DE1498039C3

DE1498039C3 - North looking roundabout with two degrees of freedom

Info

Publication number: DE1498039C3
Application number: DE19651498039
Authority: DE
Inventors: Heinz 6900 Heidelberg Riethmueller; Dieter 7801 Pfaffenweiler Thomaier
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1965-02-06
Filing date: 1965-02-06
Publication date: 1974-01-10
Also published as: DE1498039B2; DE1498039A1

Description

5555

Die Erfindung betrifft einen nordsuchenden Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, enthaltend einen Kreiselrotor mit im wesentlichen horizontaler Drehachse, einen ersten den Kreiselrotor tragenden Rahmen, welcher gegenüber einem zweiten Rahmen mittels eines statischen Gaslagers drehbar gelagert ist, wobei beide Rahmen um die Hochachse drehbar und mittels mechanischen Federelementen elastisch miteinander verbunden sind, und einen Nachführregelkreis, der den zweiten Rahmen in Abhängigkeit von dem durch einen Abgriff erfaßten Winkel, den die Rahmen miteinander bilden, in die Nordrichtung einstellt. The invention relates to a north-looking gyro with two degrees of freedom, containing a gyro rotor with an essentially horizontal axis of rotation, a first frame supporting the gyro rotor, which is rotatably mounted with respect to a second frame by means of a static gas bearing, wherein Both frames can be rotated around the vertical axis and elastically with one another by means of mechanical spring elements are connected, and a tracking control loop that the second frame depending on the by a tap detected angle which the frames form with one another, sets in the north direction.

Aus der USA.-Patentschrift 3 162 951 ist ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden bekannt, bei welchem der erste den Kreisel rotor aufnehmende Rahmen und der zweite äußere Rahmen um die Hochachse drehbar angeordnet sind. Es ist ein Nachführregelkreis vorgesehen, mit welchem bei einer auf Grund der. Horizontalkomponente der Erddrehung erfolgenden Auslenkung des ersten Rahmens der äußere Rahmen nachgeführt wird. Der erste Rahmen ist mittels eines Tragbandes am äußeren Rahmen aufgehängt und ist außerdem in einer Tragflüssigkeit gelagert. Bei einem derartigen Kreisel muß bekanntlich mit langen Einlaufzeiten gerechnet werden, insbesondere weil der innere Rahmen nicht starr genug um die Hochachse gelagert ist und somit Schwingungen nicht vermieden werden können. Weiterhin treten infolge der Viskosität der Tragflüssigkeit Stör- bzw. Dämpfungsmomente auf, welche das Einlaufverhalten des Kreisels nachteilig beeinflussen. Die Steifigkeit der Höchachse gegenüber Abweichungen von der Lotrichtung ist gering. Die Steifigkeit der Hochachse ist aber entscheidend für eine kurze Schwingungsdauer und für eine wirkungsvolle Schwingungsdämpfung.US Pat. No. 3,162,951 discloses a gyroscope known with two degrees of freedom, in which the first rotor receiving the gyro frame and the second outer frame are arranged to be rotatable about the vertical axis. It is a tracking control loop provided with which at a due to the. Horizontal component of the earth's rotation taking place Deflection of the first frame of the outer frame is tracked. The first frame is by means of a The support tape is suspended from the outer frame and is also stored in a support fluid. At a As is well known, such gyroscopes must be expected to have long running-in times, especially because of the inner frame is not mounted rigidly enough around the vertical axis and thus vibrations are not avoided can be. Furthermore, disturbance or damping moments occur due to the viscosity of the carrying fluid which adversely affect the running-in behavior of the gyroscope. The stiffness of the maximum axis compared to deviations from the perpendicular direction is small. The stiffness of the vertical axis is crucial for a short period of oscillation and for effective vibration damping.

