Korrektionsvorrichtung für den Stand eines Kreisels
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kor rektionsvorrichtung für den Stand eines Kreisels in bezug auf das wahre Lot um wenigstens eine der Achsen, um welche der Rotorträger sich einstellen kann, wobei die Stromkreise für einen Stützmotor, der die Korrektion des Kreiselstandes um eine solche Achse herbeiführt, von der Bewegung der Flüssig- keit in einem röhrenartigen Element, dessen Drehung um die erwähnte Achse der Drehung des Kreiselträgers um diesel Aehse ent- sprieht, gesteuert werden.
In einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird ein röhrenartiges Element von einem Rotorträger oder einem Kardanring des Kreiselgerätes getragen. Ein Queeksilbertropfen kann sich in diesem Element über eine leieht gebogene Bahn bewegen und steht fortwährend mit einer ersten Elektrode in elektri- sehem Kontakt.WennderRotorträgerdie richtige Lage hat und keine Horizontalbesehleunigungen auftreten, befindet sieh der Tropfen zwischen zwei Steuerelektroden, mit denen er dann nicht in Berührung ist. Weicht der Rotorträger von der riehtigen Lage ab, dann schliesst der Tropfen über eine der beiden Steuerelektroden einen Steuerkreis für einen Stiitzm. otor des Kreisels.
Bei einer andern Ausführung einer solchen Vorrichtung ist das röhrenartige Element wie eine Libelle ausgebildet und mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit bis auf eine Gasblase gefiillt. Die Flüssigkeit ist immer in Berührung mit einer Elektrode, und der Strom wird über zwei Steuerelektroden von der Lage der Gasblase im röhrenartigen Element bestimmt. Beide Vorrichtungen bewirken eine ausgezeichnete Korrektion, wenn keine Horizontalbeschleuni- gungen auftreten, die eine Komponente in der Längsrichtung des rohrenartigen Elementes besitzen. Dies ist der Fall, wenn das Kreiselgerät im Schlingerzentrum eines Fahrzeuges oder eines Flugzeuges aufgestellt ist.
Eine solche Aufstellung ist nicht immer möglich, besonders weil die Lage des Schlingerzentrums eines Fahrzeuges von der Beladung dieses Fahrzeuges abhängig ist.
Der Einfluss der Horizontalbeschleunigun- gen, die auftreten, wenn das Kreiselgerat nicht im Sehlingerzentxmm aufgestellt ist, wird an Hand einer Beschreibung dieser Einflüsse an einer mit einem Quecksilbertropfen arbeitenden Vorrichtung deutlich gemacht.
Wenn die Horizontalbeschleunigungen eine zu berüeksichtigende Komponente in der Längs- richtung des röhrenartigen Elementes besitzen, wird der Tropfen sich sofort am Ende seiner Bahn befinden und einen Stromkreis über eine Steuerelektrode schliessen. Nehmen wir zunäehst an, dass die Dauer des Teils einer Sehlingerperiode, während dessen die Hori zontalbeschleunigung eine bestimmte Richtung hat, der Dauer des Teils dieser Periode, während dessen die Horizontalbeschleunigung die entgegengesetzte Richtung hat, gleieh ist.
Der Stützmotor wird dann abwechselnd in der einen oder der andern Richtung eingeschaltet, und zwar für Zeiten gleieher Dauer.
Das vom Stützmotor ausgeübte Moment ist für beide Richtungen dasselbe. Demzufolge sind auch die Präzessionsgeschwindigkeiten infolge dieses Momentes für beide Richtungen einander gleich. Während des einen Teils der Schlingerperiode wird der Kreiselträger in der einen Riehtung um einen Winkel gedreht, und während des andern Teils, der von gleicher Dauer ist, um denselben Winkel in der andern Richtung gedreht. Der Kreisel wird also Sehwingungen um seine richtige Lage herum ausführen.
Weil aber die Präzessionsgeschwindigkeit niedrig ist, weicht der Kreisel dabei nur in geringem Masse von seiner richtigen Lage ab, und wenn der Kreisel seine richtige Lage nicht aus andern Grün- den verlassen hat, werden diese Art Sehiffs- sehlingerbewegungen, die wir mit symmetri- schen Sehwingungen bezeiehnen wollen, wenig stören.
Hat der Kreisel aus irgendeinem andern Grund als dem Einfluss der obenerwähnten symmetrischen Sehwingmgen auf die Korrektionsvorrichtuhg seine richtige Lage verlassen, ohne dass auf den Kreiselträger ein Dauermoment einwirkt, das die Abweichung aus der richtigen Lage vergr##ert, dann wird trotz des Auftretens der Horizontalbesehleunigungen eine Korrektion des Kreiselstandes @ und zwar, weil infolge der sehiefen Lage des rohrenartigen Elementes der Queck- silbertropfen sich etwas länger an dem einen Ende dieses Elementes befinden wird als an dem andern, so dass der Stützmotor etwas länger in der einen Richtung eingesehaltet wird als in der andern.
