DE1448684A1

DE1448684A1 - Vorrichtung bei federbelasteten Kreiseln fuer Traegheitsnavigierung

Info

Publication number: DE1448684A1
Application number: DE19621448684
Authority: DE
Inventors: Carl-Erik Granqvist
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1961-12-12
Filing date: 1962-11-26
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3307411A

Description

P 14 48 684.1 (S 82 58l)
AGA Aktiebolag

Vorrichtung bei federbelasteten Kreiseln für Trägheits-

navigierung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer extrem konstanten Drehbewegung auf einer lagerstabilisierten Plattform, bestehend aus einem Kreisel, dessen Rotorträger mittels einer senkrecht zur Rotorachse verlaufenden inneren Drehachse in einem Tragrahmen gelagert ist, welcher seinerseits mittels einer senkrecht zur inneren Drehachse verlaufenden äußeren Drehachse auf der Plattform gelagert ist, wbbei durch ein zwischen dem Tragrahmen und dem Rotorträger um die innere Drehachse wirkendes, durch eine Feder erzeugtes, konstantes Drehmoment eine permanente reguläre Präzession des Kreisels um die äußere Drehachse erzwungen wird, und wobei zur Kompensation von Reibungsverlusten, die eine stetig fortschreitende Änderung der Winkelstellung zwischen Rotorträger und Tragrahmen und eine dadurch verursachte Änderung der Präzessionsgeschwindigkeit bewirken könnte, ein Kompensationskreis vorgesehen ist, der einen Winkelabgriff zur Definierung einer Nullstellung des Rotorträgers gegenüber dem Tragrahmen, einen Verstärker zur Verstärkung der vom Winkelabgriff gelieferten Abweichungsgignale sowie einen Drehmomentgeber zur Erzeugung eines kompensierenden Qegenmoments an der äußeren Drehachse erhält.

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Ea wurde schon eine Vorrichtung zur Erzeugung einer extrem konstanten Drehbewegung des Kardanrahmens eines kardanisch gelagerten Kreisels vorgeschlagen. Bei diesem Vorschlag wirkt zwischen dem Rotorträger und dem Kardanrahmen eine Federkraft, die um die innere Kardanachse ein Drehmoment erzeugt, und weiterhin ist mit der äußeren Kardanachse ein Momentmotor verbunden, der durch eine Abtastvorrichtung für die Lage des Rotorträgers mit Bezug auf den Kardanrahmen so gesteuert wird, daß die Drehgeschwindigkeit des Kardanrahmens um die äußere Kardanachse konstant bleibt.

In der Praxis besteht die zweckmässigste Vorrichtung dieser Art aus. einer Feder_s die zwischen den beiden kardanischen Rahmen angeordnet ist, um eine Präzessionskraft auszuüben. Die Erfindung betrifft die Bemessung dieser Feder und basiert auf einer Untersuchung über die Verhältnisse, die die Genauigkeit¹ einer Vorrichtung der oben angegebenen Art bestimmen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine Bemessung der Feder aus, wodurch die Ableitung des Federmomentes mit Bezug auf den Winkel «zwischen dem Rotorträger und der äußeren Drehachse im wesentlichen mit der Ableitung des Präzessionsmomentes mit Bezug auf den genannten Winkel α über-" einstimmt.

Erfindungsgemäß 1st also die Feder derart bemessen, daß die erste Ableitung des Moments vom Momentmotor mit Bezug auf den Winkel zwischen der Kreiselachse einerseits und der Achse des

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kardanischen Rahmens, der durch den erwähnten Motor in Umdrehung versetzt werden soll, andererseits, im wesentlichen gleich der ersten Ableitung des Präzessionsmomentes mit Bezug auf denselben Winkel ist-.

