DE1798415A1

DE1798415A1 - Torsionselastisch gelagerter Kreisel

Info

Publication number: DE1798415A1
Application number: DE19621798415
Authority: DE
Inventors: Fischel Eduard M
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1961-12-28
Filing date: 1962-12-28
Publication date: 1972-01-13
Also published as: DE1773887A1; US3264880A; DE1448594A1

Description

PATENT, u. RECHTSANWALT

Bayer. Hypotheken- und Wechselbank München, 8 München 22, fFidenmayerstraße S

Konto Nr.Mx 6342 Telegrammadresse: Protector München

Postscheckkonto: München 494 63 Telefon: 2248 93

Ausscheidung aus 20. November 1969

P 14- 43 594.0 1'/D

SINGER-GENERAL PRECISION, INC., Little Falls, New Jersey, USA

Torsionselastisch gelagerter Kreisel

Die Erfindung betrifft einen Kreisel, dessen Rotorgehäuse in mindestens einer Präzessionsachse torsionselastisch aufgehängt ist und zwei sich senkrecht zu dieser Achse nach beiden Seiten erstreckende Arme aufweist, die sich bei einer Präzession aus einer durch ein permanentes Magnetfeld erzeugten instabilen Gleichgev/ichtslage bewegen und durch dieses Magnetfeld ein Moment erfahren, welches das Rückstellmoment der torsionselastischen Aufhängung kompensiert. M

Ein bekannter derartiger Kreisel (vergl. USA-Patentschrift Nr. 2 662 4-10), dessen Rotor in einer Präzessionsachse an einer Spiralfeder torsionselastisch aufgehängt ist, trägt einen mit dem Rotorgehäuse starr verbundenen Stabmagneten, dessen Pole von der Präzessionsachse aus in zwei entgegengesetzte Richtungen weisen. Hierbei steht jedem der beiden Pole der gleichnamige Pol eines anderen Permanentmagneten gegenüber, der mit der Plattform des Kreisels verbunden ist. Ist der Präzesaionsausschlag des Kreisels gleich Null, dann liegen sich die gleichnamigen Pole der beiden Magneten genau gegenüber und

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auf den Kreiselrotor wird kein Moment ausgeübt. Präzediert der Kreisel aus seiner Nullstellung heraus, dann gerät die Permanentmagnetanordnung aus ihrem instabilen Gleichgewicht, und die Pole des Stabmagneten werden von den ,jeweils ^aVLf der anderen Seite der Präzessionsachse liegenden Polen des anderen Magneten angezogen. Auf diese V/eise entsteht ein Kräftepaar, welches den Kreiselrotor um die Präzessionsachse im Sinne der begonnenen Auslenkung um 180 zu drehen trachtet. Dieses Moment wirkt dem Rückstellmoment der Spiralfeder entgegen und kompensiert somit deren Rückstellkraft.

Demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung ein anderer Weg eingeschlagen. Ein Kreisel der eingangs bezeichneten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Arme mindestens teilweise als selbständiger Magnetanker ausgebildet ist, der sich ausschließlich im Wirkungsbereich einer nur diesem Arm zugeordneten Permanentmagnetanordnung befindet. Im Gegensatz zur herkömmlichen Technik liegt also auf gegenüberliegenden Seiten der Präzessionsachse nicht nur ein Pol ein und desselben Stabmagneten, sondern auf jeder Seite der Präzessionsachse wirkt ein eigenes in sich geschlossenes Kraftfeld.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Ende eines jeden der beiden Arme eine gleichstromerregte und den Mittelpol jeweils eines permanentmagnetischen M-Kerns umgebende Tauchspule auf, wobei sich beim Kippen der Arme um die Präzessionsachse die eingetauchte Windungszahl der einen Spule vergrößert und die der anderen Spule verringert.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält jeder Arm einen Abschnitt aus magnetisierbarem Material, der als Anker zwischen zwei sich gegenüberliegenden Permanentmagneten liegt, deren Lage und Polarität so gewählt ist, daß

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sie entgegengesetzt gleiche Kräfte axif den Anker aufbringen, wenn sich der Anker in einer der Nullstellung des Rotorgehäuses entsprechenden Winkellage befindet.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung trägt jeder Arm an seinem Ende zwei Spulen, deren Mittelachsen sich tangential zu dem durch das Armende laufenden Kreis um die Präzessionsachse und nach gegenüberliegenden Seiten vom Arraende aus erstrecken, und ragt in jede Spule von außen her jeweils mit gleichnamigem Pol ein permanenter Stabmagnet teilweise hinein, wobei die Spulen derartig gleichstromerregt und gewickelt sind, daß entgegengesetzte Magnetfelder entstehen, und wobei jede Spule den zugeordneten Stabmagnet gleichv.'eit umfaßt, wenn sich die Arme in einer der Nullstellung des Rotorgehäuses entsprechenden Winkellage befinden.

