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.
Gyrocompass
The present invention relates to a gyrocompass.
Although gyrocompasses with three degrees of freedom are widespread and represent reliable devices for utilizing the spatial stability of a high-speed gyro rotor with large inertial forces, relatively complex arrangements of single-axis gyrocompasses (two degrees of freedom) are also increasingly being used in order to be able to guarantee higher sensitivities and accuracies that are required for some control and stabilization tasks.
In contrast to the usual design with universal gimbal suspension, a single-axis gyrocompass has only a single pivoting support axis apart from the gyro axis, the support and gyro axis being arranged perpendicular to one another, and the fact that an angular movement around a third, to the two, is used called approximately perpendicular axis causes a precession movement around the support axis. The movements of a missile, such as a rocket, about several reference axes are then recorded by a corresponding number of single-axis gyro compasses, one compass normally being assigned to each reference axis.
In certain designs of such single-axis gyro compasses, a spring counterforce on the support axis is common, which counteracts a precession rotation, so that the resulting angle of rotation of the support axis reflects the speed of rotation about the axis perpendicular to the support and gyro axis. However, such single-axis gyrocompasses are usually provided with an electrical sensor element for determining the angular deflection, which feeds the corresponding signals to a servo device, which in turn effects an adjustment of the support device until the original angular adjustment is compensated. Examples of devices equipped with such gyrocompasses and spatially stabilized by their servo devices with associated mechanisms are aircraft, rockets, turrets, and optical and radar aiming devices.
In such devices, the servo devices must respond quickly and without errors; otherwise the spring torque causes the gyro to return to its original position even without the servo device, so that the latter is not able to carry out the required correction in full size. As a result of such momentary errors in the servo device, the structure it controls assumes a wrong position, which causes permanent and unforeseeable errors, since the servo device cannot respond to the directional signals lost as a result of the spring action. Furthermore, the very critical spring properties and adjustments are a disadvantage of these types.
Efforts have been made to correct these deficiencies electronically, but this has led to difficult problems relating to the generation and combination of corresponding electrical signals if no loss of accuracy is accepted. It has been shown that the memory required for integrating gyro signals should preferably be accommodated in the circular compass device itself, dispensing with the spring return and using a viscous braking medium that counteracts a precession movement around the support axis, but no restoring torque, as when using a spring , causes. In such an arrangement, a sealed chamber is used which encloses the gyro rotor structure and is surrounded on all sides by a viscous liquid which outer the space between the chamber and a
Housing fills.
The viscous liquid serves as a
Braking medium against a precessional rotation of the support axis, so that the angular adjustment is proportional to the rotational speed around an axis perpendicular to both the support and the gyro axis. Under static conditions no restoring torque is exerted by the liquid, which is the main disadvantage of a design with
Spring is avoided. Furthermore, the buoyancy in the liquid reduces the load on the bearings for the support axle, and the friction and impact sensitivity are also greatly reduced.
The liquid braked gyrocompass devices are not without their drawbacks, one of the major being the undesirable sensitivity to temperature changes. Within the temperature range to be guaranteed for proper functioning of gyro compasses, the density of the viscous liquid changes so strongly that the hollow chamber surrounding the rotor results in noticeably different loads on the support axle bearings. The expected differences in bearing friction result in different strengths of braking of the support axis, since braking is made up of this friction and fluid friction. In addition, the temperature changes also cause the viscosity of the braking medium to vary greatly, which influences its braking effect and results in significant errors in the operating properties of the gyro compass.
These disadvantageous properties can be eliminated by continuously regulating the temperature of the gyro compass, for example by means of electrical heating elements, but this means that the previous disadvantages can only be overcome if the gyrocompasses have a higher power consumption, with greatly increased warm-up and switch-on times being necessary and additional switching elements required for precise temperature excitation are.
In contrast, the present invention is intended to create an improved single-axis gyro compass of the highest precision and robustness, the mode of operation of which is unaffected by temperature changes.
