Kreiselkompass
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompass.
Obwohl Kreiselkompasse mit drei Freiheitsgraden weit verbreitet sind und zuverlässige Geräte zur Ausnützung der räumlichen Stabilität eines hochtourigen Kreiselrotors mit grossen Massenkräften darstellen, werden in zunehmendem Masse auch verhältnismässig komplizierte Anordnungen von Einachs Kreiselkompassen (zwei Freiheitsgrade) verwendet, um die höheren Empfindlichkeiten und Genauigkeiten gewährleisten zu können, die bei manchen Steuerund Stabilisierungsaufgaben gefordert werden.
Im Gegensatz zur üblichen, mit allseitig wirksamer Kardanaufhängung versehenen Bauart weist ein Einachs Kreiselkompass nur eine einzige schwenkbar gelagerte Tragachse ausser der Kreiselachse auf, wobei Tragund Kreiselachse senkrecht zueinander angeordnet sind, und die Tatsache ausgenützt wird, dass eine Winkelbewegung um eine dritte, zu den beiden genannten etwa senkrecht orientierte Achse eine Präzessionsbewegung um die Tragachse hervorruft. Die Bewegungen eines Flugkörpers, etwa einer Rakete, um mehrere Bezugsachsen werden dann durch eine entsprechende Anzahl von Einachs-Kreiselkompassen erfasst, wobei normalerweise je ein Kompass jeder Bezugsachse zugeordnet ist.
Bei gewissen Ausführungen solcher Einachs-Kreiselkompasse ist eine Federgegenkraft an der Tragachse üblich, die einer Präzessionsverdrehung entgegenwirkt, so dass der sich ergebende Drehwinkel der Tragachse die Drehgeschwindigkeit um die zur Tragund Kreiselachse senkrechte Achse wiedergibt. Gewöhnlich werden derartige Einachs-Kreiselkompasse aber mit einem elektrischen Fühlorgan für die Feststellung der Winkelauslenkung versehen, das entsprechende Signale einem Servogerät zuführt, das seinerseits eine Verstellung der Trageinrichtung bewirkt, bis die ursprüngliche Winkelverstellung kompensiert ist. Beispiele für mit solchen Kreiselkompassen ausgerüstete und durch deren Servogeräte mit zugehörigen Mechanismen räumlich stabilisierte Einrichtungen sind Flugzeuge, Raketen, Geschütztürme sowie optische und Radar-Richtgeräte.
Bei derartigen Einrich -tungen müssen die Servogeräte rasch und fehlerfrei ansprechen; andernfalls bewirkt das Federdrehmoment die Rückstellung des Kreisels-in seine ursprüngliche Lage auch ohne das Servogerät, so dass dieses nicht in der Lage ist, die erforderliche Korrektur in voller Grösse auszuführen. Infolge solcher momentaner Fehler des Servogerätes nimmt das von ihm gesteuerte Gebilde eine falsche Lage ein, wodurch bleibende und nicht vorhersehbare Fehler entstehen, da das Servogerät auf die infolge der Federwirkung verlorengegangenen Richtsignale nicht ansprechen kann. Ferner sind die sehr kritischen Federeigenschaften und Justierungen ein Nachteil dieser Bauarten.
Es wurden Anstrengungen gemacht, diese Unzulänglichkeiten auf elektronischem Wege zu korrigieren, was aber zu schwierigen Problemen bezüglich Erzeugung und Vereinigung entsprechender elektrischer Signale geführt hat, falls kein Verlust an Genauigkeit in Kauf genommen wird. Es hat sich gezeigt, dass der erforderliche Speicher zur Integration von Kreiselsignalen vorzugsweise im Kreiskompassgerät selbst untergebracht werden sollte, und zwar unter Verzicht der Federrückstellung und Verwendung eines viskosen Bremsmediums, das einer Präzessionsbewegung um die Tragachse entgegenwirkt, aber kein Rückstelldrehmoment, wie bei Verwendung einer Feder, bewirkt. Bei einer derartigen Anordnung wird eine abgedichtete Kammer verwendet, welche den Kreiselrotoraufbau umschliesst und allseits von einer viskosen Flüssigkeit umgeben ist, die den Raum zwischen der Kammer und einem äussern
Gehäuse ausfüllt.
