DE198857C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei den bisherigen Konstruktionen von Gyroskopen ist ein wesentliches Moment nicht berücksichtigt worden, nämlich der Einfluß der Beweglichkeit der Rotationsachse in dem zu ihrer Führung dienenden Ringe, welcher zur unerwünschten Präzessionsbewegung auch dann führt, wenn das System ideal zentriert ist. Die Rotationsachse bzw. das Gyroskop ist nicht nur beweglich in den

ίο notwendigen Freiheitsgraden der Bewegung, sondern die Rotationsachse ist, da sich die Kreiselmasse notwendigerweise in Rotation ■ befindet, auch in ihrem Führungsrahmen beweglich, es existiert also, abgesehen von den notwendigen Freiheitsgraden des Gyroskops, auch noch eine Beweglichkeit der Rotationsachse selbst. Aus dieser Beweglichkeit der Rotationsachse in den Lagern des sie führenden Ringes ergeben sich unerwünschte Prä-Zessionsbewegungen des Gyroskops, so daß von einer Zentrierung keine Rede mehr ist. Die Veranschaulichung dieses Einflusses soll in der beiliegenden Zeichnung dargestellt werden.

In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gyroskops; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie m-m^l der Fig. ι; die Fig. 3 und 4 zeigen Verbindungen der ■ Schwungmassen mit der Rotationsachse.

Auf den Lagern α α¹ des Lagerbocks b ruht mit den Spitzen c c¹ der Rahmen d. In der Büchse e e¹ sind behufs Ausgleichung der Belastung Federn eingeschaltet, in den Lagern ff¹ ist durch die verstellbaren, mit den Spitzen versehenen Schrauben g g¹ der Ring h um eine horizontale Achse beweglich. Um die durch den Punkt i gelegte Achse ist der Ring k ebenfalls um eine horizontale, aber zur Papierebene senkrecht stehende Achse drehbar. In den Lagern//¹ bewegt sich die Achse mm¹, auf welcher die Anker η η eines elektrischen Motors befestigt sind. Auf dieser Achse ist außerdem die Schwungsmasse 0 0 starr befestigt.

Die Art der Lagerung der Anker bzw. der Rotationsachse bildet einen speziellen Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie ist in Fig. 2 scherriatisch veranschaulicht. Die Lagerung der Rotationsachse m m¹ ist bei / nicht in Gestalt einer Führung, eines Halslagers u. dgl. ausgebildet, sondern es ist auch die Ausbalancierung der Rotationsachse mit den Ankern η η und der Schwungmasse ο ο in der Richtung der Rotationsachse durchgeführt. Wenn nämlich, wie in Fig. 1 veranschaulicht, eine Elevation des Ringes k aus der Horizontalen erfolgt und die Rotationsachse mit ihren Schwungmassen bei / nur in ihrer Führung beweglich gelagert ist (als Halskugellager u. dgl.), stellt sich eine Änderung der Druckverteilung infolge der Beweglichkeit der Rotationsachse in den Lagern Z/¹ ein. Wenn bei der horizontalen Stellung des Ringes k in den Lagern Z/¹ jeweils eine gleiche Belastung durch entsprechende Ausbalancierung gegeben ist, so ist dieselbe bei der gezeichneten Elevation aus der Horizontalen nicht mehr vorhanden, da die Rotationsachse m ni^l mit dem Ringe k nicht starr verbunden ist, sondern in demselben beweg-

lieh gelagert ist. Bei der Elevation lastet die Rotationsachse mit den Ankern η η und der Schwungmasse ο ο, wie unmittelbar ersichtlich, stärker auf dem Lager Z¹ als auf dem Lager /. Für die gezeichnete Stellung der Rotationsachse würde also eine Zentrierung des Systems nicht mehr gegeben sein, obwohl dieselbe bei der horizontalen Stellung der Rotationsachse tatsächlich durchgeführt

ίο ist. Daß dieselbe dennoch möglich ist, ergibt sich — wie angedeutet — aus der Konstruktion der Fig. 2. Hier ist eine Darstellung des inneren Teiles des Apparates (Ring k usw.) in der Aufsicht längs der Achse m m¹ gegeben.

