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Landkompaß Die Erfindung betrifft einen Landkompaß, bei dem gemäß
einem älteren Vorschlag (deutsche Patentschrift 1238 681) ein Kreisel verwendet
wird, dessen Rotor mit mehr als einem Drehfreiheitsgrad in einem Gehäuse gelagert
ist, welches seinerseits um eine lotrecht gestellte Gehäuseachse in einem erdfesten
Stativ drehbar gelagert und durch einen auf die Gehäuseachse wirkenden Feinstelltrieb
manuell nach Maßgabe eines Signals einstellbar ist, welches an einem mit einer Lagerachse
des Kreiselrotors verbundenen Winkelabgriff abgenommen und mit einem Anzeigegerät
sichtbar gemacht worden ist und welches proportional dem Einfluß der Horizontalkomponente
der Erddrehung auf die Winkellage zwischen Rotorachse und Gehäuse ist.
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Bei diesem älteren Landkompaß ist der Kreisel ein Wendekreisel, dessen
Rahmenachse lotrecht im Gehäuse gelagert ist und dessen Meßachse demnach waagerecht
verläuft. Der Wendekreisel macht unter der Wirkung der Horizontalkomponente der
Erddrehung einen Ausschlag, der mit dem genannten Winkelabgriff gemessen und mit
dem Anzeigegerät angezeigt wird. Nach Maßgabe dieser Anzeige wird das Gehäuse mittels
des Feinstelltriebs so lange gedreht, bis der Ausschlag des Anzeigegeräts Null geworden
ist. Bei der so erreichten Gehäuseeinstellung verläuft die Meßachse des Kreisels
in Ost-West-Richtung.
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Bei dem benutzten Wendekreisel hat der Kreiselrotor infolge der Lagerung
des Rotorrahmens in dem erdfesten Gehäuse nur zwei Drehfreiheitsgrade.
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Infolgedessen ist er empfindlich gegen Erschütterungen des Erdbodens,
die sich auf das Gehäuse übertragen und bei geeigneter Schwingungsrichtung zu Präzessionseffekten
führen können, die die Einstellung erschweren und die Einstellgenauigkeit verringern.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung werden dem Kreiselrotor durch
kardanische Aufhängung drei Drehfreiheitsgrade gegeben, so daß Erschütterungen des
Erdbodens vom Rotor ferngehalten werden und die störenden Präzessionseffekte somit
vermieden werden. In Verwirklichung dieses Grundgedankens ist der Landkompaß der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotorrahmen
und Gehäuse ein Kardanrahmen angeordnet ist, der im Gehäuse mittels einer waagerecht
verlaufenden äußeren Lagerachse gelagert ist und der mittels einer senkrecht zur
äußeren Lagerachse und senkrecht zur Rotorachse verlaufenden inneren Lagerachse
den Rotorrahmen trägt; daß ferner ein Servokreis vorgesehen ist, der aus einem
die
relative Winkeldrehung zwischen Rotorrahmen und Kardanrahmen messenden Winkelabgriff,
einem Verstärker und einem vom Gehäuse auf die äußere Lagerachse wirkenden Drehmomentgeber
besteht und so justiert ist, daß die Rotorachse stets senkrecht zur äußeren Lagerachse
steht, und daß der den Einfluß der Horizontalkomponente der Erddrehung messende
Winkelabgriff auf der die Meßachse bildenden äußeren Lagerachse zwischen Gehäuse
und Kardanrahmen angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäß gestalteten Landkompaß bildet der Kardanrahmen
mit dem von ihm getragenen Rotor ein um die äußere Lagerachse räumlich fixiertes
Bezugselement, gegenüber welchem die durch die Horizontalkomponente der Erddrehung
verursachte Raumdrehung des Gehäuses meßbar ist.
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Diese relative Raumdrehung wird Null, wenn das Gehäuse so eingestellt
ist, daß die die Meßachse bildende äußere Lagerachse in Ost-West-Richtung steht.
Dies erkennt man daran, daß das von dem die relative Drehung messenden Winkelabgriff
gelieferte Signal sich nicht mehr ändert, d. h. daß das Anzeigegerät einen konstanten
Ausschlag macht.
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Bei dem gemäß dem eingangs genannten älteren Vorschlag gestalteten
Landkompaß sind auch Maßnahmen zur Kompensation von statischen und dynamischen Störmomenten
vorgesehen, welche zu Einstellfehlern führen. Diese Maßnahmen lassen sich, wie sich
aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
ergeben wird, auch
bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Landkompaß anwenden.
