Kreiselapparat.
Vorliegende Erfindung-bezieht,eich auf einen Kreiselapparat mit vertikaler Drehaxe und einer Wirbelstromaufrichtvorrich- tung mit einem leitenden Organ und einem Magnetorgan mit mehreren Magneten, wobei eines dieser Organe auf der Axe des Kreiselrotors montiert ist und sich mit diesem dreht, währenid das andere Organ unabhängig vom Rotorpendelnd,angeordnetIst,sodassesun- ter dem Einfluss der Sehwerkraft um das erste Organ schwingen kann.
Kreiselapparate mit vertikaler Drehaxe. welche manchmal als Standkreisel bezeichnet werden, sind gewohnlich mit einer Aufrichtvorrichtung versehen, um die Drehachse des Kreisels ungefahr in der senkrechten Be- zugslage zu halten. Eine gebrauchliche Art solcher Aufrichtvorrichtungen besitzt eine auf dem Kreisel angebrachte und mit diesem umlaufende Wirbelstromscheibe, welche mit einem permanenten, Magneten zusammen- wirkt, der so angeordnet ist, dass er unterhalb der Scheibe pendelartig schwingt.
In der Seheibe werden Wirbelströme induziert, wodurch sich ein ziehendes Drehmoment ergibt, welches dem Kreisel in Übereinstimmung mit dem achwerkraftgerichteten Magneten voreilt, wodurch der Kreisel langsam und konti- nuierlich in die Bezugsstellung aufgerichtet und in dieser gehalten wird. Bei einer solchen Aufriehtvorrichtung mit einem schwer kraftgerichteten Organ tritt ein als Dreh- fehler bezeichneter Fehler ein, wenn der Kreiselapparat auf einem bewegten Fahrzeub, wie z. B. einem Flugzeug, benützt wird.
Dieser Fehler wird dadureh verursacnt, dass das Pendel wahrend der Drehung durch die Zentrifugalkraft von der wahren senkrechten Axe weggeschwenkt wird, so dass der Kreisel aus seiner richtigen Bezugslage herausge- rückt wird.
Es hat sich Herausgestellt, dass dieser Fehler unter verschiedenen bestimm- tenBetriebsbedingungenzumgrossen Teil reduziert oder a. usgeschieden werden kann, indem man anfänglich die Drehaxe des Krei- sels in Richtung der Bewegung des Fahrzeu gesabrücktunddieAufrichtvorrichtungso ausbildet, dass sich eine bestimmte Beziehung zwisehen der Verstellung des Pendels und der Voreitlung des Kreisels ergibt.
Man hat bereits. eine Aufrichtvorrichtung, für einen Stand. kreisel vorgeschlagen, bei welcherdie zur Wompensation aes Drehfeh- Jers erwünschte Pendelgegendrehmoment-Ver- stellcharakteristik durch eine besondere Ge staltung der Wirbelstromscheibe erreicht wurde. Durch richtige Gestaltung der Scheibe ist es möglich, einen wirksamen Luftspalt zwischen dem Magnet und der Scheibe zu erzielen, welcher sic. der Verstellung des Pendels entsprechend ändert.
Da die Grosse der induzierten Wirbelströme und somit das re sultierende ziehen. de Drehmoment sich mit dem Ltuftspalt ändern, kann die gewünschte Änderung des Dre. hmomentes mit der Ver stellungerreichtwerden. Bei der Massenher- stellung von Kreiselapparaten hat es sich indessen als schwierig erwiesen, in dieser An ordnung die Aufrichtcharakteristik konstant zu halten, da, die Aufrichtvorrichtnng gegen- über der ursprünglichen Luftspalteinstellung zwischen. den Magneten und der'Wirbelstrom- scheibe'sehrempfindlich ist.
Ferner kann sich. die Form der Scheibe infolge Abnützung des bei der Herstellung, der Schleibe verwendeten Werkzeuges etwas ändern, woraus sich wiederum Fehler ergeben können. Da sich das Drehmoment mit dem Luftspalt sehr rasch ändert, kann jeder ursprüngliche Ein- stellungsfehler eine ziemlich grole Abwei- chung von dem. der Verstellcharakteristik entgegenstehenden Drehmoment bewirken.