Der Kreiselträger wird sich infolgedessen w#hrend einer bestimmten Zeit in einer Riehtung drehen, in der die Abweichung vergrössert wird, und dann während einer etwas l#ngeren Zeit in einer Rich- tung, in der die Abweichung verringert wird.
Es bleibt also ein, wenn auch nur kleiner Teil der Sehwingungsperiode übrig, während dessen der Kreisel mit der dem Moment des Stützmotors entsprechenden Präzessionsge- schwindigkeit in die Riehtung der richtigen Lage gedreht wird. Schlie#lich wird der Kreisel von der resultierenden Korrektionsbewe- gung in die richtige Lage zur#ckgebracht. Es ist jedoch nicht zu leugnen, dass die Schwin- gungen die Korrektionsgeschwindigkeit sehr herabgesetzt haben.
G#be es keine Schwingungen, dann würde der Kreisel fortwährend mit der dem Moment des Stützmotors entsprechenden Präzessionsgeschwindigkeit der richtigen Lage zugedreht, während infolge der Schwin- gungen diese Korrektionsbewegung nur intermittierend erfolgt. Die Horizontalbeschleunigungen st#ren in noch stärkerem Alasse, wenn die Standabweiehung von einem auf den Rotorträger angreifenden Moment verursacht wird, z. B. von einem Moment infolge eines fehlenden Gleichgewichtes des Rotorträgers, wie dies durch ungleichmässige Erwärmung des Rotorträgers entstehen kann.
Ist das Krei- selgerät in diesem Falle keinen horizontalen Beschleunigmgen ausgesetzt, dann wird, sobal. die Standabweichung des Kreisels einen Wert erreicht hat, der gr##er ist als die kleinste Winkelabweichung, die von dem Queck silbertropfenkontakt festgestellt werden kann, der Queeksilbertropfen sich fortwährend auf einer bestimmten Seite des Zentrums des r#h- renartigen Elementes befinden, so dass der Stützmotor fortwährend in einer bestimmten lliehtung eingesehaltet bleibt, und eine Pr#- zessionsbewegung,
die verursaeht wird von dem Untersehied zwischen dem vom Stütz- motor ausgeübten Moment und dem Moment des fehlenden Gleichgewichtes, den Kreisel in die riehtige Lage zurüekdreht. Die Standabwei- chung kann in diesem Fall nicht viel grosser werden als die kleinste Winkelabweiehung, die von dem Queeksilberkontakt festgestellt werden kann. Gibt es jedoch Horizontalbesehleu- nigungen, dann wird der Zustand viel sehleeh ter.
Während eines bestimmten Teils der Schwingungsperiode dreht der Kreiselträger sich dann unter dem Einfluss der Summe des Stützmotormomentes und des vom fehlenden Gleichgewicht verursachten Momentes in einer Richtung, in der die Abweichung vergrössert wird, und während eines etwas grosseren Teils der Sehlingerperiode unter dem Einfluss eines Fomentes, das der Differenz zwischen dem Stützmotormoment und dem Moment des fehlenden Gleichgewichtes entsprieht, in einer Riehtung, in der die Abweichung kleiner wird.
Infolge des Auftretens des fehlenden Gleich- gewichtes wird es schon einen merklichen Un terschied zwischen den beiden obenerwähnten Teilen der Sehwingwngsperiode und daher such sehon eine merkliche Standabweichung sehen müssen, bevor überhaupt nur eine Ver grösserung der Abweiehung verhindert wird.
Es bleibt demzufolge immer noch eine nicht konrigierbare Standabweichung übrig, bei der die des Queeksübertropfenkontaktes einen solchen Wert hat, dass infolge dieser Neigung der der Unterschied in der Dauer der Schliessungszeiten der Stromkreise über die beiden Steuerelektroden gross genug ist, damit während dieser Differenzperiode der St#tz- motor eine Präzessionsbewegung hervorrufen kann, welche die Präzessionsbewegung, die der Kreisel unter Einfluss des auf ihn angreifen- den, die Abweichung hervorrufenden Momen tes (wie ein Moment infolge eines fehlenden Gleichgewichtes)
während einer vollständigen Schwingungsperiode ausführen würde, wieder aufhebt. Die zu diesem Zweek erforderliche Standabweichung ist, wenn einigermassen merkliche Horizontalbeschleunigungen vor handen sind, viel grosser als die kleinste von dem Qneeksilbertropfenkontakt festzustellende Abweichung. Eine genaue Korrektion der Standabweiehung eines Kreisels infolge auf den Kreisel angreifender Momente konstanter Richtung, wie ein Moment infolge fehlenden Gleichgewichtes, wird daher unmöglich,, wenn merkliche Horizontalbeschleunigungen am Aufstellungsort des Kreisels vorhanden sind.
Merkliche Korrektionsfehler werden auch dann auftreten, wenn der Teil der Schwin- gungsperiode, während dessen die Horizontalbeschleunigungen die eine Riehtung haben, nicht dem Teil der Sehwingungsperiode gleich ist, während dessen die Horizontalbeschleu nigungen die entgegengesetzte Richtung haben. Solche unsymmetrischen Schwingun- gen treten auf Schiffen h#ufig auf, und es ist erwünscht, dass die Korrektion von dem Auftreten solcher msymmetrischer Schwingungen nicht ungünstig beeinflusst wird.