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Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung
beispielsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Veranschaulichung der Definition
der Ost-West-Richtung in einem Punkt auf der Erdkugel, F i g. 2 ein Diagramm zur
Veranschaulichung des räumlichen Drehungsgrades einer Achse, die in der zu einem
Punkt der Erdkugel gehörenden Berührungsebene liegt, F i g. 3 eine schematische,
teilweise perspektivische Ansicht des Landkompasses nach der Erfindung.
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Die Ost-West-Richtungl2 wird als Schnitt einer Berührungsebene der
Erdkugel mit einer Ebene definiert, die senkrecht zu dem Erddrehvektor 16 liegt.
Eine in Fig. 1 gezeigte dritte Ebene (die Meridianebene) ist durch den Erddrehvektor
16 und den Punkt 10 definiert. Die Erdsenkrechte 13 liegt in der Meridianebene und
verläuft senkrecht zu der Berührungsebene. Senkrecht zu der Ost-West-Richtung 12
an dem Punkt 10 und in der Erdberührungsebene verläuft die Nord-Süd-Richtung 11.
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F i g. 2 veranschaulicht, wie ein Kompaß mit einem zum Messen der
Erddrehung geeigneten Kreisel zur Bestimmung der Ost-West-Richtung verwendet werden
kann. Die Erdberührungsebene, die Meridianebene und die Richtungen 11, 12 und 13
entsprechen der Darstellung in Fig. 1. Die Drehgeschwindigkeit Q der Erde im Raum
kann als ein Vektorl4 betrachtet werden, der in der Meridianebene liegt und einen
Winkel Ä mit der NordSüd-Richtung 11 bildet. Die nördliche Komponente der Erddrehung
ist daher Q cos i, wie dargestellt ist. Die Meßachse des Kreisels ist als Linie
15 gezeigt, die in der Erdberührungsebene liegt und einen kleinen Winkel 0 mit der
Ost-West-Richtung 12 bildet Die Komponente der Erddrehung, die längs der Meßachse
15 liegt, ist gleich Q cos 2 sin 0. Wenn 0 durch eine Azimuteinstellung der Meßachse
15 auf Null gebracht wird, ist die Ost-West-Richtung 12 erreicht.
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Wie bemerkt wurde, ist die Komponente der Erddrehung längs der Meßachse
cos Ä proportional. Der Ausdruck A ändert sich mit der astronomischen Breite des
Punktes 10. Wie zu erwarten ist, werden daher die Genauigkeit und die Ausrichtungszeit
für den-Kompaß nach der Erfindung durch die Breitenposition beeinflußt.
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In F i g. 3 ist ein Landkompaß nach der Erfindung dargestellt. Der
Rotor 20 des Kreisels dreht sich um eine Rotorachse 21, die in Lagern 22, 23 in
einem Rotorrahmen 24 getragen ist. Der Rotorrahmen 24 ist in einem Kardanrahmen
29 um eine senkrecht zur Rotorachse 21 verlaufende innere Lagerachse 50 in Lagern
27, 28 drehbar gelagert. Der Kardanrahmen 29 ist im Gehäuse 35 in Lagern 30, 31
mittels einer waagerecht verlaufenden äußeren Lagerachse 15, die die Meßachse bildet,
gelagert. Das Gehäuse 35 ist um eine lotrecht gestellte Gehäuseachse 36 in einem
erdfesten Stativ 39 drehbar gelagert und durch einen auf die Gehäuseachse wirkenden
Feinstelltrieb 40, 41, 42, 43, der ein Schneckengetriebe mit Einstellknopf und Skala
umfaßt, einstellbar. Mit 37 und 38 sind die Lager für die Gehäuseachse 36 bezeichnet.
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Das Gehäuse 35 ist im erdfesten Stativ 39 spielfrei gelagert, so
daß bei nicht bewegtem Feinstelltrieb angenommen werden kann, daß das Gehäuse 35
in einer Azimutstellung erdfest angeordnet ist. Wenn
der Landkompaß betriebsbereit
gemacht wird, muß die Achse 36 des Gehäuses 35 in Richtung der örtlichen Erdsenkrechten
eingestellt werden, d. h. mit der zuvor in F i g. 1 und 2 dargestellten Linie 13
ausgerichtet sein. Diese Ausrichtung wird mit einer Anzahl Stellschrauben 44, 45
und 46 erreicht. Zwei Libellen 47 und 48, die senkrecht zueinander angeordnet sind
und in einer zur Ebene des Gehäuses 35 senkrechten Ebene Iiegen, liefern die Information
zum Ausrichten des Gehäuses 35.