Der Kreiselapparat gemäss der Erfindung istdadurchgekennzeichnet,da :ssdurch die relativeDrehbewegung der Organe zueinander im leitenden Organ Wirbelströme induziert werden, welche Drehmomente mit der Tendenz zur Aufrichtung, des Kreisels erzeugen, wobei die Magnete des Magnetorgans so angeordnet sind, dass sich bei einer relativen Verstellung des Magnetorgans und des leitenden Organs infolge der Pendelbewegung eines dieser Organe eine, derart geÅanderte Überlappung der Magnetpole und des leitenden Organs ergibt, dass. das Aufrichtd'rehm. o- ment über einen erweiterten Bereich der relativen Verstellung der Organe aufrechterhal- ten wird.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsge genstan, des Variamten von Einzelheiten sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt :
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kreisel- apparabes m* einer Aufrichtvorriohtung,
Fig. 2 einen Sc'hnitt dureh Iden Appara, t nach Fig. 1, in Richtung, der Pfeile AS gesehen, und
Fig. 3 eine Draufsicht der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ;
Fig. 4 zeigt die Aufr. ichtvorrichtung mit dem während einer Drehung aus dem Zentrum versetzten Pendel und
Fig. 5 ;
eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 mit einer nocn gröBeren Versetzung des Pen dels vom Zentrum ;
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung des Betriebes des Kreiselapparates ;
Fig. 7 zeigt eine Variante des Magnetrotors ;
Fig. 8 zeig-t eine graphische Darstellung des Betriebes der letzteren Variante des Magnetrotors ;
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht mit teilweisem Schnitt einer Kreiselapparatur mit einer andern Ausführungsform der Aufricht- vorrichtung als in Fig. 1 dargestellt und
Fig. 10 eine Draufsicht der Aufrichtvor- richtung nach Fig. 9 ;
Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Kreiselapparat mit vertikaler Drehaxe, welche z. B. in ein Flugzeuginstrument der unter der Bezeichnung "künstlicher Horizont" bekann-ten Art eingebaut sein kann. Der Kreiselapparat weist einen Rotor auf, welcher in einem Rotortragrahmen 2 gelagert ist, so dass der Rotor sich um die mit der strichpunktierten Lini, C-C bezeichnete Kreiseldrehaxe frei drehen kann. Der Kreisel wird durch irgend- einen geeigneten Motor, z. B. einen nicht daw- gestellten elektrischen oder pneumatischen Motor, angetrieben.
Der Rotortragrahmen 2 ist mit horizontalen Lagerzapfen 3 versehen, welche verschwenkbar in einem Bügel 4 ruhen, so dass d'er Tragrahmen um die durch die Zapfen3bestamnrtehorizontaleÄseschwin- gen kann. Der Bügel 4 ist seinerseits mittels Lagerzapfen 6 in Stützen 5 verschwenkbar gelagert, so dass der Bügel um eine durch die Zapfen 6 6 bestimmte horizontale Axe, welche rechtwinklig zur Schwingaxe derLager zapfen 3-3 liegt, frei schwingen kann.
Das Ganze bildet somit eine Cardan-Aufhängung üblicher Bauart, welche eine Universalbewe- gung des Kreisels in bezug auf die festen Stützen 5 ermöglicht. Infolge des Kreisel- beharrungsvermogenshat der Kreisel die Tendenz, die feste Orientierung seiner Dreh axe C-C aufrechtzuerhalfen.
Infolge einer gewissen Reibung in den Zapfenlagern und auch infolge. der Erdrota- tion hat der Kreisel die Tendenz, aus seiner Grundstellung abzuwandern, und es ist des halb notwendig, zum Festhalten des Kreisels in der Grundeteilung eine Aufrichtvorrich- tung vorzusehen.
Die dargestellte Aufrichtvorrichtung weist einen rotierenden Magnetteil 7 und eine mit diesem zusammenwirkende, pendelnd montierte Wirbelstromscheibe 8 auf. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht das Ma gnetorgan 7 aus einem kegelstumpfformigen Grundteil 9, welches auf einer Verlängerung 10 der den Kreiselrotor 1 tragenden Welle fest aufbesetzt ist.
Infolgedessen dreht sich der Grundteil 9 mit dem Kreiselrotor 1 um die Drehaxe des Kreiselapparates. Zur Er zeugung eines auf dig Wirhelstromscheibe 8 einwirkenden, eich bewegenden Magnetfeldes sind auf dem Grundteil 9 eine Anzahl bolzenformige, permanente Magnete 11 und 12 angeordnet.
Zwecks Befestigung sind diese Magnete 11 und 12'inentsprechendeLocher des Grundteils 9 eingepresst, und, zwar ist die Länge der Magnete derart, dass ihre untern Enden nach unten über die Oberfläehe des Grundteils 9 herausragen und vor6prin- gende Polstücke bilden, wie aus der Zeich- nung ersichtlich. Die Magnete 11 und 12 sind in ihrer Lage durch eine Rückplatte 13 fest gehalten, welche Ihrerseits durch Überbörteln des benachbarten Randes des Grundteils 9 in ihrer Lage festgehalten ist.
Die Rückplatte 13 besteht zweekmässigerweise, aber nicht unbedingt aus magnetischem Material, so dass sie einen Rückweg von geringem magnetischem Widerstand für den magnetischen Fluss zwi solen den Magneten darstellt. Die Magnete sind mit ihren Axen parallel zur Drehaxe des Magnetorgans 7 montiert, so dass bei Drehung des Magnetorgans ein abwärtsreichendes magnetisches Drehfeld entsteht, welches im wesentlichen symmetrisch zur Drehaxe des Kreisels verläuft. Die Magnete 11 und 12 sind auf Kreisen von verschiedenem Durchmesser angeordnet, und zwar sind diese Kreise konzentriseh zur Drehaxe des Magnetorgans 7.
Die Anzahl, Stärke und der Ab stand der Magnete 11 und 12 werden so oe- wählt, dass ein bestimmter Kraftlinien- fluss erzielt wird, welcher sich von der untern Oberfläche des Magnetorgans 7 nach unten erstreckt. Der Grund für die Wahl einer be stim. mten Form des Kraftlinienflusses wird im nachstehenden noch erläutert werden.
Die Wirbelstromscheibe 8 besteht aus einem elektriscbleitenden Material, wie z. B.
