DE1623551C - Kreiselkompaß - Google Patents

Description

graphischen Breite proportionales Vorspannungssignal überlagert, das in einem Rechner abgeleitet wird.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kreiselkompasses.

Die Drehimpulsachse des Kreiselrotors verläuft senkrecht zur Papierebene und ist von einem Aluminiummantel zur Bildung einer als Rotorgehäuse 11 bezeichneten Anordnung umschlossen. Ein Vertikalring 12 bildet für das Rotorgehäuse Schwenklager 13, die sich auf einer vertikalen Achse befinden, die dem Rotorgehäuse 11 begrenzte Freiheit zur Drehung in bezug' auf den Vertikalring um die vertikale Achse geben. Zwei zusammenwirkende Anschläge 17 auf dem Rotorgehäuse und dem Vertikalring 12 begrenzen diese Freiheit auf wenige Grade in beiden Richtungen von einer normalen ausgerichteten Stellung aus, in der die Drehimpulsachse senkrecht zu der den Vertikalring 12 enthaltenden Ebene verläuft. Ein napfförmiger Nachführring 14 bildet auf einer horizontalen Achse Schwenklager 15 für den Vertikalring 12 und ist selbst um die vertikale Achse drehbar in einem feststehenden Tragteil 16 gelagert. Vorzugsweise bildet das Tragteil 16 die Oberseite einer ölgefüllten Kammer, in welcher die Kompaßteile schwimmen.

Der Kreiselkompaß ist durch eine Flüssigkeitsballistik nordsuchend gemacht und durch die Verschiebung des Schweremittelpunktes des Rotorgehäues zur Westseite der vertikalen Achse gedämpft. In der Zeichnung ist weder die Flüssigkeitsballistik noch der verschobene Schweremittelpunkt gezeigt, da diese Maßnahmen dem Fachmann bekannt sind. Eine ausführliche Beschreibung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung S99045IXb/42c der Anmelderin enthalten.

Ein Winkelabgriff 18 weist einen E-förmigen bewickelten, am Vertikalring 12 befestigten Kern und einen getrennten, am Rotorgehäuse 11 befestigten Anker auf. Wenn sich der Vertikalring 12 in Ausrichtung mit dem Rotorgehäuse befindet, d. h., wenn die Drehimpulsachse senkrecht zu der den Vertikalring 12 enthaltenden Ebene verläuft, weist der Winkelabgriff eine minimale Ausgangsgröße auf; eine Fehlausrichtung infolge relativer Drehung um die vertikale Achse bewirkt jedoch ein Ansteigen der elektrischen Ausgangsgröße, die verstärkt wird. Im normalen Betrieb wird diese an die Steuerphase eines Nachführmotors 20 angelegt. Dieser Nachführmotor ist zum Antrieb des Nachführrings 14 um seine vertikale Achse am Tragteil 16 befestigt. Da der Vertikalring 12 im Nachführring 14 befestigt ist, dreht er sich mit diesem, wobei der Drehsinn solcherart ist, daß die Fehlausrichtung mit dem Kreisel vermindert wird. Der Vertikalring wird demnach normalerweise eng mit dem Kreisel ausgerichtet gehalten.

Der Kompaßkurs kann direkt an den Kompaßrosen-Markierungen an der oberen Stirnseite des Nachführrings 14 durch ein (nicht gezeigtes) Beobachtungsfenster im Tragteil 16 abgelesen werden. Zusätzlich kann zur Anzeige ein Folgegerät an der Oberseite des Kompasses angeordnet und von dem Nachführring 14 durch ein (nicht gezeigtes) Kompaßübertragungssystem angetrieben sein.

