DE178814C

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Publication number: DE178814C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Es ist bekannt, daß ein gewöhnlicher rotierender Kreisel im Räume seine Lage beibehält und so eine relative Bewegung zur Erde vollführt. Die scheinbare Bewegung der Kreiselachse wird aber je nach der verschiedenen geographischen Breite größer oder kleiner sein, d. h. der Kreisel wird am Pole den größten -Weg, d. h. 360 ° in 24 Stunden, und am Äquator den kleinsten Weg, d. h. o° pro Tag, gegen die Erdbewegung zurücklegen. Der Weg der Kreiselachse in jeder anderen Breite entspricht dem· Sinus der geographischen Breite.
Um nun ein beispielsweise zur Steuerung eines Schiffes auf der ganzen Erde brauchbares Gyroskop zu erhalten, d. h. ein Gyroskop, dessen Rotationsachse als 'Richtungsanzeiger für die Steuerung eines Schiffes dient, ist es notwendig, die scheinbare Bewegung der Kreiselachse entsprechend der jeweiligen geographischen Breite aufzuheben, d. h. der Kreiselachse eine solche Bewegung zu verleihen, daß sie an allen Punkten der Erdoberfläche für uns ruhig zu stehen scheint.It is known that an ordinary rotating top maintains its position in space and thus performs a movement relative to the earth. The apparent movement of the gyro axis will be greater or lesser depending on the different geographical latitudes, i.e. the gyro will take the greatest travel at the pole, i.e. 360 ° in 24 hours, and at the equator the smallest travel, i.e. 0 ° per day, against cover the earthmoving. The path of the gyro axis in every other latitude corresponds to the sine of the geographical latitude.
In order to obtain a gyroscope that can be used, for example, to control a ship all over the world, i.e. a gyroscope whose axis of rotation serves as a direction indicator for the control of a ship, it is necessary to cancel the apparent movement of the gyro axis according to the respective geographical latitude, ie to give the gyro axis such a movement that it seems to stand still for us at all points on the surface of the earth.

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet nun . ein Verfahren und eine Vorrichtung, durch deren Anwendung eine dieser'Bedingung entsprechende Beeinflussung eines Gyroskopes ermöglicht ist.The subject of this invention now forms. a method and apparatus the application of which enables a gyroscope to be influenced in accordance with this condition is.

Die Erfindung beruht auf der bekannten Tatsache, daß man einem Kreisel, der um drei aufeinander senkrecht stehende Achsen beweg-The invention is based on the known fact that you have a gyroscope, which is three axes perpendicular to each other move

. lieh ist und sich im Gleichgewicht befindet, dadurch eine beliebige Geschwindigkeit um die vertikale Achse verleihen, mit anderen Worten, ihm eine beliebige Präzession erteilen kann, daß man sein Gleichgewicht in der horizontalen Lage durch irgendeine Kraft stört, z. B. durch Zug, Druck, Gewichtsauflage, magnetische Anziehung usw.. borrowed and is in equilibrium, thereby any speed give the vertical axis, in other words, give it any precession it is possible that one disturbs one's balance in the horizontal position by some force, z. B. by tension, pressure, weight, magnetic attraction, etc.

Das neue Verfahren besteht darin, ein Gyroskop dadurch zur Steuerung eines Schiffes oder zu ähnlichem Zwecke brauchbar zu machen, daß die Rotationsachse einseitig durch ein Gewicht beschwert wird, dessen Wirkung durch entsprechende Wahl seiner Größe oder Stellung derart der jeweiligen geographischen Breite angepaßt ist, daß die durch das Gewicht hervorgerufene Präzession stets der Geschwindigkeit der Erddrehung an dem betreffenden Punkte.und deren Richtung gleichkommt und daher eine Relativbewegung zwischen Kreisel und Erdoberfläche nicht stattfindet. Die erforderliche Größe des Gewichtes bezw. seine Stellung zum Aufhängepunkt des Kreisels, die, außer von der jeweiligen geographischen Breite, von der Masse, der Rotationsgeschwindigkeit usw. des Kreisels abhängen, kann empirisch oder durch Rechnung ermittelt werden.The new method is to use it to steer a ship or a gyroscope to make useful for similar purposes that the axis of rotation unilaterally through a Weight is weighed down, its effect by appropriate choice of its size or weight Position is adapted to the respective geographical latitude that the weight caused precession is always the speed of the earth's rotation at the relevant one Points. And whose direction is the same and therefore a relative movement between Gyro and earth's surface does not take place. The required size of the weight respectively its position to the suspension point of the top, which, except for the respective geographical Width, depend on the mass, the speed of rotation, etc. of the gyroscope, can be empirical or by calculation be determined.