Kupfer oder Aluminium. Die Wirbelstrom- scheibe ist so angeordnet, daB sie frei in jeder Richtung in der Nähe der untern Flache des Magnetorgans 7 unter dem Einfluss der Schwerkraft schwingen kann. Zu diesem Zweck ist die Scheibe 8 mittels einer Sohraube 15 an einem Pendel 14 befestigt, um. d die erstere dient zum Festklemmen einer Schraube 16, welche von der Scheibe aus zwischen zwei Teilen 17 und 18 des untern Endes des Pendels 14, welche durch einen Schlitz 19 voneinander getrennt sind, abwärts ragt (Fig. 3 und 4).
Zur Erzielung einer Universalbewegung des Pendels ist der Teil 14 mit Lagerzapfen 20 versehen, mittels deren das Pendel schwenkbar in einem zusätzlichen Bügel 21 gelagert ist. Der Bügel 2'1 ist seinerseits verschwenkbar im Tragrahmen 2 mittels La gerzapfen 22 gelagert. Die Axen, werden durch die Zapfens 22 und 20 bestimmt und liegen senkrecht zueinander, wodurch sich die Universalbewegung des Pendels ergibt.
Das Pendel 14 muss nicht unbedingt im Ro tortragrahmeni 2 montiert sein, sondern kann ebensogut an den, festen Stiitzen 5 gelagert sein.
Wie aus Fig. 3 ersiehtlich, ist die Wir belstromseheibe 8 so bemessen, dass, wenn sie sich in der dargestellten neutralen Mittellage befindet, in welcher die Axe der Scheibe mit der Drehaxe des Magnetorgans 7 zusammen- fällt, der äussere Rand der S'cheibe die ab wärtsragenden Polstücke a. ller Ma. gne.
tg 11 des innern Ereises gerade überlappt. Wenn der Kreisel in Betrieb-ist, erzeugen die Magnete 11 ein magnetisches Drehfeld', welches inderScheibe8.Wirbelstrome induziert, und infolgedessen wird als Reaktion auf das Ma gnetorgan 7 ein ziehendes Drehfeld ausgeübt.
Wenn sieh die Scheibe 8 in der neutralen Stellung befindet, ist das Drehmoment sym- metrisch in bezug auf die Drehaxe des Kreisels, so dass das resultierende Drehmoment, welches den Kreisel vorzurücken sucht. gleich null ist. Wenn indessen eine relative Kippbewegung zwischen der Sc. beibe und dem Magnetorgan eintritt, werden die Magnete auf der gegenüber der Rieh, tung der Kippbewegung liegenden Seite abgedeckt, wodurch das Gleichgewicht des ziehenden Drehmo mentes gestort wird und sich ein Drehmoment ergibt, welches auf den Kreisel rechtwinklig zur Kippwirkung einwirkt.
Als Ergebnis dieses Drehmomentes wird der Kreisel in einer solchen Richtung vorgerückt, dass er die Übereinstimmung zwisehen dem Magnetorgan und der Scheibe-wieder herstellt. Da die Einstellung des Pendels 14 durch Schwerkraft erfolgt, liegt es auf der Hand, dass in folge der Aufrichtwirkung der Wirbelstrome der Kreisel kontinuierlich in eine bestimmte Grundstellung vorgeriickt wird, in welcher die Axen des rotierenden Magnetorgans und der Wirbelstromscheibe miteinander überein- stimmen.
Wie bereits erwähnt, tritt bei Standkrei- seln mit einer aus pendelnden Organen be stehenden Aufrichtvorrichtung ein Fehler ein, der als Drehfehler bekannt ist, wenn dieselben auf bewegten Fahrzeugen, wie z. B. einem Flugzeug, montiert sind. Dieser Fehler tritt während der Drehung des Flugzeuges ein, wenn das Penldelorgan durech die Zentri fugalkraft aus der wirklichen Vertikalen herausgeschwenkt wird.
Um nun diesen Feh- ier unter bestimmten Betriebsbedingungen auszuscheiden, wird, das Pendel so einge- stellt, dass die Drehaxe des Kreisels normalerweise um einen kleinen Betrag in der Bewe- gungsri. ehtung des Fahrzeuges, in welehem die Kreiselapparatur montiert ist, vorgerückt wird. In Fig. 1 der Zeichnung ist die Drehaxe C-C des Kreisels gegeniiber der wahren Vertikalen VV vorgekippt, und der Winkel dieser Vorkippung sei mit B bezeichnet.
Nor malerweise betragt der Winkel jss2'%'', und zwar wird derselbe in einer Ebene parallel zur Längsaxe. des Fahrzeuges gemessen, in welchem der Kreiselapparat eingebaut ist, welche Ebene die wahre Vertikale V-V und die Kreiseldrehaxe B-B enthält. Die Rich tung der Verkippung ist derart, dass. das obere Ende des Kreiselrahmens sich in der Pfeil riehtung nach vorwärts neigt.
Diese Vornei gung der Kreiseldrehaxe in der normalen Grundstellung wird durch Einstellung des Pendelausgleiches 14 bewerkstelligt. So kann in der dargestellten Ausführungsform die Schraube 15 ein entsprechendes Gewicht erhalten, derart, daB bei in Ruhestellung be findlichem Pendel das Zentrum der Scheibe 8 etwas hinter der wahren Vertikalen V-V liegt, welche, durch das Zentrum der Kreisel- aufhängung geht.
