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.
Correction device for the position of a gyro
The invention relates to a correction device for the state of a gyroscope with respect to the true perpendicular to at least one of the axes around which the rotor arm can adjust, the circuits for a support motor that brings about the correction of the gyro position about such an axis , can be controlled by the movement of the liquid in a tube-like element, the rotation of which around the mentioned axis corresponds to the rotation of the gyroscope carrier around this axis.
In a known device of this type a tubular element is carried by a rotor arm or a gimbal ring of the gyroscope. A queek silver drop can move in this element over a slightly curved path and is continuously in electrical contact with a first electrode. If the rotor support is in the correct position and no horizontal accelerations occur, the drop is between two control electrodes, with which it then does not come into contact is. If the rotor-arm deviates from the correct position, the drop closes a control circuit for a support via one of the two control electrodes. otor of the gyro.
In another embodiment of such a device, the tubular element is designed like a dragonfly and is filled with an electrically conductive liquid except for a gas bubble. The liquid is always in contact with an electrode, and the current is determined by two control electrodes from the position of the gas bubble in the tubular element. Both devices produce an excellent correction when no horizontal accelerations occur which have a component in the longitudinal direction of the tubular element. This is the case when the gyroscope is set up in the roll center of a vehicle or an airplane.
Such a setup is not always possible, especially because the position of the rolling center of a vehicle depends on the load on this vehicle.
The influence of the horizontal accelerations that occur when the gyroscope is not set up in the Sehlingerzentxmm is made clear by means of a description of these influences on a device working with a drop of mercury.
If the horizontal accelerations have a component to be taken into account in the longitudinal direction of the tube-like element, the drop will immediately be at the end of its path and close a circuit via a control electrode. Let us first assume that the duration of the part of a Sehlinger period during which the horizontal acceleration has a certain direction is equal to the duration of the part of this period during which the horizontal acceleration has the opposite direction.
The support motor is then switched on alternately in one direction or the other, for times of the same duration.
The moment exerted by the support motor is the same for both directions. As a result, the precession speeds due to this moment are the same for both directions. During one part of the rolling period the gyro-support is rotated in one direction through an angle, and during the other part, which is of the same duration, it is rotated through the same angle in the other direction. So the top will oscillate around its correct position.
But because the speed of precession is low, the top deviates only slightly from its correct position, and if the top has not left its correct position for other reasons, these kinds of Sehiffsehlinger movements, which we use symmetrical, become Want to draw visual vibrations, disturb little.
If the gyro has left its correct position for any other reason than the influence of the above-mentioned symmetrical visual oscillations on the correction device without a permanent moment acting on the gyro carrier that increases the deviation from the correct position, then despite the occurrence of the horizontal accelerations a correction of the gyroscope position @, because due to the deep position of the tube-like element, the mercury droplets will be a little longer at one end of this element than at the other, so that the support motor is held a little longer in one direction than in the other.
As a result, the gyro support will rotate for a certain time in a direction in which the deviation is increased, and then for a somewhat longer time in a direction in which the deviation is reduced.
There remains, even if only a small part, of the visual oscillation period, during which the top is rotated towards the correct position at the precession speed corresponding to the moment of the support motor. Finally, the gyro is brought back into the correct position by the resulting corrective movement. However, it cannot be denied that the vibrations have greatly reduced the speed of correction.
If there were no vibrations, then the gyro would be continuously turned towards the correct position at the precession speed corresponding to the moment of the support motor, while this corrective movement only takes place intermittently as a result of the vibrations. The horizontal accelerations interfere even more strongly if the deviation from the position is caused by a moment acting on the rotor arm, e.g. B. from a moment as a result of a lack of equilibrium of the rotor arm, as this can arise from uneven heating of the rotor arm.