Die Erfindung und ihre Ausgestaltungen, die insbesondere für stabilisierte Kreisel vorteilhaft sind, werden nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.

Pig. 1 zeigt eine Plattform mit einem Kreisel, der eine Kompensationseinrichtung gemäß der Erfindung ■ trägt;

Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausgestaltung der Kompensationseinrichtung;

Fig. 3 zeigt das Schema einer dritten Ausgestaltung der Kompensationseinrichtung.

In Fig. 1 ist ein Kreisel 220 mit flexiblen Lagerungen dargestellt. Dieser Kreisel umfaßt eine Plattform 222, auf der ein den Kreiselrotor tragendes Rotorgehäuse 224 mit Hilfe von zwei flexiblen Lagerungen 226 und 228 schwenkbar

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gelagert ist. Die Lagerungen, die beispielsweise aus gekreuzten Blattfedern bestehen können, werden von Sattelteilen 2JO und 232 getragen, die sich von der Plattform 222 aus nach oben erstrecken.

Eine Signalgebertrommel 248 kann auf dem Ende der flexiblen Lagerung 228 angeordnet sein, damit die Kippbewegungen des Kreiselrotors um die Präzessionsachse elektrisch angezeigt werden können. Auf der Plattform 222 sind auf entgegengesetzten Seiten des Rotorgehäuses elektromagnetische

w Einrichtungen 234 und 236 angeordnet, damit eine genaue Kompensation des durch die flexiblen Lagerungen entwickelten hemmenden Drehmoments erzielt wird. Jede dieser Einrichtungen umfaßt einen Dauermagneten mit einem zentralen Kern 238 und einem von diesem durch einen Abstand getrennten zylindrischen Abschnitt 240, so daß zwischen den Teilen des Magneten ein ringförmiges homogenes Dauermagnetfeld vorhanden ist. In diesem homogenen Magnetfeld befindet sich eine Spule 242, die auf dem Ende eines Arms 244 angeordnet ist. Der Arm ist am Kreiselrotorgehäuse 224 befestigt und folgt dessen Kippbewegungen. Bei der Spule 242 handelt es sich um eine mit hoher Genauigkeit gewickelte Spule, die mit Gleichstrom er-

fe regt wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, das zu ihrer Auslenkung gegenüber der Präzessionsachse proportional ist, da die Zahl der Windungen der Spule, welche in das homogene Magnetfeld eintauchen oder aus ihm austreten, der Auslenkung proportional ist. Wenn man je eine Kompensationseinrichtung auf joder Gelte des Rotorgehäuses 224 vorsieht, wie es in Pig. 1 gezeigt int j erhält man einen symmetrischen Kreisel, wodurch eine Verringerung der Gefahr des Auftretens einer unzulässige« Auswanderung für den Fall erzielt wird, daß der Kreisel p..\ r> A^.u;"itkreisel verwendet wird.

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In Fig. 2 ist; eine magnetische Kompensationseinrichtung 250 dargestellt, die einen Ring 252 umfaßt, von dessen entgegengesetzten Seiten aus sich Anker 25^ und 256 erstrekkeru Vier C-förmige Magnete 258 sind paarweise auf entgegengesetzten Seiten der Anker 254· und 256 angeordnet. Die Lage der Pole dieser Magnete geht aus Fig. 2 hervor. Bei dieser Konstruktion kann der Ring 252 beispielsweise auf dem äußeren ilnde der flexiblen Lagerung 226 nach Fig. 1 ähnlich befestigt v/erden, wie der Signalgeber 248 am äußeren Ende der flexiblen Lagerung 228 befestigt ist, und die Magnete 258 können in der gezeigten Weise durch geeignete Mittel auf entgegengesetzten Seiten der beiden Anker unterstützt sein. Der Ring 252 wird mit großer Genauigkeit so angeordnet, daß sein Mittelpunkt 260 direkt auf der Präzessionsachse liegt. Wenn der Kreiselrotor eine Präzessionsbewegung in der einen oder anderen Richtung ausführt, dreht sich der Ring 252 zusammen mit dem Kreiselrotor, so daß die Anker 25²J- und 256 gegenüber ihrer Nullstellung nach Fig. 2 bewegt werden. Hierbei kann ein Magnet 258 jedes Paares eine größere Anziehungskraft auf den zugehörigen Anker ausüben, um so das durch die flexiblen Lagerungen aufgebrachte hemmende Drehmoment zu kompensieren. Die Anker bestehen vorzugsweise aus der unter der Handelsbezeichnung Permaloy erhältlichen Legierung und die Stärke der Dauermagnete 258 sowie die Breite der Luftspalte zwischen den Magneten und den Ankern werden mit besonderer Sorgfalt so gewählt, daß die durch die Magnete erzeugte Kompensationskraft gleich dem hemmenden Drehmoment der flexiblen Lagerungen ist.

