DE1980968U

DE1980968U - Plattform fuer traegheitsnavigationssysteme od. dgl.

Info

Publication number: DE1980968U
Application number: DEN20957U
Authority: DE
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-12-27
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1968-03-14
Also published as: GB1212876A; FR1577257A; US3512409A

Description

813*20.12.6^.

2465.

Kts/MFV.

Or. Herfcert Schol*

Fsteutanwalt

r: N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken

Akte No., ·ΡΗΗ- 2465
Anmeldung vom: 19. Des. 1967

10

Eine Plattform für Trägheitsnavigationssysteme oder dergleichen.

! Die Neuerung bezieht sich auf einen kardanisch aufgehängten Halter oder eine sogenannte stabilisierte Plattform für Trägheitagerate, wie Kreisel und Beschleunigungsmesser, z.B. bei ■ Systemen für Trägheitsnavigation oder bei Vorrichtungen, welche die Lagenv/inkel eines Fahrzeugs (Kurs, Neigung und Schlingern) angeben. Ein Trägheitsnavigationssystem besteht häufig aus drei Kreiseln und drei Beschleunigungsmessern, insgesamt somit aus sechs Geräten, die innerhalb des für die Plattform und die Geräte verfügbaren Raum angebracht werden müssen. Dies ist z.B. der Fall bei bestimmten üblichen Systemen, bei denen drei Einachsenkreisel eine Plattform um drei zueinander senkrechten Achsen stabilisieren. Dies ist auch der Fall, wenn zwei Kreisel vom Zweiachsentyp, die für die Stabilisierung erforderlich.sind, mit einem zusätzlichen Sonderzweckkreisel kombiniert werden sollen. Der für den Halter und die Geräte verfügbare Raum wird durch den Innenring des kardanisehen Aufhängungssystema bestimmt und kann z-.B. kugelförmig sein. Bei Systemen zur Anwendung unter jedem Lagenwinkel ergibt bei be-

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stimmten Aussenabmessungen die Kugelform den grössten inneren Raum.

Eine von einem Trägheitsnavigationssystem zu erfüllende' Anforderung ist, dass die Trägheitsgeräte schnell und einfach ausgewechselt werden können, ohne dass die genaue Einstellung beeinträchtigt wird. Diese Anforderung lasst sich dadurch erfüllen, dass grosse Führungsflächen für die Geräte vorge«· sehen sind, die als Unterstützung für Fuhrungsflansche an den Geräten dienen, so dass die erforderliche Winkelgenauigkeit sofort beim Einbau des Gerätes erhalten wird, ohne dass eine kostpielige Nacheinstellung durchgeführt werden muss, für die stationäre Einrichtungen mit z.B. teueren optischen Instrumenten erforderlich sind·¹ Andeserssite sollen die nötigen Trägheitsgeräte in einem kleinen Raum untergebracht werden, damit die Plattformeinheit als Ganzes keine grossen Abmessungen aufweist» Weiter muss jedes Gerät leicht zugänglich sein, so dass es ohne Berücksichtigung der übrigen Geräte ein- und ausgebaut werden kann.

Eine Anforderung, welche die Unterbringung der Ge- · rate erschwert, ist, dass die Eingangsachsen des Kreisels ebenso wie die empfindlichen Achsen der Beschleunigungsmesser rechtwinklig orientiert werden müssen. Bei einem System mit drei Zweiach- . senkreisein bedeutet dies in bestimmten Fällen, dass die Drehachse jedes Kreisels senkreoht auf den Drehachsen der übrigen Kreisel stehen muss. V/eil jedooh bei solchen Kreiseln die Drehachse mit der Symmetrieachse zusammenfällt, ergibt sich daraus wiederum, dass die Kreisel so angeordnet werden müssen, dass die Symmetrieachsen sämtlicher Kreisels senkrecht aufeinander stehen. Deshalb ist es bei Verwendung von Zwei&chsenkreiaeln unmöglich, die Geräte dadurch kompakt unterzubringen, dass die Symmetrieachsen zweier .Kreisel parallel laufen, wie dies üblicherweise mit Anordnungen ein-

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achsiger Kreisel geschieht.