Die viskose Flüssigkeit dient als
Bremsmedium gegenüber einer Präzessionsverdrehung der Tragachse, so dass die Winkelverstellung dersel ben proportional ist der Drehgeschwindigkeit um eine sowohl zur Trag- wie auch zur Kreiselachse senkrechte Achse. Unter statischen Bedingungen wird seitens der Flüssigkeit kein Rückstelldrehmoment ausgeübt, womit der Hauptnachteil einer Bauart mit
Feder vermieden ist. Ferner vermindert der Auftrieb in der Flüssigkeit die Belastung der Lager für die Tragachse, und auch die Reibung und Stossempfindlichkeit wird stark vermindert.
Die flüssigkeitsgebremsten Kreiselkompassgeräte sind nicht ohne Nachteile, und zwar ist einer der hauptsächlichsten die unerwünschte Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen. Innerhalb des für ein einwandfreies Arbeiten von Kreiselkompassen zu garantierenden Temperaturbereiches ändert sich die Dichte der viskosen Flüssigkeit derart stark, dass die den Rotor umschliessende Hohlkammer merklich unterschiedliche Belastungen der Tragachsenlager ergibt. Die dabei zu erwartenden Unterschiede der Lagerreibung bewirken eine verschieden starke Bremsung der Tragachse, da die Bremsung sich aus dieser Reibung und der Flüssigkeitsreibung zusammensetzt. Dazu kommt, dass durch die Temperaturänderungen auch die Viskosität des Bremsmediums stark variiert, was dessen Bremswirkung beeinflusst und bedeutende Fehler der Betriebseigenschaften des Kreiselkompasses zur Folge hat.
Diese nachteiligen Eigenschaften können durch eine dauernde Temperaturregelung des Kreiselkompasses beseitigt werden, beispielsweise mittels elektrischer Heizelemente, aber damit werden die bisherigen Nachteile nur bei einem grösseren Leistungsverbrauch der Kreiselkompasse überwindbar, wobei überdies stark vergrösserte Anwärm- und Einschaltzeiten notwendig und zusätzliche Schaltelemente für die genaue Temperaturregung erforderlich sind.
Demgegenüber soll durch die vorliegende Erfindung ein verbesserter Einachs-Kreiselkompass höchster Präzision und Robustheit, dessen Wirkungsweise durch Temperaturänderungen unbeeinflusst ist, geschaffen werden.
Gemäss einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung soll ein Kreiselrotoraufbau innerhalb eines dicht abgeschlossenen Behälters, und eine schwenkbar gelagerte, senkrecht zur Kreiseldrehachse verlaufende Tragwelle vorgesehen und in einem geschlossenen äussern Gehäuse angeordnet werden. Der Raum zwischen dem dichten Behälter und dem äussern Gehäuse kann mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, die auch bei der vorkommenden tiefsten Temperatur eine sehr geringe Zähigkeit aufweisen soll, wobei der Behälter keine merklichen Oberflächenunregelmässigkeiten, welche eine Erhöhung der Bremswirkung zur Folge haben könnten, aufweisen soll. Auf diese Weise ist die Flüssigkeitsbremsung von vornherein auf einen allzeit vernachlässigbar kleinen Wert reduziert, und die Flüssigkeit dient hier nur dem Auftrieb des Behälters und der von diesem getragenen Teile.
Vorzugsweise sollte der Behälter derart dimensioniert und die Flüssigkeit so ausgewählt werden, dass bei der normalen Betriebstemperatur die Auftriebskraft des Behälters gleich dem Gewicht aller an der Tragwelle befestigten Teile des Gerätes ist. Diese Schwimmeranordnung vermindert nicht nur die Stossbeanspruchung, sondern auch die normale Belastung der Tragachse auf einen so geringen Wert, dass dieselbe ohne weiteres durch ein magnetisches Schwebelager getragen werden kann.