According to a possible embodiment of the invention, a gyro rotor structure is to be provided within a tightly sealed container and a pivotably mounted support shaft extending perpendicular to the axis of rotation of the gyroscope and arranged in a closed outer housing. The space between the tight container and the outer housing can be filled with a liquid that should have a very low viscosity even at the lowest temperature that occurs, whereby the container should not have any noticeable surface irregularities that could increase the braking effect . In this way, the liquid braking is reduced from the outset to a negligibly small value at all times, and the liquid here only serves to lift the container and the parts carried by it.
The container should preferably be dimensioned and the liquid selected so that at the normal operating temperature the buoyancy force of the container is equal to the weight of all parts of the device attached to the support shaft. This float arrangement not only reduces the impact stress, but also the normal load on the support axis to such a low value that the same can easily be carried by a magnetic floating bearing.
Such a magnetic floating bearing is particularly advantageous because it avoids frictional contact between the parts that are movable relative to one another, whereby the same can even execute a certain radial movement against one another if the buoyancy force and thus the load on the support axle varies as a result of temperature-related changes in density without a frictional force can be exerted on the support shaft. Accordingly, the bearing friction cannot provide any amount for braking the support axis, which is intended to eliminate this undesirable fluctuating variable. The braking force counteracting the precession of the gyro compass can then be achieved by a magnetic damping arrangement, for example by an eddy current braking element on the movable support shaft and by permanent magnets attached to the outer housing.
Such a magnetic brake arrangement should be largely insensitive to temperature fluctuations.
The invention is described in more detail below in some exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 to 4 of the drawing. Of these shows:
1 shows a partially sectioned side view of an embodiment of a single-axis gyro compass according to the invention,
2 construction details of a preferred embodiment of a single-axis gyro compass device according to the invention,
3 shows a magnetic levitation bearing for use in a single-axis gyro compass.
An arrangement for realizing the present construction principle is shown in FIG. 1, consisting of a cylindrical, outer housing 1 and a tight container 2 which is supported by the stub shafts 4 and 5 extending along the horizontal axis 3-3. As will be described in detail further below, a floating radial bearing is provided for the stub shafts 4 and 5 in the housing 1 on the part of the magnetic floating bearings 6 and 7, the axial play being limited by the thrust bearings 8 on the end face. In the space between the tight container 2 and the outer housing 1 there is a liquid 9 of the lowest viscosity, which is matched to the dimensions of the container 2 in such a way that its buoyancy force is largely equal to the weight of the container 2 and all parts connected to it.
Liquids suitable for this purpose are, for example, perfluorotributylamine and pentadecafluorotributylamine. A gyro rotor 10 is arranged inside the container 2 and rotates at high speed around the gyro axis 11-11 as a result of an electric drive fed by the power source 12. The ring 13 and the frame 14 form the holder for the shaft of the gyro rotor and the drive means. The braking of a rotary movement about the axis 3-3 is carried out by means of an eddy current damping device, consisting of the cup-shaped conductive member 15, which is attached to the container 2, and one of the inner and outer ring-shaped permanent magnets 16 or 17, which are attached to the outer housing 1 is attached.
The cup-shaped braking element 15 protrudes into the gap 18 between the ring magnets 16 and 17, where it is penetrated by the strong magnetic field prevailing there and counteracts a rotary movement between the housing 1 and the centrifugal container 2.
The single-axis gyro compass has an electrical sensing element 19 and a torque generator 20, each of which has a rotor that is immovable relative to the container 2 and a stator that is immovable relative to the outer housing 1. The rotor 21 of the sensing element is attached to the stub shaft 4 and excited by signals from the source 22 in such a way that the phase and amplitude of the signals generated in the stator 23 on the housing 1 change the relative angular position between the housing 1 and the container 2 by only one degree of freedom Mark axis 3-3.
These output signals are fed to a suitable control device 24, which preferably has a compensating amplifier circuit and delivers corresponding signals to an evaluation device 25, which in turn is equipped with servo devices and mechanisms for correcting the direction of the body carrying the gyro compass until the signal from the sensing element reaches the value zero, is provided. The control device 24 can also be set up to supply suitable setting signals to the stator 26 of the torque generator 20, which is attached to the housing 1, for the purpose of rotating the rotor 27, which is rigidly assembled with the container 2, in one direction or the other about the axis 3-3, whereby the orientation the gyro axis 11-11 is changed if necessary.