In Fig.3 erkennt man eine v/eitere Ausbildung einer Kompensationseinrichtung 262 mit einem Arm 26^, der auf einem Kreisel, z. B. dem Kreisel 220 nach der Fig. 1 so angeordnet werden kann, daß er Drehbewegungen um oina Achse 266 ausxührI;, die gleichachsig mit der* Präzessionsaohoo des

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Kreisels verläuft. Zwei gleichaehsige Wicklungen 268 und 270 sind an einem Ende des Arms befestigt und bewegen sich zusammen mit dem Arm, das andere Ende des Arms trägt zwei weitere gleichaehsige Wicklungen 272 und 274· Ein Gehäuse 276 umschließt die Wicklungen 268 und 2?0 und trägt gleichaehsige Magnete 278 und 280, die auf der Mittelachse der Wicklungen angeordnet sind. Zwischen den Magneten befindet sich ein Abstandsstück 282 aus unmagnetische© Material. Dauermagnete 284 und 286 werden auf ähnliche Weise durch ein Gehäuse 288 auf der Mittelachse der anderen Wicklungen 272 und 274 unterstützt, und zwischen diesen Magneten liegt ein Abstandsstück 290 aus unmagnetisches Material· Jedes der Gehäuse 276 und 288 kann an der Ereiselplattfons oder einem den Kreiselrotor tragenden Kardanring: befestigt werden, und der Arm 264· erstreckt sich durch etwas vergrößerte öffnungen 292 und 294 der beiden Gehäuse, so daß der Arm zusammen mit dem Kreiselrotorgehäuse Drehbewegungen in beiden Sichtungen um die Präzessionsachse ausführen kann« Jede der Wicklungen 268 bis 274 wird mit Gleichstrom in einer solchen Sichtung erregt, daß entgegengesetzte Magnetfelder erzeugt werden. Beispielsweise werden die Wicklungen 268 und 272 so erregt, daß sie Magnetfelder erzeugen, die gemäß Fig. 3 nach rechts gerichtet sind, während die Wicklungen 270 und 274 so erregt werden, daß die durch sie erzeugten Magnetfelder nach links gerichtet sind. Da die Pole der Dauermagnete so angeordnet sind, daß ihre Nordpole einander benachbart sind, bringen die Wicklungen auf dem Arm das Drehmoment Hull auf, wenn sich der Arm gemäß Fig. 3 in seiner Nullstellung befindet. Wird der Arm jedoch dann, wenn der Kreiselrotor präzediert, um einen kleinen Winkel im Uhrzeigersinne oder entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, arbeiten die Wicklungen mit den Dauermagneten so zusammen, daß sie ein Drehmoment in Sichtung der Drehbewegung erzeugen, um das durch die flexiblen Lagerungen des Kreisels hervorgerufene hemmende Drehmoment auszugleichen.

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Claims

Ansprüche

1. Kreisel, dessen Rotorgehäuse in mindestens einer Präzessionsachse torsionselastisch aufgehängt ist und zwei sich senkrecht zu dieser Achse nach beiden Seiten erstreckende Arme aufweist, die sich bei einer Präzession aus einer durch ein permanentes Magnetfeld erzeugten instabilen Gleichgewichtslage bewegen und durch dieses Magnetfeld ein Moment erfahren, welches das Rüclcstellmoment der torsionselastischen Aufhängung kompensiert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Arme mindestens teilweise als selbständiger Magnetanker ausgebildet ist, der sich ausschließlich im Wirkungsbereich einer nur diesen Arm zugeordneten Permanentraagnetanordnung befindet.

2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines jeden der beiden Arme eine gleichstromerregte und den Mittelpol jeweils eines permanentmagnetischen M-Kerns umgebende Tauchspule aufweist, wobei sich beim Kippen der Arme um die Präzessionsachse die eingetauchte Windungszahl der einen Spule vergrößert und die der anderen Spule verringert.

:^;, Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arn einen Abschnitt aus magnetisierbarem Material (2:?^, 256) enthält, der als Anker zwischen zwei sich geg-onüberlruhenden Permanentmagneten (258) liegt, deren Lage und Polarität oo gewählt ist, daß sie entgegengesetzt gleiche Kräfte auf den Anker aufbringen, wenn sich der Anfcor in einer der Nullstellung des Rotorgehäuses enti'pre,Ivruüon U:u)kellage befindet.

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4. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (264) an seinem Ende zwei Spulen (268, 270) trägt, deren Mittelachsen sich tangential zu dem durch das Armende laufenden Kreis um die Präzessionsachse (266)· und nach gegenüberliegenden Seiten vom Armende aus erstrecken, und daß in jede Spule von außen her jeweils mit gleichnamigem Pol ein permanenter Stabmagnet (284, 286) teilweise hineinragt, wobei die Spulen derartig gleichstromerregt und gewickelt sind, daß entgegengesetzte Magnetfelder entstehen und wobei jede Spule den zugeordneten Stabmagnet gleichweit umfaßt, wenn sich die Arme in einer der Nullstellung des Rotorgehäuses entsprechenden Winkellage befinden.

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