If the gyroscope is not exposed to any horizontal accelerations in this case, then it will be. the level deviation of the top has reached a value that is greater than the smallest angular deviation that can be determined from the mercury drop contact, the queek silver drop is continuously on a certain side of the center of the tube-like element, so that the support motor is kept in a certain direction, and a precession movement,
This is caused by the difference between the moment exerted by the support motor and the moment of the lack of equilibrium, when the top is turned back into the correct position. In this case, the level deviation cannot be much greater than the smallest angular deviation that can be determined by the Queek silver contact. However, if there are horizontal obstructions, then the situation becomes much more misleading.
During a certain part of the oscillation period, the gyro carrier then rotates under the influence of the sum of the support motor torque and the torque caused by the lack of equilibrium in a direction in which the deviation is increased, and during a somewhat larger part of the Sehlinger period under the influence of a moment, which corresponds to the difference between the support motor torque and the moment of imbalance, in a direction in which the deviation becomes smaller.
As a result of the lack of equilibrium, there will be a noticeable difference between the two above-mentioned parts of the visual oscillation period, and therefore a noticeable deviation from the stance, before even an increase in deviation is prevented.
As a result, there is still a level deviation that cannot be corrected, at which that of the queek overdrops contact has such a value that, due to this inclination, the difference in the duration of the closing times of the circuits across the two control electrodes is large enough for the St # tz- motor can cause a precession movement, which is the precession movement that the top under the influence of the attacking moment causing the deviation (like a moment due to a lack of equilibrium)
would perform during a complete period of oscillation, cancels. The level deviation required for this purpose is, if somewhat noticeable horizontal accelerations are present, much larger than the smallest deviation that can be detected by the silver drop contact. An exact correction of the deviation of a gyro's position due to moments of constant direction acting on the gyro, such as a moment due to a lack of equilibrium, is therefore impossible if there are noticeable horizontal accelerations at the location of the gyro.
Noticeable correction errors will also occur if the part of the oscillation period during which the horizontal accelerations have one direction is not equal to the part of the visual oscillation period during which the horizontal accelerations have the opposite direction. Such asymmetrical vibrations occur frequently on ships, and it is desirable that the correction is not adversely affected by the occurrence of such asymmetrical vibrations.
However, if a gyroscope with a rotor in the correct position and equipped with a correction device with mercury contacts is exposed to such asymmetrical oscillations, then the following happens: During a certain part of the visual oscillation period, during which the horizontal acceleration is in one direction, the support motor in the switched on in one direction and during a part of the oscillation period not equal to the above-mentioned part, during which the acceleration is in the other direction, the support motor is switched on in the other direction.
In these unequal parts of the period of oscillation, the top has precession. s movements in the opposite direction at the same speed, through which a resultant rotation occurs, with which the top moves away from the correct position. In this case, the correction device no longer corrects the position of the top, but turns the top out of the correct position.
The corrective; ion device continues this false influence until, as a result of the inclination of the tube-like element and the consequent component of gravity in the longitudinal direction of this element, the parts of the period of oscillation during which the mercury drop is at one and the other end of the tube-like element are mutually exclusive have become the same again.
It has been found that under these circumstances positional deviations of several degrees can arise.
The normal dragonfly-type correctors are constructed so that their reaction rate is of the same order as that of the mercury drop contacts mentioned above, and therefore need no further explanation that the same inconveniences will arise with this type of corrector.
According to the invention, this inconvenience to. This is largely avoided by designing the correction device in such a way that there is a damping material in the tube-like element, in which a space that does not contain the damping material can move, with means perceiving the movement of the space and the circles for the corresponding support motor, and that the switching state for the circles of the support motor, which came about as a result of moving the room in a certain direction, cannot be canceled by a further movement in the same direction.
In the description of the first exemplary embodiment, it will be explained why a correction device designed in this way works so much better during the occurrence of horizontal accelerations because a description can be clearer and more concrete using an example.
The invention is illustrated by way of example in the accompanying drawing. Show it :
1 and 2 two exemplary embodiments of a device according to the invention.
3a to 3k show a number of variants of exemplary embodiments of the device according to the invention.