Eine solche magnetische Schwebelagerung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil durch dieselbe zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen eine reibende Berührung vermieden wird, wobei dieselben sogar eine gewisse Radialbewegung gegeneinander ausführen können, wenn die Auftriebskraft und damit die Belastung der Tragachse infolge temperaturbedingter Dichteänderungen variiert, ohne dass dabei eine Reibungskraft auf die Tragachse ausgeübt werden kann. Demgemäss kann auch die Lagerreibung keinen Betrag zur Bremsung der Tragachse liefern, womit diese unerwünschte schwankende Grösse eliminiert werden soll. Die der Präzession des Kreiselkompasses entgegenwirkende Bremskraft kann dann durch eine magnetische Dämpfungsanordnung erzielt werden, etwa durch ein Wirbelstrom-Bremsorgan auf der beweglichen Tragachse und durch am äussern Gehäuse angebrachten Permanentmagneten.
Eine solche magnetische Bremsanordnung dürfte weitgehend unempfindlich gegen Temperaturschwankungen sein.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 4 der Zeichnung näher beschrieben. Von diesen zeigt:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Einachs-Kreiselkompasses,
Fig. 2 konstruktive Einzelheiten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Einachs-Kreiselkompassgerätes,
Fig. 3 ein magnetisches Schwebelager zur Verwendung bei einem Einachs-Kreiselkompass.
Eine Anordnung zur Verwirklichung des vorliegenden Konstruktionsprinzips zeigt Fig. 1, bestehend aus einem zylindrischen, äussern Gehäuse 1 und einem dichten Behälter 2, der von den längs der Horizontalachse 3-3 sich erstreckenden Wellenstümpfen 4 und 5 getragen ist. Wie weiter unten noch ausführlich beschrieben wird, ist für die Wellenstümpfe 4 und 5 im Gehäuse 1 seitens der magnetischen Schwebelager 6 und 7 eine schwebende Radiallagerung vorgesehen, wobei das axiale Spiel durch die stirnseitigen Drucklager 8 begrenzt ist. Im Raum zwischen dem dichten Behälter 2 und dem äussern Gehäuse 1 befindet sich eine Flüssigkeit 9 geringster Zähigkeit, die auf die Dimensionen des Behälters 2 derart abgestimmt ist, dass dessen Auftriebskraft weitgehend gleich dem Gewicht des Behälters 2 und aller mit ihm verbundener Teile ist.
Hierfür geeignete Flüssigkeiten sind beispielsweise Perfluorotributylamin und Pentadecafluorotributylamin. Innerhalb des Behälters 2 ist ein Kreiselrotor 10 angeordnet, der infolge eines von der Stromquelle 12 gespeisten elektrischen Antriebes, mit hoher Drehzahl um die Kreiselachse 11-11 rotiert. Der Ring 13 und der Rahmen 14 bilden die Halterung für die Welle des Kreiselrotors und die Antriebsmittel. Die Bremsung einer Drehbewegung um die Achse 3-3 erfolgt mittels einer Wirbelstrom-Dämpfungsvorrichtung, bestehend aus dem becherförmigen leitenden Organ 15, das am Behälter 2 angebracht ist, und einem aus dem innern und äussern ringförmigen Permanentmagneten 16 bzw. 17, der am äussern Gehäuse 1 befestigt ist.
Das becherförmige Bremsorgan 15 ragt in den Spalt 18 zwischen den Ringmagneten 16 und 17, wo es von dem dort herrschenden starken Magnetfeld durchsetzt wird und einer Drehbewegung zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kreiselbehälter 2 entgegenwirkt.