If the load on the stub shafts 4 and 5 increases as a result of a decrease in the liquid density with an increase in temperature, there is a positive, that is, downward displacement proportional to the load. The magnetic bearing provides the counterforce. A temperature drop from the operating temperature results in an increase in the density of the liquid, an increase in the buoyancy in the container and a negative, that is to say upward displacement of the stub shafts 4 and 5.
As a result, the magnetic bearing again provides the necessary counterforce. The shifts at - 550 C resp.
+70 "C from the central position are each approximately 0.025 mm for a specific embodiment.
Such a floating bearing is sufficiently rigid that it does not cause any difficulties in correct operation of the gyro compass, while on the other hand the torques exerted by the floating bearing remain so small and constant that they are negligible within the large range of permissible temperature changes.
In Fig. 1, one of the two magnetic levitation bearings 6 and 7, namely the one labeled 7, is shown in section. A magnetized ring 32 is attached to the stub shaft 5, which has approximately the same dimensions in the radial direction as the magnetized rings 33 and 34, which are arranged on both sides and fastened in the sleeve 35 of the housing 1. A narrow radial gap separates the middle ring 32 from the outer rings 33 and 34, so that there is no frictional contact between them, the permanent magnetization of the rings causing an attraction between the inner ring 32 and both outer rings 33 and 34. The thrust bearings provided on the end face ensure an axial position roughly as indicated in FIG. 1, but allow a slight radial displacement; one of these thrust bearings is labeled 8.
The attraction forces mentioned strive to keep the middle ring aligned with the outer rings, which causes a radial retention, while the uniformity of the magnetization of the rings is so great that any torque counteracting rotation is avoided. In order to increase the rigidity of such a floating bearing, further corresponding magnetized rings can be arranged one behind the other in the axial direction.
At the normal operating temperature, at which the buoyancy forces are just carrying the container 2 and all associated parts, the floating bearings 6 and 7 do not allow any radial displacement of the stub shafts 4 and 5, so that the entire device is in equilibrium. If the gyro rotor 10 rotates at high speed around the gyro axis 11-11, every movement of the entire device about an axis of rotation perpendicular to the gyro and the support axis 11-11 or 3-3 leads to characteristic torques about the support axis 3-3, the Direction of rotation depends on the direction of rotation of the movement in question and on the direction of rotation of the gyro rotor 10. When mounted on board an aircraft, for example, the device is arranged with its gyro and support axes perpendicular to the aircraft axis to be checked with respect to a rotational movement on the part of the aircraft.
Without the presence of a counterforce when the support shaft rotates about the axis direction 3-3, a rotation around the aircraft axis in question would result in a rapid precession movement of the support shaft until the gyro axis was again aligned relative to the aircraft axis in question, or until the precession movement was caused by stops in the Device would be braked. In practical operation, gyrocompass devices of this type are not set up for very large precession angles of rotation, and the precession movement of the support axis is preferably made proportional to the speed of rotation around the aircraft axis in question by providing a braking effect by the above-mentioned spring or fluid action.
The present design eliminates the disadvantageous properties of both fluid and spring damping by using a magnetic damping device consisting of the conductive cylinder
15 and the permanent magnets 16 and 17 cooperating with the same.
It has already been mentioned that spring damping is primarily disadvantageous because, in addition to the braking effect on precession rotations of the supporting axis, they also undesirably cause oppositely directed torques when the precession forces disappear and the associated servo device at this moment does not yet compensate for the rotation around the aircraft axis in question Has. This disadvantage is particularly serious, and despite the fact that such spring arrangements make all bearing points for the support shaft unnecessary and can serve for the radial and axial support of the same, efforts are made to avoid such springs.
