DE1548537A1 - Nordsuchender Kreisel mit stark gedaempftem Einschwingverhalten - Google Patents

Description

Beiegexe'

Darf nicht geän

TELDix 1548537

LUFTFAHRT-AUSRÜSTUNGS G.M.B.H

Heidelberg
GrenzhÖfer Weg 36

Heidelberg, den 1*. Juli 1966 E/Pt-Ei/Wö, E-Nr.

Nordsuchender Kreisel mlb stark gedämpfbem Einschwingverhai ten

Die Erfindung bezieht sich auf einen nordsuchenden Kreisel, worunter - wie in der Fachsprache vielfach üblich - das ganze Kreiselgerät verstanden sein soll. Ein bekannter nordsuchender Kreisel umfaßt einen hochempfindlichen Wendekreisel, der so angeordnet ist, daß er die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit mißt und dabei von einem Servomotor so lange nachgedreht wird, bit? der Vektor dieser wirksamen Komponente der Erddrehgeschwindigkeib mit dem Drallvektor des Kreisels zusammenfällt,

Der Servomotor ist in eine .sogenannte iJervoschleife eingeführt, welche außer dem Motor einen Winkelabgriff (zwischen Kreide!rahmen und dem HachfUhrgehäuse) einen oloktronijchen Verstärker und ein Gebriebe umfaßt und ηomit ein integrierendes Verhalten hat: Die Winkelstellung; ier Auugangsachse des Getriebes repräsentiert' vUk-j Integral des vom Abgriff sensierteri Winkels üb ex* dor ^eIt.

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Es empfiehlt sich, die regeltechnische Verknüpfung der einzelnen Teile des bekannten nor !suchenden Kreisels in einem Blockschaltbild darzustellen, bei dom die Inschriften der einzelnen Blöcke nach der Laplace-Transformation im Frequenzbereich dargestellte Übergangsfunkt ionen sind, s ist die komplexe Veränderliche (Laplace-Operator)» Für jeden Block gilt, daß das Produkt aus Eingangsgröße und Blockinschrift gleich eier Ausgangsgröße iat. Ferxier enthält ein solches Blockschaltbild Summationspunkte und Verzweigungspunkte. Die Summationspunkto sind als kleine Kreise dargestellt. Für sie gilt, daß die Summe der zufließenden Signale unter Berücksichtigung der Vorzeichen gleich der Summe der abfließendem Signale ist. Die Verzweigungspunkte sind kleinere, ausgefüllte Funkte und über sie fliegt dasselbe Signal zu mehreren S".eilen weiter.

Zur Erläuterung des früheren Vorschlages, nur' dem die Erfindung aufbaut, wird vorweg verwiesen auf Fisr, 1, die das Blockschaltbild eines luftgelagerten riord-

suchenden Kreisels darstellt un 1 au:" Fig, ?, welche die im Blockschaltbild verwendeten Vinkeldefinitionen veranschaulicht.

ff bedeutet He geographische Nordrichtung. Die Ilotorachse (Richtung des DralLvektors) ist mit 1 und die Nordmarke des Gehäuses (Ciehäuaebezugsrichtung) mit ? bezeichnet. Letztere ist in der sog. Nullstellung zur Rotorachse parallel. Üblicherweise liefert der schon erwähnte Abgriff in dieser Ute llung keine Spannung. 1'ju Beginn dos Nordsuchvor^arigfis bilden Rotorachse und Nordmarko entsprechend dor zufälligen gestrichelt «"^ednut eten An fangt"- >ritjii5ierun£ .Ie-; Gerätes lit; Wink..·, /I, und f_} mit

üer Vordr. -htun^.. Die Fe.-itiefung ii> ,er beiden Winkel und iur \nfan_f ;nuölf»riKung <., de? H>inmens gpr^nüber lern Gehni-'ί ist jo getroffen, laß gilt

f.