Die Erfindung wird unten anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in denen Fig. 1 ein prinzipielles Diagramm über eine Vorrichtung nach der Erfindung zeigt; Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Diagramm, in dem ein Teil der in Fig. vorhandenen Einzelheiten fortgelassen worden sind. Die (|

Fig. 3» ^, 5 und 6 zeigen Kurven zur Erklärung der Wirkungsweise der Erfindung und Fig. 7 bis 12 zeigen verschiedene Anordnungen der nach der vorliegenden Erfindung bemessenen Federn. Im Laufe der Beschreibung werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In Fig. 1 ist der Rotorträger, der in sich den Kreiselrotor trägt, mit 11 bezeichnet. Der Kreiselrotor ist innerhalb des Rotorträgers so angeordnet, daß er von außen nicht zu sehen ist, weshalb er mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Rotorträger 11 ist in einem kardanischen Rahmen 12 durch eine senkrecht zu der Ebene des Papieres stehende Welle 13 gelagert, deren geometrische Achse unten aus Gründen, die dem Folgenden zu entnehmen sein werden, als die α-Achse bezeichnet wird. Der äußere kardanische Rahmen 12 ist mittels einer zweiten Welle l4 in weiteren Mitteln gelagert, welche vorzugsweise aus dem Fundament 15 der Vorrichtung bestehen.

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Die Achse der Welle l4 wird ebenfalls aus den im Folgenden zu entnehmenden Gründen als die ω-Achse bezeichnet. Die Feder l6 strebt danach, die Welle 13^ welche in dem kardanischen Rahmen 12 gelagert ist, zu drehen. Der genannte Momentmotor auf Bewirkung des Drehmomentes um die ω-Achse ist mit 17 bezeichnet. Das Drehmoment des Momentmotors 17 wird deshalb jeder Reibungskraft odeii dergl.entgegenwirken, welche sonst durch sekundäre Präzession die Spannung der Feder l6 beeinflussen würde, und die sonst den Rotorträgern 11 wegen der zwischen ihm und dem kardanischen Rahmen 12 bestehenden sekundären Präzessionskraft von dem Rahmen 12 auf den Rotorträger 11 diesen in Bewegen versetzen würde.

Der Momentmotor 17 wird mit Strom von einem Verstärker 18 gespeist, dessen Ausgangsspannung durch einen Abnehmer 19 geregelt wird, welcher beispielsweise in der in Fig. 1 gezeigten Weise aus einem mit dem Rotorträger verbundenen Anker bestehen kann, der sich bei Drehung des Rotorträgers vor den drei Polen eines mit 19 bezeichneten mit Wechselstrom gespeisten und mit dem kardanischen Rahmen verbundenen E-Kern-Magneten verschiebt. Diese Vorrichtung ist an sich bekannt, und sie erfordert deshalb in diesem Zusammenhang keine Erläuterung. In großen Zügen ist die Wirkungsweise der Vorrichtung wie folgt:

Der mittlere Schenkel des Ε-Magneten wird mit Wechselstrom gespeist. In der Symmetrielage zwischen dem Anker an dem Rotorträger 11 und'dem Ε-Magneten an dem kardanischen Rahmen 12

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werden gleich starke Felder durch die beiden magnetischen Kreisel geschlossen, die durch je einen äußeren Schenkel des Magneten 19 gebildet und durch den mittleren Schenkel gemeinsam geschlossen werden. Auf diesen Schenkel sitzende Sekundärwicklungen sind gegeneinander gekoppelt, und die resultierende Spannung hat den Wert Null. Palis eine Verschiebung des Ankers in der einen oder der anderen Richtung eintreten würde, erhält die eine Sekundärwicklung eine stärkere Spannung, und die andere eine schwächere Spannung, und die Gesamtspannung liegt je nach der Richtung der Verschiebung in Phase oder in Gegenphase zur Primärspannung. Die Sekundärspannung wird durch die Leitung 20 dem Verstärker 18 zugeführt, wo sie in bekannter Weise mit der Primärspannung gemodelt und danach gleichgerichtet wird, so daß eine Spannung dem Momentmotor 17 zur Erzeugung eines Momentes in der einen oder der anderen Richtung zugeführt wird, je nach der Richtung, in der die Verschiebung des Ankers im Verhältnis zu dem Ε-Magneten des Abnehmers stattfand, und so, daß ein Gleichgewicht in einer gegebenen Lage des Rotorträgers 11 aufrechterhalten wird.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß, wenn der Momentmotor 17 eine Drehung der ω-Achse um den Winkel ω bewirkt, so kann diese zufälligerweise genau so abgemessen sein, daß die Reibung in den Lagerungen 15 aufgehoben wird, falls dies aber nicht der Fall sein würde, so wird ein Drehmoment durch Sekundär-

