Kreiselapparat Die Erfindung bezieht sich auf Kreisel apparate und im besonderen, jedoch nicht. aus schliesslich, auf Kreiselflugzeuginstrumente, wie zum Beispiel künstliche Horizonte, Wende geschwindigkeit- oder Wende- und Abrutsch- anzeiger.
Solche Instrumente weisen im allgemeinen eine Null- oder Normalanzeige auf, welche an zeigt, ob eine gleichbleibende Flugbahn ein gehalten wird. Eine solche Nullanzeige kann jedoch auch auftreten, wenn der Rotor des Kreisels zu drehen aufhört, in welchem Falle das Instrument dann nicht. anzeigen würde, wenn das Flugzeug von der Flugbahn ab weicht.
Es ist schon vorgeschlagen worden, Mittel vorzusehen, um eine Warnung zu geben, wenn die Drehzahl des Rotors eines solchen Kreisel apparates unter ein vorbestimmtes Minimum sinkt, und der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kreiselapparat, welcher zu diesem Zwecke verbesserte Mittel aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kreiselapparat mit einer bei Unterschreitung einer vorbestimmten Motordrehzahl anspre chenden Anzeige- und Warneinrichtung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass bei Messung der Rotordrehzahl mit einer Wirbelstrom- Ta.chometeranordnung, bei der der Wirbel stromkörper mit dem rotierenden und der Magnetkörper mit dem anzeigenden Glied ver bunden ist, dieses anzeigende Glied zwischen zwei Endlagen beweglich und bei der Soll drehzahl des Rotors durch das durch die Wir belströme hervorgerufene Drehmoment ent gegen der Wirkung eines am 11lotorträger be festigten Magneten in einer Endlage gehalten wird,
wobei das Gegendrehmoment des Magne ten so bemessen ist, dass die beiden entgegen gesetzt gerichteten Momente beim Absinken der Rotordrehzahl auf den vorbestimmten Wert einander gleich sind und bei weiterer Verringerung der Drehzahl das Drehmoment des Magneten überwiegt, so dass das anzei gende Glied die eingenommene Endlage ver- lässt und sich unter Wirkung der mit zuneh mender Annäherung wachsenden Anziehungs kraft des Magneten ohne Verweilen in einer Zwischenstellung in die andere Endlage ein stellt.
Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in einer beispielsweisen Ausfüh rungsform dargestellt.
Fig.1 zeigt 'einen Aufriss einer Seite des Instrumentes, Fig.2 einen Frontaufriss des Instrumen tes, welcher die Anzeigeseheibe des Instru mentes und das Wendeanzeiger-, Abrutsch- anzeiger- und Flaggengebilde zeigt, Fig. 3 eine Ansicht und Schnitt durch die Schnittebene 3-3 in Fig.1.
Fig. 4 zeigt teilweise im Grundruss und. teil weise im Schnitt eine Ansicht des Apparates, wobei das Gehäuse entfernt ist, Fig.5 eine Ansicht der in Fig.4 darge stellten und in der Richtung des Pfeils 5 in Fig.4 dargestellten Teile.
Fig. 6 ist eine Teilschnittansieht nach der Linie 6-6 von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht in der Richtung des Pfeils X in Fig. 5.
Fig. 8 ist ein Schnitt durch den Feld magnet.
Der Kreiselapparat umfasst ein Gehäuse 50, welches die Anzeigerscheibe 18 und die in einem Abstand voneinander angeordneten und die Kugellager 52, 53 stützenden Stützplatten 51, 35 trägt, wobei die Spindeln 54, 55, wel- ehe den Kardanring 11 tragen, in genannten Kugellagern gelagert sind. Eine einen Krei selrotor 10 tragenden und die Drehachse 9 aufweisende Rotorspindel 56 ist an ihren En den in den vom Kardanring abgestützten Ku gellagern 57, 58 gelagert, wobei eine Halte büchse 60 im Lager 58 montiert ist, und 61, 62 Staubschutzkappen sind.
