DE2018056A1 - Kreiselgerat - Google Patents
KreiselgeratInfo
- Publication number
- DE2018056A1 DE2018056A1 DE19702018056 DE2018056A DE2018056A1 DE 2018056 A1 DE2018056 A1 DE 2018056A1 DE 19702018056 DE19702018056 DE 19702018056 DE 2018056 A DE2018056 A DE 2018056A DE 2018056 A1 DE2018056 A1 DE 2018056A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gyro
- platform
- axis
- shafts
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/166—Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/183—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
- G01C21/188—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for accumulated errors, e.g. by coupling inertial systems with absolute positioning systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/12—Gyroscopes
- Y10T74/1221—Multiple gyroscopes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Navigation (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
dipping. H. LEINWEBER dipling. H. ZIMMERMANN
d.n 15. April 1970
Z/Vte/Kg 70-GE KABUSHIKIKAISHA TOKYO KEIKI SEIZOSHO, Tokyo (Japan)
Kreiselgerät Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 16 73 918.7-52)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät (Gyroskop) nach Patent (Patentanmeldung P 16 73 918.7-52).
Das Kreiselgerät geinäss der Erfindung kann als integriertes
Navigationsinstrument in Schiffen od.dgl. Anwendung finden und dient insbesondere als Kreiselkompass zur Azimutbestimmung
und zur Ermittlung und Anzeige der geographischen Lange und Breite des Schiffsstandortes od.dgl., sowie dessen Roll- und Stampfwinkel.
Mit bekannten Trägheitsnavigationsinstrumenten kann der
Standort von Schiffen od.dgl. ermittelt una angezeigt werden.
Diese Instrumente haben jedoch schwerwiegende Nachteile aufgrund
ihrer Aufwendigkeit, ihres komplizierten Aufbaus, betätigungsweise
und Wartung, so dass sie beim derzeitigen Stand der Technik nur in engen Grenzen einsetzbar sind.
Hauptziel der Erfindung ist die Herstellung eines billigen, einfach gebauten, leicht zu handhabenden Hochpräzisionskreiselgerätes,
mit dem eine fortlaufende Ermittlung und Anzeige der
1098 U/ 1369 bad original
_2_ v CJ Ί 8 O 5 6
geographischen Länge und Breite des Standortes von Schiffen od. dgl. luöglich ist.
l)as erfindungsgeraäsae Kreiselgerät dient zur Bestimmung
des Azimut und hat eine höhere Präzision wie aie bekannten Kreiselgeräte.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist üie Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht des erfindungsgemässen Systems,
Fig. 2 eine schematische perspektivische .ansicht einer Ausführungsforiii der Erfindung,
Fig. 3A bis 3C Blockschaltungen zur Erläuterung der
Arbeitsweise einer Folgeeinheit des Kreiselgerätes von Fig. 2, .
Fig. 4A und 4B Blockschaltungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Steuerungssystems für das
Kreiselgerät gemäss der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teils des Kreiselgerätes gemäss Fig. 2,
und
Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemässen
Kreiselgerätes.
Fig. 1 zeigt schematisch den Grundgedanken des Systems zum
Ermitteln der geographischen Breite und des Azimuts, also des wesentlichen Bestandteils· des erfindungsgemässen Kreiselgerätes. Ein
Kreiselgehäuse 4a enthält einen Kreisel, der auf nachstehend beschriebene Weise von einem Halterungsfuss 10a getragen ist. Der
Kreisel ist im Kreiselgehäuse 4a in dessen Mittelpunkt 0 angeordnet und in hohe Umlaufgeschwindigkeit versetzt. Der Vektor des
Winkeldrehuioments des sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden
-3-109814/1369 _
BAD ORSQfNAL
Kreisels ist durch einen Pfeil H bezeichnet, Es sei angenommen,
dass sich.der Kreisel in diesem Fall im Uhrzeigersinn um seine
Drehachse dreht, die sich/zusammen mit dem Vektor H vom Punkt .0
aus erstreckt; die bewegung (Drehung) im Uhrzeigersinn ist von
der Seite/des Betrachters der Kreiseleinheit von Fig. 1 aus ge-
^enen. Am Kreiselgehäuse 4a sind Zapfwellen 5a und 5a * befestigt,
die die Drehachse des Kreisels rechtwinklig schneiden. Die freien Enden der Zapfenwellen 5a und 5a1 sitzen an einem vertikalen Ring
6a, der die Drehung des Kreiselgehäuses 4a um die Achse der Zapfenwellen
5a und 5a1 ermöglicht.
An dem vertikalen Ring 6a sind rechtwinklig zu den ZapfenweIlen
5a und 5a1 horizontale Zapfenwellen 7a und 7a* befestigt,
die an ihren freien Enden an einem Halterring 8a angelenkt sind,
der in Fig. 1 im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Der vertikale
Ring 6a ist in bezug auf den Halterring 8a um die Zapfenv.ellen 7a und 7a1 frei drehbar. Der Halterring 8a ist am Halterungsfuss
10a unmittelbar oder mittels eines beliebigen Tragteils befestigt.