Die Neuerung bezieht eich insbesondere auf eine

Anordnung, bei der in, einer Plattform bis zu sechs Geräten untergebracht werden können, die im Plattformraum so angebracht werden müssen, dass die Symmetrieaohsen der Geräte senkrecht aufeinander stehen, wobei zunächst bezweckt wird, die Geräte gleicht anbringen und auswechseln zu können und sofort beim Zusammenbeu die gewünschte Einstellungsgenauigkeit einzuhalten, und ferner einen hohen Grad der Kompaktheit und der Symmetrie zu erhalten.

-O±_e Neuerung^ ist dadurch gekennzeichnet, dass bei . einem Halter oder einer sogenannten Plattform zum Tragen von bis

zu sechs Trägheitsgeräten, welcher Halter nach aussen gekehrte Führungsflächen aufweist, die als. Unterstützung für Führungsflansohe der Geräte dienen können, diese Führungsflächen durch die Flächen eines Würfels bestimmt werden oder sich parallel zu diesen Flächen erstrecken, wobei diel Diagonale des Würfels mit der Achse zusammenfällt, um die sich der Halter im inneren kardanischen Ring dreht. Die Führungsflächen werden zweckmässig in zwei Gruppen von je drei symmetrisch um die Drehachse angeordnet, d.h. die drei Flächen, die an den einen Unterstützungsteil grenzen, sind gleich ausgestaltet und liegen im gleichen Abstand von der Drehachse wie auch die drei entgegengesetzten Führungsflächen, wobei diese letzteren sich erforderlichenfalls von den ersteren unterscheiden können. ,

Wenn die Symmetrieachsen der Geräte mit den Mittelsenkrechten auf den Führungsflanschen zusammenfallen, sind die Symmetrieachsen sämtlicher Geräte geneigt zur Drehachse der Plattform im inneren Kardanring. Infolge der Viinkelsymmetrie des Würfels ist der Neigungswinkel für sämtliche Geräte der gleiche und

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zwar arc tg VI « 54>8°· I^m Gegensatz zu üblichen Systemen bedeutet dies, dass die Eingangswellen der Kreisel und der Beschleunigungsmesser geneigt zur Drehachse sind. Die Kreiselsignale, die zur Steuerung der Stellmotoren der kardanischen Aufhängungen benutzt werden, müssen diesen Motoren hiermit in geeigneten' linearen Kombinationen (Koordinatenrotation) zugeführt werden. Um eine vollständige Symmetrie zu erhalten, können die Führungsflächen zweckmässig so angeordnet sein, dass sie mit den Flächen eines einzigen Würfels zusammenfallen.

Für eine gute Führungs v/i rkung müssen die Flächen

möglichst gross sein und sie v/erden deshalb weit vom Mittelpunkt der Plattform angeordnet, was umso leichter erfolgt, v/eil sie geneigt zur Drehachse sind. Ohne diese Neigung könnte der innere kardanische Ring (der bei kardanischen Systemen mit vier karda-'15 nischen Ringen häufig als der innere Walzenring bezeichnet wird) oder der Motor oder der der Halterwelle zugeordnete WinkeIfunktionswandler beim Ein- oder Ausbau der Geräte hinderlich sein. Grosse Führungsflächen sind auch'in der Hinsicht vorteilhaft, dass sich' eine grosse V/ärmeberührungsfläche zwischen dem Halter und den Geraten ergibt,'Dies bedeutet, dass die Geräte und der Halter etwa den gleichen Temperaturverlauf aufweisen, mit anderen V/orten, die Zahl der Wärmezeitkonstanten, welche die Temperaturstabilisierung der Plattform bestimmen, ist gering»