Ein Enddeckel 63 ist in den Kardanring eingeschraubt, stützt das Lager 57 und weist eine Feder 64 auf, welche durch eine Scheibe 65 einen federnden AYialschub auf das Lager 57 ausübt, um ein allfälliges Spiel in den Lagern 57, 58 aufzu nehmen.
Das Instrument ist so montiert, dass im Geradeausflug -die Drehachse 9 des Kreisel rotors 10 in einer im wesentlichen horizonta len Ebene liegt, wie dies deshalb auch für den Kardanring 11 zutrifft. Jede Abweichung vom Geradeausflug hat jedoch eine Präzession des Rotorrades gegen den Widerstand einer Feder 14 mit bestimmtem Nennwert zur Folge,
und ein durch ein geeignetes Getriebe mit dem Kardandrehzapfen 13 gekuppelter Wendezei ger 15 zeigt die Wendegeschwindigkeit auf einer Skala 17 auf der Anzeigescheibe 18 des Instrumentes an. Ein Anschlagelement 19 dient zur Bestimmung der Präzessionsgrenz- stellung des Kardanringes 11.
Mit dem Auf hören des Wendens des Flugzeuges nimmt die Kreiselpräzessionskraft wieder ab, und der Kardanring und der Wendezeiger kehren -wie- der in eine mittlere Nullanzeige zurück. Mit tel sind vorgesehen, um Schwingungen des Kardanringes um die Präzessionsaehse zu dämpfen, da aber dieselben keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, werden sie in den Zeichnungen nicht. gezeigt, noch wird wei ter auf sie Bezug genommen.
Die Spindel 56 trägt auch noch eine Hülse (nicht gezeigt), welche am einen Ende einen Flansch 66 aufweist. Die Hülse trägt. die bei 67 angedeuteten Ankerlamellen des Rotor antriebmotors und die Ankerwicklungen 68, wobei Isolierband 69 vorgesehen ist, wo dies erforderlich ist. Die Spindel trägt auch einen isolierten Ring 70 für den Motorkommuta- tor 71.
Die äussere Peripherie des Flansches 66 ist zur Aufnahme des Rotors 10 bei 74 mit einem Gewinde versehen, wobei der Rotor ein Innen gewinde aufweist und an einer Seite die Scheibe 75 trägt, auf welcher die üblichen Drehzahlreglerelemente montiert sind. Auf der andern Seite des Rotors ist ein dünner Kupferring 77 am Rotor befestigt, wobei die ser Kupferring das Wirbelstromelement bildet.
Der Kardanring stützt ein Paar Schrau ben 80, 81 ab, welche die Kommutatorbür- sten-Stützscheibe 83, einen Zweipol-Dauer- magnet 84 (das Motorfeld bildend) und eine magnetische Abschirmung 85 tragen, wobei nach Bedarf geeignete Abstandshülsen 86 vorgesehen sind. Der Nordpol des Feldmagne ten 84 ist der Anzeigescheibe 18 zunächst an geordnet.
Mittels eines Drehzapfens 22 ist. auf der Rückseite der Scheibe 18 ein Flaggenmecha nismus 23 montiert.. Dieser Mechanismus weist eine Fläche mit dem auf die obere Hälfte derselben beschränkten Wort Alls auf, wäh rend deren untere Hälfte leer ist. Die Flagge 23 ist. durch den Hebel 24 mit dem Drehzap fen 22 verbunden, und dieser Hebel wird nor malerweise durch die Feder 25 in einer obern Stellung gehalten, so dass nur der untere Teil der Flagge 23 durch eine öffnung 26, welche in der Anzeigescheibe 18 ausgenommen ist, sichtbar ist.
Auf diese Weise würde bei Feh len anderer Betätigungsmittel das -Wort Aus nicht in der Öffnung 26 erscheinen, und der Mechanismus wäre angeblich im Betrieb. Die Anschläge 97, 98 begrenzen den Bewegungs- weg des Hebels 24 und folglich auch der Flagge.