Es ist aus der USA.-Patentschrift 3 070407 eine Kreiselanordnung bekannt, bei welcher ein innerer Rahmen in einem zweiten Rahmen mittels eines statischen Gaslagers drehbar gelagert ist. Bei diesem Gaslager ist an den äußeren Enden des zweiten Rahmens, in Richtung der Drehachse gesehen, jeweils ein Ringkanal vorgesehen. Beide Ringkanäle weisen Zuführungskanäle auf, durch welche das unter Druck stehende Gas in den Spalt zwischen dem zylindrischen inneren Rahmen und dem zweiten Rahmen einströmt. Ein derartiges Lager, welches wegen der zwei Ringkanäle als zweireihiges Lager bezeichnet wird, weist in dem genannten Lagerspalt in Achsrichtung gesehen, eine trapezförmige Druckverteilung auf. Die Herstellung eines derartigen Lagers ist jedoch sehr aufwendig, insbesondere weil die zylindrischen Oberflächen der genannten Rahmen äußerst exakt bearbeitet sein müssen. Geringe Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen bewirken eine ungleichmäßige Druckverteilung und somit eine ungenaue. Ausrichtung der beiden Rahmen. Weiterhin ist es zur Vermeidung von Turbinenmomenten erforderlich, daß die Achsen der Zuführungskanäle jedes Ringkanals in einem Punkt auf der Drehachse sich schneiden, so daß auch hierfür bei der Herstellung ein großer Aufwand getrieben werden muß. Einen ähnlichen Aufbau weist in dem älteren Patent 1 265 998 die Lagerung um die empfindliche Achse bei einer nordsuchenden und nordhaltenden Kreiselvorrichtung auf.It is known from US Pat. No. 3,070,407 a gyroscope arrangement in which an inner Frame is rotatably mounted in a second frame by means of a static gas bearing. With this one There is a gas bearing at each of the outer ends of the second frame, viewed in the direction of the axis of rotation Ring channel provided. Both ring channels have supply channels through which the under pressure standing gas in the gap between the cylindrical inner frame and the second frame flows in. Such a camp, which because of the two ring channels is referred to as a double-row bearing, points in the named bearing gap in the axial direction seen, a trapezoidal pressure distribution. The manufacture of such a bearing is, however very expensive, especially because the cylindrical surfaces of the frames mentioned are extremely high must be precisely machined. Small irregularities in the surfaces cause an uneven one Pressure distribution and thus an imprecise. Alignment of the two frames. Furthermore it is for Avoidance of turbine torques required that the axes of the feed channels of each ring channel intersect at one point on the axis of rotation, so that a large one also for this purpose during manufacture Effort must be made. A similar structure is shown in the earlier patent 1,265,998 the storage around the sensitive axis in a north-seeking and north-holding gyro device on.

Aus dem »Gas Film Lubrication«, W. A. G r ο s s , S. 279 ff, erschienen 1962 bei Wiley & Sons, ist weiterhin ein statisches Gaslager bekannt, welches nur einen Ringkanal aufweist. Hierbei sind in der zylindrischen äußeren Lagerschale rechteckige Flächenteile, in deren Zentrum die Zuführungskanäle münden, gegenüber der übrigen Oberfläche vertieft angeordnet. Die derart gebildeten Stautaschen, welche gegeneinander durch Stege gleichen Niveaus getrennt sind, bewirken, daß der Gasdruck innerhalb der Stautaschen praktisch konstant bleibt und erst von den Rändern der Stautaschen in Achsrichtung gesehen zu den Lagerenden hin abfällt.From the "Gas Film Lubrication", W. A. Gr o s s, p. 279 ff, published in 1962 by Wiley & Sons, is still a static gas bearing known which has only one annular channel. Here are in the cylindrical outer bearing shell rectangular surface parts, in the center of which the feed channels open, arranged recessed compared to the rest of the surface. The stowage pockets formed in this way, which are separated from each other by webs of the same level, cause the gas pressure within the Stowage pockets remains practically constant and only seen from the edges of the stowage pockets in the axial direction slopes towards the ends of the camp.

Auch hierbei ergibt sich eine trapezförmige Druckverteilung längs der Lagerflächen in AchsrichtungThis also results in a trapezoidal pressure distribution along the bearing surfaces in the axial direction

gesehen, doch ist die Herstellung derartiger Lager äußerst schwierig. .seen, but the manufacture of such bearings is extremely difficult. .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen nordsuchenden Kreisel in seinem Aufbau zu vereinfachen, wobei ein möglichst genauer Einlauf auf die Nordrichtung erzielt werden soll.The present invention is therefore based on the object of avoiding the disadvantages mentioned and to simplify the construction of a north-looking roundabout, with one as precise as possible Entry to the north is to be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gaslager zwischen dem zylindrischen ersten Rahmen und dem diesen umgebenden zweiten Rahmen nur an den beiden äußeren Randbereichen einen schmalen Lagerspalt aufweist, während in den mittleren Bereich mit breiterem Spalt ein einziger Kranz von Gaszuführungskanälen vorgesehen ist, und daß in einer Ringzone zwischen der unteren Zylinderstirnfläche des ersten Rahmens und dem Boden des zweiten Rahmens ein schmaler Lagerspalt vorgesehen ist.This object is achieved in that the gas bearing between the cylindrical first frame and the surrounding second frame only at the two outer edge areas has a narrow bearing gap, while in the middle area with a wider gap, a single one Ring of gas supply channels is provided, and that in an annular zone between the lower cylinder end face the first frame and the bottom of the second frame, a narrow bearing gap is provided is.

