DE1548537B2 - Nordsuchender kreisel mit stark gedaempften einschwingverhalten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nordsuchenden Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, ähnlich einem Wendekreisel, enthaltend einen den Kreiselrotor aufnehmenden Rahmen, der senkrecht zur Rotorachse um eine normalerweise lotrechte Achse drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, das seinerseits um eine möglichst genau lotrechte Achse drehbar in einem Gestell gelagert ist und mittels einer Servoeinrichtung, die einen Winkelabgriff zwischen dem Gehäuse und dem Rahmen zur Erzeugung eines von dessen relativen Auslenkung abhängigen Signals, einen Verstärker und einen Stellantrieb aufweist, im Sinne einer Verringerung der relativen Auslenkung des Rahmens mit optimal einstellbarer Dämpfung nachgeführt wird.

Ein bekannter nordsuchender Kreisel umfaßt einen hochempfindlichen Wendekreisel, der so angeordnet ist, daß er die Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit mißt und dabei von einem Stellantrieb so lange nachgedreht wird, bis der Vektor dieser wirksamen Komponente der Erddrehgeschwindigkeit mit dem Drallvektor des Kreisels zusammenfallt. Der Stellantrieb ist in einer Servoeinrichtung enthalten, welche außerdem einen Winkelabgriff (zwischen Kreiselrahmen und dem Nachführgehäuse), einen elektronischen Verstärker und ein Getriebe umfaßt und ein integrierendes Verhalten hat. Die Winkelstellung der Ausgangsachse des Getriebes repräsentiert das Integral des vom Abgriff sensierten Winkels über der Zeit.

Es empfiehlt sich, die regeltechnische Verknüpfung der einzelnen Teile des bekannten nordsuchenden Kreisels in einem Blockschaltbild darzustellen, bei dem die Inschriften der einzelnen Blöcke nach der Laplace-Transformation im Frequenzbereich dargestellte Ubergangsfunktionen sind, »s« ist die komplexe Veränderliche (Laplace-Operator). Für jeden Block gilt, daß das Produkt aus Eingangsgröße und Blockinschrift gleich der Ausgangsgröße ist. Ferner enthält ein solches Blockschaltbild Summationspunkte und Verzweigungspunkte. Die Summationspunkte sind als kleine Kreise dargestellt. Für sie gilt, daß die Summe der zufließenden Signale unter Berücksichtigung der Vorzeichen gleich der Summe der abfließenden Signale ist. Die Verzweigungspunkte sind kleinere, ausgefüllte Punkte, und über sie fließt dasselbe Signal zu mehreren Stellen weiter.

Zur Erläuterung des früheren Vorschlages, auf dem die Erfindung aufbaut, wird vorweg verwiesen auf

Fig. 1, die das Blockschaltbild eines luftgelagerten nordsuchenden Kreisels darstellt und auf

Fig. 2, welche die im Blockschaltbild verwendeten Winkeldefinitionen veranschaulicht.

In F i g. 2 bedeutet N die geographische Nordrichtung. Die Rotorachse (Richtung des Drallvektors) ist mit 1 und die Nordmarke des Gehäuses (Gehäusebezugsrichtung) mit 2 bezeichnet. Letztere ist in der sogenannten Nullstellung zur Rotorachse parallel, üblicherweise liefert der schon erwähnte Winkelabgriff in dieser Stellung keine Spannung. Zu Beginn des Nordsuchvorganges bilden Rotorachse und Nordmarke entsprechend der zufälligen gestrichelt angedeuteten Anfangsorientierung des Gerätes die Winkel ß₀ und γ₀ mit der Nordrichtung. Die Festlegung dieser beiden Winkel und der Anfangsauslenkung a₀ des Rahmens gegenüber dem Gehäuse ist so getroffen, daß gilt: O₀ = γ_ο — β_ο. Die augenblickliche Stellung β und γ von Rotorachse und Nordmarke während des Einlaufes in die Nordrichtung wird von der Ausgangsstellung zur Nordrichtung hin gemessen. Entsprechend sind auch die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gerichtet. Die augenblickliche Auslenkung des Rahmens ist somit