Wenn angenommen wird, dass jedes Geräte den gleiohen Raum beansprucht, ist der für jedes Gerät verfügbare Raum ein Kegel mit kappenfÖrmiger Grundfläche. Bei einer geeigneten, d.h. mehr oder weniger kegelförmigen, Form der Geräte kann infolge der Anordnung mit geneigten Führungsflächen der auf der Plattform verfügbare Raum fast 100^-ig ausgenutzt werden. Eine kegelförmige

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Gestalt ist für Kreisel übrigens natürlich, insbesondere für Kreisel mit freiem Rotor, bei dem es zum Erhalten einer grossen Trägheitsmasse gewünscht ist, dem Rotor grossen Durchmesser zu geben, während der Antriebsmotor erheblich weniger Raum beansprucht. Die geometrische Symmetrie führt auch zur thermischen Symmetrie, was bedeutet, dass die Zahl der zur Wärmeregelung der Plattform erforderlichen Kreise erheblich verringert v/erden kann, während der Temperaturanstieg für die drei Kreisel der Plattform sowie für die drei Beschleunigungsmesser im gleichen Rhythmus erfolgt. Dadurch ergeben sich Vorteile für das ganze System, insbesondere bei der Vorbereitung vor dem Start.

Die geometrische Symmetrie ist auch aus Gründen der Herstellung und der Prüfung von Vorteil, Ein weiterer Vorteil der Symmetrie liegt in der Stabilität, d.h. elastische Aenderungen im Material haben nahezu symmetrische Störungen aur Folge, die nur in■ beschränktem Masse als Fehlerquellen in dao System eingehen. Die mechanische Symmetrie führt auch zu kostenverringernden Symmetrie- ' eigenschaften bei der Bedrahtung.

Eine derartige Anordnung, bei der der Halter aus mehreren weit vom Mittelpunkt des Plattformrauas liegenden Führungsflächen besteht, gibt ihm auch eine grosse mechanische Rotati onssteifigkeit und zusammen mit den Geräten ein Verhältnismassig grosses Trägheitsmoment, was mit Rücksicht auf die Regelung vorteilhaft ist.

l?i^{e Weu6irun}S eignet sich insbesondere für Trägheitsnavigationssysteme mit einer im Raum feststehenden Plattform, bei der die empfindlichen Achsen der Kreisel und der Beschleunigungsmesser normalerweise eine Heigung zur horizontalen und vertikalen Richtung aufweisen, sie kann jedoch auch auf übliche Systeme mit

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Schuler-abgestimmter vertikaler Anzeigeplattform angewandt werden. Die Symmetrieachse des Halters kann im Betrieb ,.entweder vertikal gerichtet sein oder einen Winkel von arc tg V~2 mit der Vertikalen anschliessen (wobei die.Kreisel und die Beschleunigungsmesser vertikale bzw. horizontale Achsen haben können) oder eine dem jeweiligen System angepasste andere Orientierung haben.

Ein Ausführungsbeiapiel der !Neuerung ist in der

Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur ist eine perspektivische Darstellung der teilweise auseinander genommenen Plattform gsmäss der .??^^erunJ[^i:» die mit Geräten geeigneter Form versehen ist. Bs wird angenommen, dass die Plattform kardanisch in einem Flugzeug aufgehängt ist und z.B. als Messgerät zum Liefern von Navigationsangaben in einem Trägheitsnavigationssystem dient»

In der Zeichnung bezeicht 1 einen Halter oder eine Plattform, während 2 und 3 Lager sind, welche die Plattform mit · dem nicht dargestellten inneren kardanischen Jling der kardanischen Aufhängung verbinden, so dass die Plattform im inneren Ring um die Achse 0 drehbar ist. Die Teile 2 und 3 enthalten auch Stellmotoren und die erforderlichen Y/inkelfunktions- und Winkelwandler, sowie ein Schleifringsystem oder andere Kontaktmittel für die Stromversorgung. Es v/ird angenommen, dass der innere Teil der kardanisohen Aufhängung ein Ring ist, so dass der für die Plattform mit den " Geräten verfügbare Raum ein Kugel ist, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Inneren kardanischen Ringes entspricht. Die Plattform besteht im Prinzip aus einem mechanisch steifen Körper, der eine nahezu kugelförmige Schale bildet, in der Ausnehmungen für die Geräte angebracht sind. Zur Erläuterung des Aufbaus der Platt- , form sind zwei Geräte 4 und 5 in demontiertem Zustand darceotollt, j