Single-axis gyro compasses with braking by a viscous liquid offer considerable advantages, although temperature fluctuations lead to changes in viscosity which result in different attenuations and thus give rise to errors in the signals caused by angular deflections around the support axis.
The magnetic damping device according to FIG. 1 has an advantageous integrating and non-elastic mode of operation and is also largely temperature-dependent within the required range of operating temperatures. If temperature compensation is desired to further increase accuracy, it can be achieved in a known manner by means of fixed magnetic shunts. It should also be pointed out that the movable member 15 of the magnetic damping device represents a very light conductive part, which means only a very slight additional weight for the support shaft, while the heavy magnets are attached to the outer housing.
The magnetic levitation bearings 6 and 7 on the one hand and the magnetic damping device on the other hand support each other during operation. It should be pointed out here that the two do not cause any friction, i.e. they cannot cause any friction braking on the support axle, either individually or together. Their weak temperature dependence is characteristic of both the suspension and the magnetic damping. The frictionless floating bearing makes it possible that the damping of the rotary movements is only exercised by the magnetic damping device, which forms an ideal damping means for such single-axis gyro compasses; Furthermore, it is only the uniform damping effect of the magnetic damping device, even after the rotation has taken place, that enables the use of a magnetic levitation bearing, which in turn allows small radial deflections.
If a less viscous liquid is used as the buoyancy medium for the parts carried by the magnetic levitation bearings, this liquid does not contribute significantly to the damping effect either, so changes in viscosity are negligible, although the buoyancy forces of the liquid support the smooth magnetic levitation bearing.
The precession movement about the support axis 3-3 resulting from a pivoting movement about the relevant body axis is counteracted by the damping of the conductive organ 15, which arises from the concentrated magnetic field penetrating the same in the gap 18 between the permanent ring magnets 16 and 17. Regardless of this, there is a rotary movement of the stub shafts 4 and 5 relative to the housing 1, namely proportional to the swivel speed of the supporting aircraft about the axis acting on the gyrocompass, so that the sensor element 18 responds to the angular adjustment and a corresponding electrical signal to the control unit 24 supplies.
The control unit 24 in turn generates an output signal which reaches the signal evaluation unit 25 and there causes the housing 1 to rotate about the aircraft axis in question until the original pivoting movement is precisely compensated. In the case of an aircraft, the evaluation device 25 comprises servo devices for control surfaces, through the actuation of which the aircraft executes the movements required for compensation. Every course deviation of the aircraft that leads to a signal from the sensing element generates a different and opposite course deviation that brings the sensing element back into its zero position.
If, for whatever reason, the servo system is momentarily prevented from performing the position correction for the aircraft, the sensor element signal remains unchanged and indicates that the correction is still necessary. This results in an integration or storage effect, whereas in the case of spring damping the sensing element returns to the zero position if the servo control fails, which can give rise to serious errors in the control of the aircraft concerned.
The torque generator 20 can be energized by the control device 24 in order to bring the gyro axis 11-11 into the desired position. This can be done, for example, after the gyrocompass is switched on for the first time, or to compensate for the change in position of the aircraft when trimming it, in order to set the gyro and support axes perpendicular to the aircraft axis to be monitored.
Fig. 2 shows the construction of a preferred embodiment of the gyrocompass, in which the cylindrical outer housing consists of parts 35 and 36 which are firmly and liquid-tightly connected to one another by means of screws 37 and the sealing ring 38. One end of the housing part 36 is closed by the cap 39, which is sealed against the housing part 38 by means of the sealing ring 40 and is held in place by a threaded ring 41 screwed onto it. The opposite end is closed to the outside by a cup-like cylindrical hood 42 which is firmly seated on the housing part 35.
Inside the hood 42 and protected by the same there is a spring tube 43, which is screwed tightly to the housing part 35 and sealed, creating a completely closed chamber. Inside this chamber there is a liquid-tight gyroscopic container, which is formed by the shell 48 and the end plates 46 and 47, to which the two stub shafts 44 and 45 are attached along a common axis which forms the only rotatable support axis of the gyrocompass. The gyro rotor halves 49 and 50 rotate during operation within the container at high speed around the gyro axis 51-51, the mount for the rotor halves and the electric rotor drive being formed from the frame 52 extending between the two end plates 46 and 47.