Wenn die Drehaxe des Kreisels wie dar- gestellt vorwärtsgekippt ist, kann die Wirkung des Drehfehlers beseitigt werden, wenn die Aufrichtvorrichtung so konstruiert ist. dass beim Ausschwingen des Pendels wäh- rend einer Drehung der Kreisel in einem Masse um die wahre Vertikale vorrückt, welches dem Mass der Drehung des Fahrzeuges, in welchem der Kreiselapparat eingebaut ist, entspricht.
Wenn eine solehe Beziehung aufrechterhalten wird, tritt kein sichtlicher Drehfehler in der Stellung des Kreisels ein, da während dieser Drehung die Orientierun (r der Kreiseldrehaxe in bezug auf das mit dem Kreisel versehene Fahrzeug unverändert bleibt.EinerdergrundsätzlichenVorteile der vorliegenden Aufrichtvorrichtung mit mehreren, konzentrischen Ringen von Magne- ten 11 und 1'2 liegt darin, dass die für eine DrehfehlerkompensationerwünschteKreisel- aufrichtcharakteristik leicht erreicht werden kann, wie nachstehend beschrieben.
Ein vollständiger Ausgleich des Drehfehlers für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten und ein bestimmtes l\Tass8 der Drehung kann er reicht werden, wenn die Aufrichtvorrichtung so ausgebildet ist, daB das voreilende Drehmoment und infolgedessen das Voreilungsmass für verschiedene Kippwinkel zwischen dem Pendel und dem Kreisel, welche im normalen Betrieb der Vorrichtung auftreten, praktisch konstant bleibt. Diese gewünschte Charakte- ristik ist in der gestrichelten Linie-P des Diagramms Fig. 6 angegeben, welche die Beziehung zwischen der Pendelverstellung oder Kippung und dem auf den Kreisel ausgeüb- ten voreilenden Drehmoment, darstellt.
Die Annäherung an diese Charakteristik kann dadurch erzielt werden, dass man die Wirbel stromscheibe in solcher Weise ausbildet, dass sich der Luftspalt zwischen der Seheibe und dem Magnet ändert, wenn das Pendel aus der zentralen oder neutralen Stellung heraus- schwingt. Diese gewünschte Aufrichtcharak- teristik kann hier unabhängig von jeder Än derung deg Luftspaltes zwischen der Wirbel stromscheibe und dem Magnet erzielt werden, wodurch die Aufrichtvorrichtung in bezug auf die Anfangseinstellung weit we niger empfindlich ist und bei der Massen- 'herstellung genauer reguliert werden kann.
Die gewünsehte Aufrichtcharakteristik wird nun erzielt, indem man Anzahl, Abstand und Stärke der Magnete 11 und 12 so wählt, dass durch das rotierende Magnetorgan 7 eine Feldform erzeugt wird, welche die gewünschte Aufrichtcharakteristik ergibt.
Diese Wirkung kann am besten aus den, Kurven in Fig. 6 ersehenl werden. Die Kurve E zeigt die Komponente der Aufrichtcharakteristik, welche von den Magneten 1 : 1 geliefert wird. Es qlässt sich daraus er6ehen, dass für Pendelverstellungen über 15 das durch die Magnete 11 erzeugte Drehmoment rasch abfällt, bis es schlie@lich den Wert Null bei ungefähr 50"erreicht, in welchem Punkt praktisch keine Überlappung mehr zwischen den Magneten 11 und der Scheibe 8 besteht.
Aus einem Vergleiell der Kurven D und, E ergibt sich, dass das Drehmoment und das Mass der Kreiselvoreilung beträehtlich geringer wäre als das für einen Drehfehlerausgleich für Pendelverstellungen über 17 hinaus erforderliche, wenn nur ein Ring von Magneten benutzt würde. Diese unerwünschte Wirkung wird indessen durch die Wirkung des zweiten Ringes von Magneten 12 verhütet, welche das in der Kurve F angegebene Drehmoment erzeugen. Der Durchmesser des äussern Kreises von Magneten 12 wird so gewählt, dass eine Überlappung zwischen der Scheibe 8 und den Magneten'1 in jenem Punkt einzutreten beginnt wo das vom ersten Ring von Magneten erzeugte Drehmoment be- ginnt, unter den von der Kurve D angegebenen, gewünschten Wert zu sinken.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfin- dung beginnt diese Wirkung ungefähr bei einer Pendel Verstellung von 17 einzutreten, welche Verstellung in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, beginnt in dieser Stellung gerade die Uber lappung zwischen dem Rand der Scheibe 8 und den Magneten 12 einzutreten. Wie durch die Kurven in Fig. 6 angegeben, werden von dieser Stellung aus durch die erhöhten Pendelverstellunben Drehmomente durch die beiden Ringe von Magneten erzeugt und das re sultierende Drehmoment ist in der durch die ausgezogen, e Linie G dargestellten Kurve angegeben.
Die Kurven E und F sind so ge- staltet, dass* die resultierende Kurve ver hältnismässig flach ist und sich der gewünsch- ten Kurve D bis zur maximalen, normalen PendelversteHung, welche ungefähr 40 be- trägt, nähert, welche Stellung in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt ist.