« = Yo - ßo - Y + ß-

Bei der Aufstellung des Blockschaltbildes 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 ά 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 nordtreibende Moment ist M_n χ k(ß₀ — ß), wobei in der Konstanten K der Drall (Impulsmoment des Rotors), die Drehgeschwindigkeit der Erde und die geographische Breite zusammengefaßt sind. Das Federmoment M,.- = Da mit der Federkonstanten (Steifigkeit D) ist dem nordtreibenden Moment entgegengerichtet. Beide Momente sind als an der Rotorachse angreifend in F i g. 2 eingezeichnet. Der Rahmen weist ein Trägheitsmoment Θ um seine Drehachse auf, welches auch den Rotor, seine Aufhängung usw. umfaßt. Die Servoeinrichtung formt die Auslenkung α des Rahmens um in eine Drehgeschwindigkeit γ des Gehäuses, wobei das Verstärkungsverhalten des elektronischen Verstärkers, des Stellantriebes und des Getriebes durch den Verstärkungsfaktor V dargestellt wird.

Das Blockschaltbild gemäß F i g. 1 veranschau-

licht die mathematischen und physikalischen Zusammenhänge der oben angegebenen Größen des bekannten nordsuchenden Kreisels.

Der anfangs eingestellte Winkel γ₀ ist nun als Führungsgröße und der Winkel γ als Folgegröße aufzufassen. Das System kommt dann zur Ruhe, wenn γ gleich y₀ geworden ist, womit dann selbstverständlich einhergeht, daß β gleich ß₀ und α gleich Null ist. Dabei ergibt sich der Frequenzgang F,

1 +

F = — =
Yo

f)s² K + D

IO

ι , ^{K + D}

^]+^v~^s

β W

T₇

Bezeichnet man das mit s behaftete Glied des Nenners mit T₁ und das mit s² behaftete Glied ebenfalls des Nenners mit T₂, so stellt der Ausdruck

20

T₁

2 \[Y₂

eine charakteristische Größe für die Dämpfung des Systems dar, sofern der Ausdruck -^y « -^ ist. Das aber ist hier gegeben, da V » 1 ist. Wenn diese in der Regeltechnik gebräuchliche Dämpfungskennzahl D* gleich 1 ist, so bedeutet dies den aperiodisehen Grenzfall. Da man diesen Grenzfall, der durch die kürzeste Einschwingzeit ohne Uberschwingen charakterisiert ist, beim nordsuchenden Kreisel anstrebt, ergibt sich die schon in einem früheren Vorschlag erhobene Forderung

V=V =

D + k

2 fWk '

V_ap ist die sogenannte aperiodische Verstärkung, welche man in der Servoschleife vorsehen muß, um kürzeste Einlaufzeit ohne Uberschwingen zu erhalten.

In dem früheren Vorschlag wurde schon erläutert, daß der beschriebene nordsuchende Kreisel unter anderem wegen der Ansprechschwelle des Stellantriebes 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 sollte 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 geschwindigkeitsproportionalen Rückführung nach dem Kennzeichen des Patentanspruches. Auf diese Weise gelingt es, die Verstärkung von vornherein hoch anzusetzen, ohne daß das Einlaufverhalten seine als aperiodischer Grenzfall bezeichnete Eigenschaft verliert.

Es ist dem Regeltechniker an sich geläufig, daß man die Vorwärtsverstärkung 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 geschwindigkeitsproportionale Spannung liefert. Diese 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.

Die Rückführungswirkung ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Drehachse des Rahmens gegenüber der Drehachse des Gehäuses um einen festen Achsenfluchtwinkel entgegen dem Drehsinn des Kreiselrotors möglichst in der bei Nullstellung des Rahmens zur Rotorachse senkrechten Ebene geneigt ist und daß entsprechend dem durch den Achsenfluchtwinkel erzeugten Gegenmoment, das der Nachführgeschwindigkeit des Gehäuses proportional ist, die Verstärkung in der Servoeinrichtung einstellbar ist.