Der erfindungsgemäße Kreisel zeichnet sich vor allem durch eine äußerst höhe Steifigkeit des ersten Rahmens um die Hochachse aus, so daß ein schneller Einlauf auf die Nordrichtung erreicht wird. Es erge^: ben sich weiterhin fertigungstechnische Vorteile, da nur die Oberflächen der Randbereiche eine hohe Oberflächengüte aufweisen müssen, während in dem mittleren Bereich beispielsweise durch einfaches Hinterdrehen der zylindrischen Oberfläche des zweiten Rahmens der erforderliche breitere Spalt hergestellt werden kann.The gyro according to the invention is characterized above all by an extremely high rigidity of the first frame around the vertical axis, so that a quick approach to the north is achieved. It ^erge: furthermore required to manufacturing advantages, since only the surfaces of the edge regions must have a high surface quality, while in the central region of the second frame, the required wider gap can be prepared for example by simply rotating the rear cylindrical surface.

Infolge der Reibungsfreiheit des Gaslagers würden die Störmomente der bekannten Stromzuführungseinrichtungen besonders deutlich in Erscheinung treten. Es gilt daher, diese Störmomente völlig zu eliminieren. Zu diesem Zweck sind die Stromzuleitungen als mechanische Federn mit Richtkraft ausgebildet, die allein oder mit weiteren Federelementen die Funktion der elastischen Bildung der Rahmen aneinander übernehmen. Als Federelemente eignen sich Blattfedern besonders gut,' wie sie in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind.As a result of the freedom from friction of the gas bearing, the disturbing torques of the known power supply devices would appear particularly clearly. It is therefore important to completely eliminate these interfering moments. For this purpose, the power supply lines are designed as mechanical springs with a straightening force alone or with other spring elements, the function of the elastic formation of the frames on each other take over. Leaf springs, such as those in the exemplary embodiments, are particularly suitable as spring elements are shown.

Bei statischen Gaslagern ist es von Wichtigkeit, daß das Gas vor Eintritt in den tragenden Spalt durch einen Kanal oder Vorraum strömt, in den es durch eine Engstelle einfließt. Zur Bildung der Engstelle werden zwei besonders zweckmäßige Anordnungen vorgeschlagen. Einmal kann pan ein dünnes, beispielsweise aus einer Aluminiumfolie gestanztes Plättchen auf die Öffnung des Kanals kleben und mit einer Nadelspitze das Plättchen durchstoßen. Bei so einfach gebildeten düsenförmigen Engstellen empfiehlt es sich, das Verhältnis der Länge zu dem Durchmesser des zylindrischen Kanals größer als 8 : 1 zu machen. Bei der zweiten Anordnung besteht die Engstelle aus einer Schicht poriger Masse. Der Effekt ist hier der gleiche wie bei einer Düse, jedoch treten keine so starken Gaswirbel auf, und der Kanal kann wesentlich kürzer als im Falle einer Düse gemacht werden. Als porige Masse eignen sich z.B. mineralische Filterstoffe, welche für chemische und medizinische Zwecke entwickelt worden sind, oder synthetische Kunststoffschäume.In the case of static gas bearings, it is important that the gas before it enters the supporting gap flows through a canal or vestibule, into which it flows through a narrow point. To form the bottleneck two particularly expedient arrangements are proposed. Once you can pan a thin, For example, glue a plate punched out of an aluminum foil onto the opening of the channel and use it pierce the plate with the point of a needle. Recommended for nozzle-shaped constrictions that are so easily formed it turns out that the ratio of the length to the diameter of the cylindrical channel is greater than 8: 1 to make. In the second arrangement, the constriction consists of a layer of porous mass. the The effect here is the same as with a nozzle, but there are no such strong gas vortices and the channel can be made much shorter than in the case of a nozzle. As a porous mass e.g. mineral filter materials which have been developed for chemical and medical purposes, or synthetic plastic foams.

Um die Nordrichtung möglichst schnell zu finden, muß das im Kreiselkompaß vorliegende schwingende System optimal gedämpft werden. Da jedoch zur Erhöhung der Nordgenauigkeit gemäß der Erfindung Reibungseffekte weitestgehend ausgeschaltet werden, kann die Dämpfung keine Reibungsdämpfung sein, sondern nur eine sogenannte Systemdämpfung, die durch das Zusammenwirken der elastischen Bindung des Kreiselzylinders mit dem nordtreibenden Kreiselmoment und mit einem, integrierend wirkenden Nachführregelkreis zustande kömmt. Man kann die Gesamtverstärkung des Nachführregelkreises, die die eigentlich entscheidende Größe für die Systemdämpfung ist, in Abhängigkeit vom geographischen Standort, von den Kreiseldaten und von der Direktionskonstanten der elastischen Bindung so wählenj daß die Dämpfung optimal wird. Darunter ist der aus der Schwingungslehre bekannte aperiodische Grenzfall zu verstehen.In order to find the north direction as quickly as possible, the oscillating System can be optimally damped. However, as to increase the north accuracy according to the invention Friction effects are largely eliminated, the damping cannot be friction damping, but only a so-called system damping that is created by the interaction of the elastic binding of the centrifugal cylinder with the north-driving centrifugal moment and with an integrating one Tracking control loop comes about. One can see the overall gain of the tracking control loop, which the The actually decisive variable for the system damping is, depending on the geographical location, choose from the gyroscopic data and from the direction constant of the elastic bond so that the attenuation is optimal. Among them is the aperiodic limit case known from oscillation theory to understand.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigtThe invention is explained using the exemplary embodiments shown in the drawing. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen nordsuchenden Kreisel,F i g. 1 a longitudinal section through a north-looking roundabout,