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präzession auf die α-Welle wirken, und diese wird sich aufgrund der Sekundärpräzession den Winkel α drehen. Falls die Feder 16 im Ruhestand den Winkel zwischen den Achsen 14 und 21 s Ό hält, und falls die Feder 16 um die primäre Präzession zu erzeugen um einen weiteren Winkel α gespannt wird, erhält man die folgende Gleichung für den Gleichgewichtszustand:

k (α + a_Qj = I_o . ω _o ."ω . sin α ; (l)

Hier bezeichnet I das Trägheitsmoment des Kreiselmotors, ω

ο ο

den normalen Ausgangswinkel der Achse 14 und α' den Winkel, der durch die gesamte Wirkung von der Präzessionskraft und von dem Momentmotor 17 unter Beeinflussung der Spannung des Verstärkers 18 und des Abnehmers 19 erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt die für die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 grundlegenden Verhältnisse, wobei jedoch der Abnehmer 19, der Verstärker 18 und der Momentmotor 17 fortgelassen werden. Um auf das Auslassen dieser Teile Rücksicht zu nehmen, wird Reibungsfreiheit vorausgesetzt, so daß keine Energieverluste von außen her, d.h. von dem Momentmotor, ersetzt werden müssen. Die Vorrichtung nach Fig. 2 würde unter diesen nicht verwirklichbaren Verhältmissen nach der Gleichung (1) arbeiten. Da Energieverluste nicht zu vermeiden sind, ist ein sog. zirkulatorischer Servokreis mit EnergieZuschuß in dem Verstärker l8 vorgesehen. Dieser Energiebetrag gelangt von dem Verstärker 18 zu dem Momentmotor 17 und über die Welle

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zu dem kardanischen Rahmen 12 sowie durch Präzession zu dem Rotorträger 11, dessen Ausschlag den Energiebetrag angibt. Dieser Ausschlag wird mittels des Abnehmers 19 bemessen, und die dem Ausschlag entsprechende Größe wird zum Verstärker 18 zur Regelung des von dem Verstärker abzugebenden,Energiezuschusses zurückgeführt. In dieser Weise ist ein kontrollierter Leistungszuschuß bewirkt, wodurch Reibungsverluste und dergl. kompensiert werden..

Es ergibt sich hieraus, daß, wenn man den zirkulatorischen Servokreis abbricht, beispielsweise dadurch, daß man den Kathodenheizstrom einer der Elektronenröhren des Verstärkers 18 unterbricht, sich dann nur eine allmähliche Rückstellung des Kreisels zu einem ßräzessionskraftfreien Zustand ergeben würde, falls keine REibung vorhanden wäre. Nun ist aber Reibung da, und der Winkel ω wird dann asymptotisch auf den Wert 0 heruntergehen. Während dieser ganzen Einstellzeit wird jedoch Energie von der α-Achse zu der ω-Achse übertragen. Die Rückstellung findet daher sehr langsam statt, unter gewissen Umständen sogar derart unmerkbar langsam, daß der Ableser nicht mit bloßem Auge eine Rückstellung wahrnehmen kann. Wenn der Kreisel einen Teil eines Trägheitsnavigationsystems bildet, weiß er somit auch nicht, daß der Kreisel nicht mehr für die richtige Angabe der positionsbestimmenden Größen verwendbar ist.