Die Lagerung der Rotationsachse bei / im Ringe k ist hier in folgender Weise durchgeführt. Am Ende der Rotationsachse ist die Scheibe ρ befestigt; dieselbe läuft mit der Rotationsachse auf den Kugeln q q^l. Diese Kugeln lagern auf dem um den Punkt r in einem Scharniergelenk drehbaren Metallhebel s. Dieser Hebel wird von unten durch die Feder t nach oben gedrückt, so daß also die Rotationsachse mit ihrer Schwungmasse nicht im Lager / gelagert wird, sondern durch die Scheibe ρ und die geschilderte Federung drehbar angeordnet ist.

Im Lager Z¹ ist die Führung in der Weise bewerkstelligt, daß in der Büchse u das mit einer Spitze ν versehene Ende der Rotationsachse auf einem Lager yv ruht. Dieses Lager kann durch Anziehen der Schraube χ in seiner Stellung verändert werden, außerdem kann durch die Schrauben t¹ t¹ infolge Regulierung des Druckes der Federn t eine entsprechende Änderung der Belastung auch an dem Lager / erfolgen. Diese Einstellung kann so durchgeführt werden, daß bei EIevation der Rotationsachse (vgl. Fig. 1) sowohl bei / als bei Z¹ trotz der Beweglichkeit der Rotationsachse in dem Ring k stets eine gleiche Belastung bei Z und Z¹, also eine ideale Zentrierung gegeben ist. Denn jetzt besteht trotz der Elevation der Rotationsachse bei Z und Z¹ gleiche Druckverteilung, während ohne diese Anordnung bei Z¹ eine stärkere Druckwirkung gegeben wäre als bei Z. In der amerikanischen Patentschrift 794654 ist eine Anordnung vorgesehen, bei der zur Dämpfung von Vibrationen die Rahmen, welche die Bewegungsfreiheiten des Gyroskops ermöglichen, unter sich durch Federn in Verbindung stehen. Von derartigen Anordnungen unterscheidet sich die vorliegende Anordnung dadurch, daß die Rotationsachse selbst nicht in einfachem Halslager läuft, sondern von ihren Lagern durch Zwischenschalten von Federn zum Zwecke der Equilibrierung der Rotationsachse selbst entlastet ist,

An Z¹ (Fig. 2) können selbstverständlich in ähnlicher Weise wie bei Z ebenfalls federnde Anordnungen zur Durchführung dieser gleichmäßigen Belastung angebracht werden.

Auch noch in anderer Weise kann der Einfluß, der durch die Beweglichkeit der Rotationsachse in ihrem Ringe auf das System entsteht, ausgeschaltet werden. Wie ausgeführt wurde, macht sich dieser Einfluß vor allem dann geltend, wenn die Rotationsachse einen Winkel zur Horizontalen bildet. Wird deshalb die Rotationsachse so angeordnet, daß sie ihre horizontale Lage nicht oder um keinen merkbaren Betrag ändert, so kann der erwähnte Einfluß ebenfalls ausgeschaltet werden. Dies kann in bekannter Weise dadurch geschehen, daß das Gyroskop als Barogyroskop nach Gilbert ausgebildet wird. Diese Barogyroskope sind dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt nicht mit dem Schnittpunkt der Bewegungsachsen des Gyroskops zusammenfällt; bei der vorliegenden Anordnung hat diese Änderung der Schwerpunktsverteilung in der Weise zu geschehen, daß sich die Rotationsachse trotz des Einflusses von Drehmomenten auf das Gyroskop nicht oder nur außerordentlich schwer aus der horizontalen Einstellung eleviert. "90

