DE1928760A1 - Kreiselkompass - Google Patents

Description

SPERSY EAKD COKPOlUT 101, 1290 Avenue of the Americas Hew York, Hew York 10019, Y.St.v,A.

Kreiselkompaß

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompaß oder einen Richtungskreisel eur Verwendung in erster Linie bei saanövrierbaren See- und Landfahrseugen, Im allgemeinen können die Kreiselkompasse in zwei Gruppen eingeteilt werden; zur einen Gruppe gehören, die im wesentli chen vollständig mechanisch gesteuerten Kompasse, während

GruTiT) β
zur anderen/die im wesentlichen vollständig elektrisch gesteuerten Kompasse gehören* Bei einem mechanisch gesteuerten Kreiselkompaß sind die meridiansuchenden und ' Dämpfungs-Regelelemente im ganzen rein mechanisch ausgebildet» Ein typischer mechanisch gesteuerter Kompaß ist

β/ β

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in. der amerikanischen Patentanmeldung Ser.Noc 462 525 vom 9= Jußi 1965 beschrieben^ wie dort gezeigt ist₉ wird das meridiansuchende Drehmoment von einem Flüssigkeitsballistik-Fühler der im Ui3A-Patent 3296 623 gezeigten Art abgeleitety während die Dämpfung des Kreiselkompasses durch eine an der Westseite des empfindlichen Elementes befestigte Hasse erzeugt wird«, Bei einem derartigen mechanisch gesteuerten Kreiselkompaß haben somit die ballistischen Kittel und Dämpfungsmittel feste Parameter, doho ihre Eigenschaften ändern sich während des normalen ■ Betriebs des Konipasses in keiner UeiseV

Bei einem elektronisch gesteuerten Lompaß, beispielsweise gemäß den britischen Patenten 763 750 und 1 037 106, werden die ballistischen und Dämpfungsdrehmomente beispielsweise von einer vom empfindlichen. Element getragenen elektrischen Libelle oder einem Pendel abgenommen, von welchem Signale erzeugt - sowie -gegebenenfalls abgeändert - und an elektrische Drehmoiaentiaotore angelegt werden.j welche geeignete meridiansuchende und dämpfende Drehmomente an das empfindliche Element des Lreinölkompasses anlegen.,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen einfachen mechanischen Kreiselkompaß der Bauart mit feste Parameter aufweisenden ballistischen Fühl·= und Däupfun^smitteln, wobei /jedoch verschiedene für die liompaiage— nauigkeit erforderliche Kompensationsdrehiaooiento elektrisch angelegt werden, wodurch die andernfalls erforderlichen komplizierten mechanischen Einrichtungen Tsruieclen werden! Gewisse Fehler sind bestrebt, infolge eier "Bev/egung des den Kompaß tragenden Fahrzeugs gegenüber der.Erde und infolge

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seiner Stellung auf der Erde aufzutreten; die wichtigsten Fehler sind die infolge der (geographischen) Breite, der Geschwindigkeit und des Kurses des Fahrzeuges auftretenden Fehlere Ferner werden auch Beschleunigungsfehler hervorgerufen,,

Bei einem üblichen mechanisch geregelten Kompaß läßt man das Entstehen des normalen Geschwindigkeitsfehlers zu, wobei die Kompaßrosen-Einstellmarke und/oder das Statorgehäuse der Kompaßgeber durch eine dem Geschwindigkeitsfehler entsprechende Versetzung korrigiert werden» Immer dann, wenn ein Fahrzeug auf dem ein derartiger einfacher mechanisch geregelter Kompaß Bich befindet_f seine Geschwln» digkeit und/oder seinen Kurs ändert, spricht die Ballistik in der V'eise an, daß sie einen ballistischen Ablenkfehler erzeugt? ein derartiger Fehler ist aber nur dann dem nördlichen Geschwindigkeiisfehler äquivalent, wenn der Kompaß nach Schüler abgestimmt ist, Daher ändert sich bei einem mechanisch gesteuerten "ICompafl mit festen ballistischen und Dämpfungsparametern die Periode mit der Breite und es folgt_F daß es nur zwei Breiton (eine für die nördlichen Breiten und eine für die südlichen Breiten) gibt, bei welchen man die Schüler-Periode erhält, wobei die festen Parameter normalerv/eiße für- die mittlere Breite ausgelegt aind, a„uf v/elcher da3 Fahrzeug betrieben werden solle Für sämtliche anderen Breiten "nuß der Kompaß daher immer nach einer Änderung der Geschwindigkeit und/oder" des Kurses wieder eingestellt werden_? weil der Geschwindigkeitsfehler und der ballistische Ablenlfehler nicht gleich sind. Eine derartige Rückstellung durch dip Loropaßausbildung kann eine lange Zeitperiode erforderlich machen, während welcher die Ivompaßablesung ungenau ist-. Eine derartige Eigenschaft ist sehr ei na ehr on¹» end und imser dann unzu-

Um OBfGINAt

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lässig, wenn das Fahrzeug über große Breitenbereiche, hinweg betrieben werden soll, wobei häufige Wechsel in Geschwindigkeit und/oder Kurs erforderlich sind, wie beispielsweise beim Manövrieren in überfüllten Höfen u.s.w.

Das Hauptziel der Erfindung besteht daher darin,tinen einfachen mechanisch geregelten Kreiselkompaß vorzusehen, welcher derart unter Zwang steht, daß der im stetigen Zustand eingestellte Azimutgeschwindigkeitsfehler mit dem Azimut-Ballistik-Ablenkfehler unabhängig von der Breite übereinstimmt, wodurch die Notwendigkeit für den Kreisel entfällt, sich nach. Änderungen der Gesehwin- ■ digkeit und/oder des Kurses wieder einzustellen.