Für die Anwendung des Verfahrens ist eine Vorrichtung, besonders geeignet, bei der nicht die Größe, sondern die jeweilige Stellung des Gewichtes geändert wird. Diese Vorrichtung ist so eingerichtet, daß. ein Gewicht, welches an irgendeiner Stelle der Erdoberfläche em-For the application of the method, a device is particularly suitable in which not the size, but the respective position of the weight is changed. This device is set up so that. a weight which is em-

pirisch oder durch Rechnung als geeignet zur Erzielung der erforderlichen Präzession befunden wurde, an der» Gyroskope verschiebbar angeordnet ist, und zwar in der Weise, daß durch Verschiebung nach der einen oder der anderen Richtung für jede beliebige geographische Breite die durch das Gewicht hervorgerufene Präzession gleich der Erdgeschwindigkeit an jenem Punkte ist. Außerdem ist anfound suitable for obtaining the required precession by piracy or by calculation was arranged on the "gyroscope is slidable, in such a way that by shifting in one direction or the other for any geographical one Width the precession caused by the weight equal to the speed of the earth is at that point. Also is on

ίο dem Gyroskope ein Teilkreis angeordnet, der die Ablesung der jeweiligen Stellung des Gewichtes gestattet. Die Teilstriche des Teilkreises bezeichnen die verschiedenen,, die einzelnen Gewichtsstellungen erfordernden Breitengrade. Wie leicht einzusehen, muß das Gewicht auf dem Äquator mit dem Aufhängepünkt des Kreisels zusammenfallen, also die Wirkung Null ausüben, am Pol dagegen die äußerste Stellung einnehmen, d. h. am längsten Hebelarm angreifen.ίο the gyroscope arranged a pitch circle, the the reading of the respective position of the weight allows. The tick marks of the pitch circle denote the different latitudes that require the individual weight positions. As is easy to see, the weight must be on the equator with the point of suspension of the top collapse, i.e. have the effect of zero, on the other hand take the extreme position at the pole, d. H. the longest Attack the lever arm.

Eine derartige Vorrichtung wirkt nun noch nicht theoretisch vollkommen, ist vielmehr mit Fehlern behaftet, die der Hauptsache nach auf die Reibung zurück zu führen sind, der das Gyroskop bei der Bewegung um seine verschiedenen Drehachsen unterliegt. Diese Fehler könnten rechnungsmäßig berücksichtigt werden. Indessen umfaßt die Erfindung auch eine Vorrichtung, um die Angaben des Apparates von vornherein von jenen Fehlern unabhängig zu machen.A device of this type does not yet work completely in theory, rather it is involved Flawed, which are mainly due to the friction that the Gyroscope is subject to movement around its various axes of rotation. These mistakes could be taken into account in the calculation. However, the invention also includes a device to make the information of the apparatus independent of those errors from the outset close.

Zur Erläuterung der Vorrichtung seien die Einflüsse der Achsenreibung etwas näher betrachtet. To explain the device, consider the influences of axial friction in more detail.

Wenn ,es gelänge, die Reibung aller drei Achsen auf Null herabzumindern, so würde bei der Einstellung des Gewichtes nach Maß-^: 'gäbe der geographischen Breite die Kreiselachse immer die jener Breite entsprechende Präzession ausführen, d. h. die Achse würde die Bewegung· der Erde immer mitmachen und also ruhig zu stehen scheinen.If it were possible to reduce the friction of all three axes to zero, then with the adjustment of the weight according to measure ^: 'If the geographical latitude the gyro axis would always carry out the precession corresponding to that latitude, that is, the axis would always move the earth join in and seem to stand still.

