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Kreiselgerät mit einem unmittelbar lotkreiselstabilisierten Rahmen
Es wurden schon Kreiselgeräte vorgeschlagen, die einen allachsig drehbar gelagerten
Rahmen (Plattform) enthalten, an dem ein Stabilierungskreisel mit lotrechter Drallachse
unmittelbar gelagert ist. Dieser Rahmen kann z.B. einen Kurskreisel und/oder einen
nordsuchenden Kreisel enthalten, wozu jeweils ein weiterer Rahmen nötig ist.
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Er kann aber auch einen sogenannten nordsuchenden Kurskreisel enthalten,
worunter ein nordsuchender Kreisel verstanden wird, dessen erster Rahmen mittels
eines zweiten Rahmens um 90° parallel zur Drallachse schwenkbar ist und der dann
als Kurskreisel arbeitet.
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Nun wurde erkannt, daß die Nutationsfrequenz von solchen Lotkreiseln
beziehungsweise von derart direkt stabilisierten Rahmen, etwa in demselben Frequenzbereich
liegt, wie die Schwankungen oder Schwingungen, die bei Fahrzeugen im Betrieb zu
erwarten sind. Insbesondere bei Landfahrzeugen dürften daher Nutationsbewegungen
aufgeschaukelt werden.
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Es soll daher die Nutationsfrequenz durch besondere Ma#-nahmen erhöht
werden, und zwar möglichst über dem Bereich der Fahrzeug-Erregerfrequenzen hinaus.
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Bekanntlich läßt sich die Nutationsfrequenz fN eines Kreisels berechnen
nach der Formel
wobei fx die Drehzahl um die Drallachse, #x das Trägheitsmoment des Kreiselrotors
um die Drallachse und #y beziehungsweise #z die Trägheitsmomente des Rotors samt
Rahmens um die beiden anderen orthogonalen Achsen sind.
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Da aus Symmetriegründen die Tragheitsmomente senkrecht zur Drallachse
möglichst untereinander gleich sein sollten, wird eine gemeinsame Bezeichnung äquatoriales
Trägheits moment ?dafüreingeführt.FürdenLotkreiselrahMen gilt also
Nun fallen aber unmittelbar stabilisierte Rahmen in Richtung ihrerAchse(Lotachse)verhältnismäßiglangaus,sofern
man-wie bisher-die beiden Kreisel übereinander (den einen unten und den anderen
oben) anordnet. Einer Verkürzung des Rahmens und damit einhergehenden Verkleinerung
des äquatorialen Trägheitsmomentes waren daher Grenzen gesetzt.
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Erfindungsgemä# wird vorgeschlagen, da# der Lotkreiselrotor als Hohlkörper
ausgebildet ist und den weiteren
Kreisel samt seinem beziehungsweise
seinen Lagerrahmen umgibt. Durch diese"Verschachtelung"zweier Kreisel wird der su
stabilisierende Rahmen entscheidend verkurzt, so daB die gewunschte Erhöhung der
Nutationsfrequenz gelingt.
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Während bei den bekannten schnellaufenden Kreiseln die Antriebskraft
etwa in der mittleren Querschnittsebene aufgebracht wird, werden die antriebswirksamen
Teile des erfindungsgemaBen Lotkreisels vorzugsweise in dem axialen Endbereich des
Hohlkörpers angeordnet. Insbesondere können auch zwei spiegelbildliche Statoren
zu beiden Seiten vorgesehen sein.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen
Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Kreiselgerät entsprechend frWheren Vorschlägen in
vereinfachter Form mit einem Kurskreisel, Fig. 2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel
einen erfindungsgemäßen gemeinsamen Rahmen mit Kurs-und Lotkreisel im Längsschnitt,
Fig. 3 ist ein senkrecht zur Rahmenachss geführter Schnitt durch die Anordnung gemäß
Fig. 2, Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Langsschnitt,
nämlich einen gemeinsamen Rahmen mit daran gelagertem Lotkreisel und nordsuchendem
Kurskreisel, wobei der äußere Rahmen des letzteren in einer mittleren Schwenkstellung
gezeigt ist, Fig. 5 ist eine zweite un 90° gedrehte Darstellung des gemeinsamen
Rahmens bei Kurskreiselbetrieb.
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Fig. 1 zeigt einen um eine horizontale Achse 1 in einem Fahrzeug 2
gelagerten äußeren Kardanrahmen 3. In diesem dreht sich um eine Achse 4 ein innerer
Kardanrahmen 5 und darin wieder ein Rahmen 6 um eine Achse 7. Damit ist
der
Rahmen 6, den man auch als Plattform bezeichnen könnte, allachsig drehbar. Die Achse
7 soll stets lotrecht gehalten werden. Zu diesem Zweck ist an zwei Streben 8 des
Rahmens 6 ein Lotkreisel 9 gelagert, dessen Drallachse mit der Achse 7 übereinstimmt.
Ferner ist in dem Rahmen 6 um eine horizontale Achse 10 ein Rahmen 11 gelagert,
der einen Kurskreisel 12 trägt.
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Ein sblches Gerät dient bekanntlich zur Kurshaltung, es ist im Gegensatz
zu anem normalen schwerkraftgestützten Kurskreisel unempfindlich gegen Beschleunigungen.
Der Normalbetrieb setzt natürlich eine konstante Drehzahl des Lotkreisels voraus.