Fehler in der Geschwindigkeit und der geographischen Breite werden elektrisch korrigiert. Ein Korrekturrechner 26 errechnet die notwendige Korrektur aus Informationen, die von einem (nicht gezeigten) im Kompaß befestigten Kursmelder entnommen werden. Der Wert der geographischen Breite wird von Hand im Rechner eingestellt. Die Korrektursignalausgangsgröße des Rechners wird an einen Drehmomentgeber 21 angelegt, der vom Vertikalring 12 auf das Rotorgehäuse wirkt, um Drehmomente an

ίο das Rotorgehäuse 11 anzulegen, welche eine Kreiselpräzession zur Korrektur des Fehlers bewirken. Der Drehmomentgeber 21 weist einen E-förmigen, bewickelten, am Vertikalring befestigten Kern auf, während der Aluminiummantel des Rotorgehäuses 11 den Anker bildet.

Wenn der Kreiselkompaß in Gang gesetzt ist, hat die Rotordrehimpulsachse eine im wesentlichen zufällige Stellung und würde um ihre Endstellung herum mehrere Stunden lang Präzessionsschwingungen ausführen. Erfindungsgemäß sind Maßnahmen vorgesehen, durch die die Rotordrehimpulsachse durch eine Schnellaufrichtung beim Ingangsetzen des Kreisels annähernd in ihre Endstellung derart gebracht wird, daß die Beruhigungszeit vermindert wird.

Dabei wird die Drehimpulsachse zuerst in Azimut-Richtung eingestellt, und dann wird die Neigung der Drehimpulsachse .korrigiert.

An der Oberseite des Kompasses ist eine Steuerplatte 22 befestigt, die zwei Schalter aufweist, die im folgenden als Drehschalter 23 und Nivellier-Lauf-Schalter24 bezeichnet sind. Der Drehschalter ist in eine AUS-Stellung federvorgespannt und benötigt demnach einen dauernden Druck von Hand, um im eingeschalteten Zustand zu verbleiben. Der Nivellier-Lauf-Schalter hat zwei wählbare Stellungen, von denen eine die Nivellier- und die andere die Lauf-Stellung bezeichnet.

Die Schalter werden von Hand betätigt, um die Rotor-Drehachse durch Anlegen von Signalen an den Nachführmotor 20 einzustellen, die sich von den Nachführsignalen, welche den Nachführmotor 20 im normalen Betrieb steuern, unterscheiden. Die Lauf-Stellung des Nivellier-Lauf-Schalters ist diejenige Stellung, in der das normale Nachführsignal vom Winkelabgriff 18 an den Nachführmotor 20 angelegt wird.

Beim Ingangsetzen wird der Nivellier-Lauf-Schalter in die Lauf-Stellung gebracht, während der Kreisel einen ausreichenden Drehimpuls entwickelt, um zu vermeiden, daß ein Nivelliersignal an den Motor gelegt wird und eine übermäßig große Präzessionsrate erzeugt, wodurch ein Hämmern zwischen den Anschlägen an dem Vertikalring und dem Rotorgehäuse auftreten kann. Sobald der Kreiselrotor seine normale Laufgeschwindigkeit erreicht hat, wird der Schalter in die Nivellier-Stellung gebracht und der Drehschalter wird betätigt. Die Betätigung dieses Drehschalters bewirkt, daß ein großes Steuersignal an den Nachführmotor 20 zur Drehung des Nachfolgerings 14 und des Vertikalrings 12 in Azimutrichtung angelegt wird. Die erwähnten Anschläge verhindern, daß das Rotorgehäuse 11 mehr als einige wenige Grade mit dem Vertikalring 12 in Fehlausrichtung gebracht wird. Der Vertikalring 12 kommt daher mit einem der Anschlage in Eingriff, und das Rotorgehäuse 11 wird sodann einem Drehmoment um die vertikale Achse ausgesetzt. Die normale Präzessionsreaktion bewirkt demnach, daß das Rotorgehäuse 11 und der Vertikal-