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Es ist somit von Bedeutung, daß die Einstellung durch die Präzeasionskraft schnell stattfindet, und dies ist nur dann möglich, wenn die Kurve des Motormoments als Punktion des Winkels α einen steilen Verlauf hat. Diese Kurve ist in Fig. 3 bei 22 dargestellt. Sie hat die bekannte Form der Halbperiode einer Sinuswelle. Um einen Arbeitspunkt zu finden, wo die Kurve steil aber der Momentwert nicht zu niedrig ist, muß ein Kompromiß¹ getroffen werden. Am steilsten ist die Kurve in der Höhe einer der Fußpunkte 23 bzw. 24, hier ist aber der Momentwert klein. Er hat seinen größten Wert in der Nähe des Scheitelpunktes 25, wo aber die Steilheit klein ist. Ein guter Kompromiß, der sich praktisch bewährt hat, ergibt sich bei ο gleich etwa 20° bis 30°, wie durch die gestrichelte Linie 26 angegeben. Dies bedeutet, daß die Kurve 27, Federmoment als Funktion des Winkels, den Punkt 28 enthalten soll. Die Neigung der Kurve 27 ist durch die Federkonstante gegeben, und man erhält so, wie in Fig. 3 angegeben, einen Wert für Winkel et gleich dem Abstand zwischen dem Nullpunkt und dem Schnittpunkt der Linie 27 mit der Horizontalen. Damit das System stabil wird, müssen aber die Ableitungen der beiden Kurven 22 und 27 gleiches Vorzeichen haben, und da die Ableitung der Federspannungskurve immer positiv ist, muß man den Punkt 28 wählen. Der Punkt 29 erfüllt die Voraussetzung nicht.

Zunächst soll anhand der idealisierten Vorrichtung nach Fig. 2 nachgewiesen werden, daß sie auch aus einem zusätzlichen Grund nicht funktionsfähig ist; Störmomente können z.B. durch Reibung entstehen, jedoch gibt es keinen prinzipiellen Unterschied

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zwischen einem Reibungsmoment und einem Moment, das absichtlich von dem Rotorträger 11 auf dem kardanischen Rahmen 12 mit Hilfe der Feder l6 erzeugt wird, wenn es auf die Geschwindigkeit ankommt, mit der eine Einstellung stattfindet. Das Reibungsmoment, das bei der Vorrichtung nach Fig." 2 nicht zu vermeiden

ist, wird mit M bezeichnet. Es hat den Wert; s

M_ = Ί_ . ω_Λ . sin α . dq (2)

dt

Wenn keine Reibung in den Lagerungen der α-Achse vorhanden wäre, Λ

d«
würde -?£ derart schnell anwachsen, daß das Moment um die ω -Achse nicht die dem Gleichgewicht entsprechende Änderung des Winkels _ω bewirken könnte. Wäre andererseits die α-Achse gegen Drehung gesichert, so würde nach bekannten Gesetzen das Störmoment M_ eine unmittelbare Beschleunigung der Masse um

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die ω-Achse herbeiführen. Zur Erzeugung einer Umstellung der Drehgeschwindigkeit _ω um die Welle l4 muß daher ein Störmoment M„ zugeführt werden. Es darf aber unter keinen Umständen derart groß sein, daß es große Beschleunigungen erzeugt. Die Feder ΐβ soll dieses Moment erzeugen. Man ersieht hieraus, daß das Federmoment sehr niedrig gehalten werden muß, was wiederum einen niedrigen Wert der Federkonstante voraussetzt. Ein derart niedriger Wtfert der Federkonstante bei erforderlicher Festigkeit der Feder kann indessen nicht in dem Arbeitspunkt 28, •Fig. 3, erreicht werden, ohne daß die Federlänge einen un- ■ realistisch hohen Wert hat. Man steht somit vor einander widersprechenden Erfordernissen*. Einerseits müßte man am Punkt 28 · der Fig. 3 arbeiten, aber andererseits würde dies zu nicht

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realisierbaren Abmessungen führen« Dies ist das der Erfindung zugrundeliegende Problem.

Der Fig. 3 ist, wie erwähnt, zu entnehmen, daß das Präzessionsmoment etwa einer Sinuskurve 25 entspricht, während die Federmomentkurve 27 eine Gerade ist, vorausgesetzt, daß die' Federkonstante auch wirklich konstant ist. Da es sich hier um kleine Bewegungen handelt, und die Feder aus den oben angegebenen Gründen läng sein muß, kann diese Bedingung als erfüllt betrachtet gelten. .

