzt werden und infolgedessen auf die MeBachse nicht weitergeleitet werden. Auf diese Weise werden die erwähnten Stor- schwingungen ausgesiebt, so dass nur der dem zu messenden Schwingungsvorgang entsprechende MeBwert durch den Zeigerausschlag zur Darstellung gebracht wird.
Zur Dämpfung etwaiger Zeigerschwingungen ist die Zeigerachse mit einer Dämp- fungsvorrichtung verbunden, bei der ein Drehkolben 15 in einem halbzylindrischen DämpfungsgefäB 16 angeordnet ist. Bei gün- stiger Bemessung dieser Dämpfung kann unter Umständen die sonst übliche Dämpfung des : @ardanrahmens fortfallen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel, bei welchem gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, steht der Kreisel 1 mit einem Stellglied 17 in Einstellverbindung. Dieses Stellglied ist nicht näher dargestellt. Es kann beispielsweise ein elektromagnetisches Drehrelais sein, das entweder selbst ein Regelorgan be tätigt oder auf einen Eraftschalter arbeitet, der eine zur Betätigung des Regelorganes dienende fremde Hilfskraft steuert. Das Stellglied 17 ist mit der Prä. zessionsachse 4', 4"über eine elektrische Einstellverbindung gekuppelt.
Mit dem Zapfen 4"der Präzessionsachse ist ein Kontaktarm 18 verbunden, der auf einem an der Stütze 6 angeordneten Potentiometerwiderstand 19 schleift. Im Stromkreis des Stellgliedes 17 ist ein Schwingungskreis 20 angeordnet, der in bekannter Weise eine Drosselspule und einen Kondensator im gezeichneten Falle in Parallelschal- tung enthält. Dieser Schwingungskreis wirkt als Sperrkreis für die durch die kurzzeitigen Schwingungen des Kreisels verursachten Spannungs-bezw. Stromschwankungen in dem genannten Stromkreis. Mit Hilfe dieser elektrischen Siebmittel ist es möglich, die kurzzeitigen Schwingungen des Kreisels auszusieben, so daB das Stellglied 17 nur entsprechend dem zu messenden Schwingungsvorgang, nämlich entsprechend der Drehbewegung des Flugzeuges, eingestellt wird.
Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Siebmittel sind nur beispielsweise genannt. An Stelle der Drahtfeder kann eine entsprechende Spiralfeder oder Drehfeder mit rundem oder rechteckigem Querschnitt benutzt werden. Die elektrischen Siebmittel können durch Verwendung weiterer Drosseln und Kondensatoren entsprechend ausgebildet werden. Der Kreiselrahmen kann ein entsprechendes Trägheitsmoment erhalten, so daB dieser Rahmen selbst schon f r die kurzzei tigen Schwingungen dämpfend wirkt.