Der Kardanring weist ein Paar Stützarme 87, 88 an gegenüberliegenden Seiten des Ro tors auf, welche die Kugellager 90 (Fig.6) tragen, in welchen die Stifte 91, 92 angeord net sind, mittels welchen die Enden eines Bü gels 27 schwenkbar am Kardanring 11 ge lagert sind. Der Bügel weist im wesentlichen eine U-Form auf, erstreckt sich über den Ro tor, ist gegen den Nordpol des Feldmagneten geneigt und bildet einen Winkel (A in Fig. 5) von zwischen 35 und 55 (beispielsweise 45 ) mit der die Rotorachse und genannten Pol enthaltenden Ebene.
Der Fussteil des U-för migen Bügels verläuft parallel zur Umfangs- Stirnfläche des Rotors 10, und ein permanen ter Hufeisenmagnet 29 ist an einer Seite ge nannten Fussteils nahe einem der Schenkel des U-förmigen Bügels und neben dem Kup ferring 77 befestigt. Der Magnet 29 ist mit seinem Südpol neben dem Nordpol des Feld magneten angeordnet.
Ein bogenförmiger Mas- senausgleiehsarm 30 ist am einen Ende des gegenüberliegenden Schenkels des Bügels be festigt, erstreckt sich in der Richtung weg von der Flagge, wölbt sich um die Rotorachse und trägt kleine Gewichte 31, um eine Aus- balancierung des Bügels (und des noch zu beschreibenden Bügelstabes) um die Drehzap fen 91, 92 zu bewirken.
Der Balancierarm 30 trägt ferner noch einen kleinen Stift 32, wel- eher auf einen am Kardanring 11 befestigten Anschlag 33 aufliegen kann, um die hintere Endstellung des Bügels zu bestimmen.
Ein Flaggenbetätigungsarm oder Bügel stab 34, welcher aus flachem Material gebildet ist, ist auch am Fussteil des Bügels, etwas ent fernt vom Magnet 29, befestigt, wobei sich der Stab 34 durch eine bogenförmige Öffnung 35 in einer zur Anzeigescheibe 18 parallelen Platte 36 gegen die Flagge hin erstreckt. Der Stab 34 ist gegen die Mitte hin um 90 um seine Achse gedreht, und sein freies Ende liegt auf einer mit dem obern Rand der Flag genfläche 23 in einem Stück gebildete Aus ladung auf, wobei genannter Rand in der Frontansicht radial durch den Drehzapfen 22 des Armes 34 verläuft, um ein Klemmen durch Reibung zu verhindern.
Wenn sich der Rotor normal dreht, so tritt eine magnetische Wechselwirkung oder Zug wirkung, welche durch die Wirbelströme er zeugt wird, zwischen dem Bügelmagnet 29 und dem Kupferstreifen 77 auf. Diese Wech- selwirkung ist bestrebt, den Magnet 29 in der Richtung der Drehung des Rotors 10 zu zie hen, bewirkt, dass sich der Bügel um ein nur durch den Anschlag 33 begrenztes Ausmass nach hinten bewegt und hebt dadurch den Bügelarm 34 weg von der Ausladung 37 und der Flagge 23. Die Flagge 23 wird deshalb durch die Feder 25 in die obere Stellung ge drückt, und die Aus -Anzeige wird durch die Scheibe 18 verdeckt.
Wenn der Rotor sich nicht mit der wirk samen Drehzahl dreht, so wird der Südpol des Magneten 29 durch den Nordpol des Feld magneten in einer der normalen Rotordre- hung entgegengesetzten Richtung abwärts ge zogen, wodurch der Arm 34 auf die Ausladung 37 drückt und die Flagge in ihre Aus -Stel- lung bewegt.
Es "ist einleuchtend, dass wegen der raschen Abnahme der Kraft zwischen dem Südpol des Magneten 29 und dem Nordpol des Feldmagneten, wenn sich der Bügel nach hin ten bewegt, der Bügel sich immer entweder in der Ein - oder der Aus -Stellung befin det und keine zweideutige Zwischenstellung einnehmen kann.