Fig. 4 shows an auxiliary device which reduces the influence of the centrifugal acceleration.
The device according to the first exemplary embodiment (FIG. 1) has a closed, electrically non-conductive tube in which there is a drop of mercury which rests on a long electrode 104. The tube 101 is further, at least for the most part, filled with damping fluid. The damping liquid is not or poorly electrically conductive and has a viscosity that is not too low.
In addition, the Queek silver drop 103 has such dimensions that it fills the cross section of the tubes for the most part, so that the damping fluid, when it has to move from one side to the other of the tube, passes through the narrow space between the drop and the pipe wall must flow. The tube is bent in the middle at an angle # of a few minutes of arc.
It is fastened in a known manner on a rotor arm or a gimbal ring in such a position that the tube is transverse to the axis around which the rotor arm in the gimbal ring or the gimbal ring in the fixed frame can rotate, and further if the The gyro support has the correct position in relation to the true perpendicular and no horizontal accelerations occur, the drop will look exactly in the middle at the bent point.
The drop then lies just between the ends of the two rod-shaped control electrodes 105 and 106. Rotor-arm from the correct position by an angle. which is larger than 1/2 ?, then the drop moves downwards in the downward part of the tubes and thereby closes a circuit via the long electrode 104 and one of the control electrodes, e.g. B. 105.
In the circuit, a relay 107 is actuated which, via its normally open contact, switches on the support motor that has to carry out the correction. If there are horizontal accelerations in the longitudinal direction of the tube, then inertial forces act on the queek silver drop, which set it in motion. These forces are proportional to the acceleration, and if the dimensions of the pipes and the damping of the movement in the pipe are chosen correctly so that no turbulence occurs, then the speed of the drop will also be proportional to the inertial forces and thus also to the Be accelerations.
Sehlinger movement of a ship is a periodic phenomenon, and after a complete cycle the speed occurring at a certain point in this cycle will again be the same.
The time integral of the acceleration # over a complete rolling period is therefore zero. The same applies to the time integral of the acceleration proportional inertial forces acting on the drop and also to the time integral of the speed of the drop over a complete cycle.
This means that the drop returns to the same position after a complete cycle. This train of thought is correct for both symmetrical and asymmetrical vibrations, because asymmetrical vibrations are also periodic, so that the same reading speed can be expected after a complete cycle.
With both symmetrical and asymmetrical vibrations, the queek silver drop will therefore periodically move back and forth between two points over a path of constant length under the influence of the horizontal accelerations. The device has an integrating effect, in which the queek silver drop integrates the horizontal accelerations according to time through its movement and expresses the integral as the distance covered.
Because the device is designed in such a way that the Queek silver drop will never reach the end of its path under the influence of the horizontal accelerations, the integrating effect is not disturbed. As a result of the to-and-fro movement of the mercury drop, the relays R107 and R108 are alternately energized, so that the support motor is switched on alternately in opposite directions.
The times during which the oppositely directed moments act on the top can be unequal, either due to accidental causes connected with the way in which the oscillations began, or due to an asymmetry of the visual oscillations.
The gyro is then rotated from its correct position by the correction device, but the deviation that can result from this cannot be much larger than half of the small angle 4. As soon as the deviation becomes larger, it is superimposed sicle of the to-and-fro movement of the mercury drop is a steady movement in the longitudinal direction of the tubes, which is caused by the component of gravity which, if the positional deviation is greater than 1/2 N, moves the drop in the direction towards one of the ends of the R # hre drives.
The path over which the queek silver drop moves back and forth as a result of the horizontal accelerations is then shifted in the direction of the downwardly moving end of the tube, because the damping limits the back and forth motion of the mercury drop to a fairly short path This shift can become so large in a short time that there is a noticeable difference in the opposite sense between the closing times of the circuits via the electrodes 105 and 106.