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Federsystem,F i g. 2 a plan view of a spring system,

F i g. 3 die schaltungsgemäßige Anordnung der Federn, F i g. 3 the circuit arrangement of the springs,

F i g. 4 einen Gaszuführungskanal mit Engstellen aus Aluminiumplättchen,F i g. 4 a gas supply channel with constrictions made of aluminum plates,

F i g. 5 einen Gaszuführungskanal mit einer porigen Schicht als Engstelle,F i g. 5 a gas supply channel with a porous layer as a constriction,

F i g. 6 eine Draufsicht auf ein zweites Federsystem. F i g. 6 is a plan view of a second spring system.

Wesentliche Teile des Kreisels nach F i g. 1 sind da₃ aordsuchende Kreiselelement, das den Kreiselrotor und seinen ersten Rahmen umfaßt, und das Gehäuse, welches den zweiten Kreiselrahmen darstellt. Das Kreiselelement umfaßt zunächst einen Kreiselrotor 1, dessen Drehachse mit 2 bezeichnet ist. Er ist in zwei Lagerböcken 3 und 4 gelagert, die ihrerseits an einem Deckel 36 befestigt sind. Dieser runde Deckel ist mit enger Toleranz in einen Hohlzylinder 7 eingefügt. Die Höhlung ist so groß gehalten, daß sie den Kreiselrotor 1 samt Lagerböcken 3 und 4 aufnehmen kann. Die Achse des Zylinders 7 ist mit 8 bezeichnet und ist die Hochachse des Kreisels. Die Achse 8 ist durch geeignete Aufstellung oder Aufhängung des Gehäuses genau lotrecht eingerichtet. In den Deckel 36 ist von oben her ein Isolierkörper 37 eingefügt, welcher eine Innenwicklung 38 des Abgriffes trägt. Der Isolierkörper ist in axialer Richtung von vier leitenden Durchführungen durchsetzt, welche oben mit Gewindebohrungen und unten mit Lötösen, z.B. 39 und 40, versehen sind. Das Gehäuse besteht aus einem Lagerzylinder 41, einem Boden 42 und einem Außenmantel 43, die alle drei dicht ineinandergefügt sind. In den Außenmantel ist ferner ein Tragring 44 für die Außenwicklung 45 des Abgriffes eingepaßt.Essential parts of the gyro according to FIG. 1 there are ₃ aord-seeking gyro element, which comprises the gyro rotor and its first frame, and the housing, which represents the second gyro frame. The gyroscopic element initially comprises a gyroscopic rotor 1, the axis of rotation of which is denoted by 2. It is mounted in two bearing blocks 3 and 4, which in turn are fastened to a cover 36. This round cover is inserted into a hollow cylinder 7 with a close tolerance. The cavity is kept so large that it can accommodate the gyro rotor 1 including bearing blocks 3 and 4. The axis of the cylinder 7 is denoted by 8 and is the vertical axis of the gyro. The axis 8 is set up exactly perpendicular by suitable installation or suspension of the housing. In the cover 36, an insulating body 37 is inserted from above, which carries an inner winding 38 of the tap. The insulating body is penetrated in the axial direction by four conductive bushings, which are provided with threaded holes at the top and solder lugs, for example 39 and 40, at the bottom. The housing consists of a bearing cylinder 41, a base 42 and an outer casing 43, all three of which are tightly fitted into one another. A support ring 44 for the outer winding 45 of the tap is also fitted into the outer jacket.

Die Außenwicklung 45 des Abgriffes steuert über eine Leitung 9 und einem Verstärker 10 einen Servomotor 11, dessen Ritzel 12 einen Zahnkranz 13 des Bodens 42 antreibt. Die Drehzahl des Servomotors 11 ist, wenn man von seiner Ansprechschwelle einmal absieht, etwa proportional der von dem Abgriff festgestellten Auslenkung des Kreiselelementes. Das Gehäuse ist zu diesem Zweck ebenfalls um die Achse 8 drehbar gelagert. Eine am Außenmantel befestigte Kompaßrose (nicht dargestellt) dient zur di-' rekten Anzeige der Nordrichtung.The outer winding 45 of the tap controls a servomotor via a line 9 and an amplifier 10 11, the pinion 12 of which drives a ring gear 13 of the bottom 42. The speed of the servo motor If you disregard its response threshold, 11 is roughly proportional to that of the tap detected deflection of the gyro element. For this purpose, the housing is also around the Axis 8 rotatably mounted. A compass rose (not shown) attached to the outer jacket is used for di- ' right display of north direction.