Nun ist aber eine reibungslose Aufhängung eines Kreisels mechanisch unmöglich. Es wird daher stets der außerhalb der Schwerpunktslage angreifenden Kraft, die dem Kreisel die Präzession zu erteilen sucht, eine kleine, von der Reibung herrührende Kraftkomponente entgegenwirken, die auf Kosten der Prä-Zessionsbewegung den Kreisel in seine neue Schwerpunktslage einzustellen sucht. Nach einer bestimmten Zeit würde also der Kreisel eine neue Schwerpunktslage gefunden haben und dann die Bewegung der Erde, weil er keine Präzession mehr besitzt, nicht mehr mitmachen, also für Navigationszwecke unbrauchbar sein.However, a smooth suspension of a gyroscope is mechanically impossible. It will therefore always the force acting outside the center of gravity, which the gyro the Seeks to precession, a small component of force resulting from friction counteract that at the expense of the pre-cession movement the gyro into its new one Seeks to adjust the center of gravity. So after a certain time the top would have found a new center of gravity and then the movement of the earth because he no longer has precession, no longer participates, so useless for navigation purposes be.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ordnet man nun das Gewicht so an, daß die Kreiselachse bei dem langsamen aperiodischen Zurückpendeln in ihre Schwerpunktslage entsprechend ihrer Lageveränderung einen vermehrten Druck empfängt, und zwar so, daß die Präzessionsbewegung immer dieselbe bleibt, die Kreiselachse eine relative Ruhe zeigt. Das Gewicht wird also so ausgestattet, daß es.sich selbsttätig je nach der Größe der Drehung desKreisels um- seine horizontale Achse, die die Wagestellung ist, so weit von dem Drehpunkt der Achse der Wage entfernt, daß der Zug immer derselbe bleibt und also auch immer _; die gleiche Präzessionsbewegung ausgeführt wird.To avoid this difficulty, the weight is arranged in such a way that the gyro axis receives an increased pressure during the slow aperiodic oscillation back to its center of gravity according to its position change, in such a way that the precession movement always remains the same, the gyro axis shows a relative calm. The weight is thus equipped in such a way that, depending on the size of the rotation of the top around its horizontal axis, which is the carriage position, it moves so far away from the pivot point of the carriage axis that the train always remains the same, and therefore also always _; the same precession movement is performed.

Erreicht wird das z. B. dadurch, daß das betreffende Gewicht in Form einer Flüssigkeitsmenge, einer Kugel, die in eine schwach gebogene Röhre eingeschlossen ist u. dgl. angebracht wird. Bei dem geringsten Neigen der Wageachse des Kreisels wird das Gewicht etwas weiter nach außen schwingen bezw. fließen oder rollen und die Achse erfährt einen dem verlängerten Hebelarm entsprechend vergrößerten Zug, der auch bei der neuen W'agestellung den gleichen Präzessionsimpuls erteilt. Gewicht der Flüssigkeit sowie Länge und Krümmung' der Röhre sind leicht empirisch zu bestimmen.The z. B. in that the weight in question in the form of an amount of liquid, a ball enclosed in a slightly curved tube and the like will. At the slightest inclination of the axis of the gyroscope, the weight becomes swing a little further outwards resp. flow or roll and the axis experiences one the extended lever arm correspondingly increased pull, which is also the case with the new carriage position issued the same precession impulse. The weight of the liquid and the length and curvature of the tube are slightly empirical to determine.

In beiliegenden Zeichnungen ist ein Kreiselapparat der beschriebenen Art dargestellt, und zwar in Fig. 1 in Seiten-, in Fig. 2 in Vorder- und in Fig. 3 in Oberansicht.In the accompanying drawings, a gyroscope of the type described is shown, and 1 in a side view, in FIG. 2 in a front view and in FIG. 3 in a top view.

Die Schwungmasse α des Kreisels ist in bekannter Weise so aufgehängt, daß sie sich um drei aufeinander senkrecht stehende. Achsen bewegen kann. Zu diesem Zweck ist die Achse b, um die sich die Schwungmasse dreht, mit Hilfe der Schrauben c in dem Rahmen d gelagert, der seinerseits um die Lagerschrauben e schwingen kann. Diese wiederum sind in dem Rahmen f befestigt, der um die senkrechte Achse g drehbar ist.The centrifugal mass α of the gyroscope is suspended in a known manner in such a way that it revolves around three mutually perpendicular. Axes can move. For this purpose, the axis b, about which the flywheel rotates, is mounted with the aid of the screws c in the frame d, which in turn can swing about the bearing screws e. These in turn are fastened in the frame f , which is rotatable about the vertical axis g.

Der Rahmen / trägt nun einen seitlich abstehenden Schraubenbolzen h, auf dem eine als Laufgewicht wirkende Mutter i läuft. Die Mutter i trägt auf der Oberseite eine· Gradeinteilung, und neben ihr befindet sich eine an dem Rahmen d befestigte Skala k. Skala und Gradeinteilung lassen eine genaue Einstellung der Mutter zu nach bestimmten Angaben, die entweder in einer dazugehörigen Tabelle gegeben oder in der Skala und der Gradeinteilung selbst zum Ausdruck gebracht sind.The frame / now carries a laterally protruding screw bolt h on which a nut i , acting as a running weight, runs. The nut i has a graduation on the upper side, and next to it there is a scale k attached to the frame d. The scale and graduation allow the mother to make an exact adjustment according to certain information that is either given in an associated table or expressed in the scale and the graduation itself.