Beim Anlaufen einer Kreiselanlage der vorliegenden Art steigt das Präzessionsmoment allmählich an unter gleichzeitigem Anstieg des entgegenwirkenden Federmoments entsprechend der Linie 27. Gleichzeitig baut sich eine Umstellung des Winkels β auf« Der Abnehmer 19 steuert den Verstärker 18 und dieser erzeugt den anwachsenden Wert von ω. Dieser Anstieg des Wertes von ω geht weiter, bis das Gleichgewicht im Punkt 28 erreicht wird. Die Art und Weise,in der das Präzessionsmoment zunimmt, wird in . .. Fig. 4 gezeigt, wo drei verschiedene sinusähnliche Kurven..30/ 31 und 32 dargestellt sind, die in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgenden Zustände während des Anlaufes entsprechen. Diesen Zuständen entsprechen verschiedene=Umlaufgeschwindig-, keiten des Kreiselrotors. Außerdem ist eine Linie 2J ebenfalls in dem Diagramm nach Fig. 4 eingezeichnet worden,- Um._fdie,.___; ._v ^₅ Empfindlichkeit der Vorrichtung zu untersuchen, kann man die Gleichung (1) differenzieren: .

■-■-■ ■ '.. " ' -11-

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_ · ο ^Mo (sino . d « + μ cos α . d α ) (3)

Auflösung rait Bezug auf die 2_SL ergibt:

U 0)

gin _ΓΤ__ (4)

.-_ _ΓΓΓΓΤ

Man ersieht aus dieser Gleichung, daß die Empfindlichkeit -j—— gegen Unendlich strebt, vorausgesetzt, daß

= «cos oder k = cos_o . Ι_ω .ω (5)

Dies ist gleichbedeutend mit einem Pederfaktor gleich COS α· I_ ω _η ω·

Hieraus ist zu entnehmen,daß der vorteilhafteste Wert der Federkonstante der Ableitung d?r Präzessionsmomentkurve im. Qleichgewichtspunkt entspricht, z.B. im Punkt 28, Fig. 3. Dies bedeutet, daß der Winkel _α derjenigen der Kurven der in Fig. 4 gezeigten Kurvenschar entsprechen soll, die die Gerade 27 berührt. Diese Kurve ist in Fig. 5 dargestellt und mit 33 bezeichnet. Man gelangt so zu dem oben genannten wesentlichen Merkmal der Erfindung,gemäß dem die Ableitung der Federmomentkurve im wesentlichen mit der Ableitung der Präzessionsmomentkurve übereinstimmen soll.

_,-■■ -12-

OfUQlKAL INSPECTED S09818/02SA

.--..-■ IC -. J-T TW VW T

Zu betonen ist, daß die Linearität der Federmomentkurve oder, · anders ausgedrückt, die genaue Konstanz der Federkonstante, keine Bedingung darstellt. Es kann auch eine als Feder wirkende .Vorrichtung vorgesehen sein, deren Federfaktor veränderlich ist. Dies kann bei aerodynamischen federnden Vorrichtungen der Fall sein. Die Gleichheit der beiden Ableitungen kann trotzdem im wesentlichen verwirklicht werden.

Setzt man den oben hergeleiteten Wert für die Federkonstante in die Gleichung (1) ein, so erhält man

ω . cos α. Ι ω" ( α + α) = Ί ω . sin α ω (6) ο οο οο

Dies ergibt:

tg ο = Ό_ο + ' ο ^; (7)

Einige Beispiele mögen angeführt werden:

Wenn man σ = v/k setzt, so wird tga = Ί und a +a ^= Ί, oder im Winkelmaß 57°. Mit σ= tr/3 wird tga.= '3^1/2, und α + <*_ = '3 , im Winkelmaß 99°. Durch Subtraktion erhält man im ersten Fallet ='12° und im zweiten Fall« ='39°.

