DE1623479B1 - Kreiselkompass - Google Patents

Description

momentgeber vorgesehen, die zwar nur bei einem »kopflastigen« Kreiselkompaß brauchbar ist, jedoch in diesem Falle zu einer beträchtlichen baulichen Vereinfachung führt.

Erfindungsgemäß wird für einen Kreiselkompaß S der eingangs genannten Art eine weitere einfache Ausführung eines integrierenden Drehmomentgebers vorgeschlagen, der aus einer an dem Gehäuse oder dem Trägerglied befestigen, um ihre Achse drehbaren Vertikalwelle, mit einem daran befestigten Trägerarm, einem Gewicht, das an dem freien Ende des Trägerarms befestigt ist, und einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Bewegung des Gewichtes um die Vertikalwelle besteht.

Ein ähnliches integrierendes Pendel ist zwar schon bei Kreiselkompassen bekannt und soll dort Horizontalbeschleunigungen beseitigen. Durch die erfindungsgemäße Anwendung eines derartigen Pendels wird nunmehr der Umstand nutzbar gemacht, daß die Massenverlagerung des Pendels zur Entstehung

»eines erwünschten Drehmoments für die Beseitigung des Breitenfehlers bei Kreiselkompassen mit Flüssigkeitsballistik führt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des integrierenden Drehmomentgebers nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert: Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Kreiselkompasses, bei dem der erfindungsgemäße Drehmomentgeber verwendet werden soll,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines integrierenden Drehmomentgebers gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Teilansicht eines verbesserten Drehmomentgebers gemäß der vorliegenden Erfindung und

F i g. 4 eine schematische Teilansicht eines weiteren verbesserten Drehmomentgebers nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Kreiselkompaß dargestellt mit einem Kreiselgehäuse 5, in dem ein Kreiselelement angeordnet ist. Das Kreiselgehäuse 5 weist vertikale

^ Wellen 13 und 13' auf, die durch einen vertikal angeordneten Ringrahmen 14 mittels in der Figur nicht dargestellter Kugellager abgestützt werden. Der vertikale Ringrahmen 14 seinerseits ist in einem horizontalen Ring 18 mittels horizontaler Wellen 11 und 11' durch nicht gezeigte Kugellager gelagert. Weiterhin wird der horizontale Ring 18 an einem äußeren Folgering 20 über Wellen 19 und 19' durch nicht gezeigte Kugellager getragen. Der Folgering 20 ist in einem Gehäuse 28 über Wellen 21 und 21' abgestützt. Der vertikale Ring 14 besitzt einen tragenden Basisaufsatz 15, von dem aus die vertikale Welle 13 über einem Aufhängedraht 16 herabhängt, so daß das Gewicht des Kreiselgehäuses 5 keinerlei Belastung auf die Lager der vertikalen Welle ausübt. An dem vertikalen Ring 14 ist eine Ballistik 6 mit Gefäßen 7 und 8 sowie einem Verbindungsrohr 10 durch einen Stützbügel 17 befestigt. Die Gefäße 7 und 8 weisen eine Luftleitung 12 auf, und ein Abgriff 23 ist zwischen dem vertikalen Ring 14 und dem Kreiselgehäuse 5 zur Bestimmung der relativen Verschiebung zwischen dem Ring 14 und dem Kreiselgehäuse 5 vorgesehen, wodurch ein Servokreis durch einen nicht gezeigten Verstärker einen Servomotor 25, Zahnräder 29 und 22 sowie durch den Folgering 20 und den mit dem Zahnrad 22 verbundenen horizontalen Ring 18 gebildet ist. Bei diesem Aufbau sind das Kreiselgehäuse 5 und der vertikale Ring 14 immer zusammen in Bewegung und werden durch das Servosystem in ihrer Lage geregelt, so daß keine Relatiwerschiebungen auftreten können. So kann der Azimut der Drehimpulsachse von einer an der Welle 21 befestigten Windrose 26 auf einer Markierung 27 abgelesen, werden.

Bei diesem Aufbau ist das Kreiselgehäuse 5 und die Ballistik 6 in bestimmter Weise um die horizontale Welle 11 angeordnet. Ein Dämpfungssystem wird durch ein Gegengewicht 24 gebildet, das auf der Westseite des Kreiselgehäuses 5 angebracht ist und ein Drehmoment um die vertikalen Wellen 13 und 13' proportional zu der Neigung des Kreiselgehäuses hervorruft und somit in bekannter Weise dämpfend wirkt. Bei der in Fig. 1 gewählten Darstellung zeigt der Kreisel nach Süden und dreht sich im Uhrzeigersinn.