Der Einachs-Kreiselkompass besitzt ein elektrisches Fühlorgan 19 und einen Drehmomenterzeuger 20, die beide je einen relativ zum Behälter 2 unbeweglichen Rotor und je einen gegenüber dem äussern Gehäuse 1 unbeweglichen Stator besitzen. Der Rotor 21 des Fühlorgans ist auf dem Wellenstumpf 4 befestigt und durch Signale aus der Quelle 22 derart erregt, dass die Phase und Amplitude der im Stator 23 am Gehäuse 1 entstehenden Signale die relative Winkelstellung zwischen Gehäuse 1 und Behälter 2 um die nur einen Freiheitsgrad aufweisende Achse 3-3 kennzeichnen.
Diese Ausgangssignale werden einer geeigneten Steuereinrichtung 24 zugeführt, die vorzugsweise eine kompensierende Verstärkerschaltung aufweist und entsprechende Signale zu einem Auswertegerät 25 liefert, das seinerseits mit Servogeräten und Mechanismen zur Korrektur der Richtung des den Kreiselkompass tragenden Körpers, bis das Signal des Fühlorgans den Wert Null erreicht, versehen ist. Die Steuereinrichtung 24 kann auch zur Lieferung geeigneter Einstellsignale zu dem am Gehäuse 1 befestigten Stator 26 des Drehmomenterzeugers 20 eingerichtet sein, zwecks Verdrehung des mit dem Behälter 2 starr zusammengebauten Rotors 27 in die eine oder andere Richtung um die Achse 3-3, wodurch die Orientierung der Kreiselachse 11-11 falls erforderlich geändert wird.
Erhöht sich die Belastung der Wellenstümpfe 4 und 5 infolge einer Verringerung der Flüssigkeitsdichte bei einer Temperatursteigerung, so erfolgt eine positive, das heisst nach abwärts gerichtete Verschiebung proportional der Belastung. Das Magnetlager liefert die Gegenkraft. Ein Temperaturabfall von der Betriebstemperatur ergibt eine Dichtevergrösserung der Flüssigkeit, eine Vergrösserung des Behälterauftriebes und eine negativ, das heisst nach oben gerichtete Verlagerung der Wellenstümpfe 4 und 5.
Hierdurch liefert wieder das Magnetlager die nötige Gegenkraft. Die Verschiebungen bei - 550 C bzw.
+70"C aus der Mittellage betragen je ungefähr 0,025 mm für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel.
Eine derartige Schwebelagerung ist genügend starr , um bei einem richtigen Betrieb des Kreiselkompasses keine Schwierigkeiten zu bereiten, während anderseits die seitens der Schwebelagerung ausgeübten Drehmomente derart klein und konstant bleiben, dass sie innerhalb des grossen Bereiches der zulässigen Temperaturänderungen vernachlässigbar sind.
In Fig. 1 ist das eine der beiden magnetischen Schwebelager 6 und 7, nämlich das mit 7 bezeichnete, im Schnitt dargestellt. Auf dem Wellenstumpf 5 ist ein magnetisierter Ring 32 angebracht, der in radialer Richtung etwa die gleichen Dimensionen aufweist wie die beidseits angeordneten, in der Büchse 35 des Gehäuses 1 befestigten magnetisierten Ringe 33 und 34. Je ein schmaler Radialspalt trennt den mittleren Ring 32 von den äussern Ringen 33 und 34, so dass zwischen denselben keine reibende Berührung besteht, wobei die permanente Magnetisierung der Ringe eine Anziehung zwischen dem innengelegenen Ring 32 und beiden Aussenringen 33 und 34 bewirkt. Die stirnseitig vorgesehenen Drucklager gewährleisten eine axiale Lage etwa wie in Fig. 1 angedeutet, lassen aber eine geringe radiale Verschiebung zu; eines dieser Drucklager ist mit 8 bezeichnet.
Die erwähnten Anziehungskräfte sind bestrebt, den mittleren Ring auf die Aussenringe ausgerichtet zu halten, was eine radiale Halterung bewirkt, während die Gleichförmigkeit der Magnetisierung der Ringe so gross ist, dass jedes einer Verdrehung entgegenwirkende Drehmoment vermieden ist. Um die Starrheit eines derartigen Schwebelagers zu erhöhen, können weitere entsprechende magnetisierte Ringe in axialer Richtung hintereinander angeordnet werden.