Um auf die Einstellbewegungen ansprechen zu können, die einen Trägheitsnavlgierungskreisel der hier beschriebenen Art praktisch ausführen kann, muß die Feder bis zu etwa 90° gespannt werden können, und damit dies bei einer üblichen Uhrwerkfeder möglich *ird, kann sie nicht kürzer als etwa l80° gemacht werden, da sie sonst allzu großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden

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würde. Auch diese Abmessung der Feder kann unhandlich und unBequem sein. Dies kann, wie praktische Versuche ergeben haben, auf die unsymmetrische Massenverteilung der Feder zurückzuführen sein, welche derselben Beschleunigung wie der Kreisel und dessen Fundament, z.B. ein Flugzeug," ausgesetzt wird. Die Federmasse beeinflußt dabei die Stabilisierung des Kreisels und führt eine Fehlanzeige herbei. Es ist deshalb erwünscht, daß die Feder so ausgebildet wird, daß etwaige Beschleunigungskräfte an der Feder selbst ausgeglichen werden. Für solche Vorrichtungen muß das Kriterium gemäß Fig. 6 gelten, d.h., der gewählte Gleichgewichtsweöt von α , der mit «' bezeichnet wird, muß auch während der Beschleunigung des Fahrzeuges die Veränderungen von α + α nach der in Fig. 6 gezeigten, aus den oben angegebenen Gleichungen hergeleiteten Kurve mitmachen.

Eine Anzahl von verschiedenen FederkonstEuktionen, die sich zur Bemessung nach der oben angegebenen Bedingung eignen, sind in Fig. 7 bis 12 dargestellt.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Achse 13 mit einem zur Federbefestigung dienenden Ansatz 34 versehen ist, welcher über zwei Gelenke 35, 36 auf einen Arm 37 bzw. einen Arm 38 wirkt. Die Arme sind um feste Zapfen 39 bzw. 40 drehbar. Etwa in der Mitte zwischen den Befestigungspunkten ist eine Federbefestigung 4l angeordnet, und zwischen ihr und jedem der Arme 37, 38 ist eine Feder 42 bzw. 43 eingespannt. Die beiden Federn halten sich das Gleichgewicht. Sie wirken gemeinsam auf den Armen 34 zur Erzeugung des Drehmomentes der Achse 13·

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τ-τ ν

Bei der Vorrichtung nach Pig. 8 sind um die Achse 13 oder um eine mit derselben verbundenen Scheibe zwei Drähte 44, 45 gewunden, von denen jeder in eine Feuerkammer 46 bzw«, 47 geführt ist, in der eine Feder 48 bzw." 49 zwischen einem Flansch 50 bzw. 51 und einer mit dem Draht 44, 45 fest verbundenen Platte 52 bzw. 53 eingespannt ""ist.

Fig. 9 zeigt eine abgeänderte Form der Vorrichtung nach Fig. 7, bei der die beiden Köpfe 39 und 4O, welche die beiden Arme 37 und 38 tragen, ihrerseits durch lange, senkrecht zu der Papierebene stehende Torsionsfedern 54 ₃ 55 getragen werden. Diese Vorrichtung kann mit wesentlich größeren Ausgleichsmöglichkeiten doppelt ausgebildet werden₉ wie in Fig. 10 dargestellt _s wo die verschiedenen Teile mit einem Strich ^f für das eine System und mit zwei Strichen ■» ■' für das andere System bezeichnet sind. Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung, welche prinzipiell wie die nach Fig^ 10 funktioniert, jedoch haben die beiden Arme 37 und 38 hier entgegengesetzte Richtungen.

Die verschiedenen Konstruktionen nach Fig. 7 bis 11 haben zwei einander entgegenwirkende Federn. Prinzipiell kann diese Anordnung als mit Fig. 12 übereinstimmend betrachtet werden, in welcher die beiden Federn schematisch mit 56 und 57 angedeutet sind. Diese Federn haben die normale Länge α und stehen unter einer so gewählten Vorspannung, daß sie nie auf Zug beansprucht werden. Sind die beiden Federn in der normalen Lage gleich

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mit einer Federkonstante k, so führt eine Verschiebung χ des Punktes 58 zu der Lage 58' dazu, daß der Druck der einen Feder k (o - x), der der anderen Feder k (o'+ x) wird. Der Druckunterschied wird also 2. k. x, woraus zu ersehen ist, daß man in dieser Weise eine Kompensation für die Federlänge α einführen kann, wodurch diese nicht für den Druck mitbestimmend sein wird. Dies erleichtert die Bemessung der Feder.