In F i g. 2 ist ein integrierender Drehmomentgeber gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der bei dem oben beschriebenen in Fig. 1 dargestellten Kreiselkompaß am Kreiselgehäuse oder dem Trägerglied angebracht werden soll. Auf einer Grundplatte 45 sind Stützkonsolen 46, 47 mit Kugellagern 48 und 49 angeordnet, in denen eine Vertikalwelle 50 drehbar gelagert ist. An der Welle 50 ist ein Trägerarm 51 befestigt, an dessen freien Ende ein Gewicht 52 und eine Dämpfungseinrichtung 53 angebracht ist. Die Dämpfungseinrichtung 53 besteht aus einem Stab 53 α, dessen eines Ende an dem Trägerarm 51 befestigt und an dessen freien Ende ein Kamm 53 b angebracht ist, und aus einem Behälter 54 mit einer viskosen Flüssigkeit 55, in die der Kamm 53 b eingetaucht ist.

Wenn die Grundplatte 45 an der Stirnwand 45' des Kreiselgehäuses 5 (in F i g. 1) befestigt ist und wenn die Welle 50 lediglich in Richtung der Schwerkraft weist, so erzeugt das Gewicht 52 keinerlei Drehmoment, das groß genug wäre, um die Welle 50 zu drehen. Wenn die Grundplatte 45 um die horizontale Achse X-Y nach A' oder A" geneigt ist, wie es in gestrichelten Linien in der Figur angedeutet ist, so erzeugt das Gewicht 52 ein Drehmoment um die Welle 50 in der einen oder anderen Richtung. Da der Kamm 53 der Dämpfungseinrichtung 53 in die hochviskose Flüssigkeit 55 eingetaucht ist, wird die Drehungsgeschwindigkeit des Gewichtes 52 um die Welle 50 proportional zu dem Neigungswinkel der Platte 45 aus ihrer 0-Stellung, und die Verlagerung des Schwerpunktes des Drehpendels entspricht der Neigung.

Auf diese Weise kann der an dem Kreiselgehäuse oder dem Trägerglied befestigte Drehmomentgeber U die Anzeigefehler eliminieren, die bei einem herkömmlichen Kreiselkompaß durch die Neigung der Drehimpulsachse gegenüber der Horizontalebene erzeugt werden.

In den F i g. 3 und 4 sind Verbesserungen des in F i g. 2 gezeigten Drehmomentgebers dargestellt, wobei die Figuren jeweils lediglich eine Teilansicht der Fig. 2 zeigen. In Fig. 3 weist die Grundplatte 45 einen Trägerteil 56 an ihrem oberen Ende auf, an der ein Aufhängedraht 57, wie etwa eine Klavierseite od. dgl., befestigt ist. Der Aufhängedraht 57 ist so mit dem oberen Ende der Vertikalwelle 50 verbunden, daß er das Gewicht der Vertikalwelle 50 aufnimmt und die Lager 48 und 49 entlastet sind. Da-

5 6

durch wird die Reibung in den Kugellagern 48 und mählich um die Welle 50, und die dabei auftretende

49 weitestgehend vermieden. Verschiebung des Schwerpunktes drückt die Südseite In Fig. 4 ist am unteren Ende der Vertikalwelle der Drehimpulsachse des Kreisels in Richtung der

50 ein Schwimmer 59 angebracht, der in einer Flüs- Schwerkraft weiter hinab. Der Kreisel sucht damit sigkeit 60 in einem Gehäuse 58, das an einer Grund- 5 die Nordrichtung derart, daß das Drehmoment des platte 45 angebracht ist, schwimmt. Auch in diesem integrierenden Drehmomentengebeis durch ein durch Fall ist die Reibung in den Lagern 48 und 49 ver- die Ballistik 6 erzeugtes Drehmoment beseitigbar ist. ringert, weil das Gewicht der Vertikalwelle 50 durch Damit wird ein stabiler stationärer Punkt des Kreisels den Auftrieb des Schwimmers 59 kompensiert wird. zwangsweise in der folgenden Weise festgelegt. Ein Außerdem treten bei dieser Ausführung des Dreh- io stabiler Punkt bedeutet, daß das Drehmoment des momentgebers keine Torsionskräfte wie bei der Drehmomentengebers konstant ist und eine Differenz Drahtaufhängung gemäß der Fig. 3 auf. Weiterhin zwischen diesem Drehmoment und dem der Ballistik 6 kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 als ein konstantes Drehmoment um die horizontale der Dämpfer 53, der Behälter 54 und die Flüssigkeit Welle 11 verbleibt, und daß eine durch das resultie-55 in Fig. 2 fortgelassen werden, wenn der Behälter 15 rende Drehmoment bewirkte Präzession mit der 58 mit einer hochviskosen Dämpfungsflüssigkeit 60 Drehkomponente um die vertikale Achse der Erdgefüllt wird. oberfläche an der Stelle, wo der Kreisel aufgestellt