Grundsätzlich erreicht man bei einem speziellen Aueführungsbeispiel eines gemäß >!ier Erfindung ausgebildeten Kreiselkompasses das Obenerwähnte durch Anlegen eines nördlichen Geschwindigkeitskorrekturdrehmomentes, um die Vertikalachse des erapfindlichim Kreiselelementes, und durch gleichzeitige Versetzung der Ost-West-Horizontalachse des Kompaß-Nachfolgekardanringes relativ zur Kreioeldrehachse (d,h.₉ Änderung ihrer Orthogonalität), um eine Größe, die gleioh jedoch entgegengesetzt zum Kreiselballistik-Ablenkwinkel ist» Auf diese V/eise wird der das empfindliche Element tragende ITachfolgekardanring zum wahren Norden hin orientiert, und eine v/ahre Kompaßrosenablesung sowie wahre übertragene Kompaßdaten sind daher verfügbar» Kreiselkompasse de:: Bauart mit einer Dämpfungemasse auf der West-Seite (oder Osteite_p was von der Art der Ballistik abhängt) des empfindlichen Elementes sind

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auch nördlichen Beschleunigungsfshlern ausgesetzt ι in dem im folgenden beschriebenen bevorzugten Kreiselkompaß werden derartige Bewciileunigungsfehler ebenfalls auto» ma tisch kompensierte,

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungabeispieles .eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Kreiselkompasses an Hand der Zeichnung? in der Zeichnung zeigfcs

Pig«. 1 schematische den mechanischen Atifbau des Kreiselkompasses zusammen mit einer sehematischen Darstellung .der zur Ereiselkoiapafiregelung erforderlichen elektrischen Schaltungen!

Hg» 2 eine Darstellung eines geeigneten ballistischen Sperrventils, welches in den Kreiselkompaß gemäß

q-| ντον»

Figo 1 in/seiner Betriebsarten eingebaut sein kann»

Der dargestellte Kreiselkompaß ist ein mechanisch gesteuerter Kreiselkompaß der sogenannten Bauart mit umgekehrtem Kardanring, Kreisel diesel' JJauart sind in den britischen Patentschriften 346 466 oder 751 142 dargestellt.

Ein Kreiselrotor 1 ist.- vgl* dazu Pig_u 1 - in geeigneten (nicht gezeigten) Rotorlagen in einem kugelförmigen Rotorgehäuse 2 drehbar gelagert, und zwar zur Drehung um eine Drehachse 3» welche im Iformalbetrieb mit dem Erdnieridian., d_oh₀ im wesentlichen in Uord~Siid-Eichtung, ausgerichtet ist_ö Die konstriiMiyen Einzelheiten des Hotors und des RotorgehäuseS₉ welchßs als die Kreiselkugel bezeichnet werden kann, eine in der britischen Patentschrift 791 556 klar dargestellt, 3as Rotorgehäuse 2 ist in einem

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vertikalen Kardanring 4 mittels Zapfen 5 unä geeignete Lager mit geringer Reibung zur Drehung um eine nominell vertikale Achse β drehbar gelagerte De^ vertikale Kardanring 4 ist seinerseits zwischen den Armen eines gabelförmigen Kardanringes oder Jochs 7 mittels Zapfen 8 und mittels geeigneter Lager mit niedriger Reibung gehaltert, und zwar für eine Drehung um eine horizontale normal erv/ei se im wesentlichen Ost-West-Achse 9? Daa Joch 7 weist eine im ganzen glockenförmige obere Platts 10 mit großem Durchmesser auf, die in einer entsprechen glockenförmig ausgebildeten Stützplatte 11 mittels eines großen Hauptlagers 12 sur " Drehung um die normalerweise vertikale Achse 6 gelagert let*.. Die Platte 11 ist an einem aus Gründen der Klarheit nur teilweise dargestellten Koiapaßgehäuß©^3 befestigt; dieses Gehäuse bildet die Haup feumhülliing für den Kreiselkompaß,,

Das Aziraut-Joeh oder die Aairaut-Gebsl liegt somit in der normalen OU-Ebene und bestimmt die nominelle Horizontalachse 9 des Yertikalrings 4₉ r/obei lsi* Vertikalring 4 das empfindliche Element oder die Kreiselkugel 2 in der nominell vertikalen Achse 6 haltart„ Ferner kann das ganze Gehäuse 13 20it einsra Schi'/iBiia-St'ib-öungoiaittel o&qt einer Sohwimri-3?lÜ3sigkeit angefüllt 3s3n₅ wodurch die auf die Stützlager für die Kreiselkugcl 2 imä den irertikalring 4. einwirkende Last vermindert wird*

Das Joch 7j welches das Beziigsglied Tür dan Kreiselkompaß ' bildet, 1st nachfahrend mit dem empfindlichen Element oder der Kreiselkugel 2 verbunden^ -and ww.t mittels einer Stellungsnachführ-Servoregelschleife._s Der Signalgeber für dieses System v/eist einen üblichen froftsr 17 der E-Bau=° art auf, dessen gewickelter Stator 18 auf einem Bügel 16 angeordnet ist, der aar vertikalen Kai'danring 4 befestigt

a/ c

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ist; der Anker des Gebers 17 wird durch ein Ueichei-Benkissen 19 gebildet, welches an der Kreiselkugel 2 mittels eines Blockes 15 befestigt ist₆Der Geber 17 ist dabei derart angeordnet, daß er eine relative Winkel«- bewegung zwischen der Kreiselkugel 2 und dem Kardanring 4 um den Zapfen 5 herum festeteilt5 eine derartige Relativbewegung erzeugt in der Geberausgangswicklung ein alternierendes elektrisches Signalp dessen Phase und Amplitude proportional zur Richtung und Größe dieser Bewegung ist, wobei diese Ausgangsgröße an der Leitung 20 auftritt₀ Der ÖFrber 17 kann zu der im britischen Patent 3385 897 beschriebenen Bauart gehören.,