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Die augenblickliche Stellung ß und f von Hotorachse und Nordmarke während des Einlaufes in die Nordrichtung wir1 von der Ausgangsstellung zur Nordrichtung hin gemessen. Entsprechend sind auch die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gerichtet. Die augenblickliche Auslenkung des Rahmens ist somit

Bei der Aufstellung des BJockschaltbildes wird davon ausgegangen, daß die Ausgangsachse des verwendeten Wendekreisels, d. h. die Drehachse des Rahmens, praktisch reibungsfrei ist. Dies wird durch eine Gaslagerung des Rahmens im Gehäuse erreicht. Eine von der Auslenkgeschwindigkeit <* abhängige Dämpfung braucht somit nicht berücksichtigt zu werden. Es wirken vielmehr auf den Rahmen zwei Momente: das nordtreibende Moment und das Rückstellmoment der Wendekreiselfeder, welche den Rahmen an das Gehäuse elastisch fesselt und in der Nullstellung ganz entspannt ist. Das n-rdt eibende Momer ; is'-.

M_n = H«τ ccb f s'ini ß_o~ ß) - k sin(ß₀ - ß) * k (ß_o-ß)

wobei H den Drall (Impulsmoment) des Rotors, cc die Drehgeschwindigkeit der Erde und ψ die geographische Breite bedeutet. Diese Größen sind unter der Konstanten k zusammengefaßt. Ferner kann bei der hier geübten regeltechnischen Betrachtung, bei der es hauptsächlich auf das Verhalten beim Einlauf in die Nordrichtung ankommt, der Sinus durch sein Argument ersetzt werden. Das Federmoment

M ρ ~Dcx

mit der Federkonstante (Steifigkeit) D ist dem riordtreibenden Moment entgegengerichtet. Beide? Momente sind als an

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der Rotorachse angreifend in Fig. 2 eingezeichnet.

Die Stimme dieser Momente verleiht dem Rahmen eine zur Nordrichtung hinführende Drehbeschleunigung (I, Nimmt man ein Trägheitsmoment Θ des Rahmens um seine Drehachse an, welches also auch den Rotor, seine Aufhängung usw. umfaßt, dann gilt

93 = k : ß_e - ß) - Z)cx

Das Federmoment ist mit einem Minuszeichen einzusetzen, da es ja entgegengesetzte Richtung hat. In transformierter Form und nach Null aufgelöst, lautet diese Gleichung

9b²β - k(ß_o~ rs) +z>« - ο

CII)

Die Servoschleife formt die Auslenkung«des Rahmens um in eine Drehgeschwindigkeit fi des Gehäuses. Das als proportional angenommene Verstärkungsverhalten des elektronischen Verstärkers, des Motors und des Getriebes zusammengenommen, nämlich die sog. Verstärkung V, bildet den verknüpfenden Faktor.

= ex V

Betrachtet man nicht die Geschwindigkeit, sondern zu einem bestimmten Zeitpunkt den erreichten Winkel J* des Gehäuses, so ist dieser - wie schon eingangs erwähnt das Integral der Gehäusegeschwindigkeit über der Zeit vom Beginn des Einlaufvorganges bis zu diesem Beobachtungszeitpunkt, also

r · /r ^ät ■

In transformierter Form heißt das r - JL i~

ό - ■ s d

oder unter BeHickEicntigung der obigen Beziehung für ^

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Vor Beginn des EinlaufVorganges, also bevor die Servoschleife eingeschaltet ist, wird am Rahmen das Momentengleichgewicht durch das nordtreibende und das Fesselfedermoment hergestellt. E's gilt:

Daraus folgt, wenn wieder sinß_Q durch ·] ersetzt wird,

/J = —2— γ₀ (IV)

Di-k ° ·

Das Blockschaltbild beinhaltet nichts anderes, als die in den Gleichungen I bis IV gegebenen Beziehungen. Sie sind unter Anwendung der eingangs gegebenen Rechenregeln aus dem Blockschaltbild selbst einfach herzuleiten, womit die Richtigkeit dieser Darstellung als vermaschtes Regel- ^ystom bewiesen ist.

Der anfangs eingestellte Winkel f₀ i^t nun als PMihrungsgröße und der Winkel ^" als Folj',egröße aufzufassen. Das System kommt dann zur Ruhe, wenn f_c gleich £ geworden ist, womit dann selbutverotän : Lieh einhergeht, laß i gleich/3_o und of gleich Null i:>t. Aus ien Gleichungen I bis IV läßt sich der Folgefrequenzgang F errechnen, indem man die Veränderlichen & und fl sowie die von $₀ abhängige Anfangskonstante ß_o eliminiert« Dabei ergibt sich

r~ _

Ϊ _{1 t} JLtD_{3 +} s.