The top is then turned back into the correct position; during this rectifying movement, the path over which the drop moves back and forth shifts to a position which is symmetrical with respect to the kink. It would even be possible that the drop of mercury, without the deviation becoming noticeably larger than the small angle 1 / 2fl, would move back and forth within a short time in the downward-facing part of the tube, so that only one circuit # is closed via one of the control electrodes, while the circuit can no longer be closed via the other control electrode.
A similar consideration is valid if the positional deviation of the gyro results from another cause, such as a lack of equilibrium, the rotation of the earth, or the bearing friction. As soon as the value of the deviation exceeds the small angle 1/2 fi, the moment of the support motor for bringing about a corrective movement or removing the moment of imbalance or a similar moment is set within a short time during most of a complete rolling period be available.
In order to compensate for such a moment causing a deviation, it is by no means necessary that the tube has a noticeable incline in relation to the horizontal position, because even if part of the tube is only slightly inclined downwards, the drop of mercury will continue to move at the end of this pipe part, so that finally the limited back and forth movement of the drop under the influence of the horizontal accelerations is no longer able to cause the switching state to be reversed.
2 shows a second exemplary embodiment. of a device according to the invention, namely a vial-like embodiment. In a tube 201, which is slightly bent in the middle, there is a liquid 205 and a gas bubble or e. in a vacuum 206. The viscosity of the liquid and the passage between the gas bubble or the vacuum and the wall of the pipes are chosen so that the bubble or the vacuum cannot move too quickly and, under the influence of the horizontal accelerations, the end of the Cannot reach tube.
The movement of the bubble then has the same integrating character as the movement of the queek silver drop in the embodiment already described. The damping fluid is electrically conductive and is always in contact with an electrode 202 which is connected to one terminal of a power source. There are also two control electrodes 203 and 204 in the wall of the tube. The positions of these electrodes and the dimensions of the bladder are selected so that the bladder separates the two electrodes from the liquid when the bladder is in the middle position Near the kink.
The circuits # via these electrodes and the relays R207 and B208 are then interrupted. The tube is on the rotor arm or the gimbal ring of a gyroscope in such a position that it is perpendicular to the axis about which a positional deviation must be determined, and the bladder 206 is in the middle position in which it opens both control circuits, when the top is in the correct position in relation to the true perpendicular.
If the top deviates from its correct position, then as soon as one end of the tubes is inclined upwards, the bubble will move towards this end and the control electrode in the other part of the tube will pass, so that an electrical circuit is created via this electrode through the Liquid and via the common electrode 202 for the relay B207 or B208 is closed.
This relay switches on the support motor in the required direction. If horizontal accelerations occur with a component in the longitudinal direction of the tube, then, as in the case of mercury drop contact, a state can arise in which both circles for the support motor are closed alternately. The bubble is then pushed back and forth along a path of constant length, just like the drop.
If the top still deviates from the correct position, be it as a result of a moment acting on the top, such as a moment, as a result of a lack of equilibrium, be it that the top is not subject to correction due to the occurrence of unsymmetrical vibrations. direction is rotated out of its correct position, then the positional deviation of the top cannot be much larger than half of the small angle B by which the tube is bent.
As soon as the positional deviation is only slightly larger and one half of the tube is only slightly close up, a constant movement of the bubble in the direction of this half is superimposed on the back and forth movement of the bubble. The electrode in the lower half of the tube is then covered by the gas bubble for ever shorter periods of time and finally remains in constant contact with the liquid without the need for the positional deviation to be greater than the deviation that is one of them End of the tube pointing straight up.
The device according to FIG. 2 can also be designed in such a way that the gas bubble in the central position just leaves the two control electrodes in contact with the liquid. The two relay circuits are closed when the top is in the correct position and no horizontal acceleration occurs. The support motor must then be fed via the normally closed contacts of the relays.
The circuit shown in Fig. 2 is designed so that each circuit for
A support motor is fed via a break contact of one relay as well as via a make contact of the other relay, so that the circuit is suitable for both versions of the level contact.