Auf der fest angeordneten Tragplatte 11 ist ein Servomotor 22 der Nachfürschleife angebracht«. Dieser Motor steht über ein Untersetzungsgetriebe 23 mit einem großen an der oberen Platte 10 des Jochs 7 befestigten Ringsahnrad 24 in Eingriff. Der Servomotor 22 wird durch die Ausgangsgröße eines IJaohfolgeverstärkera 25 erregt, dessen Eingang auf Leitung 20 ein Signal vobi Geber empfängt; somit wird das Joch 7 in einer Weise angetrieben, welche bestrebt ist, dae Gebersignal auf Null su reduzieren, wobei, bei Kichtvorhandensein der vorliegenden Erfindung, (was noch erklärt werden wird) das Joch 7 in orthogonale Beziehung mit der Kreiseldrehaclise 3 gebracht werden würde„ An der oberen Platts 10 des Jocli3 tat ein sockelartiger Vorsprung 26 befestigt? auf welches] eine Kompaßrose 27 und ein Rosenzatmrad 28 drehbar ua die Vertikalachse 6 gelagert sind'i die Kompaßrose liefert eine visuelle Anzeige des geographischen Kurses des Fahrzeuges,, Ein Umkehrgetriebe 29 verbindet den Servomotor 22 mit dem Korapaßrosenzahnrad 28 in der V/eise, daß die Kompaßrose/in einem 1i1

a / ο

BA& ORKaINAL

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^wm \^j ·*·

Verhältnis mit dem Azimut-Zahnrad 24 in einer entgegengesetzten Richtung zur Drehungsrichtung des Jochs 7 angetrieben wird. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin» daß man auf diese Weise für den die Kompaßrose wie üblich von der Rückseite des Gehäuses her betrachtenden Steuermann Kompaßrosen~Bewegungen im ''naturlicher^-Sinn erzeugt» wenn Änderungen erfolgeη*

Auf der Eragplatte 11 des Gehäuses 13 ist ein Kompaßgeber 50 angeordnet, der über ein Getriebe mit einem 1 ti Verhältnis mit dem Joch 7 verbunden ist? auf diese Weise wird die Kompaßinformation an entfernt angeordnete Weitdrgabevorrichtungen oder andere Einrichtungen, wie beispielsweise einen Autopilot geliefert«

eine erhöhte Genauigkeit kann natürlich ein "fein-" Synchro hinzugefügt werden.

Die Gesamtausbildung des bisher beschriebenen Kompaß und Gehäuses gleicht der Ausbildung des in der oben erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Kompaß. Ferner sei noch darauf hingewiesen_s daß das gesagte Gehäuse 13 pendelartig in einem geeigneten Roll-Beweguugs-und LängsneigungB-Trennkardanring 14 gelagert ist» wie dies eohematisch in Fig» 1» jedoch mehr ins einseine gehend in der beim Deutschen Patentamt unter dem Aktenzeichen URA 292/68 hinterlegten Geschmacksmußteranmelduag geaeigt

Die mechanischen Mittel aur 'Aufprägung morid!ansuchender Drehmomente auf die Kreiselkugel 2 weisen eine übliche Flüssigkeitsballistik (einen Efeigungs- bzw« Bewegungs-Pühler) auf_f die sv/ei teilweise mit einem Strömungsmittel

BAD ORIGINAL

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«SO M oft

wie beispielsweise Silikonen gefüllt© Sankθ 35 und 36 besitstf die Sanks 35 und. 36 sind miteinander, mittels ,eineg.unteren Rohres 37 "verbunden^ äureh welches das Ströaungsiaittel voia einen Sank ssum anderen fließen kanne Eine Entlüftungsleitimg 30 - die in j?ig_e 1 aus Gründen der Klarheit swa Seil weggebrochea dargestellt ist «-» verbindet die oberen Seile dor lanfcso Die PXÜsslgkeitsballistik (Heigungsf toiler) arbeitet In üblicher U©iae_D im die neigung der Lreloelkugel festzustellen» und vom ein Difeteoaient um die Horisontalaohse 9 aasulegen_p um a© di© ICreiselliugel suia Meridian hin sis prUseöiereao Elia© Bärapfmig äes Kompasses er·» reicht isan durch das Yorsehe» eiü©r Hasse am Uestende der Ereiselkugelö Jar "vorliegenelan /msfäliramgsb©lspiel- besteht diese I-fosse aus ©ifö©r Yielaalil von QQWtüht&ns wie tieise den Grewiohtea 39 ηηά 40_P wobsl ü®v@n ©ffsktive so angeordnet ist_e daß ate sioh am UesteBö© üqv Kreiselkugel konsentrlei'to Es Lama ferner -sin© iknaahl weiterer Gewlohte auf der Er©;lselkugel verwanäet w©rclea_p wenn dieo .sur Einstellung des ßesamtföühwebeaustaaäes der Kreioelkugel In der SragflUßsigkeit erforderlioh ist» Soait sind dis Para-» aster flor Plüsaigkeitsballlstili und dsr Bäsapfungsaasoe durch die Ausbildung festgelegt^ um ein gev/üasehtes balliotisohes I-Iojaent IL· und eia DiiEopfunssiaoaent Ii₀ relativ aua l/inkel« aoaent H des Lreiselrotors 1 su Ii©fern_ö