^v γ-

_{3 +} s +

kV k Al/

T, T₁

Bezeichnet man das mit s behaftete GLled des Nenners mit T^ und das mit s" behaftete Glied ebenfalls des Nenners mit T₀, so stellt der Ausdruck

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eine charakteristische Größe für die Dämpfung des Systems

dar, sofern C¹^r Ausdruck -~ <£ S- ist. Das aber ist hier

* ν κ

gegeben, da V » 1 ist. Venn diese in der Hegeltechnik gebräuchliche Dämpfungskennzahl D* gleich 1 ist, so bedeutet dies den aperiodischen Grenzfall. Da man diesen Grenzfall, der durch die kürzeste Einschwingzeit ohne Überschwingen charakterisiert ist, beim nordauchenden Kreisel anstrebt, ergibt sich die schon in einem früheren Vorschlag erhobene Forderung

ν - v_ap = -9 *^k

2 \ffk

V ist; die sogenannte aperiodische Verstärkung, welche man in der Servorschleife vorsehen muß, um kürzeste Einlaufzeit zu erhalten»

In dem früheren Vorschlag wurde schon erläutert, daß der beschriebene nordsuchende Kreisel u.a. wegen der Ansprechschwelle des Servomotors nicht genau auf geographisch Nord einläuft. Man kann zwar die Ansprechschwelle scheinbar verringern und damit die Nordgenauigkeit erhöhen, wenn man die Verstärkung V erhöht. Diese liegt aber, wie gesagt, wegen der Forderung nach aperiodischem Einlauf fest. Der frühere Vorschlag lautete daher, man solle die Verstärkung erst nach Abklingen des aperiodischen Einlaufes oder gegen Ende dieses Vorganges langsam erhöhen.

Auch die vorliegende Erfindung hat angesichts der einander widersprechenden Forderung für die Verstärkung V in erster Linie das Ziel, die Nordgenauigkeit zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung des Kreisels selbst zur Bildung einer geschwin ligkeitsproporbionalen Rückführung. Auf diese Weise gelingt es, die Verstärkung von vorne herein beliebig hoch anzusetzen, ohne daß das Einlaufverhalten seine als aperiouischer Grenzfall bezeichnete Eigenschaft verliert.

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Es ist dem Regeltechniker an sich geläufig, daß man die Vorwärtsverstarkung einer Servoschleife bei Anordnung einer negativen Rückführung erhöhen kann, ohne dadurch die Gesamtverstärkung zu verändern. Im"vorliegenden Falle würde das bedeuten, daß die von der Servoschleife gelieferte Geschwindigkeit an den Anfang der Schleife zurückgeführt wird, so wie dies gestrichelt in Fig. 1 eingezeichnet ist. Diese Rückführung könnte grundsätzlich einen Tachogenerator enthalten, welcher eine geschwindigkeit sproportionale Spannung liefert. Biese Spannung wäre der Spannung des Winkelabgriffs entgegenzuschalten. Praktisch scheidet diese Lösung aber aus, da eine solche Rückführung hochgenau sein muß, um nicht ihrerseits wieder Fehler zu verursachen, die größer als der zu verbessernde Nordfehler sind* Es lassen sich angesichts der in der Nähe von Nord auftretenden kleinen Stellgeschwindigkeiten geeignete Tachogeneratoren nicht mit vernünftigem Aufwand herstellen.

Die Erfindung läßt daher die Nachdrehgeschwindigkeit auf den Wendekreisel selbst wirken und erzeugt dadurch ein Moment, welches dem nordtreibenden Moment entgegenwirkt.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Figuren, von denen

Fig. 3 das erfindungsgemäß erweiterte Blockschaltbild darstellt,

Fig. 4 eine schematische räumliche Darstellung des nordsuchenden Kreisels und

Fig. 5 ein unmittelbar auf Fig. 4 bezügliches räumliches Vektorschaubild wiedergibt.