Der Arm 34 verläuft durch eine bogenför mige Ausnehmung 35 in der Platte 36, wobei die Form der Ausnehmung 35 dem Stabe 34 gestattet, sich entsprechend der Präzession des Kreisels unbehindert zu bewegen. Da eine Kreiselpräzession nur auftritt, wenn sich der Rotor rasch dreht, braucht die Ausnehmung nur gerade so tief zu sein, dass die bogen artige Bewegung des Stabes 34 in die ausser mittige Stellung gestattet wird.
Die Ausneh- mung 35 wird an ihrem Teil, welcher der Mittelstellung entspricht, etwas tiefer ge macht, um eine Auf- und Abbewegung des Stabes 34 für den Fall zu gestatten, dass die h,ZUllkardanringstellung die Folge eines still- stehenden Rotors anstatt des Geradeausfluges des Flugzeuges ist. Der Kardanring wird dann natürlich durch die Feder 14 zentralisiert.
Die beschriebene Aufhängung des Magne ten 29 schafft ein Mittel zum Bewegen der Flagge in ihre Aus -Stellung durch eine Kraft, welche bei abfallender Drehzahl des Rotors steigt, und seine Aufhängung mittels eines Bügels im beschriebenen Winkel bringt den Magnet 29 nahe an den Nordpol des Feld magneten. Diese Winkelanordnung und die Aufhängung des Feldmagneten mit seinem Nordende gegen die Flagge vermeidet eine un- gebührliehe Länge des Armes 34.
Wenn sieh der Arm 34 in seiner Oben -Stellung (das heisst Rotorwirkstellung ) befindet, so ist er vollständig ausser Kontakt mit der Flagge und der Platte, so dass er keinen der Präzession des Kreisels entgegenwirkenden Reibungs widerstand erzeugt.
Es ist ersichtlich, dass, wenn das Instru ment in einer normalen Stellung im Flugzeug montiert. ist, das heisst mit der Anzeigescheibe 18 gegen das hintere Ende des Flugzeuges ge richtet, die Richtung der Drehung des Rotors eine solche ist, dass die Richtung der Präzes sion des Kardanringes bei einer richtig ge neigten Wendung entgegengesetzt der Rieh- tiuig der Schräglage des Flugzeuges ist.
Die geregelte Drehzahl des Rotors und die Kon stante der Feder 1.1 werden so gewählt, dass bei der normalen Eichgeschwindigkeit (gewöhn lich etwa 2-10 Knoten = 445 hm/Std.) und in einer Rang 1 -Kurve (von 180 /Minute) der Winkel, um welchen der Kardanring präzes- siert, genau die Hälfte des Schräglagewinkels des Flugzeuges ist.
Das bedeutet, dass das In strument den gleichen Wert anzeigt, und zwar unabhängig davon, ob es in einem Flugzeug oder auf einem horizontalen Prüftisch mon tiert ist, wenn es einer Wendung bei dieser Geschwindigkeit unterworfen wird (da der Winkel zwischen dem Kardanring und der Vertikalen in beiden Fällen der gleiche ist), und ferner bedeutet es, da.ss, wenn das Flug zeug einen Landeanflug ausführt (bei einer etwa die Hälfte der Eiehgeschwindigkeit be tragenden Geschwindigkeit oder etwa 120 Knoten = 222 km/Std.), der Kardanring im wesentlichen im Raume horizontal steht, wenn es eine Rang 1 -Kurve fliegt.
Auf diese Weise wird sich das Instrument dann, wenn es am wünsehenswertesten ist, in seinem ge nauesten Zustande befinden.
Die Riehtung der scheinbaren Schwerkraft hängt natürlich von der Wendegeschwindig keit und der Fluggeschwindigkeit des Flug zeuges ab. In der vorliegenden Ausführungs form des Abrutsehanzeigers ist eine Kugel 20 in einem in einer Ausnehmung in der Anzeige seheibe 18 angeordneten Glasrohr 21 gelagert. Während einer richtig geneigten Kurve ver bleibt die Kugel in ihrer Mittel- oder Null lage, und jede Abweichung vom richtig ge neigten Winkel wird durch eine entsprechende Bewegung der Kugel aus ihrer Mittellage angezeigt.