Soweit trotzdem noch unvermeidliche Drehzahländerungen auftreten, beeinflußt das
daraus entstehende Reaktionsmoment um die Achse 7 den Kurskreisel nicht. Es muß
nur darauf geachtet werden, daß die Nachführverstärkung für den Rahmen 11 groß genug
ist.-Sobald sich dann dieser Rahmen auf Grund des Reaktionsmomentes aus der Horizontalen
heraus bewegen will, entsteht ein Drehmoment an der Achse 7, welches dem Reaktionsmoment
entgegenwirkt. Man kann somit annehmen, daß der Kurskreisel 12 durch die unvermeidlichen
geringfügigen Drehzahlschwankungen des Lotkreisels 9 nicht beeinfluß wird.
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In den Figuren 2 und 3 ist gezeigt, wie der Rahmen 6 nach Fig. 1 erfindungsgemäß
ausgebildet werden kann. Die neue Anordnung erfüllt denselben Zweck wie Rahmen 6
und soll an seiner Stelle mit lotrechter Achse 7 in die kardanische Aufhangurig
eingesetzt werden. Im einzelnen besteht der Rahmen (Plattform) aus einem zylindrischen
Luftgehäuse 14, an das zwei mit der Achse 7 fl-uchtende Achsstummel 13a und 13b
angesetzt sind. In diesem Gehäuse befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Schwimmkörper
15, der sich um die Achse 16 drehen kann, da in dem Spalt 18 zwischen Schwimmkörper
und Lagergehíuse mit Hilfe nicht dargestellter Druckluftdüsen
Luftkissen
erzeugt werden. Die Einzelheiten dieses sogenannten statischen Luftlagers wie zum
Beispiel die Luftversorgung und die Stromungsrichtung im Luftspalt sind der Einfachheit
halber in der Zeichnung weggelassen. Der Schwimmkörper 15 enthält einen Kurskreisel
17, dessen Drallachse senkrecht zur Achse 16 steht.
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Das Luftlagergehäuse 14 ist umschlossen von einem tonnenförmigen Lotkreiselrotor
19 der sich auf Kugellagern um die Achs&tummel 13a und 13b dreht. Der Antrieb
dieses Rotors erfolgt an der unteren Stirnfläche, wo eine rohrförmige Verlangerung
20 angesetzt ist. In diese ist beispielsweise ein Hysteresering 21 eingepreßt. Dem
Hysteresering benachbart steht ein bewickelter Stator 22, der mittels einer trichterförmigen
Nabe 23 am Achsstummel 13b befestigt ist. Die Wickelkopfe sind mit 24 bezeichnet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt einen Rahmen 25 mit
Achsstummeln 26a und b, der ebenfalls als kardanisch aufgehängt und um die lotrechte
Achse 7 drehbar anzusehen ist entsprechend Fig. 1. In diesem Rahmen ist ein Luftlagergehäuse
27, das ganz ähnlich wie das Luftlagergehausse 14ausgebildetist,umeineAchse28schwenkbar
gelagert. Fig. 4 zeigt dieses Luftlagergehäuse in einer schrägen Zwischenstellung,
während Fig. 5 die eine Endstellung wiedergibt, in der es horizontal liegt (Kurskreiselbetrieb).
In der anderen Endstellung ist das Luftlagergehäuse 27 gegenüber Fig. 5 um 90° geschwenkt,
so da# es lotrecht steht (Nordsuchbetrieb). Das Luftlagergehäuse enthält ebenfalls
einen Schwimmkörper 29, und dieser wiederum einen Kreisel 30. Die Drallachse dieses
Kreisels, welcher Zugieich nordsuchender Kreisel und Kurskreisel ist, fällt mit
der Schwenkache 28 zusammen, sofern der Schwimmkörper 29 gegenüber dem Luftlagergehäuse
27 seine Winkelnullstellung
einnimmt. Es wird hier nochmals daran
erinnert, da# die Wirkungsweise eines solchen kombinierten Kreiselgerätes in friiheren
Vorschlägen schon genau erläutert worden ist, so da# hier diese Einzelheiten und
konstruktive Details wie Abgriffe und Drehmomenterzeuger weggelassen werden konnten.
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Der Lotkreisel ist hier erfindungsgemäß als Hohlkugel 31 ausgebildet,
welche den ganzen Rahmen 25 und das darin schwenkbare Luftlagergehäuse 27 umschließt.
Die Hohlkugel dreht sich in schematisch angedeuteten Kugellagern um die Achsstummel
26a und 26b, so daß also ebenfalls wie in Fig. 1 die Drallachse des Lotkreisels
mit der Achse7 zusammenfällt. FUr die Lotkreiselkugel sind zwei Antriebssysteme.
vorgesehen, die symmetrisch zu beiden Seiten sitzen. Hystereseringe 32 und 33 sind
direkt auf die Kugeloberfläche aufgesetzt, während die zugehörigen geblechten Statorringe
34 und 35 mit den Wicklungen 36 und 37 an den Achsstumneln 26a und b befestigt sind.
Zu diesem Zweck sind auf den Achsstummeln Naben 40 und 41 aufgepre#t, von denen
gebogene Arme 38 und 39 ausgehen, welche die Statorringe tragen.
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Die Form des Lotkreiselrotors und sein Antrieb lä#t über die dargestellten
Beispiele hinaus noch vielerlei Varianten zu. Darauf komat es jedocb für die Erfindung
nicht an, sondern lediglich auf die Tasache, da# ein K und seine zugehörigen Rahmen
von einem zweiten Kreiselrotor völlig umsehlossen werden, und daB dadurch das äquatoriale
Trägheitsmoment des gemeinsamen Rahmens entscheidend verringert wird.
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- Patentansprüche -