Eine Anordnung wie die vorstehend beschriebene könnte allgemein als ein Gyroskop G mit drei Freiheitsgraden bezeichnet werden,falls
die lager der Zapfenwellen 5a und 5af sowie 7a und 7a1
reibungsfrei wären. Solange von aussen kein Drehmoment am Gyroskop
G angreift, bleibt das Winkeldrehmoment des Gyroskops G konstant
und die Richtung der Kreiseldrehachse, also die Richtung des Vektors H des ninkelärehmoments ist nach dem Newton1sehen Gesetz von
der Erhaltung aes Winke!drehmoments in bezug auf den absoluten
Raum (Trägheitsrauiü) konstant. Es wird nun von dem Mittelpunkt 0
des Kreisels aus eine Gerade a in Richtung des Vektors H gezogen und eine weitere Gerade ON in einer Horizontalebene parallel zum
Meridian durch den Mittelpunkt 0 des Kreisels gelegt und auf diese Gerade OW ein gewünschter Punkt B aufgetragen. Sodann werden
auf 'einer Geraden b, die senkrecht zur Geraden ON verläuft und dieüöir.r
Punkt B in aer Horizontalebene schneidet, zwei Punirte i1 und
"Vt 'festgeöetzir. '
10981 kl 1369
BAD ORIGINAL
In aen Punkten E und- W werden ferner die Lote c bzw. d errichtet
und funkte E1 und W1 so festgelegt, aass üjan eine die Punkte
verbindende Strecke Ji]1W1 parallel zur Strecke Ew erhält. Der
Punkt, in cem die Gerade a eine s°o erhaltene Fläche EW E1W schneidet,
sei mit S bezeichnet. Nun wird vom Punkt b aus das Lot auf
die Strecke Ew gefällt und dessen Fusspunkt init λ bezeichnet. Der
/änkel zwischen Qen Strecken Oa und OS ist mit Q und cer Mnkel
zwischen den Strecken OB und Oa mit j6 bezeichnet. F-ills der Kreisel,
nicht auf einer hohen geographischen Breite liegt, v/ander der Jr'uniit S zeitweise auf der Fläche EWn 1E1 längs der gestrichelten
Linie i. Die Strecke OS stimmt mit der Richtung der Kreiseldrehachse
überein und ist deiuzufolge in bezug auf den absoluten Raum unveränderlich, während die Fläche EhW1E1 in bezug auf die Erde
fixiert ist und daher auch der Erddrehung unterliegt. M.jh legt
eine Gerade e durch den Mittelpunkt 0 des Kreiselgehäuses 4a und parallel zur jUrddrehachse und bezeichnet ihren Schnittpunkt mit
der Ebene EiMf1E' Mt P. Der Punkt P liegt in einer Geraden f, die
die Gerade EW .im 'Punkt B senkrecht in der Fläche EViWE1 schneidet
und ein Winkel BOP entspricht der geographischen Breite des Ortes, an dem sich der Kreisel befindet. Die Strecke OS entspricht der
Kreiseldrehachse und ist foglich in bezug auf den absoluten Raum unveränderlich, wenn die Fläche EWW1E1 auf der Erdoberfläche liegt,
"■'ändert sie in bezug auf den absoluten Raum in Erdumdrehung mit.
Die Strecke OS beschreibt daher eine konische Bewegungsbahn um die
Strecke OP und der geometrische Punkt des Punktes S auf der Fläche
EVyW1E1 hat die Form einer Ellipse. Der Punkt S bewegt sich
hierbei in der Weise um den Punkt P - wie durch die gestrichelte Linie i dargestellt - während der Winkel SOP konstant bleibt; die
Zeitdauer eines Kreisumlaufs des Punktes S beträgt annähernd 24 Stunden.
Im Rahmen des vorbeschriebenen Systems ist durch eine Vorrichtung,
die durch fortlaufende Steuerung des Kreisels derart betätigbar ist, dass der Punkt S im Punkt P gehalten wird, eine
fortlaufende und genaue Ermittlung der geographischen Breite und >
des Azimuts an jedem beliebigen Punkt der Erdoberfläche durch
BAD ORIGINAL
109814/1369
Mesung des Winkels POB und der Richtung der Strecke OB ermöglicht.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen Kreisel
auf völlig unterschiedliche Weise wie bei einem herkömmlichen Kreiselkompass zu steuern. Wird der Punkt S von der Geraden f weg
nach Osten verlagert (in Richtung der Strecke EE1 in. Fig. 1), dann
wird der Winkel Q ständig grosser, während dieser Winkel Q bei
einem Auswandern des Punktes S von der Geraden f weg nach Westen
(in Richtung der Strecke WW1 in Fig. 1) ständig abnimmt. Die Massnahmen
zur Steuerung des Kreisels umfassen im Rahmen der Erfindung
1) die Ermittlung eines Zeitdifferentials Q des Winkels Q und
2) das Anlegen eines Drehmoments um die Horizontalachse des Kreisels,
nämlich um die Zapfenwellen 7a und 7a*, das im wesentlichen
proportional zum Differential θ ist. Wenn hierbei das Differential
•Θ positiv ist, wenn der Winkel θ anwächst, wird das zur Steuerung
dienende Drehmoment derart um die Zapfemvellen 7a und 7a1 angelegt, dass die Kreiseldrehachse in Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinne
präzessiert und eine Verringerung des Winkels BOl, also von
0 bewirkt. Wenn der Wert des Differentials Q negativ ist, wenn der
Winkel Q abnimmt, wird das zur Steuerung dienende Drehmoment in gleicher Weise derart an den Kreisel angelegt, dass die Kreiseldrehachse
im Uhrzeigersinne präzessiert und eine Verringerung von
0 bewirkt. Ist hingegen das Differential Q des Winkels Q positiv,
ä liegt der Punkt S weiter ostwärts als die linie f, wie aus der
! obigen Beschreibung ersichtlich ist. Wird in diesem Fall an den j
Kreisel eine Drehmoment ja it einer Drehung um die Zapfenwellen 7a j
j und 7a1 im Uhrzeigersinne angelegt (von der Zapfenwelle 7a1 zur
'ι Zapfenwelle 7a hin betrachtet), dann hat die, im Kreisel erzeugte
Präzession das Bestreben, den Punkt S in Richtung zur Geraden f ;
zu bringen, nämlich in einer in Fig. 1 durch die Pfeile a-^ ange-
! deuteten Richtung. Als Folge hiervon bewegt sich der Punkt S nicht
ι frei auf seiner Ortskurve i, sondern beschreibt eine zur Geraden f
j gerichtete Ortskurve, wie sie durch i-| bezeichnet ist. Sobald der
Punkt S die Gerade f passiert, dreht er sich um den Punkt P und *
wandert unter dem Einfluss der Erddrehung nach unten. Gleichzeitig
."■ : ■ ■ -6- ;
1098 U/ 13 6 9 ' bad'original
mit der Abwärtsbewegung des Punkted S beginnt die Einwirkung eines
dem Wert des Differentials Q im wesentlichen proportionalen Drehmoments
auf die horizontalen Zapfenwellen 7a und 7a1, wobei das
Drehmoment ein Schwenkmoment im Uhrzeigersinne um ciie Zapfenwellen
7a und 7a1 hat (von der Zapfenwelle 7a in Richtung zur Zapfenwelle
7a1 gesehen). Hierdurch wird eine träzessionsbewegung im Kreisel
hervorgerufen, bei welcher der Punkt S abermals aer Geraden f angenähert wird', nämlich in aer in Fig. 1 durch die Pfeile a.^ bezeichneten
Sichtung. Falls also der Kreisel keiner Steuerwirkung
unterliegt, vollzieht der Punkt eine ungedämpfte, periodische Bewegung, indem er sich nämlich entlang der gestrichelten Linie i.