Als ffieolianlGcli geregelter EreiselLoBipaß xait festen balllötiochen und Daapfungsparasjetsrn wird die auf den Krei« sei einwirkende vertikalo- ErdgGßchwindigkeit durch ein horlsontales· in der nstgir&gsballistik erseugtoa DrehmoiBent korapenolerty was eine kloine Teste neigung rler Drohachae 3 um die horisontalo Ost-Uest-Aohss. 9 hein^iH erfordert, v;obGl deren Grüße proportional ü@m Olnuo dor örtlichen

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Breit© 1st_β Insoferne als die Kompaßdäapfung durch öle festen Gewichte 39 ₅ 40 auf dar Westseite der Kreiselkugel 2 erreicht werden, die selbst im vertikalen Kardan«* ring/um die Vertikalachse 6 rotieren kann, führt jede Hei« gung um die horizontale Ost-Uest~-Acb.se 9 (ballistische Neigung) ein Drehmoment um diese Achse herum sin, welches daher in einer Präzession isi Aairaut resultiert, um einen Azimutfehler zu erzeugen» Dieser Fehler wird als der ¹¹ Breitendämpfungs»¹'Fehler bezeichnet und durch Anlegung eines Drehmoments Tt an die Kreiselkugel 2 um diö Korn» paßvortikal-Aohae 6 von einer durch die folgende Besiehung gegebenen Große kompensiert?

¹H₇ β % H CJ ein A _rr,

wobei CJ die Erdgencht^indigkeit unci A die örtliche Breite ist& Die ■ durch dieses Drehsiojaeüt bewrirlcte Kom pensation v/ira Ιϊύ folgenden als
sa t lon" b e a 3 ί ο hue t.,

Die Vorrichcung; zur Erasuguns c.i^&si:' Brehinosients um die Yertikalachse 6 des iireiselkosapasfseB '^eiot einga Wirbeletroa-Drehiiioiaöutgeber 45 auf _s der au äsr- Bauart gemäß "l"5rj britisohan Patent 791 536 gaiiören, aanni dieser Drehraioraeritgsber ueist einer. bc-wicKaltsn, Stator 46 auf, öer &n einem 'geeigneter: 3ü.ge;l 47 angeordnet ist5 der Bügel 47 Ιβί c-srart ar. TTertilralring 4 bs= festigt j daß eier Stator 46 clielvl· benachbart aur Oberfläche der Kreiseikugel 2 liegte auf welche der Drehmomentgeber einwirkt ο Der Drelirdooentgebör 45 gleicht in seinem Aufbau dem Geber 17= Ms Erregung der Steue wicklung erzeugt an dar Iirsisslkugel 2 ein D:^äeh:aoinent

./c

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um die Vertikalachse 6, welches von der Richtung und Größe der Erregungsspannung abhängte

Die Festbreitenkompensation wird durch eine in Figo 1 links gezeigte Schaltung bewirkte Eine Spannung proportional zu K„ siiiA (wobeiA - die Breite/iu = ein Proport ionalitätafakt or ist ) wird mittels eines Abgriffs» potentioraeters 50 erseugt_f welches eine mittelabgezapfte Wicklung.51 aufweist, die von einer Gleichstromquelle erregt wird, und daß ferner einen Sohleifer 52 besitzt, der mittels eines Knopfes 53 von Hand eingestellt wird, weloher entsprechend der örtlichen Breite Reicht ist«. Der Widerstand zwischen den Abgriffen ist derart eingestellt, daß eine Sinusfunktions-AußgatigsgrößQ erzeugt wird. Der Widerstand 54 erzeugt EüUBammen. mit der Größe der Potentiometererregungsspannung den Proportional!- tätefaktor IL,_S der entsprechend der obigen Gleichung

(1) die konstanten Ausdrücke D HOu einschließt«.

BjJ ^e ■

Diese Spannung wird durch einen "Gleichstrois/Weohselstrom-Univ/aiidler 55 in V.^rechselstrom uagevrandelt und an den Eingang des Drehmamentge-ber-VeratarfcerB 56 angelegt, dessen Ausgangsgröße den Steuervficklimgen des Drehmomentgebers 45 zugeführt wird_e Die beschriebene Schaltung liefert daher die Pestbreitenkorapensation für den Kreiselkompaß₆

Wie bereits oben diskutiert wurde, ist der Kreiselkompaß mit festen ballistischen und Däiapfungsfaktor-Parametern Fehlern ausgesetzt, die mit den Änderungen

6/ O

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der Geschwindigkeit und/oder des Kurses des Fahrzeuges, welches den Kreisel trägt ,zusammenhängen₀ Bei vielen Üblichen Kreiselkompassen dieser Bauart läßt man den Geschwindigkeitsfehler entstehen und die Kompaßausgangsgröße wird beispielsweise durch Versetzen der Kompaßkreisel-Einstellmarke und - wenn eine entfernte Anzeige erwünscht ist - des Geberstators korrigiert» Wie bereits oben erwähnt, ist jedoch bei einer derartigen Anordnung der Kompaßeinstellpunkt dar ballisäschen Ablenkung nur bei zwei speziellen Breiten (einernördlichen und einer südliche^ äquivalent, und daher muß sich der Kompaß -ausgenommen an diesen Breiten - nach jeder Änderung der Geschwindigkeit und/ofler des Kurses wieder einstellen.» Der hier beschriebene Kompaß wird nun in der Weise unter Zwang gesetzt, daß sein eingestellter Geschwindigkeitsfehler im stetigen Zustand mit dem ballistischen Ablenkfehler identisch ist, und zwar unabhängig von der Breite_o Im folgenden wird die dazu erforderliche Einrichtung sowie die mathematische Grundlage dafür beschriebene