Bei der normalen Betriebstemperatur, bei der die Auftriebskräfte gerade den Behälter 2 samt allen zugehörigen Teilen tragen, lassen die Schwebelager 6 und 7 keine radiale Verlagerung der Wellenstümpfe 4 bzw. 5 zu, so dass die ganze Einrichtung sich im Gleichgewicht befindet. Rotiert der Kreiselrotor 10 mit hoher Drehzahl um die Kreiselachse 11-11, so führt jede Bewegung des ganzen Gerätes um eine zur Kreisel- und zur Tragachse 11-11 bzw. 3-3 senkrechte Drehachse zu charakteristischen Drehmomenten um die Tragachse 3-3, deren Drehsinn von der Drehrichtung der betreffenden Bewegung und vom Drehsinn des Kreiselrotors 10 abhängt. Bei einer Montage an Bord eines Flugzeuges wird beispielsweise das Gerät mit seinen Kreisel- und Tragachsen senkrecht zu der jeweils in bezug auf eine Drehungsbewegung seitens des Flugzeuges zu überprüfende Flugzeugachse angeordnet.
Ohne Vorhandensein einer Gegenkraft bei einer Drehung der Tragwelle um die Achsrichtung 3-3, würde eine Drehbewegung um die betreffende Flugzeugachse eine rasche Präzessionsbewegung der Tragwelle zur Folge haben, bis die Kreiselachse wieder relativ zur betreffenden Flugzeugachse ausgerichtet wäre, oder bis die Präzessionsbewegung durch Anschläge im Gerät gebremst würde. Im praktischen Betrieb sind Kreiselkompassgeräte dieser Art nicht für sehr grosse Präzessionsdrehwinkel eingerichtet, und die Präzessionsbewegung der Tragachse wird vorzugsweise proportional zur Drehgeschwindigkeit um die betreffende Flugzeugachse gemacht, indem eine Bremswirkung durch die oben erwähnte Feder- oder Flüssigkeitswirkung vorgesehen wird.
Die vorliegende Bauart beseitigt die nachteiligen Eigenschaften sowohl der Flüssigkeits- wie auch der Federdämpfung durch Verwendung einer magnetischen Dämpfungsvorrichtung, bestehend aus dem leitenden Zylinder
15 und den mit demselben zusammenwirkenden Permanentmagneten 16 und 17.
Es wurde bereits erwähnt, dass Federdämpfungen vor allem deshalb von Nachteil sind, weil sie ausser der Bremswirkung auf Präzessionsdrehungen der Tragachse auch unerwünschterweise entgegengesetzt gerichtete Drehmomente verursachen, wenn die Präzessionskräfte verschwinden und das zugehörige Servogerät in diesem Moment die Drehbewegung um die betreffende Flugzeugachse noch nicht ausgeglichen hat. Dieser Nachteil ist besonders schwerwiegend, und trotzdem solche Federanordnungen alle Lagerstellen für die Tragwelle entbehrlich machen und zur radialen und axialen Halterung derselben dienen können, ist man bestrebt, derartige Federn zu vermeiden.
Einachs-Kreiselkompasse mit Bremsung durch eine viskose Flüssigkeit bieten beträchtliche Vorteile, obwohl Temperaturschwankungen zu Viskositätsänderungenführen, die andere Dämpfungen ergeben und damit in den durch Winkelauslenkungen um die Tragachse verursachten Signalen zu Fehlern Anlass geben.
Die magnetische Dämpfungseinrichtung nach Fig. 1 besitzt eine vorteilhafte integrierende und nichtelastische Wirkungsweise und ist darüber hinaus weitgehend temperaturabhängig innerhalb des erforderlichen Bereiches von Betriebstemperaturen. Falls eine Temperaturkompensation zur weiteren Genauigkeitssteigerung erwünscht ist, kann dieselbe in bekannter Weise durch fest angeordnete magnetische Nebenschlüsse erzielt werden. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das bewegliche Organ 15 der magnetischen Dämpfungseinrichtung einen sehr leichten leitenden Teil darstellt, der nur ein sehr geringes Mehrgewicht für die Tragwelle bedeutet, während die schweren Magnete am äussern Gehäuse befestigt sind.