Im folgenden soll die Wirkungsweise des beschrie- ist, übereinstimmt. Das heißt, die Drehimpulsachse

benen Drehmomentengebers, der auf einer Stirnseite verbleibt in horizontaler Stellung, wenn das Dreh-

45' an dem Kreiselgehäuse 5 (F i g. 1) derart befestigt 20 moment des Drehmomentengebers konstant wird. In

ist, daß die Z-F-Achse in Fig. 2 parallel zu den diesem Fall wird die Flüssigkeit in den Gefäßen7

horizontalen Wellenil und 11' ist, weiter erläutert und 8 der Ballistik 6 in einem Gleichgewicht gehalten,

werden. Wenn sich der Drehmomentengeber zusam- und das Drehmoment der Ballistik 6 ist Null. Das

men mit der Ballistik 6 und dem Kreiselgehäuse 5 Gewicht 52 des Drehmomentengebers kommt damit

um die horizontalen Wellen 11 und 11' bewegt, wird 25 an einem bestimmten Ort zum Stillstand, und ein

infolge der Verschiebung des Gewichtes 52 und damit Moment um die horizontale Achse auf Grund der

des Schwerpunktes ein Drehmoment auf den Kreisel Verschiebung des Schwerpunktes wird gleich einem

um die horizontale Welle 11, 11' bewirkt. Dieses Wert, der der Präzession des Kreisels um die verti-

Drehmoment muß wesentlich kleiner als das durch kale Achse entspricht, die gleich der vertikalen Dreh-

die Ballistik 6 erzeugte Drehmoment sein, so daß die 30 komponente der Erde an dieser Stelle ist.

Drehimpulsachse des Kreisels infolge der Wirkung Durch die Verwendung des integrierenden Dreh-

der Ballistik 6 und einer nicht gezeigten Dämpfungs- momentgebers ist also der stationäre Punkt der

einrichtung in der ungefähren Nordrichtung zur Ruhe Kreiseldrehimpulsachse genau horizontal, so daß das

kommt. Auf der Nordhalbkugel kann jedoch die Moment um die vertikale Achse, das vom Dämp-

Drehimpulsachse A-B erst dann zur Ruhe kommen, 35 fungssystem hervorgerufen wird, am stationären

wenn ihre Nordseite ein wenig höher als die Südseite Punkt auch gleich Null wird. Damit treten keinerlei

liegt. Dementsprechend dreht sich auch der Dreh- Breitenfehler hinsichtlich der Drehimpulsachse mehr

momentgeber mit den Elementen 51, 52 und 53 all- auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Achse entgegenwirkendes Moment erzeugt, und mit Patentansprüche: einem Lotführer als Drehmomentengeber, der auf dem Kreiselgehäuse oder dessen Trägerglied befestigt

1. Kreiselkompaß mit einem in einem Gehäuse ist und ein Drehmoment um die horizontale Achse angeordneten Kreiselelement, welches astatisch 5 proportional dem Integral und in Richtung der Neiaufgehängt ist und Drehfreiheit um eine recht- gung der Drehimpulsachse in bezug auf die Horizonwinklig zu ,seiner Drehimpulsachse verlaufenden talebene erzeugt.

vertikalen Achse und um eine rechtwinklig zu Ein Kreiselkompaß, der zwar eine Aufhängung letzterer verlaufenden horizontalen Achse hat, des Kreiselelements, eine Lotfesselung und eine mit einer Lotfesselung des Kreiselelements bezug- io Dämpfung der vorgenannten Art, jedoch nicht den lieh der horizontalen Achse mittels einer Flüssig- zuletzt genannten integrierenden Drehmomentgeber keitsballistik zur Erzielung der Nordeinstellung, aufweist, kommt bekanntlich in einer Lage zum mit einer Dämpfungseinrichtung, die ein den Stillstand, in der die Drehimpulsachse des Kreisel-Schwingungen des Kreiselelements um die verti- elements um einen Winkel Φ_ο von der Nordrichtung kale Achse entgegenwirkendes Moment erzeugt, 15 abweicht und das Nordende der Drehimpulsachse um und mit einem Lotführer als Drehmomentengeber, einen Winkel 0_O gegenüber der Horizontalebene geder auf dem Kreiselgehäuse oder dessen Träger- neigt ist. Diese Fehleinstellung, die überdies noch glied befestigt ist und ein Drehmoment um die breitenabhängig ist, kann man durch Hinzufügen des horizontale Achse proportional dem Integral und obengenannten integrierenden Drehmomentgebers in Richtung der Neigung der Drehimpulsachse in 20 beseitigen.