Das durch die Flüssigkeit in den Tanks 35 und 36 erzeugte ballistische Moment Mg ist entsprechend der Ausbildung beschleunigungsempfinalich und wird immer dann proportional zur Hord-Stid-Komponente der angelegten Beschleunigung ein Drehmoment T_n um die horizontale Oet-Yiest-AohBe 9 anlegen, wenn das Fahrzeug den Kurs oder die Geschwindigkeit ändert j es giltι

T_ = Ii_n acoa C_f (2) ' " <■

wobei a die Beschleunigung_P G der Fahraeugkurs und g die Erdbeschleunigung ist_e Dieses Drehmoment hat eine

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Präzessionsrate Cl/w um die Vertikalaehse 6 mit einer Größe von

^{a cos}

zur Folge, wenn die Beschleunigung für eine Zeit t an dauert} so ergibt sich eine Äsiinutversetzung 0 der Drehachse mit folgender Größe

oos 0

da at * Ϋ_β Dies ist der ballistische Ab3sikfehler und eine Funktion der nördlichen Geschwindigkeit und daher für jede spezielle Geschwindigkeit konstant» unabhängig von der geographischen Breite des I?ahrseuges₀

\$emx sioh das Fahrzeug über die Erdoberfläche in nördlicher Richtung mit einsr Geschwindigkeit T bewegt» so fühlt die nach Norden zeigende ICreis©lkugel 2 eine äquivalente Winkelgeschwindigkeit um die horiaontal© Ost-Vi^st-Ächse von

cos C

wobei R der Erdradius ist* und wobei sich das nach Horden weisende Ende seiner Drehachse x\m die gleiche Geschwindigkeit (Rate) nach oben neigt« Diese STeigungsrate könnte durch das Anlegen eines Drehmomentes um die Vertikalaehse der Kreiselkugel -2 kompensiert werden» wobai dieses Dreh-

o/ 9

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fc« % * M (I

-H-

mornent eine derartige Richtung und Größe aufweisen * würde, daß die Kreiseldrehachse mit der gleichen Hate in die entgegengesetzte Richtung präzediert wird, wodurch der Kreisel für eine mit Sreitenänderungen verbundene Winkelneigung unempfindlich gemacht wurde und wobei kein nördlicher Gesohwindigkeitsfehler vorhanden sein würde ο

Es sei nunmehr angenommen, daß ein !fahrzeug aus seiner Ruhestellung startet (obwohl in der Praxis lediglioh eine Geschwindigkeitsänderung gegenüber irgendeiner vor- w hergehenden Geschwindigkeit vorliegen kann, wobei aber auch die folgende Analyse gilt) und mit einer nordwärts gerichteten Geschwindigkeit von Y cos G sich bewegt· Die mit der Breitenänderung verbundene Ileigungsgeschwindigkeit (Neigungsrate) ist C^ und die ballistische Ablenkung ist 0 (vgl» die oben angegebenen. Gleichungen (5) und (4) β Da jedoch die Drehachse 3 seitlich gegenüber dem Meridian durch die azimutale ballistische Ablenkung 0 versetzt ist, erfährt die Kreisslkugel 2 infolge der Horizontalkoinponente äer Erdgesehwindigkeit eine weitere Neigungsgsschwindigkeit üb die horizontale Ost- West-Achse mit folgender C4röße

* U)0_h=zCü_G cos λ sin 0 (β)

Da jedooh 0 ein kleiner Winkel ist, kann Gleichung(6) und Grl9ichung(4) zusammengefaßt werden« und os ergibt sich»

T cos ö (7)

Die Neigungsgesehwindigkeiten um die Horizontale,, welche

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ί t 9

■ ( ? o r

- 15 - .

der Kreisel abführt_s sind somit in den Gleichungen 5 und ausgedrückt_f und da sie inhärenterweise entgegengesetzten Sinn, haben, ergibt sich eine gesamte Horizontalneigungsgeschwindigkeit von

60 h - (V cos C) - ILh coe?^ ^MB T cos C (H ) Μ

(V cos C) - IL
(H ) (

Oder vereinfacht von

_h- V cos C |J -(J₀ cos^%) , (9)

wobei sich die Geschwindigkeit (Rate)aus einem --τ ο.. 0 -.j| -6)i

äquivalenten Brehmoaent ergibt« Indem man nun-ein Koinpensationsdrehnioment dieser (frb'ß<3 und mit- dem richtigen Sinn an die "Vertikalsapfeti 5 der Ereiselkugel 2 anlegt, wird der Einstellfenier, im stetigen Zustand äquivalent zum ballistischen Ablenkfehler_P und daher läuft die Kreiseldrehachss 3 unabhängig von der Breite versetzt gegenüber dem Meridian durch den ballistischen Ablenkwinkel* In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die obige Lehre in der in Figo 1 links dargestellten Schaltung ■ ausgeführt_β Pur diese Zwecke ist an der oberen Befestigungsplatte 11 ein Funktionsdrehgeber 60 angeordnete der über ein geeignetes TTntersetsungsgetriebe 61 mit das Aziinutsahnrad 24

BAD ORIOiNAU

9 098 50/0 9 52· . -,■*■< ^₁/**

{und somit mit der Kompaßrose 28) in Eingriff steht? und zwar mit einera Drehzahlverhältnis von 1§1₀ Ferner ist eine Quelle der (Jeschwindigkeitsdaten dea Schiffs vorgesehen^ diese Baten können entweder automatisch duroh Logeinrichtung 62 des Schiffes oder durch einen von Hand eingestellten Knopf 63 geliefert werden,,