Durch die Verstellung der Mutter wird die den verschiedenen Breitengraden angepaßte Präzession des Kreisels hervorgerufen. Um dabei auch die Reibungsverhältnisse berücksichtigen zu können, ist nun gemäß der vorliegenden Beschreibung an dem Rahmen d, außer dem verstellbaren Gewicht, ein etwas aufwärts gebogenes Röhrchen I angeordnet, in dem Gewichtskugeln m rollen. Beim Eintreten einer Neigung der Elevationsachse desBy adjusting the nut, the precession of the gyro, which is adapted to the different latitudes, is brought about. In order to also be able to take the friction conditions into account, according to the present description , in addition to the adjustable weight, a slightly upwardly curved tube I is now arranged on the frame d, in which weight balls m roll. When the elevation axis of the inclination occurs

Kreisels rollen diese Kugeln etwas nach außen, dadurch wird der Hebelarm, an dem das Gewicht wirkt, vergrößert und dadurch weiter bewirkt, daß der Präzessionsimpuls auch bei der neuen Wagestellung der gleiche bleibt.At the top, these balls roll slightly outwards, creating the lever arm on which the weight is attached acts, increases and thereby further causes the precession impulse also at the new carriage remains the same.

Ein derartig eingerichteter Kreisel würde in allen Breitengraden die Erddrehung genau mitmachen und demgemäß für Navigationszwecke wohl geeignet sein. Indessen würde A gyro set up in this way would accurately track the rotation of the earth in all latitudes participate and therefore be suitable for navigation purposes. Meanwhile would

ίο er nach einem bestimmten Zeitraum, der je nach dem kinetischen Moment des Kreisels länger oder kürzer sein wird, sich so weit geneigt haben, daß seine Wageachse senkrecht zur horizontalen steht, und dann würde seine stabile Kraft erloschen und unbrauchbar geworden sein. Die Benutzung wäre daher auf eine gewisse Zeitdauer beschränkt.ίο he after a certain period of time, whichever after the kinetic moment of the top will be longer or shorter, so far have inclined so that its axis of carriage is perpendicular to the horizontal, and then its stable power will have expired and become unusable. The use would therefore be on limited for a certain period of time.

Aber auch dieser Übelstand kann überwunden werden, und zwar dadurch, daß man eine Anordnung trifft, um; die Lage der Rotations- · achse von Zeit zu Zeit₅ nachdem sie sich um einen bestimmten Betrag geneigt hat, selbsttätig zu korrigieren. Alsdann wird aber die Kreiselachse wieder in ihre erste Schwerpunktslage zurückgeführt, das Gewicht in der Röhre fließt oder rollt zurück, und es beginnt nun eine neue Phase der Präzession in Ver-. bindung mit der Elevation der Achse, bis wieder die Achse sich so weit aus ihrer Schwerpunktslage entfernt hat, daß die Korrektion abermals eintritt.But this deficiency can also be overcome, namely by making an arrangement in order to; the position of the rotational axis · from time to time ₅ after it has tilted by a certain amount, to correct itself. But then the gyro axis is returned to its first center of gravity, the weight in the tube flows or rolls back, and a new phase of precession begins. binding with the elevation of the axis until the axis has moved so far away from its center of gravity that the correction occurs again.

So ist es möglich, ein Gyroskop zu konstruieren, das eine unbegrenzte Laufzeit besitzt. It is thus possible to construct a gyroscope that has an unlimited runtime.

Claims

Patent to SPRTJc he:

1. Method of causing any of the magnitude of earth movement to any Points of the earth's surface equivalent precession of a gyroscope, characterized in that the Axis of rotation 'is weighted on one side by a weight, which the gyro around the horizontal axis perpendicular to the axis of rotation - the elevation axis - to. turning seeks and its effect by appropriate choice of its size and position of the respective geographic Width is adjusted.

2. Gyroscope for performing the method according to claim 1, characterized by the arrangement of a weight acting on one side of the axis of rotation, which extends across the axis of elevation a scale whose tick marks correspond to the different degrees of latitude and indicate the positions into which the weight will cause a precession corresponding to the latitude concerned must be brought. '

3. Gyroscope according to claim 2, characterized by the arrangement of the weight in such a way that the lever arm with which it engages the axis of rotation, according to an incoming. Elevation of the axis of rotation automatically changed in this way becomes that the precession speed always remains the same.

1 sheet of drawings.