Fig. 6 zeigt .eine zweite Antriebsart für das Gehäuse.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 3 unterscheidet sich gegenüber demjenigen von Fig. 1 nur durch den erfindungsgemäßen

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Rückführzweig, welcher einen mit A beschrifteten Block enthält. Es genügt zunächst, sich vorzustellen, daß die aus diesem Block austretende Größe ein Moment ist, welches zu 3" proportional ist. Aus dem Blockschaltbild läßt sich die folgende Gleichung ablesen

-D«

Die auf den Summationspunkt zufließenden Signale stehen in der Klammer. Sie ergeben mit -=—j- multipliziert den Winkel /i . Diese Gleichung entspricht der um das Glied Λ f erweiterten Gleichung II. Aus ihr läßt sich wiederum zusammen mit den noch immer gültigen Gleichungen I, II und IV der Folgefrequenzgang

ρ ₌ X Z⁷ X--D

^o i₊ Jk^*D ^ AV ₆ + 9_₅2

herleiten. Die Dämpfung ist in diesem Fall

■f /c I/ /9/9

D s- sofern wieder -~ <t —■ , also //» / irt.

Z IfA- Vk K

ι k
Wird D* gleich 1 gesetzt, so ergibt sich

Hier hat man die Möglichkeit, V_Q beliebig groß zu machen,

ap

wenn man nur die Rückführung A entsprechend groß wählt.

Die Rückführungswirkung ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Drehachse des Rahmens und die Drehachse des Gehäuses um einen kleinen Achsenfluchtwxnkel derart bleibend gegeneinander geneigt sind, daß die zwischen diesen Achsen ausgespannte Ebene bei Null-Stellung des Rahmens möglichst senkrecht zur Rotorachse steht und der von der Rahmenachse zur Gehäuseachse definierte Winkelsinn des

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- Q —

Achsenfluchtwinkels mit dem Drehsinn des Rotors über-■einstimmt.

Sind die beiden Achsen so gegeneinander geneigt, daß die Rotorachse bei Nullstellung des Rahmens auf der Gehäuseachse nicht senkrecht steht, so kann immer noch die angestrebte Dämpfurtgswirkung eintreten, sofern nur wenigstens der Drehainn obiger Forderung entspricht. Auf diese Abweichungen vom Optimalfall, welche jedoch eine nachteilige Nebenwirkung hervorrufen (unsymmetrischer Einlauf) _rwird anhand des Beispielsnoch näher eingegangen. Alle Möglichkeiten einer Verwirklichung der Erfindung sind jedoch erfaßt in der stets gültigen Forderung, daß Rahmen- und Gehäuseachse so gegeneinander geneigt sein sollen, daß es eine Komponente der NachführgeschwindifXeit gibt, die der auf den Kreisel voll wirksamem Komponente der Erddrehgeschwindigkeit entgegengerichtet ist.

In Fitf. 4 ist das sogenannte Gehäuse 5 rechteckig gezeichnet. Es ist in einem fahrzeugfesten, horizontalen, nur durch Bruchstücke angedeuteten Gestell 4 mittels zweier Zapfen 5a und 5b um die lotrecht stehende Gehäueeachse 5 drehbar gelagert* Über Zahnrader 6 und 7 wird das Gehäuse von einem am Gestell befestigten Servomotor 8 angetrieben. Am Gehäuse ist anstelle der üblichen Kompaßrose zur Vereinfachung eine Pfeilmarke 9 vorgesehen. Diese definiert die GehMusebezugsachse 2 und weist in eingelaufenem Zustand nach geographisch Nord. Der Kreiselrotor IQ, dessen Achse mit 1 und dessen Drehrichtung durch einen Pfeil 11 angedeutet ist_r läuft in einem Rahmeni?, dessen Achse 15 um -den gerichteten Achsenfluchtwinkel -; gegenüber der Gehäuseachse 5 geneigt ist. Bei ruhendem Kreisel nimmt der Rahmen 12 normalerweise die gestrichelt angedeutete Nullstellung 14- ein.Dabei steht die Rotorachse 1 parallel zur Achse 2. Der Winkel ist also Null. In dieser Stellung wird der Rahmen durch zwei Zugfedern 15 und 16 gehalten. Die geographische Nordrichtung ist durch einen Pfeil 1? angedeutet. In Folge des

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• *

auf den Rahmen wirkenden nordtreibenden Momentes entsteht die gezeichnete Auslenkung des Rahmens um seine . · Äch.5e 15, welche, durch den zweiteiligen VinkelabgF.iff 18 erfaßt und über einen Verstärker 11 dem Servomotor 8 zugeführt wird.