Der Drehgeber 60 wird mit einer fecten Spannung erregt,, " Wodurch die Ausgangsgröße -der Cosinus-Wicklung proportional au cos G an den Drähten 64 ist? diese Spannung wird an ein Potentiometer 65 angelegt., welches entsprechend einer Punktion der Fahrzeuggeschwindigkeit 7 eingestellt ist* Die Ausgangsgröße K^V cos C wird an die PrimärwickD-ung eines KopplungetransforiaatörB 66 gelegt, dessen am Hittelebgriff geerdete Ausgangswicklung die Erregung für ein Widerstandonetzwerk liefert y welches zur Erzeugung der erforderlichen. Signale dient,, welche - wie noch beschrieben wird'·» die Kompensationsdrehiaometite und Korapaßversetaung zur Folge haben „

Das am Sekundär-Traneforciatpr 66 auftretende nördliche G-eschwindigkeitsoignal wird an daa geschaltete und mit Abgriffen versehene WiderBtandsnetsvierk 67 angelegt, dessen Schleifer 68 - wie oben beschrieben - durch den breiten Einstellknopf 53 eingestellt, ist« Die Abgriffe am V7iderstandsnetsv:erk sind derart ausgewählt₉ daß eine Cosinus-Ausgangsgröße erzeugt wird? wodurch dae Signal V cos C enteprechend dem Faktor (K^-Ii_r cos/V.) gedämpft Die Abgriffe sind ferner derart angeordnet, daß

sie eine iTull-Ausgangegröße bei 40° Breite liefern» da bei diesem AusfHliruugsbeispiel der Kompaß bei dieser

BAD ORKafNAL

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Breite Schuler- abgestimmt ist» Die Schaltungskonstanten sind derart ausgebildet, daß sie die verschiedenen festen in den vorhergehenden Gleichungen (K₄ « H und K* * Cu _o

| ■'Parameter einschließen, und sie sind hier durch -das Widerstandsnetzwerk 67 und den Widerstand 69 dargestellt ₃ Die Ausgangsgröße des Widerstandnstswerkes 67 Mrd an den Eingang des Vertikal-Achsen-Drehmomentgeberverstärlcaa 56 angelegt_ff dessen Ausgangsgröße am 'Fertikal-Aohsan« Drehmomentgeber 45 liegt₃ van auf diese Weise ein Dreh^ moment um die Kreiselkugel-Zapfen 5^5 entsprechend der Gleichung (10) zu erzeugen, um so die nördlichen G©~ schwindigkeitsfehler des Kreisele zn kompensieren« Durch die Summierschaltung 57 wird e.iesas Kompensations» signal mit dein festen Breiten - Korrekturdrehmoinent kori«- biniertj welches - wie oben beschrieben ■=■« in der Schaltung 51 bis 54 entstehtj

Das am Ausgang des !Ds-aneformators 66 auftretende nördliche ßesohwindigkeitssignal v;ird « susamassn arit dsr richtigen in Gleichung (4) TorausgesstEten Proportionalitätskonstan·^ te (K₂ ~ -B ) ~ s-VLOh als ein Yorspann-signal für die

17^-22 verwendet₉ wodurch das Bezugsglied oder das Joch 7 des Systeme entsprechend der ballistischen Ablenkung-sei'setz-t wird," wo- ' durch die KoujpaSroβθ 27 und die rom öeber 30 übertragenen Daten relativ suia ßeMuse 13 den wahren iferidian-liorden angeben« !Dies erreioht iaan durch lioasbinatioii des nördlichen Gfeschv7iadigkeitß3ignals auf Leitung 70 wi% dem Kompaßnachftihrsignal auf Leitung 2O₉ und diireh Anlegen des

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~ 18 ~

resultierenden Signals auf leitung 72 an den Naehführverstärker 25, deBsen Ausgangsgröße dem Naehführmotor zugeführt wird« Auf diese Weise muß der ,ÜTaehfolge-Kardanring 7 und somit der Vertikalring 4 von der Krsiselkugel versetzt v/erden, um dadurch ein Signal im Geber 17 au eraeugeuj welches gleich dem Gesohwindigkeitssignal auf Leitung 70 unter Bedingungen des stetigen Sustandös ist* Somit kann sich die Kreiseldrehachse versetzt gegenüber dem Meridian einstellen, während das Haehfolgeglied oder das Joch b 7 genau auf dem Meridian gehalten wird {&„''&■< tatsächlich rechtwinklig zvm Eeridian oder in wahrer Ost-West«Riohtung)o In anderen Worten.ϊ da die erwähnten Kompensationen den Kreiselkompaß für die durch die Gleichmagen (5) und (6) dargestellten Drehmomente unempfindlich machen? bleibt er au allen Seiten eingestellt«

Die erwähnten elektronischen Einrichtungen zum wirksaineii klnempfiiidlichraachen dos Kreiselkompasses gegenüber 5s« schwindigkeits- und/oder Kursänderungen können fernerdurch ein Drehmoment erweitert werden, welchus proportional aur JTorägeschwindigkeit ist» wodurch äeri* Kompaß su« sätalich automatisoh gegenübor Beschleunigungswirlcungen. ψ kompensiert wird»

Bei Anlegung aar oben erwähnten Steuergrößen an den paß ist die Versetzung dea Kompasses isi (in luliestellung} eingestellten stetigen Zustand glaioh der ballistiaohen Ablenkung und mit Ausnahme des einer ETordbesohl.aunigung unterworfenen Dämpfungsgewichtes 39^40 würäe bei Vollendung der Beschleunigung keine schwingende Hück-Einstellung vorhanden sein>>Es sei jedoch daran erinnert, daß

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die horizontale Ost-West-Achse 9 der Gabel oder des Joch.es 7 gegenüber der Kreiselclrehachse um eine durch die Grleiehung(4) gegebene Größe v-ersetst ist , um