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wobei die entsprechenden Ausnehmungen in der Plattform durch 6 und 7 angegeben sind. Um die Ausnehmungen herum befinden sich nach aussen gekehrte Führungsflächen 8 und 9> äie als Unterstützungen für Führungeflansche 10 und 11 auf den Geräten dienen können.

Die Plattform ißt für höchstens sechs Geräte geeignet, von denen vier, 12, I3, 14 und 15» im in die Plattform eingebauten Zustand dargestellt sind.

Die Führungsflächen sind gemäss der Neuerung; senkrecht auf und symmetrisch zu der Drehachse 0 angebracht. Sie sind insbesondere so orientiert, dass jede Fläche einer Fläche eines Würfels entspricht, dessen Diagonale mit der Drehachse 0 zusammenfällt. Sämtliche Führungsflächen sind dabei unter dem gleichen V/inkel sur Drehachse geneigt. Der Neigungsv/inkel v, d.h. der Winkel zwischen den Sonkroohten auf den Führung®flächen und der Drehaohse

■ 15 0, wird durch die Beziehung t'g ν « VT bestimmt und betragt etwa 54,8·.'

Drei der Führungsflächen grenzen an eines der Lager und die drei übrigen an das andere Lager, wobei es zweckmässig ist, die drei an ein Lager grenzenden Führungsflächen für den gleichen Gerätetyp geeignet zu machen, so dass z.B. die Geräte 5» 14 und 15 Kreisel und die Geräte 4» 12 und 12 Beschleunigungsmesser sind. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Führungsflächen für die Kreisel und die Beschleunigungsmesser sich genau gleich sind oder' das sämtliche Führungsflächen zu einem Würfel gehören. Wenn es wegen der Form der Geräte erforderlich sein sollte, können die Führungsflächen für den einen Gerätetyp parallel zum duroh die Führungsflächen für den anderen Gerätetyp gebildeten Würfel verschoben sein. Aus Symmetriegründen müssen jedoch je drei Führungs- ^ flächen die gleiche Form aufweisen.

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IJm eins oder mehrere Geräte gegebenenfalls in bezug auf die Drehbewegung um die Symmetrieachse festlegen zu können, ist der Flansch vorzugsweise mit zwei Ausnehmungen 23 oder Stiften

Λ r

versehen, die mit entsprechenden Stiften 24 und 25 auf bezw. Ausnehmungen in den Führungsflächen des Halters im Eingriff gebracht werden können, so dass auch'diese Führung eine möglichst weite Basis hat. Die durch die Stifte 24 und 25 erhaltene Führung kann sehr genau ausgebildet sein, wenn ein kleines Segment der Stifte durch Fräsen entfernt wird, vorzugsweise beim Flachfräsen der das Gerät 12 führenden Fläche. Die dadurch erhaltenen Führungsflächen au!¹ den Seiten der beiden Stifte sind genau parallel zur ringförmigen» Führungsfläche, gegen die das Gerät 12 angebracht ist. Auf diese Weise kann die Führung der sechs Geräte durch ebene Führungsflächen bestimmt werden, während keine genau zylindrische Fläche hergestellt zu werden braucht.