bewegt. Nun wird aber im Rahmen der Erfindung in der vorgeschriebenen
»yeise an den Kreisel ein im wesentlichen dem Wert aes Differentials
Q des Winkels θ proportionales Drehmoment um die Zapfenwellen 7a und 7a1 in der vorbezeichneten Richtung angelegt, so dass
der Punkt S schliesslich mit dem Punkt P zusammenfällt, nachdem er die spiralenförmige Ortskurve i-| durch eine gedämpfte, periodische
Bewegung durchlaufen hat.. Wird eine ungefähr proportionale Konstante eines Drehmoments, die im wesentlichen proportional zum Wert des
Differentials θ ist, oder eine Proportionalkonstante eines Drehmomentes, die genau proportional zu θ ist, vergrössert, so geht die
beschriebene Bewegung des Punktes S allmählich in eine aperiodische über und wird schliesslich in einer Geraden, wie durch die
ausgezogene Linie ±2 angedeutet, so dass der Punkt S auf einer im
wesentlichen geraden Bahn zum Punkt P hingeführt wird. Wenn also
die periodische Bewegung eine Periode von ca. 24 Stunden hat, kann
der Punkt S, wo er sich auch gerade befindet, binnen weniger Stunden zum Punkt P hingeführt werden.
Bei einem solchen System können also gleichzeitig die geographische
Breite und der Meridian unter Zuhilfenahme des Winkels POB bzw. der Geraden OB gleichzeitig ermittelt und angezeigt werden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass der beschriebene
Erfindungsgedanke und die Mittel /zur Lösung der gestellten Aufgabe absolut neuartig sind und dem Aufbau der bekannten
Kreiselkompasse und des üblichen Trägheitsnavigationssystems bislang
noch nie zugrundegelegt wurden. · _γ_
" 1098*14/1369 "/" "
Wie aus aer vorstehenden Beschreibung anhand der Fig. 1 hervorgeht, bleibt die Kreiseldrehachse auf jedem Punkt der Erde,
an dem sich der Kreisel befindet, parallel zur Ürddrehachse. Bei
dem System zum Ermitteln der geographischen länge ist jedoch ein
Verfahren angewandt', bei dem die Winkelgeschwindigkeit des Kreisels
um seine Drehachse durch einen anderen Kreisel und einen mit
diesem zusammenwirkenden Beschleunigungsmesser festgestellt wird.
Die WinKielgeschwindigkeitskomponente der Erddrehung wird zum Erzielen
der Geschwindigkeit der Schiffe od.dgl. in Ost-ViestJ:iichtung
Künstlich von aer ermittelten "Winkelgeschwindigkeit des Kreisels subötrahiert und die Differenz wird integriert, so dass man
die geographische Länge (Änderung) erhält, die dem Standpunkt des Schiffes od.dgl. entspricht.
Fig. 2 zeigt eine die Erfindung verkörpernde .anordnung zur
Erläuterung der Bauweise des Instruments. Lagerständer 1 una 1!
sina an eineii, Schiff, beispielsweise unter ausrichtung mit dem
.Schiffsbug befestigt. Ein Servomotor 2 und ein Rollwinkel-ubertragungssynchronisator
3 sind am Lagerstänaer 1 befestigt. Line Hollkardanaufhängung 4 hat ein Paar Kollzapfenwellen 5 und 5',
die über die üufhängung in den Schiffsbug vorragen und jeweils in (nicht dargestellten) Lagern der L gerstänaer 1 und 11 gelagert
sind, αώ der Rollzapfenwelle 5 ist am freien Ence ein Rollzahnrad
6 befestigt, das in Zahnräder eingreift, die jeweils dem Servomotor 2 und äeLiollwinkelübertragungstynchronisatcr 3 über ein
(nicht dargestelltes) Rädergetriebe zugeordnet sind, weiterhin
sind Lager 7 und 7f für Stampfwellen 9 und' 9' an der Rollkardan-.aufhängung
4, una zwar senkrecht zu den Rollza^fenwellen 5, und ^1
befestigt, sowie zusätzlich ein Stampffolgefuss 10 an eineui Ende
der vom Lager 7 getragenen.Stampfwelle 9.