α, ϊ

V oos 0

Da das Gewicht. 39-40 nuniaahr gegenüber der Ost-Westachse verse tat ist_r erzeugt das Dämpfungsmoiaönt EL ein. Drehmoment um diese Achse und macht - für sine (in der Zeichnung dargestellte) Hord-Geschwindigkeit das Südenda der Kreiselkugel 2 um folgende Größe schweren

sind 0

(11)

und da 0 ein kleiner Viinkel ist, -gilt

β U_n 0 oder

If cos C (12)

Daher muß, um diesen] entgegenzuwirken und somit die örtliche vertikale Erdgsschwindigkeitskompensation aufrechtzuerhalten, die Kreiselkugel 2 um einen äerartigö«. Winkel A, $ geneigt werden, daß das ballistische Flüssigkeitsverschiebungsmoaieiit gleich dieser Änderung des HorizontaldrehmoEientes ist, d_etu das Hordende der Kreiselkugel muß nach unten geneigt werden* Die Größe dieses Geganärehiaonientee ist

?_c=Atf K₁

(13)

und da T =
c

glitt

cos G

(14)

/ί

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192876G

υ.ιια somit

Δ# 4 ^{γ cos}

Es selen nunmehr die Einwirkungen einer Uordbeschleu·* nigung auf das Gewicht 39-40 betrachtet«, Der durch die während einer Zeit t wirkenden. Beschleunigung erzeugte Neigungswinkel ist

. . Tig
und daher ist

^cos

Die obigen Ausführungen zsigea," daß der zur Kompensation des horizontalen Ungleich-gewichts infolge der. Servoversetzung für den ballistischen Ablenkfehler erforderliche HeigungBWinkel" automatisch und augenblicklich durch die Beschleunigungskraft auf der Kreiselkugel 2 erzeugt wird ο Eb sei nunmehr zum Zwecke der Erläuterung angeftonMnen₉ P daß sich das Fahrzeug auf einer gegebenen Breite in Ruhestellung befindet uiicl daß se über eine Zeit t hinweg auf irgendeine endliche Geschwindigkeit beschleunigt wird« Me "feste" Breitenkompeiißation ist bereits durch deh Knopf 53^; eingestellte Fach Abschluß der Beschleunigung . wird der infolge dar Beeclileiiaigung -auftretende. Neigungswinkel durch die In Gleichung (17) fegebeim Größe ge- . ändert. ' ^{? :}

Die nonnalο Brei-i^nhowpensation vrurde gedoch für einen: -

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sioh vom jetzt vorhandenen Neigungswinkel unterscheidenden Neigungswinkel vorgenommen, und daher muß die Größe des Breiten-Kompensationsdrehmoiaentes durch ein Drehmoment abgeändert werden, welches äquivalent zu

M_D (M₀ Y cos C) oder M^ V cos 0 (18) Sg { W

Aus dem Vorstehenden kann man somit ersehen, daß dann₉ wenn ein weiteres Drehmoment um di© Vertikalachs.e des Kompaß proportional zu dem in Gleichung (18) angegebenen Wert angelegt wird, der Kreiselkompaß vollständig gegenüber den Besohleunigungswirktmgen kompensiert wird, die bei Gesohwindigkeitsän&erungen und/oder Kursänderungen

des. Fahrzeugs darauf einwirken»

Das Vorstehende wird - vgl» dazu Fig. 1 - dadurch erreicht» daß die Sekundärseite des Transformators 66 auf Leitung 75 ein weiteres zu V cos C proportionales Signal liefert» welches entsprechend dem Proportionalitätsfaktor ^kä * St beispielsweise durch einen geeigneten Widerstand

76 gedämpft wird, und wobei dieses Signal dann durch Summiernetzwerk 77 an die Vertikalaehsen-Drehmomettt-Sohal*- tuiig angelegt wird» wobei dieses Signal das vom Potentiometer 50 erhaltene "feste" Bröiten-Kömpensationssignal modifiziert»

Der Kreiselkompaß kann mit Mitteln ausgestattet,©ein, um

■ι */»

das Instrument von einem Kreiselkompaß in einen üblichen Richtungskreisel umzuwandeln» und «war zur Verwendung insbesondere bei hohen Breiten oder bsi Ausfall irgendeiner der Kreiselkompaßsteuerungen, wodurch unter. solchen Umständen eine ,stabilisierte Richtungsanseige erzeugt wird» Die RichtungskreJi^l-Betriebsart kann mittels aines Betriebsarten-Wahl schalters ausgewählt werden, der die gekuppelten Schalter 80, 81, 82 aufweist» Der Schalter 80 dient zur Erregung eines ballistischen Irennvenfcils 83_?

" welches im einzelnen in FIg₆ 2 dargestellt ist, Das Ventil weist einen vergrößerten länglichen Zylinder 84-auf, der direkt mit dem Rohr 37 verbunden ist, innerhalb welchem ein Solenoid 85 axial angeordnet ist, der ein Ventil 86 betätigt»

l/enn der Schalter 80 geschlossen ist, bo ist das Solenoid-Ventil 85 erregt und das Ventil 86 geschlossen, wodurch die Flüssigkeitsströmung zwischen den Tanks 35 und 36 unterbunden ist» Wenn der Schalter 81 in seine untere Stellung gebracht ist, so liefert er sine in geeigneter V/eise geeichte Spannung an den Drehmomentgeber 45, und zwar proportional zum Sinus der Breite, wodurch die richtige Brdgeschwindigkeitskorrektur für den Kreisel

aufrechterhalten bleibt. Da der Kreisel jetzt nicht als Kreiselkompaß arbeitet, wird der Schalter 82 in seine untere Stellung bewegt, um die Servo-Versetzungsspannung herauszutrennen, welche der Kompaß-Haehführschleife erlaubt, die Gabel 7 mit der Drehachse der Kreiselkugel 2 auszurichten, Das Einnivellieren der Richtungekreisel-Betriebsart wird automatisch durch die Dämpfungsgewichte 39-40 gewährleistefc.