Wird aber ein Kreiselgerät, dessen Rotor die richtige Lage hat und mit einer Korrektionsvorrichtung mit Quecksilberkontakten versehen ist, solchen unsymmetrischen Schwingungen ausgesetzt, dann geschieht folgendes : Während eines bestimmten Teils der Sehwingungsperiode, während dessen die Horizontalbeschleunigung die eine Richtung hat, wird der Stützmotor in der einen Richtung eingeschaltet und während eines dem obenerwähnten Teil nicht gleichen Teils der Schwin gungsperiode, während dessen die Beschleu- nigung die andere Richtung hat, wird der Stützmotor in der andern Richtung eingeschaltet.
In diesen ungleichen Teilen der Schwingungsperiode führt der Kreisel Prä zession. sbewegungen in entgegengesetzter Rich- tung mit gleicher Geschwindigkeit aus, durch die eine resultierende Drehung zustande kommt, bei der der Kreisel sich von der richtigen Lage entfernt. Die Korrektionsvorrichtung korrigiert in diesem Falle die Lage des Kreisels nicht l#nger, sondern sie dreht den Kreisel aus der riehtigen Lage.
Die Korrek- ; ionsvorriehtung setzt diese falsche Beeinflus- sung fort, bis infolge der Neigung des röhrenartigen Elementes und der infolgedessen auftretenden Komponente der Schwerkraft in der Längsrichtung dieses Elementes die Teile der Schwingungsperiode, während dessen der Quecksilbertropfen sich am einen und am andern Ende des röhrenartigen Elementes befindet, einander wieder gleich geworden sind.
Es ist festgestellt worden, dass unter diesen Umständen Lageabweichungen von mehreren Graden entstehen können.
Die normalen libellenartigen Korrektions- vorrichtungen werden so gebaut, dass ihre Reaktionsgeschwindigkeit von derselben Ordnung ist wie die der obenerwähnten Queck- silbertropfenkontakte, und es bedarf daher keiner weiteren Erklärung, dass bei dieser Art t Korrektionsvorrichtungen dieselben Unannehmliehkeiten auftreten werden.
Erfindungsgemäss werden diese Unan nehmlichkeiten zum. grössten Teil dadurch vermieden, dass man die Korrektionsvorrich- tung so ausführt, dass sich im röhrenartigen Element eine dämpfende Alaterie befindet, in der sich ein Raum, der nicht die dämpfende Materie enthält, bewegen kann, wobei Mittel die Bewegung des Raumes wahrnehmen und die Kreise f#r den entsprechenden Stützmotor steuern, und dass der Schaltzustand für die Kreise des Stützmotors, der infolge einer Be wegung des Raumes in einer bestimmten Rich- tung zustande kam, nicht durch eine weitere Bewegung in derselben Richtung wieder aufgehoben werden kann.
Bei der Beschreibung des ersten Ausfüh- rungsbeispiels wird erklärt werden, weshalb eine so ausgeführte Korrektionsvorrichtung während des Auftretens von Horizontalbeschleunigungen so viel besser arbeitet, weil eine Beschreibung an Hand eines Beispiels deutlicher und konkreter sein kann.
Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
Fig. 3a bis 3k zeigen eine Anzahl von Varianten von Ausführungsbeispielen der erfin dungsgemässen Vorrichtung.
Fig. 4 zeigt eine Hilfsvorrichtung, die den Einfluss der zentrifugalen Beschleunigung vermindert.
Die Vorrichtung gemma3 dem ersten Aus führungsbeispiel (Fig. 1) besitzt ein gesehlossenes, elektrisch nicht leitendes Rohr, in dem sich ein Quecksilbertropfen befindet, der auf einer langen Elektrode 104 ruht. Die Röhre 101 ist weiter, wenigstens zum grössten Teil, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Die D#mp- fungsflüssigkeit ist elektrisch nicht oder schlecht leitend und besitzt eine nicht zu niedrige Viskosität.
Darüberhinaus hat der Queeksilbertropfen 103 solche Abmessungen, dass er den Querschnitt der Rohre zum grössten Teil ausfüllt, so dass die Dämpfungsflüs- sigkeit, wenn sie sich von der einen zu der andern Seite der R#hre bewegen muss, durch den engen Raum zwischen dem Tropfen und der Röhrenwand fliessen muss. Die Röhre ist in der Mitte um einen Winkel # von einigen Bogenminuten geknickt.
Sie ist in bekannter Weise auf einem Rotorträger oder einem Kardanring in einer solchen Lage befestigt, dass die R#hre quer zu der Aehse steht, um die sich der Rotorträger im Kardanring bzw. der Kardanring im festen Gestell drehen kann, und weiter, wenn der Kreiselträger die richtige Lage in bezug auf das wahre Lot hat und keine Horizontalbeschleunigungen auftreten, der Tropfen sieh genau in die Mitte an der durchgeknickten Stelle einstellen wird.