Aw Stampffolgefuss 10 sind ein Stampfservomotor 11, ein
Stampfwiniielübertragungssynchroniaator 12 uno ein Sekantengenerator
13 befestigt. Der Sekäntengenerator 13 kann gegebenenfalls
äjch fortfallen. An einem Stampf kardan 8 sind ein Paar Stampf zapf enwellen
9 und 9' befebtigt, von denen die Kelle 9 an ihrem einen
109814/1369
■ f: ; > BAD ORIGINAL
iin.de ein Stampfzahnrad 14 trägt, letzteres steht mit Zahnrädern
aes Stampfservomotors 1t, ,· crem Stampfwinkelübertragungssynchronisator
12 una.deiu Sekantengenerator 13 auf aeiu Stampffolgefuss
über ein (nicht dargestelltes) Rädergetriebe in Eingriff. Der
ötam^fkardan 8 hat hellenlager 15 una 15f für die Azimutfolger,
die senkrecht zu.aen Stampfzapfenwellen 9 und 9' angeordnet sind.
Im Bereich aes ftellenlagers 15 des Stampfkardans 8 ist eine Basis
16 für den üzimuti'olger vorgesehen, auf die ein jiziiöutservoiuotor
17, ein ^ziiuut-Übertragungssynchronisator 19 und ein iizimutaufloser
18 aufgebracht sind. Ein Azimutkardan 21 trägt ein Paar AziliiutzapfenweIlen
22 und 22', die senkrecht dazu verlaufen. Die■ AziiLutzajfenwellen
22 und 22f lagern jeweils in den toe Ilen lagern 15
und 15! für aie üzimutfolger, die'im üzimutkardan 8 vorgesehen
sind, ü'ine aer Azimutzapfenwellen, beispielsweise die fr eile 22,
trägt an ihrem einen 'JSnde ein Azimutzahnrad 20, das mit Zahnrädern
des üziiiiUtseivoiiiotors 17 zusammenwirkt, sowie dem Azimutauilöser
18 und dem iizimutübertragungssynchronisator 19 über ein (nicht dargestelltes) ßädergetriebe. Das Äzimutkardan 21 trägt Wellenlager
23 und 23' für den Breitenfolger, die senkrecht zu den Azimutzapfenwellen
22 und 22' angeadnet sind, spwie eine Basis 24 für aen Breitenfolger, auf die ein Breitenservomotor 27, ein Breitenauflöser
25 und ein Breitenübertragungssynchronisator 26 aufgebracht
sind. '
üiine sogenannte Kreiselplattform 28 ist in diesem Beispiel
ringförmig ausgebildet, kann aber auch die Form einer Platte, haben.
Die Kreiselplattform 28 hat ein Paar Breitenzapfenwellen 29 und 29f in Ost-West-Hichtung, die jeweils in den Wellenlagern 23
und 23' für den Breitenfolger im üzimutkardan 21 drehbar gelagert
sind.
Ein Kardanring 34 hat erste Zjpfenwellen 35 und 35', die
koaxial zu oder parallel mit den Breitenzwapfenwellen 29 und 29*
■der Kreiselplattform 28 angeordnet und um die Breitenzapfenwellen
.29 und 29f drehbar sind. Im Kardanring 34 sind zweite Zapfenwellen
38 und 38* drehbar gelagert, die an einem Kreiselgehäuse 39 befe- ,
1099 U/1369
=■ :;.. _ .--■ ;·.-.- ■ . BAD ORIGINAL
stigt sind, in das ein Kreiselrotor derart eingebracht ist, dass
seine Drehachse die ersten Zapfenwellen schneiden kann. Kontaktlose Abweichdetektorvorrichtungen· 40 und 41 ermitteln jeweils die
-Winkelabweichung des Kreiselgehäuses 39 um die zweiten Zapfenwellen
38 und 38· und die des Kardanringes 34 um die ersten Zapfenwellen 35 und 35'. Drehmomenterzeuger 36 und 37 erzeugen kontaktlos Drehmomente um die zweiten und ersten Zapfenwellen 38, 38' und
35, 35'.DIe Drehachse des im Kreiselgehäuse 39 untergebrachten
Kreiselrotors verläuft senkrecht zu den ersten und zweiten Zapfenwellen
35, 35' bzw. 38, 38'. Die beschriebenen Teile 34, 35, 35',
.38, 38', 39, 40, 41, 36 und 37 bilden einen Breitenkreisel32.
Ein Längenkreisel 33 umfasst einen Kardanring 50 mit einer
ersten Zapfenwelle 43 und 43', die parallel zur Drehachse des
Kreiselrotors des beschriebenen Breitenkreisels 32 verläuft und
urn die Zapfenwellen 43 und 43' freies Spiel hat. Ein Kreiselgehäu-
se 49 weist einen Kreiselrotor auf, zweite Zapfenwellen 46 und 46',
die am Kreiselgehäuse 49 senkrecht zur Drehachse des Kreiselrotors
im Kreiselgehäuse 49 und den ersten Zapfenwellen 43 und 43'
befestigt sind, sowie zweite Zapfenwellen 46 und 46Γ, die am Kardanring 50 drehbar gelagert sind, eine zweite kontaktlose Abweiehdetektorvorrichtung 47 zum Ermitteln der Winkelabweichung des
Kreiselgehäuses 49 um die zweite Zdpfenwelle 46 und 46' in bezug
auf den Kardanring 50, eine erste kontaktlose Ibweichdetektorvorrichtung 48 zum Ermitteln der Winkelabweichung des Kardanrings 50J
um die ersten Zapfenwellen 43 und 43' in bezug auf eine Basis 28'
(die in der Zeichnung als Ring dargestellt ist, aber auch beispielsweise die Form eines Gehäuses haben kann), sowie Drehmomenterzeuger
45 und 44 zum kontaktlosen Anlagen von Drehmomenten an die ersten und zweiten Zapfenwellen 43, 43' und 46, 46*. An der
Basis 28' sind die ersten Zapfenwellen 43 und 43f drehbar angelenkt,
während die Basis 28' selbst an der Kreiselplattforui 28 derart befestigt ist, dass die ernten Zapfenwellen 43 und 4.3' parallel
zur Drehachse des Breitenkreisels 32 verlaufen.