In der USA.-Patentschrift 1 850 982 wird ein Kreiselkompaß beschrieben, bei welchem mit Hilfe einer Achsneigung ein gedämpfter Einlauf der Spinachse des Kreisels in die Nord-Süd-Richtung bewirkt wird. Dort ist bei einem Kreiselkompaß nach Foucault mit drei Freiheitsgraden, Bandaufhängung und Nachführkreis die normalerweise horizontale Achse des ersten Rahmens gegenüber der Horizontalen um einen Winkel geneigt angeordnet. Es handelt sich dabei nicht um einen im Sinne der Erfindung definierten Achsenfluchtwinkel, welcher wie nachfolgend beschrieben zwischen zwei normalerweise fluchtenden Achsen eines nordsuchenden Kreisels liegt. In der genannten Patentschrift wird auf Grund der Achsneigung eine Schaltvorrichtung nicht nur durch die Momentanstellung des zweiten Rahmens, sondern auch durch die des ersten Rahmens betätigt. Dies steht im Gegensatz zur Messung der Nachdrehgeschwindigkeit des Gehäuses bei dem erfindungsgemäßen nordsuchenden Kreisel. Somit stellt die für eine andere Kreiselart beschriebene Lösung keine Anregung in Richtung der vorliegenden Erfindung dar, zumal die Dämpfung durch eine völlig andere Wirkungsweise erzeugt wird.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Figuren, von denen

F i g. 3 das erfindungsgemäß erweiterte Blockschaltbild darstellt,

F i g. 4 eine schematische räumliche Darstellung des nordsuchenden Kreisels und

F i g. 5 ein unmittelbar auf F i g. 4 bezügliches räumliches Vektorschaubild wiedergibt.

F i g. 6 zeigt eine zweite Antriebsart für das Gehäuse.

Das Blockschaltbild gemäß F i g. 3 unterscheidet

sich gegenüber demjenigen von F i g. 1 nur durch den erfindungsgemäßen 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 γ proportional ist. Aus dem Blockschaltbild läßt sich die folgende Gleichung ablesen:

\k{ß - ßo) + Da
Der Frequenzgang lautet

Θ.2

1 +

₁ ,

k + D + AV kV

Θ VK

IO

15

Die Dämpfung ist in diesem Fall
k+D+AV

D* =

2V f0k

sofern

Θ_
T

Somit ist es möglich, die Dämpfung unabhängig von der Verstärkung mit der Rückführung A zu vergrößern.

Daraus ergibt sich die aperiodische Verstärkung für D* = 1

35 ^k

^ap

Hier hat man die Möglichkeit, V_ap beliebig groß zu machen, wenn man nur die Rückführung A entsprechend groß wählt.

Sind die beiden Drehachsen so gegeneinander geneigt, daß sie nicht in der genannten Ebene liegen, so kann immer noch die angestrebte Dämpfungswirkung eintreten, sofern nur wenigstens der Drehsinn obiger Forderung entspricht. 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 Nachführgeschwindigkeit gibt, die der auf den Kreisel wirksamen Komponente der Erddrehgeschwindigkeit entgegengerichtet ist.

Der Stellantrieb zur Nachstellung des Gehäuses kann vorteilhaft als integrierend wirkender Servomotor ausgebildet werden. Weiterhin kann auch ein proportional wirkendes Stellglied beispielsweise ein Zug- oder Drehmagnet mit Federfesselung verwendet werden. Dieser Fall ist interessant für nordsuchende Geräte, bei denen eine Vornordung vorgenommen wird und die daher innerhalb eines kleinen Winkelbereiches arbeiten. Zur Vornordung erhält das Gestell eine aus den Figuren nicht ersichtliche, durch Gestellmarken festgelegte Bezugseinrichtung, welche in der Nullstellung mit der Gehäusebezugsachse parallel ist. Mit dieser Gestellmarke wird das Gestell zunächst grob nach Nord ausgerichtet, wobei die an-.

nähernde Nordrichtung beispielsweise von einem Magnetkompaß stammen kann. Das System mit proportionaler Nachstellung hat den Vorteil, daß es praktisch ohne Ansprechschwelle arbeitet und damit eine höhere Nordgenauigkeit hat.