Es ist klar, dass die in Fig. 6 dargestellten Verhältnisse nur zur Veranschaulichung dienen und dass natürlieh auch andere Verhält- nisse gewählt werden können. So kann z. B. durch Änderung des Durchmessers des Ringes von Magneten, 12 die Kurve F gegenüber der Kurve E versehoben werden. Auch können durch Änderung der Stärke und der Anzahl der Magnete in den versciüedenen Rin- gen die Spitzenwerte der beiden Kurven E und F geändert werden. Es kann. deshalb durch riehtige Wahl dieser Faktoren eine re sultierende Kurve G mit jeder gewünschten Kreiselaufrichtcharakteristik erzielt werden, wie z.
B. die in Fig. 6 dargestellte Kurve G, in welcher eine Drehfehlerkompensation für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten bei einem be stimmten DrehungsmaB erzielt werden kann.
Anstatt zwei konzentrischen Ringen von Magneten kann man n natürlich aueh eine be liebige Zahl sol-cher Ringe benützen, was von der Genauigkeit und Form der ge wünschten Aufrichtkurve abhängt. So ist z. B. in Fig. 7 der Zeichnung eine Variante des Magnetrotors dargestellt, welcher mit vier konzentrischen Ringen von Magneten 23, 24, 25 und 2 ! 6 versehen, ist, wie sie verwendet werden können, um die in Fig. 8 der Zeichnung dargestellte Aufrichtkurve zu erzielen.
Hier erzeugen die Ringe. der Magnete 23, 2S, 25 und 26 die Drehmomentkurven H, I, J und cl deren Resultierende durch die Kurve L angegeben ist. Wenn eine vollständige Drehfeh. lerkompensation für alle Drehungs- masse bei einer bestimmten Geschwindigkeit gewünscht wird, im Gegensatz zu der in Fig. 1 bis 6 dargestellten Anordnung, bei welcher eine Drehfehlerkompensation für alle Geschwindigkeiten bei einem bestimmten Drehungsmass erzielt wird, muss das Aufrichtsystem so ausgebildet sein, dass das Mass der Kreiselvoreilung sich ungefähr naoh der Tangensfunktion des Pendelkippwinkels ändert.
Eine solche Beziehung ist ungefähr dural die Kurve L der Fig. 8 angegeben, und es gent klar aus den obenstehenden Erklärungen hervor, dass eine solche Kurve durch rich- tige Wahl der Anzahl, Stärke und des Abstandes der Magnete leicht erzielt werden können. Der Teil der Kurve L in der Nähe desAnfangsderselben geht von dieser Be ziehung aus, indem die Kurve eine Erhebung L'hat. Der sc'harfe Anstieg des Drehmomen- tes und des Aufrichtmasses nahe dem Anfang gemäss, dem Teil. L'der Kurve ist gewohnlich erwünscht im Interesse einer Erzielung einer empfindlichen Aufrichtwirkung nahe der zentralen oder neutralen Stellung.
Wenn die Kurve L'bis zum Anfang gemäss der gestri chelten Linie L"verlaufen wiirde, wiirde das Aufrichtmoment in der Nahe der Neutralisierung so niedrig sein, dass keine genaue Aufrichtung erzielt würde. Wie aus Fig. 8 er sichtlich, kann die Erhebung der Kurve L' sehr leicht erzielt werden, indem man einfach die Anzahl oder Stärke der Magnete 23 des innern Ringes erhöht.
Die Konstruktion. des Magnetrotors nach Fig. 7 unterscheidet sich von der in Fig. 1 bis 5 dargestellten Konstruktion dadurch, dass eme Anordnung mit nicht v & rstehendea Magnetpolen benutzt wird. Eine solche Kon struktion ist in manchen Fällen vorteilhaft aus Herstellungsgründen und zur Verringerung von Spielraumverlusten.
Der Kreiselapparat nach Fig. l bis 4 besitzt, den wichtigen Vorteil, dass die bestimmte Aufrisshtehara. kberistik, wie sie z. B. durch die Kurven G und L in den Fig. 6 und 8 dargestellt ist, durch Schwankungen in der ursprünglichen Einstellung des Luftspaltes zwischen der Wirbelstromscheibeund den Magneten nicht wesentlich beeinflusst wird, da, die Form der Aufrichtkurve nicht von den Schwankungen des Luftspaltes abhängt, aber anstatt, dessen durch die Form des von den permanenten Magneten 11 und 12 erzeug ten Magnetfeldes bestimmt wird.
Infolgedes- sen ist dieVorrichtungbezüglichderanfäng- lichen Einstellung in der Fabrik weit weni ger empfindlich, und es kann deshalb bei der Massenherstellung von Kreiselapparaten eine gleichförmige Produktion erzielt werden.
Ein weiterer, wichtiger Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Aufrichtwirkung über einen verhältnismässig gro ssen Bereich von Pendelverstellungswinkeln erzielt werden kann, ohne dass die Wirbel stromscheibe entsprechend gross sein muss.