Die magnetischen Schwebelager 6 und 7 einerseits und die magnetische Dämpfungseinrichtung anderseits unterstützen sich im Betrieb gegenseitig. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass beide keinerlei Reibung verursachen, also keine Reibungsbremsung auf der Tragachse bewirken können, weder einzeln noch zusammen. Sowohl für die Schwebelagerung wie auch für die magnetische Dämpfung ist ihre schwache Temperaturabhängigkeit charakteristisch. Die reibungsfreie Schwebelagerung ermöglicht, dass die Dämpfung der Drehbewegungen nur seitens der magnetischen Dämpfungseinrichtung ausgeübt wird, die ein ideales Dämpfungsmittel für derartige Einachs Kreiselkompasse bildet; ferner ermöglicht erst die gleichmässige Dämpfungswirkung der magnetischen Dämpfungseinrichtung, auch nach erfolgter Verdrehung, die Verwendung einer magnetischen Schwebelagerung, die ihrerseits geringe radiale Auslenkungen zulässt.
Falls eine wenig zähe Flüssigkeit als Auftriebsmedium für die von den magnetischen Schwebelagern getragenen Teile verwendet wird, so wird auch seitens dieser Flüssigkeit nicht zur Dämpfungswirkung wesentlich beigetragen, womit also Änderungen der Viskosität vernachlässigbar werden, obwohl die Auftriebskräfte der Flüssigkeit die reibungslose magnetische Schwebelagerung unterstützen.
Der von einer Schwenkbewegung um die massgebliche Körperachse herrührenden Präzessionsbewegung um die Tragachse 3-3 wirkt die Dämpfung des leitenden Organs 15 entgegen, die von dem dasselbe durchsetzenden konzentrierten Magnetfeld im Spalt 18 zwischen den permanenten Ringmagneten 16 und 17 herrührt. Dessen ungeachtet ergibt sich aber eine Drehbewegung der Wellenstümpfe 4 und 5 relativ zum Gehäuse 1, und zwar proportional zur Schwenkgeschwindigkeit des tragenden Flugzeuges um die auf den Kreiselkompass wirkende Achse, so dass das Fühlorgan 18 auf die Winkelverstellung anspricht und ein entsprechendes elektrisches Signal zum Steuergerät 24 liefert.
Das Steuergerät 24 seinerseits erzeugt ein Ausgangssignal, das zum Signalauswertegerät 25 gelangt und dort die Verdrehung des Gehäuses 1 um die betreffende Flugzeugachse verursacht, bis die ursprüngliche Schwenkbewegung genau kompensiert ist. Bei einem Flugzeug umfasst das Auswertegerät 25 Servogeräte für Steuerflächen, durch deren Betätigung das Flugzeug die zur Kompensation erforderlichen Bewegungen ausführt. Jede Kursabweichung des Flugzeuges, die zu einem Signal des Fühlorgans führt, erzeugt eine andere und entgegengesetzte Kursabweichung, die das Fühlorgan in seine Nullstellung zurückbringt.
Falls aus irgendeinem Grund das Servosystem augenblicklich an der Ausführung der Lagekorrektur für das Flugzeug verhindert ist, bleibt das Fühlorgansignal unverändert bestehen und zeigt an, dass die Korrektur noch notwendig ist. Auf diese Weise ergibt sich hier eine Integrations- oder Speicherwirkung, wohingegen bei einer Federdämpfung das Fühlorgan bei einem Versagen der Servosteuerung in die Nullstellung zurückkehrt, was zu ernsthaften Fehlern in der Steuerung des betreffenden Flugzeuges Anlass geben kann.