Wenn eine weiter verbesserte Führung in Bezug auf die Bewegung um die Symmetrieachse der Geräte erförderlich ist, kann infolge der beschriebenen Ausbildung der Plattform der Führungsflansch des Gerätes in bestimmten Richtungen verlängert werden, wobei die zum Führen im Halter benutzten Stifte in grösseren Abständen voneinander angebracht werden, so dass die Führungsbasis erweitert ist. " \

Beim Aus- und Einbau können sowohl der Innere als die übrigen kardanischen Ringe entfernt werden, so dass sämtliche Gerate leicht zugänglich sind. Die Neigung der Führungsflächen erleichtert das Ein- und Ausbauen in hohem Masse und ermöglicht os, dass die Führungsfläohen weit vom Mittelpunkt des Plattformraums entfernt sind, so dass sie gross sein können, ohne dass eine Demon-^ tage durch Lager und kardanische Ringe behindert wird. Die Geräte

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sind weiter völlig frei voneinander und können einzeln ausgebaut werden.

Die' Plattform besteht vorzugsweise aus einem Stück und wird z.B. durch Gieasen hergestellt. Beim Guss-stück werden ■ die Führungsflächen auf der Aussenseite genau bearbeitet, z.B.

durch Flachfrä'sen, was duroh die einfache Würfe !geometrie erleichtert wird.

An den Plattformstellen, die den Ecken des Würfels entsprechen, weist der Baum infolge der drehsymmetrischen Ausbildung der Geräte leere Stellen auf. An diesen Stellen werden vorzugsweise Bohrungen 16 vorgesehen, in denen weitere Geräte, elektronische Vorrichtungen, usw» angeordnet werden können.

Zum Schutz gegen störende Magnetfelder müssen die Geräte der Plattform magnetisch gegen die Umgebung abgeschirmt werden. Um die Anforderung de^r Möglichkeit des gesonderten Bin- und Ausbaus der Geräte zu erfüllen, kann jedes Gerät mit einer eigenen magnetischen Abschirmung versehen sein, wie dies in der Figur durch die kappenförmigen Teile 17» 18 und I9 angegeben ist. Diese · Schirme aus einem Material mit hoher Permeabilität werden mit Schrauben 20, 21 bzw« 22 an die betreffenden Geräte geschraubt und bilden bei der fertigen Plattform eine nahezu ununterbrochene magnetische Abschirmung.

Claims

P.A. 72if 813*20.12.67 '// -10- PHH. 2465. SCHUTZANSPRÜCHE:

1. Kardanisch aufgehängter Halter oder kardanisch aufgehängte sogenannte Plattform für höchstens sechs Trägheitsnavigationsgeräte, wie Kreisel und Beschleunigungsmesser, der bzw. die mit noch aussen gekehrten Führungsflächen versehen ist, die als Träger für an den Geräten angebrachten Führungsflansche dienen können, um die Lage der Geräte im Halter bzw. in der lattform zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflachen des Halters bzw. der Plattform durch die Flächen eines Würfels bestimmt werden oder parallel zu diesen verlaufen, wobei die Diagonale des Würfels mit der Aohse zusammenfällt, um die sich der Halter bzw. die Plattform im inneren kardanisohen Ring dreht.

2. Halter oder Plattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Führungsflächen in zwei Gruppen von je drei Flächen symmetrisch zur Drehachse angeordnet■sind.

3. Halter oder Plattform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen mit den Flächen eines einzigen Würfels zusammenfallen.

4. Halter oder Plattform nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks einer guten Führung und eines guten Y/ärmekontaktes die Führungsf lachen weit vom Mittelpunkt des Plattform-raums entfernt sind.

5. Halter oder Plattform nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter oder die Plattform nicht nur mit den Rä.umen für die Trägheitsnavigationsgeräte, sondern auch mit durch Fräsen, Bohren oder dergleichen an den Ecken des Würfels ^J hergestellten Ausnehmungen versehen ist, die weitere erforderliche Geräte, z.B. Elektronengeräte, aufnehmen können.

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β. Halter oder Plattform nach einem oder mehreren der' vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er bzw· sie mit Führungsstiften, Ausnehmnungen oder dergleichen versehen ist, die mit Führungsflächen auf den Geräten zusammenarbeiten können, um diese in bezug auf Drehung; um senkrecht auf den nach aussen gekehrten Führungsflächen des Halters bzvi· der Plattform stehende Achsen festzusetzen ■