Dieser Vorteil ist darauf zurückzuführen, dass die Magnete aus der Zentralstellung als Folge ein Drehmoment erzeugen. Da bei dieser Anordnung eine verhältnismässig kleine Wirbel stromscheibe benützt werden kann, ers, ben sioh bedeutend weniger Schwierigkeiten in Verbindung mit dem Problem der mechani- schen Interferenz zwischen dem schwingenden Pendel und den übrigen Teilen des Kreisels.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungs- form ergibt sich aus dem Umstand, dass die Magnete auf dem Kreisel und die Wirbel stromsc'heibeaufdem Pendel angebracht sind, anstatt umgekehrt wie bisher. Dank dieser Anordnung können permanente Magnete benützt werden mit einem verhältnismässig grossen Verhäfitnis der Länge zum Durchmes- ser, wodurch si-oh eine wirksamere Magnet- konstruktion ergibt, wobei dieser Vorteil ohne irgendeine Erhöhung des für die Pendelschwingung erforderlichen Raumes erzielt wird.
Infolge dieser Anordnung ist ermöglicht worden, die Aufrichtvorrichtung in einem Flugzeugkreiselgerät mit künstlichem Horizon von verringerter Gesamthohe so ein- zubauen, daB das Gerät in der für andere Instrumente bestimmten Öffnung eines norrnalen Instrumentenbrettes eingebaut werden kann, was bisher nicht möglich gewesen war.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Aufrichtcharakte- ristik leicht geändert werden kann, nachdem der Kreisel fertiggestellt ist. Dies kann bewirkt werden, indem man einfach die Stärke der Magnete in einem oder mehreren der Ringe ändert. Wenn man z.
B. gefunden hat, dal3 das von den Magneten eines der Ringe erzeugte Drehmoment zu gross ist, kann ein Dauermagnet von entsprechender Po- larität in die Nähe der Magnete in diesem Ring gehalten werden, um während des Betriebes des Kreiselapparates eine Änderung zu bewirken, indem eine teilweise, aber gleich- farmige Demagnetisierung eintritt. Wenn auf der andern Seite (las durch einen gegebenen Ring von Magneten erzeugte Moment zu klein ist, kann die Magnetisierung auf den ge wünschten Wert erhöht werden durch die Benützung eines an und für sich bekannten Magnetisierapparates.
Bei der in Fig. 9 und 10 dargestellten Variante sind die Teile 1 bis 6 ähnlich ausgebildet wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4. Im Gegensatz zu dieser ist hier aber das Leitorgan drehend und das damit zusammenwirkende Magnetorgan pendelnd angeordnet und beide Organe sind, von etwas verschiedener Konstruktion als die entspre- chenden der ersten Ausführungsform.
Wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, hat das leitende Organ 23 einen Tragteil 2) 5, weleher starr auf der Welle 10 angebracht ist. Die Welle 10 kann, wie dargestellt, eine Verlän gerung der Welle sein, welche den Kreiselrotor 1 trägt, so dass bei laufendem Kreisel der Tragteil 25 dreht. Der untere Teil des Tragteils 25 ist scheibenförmig ausgebildet, dessen untere Fläche gekrümmt ist, und zwar wird der Krümmungsradius durch den Schwingradius des Magnetorgans 24 : be- stimmt. Die untere Fläche des Tragteils 25 ist mit Nuten versehen, in welche zwei kreisförmige Ringe 26'und 27 eingepasst sind.
Beide Ringe sind konzentrisch zur Drehaxe des leitenden Organs 213, und zwar hat, wie aus der Zeichnung ersichtlich, der Ring 27 einen grosseren Durchmesser als der Ring 26 aus Gründen,welche in der nachstehenden Besehreibung noch auseinandergesetzt werden. Der Tragteil 25 besteht aus einem Ma- terial wie z. B. Messing, welches eine ver hältnismässig niedrige elektrische Leitfähig- keit hat, während die Ringe 26 und 27 aus einem Material von verhältnismäss. io- grosser elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer oder Aluminium bestehen.
Da. pendelnde Magnetorgan 24 ist zur Erzeugung eines durch das Leitorgan 23 fliessenden Magnetfeldes eingerichtet. Obwohl die Form der Magneteinrichtung unwesentlich ist, ist hier zur Erklärung eine Magneteinrichtung mit einer Anzahl permanenter Magnete 28 dargestellt, welche in einem Kreis mit ihren Axen in senkrechter Richtung liegend angeordnet sind. Die Magnete 28 sind mittels eines unmagnetischen Stützteils 29 in ihrer kreisförmigen Anordnung im Abstand ; voneinander gehalten. Die ganze Ma gneteinrichtung ist in einem Pendel 14 gelagert, das eine offene, kreisförmige, zentrale Öffnung 30 hat und mittels Schrauben 15 auf der Magneteinriohtung festgeklemmt ist.
Zur Erzielung einer Universalbewegung der Magneteinrichtung ist das Pendel 14 mit Lagerzapfen 20 versehen, mittels weleher dasselbe in einem horizontalen Bügel 21 ge- lagert ist. Der Bügel 21 ist seinerseits im Lagerrahmen 2 mittels Lagerzapfen gelagert, von welchen einer bei 22 dargestellt ist. Die durch die Lagerzapfen 20 und 212 bestimm- ten Schwenkaxen stehen senkrecht zueinan- der, wodurch eine Universalbewegung des Pendels ermöglicht wird.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass das Pendel 14 im Rotorlagerrahmen 2 gelagert ist, sondern'es könnbe ebensogut in den festen Stützen 5 ge- lagert sein.