Anhand von Fi,?. 5 werden die auf den Kreisel wirksamen, d.h. α ie sowohl zur Rotorachse 1 als auch zur_:cRanmenachse Λ Λ senkrechten Geschwindigkeitskomponenten einzeln hergeleitet. Die Perspektive der darstellung ist die selbe wie bei Fig. 4, Die Drehachse des Gehäuses ist wieder mit ^r: und die dazu senkrechte Geirimiebezugsachse mit 2 bezeichne tj und vom Zentrum der Darstellung ausgehend aufgetragen. Dreht sich das Gehäuse um die A'hse 5, so beschreibt aie Gehnusebezugsachse 2 eiae Ebene 21, wijhrend.; der Drallvektor 20 bei Drehung des Rahmens um die Achse 13 eine Ebene 2?. beschreibt.

Im wesentlichen v;ir.l der Kreisel beeinflußt von zwei als Vektor dargestellten Geschwindigkeiten,, nämlich voa der Korizor.t,aikomponente wcui>ψ der rirddrehgeschw,lndiglc©it

von der Drehfres^hwinci i^reit, ■ des Gehäuses, w&l<3k It in. «ichtung der Gehauseachse 5Ii-Pe⁷It. In der Ebt/if 21 ist zunächst der Vektor?·.' · su series- in f*lr.f> Komponente -o „. -, φ ccsffr, - f) in Hijhtunf de: A„h-:e .? und in eine KoQpor_Aente ;l- cos ψ sin (f^ y) .jenkrecht iazu·, "':^fiIf ^ι/1·> j\ /* ^ wird nun in der El>ene l'.T: Äerl-jR«- in eine Komponente in Richtung cer Drall achse, we 1.-JIe unwirksam I^ t, und in eine₄, '.^T,\ir Drall achse senkrechte Komponente K„ . ff ■· _r si*-> (f\,-f) kann man zerlegen Ln eine Komponente parallel zur Rahmenar.rh.5e 15, welche folglich auf den Krei3eL unwirksam ist» ur₄.i. in eine Komponente w cc-ύ t sir. ^; /K:jd , weLche in der. Kbene 22 liegt, Liese Komponente wird nun parallel zu aiGh selbst in 3Le Mittelachse aar Ebene 22 verschoben und dann wiederum zerlegt in eine Komponente in .Richtung der Drall* achse, κ eiche unwirksam iüt_t und in eir.e Kompön#nte

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senkrecht zur Drallachse. Endlich ist die Gehäuöegeschwindig keit y zu zerlegen in eine Komponente in Richtung der Eahmenaehse, welche wiederum unwirksam ist, und in eine dazu senkrechte Komponente Γ sine . Diese wird parallel verschoben in die Mittelachse der Ebene ?? und dann weiter zerlegt in eine zur Drallachse parallele, unwirksame Komponente und in eine auf der Drallachse senkrecht stehende Komponente K,.

Damit ergeben sich die folgenden vom Kreisel sensierten Winkelgeschwindigkeiten

Da der Achsenfluchtwinkel ' erfindungsgemäß nur wenige Winkelminuten, z. L³. zwei Minuten, beträgt, kann mit cosd * 1 und sind-^.^ weiter vereinfacht werden:

te (α (.ι Sm ff, -^ ~^) - yc ■ rz Oi

7 = acti ^ jsinf,. fa O₁ — c\~i

Wendet man dieselbe Vereinfachung auch für cos ex. (bei einem praktisch ausgeführten Gerät beträgt <x z.B. 2°) und für 5;<-,/,j. ,-.' an, so ernibt sich

LV_K = te r a ^ 'J_c~,n - yd

Multipliziert mit dem Drall H ergibt sich so ein neues an der Rahmenachse 15 wirksames Gesamtmoment. Es gilt die Gleichung

h ν (rs ψ (_ti_o~₍i) - ticy -D^ - £s²;3

Setzt man H ^cos f = k, so entspricht diese Gleichung genau der anhand des erweiterten Blockschaltbildes abgeleiteten Gleichung Y, und man stellt fest, daß das Produkt H ο aus Drall und Achsenfluchtwinkel an der Stelle der Rückführungsgröße A steht.