Den obigen Ausführungen ist zu entnehmen, daß die Drehgeschwindigkeit des eigentlichen Kreiselrotors für die Genauigkeit des Kreisels von Bedeutung ist. Diese Drehzahl neigt aber dazu, temperaturabhängig zu sein. Dies ist bei der angegebenen Federanordnung die größte Fehlerquelle des Systems, die jedoch weitgehend ausgeglichen werden kann. Teile des Kreisels, Insbesondere die vorkommenden Arme, z.B. die Arme 37 und 38 nach Fig. 9, können aus "Invar" bestehen. Die Temperaturfehler werden-hierdurch praktisch aufgehoben. Die danach größte Fehlerquelle ist die Temperaturabhäi&gkeit der Federkonstante der Torsionsfedern nach Fig. 10 oder 11. Auch dieser Fehler.kann dadurch beseitigt werden, daß die Torsionsfedern, als Quarzstäbe ausgebildet werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die besondere Ausführungsform oder -formen davon beschränkt,- die oben näher beschrieben worden sind, sondern allerlei verschiede Abänderungen können innerhalb des Erfindungsrahmens vorkommen.

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Claims

-. l6 - 1448884 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer extrem konstanten Drehbewegung auf einer lagerstabilisierten Plattform, bestehend aus einem Kreisel, dessen Rotorträger mittels einer senkrecht zur Rotorachse verlaufenden inneren Drehachse in einem Tragrahmen gelagert ist, welcher seinerseits mittels einer senkrecht zur inneren Drehachse'verlaufenden äußeren Drehachse auf der Plattform gelagert ist, wobei durch ein zwischen dem Tragrahmen und dem Rotorträger um die innere Drehachse wirkendes, durch eine Feder erzeugtes, konstantes Drehmoment eine permanente reguläre Präzession des Kreisels um die äußere Drehachse erzwungen wird, und wobei zur Kompensation von Reitinngsverlusten, die eine stetig fortschreitende Änderung der Winkelstellung zwischen Rotorträger und Tragrahmen und eine dadurch verursachte Änderung der Präzessionsgeschwindigkeit bewirken könnte, ein Kompensationskreis vorgesehen ist, der einen Winkelabgriff zur Definierung einer Nullstellung des Rotorträgers gegenüber dem Tragrahmen, einen Verstärker zur Verstärkung der vom Winkelabgriff gelieferten Abweichungssignale sowie einen Drehmomentgeber zur Erzeugung eines kompensierenden Gegenoments an der äußeren Drehachse enthält, gekennzeichnet durch eine Bemessung der Feder (l6), wodurch die Ableitung des Federmomentes mit Bezug auf den Winkel (α) zwischen dem Rotorträger (11) und der äußeren Drehachse (I¹*) im wesentlichen mit der Ableitung Präzessionsmom^ntes mit Bezug auf den genannten Winkel (α) übereinstimmt»

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die paarweise in entgegengesetzten Richtungen wirksam sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (42, 43) auf Je einen Arm (37, 3ß) wirken, und daß die Arme um parallele Glieder (39, 40) drehbar sind, deren freie Enden durch Gelenke (35, 36) mit einem auf der durch die Federn zu beeinflussenden Achse (13) sitzenden Ansatz (34) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (48, 49) mit Bändern (44, 45) verbunden sind, die um die Welle (13) oder eine damit verbundene Trommel gewickelt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (54, 55) aus Torsionsfedern bestehen, welche mit der von den Federn beeinflußten Welle (13) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torionsfedern (54, 55) als Quarzstäbe ausgeführt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (37, 38) zur Verbindung der Federn (42, 43 bzw. 54, 55) mit der Welle (13) aus einem Material mit kompensierter Wärmeausdehnung, z.B. Invar, bestehen.

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8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet:, daß der Kreiselrotor (10) aus einem Material mit kompensierten Wärmeausdehnungskoeffizient, z.B. Invar, besteht.

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