Der Tropfen liegt dann gerade zwischen den Enden der beiden stabformigen Steuerelektroden 105 und 106. Weicht der. Rotorträger von der richtigen Lage um einen Winkel ab. der grosser ist als 1/2 ?, dann bewegt der Tropfen sich nach unten in dem abwärts gerichteten Teil der Rohre und schliesst dabei einen Stromkreis über die lange Elektrode 104 und eine der Steuerelektroden, z. B. 105.
In dem Stromkreis wird ein Relais 107 betätigt, das über seinen Arbeitskontakt den Stützmotor, der die Korrektion durchführen muss, ein sehaltet. Sind Horizontalbeschleunigungen in der Längsriehtung der Röhre vorhanden, dann wirken Trägheitskräfte auf den Queeksilber- tropfen ein, die ihn in Bewegung setzen. Diese Kräfte sind der Beschleunigung proportional, und wenn die Abmessungen der Rohre und die Dämpfung der Bewegung in der Röhre richtig gewählt sind, so dass keine Turbulenz auftritt, dann wird auch die Geschwindigkeit des Tropfens proportional den Tr#gheitskr#f- tenund damit auch den Beschleunigungen sein.
Die Sehlingerbewegung eines Schiffes ist eine periodisehe Erscheinung, und nach einem vollständigen Zyklus wird die an einem gewissen Punkt dieses Zyklus auftretende Ge schwindigkeit wieder denselben Wert haben.
Das Zeitintegral der Beschleunigung #ber eine vollständige Schlingerperiode ist demzu- folge Null. Dasselbe gilt für das Zeitintegral der der Beschleunigung proportionalen, am Tropfen angreifenden Trägheitskräfte und ebenso f#r das Zeitintegral der Geschwindig keiten des Tropfens #ber einen vollständigen Zyklus.
Das hei#t also, dass der Tropfen nach einem vollständigen Zyklus in dieselbe Lage zurückkehrt. Dieser Gedankengang ist riehtig sowohl f#r symmetrische als auch f#r unsym- metriselie Schwingungen, weil auch unsym- metrisehe Schwingungen periodisch sind, so dal3 naeh einem vollständigen Zyklus dieselbe (lesehwindigkeit erwartet werden kann.
Sowohl bei symmetrischen als auch bei unsym- metrisehen Schwingungen wird sich deshalb der Queeksilbertropfen unter Einfluss von den horizontalen Beschleunigungen periodiseh zwi- sehen zwei Punkten #ber einen Weg von konstanter Länge hin und her bewegen. Das Ger#t hat eine integrierende Wirkung, bei der der Queeksilbertropfen durch seine Bewegung die Horizontalbeschleunigungen nach der Zeit integriert und das Integral als zurückgelegten Weg zum Ausdruck bringt.
Weil das Ger#t derart ausgeführt wird, dass der Queeksilber- tropfen unter Einfluss der horizontalen Be schleunigungen nie das Ende seines Weges erreichen wird, wird die integrierende Wir kung nieht gestört. Infolge der Hin-und Her bewegung des Quecksilbertropfens werden abwechselnd die Relais R107 und R108 erregt, so dass der Stützmotor abwechselnd in ent gegengesetzten Richtungen eingeschaltet wird.
Die Zeiten, während deren die entgegengesetzt gerichteten Momente auf den Kreisel angrei- fen, können ungleich sein, entweder infolge zufälligerUrsachen, die zusammenhängen mit der Weise, in der die Schwingungen anfingen, oder infolge einer Unsymmetrie der Sehwingungen.
Der Kreisel wird dann von der Kor rektionsvorrichtung aus seiner richtigen Lage gedreht, aber die Abweiehung, die dadurch entstehen kann, kann nicht viel gr##er werden als die Hälfte des kleinen Winkels 4. So bald die Abweichung gr##er wird, überlagert sicle der hin und her gehenden Bewegung des Quecksilbertropfens eine stetige Bewegung in Längsrichtung der Rohre, die von der Kom ponente der Schwerkraft verursacht wird, die, wenn die Lageabweichung grosser als 1/2 N ist, den Tropfen in der Richtung nach einem der Enden der R#hre treibt.
Der Weg, über den der Queeksilbertropfen sich infolge der horizontalen Beschleunigungen hin und her bewegt, verlegt sich dann in die Richtung des nach unten bewegten Endes der Röhre, lmd weil die Dämpfung die Hin-und Herbewegung des Quecksilbertropfens auf einen ziemlich kurzen Weg beschränkt, wird diese Verlegung in kurzer Zeit so gross werden, dass ein merklicher Untersehied im umgekehrten Sinne zwischen den Sehliessungszeiten der Stromkreise über die Elektroden 105 und 106 entsteht.