Der Lagerzylindec 41 ist im mittleren Bereich seiner Innenfläche etwa über die Hälfte seiner Länge ein wenig hinterdreht. Seine Innenfläche setzt sich also aus den beiden erhöhten Randbereichen 41 a und 41 b sowie aus dem hinterdrehten Bereich 41 c zusammen. Auch der Boden, der in der Mitte die große Gasauslaßöffnung 42 a aufweist, hat um dieThe bearing cylinder 41 is turned a little behind in the middle area of its inner surface over approximately half of its length. Its inner surface is thus made up of the two raised edge areas 41 a and 41 b as well as the rear-turned area 41 c . Even the bottom, which has the large gas outlet opening 42 a in the middle, has to

öffnung herum eine ringförmig erhöhte Zone 42 b und eine äußere zurückgesetzte Ringzone 42 c. Der Spalt zwischen Kreiselzylinder und Gehäuse hat daher in den verschiedenen Bereichen eine unterschiedliche Weite. Es ergeben sich einmal herstellungsmäßige Vorteile, da nur die wenigen erhöhten Oberflächen extrem genaue Bearbeitung verlangen. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß nur ein Kranz von Einblasöffnungen am Gehäusemantel genügt und daß der Gasverbrauch eines solchen Lagers sehr gering ist. Für die Gaszuführung ist ein Ringkanal 46 vorgesehen, von dem aus eine ungerade Zahl von Gaszuführungskanälen 47 zum Spalt führen. Vom Druckerzeuger tritt das Gas durch einen Kanal 48 in den Ringkanal ein und gelangt dann durch eine porige Schicht 49, auf die noch näher eingegangen wird, in die Kanäle 47.Opening around a ring-shaped raised zone 42 b and an outer recessed ring zone 42 c. The gap between the centrifugal cylinder and the housing therefore has a different width in the various areas. There are advantages in terms of production, since only the few raised surfaces require extremely precise machining. In addition, it has been found that only a ring of injection openings on the housing jacket is sufficient and that the gas consumption of such a bearing is very low. For the gas supply, an annular channel 46 is provided, from which an odd number of gas supply channels 47 lead to the gap. From the pressure generator, the gas enters the annular channel through a channel 48 and then passes through a porous layer 49, which will be discussed in greater detail below, into the channels 47.

Die Engstellen, die durch die Schicht 49 gebildet sind, bewirken beim Übertritt von den Gaskammern in die Kanäle eine fast völlige Entspannung des Druckes, mit dem das Gas gefördert wird. Aus dem Teil des Spaltes, der durch die zylindrischen Flächen gebildet wird, kann das Gas nach oben frei austreten, während nach unten durch den ebenen Teil des Spaltes 42 b das Gas radial nach innen abströmt und durch eine Bohrung 42 α austritt.The constrictions which are formed by the layer 49, when passing from the gas chambers into the channels, cause an almost complete relaxation of the pressure with which the gas is conveyed. From the part of the gap which is formed by the cylindrical surfaces, the gas can freely escape upwards, while the gas flows radially inwards through the flat part of the gap 42 b and exits through a bore 42 α.

Die elastische Bindung des Kreiselelementes gegenüber dem Rahmen wird mittels der vier halbkreisförmig gebogenen Blattfedern 50 bis 53 gemäß F i g. 2 verwirklicht. Diese Federn liegen in einer zur Achse 8 senkrechten Ebene und bilden etwa eine arabische Ziffer »8«.The elastic binding of the gyro element to the frame is semicircular by means of the four curved leaf springs 50 to 53 according to FIG. 2 realized. These springs are in a to Axis 8 vertical plane and form approximately an Arabic number "8".

Die Enden der Federn sind mit viereckigen Endstücken, z.B. 54, verschweißt. Mit diesen Endstükken sind sie einerseits am' Isolierkörper 37 mit den symmetrisch zur Achse angeordneten leitenden Durchführungen und andererseits mit einem Befestigungsring 55 verschraubt.' Der Befestigungsring besteht aus Isolierstoff und ist auf geeignete Weise oberhalb des Abgriffes angeordnet. Es ist zweckmäßig, diesen Ring z.B. mit Kugelrasten zu befestigen, um ihn einfach abmontieren zu können.The ends of the springs are welded to square end pieces, e.g. 54. With these end pieces they are on the one hand on the 'insulating body 37 with the conductive arranged symmetrically to the axis Bushings and, on the other hand, screwed to a fastening ring 55. The fastening ring consists made of insulating material and is arranged in a suitable manner above the tap. It is appropriate to attach this ring, e.g. with ball catches, so that it can be easily removed.