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Ein fünfstufiger Schalter 26 umfaßt Schaltebenen 26 a, 26 b, 26c
und 26 d. In jeder Ebene befinden sich fünf Kontaktstellungen 0, 1, 2, 3, 4. Ein
Motor 25, der über die Schaltebenen 26 c und 26 d an eine Dreiphasenenergiequelle
A, B und C angeschlossen ist, dient zum Antrieb des Rotors 20.
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Die Stellungen 0 und 1 der Schaltebenen 26c und 26d sind »Aus«-Stellungen,
in denen der Motor von den Phasen A und C der Energiequelle abgetrennt ist.
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Die Stellungen 2 und 3 der Schaltebenen 26c und 26d sind »Ein«-Stellungen,
in denen der Motor 25 gespeist und der Rotor 20 in einer Drehrichtung angetrieben
wird. Auch die Stellung 4 der Schaltebenen 26c und 26d ist eine »Ein«-Stellung und
bewirkt eine Umkehr der Drehrichtung des Rotors 20 durch Umpolung der Phasen A und
C der Energiequelle.
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An der Achse 50 ist ein die relative Winkeldrehung zwischen dem Rotorrahmen
24 und dem Kardanrahmen 29 messender Winkelabgriff 49 angeordnet.
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Eine Speisequelle 51 ist mit dem Winkelabgriff 49 zwecks Erregung
verbunden. Das von dem Winkelabgriff gelieferte Signal wird in einem Verstärker
52 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 52 wird mit dem von der Speisequelle 51
gelieferten Bezugssignal in einem Demodulator 53 so kombiniert, daß ein Gleichstromsignal
erhalten wird, dessen Amplitude und Polarität der relativen Winkeldrehung zwischen
dem Rotorrahmen 24 und dem Kardanrahmen 29 entspricht. Dieses Signal wird von der
Schaltebene 26 a wahlweise entweder in der Schalterstellung 1 über einen Summierwiderstand
72 an einen auf die innere Lagerachse 50 wirkenden Drehmomentgeber 67 oder in den
Schalterstellungen 2, 3 und 4 an einen auf die äußere Lagerachse 15 wirkenden Drehmomentgeber
54 geliefert. Der Drehmomentgeber 67 erzeugt daher für den Rotorrahmen 24 ein Drehmoment
um die Achse 50, während der Drehmomentgeber 50 ein Drehmoment für den Kardanrahmen
29 um die äußere Lagerachse 15 liefert. Die die Meßachse bildende äußere Lagerachse
15, die zu der Rotorachse 21 und zu der Achse 50 senkrecht verläuft, trägt einen
den Einfluß der Horizontalkomponente der Erddrehung messenden Winkelabgriff 55,
der ein Signal erzeugen kann, das der Winkelverdrehung des Kardanrahmens 29 gegenüber
dem Gehäuse 35 proportional ist. Der Winkelabgriff 55 kann in gleicher Weise wie
der Winkelabgriff 49 ausgebildet sein. Die Speisequelle 56 ist zwecks Erregung an
den Winkelabgriff 55 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Winkelabgriffes 55 wird
in einem Verstärker 57 verstärkt und mit dem Bezugssignal der Speisequelle 56 in
einem Demodulator 58 kombiniert.
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Ein Anzeigegerät 59 wird durch die Schaltebene 26b wahlweise mit
den Ausgängen der Demodulatoren 53 oder 58 verbunden. Das Anzeigegerät 59 liefert
eine ständige Anzeige der relativen Winkeldrehung
zwischen dem
Rotorrahmen 24 und dem Kardanrahmen 29 (Schalterstellung 1) oder der relativen Winkeldrehung
zwischen dem Kardanrahmen 29 und dem Gehäuse 35 (Schalterstellungen 2, 3 und 4).
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Eine erste Gleichspannungsquelle 65 wird in Verbindung mit einem
Potentiometer 66 und einem Summierwiderstand 71 eine zweite Gleichspannungsquelle
69 in Verbindung mit einem Potentiometer 70 und einem Summierwiderstand 73 zur zusätzlichen
Erregung des Drehmomentgebers 67 verwendet. Die Gleichspannungsquellen 65 und 69
selbst sind nicht geerdet. Dagegen weisen die Potentiometer 66 und 70 Mittelabgriffe
auf, die mit Erde verbunden sind.