The design in which both electrodes are still in contact with the liquid when the bubble is in the central position has certain advantages in the periods when the top is not exposed to any horizontal accelerations. If the gyro is in the correct position under these circumstances, then both electrical circuits via the electrodes are closed and the support motor is switched off. In general, however, the surfaces via which the electrodes are in contact with the liquid are still of different sizes.
The gas bubble is then displaced by the control electrode, whose contact area with the liquid is the smaller, so that the circuit is completely opened via the other control electrode. It is a fact of experience that the gas bubble moves in the manner described. A satisfactory explanation for this has not yet been found. The support motor is then switched on. During the movement described above, however, the gas bubble moves beyond the position corresponding to the position of the top, and it will move back again and initiate a closure of the current via the second electrode through which the circuit was opened.
First of all, the effective surface with which this electrode is in contact with the liquid is the smaller one, so that the gas bubble is pushed back further, with the torque of the support motor being reversed. As a result of this effect, the gas bubble becomes even if the top is in the correct position and no hori. Zontal accelerations occur, but moved back and forth with a fairly high frequency, so that the support motor is held alternately in one direction and the other.
Because of the integrating effect, the gas bubble in the device described in Fig. 1 has a slight tendency to stick, which makes this device, in the rare case on Sehiffen that no horizontal accelerations occur, somewhat less sensitive than the fast-acting contacts. This tendency is completely canceled out by the above-mentioned effect, so that this device also with
In the absence of horizontal accelerations, it has a high sensitivity for small deviations.
It should be pointed out that it is by no means necessary to bend the tube or to kink it in the middle, especially because the integrating effect is not immediately too great
Displacements of the bladder or drop
Cause. It is clear that a device with straight tubes on very small. e will address positional deviations. On the other hand, such a device has a tendency to instability, and in general a slightly kinked or slightly bent tube is vorzuzie hen.
A kinked tube is also preferable to a bent tube, because in a kinked tube the drop, bubble or space will move under the influence of the visual force even if the position is only slightly greater than the angle at which the tube is bent, will even continue so far that the switching state no longer changes as a result of the to-and-fro movement caused by the horizontal acceleration. In a pipe bent over its entire length, the shift caused by the compo nent of gravity with a small deviation in position is the
Bladder etc. still limited by the size of this deviation.
With the known, quick-reacting correction devices, it is irrelevant how far the drop or the
Bladder itself under the influence of the component of the
Move gravity! gene will. The displacement due to acceleration in any case exceeds the influence of gravity and continued movement of the bubble or the
Droplets under the influence of gravity could alternate in opposite
Do not prevent the support motor from being switched on.
From the above explanations it can be seen that for the device to work properly it is necessary that a steady movement of the bubble or the drop due to the inclination of the tube can be superimposed on the reciprocating movement without the bubble or the Drop reached the end of the tubes.
From these explanations it also follows that neither when moving under the influence of horizontal accelerations nor when moving under the influence of the inclination of the tube, a condition should arise in which the support motor is switched off while the bubble or the drop do not see in the central position is located.
Therefore, a switching state that has occurred as a result of the movement of the bubble or the drop in a certain direction out of the central position must not be able to be canceled by a further movement in the same direction. In the device according to FIG. 1, this is achieved by a corresponding construction of the electrodes. In the device according to FIG. 2, the length of the tube, the dimensions of the bladder and the position of the electrodes must be chosen correctly.
3a to 3k show a number of variants of exemplary embodiments. In the device according to FIGS. 3a and 3b there is an electrically good conductive drop in a poorly conductive damping liquid, the specific weight of which is lower than that of the drop. The tube must be bent or bent downwards so that the device works stably. The drop is always in contact with a central electrode and, moreover, in all positions, with the exception of the position within very small areas, in contact with one of the control electrodes.