Ein Breitenzahnrad 30 ist an der Kreise!plattform 28 koaxial
zur Breitenzapfenwelle 29 befestigt und mit dem Zahnradsy-
1098 U/1369
BAD ORIGINAL
- ίο -
.stem des Breitenservoiiiotors/, dem Breitenauflöser 25 und des Breitenübertragungssynchronisierer
26 der Basis 24 für den Breitenfolger gekoppelt. Die Kreiselplattform 28 hat ein koaxial zur
Breitenzapfenwelle 29! angeordnetes Zahnrad 31 auf der gegenüberliegenden
Seite des beschriebenen Breitenzahnrads 30 (Fig. 5).
Eine Beschleunigungsmesserplattforiu 51 ist an der Breitenzapfenwelle
29' drehbar befestigt. Die Beschleuni£ungsiDesserplattform
51 hat einen Ost-West-Beschleunigungsmesser 53 mit einer Bebchleunigungsfühlachse,
die parallel zur Breitenzapfenwelle 29f verläuft, einen Nord-Süd-Beschleunigungsmesser 52 mit einer Beschleunigungsfühlachse,
die senkrecht zur Breitenzapfenwelle 29* verläuft, einen Servomotor 55, der mit dem Zahnrad 31 in Eingriff
steht und eine Winkelabweichdetektorvorrichtung 54 zum kontaktloaen
Ermitteln der relativen Winkelabweichung awischen der Beschleunigungsmesserplattform
51 und dem Azimutkardan 21.
Fig. 2 zeigt weiterhin Integrator 58 und 58T, einen Dämpfer
59, eine Addiervorrichtung 60 und einen Signalgenerator 61.
Fig. 3A, 3B und 3C sind Blockschaltbilder zum Veranschaulichen
der Betriebsweise der,Folgevorrichtung für das Gerät von
Fig. 2. Eine Vorrichtung zum Isolieren der Kreiselplattform 28 und;
der BesenleunlgermesserplattforiD 51 von der Bewegung eines Schiffes od.dgl. besteht aus den kontaktlosen Abweichdetektorvorrichtungen 54, 40 und 48, den Servomotoren 11, 2 und 17 zum Erzeugen '
der entsprechenden Drehmomente, dem Azimutauflöser 18 und dem
Breitenauflöser 25.
Aus nachstehend noch beschriebenen Gründen weicht die Kreiselplattform 28 vom Azimutkardan 21 durch einen Winkel der geographischen
Breite des gegenwärtigen Standortes des Schiffes ab; die Breitenzapfenwellen 29 und 29f verbleiben an diesem Standort
in Ost-West-Richtung und die lollzapfenwellen 5 und 5' sowie die Sianipfzapfenwellen 9 und 9' sind am Schiff derart befestigt, dass
die Sifcandort-BeZiehung zwischen den kontaktlosen Abweichdetektor- '
vorrichtungen 50, 40 und 48 und den Roll-, Stampf- und Azimut--
1098U/1369;; Iad original"
zapfenwellen .5 und' 5',-'B- und 9 V 22 und 22' im' allgemeinen in be·-*
zug auf aen Haun) oGhwanivt. Dadurch iLüssen die-Koordinaten aes' ermittelten Signals für jede. Folgezapfenwelle umgeformt werden. Es
weraen somit iiinKelabweichunfeseignale, die durch·die kontaktlosen.-jib-weichaetektorvorrichtup^en.
H-, 40 und 46 in entsprechende elektrische
Signale uiiigev/andeIt wurden, an die Auflöser 18 bzw. 25 angelegt.'Bekanntlich
erzeugt der auflöser bei Beaufschlagung'mit
eine^ Eingangssignal zwei Signale,, die. proportional zuin-Sinus und
Kosinus aes ϊίοΐοί drehwinkels sind, renn aas erfinaungsgeiüässe Gerät
von Fig. 2 stillsteht, stimmt aie winkelstellung der liotoren
üer -4uflöser 16 una 25 ü.it aei. üziUiUt bzw. ae,;, ,dnkel der geo- ·,-■■.
graphischen Breite des bchiifsstandortes überein. Die Aus^angssignäle
der ^uilöser 18 una 25 ^eiuäss Fig. 3C enthalten den Sinus und
aen Kosinus aer'Ürehwinkel aer Rotoren und stellen jeweils aie Lat
ueii,- Sinus bzw. aea Kosinus der Eingangssignale iiiulti^lizierten. Signale
aar.
Das Eingangssignal des Hollservoiüotors 2-wird auf nachstehenae
vveise erzeugt: Das xiusgangssignal der kontaktlosen tUnkelabweichdetektorvo]richtung'54
wird in den üzitutauflöser 18a eingespeist.· Die Ausgangssignale der übweichdetektorvorrichtungen 40 und
"48 werden jeweils an die Breitenauf löser 25äbzvi-. 25b angelegt.
Der Sinusausgang'aes Breitenauflösers 25a und der Kosinusausgang
des-Breitenauflösers 25b werden bei-65 addiert und der erhaltene
Ausgängen einen iiziüiutauflöser 18b eingespeist.' Der Kosinusausgang des Auflösers 18b und der Sinusausgang des Azimutauflösers
18a werden bei 66 addiert und der erhaltene Ausgang in den Sekantengenerator 13 eingespeist, dessen Ausgang als Eingangssignal in
den Bollservouiotor 2 eingespeist wird. Der Sekantengenerator 13
erzeugt1 ein derartiges Ausgangssignal, dass die Sekante (l/Cos)
des Stampf winkeis des Schiffes ait äenj Eingangssignal multipliziert
wird, wenn das Gerät gemäss Fig. 2 stillsteht. Mit anderen Worten,
der Sekantengenerator 13 hat zur Aufgabe, die Kennlinie des RolliservosysteiiiS
durch Regulierung der Verstärkung des Servosysteuis in-j
Abhängigkeit von der Sekante des Stampfwinkeis zu vergrössern, aber
-12-
das Servosystem kann auch ohne Sekantengenerator 13 betrieben werden.