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Es können daher in beiden Richtungen fließende elektrische Ströme
erzeugt werden, um den Drehmomentgeber in jeder Richtung zu erregen. Die Größe und
Richtung der Drehmomente kann mit den Potentiometern 66 und 70 eingestellt werden.
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Zwischen dem Gehäuse 35 und dem Kardanrahmen 29 ist eine Verriegelung
75 bis 77 vorgesehen, die einen in Längsrichtung in dem Gehäuse 35 verstellbaren
Stift 75, ein zugeordnetes Lager 76 und eine entsprechende Bohrung 77 in dem Kardanrahmen
29 umfaßt. Wie später beschrieben wird, ist es während des Kompensationsvorganges
notwendig, daß die Drehung des Kardanrahmens 29 um die äußere Lagerachse 15 verhindert
wird. Zu diesem Zweck greift der Stift 75 während dieser Betriebsphase fest in den
Kardanrahmen 29 ein und verriegelt ihn mit dem Gehäuse 35, so daß eine Lotrechtstellung
der inneren Lagerachse 50 bewirkt wird.
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Zur Bestimmung der Azimutstellung des Gehäuses 35 dient ein Spiegel
68, der so angebracht ist daß die Ebene seiner reflektierenden Oberfläche parallel
zu einer Ebene verläuft, die von der Achse 50 definiert ist. Die äußere Lagerachse
15, die die Meßachse bildet, verläuft somit senkrecht zu der Ebene der reflektierenden
Spiegelfläche.
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Der Landkompaß nach F i g. 3 arbeitet folgendermaßen: wenn der Rotor
20 sich dreht (Schalterstellungen 2. 3 oder 4), soll der Kardanrahmen 29 derart
servobetätigt werden, daß die Drehung des Rotorrahmens 24 um die Achse 50 relativ
zum Kardanrahmen 29 auf Null gehalten wird. Der zu diesem Zweck vorgesehene Servokreis
ermöglicht die Anlegung des Ausgangssignals des Demodulators 53 an den Drehmomentgeber
54, der ein Drehmoment auf den Kardanrahmen 29 um die von den Lagern 30 und 31 definierte
äußere Lagerachse 15 ausübt. Dieses Drehmoment wird in einer solchen Richtung hergestellt,
daß eine Präzession des Rotorrahmens 24 zurück in die Lage veranlaßt wird, in welcher
das Ausgangssignal des Winkelabgriffs 49 Null ist.
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Beim Fehlen störender Drehmomente wird somit der Kardanrahmen 29
im Raum um die äußere Lagerachse fixiert, d. h., die Raumdrehung des Kardanrahmens
um die äußere Lagerachse 15 ist Null.
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Der Drehungsgrad des Gehäuses 35 um die äußere Lagerachse 15 wird
durch die Position des Kompasses auf der Erde und durch die Erddrehung bestimmt.
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Wie zuvor bemerkt wurde, ist die längs der äußeren Lagerachse (Meßachse)
15 liegende Komponente der Erddrehung gleich Q cos A sin (1>, wobei sich 9 gemäß
der Azimutpositon der Achse 15 ändert, A mit der astronomischen Breite der Position
des Kompasses variiert und die Achse 15 zwangläufig in einer Erdberührungsebene
liegt. Somit ist bei räumlich stabilisierten Kardanrahmen 29 die relative Winkel-
drehung
zwischen dem Kardanrahmen 29 und dem Gehäuse 35 ein direktes Maß der Drehung der
Erde um die äußere Lagerachse 15. Diese Winkeldrehung wird von dem Winkelabgriff
55 ermittelt und durch das Anzeigegerät 59 angezeigt. Wenn das Anzeigegerät 59 kontinuierlich
einen konstanten Wert anzeigt, ist die relative Winkeldrehung zwischen dem Kardanrahmen
29 und dem Gehäuse 35 Null. Wenn gleichzeitig die äußere Lagerachse 15, die die
Meßachse bildet, in einer Erdberührungsebene liegt, verläuft sie parallel zur Ost-West-Richtung.