Der Kreisel wird dann wieder in die richtige Lage zurückgedreht ; während dieser Berichtigungsbewegung versehiebt sich der Weg, über der der Tropfen sich hin und her bewegt, nach einer in bezug auf den Knick symmetrischen Lage. Es wäre sogar möglich, dass der Quecksilbertropfen, ohne dass die Abweichung merklich grosser wird als der kleine Winkel 1/2fl, innerhalb kurzer Zeit sich bleibend in dem nach unten gerichteten Teil der R#hre hin und her bewegen wird, so dass nur ein Stromkreis #ber eine der Steuerelektroden geschlossen wird, während der Kreis iiber die andere Steuerelektrode nicht mehr geschlossen werden kann.
Eine ähnliche Betrachtung ist gültig, wenn die Lageabweichung des Krei- sels von einer andern Ursache, wie einem fehlenden Gleichgewicht, der Erdrotation, oder der Lagerreibung, herrührt. Sobald der Wert der Abweichung den kleinen Winkel 1/2 fi übersehreitet, wird innerhalb kurzer Zeit während des grössten Teils einer vollständigen Schlingerperiode das Moment des Stützmotors f#r das Herbeiführen einer Korrektionsbewe- gung oder das Aufheben des Momentes eines fehlenden Gleichgewichtes oder eines ähnlichen Momentes zur Verfügung stehen.
F#r das Ausgleichen eines solchen, eineAbweichung verursachenden Momentes ist es keineswegs notwendig, dass die R#hre eine merkliche Neigung in bezug auf die waagrechte Lage besitzt, denn selbst wenn ein Teil der R#hre nur in geringem Masse nach unten geneigt ist, wird der Quecksilbertropfen sich doch fortwährend dem Ende dieses Rohrteils zu bewegen, so da# schliesslieh die beschränkte Hin-und Herbewegung des Tropfens unter Einfluss der horizontalen Beschleunigungen nicht mehr imstande ist, eine Umliehrung des Schaltzustan- des zu verursachen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbei- spiel. einer erfindungsgemässen Vorrichtung, und zwar ein libellenartiges Ausführungsbeispiel.. In einem Rohr 201, das in der Mitte leicht gekniekt ist, befindet sich eine Flüssig- keit 205 und eine Gasblase oder e. in luftleerer Raum 206. Die Viskosität der Flüssigkeit und der Durchlass zwischen der Gasblase oder dem luftleeren Raum und der Wand der Rohre sind derart gewählt, dass die Blase oder der luftleere Raum sich nicht zu schnell bewegen kann und unter Einfluss der horizontalen Beschleunigungen das Ende der Röhre nicht erreichen kann.
Die Bewegung der Blase hat dann denselben integrierenden Charakter wie die Bewegung des Queeksilber- tropfens in der schon beschriebenen Ausführung. Die Dämpfungsflüssigkeit ist elektrisch leitend und ist immer mit einer Elektrode 202 in Kontakt, die mit der einen Klemme einer Stromquelle verbunden ist. In der Wand der Röhre befinden sich noch zwei Steuerelektroden 203 und 204. Die Lagen dieser Elektro- den und die Abmessungen der Blase sind so gewählt, dass die Blase die beiden Elektroden won der Flüssigkeit scheidet, wenn die Blase sich in der Mlittellage, in der N#he des Knikkes befindet.
Die Stromkreise #ber diese Elek- troden und die Relais R207 und B208 sind dann unterbroehen. Die Eöhre befindet sich auf dem Rotorträger oder dem Kardanring eines Kreiselgerätes in einer solehen Lage, dass sie quer zu der Achse steht, um die eine Lageabweichung festgestellt werden muss, und die Blase 206 sich in der Mittelstellung, in der sie beide Steuerkreise #ffnet, befindet, wenn der Kreisel die richtige Lage in bezug auf das wahre Lot hat.
Entsteht eine Abweiehung des Kreisels aus der riehtigen Lage, dann wird, sobald ein Ende der Rohre nach oben geneigt ist, die Blase sich diesem Ende zu bewegen und die Steuerelektrode im andern Teil der Röhre ireilassen, so dass ein Stromkreis #ber diese Elektrode durch die Flüssigkeit und über die gemeinschaftliche Elektrode 202 f#r das Relais B207 oder B208 geschlossen wird.
Dieses Relais schaltet den Stützmotor in der erforderlichen Richtung ein. Wenn Horizon talbeschleunigungen mit einer Komponente in der Längsrichtung der Röhre auftreten, dann kann, wie beim Quecksilbertropfenkontakt, ein Zustand eintreten, oei dem beide Kreise f#r den Stützmotor abwechselnd geschlossen werden. Die Blase wird dann, gerade wie der Tropfen, über eine Bahn mit konstanter Länge hin und her geschoben.
Weicht der Kreisel auch dann noch von der riehtigen Lage ab, sei es infolge eines auf den Kreisel angreifen- den Momentes, wie ein Moment, infolge eines fehlenden Gleichgewichtes, sei es, dass der Kreisel infolge des Auftretens unsymmetri- seher Schwingungen von der Korrektionsvor- richtung aus seiner riehtigen Lage gedreht wird, dann kann die Lageabweichung des Kreisels nicht viel gr##er werden als die Hälfte des kleinen Winkels B, um den die R#hre geknickt ist.