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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, ßaß die Erfindung einen einfachen mechanisch geregelten Kreiaellcompaß vorsieht, der in einer solchen Weise unter Zwang steht, daß der Azimut-Fehler bei eingestelltem stetigen Zustand identisch mit der Asimut-Ballistikablenkung unabhängig von der Breite 1st, wobei durch eine Servo-Versetzungsteohnik Besohleunigungsfehler ebenfalls kompensiert werden und gleichzeitig eine Korrektur der Kompaßrose und !Datengeber erzeugt wird «Während somit der Kreiselkompaß auf irgendwelche Gteschwindigkeitsänderungen urid/oder Kursänderungen sowie auf Beschleunigungen anspricht_t bewirken die hier beschriebenen Steuerungen und die Versetzungstechnik, daß die Kompaßrose und Batengeber zu allen Zeiten eine wahre azimutale Kursinformation liefern, wodurch der Kompaß besonders für äußerst manövrierbare Fahrzeuge geeignet ist„

Beachte:

Patentansprüche

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Claims (1)

1. - 24 Patentansprüche«

   (1 »Ι Kreiselkompaß der Bauart mit mechanischen Neigungßfühlvorriohtungen mit festem Parameter zur Erzeugung meridiansiichender Drehmomente an dem Kreiselkompaß, der horizontalen und vertikalen Geschwindigkeiten ausgesetzt ist j die durch eine Hord-Gesehwindigkeit und ballistische Ablenkung erzeugt v/erden, wobei ferner Ilompaßnachflhrmittel vorgesehen sind, um- ein Beaugeglied entsprechend der Orientierung des Kompaß anzutreiben, gekennzeichnet durch Mittel zur Ableitung elektrischer Signale (67_S 69r 70, 62, 63)» welche proportional zur Hord-Geschwindigkeit des Krei- · selkoinpasses sinclj durch Drehraoment-Gebermittel (45), welche auf eines der erv/ähnten elektrischen Signale¹ ansprechen, um an das empfindliche Element (2) des Kreiselkömpasses ein Drehmoment anzulegen, welches eine Größe und einen Sinn aufv/eißt, um das empfindliche Element auf einen V.^rinkel eitizusteilen₉ der gleich dem ballistischen Ablenkiehler ist, der der nördlichen Geschwindigkeit entspricht, und wcbei ferner Mittel vor« gesehen sind, welche auf ein weiteres der erwähnten Signale (70) ansprechen, um die ICorapa-ßnachfühnaittel um einen Winkel vorzuspannen, welcher der ballistischen Ablenkung (der ITeigungsfühler-Ablonkung) entspricht, wodurch das BezugEjglied (27) eine dorn wahren Heridiankurs proportionale Ausgangsgröße cr^augta

   2ο Kreiselkompaß naeli Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne t_f c.aß das erwähnte gI-io Signal eine

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   Komponente aufweist, die aus einer Breiteneinstellung (53s 68) abgeleitet ist, und wobei die erwähnte Komponente derart vorgesehen ist,, daß sie proportional zum Cosinus der Breite und Null bei derjenigen Breite ist, bei welcher die festen ballistischen C^eigungsfühler) und Dämpfungsparameter die Schuler-Äbstiaiaung des Kompaß bewirkenβ

   Kreiselkompaß nach Anspruch 1 oder 2₉ dadurch gekennzeichnet.,, daß dos erwähnte eine Signal einen Proportional!tatsfaktor (Ii.) enthält, der einen dein Erdradius /entsprechenden Ausdruok uafaßt₉ wotoei das erwähnte anders Signal einen. Propor-tionalitäte«· faktor (Kp) besitzt, üqv ©:Lnsn dsm ballistischen Moment (Mg) des flfeigungsfühlera und ä&m Winkel des Momentes (H₀.) des Kreiselkoinpaßrotors entsprechenden Ausdruck umfaßtο

   Kreiselkompaß nach ©inem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g'ek.ennseichnot, daß üas erwähnte eine Signal eine Korapononte "(κ) aufweist_P welche proportional zur Horizontalkoiapoaente der ErdgeBOhwitidigkeit und dem Sinus dsrs ballisitischerj. Ablenkwinkels ist ο

   5c Kreiselkompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daduroh g e k e η η ζ e i c h η s t , daß das erwähnte .eine Signal eine Komponente enthält, welche proportional dem Cosinus der IPahrzeugbreite (Cosinus^) iß^i um dadurch die Wirkung der horizontalen Erdgesohwindlgkeit ZM kompensieren₉ welche durch die balllstieoht Ablenkung erzeugt wird»

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   Kreiselkompaß nach einem dar Ansprüche 1 bis 5» dadurch ge ken η ζ ei chnet, daß das erwähnte eine Signal eine Komponente (Kg) aufweist, weiche proportional dem Quadrat des ballistischen Momentes und dem Resiprokv/ert des V/inkelmoDieaies des Kreiselkompaßrotors ist, ua die Wirkung der Beschleunigung während Geeehwindigkeitsänderungen und/oder Kursänderungen zu kompensieren.

   Kreiselkompaß nach einem dar AnsT)riiohe 1 bis 6, ge kennseichnet durch einen Betriebsarten-Wählschalter (8O₉. 81, 82} ₉ durch welchen der Kreiselkompaß sum Botrieb als Richtungskreisel betätigbar ist,

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