ring 12 sich zusammen um eine durch die Lager 15 gebildete horizontale Achse neigen, bis Anschläge 25 am Vertikalring 12 und ähnliche (nicht gezeigte) Anschläge an der Innenseite des Nachführrings 14 bei einem Winkel von etwa 45° einander berühren. Dadurch wird die weitere normale Präzessionsreaktion auf das Drehmoment unterdrückt. Eine sekundäre Drehmomentreaktion wird durch die Anschläge 25 an der Horizontalachse erzeugt, und diese ist bestrebt, eine Präzession des Rotorgehäuses 11 um die vertikale Achse zu bewirken. Anschläge 17 veranlassen den Vertikalring 12 und damit den Nachführring 14 der Bewegung des Rotorgehäuses zu folgen. Die Gesamtwirkung ist demnach eine Drehung des Nachführrings 14, des Vertikalrings 12 und des Rotorgehäuses 11 um die vertikale Achse, wobei der Vertikalring 12 und das Rotorgehäuse 11 um 45° gegenüber der Horizontalen geneigt sind. Wenn die Kompaßrose oder das Folgegerät den Kurs anzeigen, der als annähernd richtig bekannt ist, so wird der Drehschalter losgelassen. Die Rotordrehachse ist nunmehr wenige Grade vom Meridian entfernt eingestellt, jedoch um einen Winkel bezüglich der Horizontalen gekippt.

Wenn der Drehschalter losgelassen wird, beginnt automatisch ein Nivellierungsprozeß, da der Nivellier-Lauf-Schalter in die Nivellierstellung gebracht wurde. In dieser Stellung wird an den Nachführmotor 20 ein kleineres Nivelliersignal angelegt, welches durch die algebraische Addition folgender Größen gebildet ist:

a) ein Neigungssignal von einem am Vertikalring 12 befestigten Lotfühler 27;

b) ein Vorspannsignal von einem entfernt angeordneten Korrekturrechner 26 für die geographische Breite;

c) ein abgeschwächtes Nachführsignal vom Winkelabgriff 18.

Der Nachführmotor dreht nunmehr den Vertikalring 12 in umgekehrter Richtung, wodurch ein kleines Drehmoment über die Rotorgehäuseanschläge in dem Sinne auf den Kreisel einwirkt, daß dieser geneigt in eine Stellung hin präzediert, in der die Rotorachse einem dem Vorspannungssignal entsprechenden Winkel mit der Horizontalen bildet. Dieser Winkel ist der richtige Neigungswinkel der Drehimpulsachse des Kreisels für die spezielle, von Hand in den Korrekturrechner eingestellte geographische Breite.

Die Wirkung des gedämpften Nachführsignals besteht darin, daß eine ausreichende Gegenkopplung zu den Signalen des Lotfühlers 27 erhalten und das Rotorgehäuse möglichst ohne Überschwingen in seine Endstellung gedreht wird.

Wenn der richtige Winkel erreicht ist, wird der ίο Nivellier-Lauf-Schalter in die Laufstellung gebracht, sobald das normale Nachführsignal an den Nachführmotor angelegt ist.

Die beschriebene Schnellaufrichtung kann in dem folgenden ausführlichen Wirkungsplan zusammengefaßt werden:

1 Nivellier-Lauf-Schalter in Laufstellung,

2 Anlauf des Kreiselrotors etwa 1 Minute,

3 Nivellier-Lauf-Schalter auf Nivellierstellung,

4 Betätigung des Drehschalters (während sich der Kreisel nivelliert), bis der Kompaßkurs annähernd richtig anliegt,

5 Lösen des Drehschalters,

6 nach etwa einer Minute, während der die Nivellierung stattfindet, Nivellier-Lauf-Schalter in die Laufstellung.

Der Kreiselkpmpaß ist dann ganz nahe auf seine Endstellung eingestellt und müßte sich in ungefähr einer Stunde auf die genaue Nordrichtung ausrichten. Wenn der wahre Kurs genau bekannt ist, kann eine geübte Bedienungsperson den Kompaß innerhalb einiger Bogenminuten seiner Endstellung einstellen und dadurch die Beruhigungszeit noch weiter vermindern.