Als andere Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Nachstellung des Gehäuses als Stellantrieb ein doppelt integrierendes Stellglied, z. B. einen rundum wirkenden Drehmomentenerzeuger, zu verwenden. Ein solches System ist zwar theoretisch instabil, es läßt sich aber nachweisen, daß bei Vorhandensein des erfindungsgemäßen Achsenfluchtwinkels infolge der Reibung, die stets zwischen Gehäuse und Gestell an den Zapfenlagern auftritt, das System praktisch stabil ist.

Weiter ist darauf hinzuweisen, daß die Federkonstante D des Wendekreisels bei entsprechender Bemessung des Achsenfluchtwinkels auch gleich Null sein darf, ohne daß dadurch die aperiodische Dämpfung verlorengeht. Die Wendekreiselfedern sind also ganz entbehrlich. Damit wird ein ganz wesentlicher Unterschied zum bisher bekannten nordsuchenden Kreisel ohne Achsenfluchtwinkel deutlich.

Endlich ergeben sich bezüglich der Forderung nach erschütterungsfreier Aufstellung des nordsuchenden Kreisels während des Nordsuchvorganges neue Perspektiven. Stets stellen Schwingungen eines Fahrzeuges, das einen nordsuchenden Kreisel enthält, Winkelgeschwindigkeiten für diesen dar mit der Folge, daß Nord nur ungenau gefunden werden kann. Die Wirkung dieser Fahrzeugschwingungen ist um so größer, je niedriger die Frequenz und je größer die Amplitude und damit die Störwinkelgeschwindigkeit ist. Wenn es gelingt, die Dämpfung des nordsuchenden Kreisels zu erhöhen, dann wird der Nordfehler trotz der Fahrzeuggeschwindigkeit geringer. Bisher war es nur möglich, durch Erniedrigung des Verstärkungsfaktors V die Dämpfung zu erhöhen, was wegen einer damit einhergehenden Vergrößerung des Nordfehlers infolge der Ansprechschwelle 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 Dämpfung erhöhen. Somit können — wenn auch auf Kosten einer Verlängerung des Nordsuchvorganges — Störwinkelgeschwindigkeiten niedrigerer Frequenz als bisher zugelassen werden.

In F i g. 4 ist als Ausfuhrungsbeispiel ein nordsuchender Kreisel dargestellt, dessen Gehäuse 3 rechteckig gezeichnet ist. Das Gehäuse 3 ist in einem fahrzeugfesten, horizontalen, nur durch Bruchstücke angedeuteten Gestell 4 mittels zweier Zapfen 3a und 3 b um die lotrecht stehende Gehäuseachse 5 drehbar gelagert, über Zahnräder 6 und 7 wird das Gehäuse3 von einemam Gestell befestigten Stellantrieb, welcher als Servomotor 8 ausgebildet ist, angetrieben. Am Gehäuse ist an Stelle der üblichen Kompaßrose zur Vereinfachung eine Pfeilmarke 9 vorgesehen. Diese definiert die Gehäusebezugsachse 2 und weist in eingelaufenem Zustand nach geographisch Nord. Der Kreiselrotor 10, dessen Achse mit 1 und dessen Drehrichtung durch einen Pfeil 11 angedeutet ist, läuft in einem Rahmen 12, dessen Achse 13 um den gerichteten Achsenfluchtwinkel <5 gegenüber der Gehäuseachse 5 geneigt ist. Bei ruhendem Kreisel nimmt der Rahmen 12 normalerweise die gestrichelt angedeu-

tete Nullstellung 14 ein. Dabei steht die Rotorachse 1 parallel zur Achse 2. Der Winkel α ist also Null. In dieser Stellung wird der Rahmen durch zwei Zugfedern 15 und 16 gehalten. Die geographische Nordrichtung ist durch einen Pfeil 17 angedeutet. Infolge des beim Rotieren des Rotors auf den Rahmen 12 wirkenden nordtreibenden Momentes entsteht die gezeichnete Auslenkung des Rahmens um seine Achse 13, welche durch den zweiteiligen Winkelabgriff 18 erfaßt und über einen Verstärker 19 dem Servomotor 8 zugeführt wird.