Der Drehmomenterzeuger 20 kann vom Steuergerät 24 erregt werden, um die Kreiselachse 11-11 in die gewünschte Lage zu bringen. Dies kann beispielsweise nach dem erstmaligen Einschalten des Kreiselkompasses vorgenommen werden, oder zur Kompensation der Lageänderung des Flugzeuges beim Trimmen desselben, um die Kreisel- und Tragachsen wieder senkrecht zur zu überwachenden Flugzeugachse einzustellen.
Die Fig. 2 zeigt die Konstruktion eines bevorzug ten Ausführungsbeispiels des Kreiselkompasses, bei welchem das zylindrische äussere Gehäuse aus den Teilen 35 und 36 besteht, die mittels Schrauben 37 und dem Dichtungsring 38 fest und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Das eine Ende des Gehäuseteils 36 ist durch die Kappe 39 abgeschlossen, die mittels des Dichtungsringes 40 gegen den Gehäuseteil 38 abgedichtet ist und durch einen auf denselben aufgeschraubten Gewindering 41 festgehalten wird. Das entgegengesetzte Ende ist durch eine becherartige zylindrische Haube 42 nach aussen abgeschlossen, die auf dem Gehäuseteil 35 festsitzt.
Innerhalb der Haube 42 und geschützt durch dieselbe befindet sich ein Federrohr 43, das am Gehäuseteil 35 festgeschraubt und abgedichtet ist, wodurch eine vollständig abgeschlossene Kammer entsteht. Innerhalb dieser Kammer befindet sich ein flüssigkeitsdichter Kreiselbehälter, der gebildet ist durch die Schale 48 und die Endplatten 46 und 47, an denen die beiden Wellenstümpfe 44 bzw. 45 längs einer gemeinsamen Achse, welche die einzige drehbare Tragachse des Kreiselkompasses bildet, angebracht sind. Die Kreiselrotorhälften 49 und 50 rotieren im Betrieb innerhalb des Behälters mit hoher Drehzahl um die Kreiselachse 51-51, wobei die Halterung für die Rotorhälften und den elektrischen Rotorantrieb aus dem zwischen den beiden Endplatten 46 und 47 sich erstreckenden Rahmen 52 gebildet wird.
Der flüssigkeitsdichte Behälter für die Rotorhälften 49 und 50 ist derart dimensioniert, dass seine Auftriebskraft bei vollständigem Eintauchen in eine wenig zähe Flüssigkeit 53 innerhalb der abgedichteten Kammer, gerade das Gewicht aller mit dem Behälter zusammenhängender Teile aufhebt, wobei die flüssigkeitsgefüllte Kammer durch das Federrohr 43, die Gehäuseteile 35 und 36 sowie die Endkappe 39 gebildet wird.
Eine Axialbewegung der Wellenstümpfe 44 und 45 ist durch die Fläche von Stirnlagerplatten begrenzt, von denen in Fig. 2 die mit 54 bezeichnete sichtbar ist, welche Stirnlagerplatten sich in Endträgern 55 bzw.
56 befinden, welche ihrerseits an den Gehäuseteilen 35 bzw. 36 befestigt sind. Vorzugsweise besitzen die Wellenstümpfe 44 und 45 stiftartige Endfortsätze, von denen der mit 57 bezeichnete sichtbar ist, die auf den Stirnlagerplatten, etwa 54, aufsitzen, ohne dabei eine merkliche Reibung bei einer Drehung der Wellenstümpfe 44 und 45 zu bewirken. Die magnetischen Schwebelagereinheiten 58 und 59 sind ebenfalls an den Gehäuseteilen 35 bzw. 36 befestigt und ermöglichen eine reibungsfreie Lagerung der Wellenstümpfe 44 und 45, wobei Kugellager üblicher Bauart, von denen das mit 60 bezeichnete sichtbar ist, zum Auffangen und zur Halterung der Wellenstümpfe 44 und 45 dienen, falls bei heftigen Stosskräften oder grösseren Störungen die magnetischen Schwebelager zur vollständigen Halterung nicht mehr ausreichen. So wird eine Beschädigung vermieden.