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Damit ist "bewiesen, daß die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Neigung der Rahmenachse gegenüber der Gehäuseachse die gewünschte Rückführungswirkung erzeugt. Diese Wirkung hängt linear ab vom AchsenfluchtwinkelO .

Ist in Gegensatz zu Fig. 5 die Neigung der beiden in Rede stehenden Achsen so, daß die Achse 13 aus der angedeuteten Gehauaeebene 23 herausfällt, so entsteht ein von sin ex abhängiger Anteil der Rückführgröße, was den EinlaufVorgang unsymmetrisch bezüglich der Nordrichtung gestaltet, d.h. der Einlauf wird von der einen Seite her schneller als von der anderen Seite her. Liegt schließlich das obere Ende der gezeichneten Rahmenachse 13 jenseits der Linie 24·, einer Parallelen zur Gehäusebezugsachee, so stimmt die aufgestellte Forderung für den Winkel sinn des Ach3enfluchtwinkels d nicht mehr. Die Rückführung wirkt dann im Sinne einer Mitkopplung und verursacht Uber.^r3chwingon.

Will man exakt sein,so ist außerdem noch die Vertikalkomponente cc 5<>; f der Erddrehung zu beachten.

Da sie in der gleichen Richtung wirkt wie f , ist leicht einzusehen, daß davon die Komponente

/C' » iv .5/'*) ψ -SU, ό CCS &

auf den Kreisel wirksam ist. Der Winke] 'X , der wie schon erwähnt normalerweise auf 2 begrenzt ist, läßt die Näherung

i *r Ί zu. Damit, ist die Komponente K^ eine konstant auf den Kreisel wirkende Komponente. Sie bewirkt einen konstanten Nordfehler des Gerätes, der hier in der Größenordnung von 6 , also etwa bei 2 Bogenminuten, liegt. Ein konstanter Fehler aber läßt sich in die Eichung einbeziehen. Die Wirkung dieser Komponente K^ auf den Einlauf ist vernach lässigbar klein.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß anstelle des integrierend wirkenden Servomotors zur Nach-

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stellung des Gehäuses ein proportional wirkendes Stellglied verwendet ist. Darunter wird beispielsweise ein Zugoder Drehmagnet mit Federfesselung verstanden. Dieser Fall ist interessant für nordsuchende Geräte, bei denen eine Vornordnung vorgenommen wird und die daher innerhalb eines kleinen Winkelbereiche.3 arbeiten. Zur Vornordung erhält das Gestell 4- eine aus den Figuren nicht ersichtliche, durch Gestallmarken festgelegte Bezugsrichtung, welche in der Nullstellung mit der Gehäusebezugsachse 2 parallel ist. Mit dieser Gestellmarke wird das Gestell zunächst grob nach Nord ausgerichtet, wobei die annähernde Nordrichtung beispielsweise von einem Magnetkompaß stammen kann. Das System mit proportionaler Nachstellung hat den Vorteil, daß es praktisch ohne Ansprechschwelle arbeitet und damit eine denkbar große Nordgenauigkeit hat.

Als andere Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Nachstellung des Gehäuses anstelle eines Servomotors ein doppelt integrierendes Stellglied, z. B. einen rundum wirkenden Drehmomenterzeuger, zu verwenden. Ein solches System ist zwar theoretisch instabil. Es läßt sich aber nachweisen, daß bei Vorhandensein des erfindungagemäßen Achsenfluchtwinkels infolge der Reibung, die stets zwischen Gehäuse und Gestell an den Zapfenlagern 3a und 5b auftritt, das System praktisch stabil ist. Dieser Einfluß des Reibmomentes ist hier besonders groß, weil die theoretische Instabilität bei einer hohen Resonanzfrequenz auftritt.