Während des Schnellaufrichtvorganges bleibt die normale Dämpfungswirkung des Ungleichgewichts auf der West-Seite des Rotorgehäuses bestehen. Während der Drehphase geht seine Wirkung dahin, daß es versucht, die Kreiseldrehachse zur Horizontalen hin präzedieren zu lassen, aber dieses wird durch das größere, an den Nachführmotor angelegte Drehmoment verhindert. Während der Nivellierphase wird die Dämpfung zu dem Drehmoment hinzuaddiert, welches die Kreiseldrehachse in Richtung auf die Horizontale präzedieren läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 passes beginnt die Drehimpulsachse, mit gedämpften Patentansprüche: elliptischen Schwingungen um eine Beruhigungsrich tung zu schwingen, und wenn die Schwingungen sehr

1. Kreiselkompaß mit einem Rotor in einem groß sind, können einige Stunden vergehen, bevor die Rotorgehäuse, das in einem Vertikalring um eine 5 Schwingungen weitgehend abgenommen haben und vertikale Achse drehbar gelagert ist, und mit der Kompaß gebrauchsfertig ist. Es ist daher zweckeinem Nachführring, in dem der Vertikalring um mäßig, die Drehimpulsachse beim Ingangsetzen des eine horizontale Achse drehbar gelagert ist, mit Kompasses annähernd auf die erwähnte Beruhigungseinem den Nachführring und den Vertikalring um richtung einzustellen, um auf diese Weise die Amplidie vertikale Achse drehenden Nachführmotor, io tude der Schwingungen möglichst klein zu machen der von einem zwischen dem Vertikalring und und ihre Dauer zu verringern.

dem Rotorgehäuse angeordneten Winkelabgriff Ein Kreiselkompaß, bei dem sich eine wesentliche gesteuert wird, so daß eine bestimmte Lage zwi- Verringerung der Schwingungsamplitude der Drehschen der Drehimpulsachse des Rotors und dem impulsachse ergibt, ist bereits bekannt (USA.-Patent-Vertikalring beibehalten wird, mit einem an dem 15 schrift 3 173 216). Bei diesem bekannten Kreisel-Vertikalring oder dem Rotorgehäuse angeord- kompaß ist zusätzlich zu dem Nachführmotor ein neten Lotfühler zur Feststellung der Neigung der Nivelliermotor vorgesehen, der mit Hilfe eines Lot-Drehimpulsachse des Rotors gegenüber der Hori- fühlers eine Schnellaufrichtung der Drehimpulsachse zontalebene und mit einer Schalteinrichtung zur bewirkt. Die Verwendung eines zusätzlichen Nivellierschnellen Aufrichtung der Drehimpulsachse des 20 motors ist jedoch aus Gewichts- und Platzgründen in Rotors mit Hilfe des Lotfühlers, des Winkelab- vielen Fällen unerwünscht.

griffs und Stelleinrichtungen beim Ingangsetzen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

des Kreisels, dadurch gekennzeichnet, Kreiselkompaß der eingangs genannten Art zu

daß zur Schnellaufrichtung der Drehimpulsachse schaffen, bei dem sich eine Schnellaufrichtung des

des Rotors ausschließlich der Nachführmotor (20) 25 Kreiselkompasses ohne Verwendung eines zusätz-

für den Nachführring (14) von dem Lotfühler (27) liehen Nivelliermotors ergibt.