F i g. 3 zeigt die schaltungsmäßige Verwendung von dreien dieser Blattfedern. Eine ist elektrisch nicht angeschlossen. Der Kreiselmotor, der in üblieher Weise als zweiphasiger Hysterese-Motor ausgeführt ist, hat zwei Wicklungen 56 und 57. Diese werden mit in der Phase gegeneinander verschobenen Spannungen gespeist. Der Verbindungspunkt der Wicklungen, welcher Massepotential besitzt, und die beiden Enden der Wicklungen sind über drei Federn 50 bis 52 herausgeführt. Die Innenwicklung 38 des Abgriffes liegt parallel zur Motorwicklung 57 und erhält ihren Strom somit ebenfalls über die Blattfedern.F i g. 3 shows the circuit use of three of these leaf springs. One is electric not connected. The centrifugal motor, which in usual Way is designed as a two-phase hysteresis motor, has two windings 56 and 57. These are fed with voltages shifted from one another in phase. The connection point of the Windings, which has ground potential, and the two ends of the windings are over three springs 50 to 52 led out. The inner winding 38 of the tap is parallel to the motor winding 57 and is maintained their current thus also via the leaf springs.

Die elastische Bindung des Kreiselelementes gegenüber dem Gehäuse kann auch mittels dreier Blattfedern 27, 28 und 29 verwirklicht sein, die aus F i g. 6 ersichtlich sind. An einem Ende sind diese Blattfedern des Kreiselelementes mittels isolierender Durchführungen 30, 31 und 32 nahe dem Zentrum befestigt, um kleine Hebelarme zu erreichen. Am anderen Ende sind die Federn mit Isolierklemmen 33, 34 und 35 am Außenmantel 43 des Gehäuses befestigt. Die drei Federn können so zur Zuführung des Speisestromes zum Kreiselmotor dienen, wobei der Übersichtlichkeit halber die Verbindungsleitungen von den isolierenden Durchführungen 30 bis 32 zum Kreiselmotor nicht dargestellt sind.The elastic binding of the gyro element to the housing can also be achieved by means of three leaf springs 27, 28 and 29 can be realized from FIG. 6 can be seen. At one end are these Leaf springs of the gyro element by means of insulating bushings 30, 31 and 32 near the center attached to reach small lever arms. At the other end are the springs with insulating clamps 33, 34 and 35 attached to the outer jacket 43 of the housing. The three springs can be used to feed the Serve supply current to the centrifugal motor, the connection lines for the sake of clarity from the insulating bushings 30 to 32 to the centrifugal motor are not shown.

Die Blattfedern verlaufen in zur Drehachse 8 parallelen Ebenen, die gegeneinander um 120° verdreht sind. Von der Befestigungsstelle am Kreiselzylinder stehen die Federn zunächst in axialer Richtung ab und sind dann in sanften Schwüngen ohne Knicken und Torsion zum Außenmantel hin abgebogen. Aus den Figuren geht ohne weiteres hervor, daß bei kleinen Winkelausschlägen des Kreiselelementes, und diese Voraussetzung trifft hier zu, die Blattfedern praktisch nur auf Biegung und nicht auf Torsion beansprucht werden. Dadurch wird die Berechnung und Auslegung der Blattfedern sehr wesentlich vereinfacht. -Ein besonderer. Vorteil der beschriebenen Federanordnung besteht darin, daß sie praktisch keinen zusätzlichen Bauraum benötigt.The leaf springs run in planes parallel to the axis of rotation 8, which are rotated by 120 ° in relation to one another are. The springs initially protrude in the axial direction from the attachment point on the centrifugal cylinder and are then bent in gentle curves without kinking or torsion towards the outer jacket. Out the figures clearly show that with small angular deflections of the gyro element, and this requirement applies here, the leaf springs are practically only subjected to bending and not torsion will. This greatly simplifies the calculation and design of the leaf springs. -A special. The advantage of the spring arrangement described is that they have practically no additional space is required.

Die Art und Weise, die Hochachse lotrecht auszurichten, ist abwandelbar. Man kann z. B. den ganzen Kompaß in einen Korb einfügen und diesen oberhalb seines Schwerpunktes kardanisch aufhängen. In diesem Fall braucht bei Ortsveränderung keine Nachjustierung vorgenommen zu werden. Will man die angezeigte Nordrichtung als Steuerwert verwenden, gegebenenfalls auch für Tochterkompasse, so ist ein weiterer Abgriff von geeigneter Ausführungsform zwischen dem Gehäuse und dem nicht dargestellten Fußgestell anzufügen. Unter Fußgestell ist eine beliebige erdfeste oder auf der Erde aufgestellte Montagegrundlage zu verstehen, an welcher auch der Servomotor 11 befestigt ist.The way of aligning the vertical axis perpendicular can be modified. You can z. B. put the whole compass in a basket and put it above gimbal to its center of gravity. In this case, no readjustment needs to be made when changing location. Do you want the displayed Use north direction as the control value, if necessary also for subsidiary compasses, so is a further tap of a suitable embodiment between the housing and the not shown Add pedestal. Any installation base that is fixed or set up on the ground can be used under the pedestal to understand to which the servomotor 11 is also attached.