Als leichtes Dämpfungsorgan ist ein leitender Zylinder 61 am Wellenstumpf 45 befestigt und ragt in den ringförmigen Spalt zwischen den konzentrisch angeordneten, am Gehäuseteil 36 angebrachten Magneten 62 und 63. Da der in Fig. 2 dargestellte Schnitt zwischen die Radialpolschuhe dieser Magnete hindurchgelegt ist, erscheint der Spalt zwischen beiden Magneten breiter.
Das dargestellte Fühlorgan besteht hier aus einem Rotor 64 aus magnetischem Material, der auf dem Wellenstumpf 44 festsitzt, sowie aus einem Statorkern 65 mit Erreger- und Ausgangswicklungen 66.
Der Kern 65 ist angebracht am Gehäuseteil 35. Derartige Fühlorgane oder Geber mit drehwinkelabhängiger Impedanz und unbewickeltem Rotor sind in der Fernsteuertechnik bekannt. Ein Drehmomenterzeuger zur Verdrehung der Tragwelle ist ebenfalls von bekannter Bauart und besteht aus dem unbewickelten Rotor 67 und einem am Gehäuseteil 35 befestigten Statorkern 68 mit der Wicklung 69. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 67 jenseits des Endträgers 55 angeordnet, was durch einen Kupplungsteil 70 ermöglicht wird, der die zentral gelegene Büchse des Endträgers 55 umschliesst.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten magnetischen Schwebelagers, etwa des mit 55 in Fig. 2 bezeichneten Lagers. Es besteht aus drei ringförmigen Permanentmagneten 71, 72 und 73, die gleichachsig angeordnet und in axialer Richtung permanent magnetisiert sind. Der mittlere Ringmagnet 72 ist auf dem Wellenstumpf 45 befestigt, während die in geringem Abstand beidseits angeordneten Ringmagnete 71 und 73 an der Aussenhülse 74 starr angebracht sind. Die einander zugekehrten Flächen der Magnete sind mit Polschuhen 75 aus magnetisierbarem Material versehen, durch deren Formgebung eine konstante Magnetfeldstärke rings um die ringförmigen Polränder 76 gewährleistet wird.
Es besteht aber ein enger Spalt 77 zwischen den einander zugekehrten Polrändern 76, so dass keine eine Reibung verursachende Berührung zwischen dem auf dem Wellenstumpf 45 befindlichen, und den an der Hülse 74 angebrachten Magnetringen auftreten kann.
Die Magnetringe sind derart angeordnet, dass beidseits jedes Spaltes 77 entgegengesetzte Pole sich befinden, so dass in jedem Spalt 77 eine Anziehung der einander zugekehrten Polränder stattfindet. Dementsprechend sind die schmalen Polränder 76 bestrebt, sich in radialer Richtung aufeinander auszurichten, was eine starre Schwebelagerung ergibt, falls andere Mittel zur Verhinderung einer Axialbewegung vorhanden sind.
Obwohl die vorliegende Kreiselkompassbauart in einer bevorzugten Ausführung die in einer wenig zähen Flüssigkeit auftretenden Auftriebskräfte ausnützt, besteht auch die Möglichkeit, hierauf zu verzichten und eine magnetische Schwebelagerung grö sserer Starrheit sowie einen leichteren Aufbau der auf der Tragachse befindlichen Teile zu verwenden. Eine solche Ausführungsform kann in einem Kleinkreiselkompass mit Wellenstümpfen, einem Fühlorganrotor und einem Rotor für den Dreh- momenterzeuger in Leichtbauweise verwirklicht wer den, wobei eine magnetische Schwebelagerung aus einer grösseren Anzahl axial hintereinander angeordneter Magnete vorgesehen wird. Die magnetische Dämpfung trägt nur wenig zum Gesamtgewicht bei, da dessen leitendes Organ aus Aluminium oder anderem Leichtmetall bestehen kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass das leitende Organ der magnetischen Dämpfungseinrichtung auch scheibenförmige oder andere Gestalt besitzen kann, und mit Elektromagneten anstelle der angegebenen Permanentmagnete zusammenwirken kann.