The liquid-tight container for the rotor halves 49 and 50 is dimensioned in such a way that its buoyancy force, when completely immersed in a less viscous liquid 53 within the sealed chamber, cancels out the weight of all parts connected to the container, the liquid-filled chamber being supported by the spring tube 43, the housing parts 35 and 36 and the end cap 39 is formed.
An axial movement of the stub shafts 44 and 45 is limited by the surface of the end bearing plates, of which the one denoted by 54 is visible in FIG. 2, which end bearing plates are located in end supports 55 or
56 are located, which in turn are attached to the housing parts 35 and 36, respectively. The stub shafts 44 and 45 preferably have pin-like end extensions, of which the one labeled 57 is visible, which sit on the end bearing plates, for example 54, without causing noticeable friction when the stub shafts 44 and 45 rotate. The magnetic floating bearing units 58 and 59 are also attached to the housing parts 35 and 36 and enable friction-free storage of the stub shafts 44 and 45, with ball bearings of conventional design, of which the one marked 60 is visible, for catching and holding the stub shafts 44 and 45 are used if the magnetic levitation bearings are no longer sufficient for complete support in the event of violent impact forces or major disturbances. This will prevent damage.
As a light damping element, a conductive cylinder 61 is attached to the stub shaft 45 and protrudes into the annular gap between the concentrically arranged magnets 62 and 63 attached to the housing part 36. Since the section shown in FIG. 2 is inserted between the radial pole shoes of these magnets, the The gap between the two magnets is wider.
The sensor element shown here consists of a rotor 64 made of magnetic material, which is firmly seated on the stub shaft 44, and a stator core 65 with exciter and output windings 66.
The core 65 is attached to the housing part 35. Such sensing elements or transmitters with an impedance dependent on the angle of rotation and an unwound rotor are known in remote control technology. A torque generator for rotating the support shaft is also of known type and consists of the unwound rotor 67 and a stator core 68 with the winding 69 attached to the housing part 35.In the illustrated embodiment, the rotor 67 is arranged on the other side of the end support 55, which is made possible by a coupling part 70 which encloses the centrally located sleeve of the end support 55.
FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a suitable magnetic levitation bearing, for example the bearing labeled 55 in FIG. It consists of three ring-shaped permanent magnets 71, 72 and 73, which are arranged coaxially and are permanently magnetized in the axial direction. The middle ring magnet 72 is attached to the stub shaft 45, while the ring magnets 71 and 73, which are arranged at a small distance on both sides, are rigidly attached to the outer sleeve 74. The mutually facing surfaces of the magnets are provided with pole pieces 75 made of magnetizable material, the shape of which ensures a constant magnetic field strength around the ring-shaped pole edges 76.
However, there is a narrow gap 77 between the mutually facing pole edges 76, so that no friction-causing contact can occur between the magnetic rings located on the shaft stub 45 and the magnetic rings attached to the sleeve 74.
The magnetic rings are arranged in such a way that opposite poles are located on both sides of each gap 77, so that in each gap 77 there is an attraction of the pole edges facing one another. Accordingly, the narrow pole edges 76 strive to align with one another in the radial direction, which results in a rigid floating bearing if other means for preventing axial movement are present.
Although the present type of gyrocompass in a preferred embodiment uses the buoyancy forces occurring in a less viscous liquid, it is also possible to dispense with this and to use a magnetic levitation bearing of greater rigidity and a lighter structure of the parts located on the support axis. Such an embodiment can be implemented in a small gyro compass with stub shafts, a sensor rotor and a rotor for the torque generator in lightweight construction, with a magnetic floating bearing consisting of a larger number of magnets arranged axially one behind the other. The magnetic damping contributes only a little to the total weight, since its conductive element can consist of aluminum or other light metal.
It should be pointed out that the conductive element of the magnetic damping device can also have a disk-shaped or other shape and can interact with electromagnets instead of the specified permanent magnets.