Sobald die Lageabweiehung nur etwas grosser ist und eine Rohrhälfte nur leieht naeh oben weist, wird eine e stetige Bewegung der Blase in der Richtung zu dieser H#lfte der hin und her gehenden Bewegung der Blase überlagert. Die Elektrode in der naeh unten weisenden H#lfte der Röhre wird dann während immer kürzeren Zeiten von der Gasblase bedeckt und bleibt schliesslich fortwährend mit der Flüssigkeit in Kontakt, ohne dass es notwendig ist, dass die Lageabweichung grösser wird als die Abweichung, die das eine Ende der R#hre gerade nach oben weisen lässt.
Man kann die Vorrichtung gemäss Fig. 2 auch in solcher Weise ausführen, dass die Gasblase in der Mittellage die beiden Steuerelektroden noeh gerade mit der Flüssigkeit in Kontakt lässt. Die beiden Relaiskreise sind dann geschlossen, wenn der Kreisel die richtige Lage hat und keine Horizontalbeschleu- nigungen auftreten. Die Speisung des Stütz- motors muss dann über Ruhekontakte der Relais stattfinden.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist so ausgeführt, dass jeder Kreis zur
Speisung eines Stützmotors sowohl #ber einen Ruhekontakt des einen Relais als auch über einen Arbeitskontakt des andern Relais ver l#uft, so dass die Schaltung für beide Aus- führungen des Libellenkontaktes geeignet ist.
Die Ausf#hrung, bei der beide Elektroden noch mit der Flüssigkeit in Kontakt sind, wenn die Blase sich in der Mittellage befindet, hat gewisse Vorteile in den Perioden, in denen der Kreisel keinen Horizontalbeschleunigun- gen ausgesetzt ist. Hat der Kreisel unter diesen Umständen die richtige Lage, dann sind beide Stromkreise über die Elektroden geschlossen, und der Stützmotor ist ausgeschal- tet. Im allgemeinen sind dann aber die Ober fiächen, über die die Elektroden mit der Flüs- sigkeit in Berührung sind, doch noch von ver schiedener Grosse.
Die Gasblase wird dann von der Steuerelektrode, deren Berührungsfläehe mit der Flüssigkeit die kleinere ist, verscho- ben, so dass der Kreis über die andere Steuer- elektrode völlig geöffnet wird. Dass sich die Gasblase in der besehriebenen Weise bewegt, ist eine Erfahrungstatsache. Eine befriedigende Erklärung hiefür wurde bis jetzt nicht gefunden. Der Stützmotor wird dann eingeschaltet. Bei der oben beschriebenen Bewegung verschiebt sieh die Gasblase jedoch über die Lage hinaus, die dem Stand des Kreisels entspricht, und sie wird sich wieder zurüekbewegen und eine Schliessung des Stromes iiber die zweite Elektrode, über die der Kreis geöffnet wurde, einleiten.
Zunächst ist dann die wirksame Oberfläehe, mit der diese Elek 1 : rode mit der Flüssigkeit in Ber#hrung ist, die kleinere, so dass die Gasblase weiter zu rückverschoben wird, wobei das Moment des Stützmotors umgekehrt wird. Infolge dieser Wirkung wird die Gasblase, auch wenn der Kreisel die richtige Lage hat und keine Hori. zontalbeschleunigungen auftreten, doch mit einer ziemlich hohen Frequenz hin und her bewegt, so dass der Stützmotor abweehselnd in der einen und der andern Riehtung ein gesehaltet wird.
Wegen der integrierenden Wirkung hat die Gasblase in der in Fig. 1 be schriebenen Vorrichtung eine leiehte Tendenz zum Kleben , was diese Vorrichtung, in dem auf Sehiffen jedoch seltenen Fall, dass keine Horizontalbeschleunigungen auftreten, etwas weniger empfindlich macht als die schnell arbeitenden Kontakte. Diese Tendenz wird von dem obenerwähnten Effekt völlig auf gehoben, so dass diese Vorrichtung auch bei
Fehlen horizontaler Beschleunigungen eine hohe Empfindlichkeit für kleine Abweichun- gen besitzt.
Es wird darauf hingewiesen, dass es keines wegs notwendig ist, die Röhre zu biegen oder in der Mitte zu knicken, besonders weil die integrierende Wirkimg nicht sofort zu grossen
Versehiebungen der Blase oder des Tropfens
Anlass gibt. Es ist klar, dass eine Vorrichtung mit gerader Rohre auf sehr klein. e Lageabwei- chungen ansprechen wird. Anderseits hat eine solche Vorrichtung eine Tendenz zur Unsta bilität, und im allgemeinen ist eine leicht ge knickte oder leicht gebogene Röhre vorzuzie hen.