In Fig. 6 ist der Drehmomentgeber schematisch aufgezeichnet. Sein Gehäuse 25 ist mit dem Gestell 4· fest verbunden, während der Rotor 26 am Achszapfen 3a des Gehäuses sitzt. Besondere Bedeutung hat diese Weiterbildung der Erfindung für einen schon früher vorgeschlagenen sogenannten Kippkreisel, das ist din Kreisel, welcher in einem ers.ten Betriebsmode die Nordrichtung aufsucht, dessen Rahmen dann 90 im die Spinachae gekippt wird und der in diesem zweiten Betriebamode als Kurskreisel funktioniert. Für den Kurs-

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kreiselmode dieses Gerätes mußte ohnehin zur Aufrichtung ein rundum wirkender Drehmomenterzeuger vorgesehen sein. Dieser kann nun ohne weitere Änderung ia Nordsuchmode zur Nachführung verwendet werden.

Veiter ist darauf hinzuweisen, daß die Federkonstante D des Wendekreisels bei entsprechender Bemessung des Achsenfluchtwinkeis auch gleich Null nein kann, ohne daß dadurch die aperiodische Dämpfung verloren geht. Die Wendekreiselfedern 15 und 16 sind ^lso ganz entbehrlich. Daait wird ein ganz wesentlicher Unterschied zum bisher bekannten nordsuchenden Kreisel ohne Achsenfluchtwinkel deutlich. "Man bezeichnet daher auch den nord3uchenden Kreisel mit Geschwindigkeitsrückführung über den Achsenfluchtwinkel als nordsuchenden Kreisel zweiter Art.

Endlich ergeben sich bezüglich der Forderung nach erschütterungsfreier Aufstellung des nordsuchenden Kreisels während des Ifordsuchvorganges neuo Perspektiven. Stets stollen Schwingungen eines Fahrzeuges, das einen nordsuchenden Kreisel enthalt, Winkelgeschwindigkeiten für diesen dar mit der Folge, daß Nord nicht gefunden werden kann. Die Wirkung dieser Fahrzeugschwingungen ist umso größer, je niedriger die Frequenz und je größer die Amplitude und damit die StörwinkeIgeschv in.:igkeit ist. Wenn es gelingt, die Eigenfrequenz des nordsuchenden Kreisels tiefer zu legen als die tiefste Frequenz des ,StÖrspektrumr, dann findet der Kreisel die Nordrichtung trotz der Pahrzeugschwingungen. Bisher war es nur möglich, durch Erniedrigung des Verstärkungsfaktors V die Eigenfrequenz herabzusetzen, was wegen einer damit einhergehenden Vergrößerung des Nordfehlers ausgeschlossen war. Erfindungsgemäß kann jedoch die Verstärkung entsprechend der erforderlichen Nordgenauigkeit zuvor festgelegt werden und hernach kann man unabhängig von der Verstärkung durch Vergrößerung des Achsenfluchtwinkels die Eigen-

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frequenz erniedrigen. Somit können - wenn auch auf Kosten einer Verlängerung des Nordsuohvorganges - Störwinkelgeschwindigkeiten niedrigerer Frequenz als bisher zugelassen werden.

- Patentansprüche -

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Claims (3)

Belegexemplar Darf nicht geändert werden Patentansprüche

1. Nordsuchender Kreisel mit eine» Kreiselrotor saat Rahmen, welch letzterer «it zur Rotorachse senkrechter Drehachse in einem Gehäuse gelagert ist, das seinerseits wieder um eine möglichst genau lotrechte Achse drehbar ist und mittels einer Serroschleife, die als Stellglied einen integrierend wirkenden Servomotor enthält, im Sinne einer Verringerung der Auslenkung des Rahmens nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (13) des Rahmens und die Drehachse (5) des Gehäuses um einen kleinen Achsenfluchtwinkel (/) derart bleibend gegeneinander geneigt sind, daß die zwischen diesen Achsen ausgespannte Ebene (23) bei Nullstellung des Rahmens möglichst senkrecht zur Rotorachse (1) steht und der von der Rahaenachse zur Gehäuseachse definierte Winkelsinn des Achsenfluchtwinkels mit dem Drehsinn (11) des Rotors übereinstimmt.

?. Nordsuchendes Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des integrierend wirkenden Servomotors zur Nachstellung des Gehäuses ein proportional wirkendes Stellglied verwendet ist.

3. Nordsuchendes Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des integrierend wirkenden Servomotors zur Nachstellung des Gehäuses ein doppelt integrierendes Stellglied (rundum wirkender Drehmomenterzeuger 25» 26) verwendet ist.

Heidelberg, den 13. Juli 1966
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