In den Stampfservomotor 11 wird ein derartiges Eingangssignal
eingespeist, dass der Kosinusausgang des Aziiautauflösers 18a
dem Sinusausgang des Aziniutauf lösers 18b bei 67 überlagert wird.
Auf gleiche Weise wird der Aziiuut&ervomotor 17 derart mit einem
Eingangssignal beaufschlagt, dass der Sinusausgang des Breitenauflösers
25b dem Kosinusausgang des Breitenauflösers 25a bei 68 überlagert wird. Im vorstehaden sind die Auflöser 18a, .18b, 25a und 25b
beschrieben, in Fig. 2 dagegen aus Gründen der Vereinfachung nur
zwei Auflöser 18 und 25 dargestellt. In der Praxis werden zwei P^ar Auflöser T8a, 18b und 25a und 25b verwendet, wie in JHg. 3C
gezeigt, die den Umwandlungsbetrieb der Koordinaten der Signale wiedergibt.
Fig. 3A zeigt ein System für den Folgebetrieb der Kreiseljjlattform
28 um die Breitenzapfenwellen 29 und 29'. Falls nämlich die Ablenkung der relativen Winkelstellung der Kreiselplattforir
28 zum Kardanring 34 um die ersten Z^pfenwellen 35 und 35' aufgrund
der Bewegung des Schiffes oder der Bewegung des Breitenkreisels in bezug zur Erdoberfläche stattfindet, wira die Ablenkung aurch üie
kontaktlose Abweichdetektorvorrichtung 41 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt und das erhaltene Signal, beispielsweise
durch einen Verstärker 41', an den Breitenservomotor 27 angelegt und dieser derart betrieben, dass aas Signal auf den NuIl-',
ert vermindert wira.
Fig. 3B zeigt ein System zum Beschränken der Bewegung des LöDgenkreisels 33 um die zweiten Zapfenwellen 46 und 46' zur Kreioelplattform
28. Falls die Abweichung der relativen Winkelstellung
des Längenkreisels 33 zur Kreiselplattform 28 um die zweiten Zapfenwellen 46 und 46' durch die Bewegung dea Schiffes oder des
Längskreisels 33 in bezug auf die Erdoberfläche od.dgl. verursacht
wird, wird die Abweichung mittels der kontaktlosen Abweichdetektorvorrichtung
47 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt und das erhaltene Signal beispielsweise über einen Verstärker
47' an den Drehmomenterzeuger 45 angelegt, so dass der
__ -13-1098 H/1369 bad original
. Längenkreisel 33 um die zweiten Zapfenwellen 46 und 46' derart
präiessiert, dass das Signal auf den Nullwert verringert wird;
Fig. 5 zeigt die Beschleunigungsmesserplattfono 51, die in
'derein Bereich vorgesehen Teile,sowie ein vereinfachtes Schaltdiagranmi
dieser Teile. JiIs folgt eine Beschreibung dieser Vorrichtung,
mit deren Hilfe ein Signal aus einem VersMrker 57 erhalten wird,
das dem Differential des Abweicbungswinkels der Drehachse des Breitenkreisels
32 von einer Horizontalebene entspricht. Wie in Verbindung
mit Fig. 3 beschrieben, nimmt die Kreiselplattform 28 an α er Bewegung des Breitenkreisels 32 um die Zapfenwellen 29 und 29 *
tei],9ö dass sie sich in genau der gleichen weise bewegt wie dieser
1 Breitenkreisel 32.
Es sei/angenommen, die Drehachse des Breitenkreisels 32-gemäss
Fig. 2 zeigt auf Punkt S in Fig. 1.und die Beschleunigungsmesser plattform 51 ist horizontal. Aufgrund der Erdumdrehung anaert
der Kreisel seine Stellung und-folgt der gestrichelten Linie
,i in Fig. 1, so dass der Winkel der Drehachse des Breitenkreisels
32 in bezug auf die Horizontalebene, also der Winkel Q in Fig. 1,
' allmählich zunimmt. Dieser Positionswechsel wird von einer Servo-,
: vorrichtung festgestellt, die daran teilnimmt, so dass sich die
Kreiselplattform 28 um die Breitenzapfenwellen 29 und 291 dreht. ·
; Die Zapfenwellen 29 und 29' und die Beschleunigungsmesserplattj
form 51 sind aber über das Zuhnrad 3t und eine Schnecke 62 ml te in-;
' ander verbunden, so dass die Besohleunigungsplatteform 51 beginnt/
!sich gemeinsam mit den Breitenzapfenwellen 29 und 29* zu drehen,
i Diese Neigung wird sofort durch den iford-Siid-Beschleunigungsmesser
!52 ermittelt, in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewan-•delt
und dieses über den Verstärker 57 in den Servomotor 55 einge- !speist, der die Beschleunigungsmesserplattform 51 in bezug auf die
; Kreiselplattform 28 in ihre ursprüngliche Horizontalatellung dreht.
Die Beschleunigungümesserplattform 51 könnte auch als ein Servosystem
für den Nord-Süd-Beschleunigungsmesser 52 bezeichnet werden, .