Eine geknickte Röhre ist überdies einer gebogenen Röhre vorzuziehen, weil in einer geknickten Röhre der Tropfen, die Blase oder der Raum seine Bewegung unter Einfluss der Sehwerkraft auch bei einer Lageabweiehung, die nur wenig grosser ist als der Winkel, um den die Robre geknickt ist, sogar so weit fort setzen wird, dass der Schaltzustand sich nicht mehr infolge der von den Horizontalbeschleu- uigungen verursachten Hin-und Herbewe gung #ndert. In einer über die ganze Länge gebogenen Rohre wird die von der Kompo nente der Schwerkraft bei einer kleinen Lage abweichung verursachten Verschiebung der
Blase usw. noch von der Grösse dieser Abwei chung begrenzt.
Bei den bekannten, schnell- reagierenden Korrektionsvorrichtungen ist es bedeutungslos, wie weit der Tropfen oder die
Blase sich unter Einfluss der Komponente der
Schwerkraft bewe ! gen wird. Die Verschiebung infolge der Beschleunigung übertrifft jeden falls den Einfluss der Schwerkraft, und eine fortgesetzte Bewegung der Blase oder des
Tropfens unter Einfluss der Schwerkraft lrönnte ein abwechselnd in entgegengesetzter
Richtung erfolgendes Einschalten des Stütz motors doch nicht verhindern.
Aus den obigen Erklärungen geht hervor, dass es für eine gute Wirkung der Vorrich- tung notwendig ist, dass sich eine stetige Be wegungder Blase oder des Tropfens infolge der Neigung der Röhre der hin und her gehenden Bewegung überlagern kann, ohne dass die Blase oder der Tropfen das Ende der Rohre erreicht.
Aus diesen Erklärungen geht ebenfalls hervor, dass weder bei der Bewegung unter Einfluss der horizontalen Beschleunigungen noch bei der Bewegung unter Einfluss der Neigung der Röhre ein Zustand eintreten darf, bei dem der Stützmotor ausgeschaltet wird, während die Blase oder der Tropfen sieh nicht in der Mittellage befindet.
Deshalb darf ein Schaltzustand, der eintrat, infolge der Bewegung der Blase oder des Tropfens in einer bestimmten Richtung aus der Mittellage nicht von einer weiteren Bewegung in derselben Riehtung wieder aufgehoben werden k#n- nen. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist das durch einen entsprechenden Bau der Elektroden erreieht. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 2 müssen die Länge der R#hre, die Abmessung der Blase und die Lage der Elektro- den richtig gewählt werden.
Fig. 3a bis 3k zeigen eine Anzahl Varianten von Ausführungsbeispielen. In der Vorrichtung gemäss Fig. 3a und 3b befindet sich ein elektrisch gut leitender Tropfen in einer schlechter leitenden Dämpfungsflüssigkeit, deren spezifisches Gewieht niedriger ist als das des Tropfens. Die Röhre muss etwa nach unten gekniekt oder gebogen sein, darnit die Vorriehtung stabil arbeitet. Der Tropfen ist immer mit einer zentralen Elektrode in Berührung und ausserdem in allen Lagen, ausgenommen die Lage innerhalb ganz kleinen Gebietes, in Berührung mit einer der Steuer- elektroden.
Im Beispiel von Fig. 3a ist in diesem kleinen Gebiet der Tropfen mit einer Steuerelektrode in Berührung, im Beispiel von Fig. 3b ist der Tropfen in diesem Gebiet mit beiden Steuerelektroden in Berührung. In den Ausführungsbeispielen von Fig. 3c und 3d befindet sieh ein elektrisch schlecht leitender Tropfen in einer besser leitenden Dämpfungs- flüssigkeit, deren spezifisehes Gewicht niedriger ist als das des Tropfens. Die Röhre ist leicht gebogen oder in der Mitte leieht geknickt und besitzt drei Elektroden, eine zentrale Elektrode, die fortwährend mit der Dämpfungsflüssigkeit in Berührung ist, und zwei Steuerelektroden. Im Beispiel von Fig. 3c trennt der Tropfen in seinen Lagen innerhalb eines engen Gebietes beide Steuerelektroden von der Dämpfungsflüssigkeit.
In allen andern Lagen trennt der Tropfen nur eine Elek- trode von der Dämpfungsflüssigkeit. Im Bei- spiel von Fig. 3 (Z lässt der Tropfen, wenn er sich in einem engen, zentralen Gebiet befindet, beide Steuerelektroden frei, so dass sie mit der Dämpfungsflüssigkeit in Berührung sind. In a] len andern Lagen trennt der Tropfen eine der beiden Steuerelektroden von der D#mp- fungsflüssigkeit. Die Beispiele von Fig. 3e, 3f, 3g und 3h entspreehen den Beispielen, die in den ersten vier Figuren gezeigt werden. Der Tropfen hat jedoch in diesen Ausführungen ein niedrigeres spezifisches Gewicht als die Dämpfungsflüssigkeit ; oder anstatt eines Tropfens wird eine Gasblase oder ein luftleerer Raum verwendet.