An Hand von F i g. 5 werden die auf den Kreisel wirksamen, d. h. die sowohl zur Rotorachse 1 als auch zur Rahmenachse 13 senkrechten Geschwindigkeitskomponenten einzeln hergeleitet. Die Perspektive der Darstellung ist dieselbe wie bei F i g. 4.

Die Drehachse des Gehäuses ist wieder mit 5 und die dazu senkrechte Gehäusebezugsachse mit 2 bezeichnet und vom Zentrum der Darstellung ausgehend aufgetragen. Dreht sich das Gehäuse um die Achse 5, so beschreibt die Gehäusebezugsachse 2 eine Ebene 21, während der Drallvektor 20 bei Drehung des Rahmens um die Achse 13 eine Ebene 22 beschreibt.

Im wesentlichen wird der Kreisel beeinflußt von zwei als Vektor dargestellten Geschwindigkeiten, nämlich von der Horizontalkomponente ω cos φ der Erddrehgeschwindigkeit und von der Drehgeschwindigkeit γ des Gehäuses, welch letzteres in Richtung der Gehäuseachse 5 liegt. In der Ebene 21 ist zunächst der Vektor w cos φ zu zerlegen in eine Komponente

(υ COS φ COS (γ₀ — γ)

in Richtung der Achse 2 und in eine Komponente

(o cos φ sin (>'_O — γ)
senkrecht dazu.

35 ω cos φ cos (γ₀ — γ) wird nun in der Ebene 22 zerlegt in eine Komponente in Richtung der Drallachse, welche unwirksam ist, und in eine zur Drallachse senkrechte Komponente,

K₁ · ω COS φ sin (γ₀ — γ)

kann man zerlegen in eine Komponente parallel zur Rahmenachse 13, welche folglich auf den Kreisel unwirksam ist, und in eine Komponente

ω COS φ sin (γ₀ — γ) COS δ,

welche in der Ebene 22 liegt. Diese Komponente wird nun parallel zu sich selbst in die Mittelachse der Ebene 22 verschoben und dann wiederum zerlegt in eine Komponente in Richtung der Drallachse, welche unwirksam ist, und in eine Komponente K₂ senkrecht zur Drallachse. Endlich ist die Gehäusegeschwindigkeit γ zu zerlegen in eine Komponente in Richtung der Rahmenachse, welche wiederum unwirksam ist, und in eine dazu senkrechte Komponente γ sin δ. Diese wird in eine zur Drallachse parallele unwirksame Komponente und in eine auf der Drallachse senkrecht stehende Komponente K₃ zerlegt.

Damit ergeben sich die folgenden vom Kreisel sensierten Winkelgeschwindigkeiten

= ω COS φ Sin (γ₀ — γ) COS δ COS α

— ω COS φ COS (γ₀ — γ) sin α — γ sin δ COS α .

Da der Achsenfluchtwinkel δ erfindungsgemäß nur wenige Winkelminuten, ζ. Β. 2 Minuten, beträgt, kann mit cos is; 1 und sin <5 « δ weiter vereinfacht werden:

(ο cos φ sin {(>Ό
cosy sin(}'o

(D

K₀ — γ) COS α - COS (γ₀ -— α) — γ δ COS α ) ^sm a} — γδ COS α

ι cos ψ sin (β₀ — β) — γ δ cos u.

Wendet man dieselbe Vereinfachung auch für cos a (bei einem praktisch ausgeführten Gerät beträgt α ζ. B. 2°) und Tür sin (ß₀ — ß) an, so ergibt sich

(o_k = ω COS φ (ß₀ — β) — γ δ .

Multipliziert mit dem Drall H, ergibt sich so ein neues an der Rahmenachse 13 wirksames Gesamtmoment. Es gilt die Gleichung

H (O COS ψ (ß₀ - ß) - // δ γ -Da = θ S² β .