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Die bereits bei dem eingangs genannten älteren Landkompaß vorgeschlagenen
Maßnahmen zur Kompensation von statischen und dynamischen Störmomenten lassen sich
auch bei dem erfindungsgemäßen Kompaß anwenden. Diese Störmomente ergeben sich aus
Unvollkommenheiten in den Kreisellagerungen, mechanischen Beanspruchungen in den
elektrischen Verbindungen, schwerkraftbedingter restlicher Unwucht, Konvektionsdrehmomenten
in der Schwimmflüssigkeit, Wirkungen des magnetischen Feldes der Erde auf permeablen
Werkstoff in den Kardanrahmen usw. Die Störmomente verursachen eine Drehung um die
Meßachse, die von der Erddrehung nicht unterscheidbar ist. Somit wird ein Fehler
bei der Messung der Erddrehung verursacht und infolgedessen ein Fehler bei der Azimutmessung
eingeführt, falls nicht der Effekt dieser Stördrehmomente aufgehoben wird.
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Die Bedienung des Kompasses nach F i g. 3 ist folgende: Anfänglich
wird der Schalter 26 von der Stellung = Aus in die Stellung 1 bewegt, in welcher
der Motor 25 von den Phasen A und C der Dreiphasenenergiequelle abgetrennt ist und
sich im Stillstand befindet. In dieser Stellung ist auch der Ausgang des Demodulators
53 an den Drehmomentgeber 67 und an das Anzeigegerät 59 angeschlossen. Die Gleichspannungsquelle
65 wird zusammen mit dem Potentiometer 66 benutzt, um Energie an den Drehmomentgeber
67 zu liefern, so daß ein auf den Rotorrahmen 24 wirkendes Drehmoment eingestellt
wird, bis das Anzeigegerät 59 die Anzeige Null liefert. Das an die Gleichspannungsquelle
69 angeschlossene Potentiometer 70 wird so eingestellt, daß an den Drehmomentgeber
67 in dieser Einstellstufe keine Spannung gelangt. Wenn das Anzeigegerät 59 eine
Null anzeige gibt, ist die relative Winkeldrehung zwischen dem Kardanrahmen 29 und
dem Rotorrahmen 24 Null, und das auf den Rotorrahmen 24 durch den Drehmomentgeber
67 ausgeübte Drehmoment gleicht genau die statischen Störmomente aus, die auf die
innere Lagerachse 50 infolge von Flüssigkeitskräften, elektrischen Leitern, Magnetfeldern
u. dgl. wirken.
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Da in dieser Betriebsphase nur von der Schwerkraft unabhängige Störmomente
zu kompensieren sind, ist es notwendig, andere Störmomente zu eliminieren. Zu diesem
Zweck ist die Verriegelung 75 bis 77 vorgesehen, um die Achse 50 in Ausrichtung
mit der örtlichen Erdsenkrechten durch Verriegelung des Kardanrahmens 29 in einer
senkrechten Lage zwangläufig zu fixieren. Falls dies nicht geschehen würde und sich
der Kardanrahmen 29 aus der Vertikalstellung drehen könnte, würde die einwirkende
Schwerkraft Unwuchtkräfte erzeugen, die von schwerkraftunabhängigen Störmomenten
nicht unterscheidbar sind. Es stehen auch andere Mittel zur Verfügung, um den Kardanrahmen
29 in einer senkrechten Lage
zu halten. Anstatt den Kardanrahmen
29 mechanisch in der gewünschten Vertikalstellung festzulegen, könnte dies auch
mit elektromechanischen Einrichtungen erfolgen. Beispielsweise könnte das Ausgangssignal
des Demodulators 58, das der Winkeldrehung zwischen dem Kardanrahmen 29 und dem
Gehäuse 35 entspricht, an den Drehmomentgeber 54 geliefert werden, wodurch eine
Servoschleife hergestellt wird, um den Kardanrahmen 29 mit Bezug auf das Gehäuse
im wesentlichen in Nullstellung zuhalten.
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Dann wird eine grobe Ausrichtung des Kompasses vorgenommen, so daß
die die Meßachse bildende äußere Lagerachse 15 mit der Ost-West-Richtung angenähert
ausgerichtet wird (Grobeinstellung der Meßachse). Zu diesem Zweck wird der Schalter
26 in die Stellung 2 gebracht, wodurch der Rotor 20 über die Schaltebenen 26c und
26d erregt, der Ausgang des Demodulators 53 an den Drehmomentgeber 54 (Schaltebene
26a) angelegt und der Ausgang des Demodulators 58 mit dem Anzeigegerät 59 (Schalterebene
26 b) verbunden wird. Durch Drehen der Einstellschraube des Feinstelltriebes 40
bis 43 wird der Kardanrahmen 29 um die Gehäuseachse 36 verstellt, bis das Anzeigegerät
59 keine Änderung der relativen Winkeldrehung des Gehäuses gegen den Kardanrahmen
zeigt.