Die Federn können ausschließlich nach praktischen Gesichtspunkten dimensioniert werden, beispielsweise wird man sie so kräftig machen, daß sie bei den zu erwartenden Erschütterungen während des Transportes nicht brechen, daß sie sich infolge des Stromdurchflusses nicht verformen und daß das Rauschen des elektronischen Verstärkers nicht störend in Erscheinung tritt. Andererseits wird man darauf achten, daß die von der Direktionskonstante der Federn abhängige aperiodische Verstärkung nicht zu hoch liegt, weil der Verstärker auch eine genügend ausgedehnte lineare Charakteristik haben muß, um aperiodisches Einschwingen zu ermöglichen, und weil dann weniger Spielraum zur Erhöhung der Verstärkung über den aperiodischen Wert hinaus übrig bleibt. Die theoretischen Überlegungen haben darüber hinaus ergeben, daß auch bei Annahme eines Turbinenmoments, d.h. eines von den Gaspolstern auf das Kreiselelement ausgeübten Drehmoments um die Hochachse und bei Annahme einer Unwucht bezüglich der Hochachse (Türangeleffekt) sich keine Optimierungsbedingungen für die Direktionskonstante ergeben.The springs can only be dimensioned from a practical point of view, for example they will be made so strong that they will with the expected shocks during of the transport, that they do not deform as a result of the current flow and that the Noise from the electronic amplifier is not a problem. On the other hand, you will care ensure that the aperiodic amplification, which is dependent on the direction constant of the springs, does not increase is high because the amplifier must also have a sufficiently extensive linear characteristic in order to To enable aperiodic settling, and because then there is less scope for increasing the gain remains beyond the aperiodic value. The theoretical considerations have about it also show that even assuming a turbine torque, i.e. one of the gas cushions torque exerted on the gyro element about the vertical axis and assuming an imbalance with respect to the vertical axis (door hinge effect) there are no optimization conditions for the direction constant result.

Mit einer Einzelheit der Gaslagerung befassen sich die folgenden Fig. 4 und 5. Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine der Gaskammern aus F i g. 1, z. B 46, mit dem daran anschließenden Gaszuführungskanal 47, der in den Spalt 41 c mündet. Am Kanaleingang ist dadurch eine fabrikatorisch besonders leicht realisierbare Engstelle gebildet, daß ein kleines Plättchen 59 aus Aluminiumfolie auf die ebene Fläche 58 der Gaskammer 46 aufgeklebt ist und daß das Plättchen eine düsenförmige Öffnung aufweist. Ringförmig verteilter Klebstoff 60 sorgt für einwandfreie Abdichtung. Die Öffnung wird nach dem Festkleben mit einem spitzen Stichel eingestoßen, so daß die Ränder der öffnung nach innen stehen. The following FIGS. 4 and 5 deal with a detail of the gas storage. FIG. 4 shows, on an enlarged scale, one of the gas chambers from FIG. 1, e.g. B 46, with the adjoining gas supply channel 47 which opens into the gap 41 c. At the channel entrance, a constriction that is particularly easy to manufacture in terms of manufacturing is formed in that a small plate 59 made of aluminum foil is glued to the flat surface 58 of the gas chamber 46 and that the plate has a nozzle-shaped opening. Adhesive 60 distributed in a ring ensures a perfect seal. After gluing, the opening is pushed in with a sharp graver so that the edges of the opening are facing inwards.

Es ist bei statischen Gaslagern schon bekannt, zwi-With static gas bearings it is already known that between

I 498I 498

sehen den Gaskammern und den Kanälen, welche das Gas unmittelbar in den Spalt einströmen lassen, Engstellen anzuordnen und damit den Förderdruck fast völlig zu entspannen. Durch diese Maßnahme hängt der Druck in dem Kanal 47 von der Kraft ab, mit welcher die Mantelfläche des Zylinders an der hier betrachteten Stelle den Spalt 41 c zu verengen sucht. · Verengt sich der Spalt 41 c, so steigt der Druck im Kanal 47 an, im Extremfall bis auf den Förderdruck. Dadurch wird eine Gegenkraft auf die Zylinderfläche ausgeübt, welche den Spalt wieder erweitert. Damit geht ein Druckabfall im Kanal 47 einher. see the gas chambers and the channels, which allow the gas to flow directly into the gap, to arrange constrictions and thus to almost completely relax the delivery pressure. By this measure, the pressure in the passage 47 depends on the force with which the circumferential surface of the cylinder the nip 41 tends to narrow at the considered here point c. · If the gap 41c narrows, the pressure in the channel 47 rises, in extreme cases up to the delivery pressure. As a result, a counterforce is exerted on the cylinder surface, which widens the gap again. This is accompanied by a pressure drop in channel 47.