Setzt man Hw cosy = /c, so entspricht diese Gleichung genau der an Hand des erweiterten Blockschaltbildes gemäß F i g. 3 abgeleiteten Gleichung für ß, und man stellt fest, daß das Produkt H δ aus Drall und Achsenfluchtwinkel an der Stelle der Rückführungsgröße A steht.

Damit ist bewiesen, daß die in den F i g. 4 und 5 dargestellte Neigung der Rahmenachse gegenüber der Gehäuseachse die gewünschte Rückführungswirkung erzeugt. Diese Wirkung hängt linear ab vom Achsen-ίΐ uchtwinkel δ.

Ist im Gegensatz zu F i g. 5 die Neigung der beiden in Rede stehenden Achsen so, daß die Achse 13 aus der angedeuteten Gehäuseebene 23 herausfällt, so entsteht ein von sin « abhängiger Anteil der Rückführ-•zröße, 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 Gehäusebezugsachse, so stimmt die aufgestellte Forderung für den Winkelsinn des Achsenfluchtwinkels δ nicht mehr. Die Rückführung wirkt dann im Sinne einer Mitkopplung und verursacht Uberschwingen.

Will man exakt sein, so ist außerdem noch die Vertikalkomponente ω sin q> der Erddrehung zu beachten.

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

K₄. = ω sin ψ sin δ cos α

auf den Kreisel wirksam ist. Der Winkel α, der wie schon erwähnt, normalerweise auf 2° begrenzt ist, läßt die Näherung cos«« 1 zu. Damit ist die Komponente K₄ eine konstant auf den Kreisel wirkende Komponente. Sie bewirkt einen konstanten Nordfehler des Gerätes, der hier in der Größenordnung von r5, also etwa bei 2 Bogenminuten, liegt. Ein konstanter Fehler aber läßt sich in die Eichung einbeziehen. Die Wirkung dieser Komponente K₄. auf den Einlauf ist vernachlässigbar klein.

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In Fig. 6 ist in einer Ausbildung der Erfindung der Stellantrieb als Drehmomentgeber schematisch aufgezeichnet. Sein Gehäuse 25 ist mit dem Gestell 4 fest verbunden, während der Rotor 26 am Achszapfen 3 a des Gehäuses sitzt. Besondere Bedeutung hat diese Weiterbildung der Erfindung für einen schon früher vorgeschlagenen sogenannten Kippkreisel, das ist ein Kreisel, welcher in einem ersten Betriebsmode

10

die Nordrichtung aufsucht, dessen Rahmen dann 90° um die Spinachse gekippt wird und der in diesem zweiten Betriebsmode als Kurskreisel funktioniert. Für den Kurskreiselmode dieses Gerätes mußte ohnehin zur Aufrichtung ein rundum wirkender Drehmomenterzeuger vorgesehen sein. Dieser kann nun ohne weitere Änderung im Nordsuchmode zur Nachführung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Nordsuchender Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, ähnlich einem Wendekreisel, enthaltend einen den Kreiselrotor aufnehmenden Rahmen, der senkrecht zur Rotorachse um eine normalerweise lotrechte Achse drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, das seinerseits um eine möglichst genau lotrechte Achse drehbar in einem Gestell gelagert ist und mittels einer Servoeinrichtung, die einen Winkelabgriff zwischen dem Gehäuse und dem Rahmen zur Erzeugung eines von dessen relativen Auslenkung abhängigen Signals, einen Verstärker und einen Stellantrieb aufweist, im Sinne einer Verringerung der relativen Auslenkung des Rahmens mit optimal einstellbarer Dämpfung nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (13) des Rahmens (12) gegenüber der Drehachse (5) des Gehäuses (3) um einen festen Achsenfluchtwinkel ((5) entgegen dem Drehsinn des Kreiselrotors (10) möglichst in der bei Nullstellung (14) des Rahmens (12) zur Rotorachse (1) senkrechten Ebene geneigt ist und daß entsprechend dem durch den Achsenfluchtwinkel erzeugten Gegenmoment, das der Nachführgeschwindigkeit des Gehäuses (3) proportional ist, die Verstärkung in der Servoeinrichtung einstellbar ist.

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