Wie aus Fig. 9 und 10 ersichtlich, befin- det sich das Auf richtsystem in einer Stel lung, welche als Neutralstellung bezeichnet werden kann. In dieser Stellung fällt die Drehaxe des Leitorgans 23 mit der Symme- trieaxe des durch dzie permanenten Magnete 28 erzeugten Magnetfeldes zusammen. In dieser Stellung überlappen die permanenten Magnete 28 gerade noch den Leitring 26, indem dieser und die kreisförmigen, permanenten Magnete 28 annahernd den gleichen Krümmungsradius haben.
Wenn der Kreiselapparat in Betrieb ist und das Leitorgan 23 sich infolgedessen dreht, bewirkt das durch die permanenten Magnete 28 erzeugte Ma gnetfeld, dass in den verschiedenen Teilen des Leitorgans Wirbelstrome erzeugt werden. Es wird infolgedessen als Reaktion ein ziehen- des Drehmoment auf das Leitorgan und in folgedessen auf den Kreisel ausgeübt. Wenn sich das Magnetorgan 24 in der dargestellten Neutralstellung befindet, ist das ziehende Drehmoment symmetrisch in bezug auf die Drehaxe d & s Kreisels, so dass das resultierende Drehmoment, welches ein Vorrücken des Kreisels zu bewirken sucht, gleich Null ist.
Wenn indessen eine Kippbewegung des Leitorgans 2'3 gegenüber dem Magnetorgan 24 eintritt, wird der Ausgleich des ziehenden Drehmomentes aufgehoben, und es wird auf den Kreisel ein Drehmoment o-echtwinklig zur Kipprichtung ausgeübt. Infolge dieses unaus geglichenen Drehmomentes wird der Kreisel in einer Richtung vorbewegt, dass er die Übereinstimmung zwischen dem Magnetorgan 24 und dem Leitorgan 28 wieder herstellt.
Da die Einstellung des Magnetorgans 24 durch Schwerkraft erfolgt, ist es klar, dass infolge der Aufrichtwirkung der Wirbelströme der Kreisel ständig in eine bestimmte Grundstel- lung gedrängt wird, in welcher die Axen des Magnetorgans 24 und des Leitorgans 23 miteinander übereinstimmen.
Wie bereits erwähnt, tritt bei Standkrei- seIn mit einer aus pendelnden Organen bestehend. en Aufrichtvorrichtung ein als Drehfehler bezeichneter Fehler ein, wenn dieselben auf Fahrzeugen, wie z. B. Flugzeugen, eingebaut sind. Um diesen Fehler für bestimmte Betriebsbedingungen auazuscbeiden oder zu reduzieren,wirddasPendel so eingestellt, dass. die Drehaxe, des Kreisels normalerweise um einen kleinen Betrag in der Bewegungs- richtu. ng des mit dem Kreisel versehenen Fahrzeuges gekippt wird.
Wie aus Fig. 9 ersichich, wird'die Kreiseldrehaxe C-C von der mit V-V bezeichtneten wahren Vertikaiaxe weggekippt, wobei der Kippwinkel mit, B bezeichnet ist, welcher normalerweise 2l/2 beträgt. Der Winkel @ wird in einer Ebene parallel zur Längsaxe des den Kreiselappa- rat tragenden Fahrzeuges gemessen, und diese Ebene enthält die wahre Vertikalaxe V-V und die Kreiseldrehaxe C-C. Die Richtung der Kippbewegung ist derart, dass sich das obere Ende des Kreiselrahmens in Pfeilrich- tung nach vorwärts neigt.
Die Neigung der Kreiseldrehaxe in der normalen Grundstellung wird durch Einstellung des Gleichge- wichtes des Pendels bestimmt. So kann in der dargestellten Ausführungsform das Ge- wicht der Klemmschraube 1'5 so gewählt wer , den, dass bei in Ruhestellung befindlichem Pendelmagnet das Zentrum der Magnetein- richtung etwas aus der wahren Vertikallinie F-F verschoben ist, welche durch das Zentrum der Kreiselaufhängung geht, wie aus Fig. 9 ersichtlich.
Wenn die Drehaxe des Kreisels wie dar gestellt gekippt ist, kann die Wirkung des Drehfehlers ausgeschieden werden, wenn die Aufrichtvorrichtung so ausgebildet ist, dass. wenn das Pendel während einer Drehung ausschwingt, der Kreisel um die wahre Vertikale um ein Mass vorged'rückt wird, welches gerade gleich dem Mass der Drehung des Fahrzeuges ist, in welchem der Kreiselappa- rat eingebaut ist. Wenn eine solche Bezie- hung aufrechterhalten wird, wird kein Drehfehler in der Stellung des Kreisels in Erscheinung treten, da die, Orientierung der Kreiseldrehaxe in bezug auf das Fahrzeug während der Drehung unverändert bleibt.
Einer der hauptsächlichen Vorteile der be schriebenen Aufrichtvorrichtung mit mehre- ren konzentrischen Leitringen 26 und 27 liegt darin, daB die für die Drehfehlerkompensa- tion erforderliehe, gewünschte Kreiselauf- richtcharakteristik leie, ht erzielt werdlen kann, wie nachstehend beschrieben.