Es hat sich nun gezeigt, daß dieser Mechanismus besonders günstig abläuft, wenn das Gas wirbelfrei aus dem Kanal in den tragenden Spalt übertritt. Dies wird auch bei Verwendung an sich wirbelbildender Düsenplättchen dann erreicht, wenn man den Kanal möglicht lang macht. Zumindest sollte das Verhältnis der Länge zum Durchmesser 8 : 1 -sein.It has now been shown that this mechanism works particularly well when the gas is eddy-free exits from the canal into the supporting gap. This also becomes more vortex-forming when used Nozzle plate is reached when the channel is made as long as possible. At least the ratio should of length to diameter 8: 1 -be.

Nach Fig.5 wird die Engstelle durch eine große Anzahl sehr feiner Öffnungen, gewissermaßen durch ein Gasfilter gebildet. Als Filtermaterial ist hier wieAccording to Figure 5, the bottleneck is through a large Number of very fine openings, to a certain extent formed by a gas filter. As a filter material here is how

30 in Fig. 1 ein aufgeklebtes Plättchen 49 aus einer porigen Masse verwendet. Der Zuführungskanal 47 zu der verbreiterten Spaltzone 41c kann infolge der größeren Wirbelfreiheit wesentlich kurzer und breiter ausgeführt sein. 30 in Fig. 1, a glued-on plate 49 made of a porous mass is used. The feed channel 47 to the widened gap zone 41c can be made much shorter and wider as a result of the greater freedom from eddies.

Die Wirkungsweise des nordsuchenden Kreisels ist folgende: Zunächst muß ■ die Achse 8 mit den beschriebenen Mitteln lotrecht gestellt werden. Zeigt die Drehachse! bei der Inbetriebnahme nicht nach Norden, so wirkt die Horizontalkomponente der Erddrehung auf den Kreisel und läßt ihn präzedieren. Der Zylinder 7 versucht also, sich auf seinen Gaspolstern nach Norden zu drehen. Die elastische Bindung gibt nach, und es entsteht eine Auslenkung des Zylinders gegenüber dem Gehäuse, die von dem Abgriff 45 erfaßt wird. Dies ist im Grunde genommen das einfache Prinzip des Wendekreisels. Der. Servomotor 11 dreht daraufhin das Gehäuse in der Richtung nach, in der die Auslenkung kleiner wird. Ist die Auslenkung zu Null geworden, dann bleibt der Motor stehen. Die geographische Nordrichtung kann nun an der Kompaßrose abgelesen werden.The function of the north-looking roundabout is as follows: First of all, axis 8 must match the described Funds are placed perpendicular. Shows the axis of rotation! during commissioning North, this is how the horizontal component of the earth's rotation acts on the top and makes it precess. The cylinder 7 thus tries to turn north on its gas cushions. The elastic Binding gives way, and there is a deflection of the cylinder relative to the housing, which is caused by the Tap 45 is detected. This is basically the simple principle of the rate gyro. The. Servomotor 11 then rotates the housing in the direction in which the deflection is smaller will. If the deflection has become zero, the motor stops. The geographical North direction can now be read from the compass rose.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309 682/141 sheet of drawings 309 682/14

Claims

Patent claims:

1. North-looking gyro with two degrees of freedom, containing a gyro rotor with essentially a horizontal axis of rotation, a first frame carrying the gyro rotor, which is rotatably mounted in relation to a second frame by means of a static gas bearing, both frames being rotatable about the vertical axis and by means of mechanical means Spring elements are elastically connected to one another, and a tracking control circuit which adjusts the second frame in the north direction as a function of the angle detected by a tap that the frames form with one another, characterized in that the gas bearing between the cylindrical first frame and the one surrounding it second frame has a narrow bearing gap only at the two outer edge areas (41 a, 41 b) , while a single ring of gas supply channels (47) is provided in the middle area (41 c) with a wider gap, and that in an annular zone (42 b) between the lower cylinder face of the first frame ens and the bottom (42) of the second frame, a narrow bearing gap is provided.

2. North looking gyro according to claim 1, characterized in that the bottom of the second frame in the middle has a blow-out opening (42 a) which in the radial direction outward from the annular zone (42 6) with a narrow bearing gap and an annular zone ( 42 c) is surrounded with a wider gap, so that the gas emerging from the lower edge region (41 b) passes through said zones to the blow-out opening (42 a) .

3. North seeking gyro according to claim Γ or 2, wherein bottlenecks are provided in the gas supply channels, characterized in that the bottlenecks are formed as plates (59) glued to the entrance of the gas supply channels, into which an opening with inwardly drawn edges is pushed by means of a needle tip which forms the constriction, and that the ratio of the length (/) to the diameter (d) of the channels is greater than 8: 1.

4. North looking gyro according to claim 1 or 2, wherein bottlenecks in the gas supply channels are provided, characterized in that the constrictions by means of a layer (49) a porous mass are formed.