Wird z. B. der Ring h mit einem Untergewicht versehen oder, wie in der Zeichnung dargestellt, sein Schwerpunkt tiefer gelegt als die horizontale Drehachse ff¹, so kann die Neutralität des Gleichgewichts der Rotationsachse in eine Stabilität verwandelt werden. Als notwendige Forderung hat hierbei zu gelten, daß die aus der Verlegung des Schwerpunktes resultierende Wirkung derart ist, daß sie stets eine Elevation der Rotationsachse, welche besonders als Präzessionsbewegung durch den Einfluß von Drehmomenten zustande kommt, verhindert und infolgedessen die Rotationsachse die eingestellte horizontale Lage nicht verläßt. In der amerikanischen Patentschrift 794654 ist ebenfalls die Anordnung des Gyroskops als Barogyroskop vorgesehen; von dieser Anordnung unterscheidet sich die vorliegende Anordnung dadurch, daß der die Achse des Kreiselkörpers tragende Rahmen nicht um seine Ruhelage oszilliert, wenn sich der Kreiselkörper nicht dreht. .

Erfolgen bei dem in Fig. 1 dargestellten Gyroskope Drehungen um die senkrechte Achse c c\ und ist der Einfluß des Drehmomentes gegenüber der Stabilität der horizontal stehenden Rotationsachse m m¹ gering, so tritt trotz des Drehmomentes infolge der durch das Tieferlegen des Schwerpunktes bewirkten Stabilität der Rotationsachse keine Elevation derselben ein, sondern dieselbe

bleibt horizontal stehen. Hier kann also der erwähnte Einfluß der Beweglichkeit der Rotationsachse keine Präzessionsbewegungen nach sich ziehen.

Durch die bisher beschriebene Anordnung werden nur achsiale Druckkomponenten auf die Lager der Drehungsachse der Schwungmassen ausgeglichen, während radial wirkende Druckkomponenten bestehen bleiben. Solche

ίο Druckkomponenten können auch bei anscheinender Zentrierung der Masse dadurch auftreten, daß Ungleichförmigkeiten der Massenverteilung in der Achsenrichtung der Schwungmasse bestehen, die sich der Wahrnehmung bei der¹ gewöhnlichen Zentrierungsmethode entziehen. Um solche Druckkomponenten auszugleichen, ist es notwendig, daß die Schwungmassen nicht starr mit der Rotationsachse verbunden sind, sondern frei beweglich mit ihr in Verbindung stehen.

Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 gegeben, welche das Mittelstück der Fig. 2 in abgeänderter Ausführung darstellt. In der Rotationsachse m m¹ sind die Stahldrähte, Darmsaiten u. ag\.yy^l befestigt, welche die Schwungmassen \ ^ an ihren Enden tragen. Befinden sich die Anker nun in rascher Rotation, dann sind die Drähte y y^l gespannt und die Massen stellen sich so ein, daß die Ungleichförmigkeiten der Massen verteilung und dadurch schädliche Druckkomponenten auf die Lager in radialer Richtung herabgesetzt bzw. ausgeglichen werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist statt der Schwungmasse \ ^¹ ein Schwungfing 1, 1' angebracht, welcher der Schwungmasse ο der Fig. 2 entspricht, doch ist die Verbindung hier mit der Rotationsachse nicht starr. Der Schwungring ist an der Peripherie der Membranen 2, 2' befestigt, welche durch die Metallscheibe 3, .3' mit der Rotationsachse verbunden ist.

In der Fig. 4 sind zwei Stellungen des Schwungringes veranschaulicht, · welche derselbe unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft einzunehmen vermag.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Gyroskop, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse des Gyroskops so gelagert ist, daß beide Lager in Richtung der Achse stets gleich belastet sind.

2. Ausführungsform des Gyroskops nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Lager als ein in Kugeln laufendes Halslager ausgeführt ist, dessen Belastung in Richtung der Achse durch Anspannen der Federn (t) vermittels der Druckschrauben (t^l) geregelt wird.

3. Gyroskop, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse durch elastische Zwischenglieder mit der Rotationsachse in Verbindung steht, um die Wirkung schädlicher, radial zur Achse stehender Druckkomponenten herabzusetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.