In the example of FIG. 3a the drop is in contact with a control electrode in this small area, in the example of FIG. 3b the drop is in contact with both control electrodes in this area. In the exemplary embodiments of FIGS. 3c and 3d, there is an electrically poorly conductive drop in a better conductive damping liquid, the specific weight of which is lower than that of the drop. The tube is slightly bent or kinked in the middle and has three electrodes, a central electrode that is continuously in contact with the damping fluid, and two control electrodes. In the example of FIG. 3c, the drop separates both control electrodes from the damping liquid in its layers within a narrow area.
In all other positions the drop separates only one electrode from the damping liquid. In the example of FIG. 3 (Z, the drop, when it is located in a narrow, central area, releases both control electrodes so that they are in contact with the damping liquid. In all other layers, the drop separates one of the The examples of FIGS. 3e, 3f, 3g and 3h correspond to the examples shown in the first four figures, but in these embodiments the drop has a lower specific gravity than the damping liquid; or instead of a drop, a gas bubble or a vacuum is used.
In this case, the tube must be bent or kinked upwards. In the embodiments of FIGS. 3i and 31c, the drop 6 or the bubble moves along a series of electrodes which are so far apart that the drop or bubble bridges at least two and sometimes three electrodes. In the example of FIG. 3z, the electrodes on both sides of the central electrode are connected to one another via series-connected impedances which are symmetrical with respect to the central electrode. In the example of FIG. 3k, the electrodes are alternately connected to the central electrode, either directly or via an impedance.
If the drop or bubble is in the central position, then the circuits across the electrodes and impedances are symmetrical with respect to the central electrode and have the same impedance. If the drop or the bubble is not in the aluminum position, then the two circuits emanating from the middle electrode are of unequal impedance. These two circuits are connected in a bridge or a diflerential circuit and in this way control the support motor.
With regard to the relative electrical conductivities and the specific weights of droplets and damping fluid, one can think of the same variants that are discussed with reference to FIGS. 3a to 3h inclusive, but on the condition that in the embodiment of FIG must have lower conductivity.
If an aircraft or vehicle equipped with a gyroscope with one of the described correction devices is moving in a curve, the correction device will work incorrectly. The centrifugal forces influence the contact device that is perpendicular to the ship's longitudinal axis. This Vorriclitimg then sees the support motor, even if the gyro carrier is in the correct position; as a result, a moment is exerted on the top which turns it out of its correct position.
The correction device, which monitors the position around the ship's longitudinal axis, is therefore mostly put out of operation while driving in a curve.
This is controlled by a device that detects the journey in a curve. This measure is sufficient for rapidly reacting correction devices. Although the drop is in contact with the mercury drop when cornering at the end of the tubes, if the gyro is in the correct position, it immediately returns to its central position when the corner is finished. However, there may be other inconveniences in the integrating corrector.
The drop, the bubble or the space only moves sluggishly due to the damping and therefore does not return to the central position immediately after the end of the curve travel, so that the support motor is switched on immediately when the end of the curve travel has been determined. and temporarily exerts a false moment on the top that puts it out of position. 4 shows a device with which this disadvantage can be eliminated. In this figure, 403 is the tubular element which controls the correction t of the ship's longitudinal axis.
It is suspended by means of a pendulum 401 on a part stabilized by the top, which can also be the top support or the cardan ring.
During normal operation, the pendulum is locked by means of a locking device 405 in such a position with the part carrying the pendulum that a correct control of the correction takes place. As soon as travel begins in a curve, rule 405 is released by an electromagnet and the pendulum is released to adjust to the apparent perpendicular. The drop or the bubble is then no longer driven outwards by the centrifugal forces and remains in the central position. As soon as it is determined that cornering has ended, the arm 404 is first moved down by an electromagnet.
The arm then brings the pendulum back into the central position by means of a fork which grips a pin attached to the pendulum, if it has not yet reached this position. Then the excitation circuit of the electromagnet of the bolt 405 is interrupted and the pendulum is locked again in the correct position with respect to the part carrying it.