Die gewünschte Aufrichtcharakteristik wird erzielt durch eine passende Wahl der Durchmesser und der Querschnittsgrösse der Leitringe 2'6 und 27. Die gegenseitige Wir- kung der verschiedenen beteiligten Faktoren ist am besten aus den in Fig. 11 dargestellten Kurven ersichtlich. Die Kurve N zeigt die Komponente des ziehenden Wirbelstrom drehmomentes an, welahes durch den Leitring 26 erzeugt wird, während die Kurve 0 die durch den Leitring 27 erzeugte Komponente anzeigt. Im Tragteil 25 werden auch einige Wirbelströme induziert ; aber da der Tragteil aus einem Material von verhältmsmässdg geringer Leitfähigkeit, wie z. B.
Messing, besteht, sind die im Tragteil erzeugtenWirbelstromenicht so wirksam zur Erzeugung eines ziehenden Drehmomentes als die Wirbelstrome, welche in den hochleitenden Leitringen 26 und 27 erzeugt werden. Die Kurve P stellt unge- fähr die Komponente des ziehenden Dreh momentes dar, welche durch die zwischen d.enRingen2ssund27liegendePartiedes Tragteilst 25 geliefert wird, während die Kurve R ungefähr jene Komponente des ziehenden Drehmomentes darstellt,
welche durch die im Tragteil 215 in grosseren radialen Abständen vom Zentrum des Leitorgans alis jener des äussern Leitringes 2^7 induzierten Wirbel strume geliefert wird.
Wie aus der Kurve O ersichtlich, kann das Leitorgan 27 kein ziehendes WiTbelstromdrehmoment erzeugen, bis das Magnetorgan 24 weit genug aus der Neutralstellung weg- geschwungen ist, dass eine Überlappung der Magnete 28 und des Leitringes 27 eintritt.
Es ist klar, dass mandurcheinerichtige Wahl des Durchmessers des Leitringes 27 erzielen kann, da. dieser ein Drehmoment bei einer Winkelverstellung des Magnetorgans 24 erzeugt, bei welcher das durch den innern Leit. ring 26 erzeugte Drehmoment abzufallen beginnt. Es ist ausserdem klar, dass durcn richtige Wahl der Querschnittsflächen der Leitringe 26 und 27 die Spitzenwerte der durch diese Ringe erzeugten Drehmomente naeh Wunsch geändert werden können.
In Fig. 11 stellt die Kurve S die Resultierende oder Summe der Kurven N, O, P und B dar, wobei die Durchmesser und Quersehnitts- flä hen der Ringe 26 und 217 in der dargestellten Ausführung so gewählt worden sind, dass sich eine resultierende Kurve ergibt, welche der. gewünschten Kurve M über einem verhältnismässig grossen Bereich der Pendelverstellung nahezu gleichkommt. Da die Kurve M angenäherterreicht ist, ergibt sich eine Korrektur des Drehfe'hlers für alle Fahr zeuggeschwind'igkeiten und bei einem bestimmten Drehmass wie oben erwähnt.
In manchen Fällen kann es erwünscht sein, den Tragteil 25 aus elektrisch nicht leitendemMaterialherzustellien,sodass die Wirkung der Kurven P und R bei der Bestim- mung der Form der resultierenden Kurve 3 nicht in Betracht gezogen werden muss, Im allgemeinen ist e, indessen mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit erwünscht, den Tragteil 25 aus metallischem Material herzu- stellen, und deshalb müssen die im Tragteil induzierten Wirbelströme berücksicht werden.
Indessen wird durch die Benützung einer zusammengesetzten Konstruktion, in welcher die Rinde 26 und 27 aus Material von einer verhältnismässig hohen Leitfähig- keit und der Tragteil 2'5 aus einem Material von verhältnismässig geringer Leitfähigkeit bestehen, eine passende Regelung der Aufrichtkurve unabhängig von allen Schwankun- gen des Luftraumes zwischen dem Pendelmagnet 24 und dem Leitorgan 23 erzielt werden.
Diese Aufrichtvorrichtung bietet deshalb den Vorteil, daB, die Form der Aufrichtkurve durch die ursprüngliche Einstel- lung des Luftspaltes zwischen dem Magnet und dem Wirbelstromleiter nicht beeinfLusst wird, und des'halb erleichtert diese Konstruk- tion die Erzielung gleichförmiger Aufricht kurven bei der Massenproduktion von Kreisel- apparaten.
Eine weitere Regelung der Aufrichtkurve kann erzielt werden, indem man die Leitringe 36 und 27 aus Materialien mit verschiedenen elektrischen Leitungsfahigkeiten herstellt.
So kann esl sich z. B. in einzelnen Fällen herausstellen, dans, wenn beide Ringe 26 und 97 aus einem Material von hoher Leitfahig- keit, wie Kupfer, hergestellt werden, die Querschnittsfläche des einen dieser Ringe zur Erzielung der gewünschten Charakteristik bis zu einem Punkt. verringert werden muss, wo der Ring mechanisch zu schwach ist und deshalb schwer in seine Lage gebracht werden kann. In einem solchen Falle kann der Ring aus einem Material von verhältnismässig geringerer Leitfähigkeit als Aluminium hergestellt werden.