und dem Winkelabgriff (18) über die Schaltein- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gerichtung (22) derart steuerbar ist, daß das Auf- löst, daß zur Schnellaufrichtung der Drehimpulsachse richtsignal des Lotfühlers (27) die Drehrichtung des Rotors ausschließlich der Nachführmotor für den des Nachführmotors (20) bestimmt und das auf 30 Nachführring von dem Lotfühler und dem Winkeleinen Bruchteil verringerte Nachführsignal des abgriff über die Schalteinrichtung derart steuerbar ist, Winkelabgriffs (18) zur Dämpfung der Nachfüh- daß das Aufrichtsignal des Lotfühlers die Drehrichrung dem Aufrichtsignal entgegengerichtet ist, und tung des Nachführmotors bestimmt und das auf einen daß die horizontale Drehfreiheit des Vertikalrings Bruchteil verringerte Nachführsignal des Winkelab-(12) gegenüber dem Nachführring (14) einerseits 35 griffs zur Dämpfung der Nachführung dem Aufrichtsowie die vertikale Drehfreiheit des Rotorgehäuses signal entgegengerichtet ist, und daß die horizontale (11) gegenüber dem Vertikalring (12) anderer- Drehfreiheit des Vertikalringes gegenüber dem Nachseits jeweils durch Anschläge (17, 25) auf be- führring einerseits sowie die vertikale Drehfreiheit des stimmte zur Schnellaufrichtung erforderliche Win- Rotorgehäuses gegenüber dem Vertikalring andererkelwerte begrenzt ist. 40 seits jeweils durch Anschläge auf bestimmte, zur

2. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch ge- Schnellaufrichtung erforderliche Winkelwerte bekennzeichnet, daß dem Aufrichtsignal ein der geo- grenzt ist.

graphischen Breite proportionales Vorspannungs- Durch diese Ausbildung ergibt sich ein Kreiselsignal überlagert ist, das in einem Rechner (26) kompaß, bei dem die Schwingungsamplitude der abgeleitet wird. 45 Drehimpulsachse sehr schnell verringert wird, so daß

der Kompaß nach kurzer Zeit gebrauchsfertig ist.

Die nordsuchende Eigenschaft des Kompasses ergibt sich durch ein Drehmoment, das durch eine auf

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkom- die Schwerkraft ansprechende Vorrichtung (beispielspaß mit einem Rotor in einem Rotorgehäuse, das in 50 weise eine Flüssigkeitsballistik) geliefert wird. Wenn einem Vertikalring um eine vertikale Achse drehbar keine Kompensationsdrehmomente angelegt werden, gelagert ist, und mit einem Nachführring, in dem der wird sich die Drehachse eines durch eine auf die Vertikalring um eine horizontale Achse drehbar ge- Schwerkraft ansprechende Vorrichtung gesteuerten lagert ist, mit einem den Nachführring und den Ver- Kreiselkompasses mit einer Abweichung von der horitikalring um die vertikale Achse drehenden Nachführ- 55 zontalen in eine vertikale Ebene beruhigen, wenn sich motor, der von einem zwischen dem Vertikalring und der Kreisel auf irgendeiner geographischen Breite bedem Rotorgehäuse. angeordneten Winkelabgriff ge- findet, die nicht gleich dem Äquator ist. Die Absteuert wird, so daß eine bestimmte Lage zwischen weichung ist proportional dem Sinus der geoder Drehimpulsachse des Rotors und dem Vertikal- graphischen Breite und derart, daß das sich ergebende ring beibehalten wird, mit einem an dem Vertikalring 60 Ausgangsdrehmoment der auf die Schwerkraft anoder dem Rotorgehäuse angeordneten Lotfühler zur sprechenden Vorrichtung bewirkt, das der Kreisel in Feststellung der Neigung der Drehimpulsachse des einem Ausmaß präzediert, welches gleich der ört-Rotors gegenüber der Horizontalebene und mit einer liehen Komponente der Erddrehung um ihre Achse Schalteinrichtung zur schnellen Aufrichtung der ist. Bei größeren geographischen Breiten wird die Drehimpulsachse des Rotors mit Hilfe des Lotfühlers, 65 Neigung beträchtlich, und bei einem bevorzugten des Winkelabgriffs und Stelleinrichtungen beim In- Ausführungsbeispiel des Kompasses wird dies durch gangsetzen des Kreisels. . Nivelliervorrichtungen berücksichtigt. Zu diesem

Beim Ingangsetzen eines derartigen Kreiselkom- Zweck wird dem Aufrichtsignal ein der geo-