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Hauptsächlich durch Vibration und Temperaturänderungen verursachte
Störmomente werden dann wie folgt kompensiert: anfangs wird der Rotor 20 zur Drehung
mit voller Geschwindigkeit in einer Richtung dadurch veranlaßt, daß der Schalter
26 in die Stellung 3 (Rotor im Rechtslauf) gebracht wird.
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Alle Schalterverbindungen entsprechen dabei der Stellung 2, und das
Anzeigegerät 59 setzt die Anzeige der relativen Winkeldrehung des Gehäuses 35 mit
Bezug auf den Kardanrahmen 29 fort. Die Gleichspannungsquelle 69 und das Potentiometer
70 werden dann zur Einstellung des Drehmomentes benutzt, das auf den Rotorrahmen
24 um die Achse 50 wirkt, bis das Anzeigegerät 59 die Anzeige Null liefert, d. h.
bis es einen konstanten Ausschlag beibehält. Die Stellung des Potentiometers 70,
die die Größe des Stromes zu dem Drehmomentgeber 67 bestimmt, wird dann festgestellt.
Danach wird der Schalter 26 in die Stellung 4 bewegt, in der nur die Verbindungen
der Schaltebenen 26 c und 26d zur Umsteuerung des Motors 25 (Rotor im Linkslauf)
geändert werden. Infolgedessen wird die Drehrichtung des Rotors 20 umgekehrt. Der
Rotor wird auf volle Geschwindigkeit in der entgegegesetzten Richtung gebracht.
Während des Zeitraums, in dem der Läufer umgesteuert wird, kann es zweckmäßig sein,
den Kardanrahmen 29 mit Bezug auf das Gehäuse 35 und den Rotorrahmen 24 mit Bezug
auf den Kardanrahmen 29 angenähert in Nullstellung festzuhalten. Dies kann durch
bekannte Maßnahmen erreicht werden. Beim Erreichen der vollen Geschwindigkeit in
der umgekehrten Richtung wird das Potentiometer 70 wieder eingestellt, bis das Anzeigegerät
59 die relative Winkeldrehung Null zwischen dem Kardanrahmen 29 und dem Gehäuse
35 anzeigt. Wiederum wird die Einstellung des Potentiometers 70, die die Größe des
Stromes in dem Drehmomentgeber 67 bestimmt, festgestellt. Das Potentiometer 70 wird
dann auf den mittleren Wert der beiden zuvor festgestellten Stellungen eingestellt.
Die dadurch bewirkte Einstellung des durch den Drehmomentgeber 67 fließenden Stromes
liefert einen mittleren Drehmomentwert, der
zur Kompensation der Störmomente benötigt
wird, die auf den Rotorrahmen um die Achse 50 wirken.
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Die endgültige Ausrichtung besteht darin, die Einstellschraube des
Feinstelltriebes 40 bis 43 so zu drehen, daß das Gehäuse im Azimut verstellt wird,
bis das Anzeigegerät 59 keine relative Winkeldrehung des Kardanrahmens 29 gegen
das Gehäuse anzeigt.
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Das Gehäuse 35 ist dann mit der Meßachse 15 parallel zu der Ost-West-Richtung
genau ausgerichtet.
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Die durch die Richtung der Meßachse 15 festgelegte Ost-West-Richtung
kann dadurch beobachtet werden, daß man die senkrecht zu der Ebene des Spiegels
68 verlaufende Achse aufsucht. Für diesen Zweck kann ein Autokollimator (nicht dargestellt)
oder eine andere optische Vorrichtung, die innere Azimutskalen von erforderlicher
Genauigkeit und geeignete Mittel zur Einstellung der Visierlinie enthält, zur Bestimmung
der räumlichen Lage der Spiegelachse verwendet werden.
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Ein anderes Verfahren bei der Bedienung des Kompasses nach Fig. 3
ermöglicht, daß die Gleichspannungsquelle 69 und das Potentiometer 70 entfällt.