Iwenn sie derart um die Breitenzapfenwellen 29 und 291 verdreht wird,
1098H/1369
2Ü180SS
dass der Nord-Süd-Beschleunigungsmesser 52 immer eine horizontale
Stellung in bezug auf die Positionsänderung des Breitenkreisels zur Erdoberfläche einnimmt (also kein'Ausgangssignal erzeugt).
Um die Kennlinien dieses Servosystem zu verbessern, kann ein
Zahnrad eines Tourengenerators 56 mit dem Rädergetriebe des Servomotors
55 in Eingriff gebracht werden, uiü das Ausgangssignal
des Tourengenerators 56 an den Servomotor 55 anzulegen, wie in Fig. 4a dargestellt ist. Die Umlaufgeschwindigkeit des Servomotors
55 ist folglich proportional zum Wert des Differentials θ des Winkels Q und zu einer am Motor anliegenden Spannung (genauer
gesagt, einer den Motor in seiner Steuerphase beaufschlagenden Spannung). Dementsprechend ist der Ausgang des Verstärkers 57
auch ungefähr proportional zu Θ. Wenn sich also der Winkel θ gemeinsam
mit der Positionsänderung des Breitenkreisels 32 ändert, falls die Geschwindigkeit des Servomotors 55 einen O^timalwert
unterschreitet, dann kippt der Nord-Süd-Beschleunigungsiaesser 52
in gleicher Richtung wie der Kreisel, so dass der Ausgang des Beschleunigungsmessers
52 auf natürliche Weise zunimmt und den Servomotor 55 mit höherer Drehzahl antreibt. Schliesslich wird der
Servomotor 55 entsprechend dein Wert θ mit optimaler Geschwindigkeit
angetrieben und der Ausgangswert des Verstärkers 57 wird
folglich proportional zum Wert Θ. In einem solchen Fall kommt
durch Überlagerung des Ausgangssignals des Verstärkers 57 mit dem Drehmomenterzeuger 37.des Breitenkreisels 32 die Drehachse des
Breitenkreisels 32 parallel zur Erdumdrehungsachse.zum Stillstand
(Fig. Aa), wie aus der Beschreibung in bezug auf Fig. 1 hervorgeht.
Die Zeit, während der die Drehachse des Breitenkreisels 32 zum Stillstand kommt, kann verkürzt werden, wenn auch ein Teil
oes Ausgangssignals des Verstärkers 57 an den Drehmomenterzeuger
36 angelegt wird, so dass der Breitenkreisel 32 in Abhängigkeit voij Zeitdif.ferential Q des Winkels Q um die Breiterjzapfenwellen
29 und 29' prazessiert. Wird der Veratärkun^üwert des Verstärkers
57 gross genug gewählt, dann kann der Servomotor 55 allein tlurcb ·
den Mindestausgang des Nord-Süd-Beschleuni^ungsmessers 52 entspreohend
denj Wert Q angetrieben werden und in einem solchen Fall
1Q98U/1369
bleibt Gie ßecchleunigungSajeGser-J^iattforti 51 ganz präzise horizontal.
Folglich Kann der iiziiiiUtkaraan 21 jederzeit horizontal
gehalten werden, wenn Vorkehrungen getroffen werden*, dass er eier
Beschleunigungsiuesser-PiattforiL 51 mit dem Ausgang der kontaktlosen
^bweichdetektorvorricbtung folgt, die zwischen aie Beschleunigun^Sijesuer-i'lattforiü
51 und den Azimutkardan 21 eingebracht
ist, nämlich durch .aie Verwendung aes in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen
Servosysteius.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf aen Fall, aass sich das erf indungsgeiuässe Gerät an einem Punkt auf eier lürdoberfläühe
iui otillstana befinaet. Bei der nachstehenden Beschreibung soll dieses Gerät auf ein unterwegs befindliches Schiff Lontiert
sein. Die liorü-Süa-Komponente der Geschwindigkeit des Schiffes sei nachstehend i^it V^ bezeichnet. Wie oben im Zusammenhang mit
oen Fig. 2 und 5 beschrieben, ist das System bestehend aus aer Beschleunigungsiuesser-l-lattforiü
51, dem Nora-Süd-Beschleunigungsmesser
52, dem Verstärker "57 und aem ServoLüotor 55 ein Θ-Genestor.
Letzterer erzeugt ein Signal entsprechend αem Zeitdifferential des
Winkels, den die Drehachse des Breitenkreisels 32 mit einer Horizoritalebene
einschliesst, nämlich einerülbene, die senkrecht zuki
Schwerkraftvejctor verläuft. In der vorstehenden Beschreibung anaertsich
die Kichtung des Schvjerkraftvektors nicht, d.h. das Schiff
steht still-und es ändert sich die Drehachse des Breitenkreisels
32 in bezug auf aen Schwerkraftvektor. Aber selbst wenn beispielsweise
aie Drehachse des Breitenkreisels 32 parallel zur Erdumäreiiungsaehse
stillsteht, wenn sich das Schiff in Nord-Süd-Richtung bewegt, aann ändert der Schwerkraftveitor fortlaufend seine Eichtung,
so dass aer ö-Generator ein entsprechendes Ausgangssignal
erzeugt. Bewegt sich das Schiff beispielsweise in nördlicher Richtung,
zeigt die Drehachse des Breitenkreisels 32 zu jedem Zeitpunkt
auf aie ürdumdrehungsachse, weil der Kreisel seine. Drehachse
in Hord-Süa-Iiichtung hält. Folglich nimmt der scheinbare Kippwin-
-ke-1 derKreiselarehachse in bezug auf aie Horizontalebene zu, DementSjirechena
steigt auch die Nordseite der Beschleunigungsmesser-
-■■■'" :, ■".■■." -16-
1Q98U/1369
BAD ORIGINAL.