bezug auf die Horizontalebene erzeugt, da- Bei einem bekannten Kreiselkompaß, bei dem die durch gekennzeichnet, daß der integrie- Lotfesselung des Kreiselelements durch Anbringung rende Drehmomentgeber aus einer an dem Ge- eines Gewichts unterhalb der horizontalen Aufhängerhäuse (45) oder dem Trägerglied befestigten, um achse erzielt wird, ist der integrierende Drehmomentihre Achse drehbaren Vertikalwelle (50), mit 25 geber durch ein Laufgewicht gebildet, welches über einem daran befestigten Trägerarm (51), einem eine Spindel mit einem Servomotor nach Maßgabe Gewicht (52), das an dem freien Ende des eines kontaktgebenden Pendels in Richtung der Trägerarms befestigt ist, und einer Dämpfungs- Drehimpulsachse verstellbar ist. Das Laufgewicht, einrichtung (53) zur Dämpfung der Bewegung welches vom niedrigeren zum höheren Ende der des Gewichtes (52) um die Vertikalwelle (50) 3° Drehimpulsachse verstellt wird, kippt das Kreiselbesteht, element im Sinne einer Verringerung des Winkels Q₀

2. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch und kommt zum Stillstand, wenn 0_O = 0. Das Drehgekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung moment, welches durch das aus der Mitte verstellte (53) für den integrierenden Drehmomentgeber in Laufgewicht nunmehr ständig auf das Kreiselelement an sich bekannter Weise aus einem an dem 35 ausgeübt wird, bewirkt sodann auch eine Beseitigung Trägerarm (51) befestigten Stab (53), dessen der Mißweisung Φ_ο.

freies Ende kammförmig ausgebildet ist, und Übrigens werden bei einem derart ausgebildeten

einem Gefäß (54) mit einer viskosen Flüssigkeit Kreiselkompaß ohne weiteres Störmomente kompen-

(55) besteht, in die das kammförmige Ende des siert, die bezüglich der horizontalen Aufhängerachse

Stabes (53) eingetaucht ist. 40 wirksam werden können, z. B. infolge einer tempe-

3. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch raturbedingten Verlagerung des Gewichtsschwergekennzeichnet, daß die Vertikalwelle (50) des punktes des Kreiselelements oder durch über diese integrierenden Drehmomentgebers durch Kugel- Aufhängeachse geführte Stromleitungen. Beim Auflager an einer an dem Gehäuse oder dem Träger- treten solcher Störmomente verschiebt sich das Laufglied befestigten Grundplatte (45) drehbar ge- 45 gewicht um eine entsprechende Strecke, bis ein komlagert ist und daß die Vertikalwelle (50) mittels pensierendes Gegenmoment erzeugt wird.

eines Drahtes (57) an ihrem oberen Ende auf ge- Ein Kreiselkompaß, bei dem die Lotfesselung des

hängt ist. Kreiselelements durch Anbringung eines Gewichts

4. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch unterhalb der horizontalen Aufhängeachse erzielt gekennzeichnet, daß an dem unteren Ende der 50 wurde, kann man auch einen »fußlastigen« Kreisel-Vertikalwelle (50) ein Schwimmer (59) befestigt kompaß nennen. Das Kreiselelement hat dann die ist, der in ein Gefäß (58) mit einer Flüssigkeit Eigenschaft eines Pendels, welches bestrebt ist, in (60) eingetaucht ist, so daß das Gewicht der der Lotrichtung zu verbleiben.

Vertikalwelle (50) durch den Auftrieb des Demgegenüber ist es auch bekannt, die Lotfesse-

Schwimmers (59) kompensiert ist. 55 lung mit einer Flüssigkeitsballistik zu erzielen, die

allerdings zunächst das Bestreben hat, eine Abweichung der Drehimpulsachse aus der Horizontalebene

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kreisel- noch zu vergrößern. Einen solchen Kreiselkompaß kompaß mit einem in einem Gehäuse angeordneten könnte man daher als »kopflastig« bezeichnen. Würde Kreiselelement, welches astatisch aufgehängt ist und 60 man bei einem solchen Kreiselkompaß ebenfalls den Drehfreiheit um eine rechtwinklig zu seiner Dreh- oben beschriebenen integrierenden Drehmomentgeber impulsachse verlaufenden vertikalen Achse und um einsetzen, so müßte man, z. B. durch Umpolung des eine rechtwinklig zu letzterer verlaufenden horizon- Servomotors, dafür sorgen, daß das Laufgewicht talen Achse hat, mit einer Lotfesselung des Kreisel- vom höheren zum niedrigeren Ende der Drehimpulselements bezüglich der horizontalen Achse mittels 65 achse verstellt wird.

einer Flüssigkeitsballistik zur Erzielung der Nordein- Bei einem bereits vorgeschlagenen Kreiselkompaß

stellung, mit einer Dämpfungseinrichtung, die ein den der eingangs genannten Art (deutsche Auslegeschrift

Schwingungen des Kreiselelements um die vertikale 1448 628) ist eine integrierende Libelle als Dreh-