Die Grobeinstellung und die Grob ausrichtung sind mit den entsprechenden zuvor beschriebenen
Einstellungen identisch. Die Feineinstellung wird dann folgendermaßen durchgeführt:
Wenn sich der elektrische Schalter 26 in der Schalterstellung 3 befindet, wird der
Rotor 20 in einer Richtung mit seiner normalen Betriebsgeschwindigkeit gedreht.
Das Gehäuse 35 wird dann im Azimut durch Drehen der Einstellschraube des Feinstelltriebes
40 bis 43 verstellt, bis das Anzeigegerät 59 keine relative Winkeldrehung zwischen
dem Kardanrahmen 29 und dem Gehäuse anzeigt. Die Stellung der Einstellschraube wird
dann an der dem Feinstelltrieb zugeordneten Skala abgelesen. Der Schalter wird danach
in die Stellung 4 gebracht, in welcher der Rotor 20 in der entgegengesetzten Richtung
mit seiner normalen Geschwindigkeit gedreht wird. Das Gehäuse 35 wird erneut im
Azimut durch Drehen der genannten Einstellschraube gedreht, bis das Anzeigegerät
59 keine relative Winkeldrehung zwischen dem Kardanrahmen 29 und dem Gehäuse 35
anzeigt. Die Stellung der Einstellschraube wird an der zugeordneten Skala wiederum
abgelesen.
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Die Einstellschraube wird dann auf den Durchschnittswert dieser beiden
Ablesungen eingestellt.
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Ein Vorteil des vorliegenden Kompasses liegt darin, daß er verhältnismäßig
unempfindlich gegen Erschütterungen des Erdbodens ist. Durch die vorgesehene kardanische
Aufhängung, die dem Rotor drei Drehfreiheitsgrade gibt, werden Erdvibrationen gedämpft
und beeinflussen die Genauigkeit der Anzeige nicht.
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Die Einstellungen der Positionen des Kardanrahmens sowie die Einstellung
der Potentiometer wurden nach der bisherigen Beschreibung von Hand durchgeführt.
Jedoch können diese Einstellungen auch mit einer automatischen Einrichtung durchgeführt
werden. Zu diesem Zweck schaltet man parallel zum Anzeigegerät 59 eine Einrichtung,
die die zugeführten Meßwerte reproduzierbar zu speichern vermag. Zwei um ein Zeitintervall
getrennte Meßwerte werden automatisch verglichen, um zu bestimmen, ob die relative
Winkeldrehung zwischen dem Kardanrahmen und dem Gehäuse bereits Null ist. In Abhängigkeit
von dieser Messung kann ein Servoverstärker einen Servomotor antreiben, der jede
dieser Einstellungen der Reihe nach über geeignete Kupplungsvorrichtungen durchführt.
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Der beschriebene Kompaß kann auch zur Bestimmung der geographischen
Breite auf der Erde verwendet werden. Wie zuvor beschrieben und in F i g. 2 dargestellt
wurde, ist die Komponente der Erddrehung längs der Achse 15 dem cos A proportional,
wobei sich i. mit der geographischen Breite ändert.
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Die Messung der geographischen Breite wird durchgeführt, nachdem die
Ost-West-Richtung bestimmt ist. Der Kardanrahmen 29 wird dann um genau 900 im Azimut
gedreht, und es wird eine neue Einstellung des Potentiometers 70 bestimmt, die erforderlich
ist, um die relative Winkeldrehung Null des Kardanrahmens mit Bezug auf das Gehäuse
zu erreichen.
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Die Anderung dieser Einstellung oder des Stromes ist dann cos A proportional.
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Jede andere Richtung als die Ost-West-Richtung kann, wenn einmal
die Ost-West-Richtung bestimmt ist, durch Herstellung eines bekannten Drehmomentes
an dem Rotorrahmen gemessen werden. Für diese Messung wird das Potentiometer auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt, der sich auf die Skaleneinstellung zu der
Richtungsverschiebung von einer Ost-West-Richtung (für eine gegebene Breite) bezieht.
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Die relative Winkeldrehung Null des Kardanrahmens 29 zu dem Gehäuse
35 wird dann wiederum aufgesucht. Die die Meßachse bildende äußere Lagerachse 15
ist dann gegen die Ost-West-Richtung um einen Betrag und in einer Richtung verschoben,
die von dem Betrag bzw. der Richtung des Drehmomentes abhängen, das auf den Rotorrahmen
von dem über das Potentiometer 70 gespeisten Drehmomentgeber 67 ausgeübt wird.