Die Röhre muss in diesem Falle nach oben gebogen oder gekniekt sein. In den Ausführungsbeispielen von Fig. 3i und 31c bewegt der Tropfen 6der die Blase sich entlang einer Reihe von Elektroden, die so weit voneinander entfernt sind, dass der Tropfen oder die Blase wenigstens zwei und zuweilen drei Elektroden iiberbriiekt. In dem Beispiel von Fig. 3z sind die Elektroden beiderseits der zentralen Elektrode untereinander über in bezug auf die zentrale Elektrode symmetrische, in Reihe gesehaltete Impedanzen verbunden. In dem Beispiel von Fig. 3k sind die Elektroden abwechselnd, entweder direkt oder über eine Impedanz mit der zentralen Elektrode verbunden.
Befindet der Tropfen oder die Blase sieh in der Mittellage, clann sind die Stromkreise über die Elektroden und Impedanzen symmetrisch in bezug auf die mittlere Elektrode und haben dieselbe Impedanz. Befindet der Tropfen oder die Blase sich nicht in der Alittellage, dann sind die beiden von der mittleren Elektrode ausgehenden Stromkreise von ungleicher Impedanz. Diese beiden Stromkreise sind in einer Brüeken oder Diflerentialsehaltung geschal- tet und steuern in dieser Weise den Stützmotor.
Hinsichtlich der relativen elektrischen Leitfähigkeiten und der spezifischen Gewichte von Tropfen und Dämpfungsflüssigkeit kann man sich dieselben Varianten denken, die an Hand der Fig. 3a bis 3h einschliesslich be sprochen sind, unter der Bedingung jedoch, dass in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 37c die Dämpfungsflüssigkeit die kleinere Leitfähigkeit haben muss.
Avers ein Flugzeug oder Fahrzeug, das mit einem Kreiselgerät mit einer der beschrie- benen Korrektionsvorrichtungen versehen ist, sich in einer Kurve bewegt, wird die Korrek- tionsvorrichtung falseh arbeiten. Die Zentri fugalkräfte beeinflussen die quer zur Schiffs- längsachse stehende Kontaktvorrichtung. Diese Vorriclitimg sehaltet dann den Stützmotor ein, auch wenn der Kreiselträger die richtige Lage hat ; infolgedessen wird auf den Kreisel ein Moment ausgeübt, das ihn aus seiner riehtigen Lage dreht.
Die Korrektionsvorrichtung, die die Lage um die Schiffslängsachse überwaeht, wird deshalb meistens w#hrend der Fahrt in einer Kurve ausser Betrieb gesetzt.
Dies wird von einem Ger#t, das die Fahrt in einer Kurve feststellt, gesteuert. F#r schnell reagierende Korrektionsvorrichtungen genügt diese Massnahme. Zwar befindet sich der Tropfen im Quecksilbertropfenkontakt wäh- rend der Kurvenfahrt am Ende der Rohre, er kehrt aber, wenn der Kreisel die richtige Lage hat, sofort in ihre Mittellage zurück, wenn die Fahrt in einer Kurve beendet ist. In der integrierenden Korrektionsvorrichtung kann es jedoch weitere Unannehmlichkeiten geben.
Der Tropfen, die Blase oder der Raum bewegt sich infolge der Dämpfung nur träge und kehrt deshalb nach der Beendigimg der Kur venfahrt nicht sofort in die Mittellage zur#ck, so dass der Stützmotor sofort eingeschaltet wird, wenn das Ende der Kurvenfahrt festgestellt worden ist, und vorläufig ein falsehes Moment auf den Kreisel ausübt, das ihn aus der richtigen Lage bringt. Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, mit der dieser Nachteil aufgeho- ben werden kann. In dieser Figur ist 403 das röhrenartige Element, das die Korrektion t die Schiffslängsachse steuert.
Es ist mittels s eines Pendels 401 an einem vom Kreisel stabilisierten Teil, das auch der Kreiselträger oder der Kardanring sein kann, aufgehängt.
Während des normalen Betriebes ist das Pendel mittels einer Riegelvorrichtung 405 in einer solchen Lage mit dem das Pendel tragenden Teil verriegelt, dass eine richtige Steuerung der Korrektion stattfindet. Sobald eine Fahrt in einer Kurve beginnt, wird der Regel 405 von einem Elektromagnet gelöst, und das Pendel wird freigelassen, sich dem scheinbaren Lot gemäss einzustellen. Der Tropfen oder die Blase wird dann nicht mehr von den zentrifugalen Kräften nach aussen getrieben und verbleibt in der Mittellage. Sobald festgestellt wird, dass die Kurvenfahrt beendet ist, wird erst der Arm 404 von einem Elektromagnet herunterbewegt.
Der Arm bringt dann das Pendel mittels einer Gabel, die um einen an dem Pendel befestigten Stift greift, in die Mittelstellung zurüek, wenn es diese Stellung noch nicht erreicht hat. Sodann wird der Erregungskreis des Elektromagneten des Riegels 405 unterbrochen und das Pendel wieder in der richtigen Lage in bezug auf das ihn tragende Teil verriegelt.