Plattform 51 nach oben; diese. Kippbewegung wird aber durch den
Nord-Süd-Beschleunigungsiiiesser 52 ermittelt und sein Ausgangssignal
über aen Verstärker 57 in den Servomotor 55 eingespeist, der
die Plattform 51 wieder in die Horizontale bringt. Solange sich
das Schiff also in Nord-Süd-Bicbtung bewegt, muss sich die Beschleunigungsmesser-Plattform
51 ständig mit einer Yvinkelgeschwindigkeit
von %o/R in bezug auf die Kreiselplattform'28 um die
Breitenzapfenwellen 29 und 29' drehen (wobei E der Erdradius ist).
Zu diesem Zweck muss an den Servomotor 55 eine Spannung angelegt .
weraen, die der vorstehend beschriebenen Winkelgeschwindigkeit
V|tq/R entspricht. Dies wird, wie beschrieben, dadurch erreicht,
dass der Servomotor 55 vom Verstärker 57 mit der erforderlichen
Spannung gespeist wird. Gleichzeitig wird auch die gleiche Spannung
durch den Drehmomenterzeuger 37 aus dem Verstärker an den
Breitenkreisel 32 angelegt. Aufgrund dieses Anlegens von Spannung an den Drehmomenterzeuger 37 prazessiert der Breitenkreisel 32 um
die Zapfenwellen 38 und 38* und stimmt folglich nicht mit der ErduiDdrehungsachse
überein, sondern hat demgegenüber einen geringfügigen Steigungswinkel·, wodurch in die Ermittlung der geographischen
Breite .ein .Fehler eingeführt wird. Me aus der obigen Beschreibung ersichtlich, entsteht dieser Fehler dadurch, dass der
θ-G-enerator den fert YjJ^" abgreift und dieser Fehler mit einem Geschwindigkeitssignal
korrigiert werden muss, das durch ein sogenanntes Log (einen Schiffsgeschwindigkeitsmesser) od.dgl. erzeugt wird.
Zu diesem Zweck wird das festgestellte Nord-Süd-Geschwindigkeitssignal
V|jq gleichzeitig mit dem Signal des Nord-Süd-Beschleunigungsmessers
52 an den Verstärker 57 angelegt. Auf diese Weise wird die Beschleunigungsmesser-Plattform 51 um die Breitenzapfenwellen
29 und 2.9' mit einer dem Wert V¥q/R entsorechenden Winkelgeschwindigkeit
gedreht und dabei horizontal gehalten. Der durch den Nord-Süd-Beschleunigungsmesser
des Schiffes erhaltene ausgang, also ;
der auf der Änderung des Schwerkraftvektors vom Nord-Süd-Beschleuniguijgsmesser
-erhaltene Ausgang wird gleich Null und der vom Nord-Süd-Beschleunigungsmesser
52 erzeugte Ausgangswert beruht auf dem Zeitdifferential des Kippwinkels des Breitenkreisels 32," wobei
■ . -17-IQ 9 8 H /13 S.'9 '■■'■'■ .BAD ORIGINAL-
• letzterer unabhängig von der Geschwindigkeit des Schiffes mit der
Erdumdrehungsachse übereinstimmt. ■ ' .
Falls die Breitenzapfenwellen 29 und 29! .immer horizontal
.gehalten sind, stehen die Azimutzapfenwellen 22 und 22f und der
Azimutkardan 21 aus den oben be-schriebenen Gründen vertikal und . die Kreiselplattform 28 wird durch die Breitenfolgesystems 41 und
27 derart beeinflusst, dass sie stets mit dem Breitenkreisel 32 j übereinstimmt und senkrecht zur Erdumörehungsachse bleibt, so dass
i die Breitenzapfenwellen 29 und 29* in Ost-West-Richtung an dem Ort
stillstehen, an dem sich das Schiff gerade befindet. Folglich ist
. der Azimutkardan 21 als Azimut-Referenz verwendbar. Der Schnittf
winkel der Kreiselplattform 28 mit dem Azimutkardan 21 gibt die '.
geographische Breite des Standortes des Schiffes an. Dies kann
ι durch den Breitenübertragungssynchronisator 26 nach aussen abge- ■ ,lesen werden. Da der Azimutkardan 21 vertikal ist, stellt der relative Winkel der Stampfzapfenwellen 9 und 9r zu der Rollkardanaufhängung
4.den Stampfwinkel des Schiffes dar, während der relative
Winkel der Rollzapfenwellen 5 und 5' zur Rollfolgebasis 1
den Rollwinkel des Schiffes angibt. Die Winkel können durch die Roll- und Stampfwinkelübertragungssynchronisatoren 3 und 12 in
; Form von Signalen festgestellt werden. Wenn im Getriebesystem ; Skalen vorgesehen sind, die dem Roll- oder Stampfwinkel entspre-I
chen, so können diese Winkel direkt abgelesen werden.
; Nachstehend folgt eine Beschreibung des Steuersystems des
' Längenkreisels 33. Das Steuersystem des Längenkreisels 33 um die ■
ersten Zapfenwellen 43 und 43* ist von grosster Bedeutung. Das
Steuersystem des Kreisels um die zweiten Zapfenwellen 46 und 46* kann nur daraus bestehen, dass die Bewegung des Längenkreisels 331
der Bewegung des Breitenkreisels 32 um die zweiten Zapfenwellen j 38 und 38* folgt, wie in Fig. 3B dargestellt ist.Es folgt eine Be-)-Schreibung
des Verfahrens zum Steuern der Bewegung des Längenkreit
sels 33 um die ersten Zapfenwellen 43 und 43* anhand der Fig. 4B. j
Die ersten Zdpfenwellen 43 und 43* liegen parallel zur Drehachse des Breitenkreisels 32 und nachdem das Gerat zum Stillstand gekoiDine
ist, liegen sie parallel zur Erdumdrehungsachse. Es sei an-
1Q98U/13.69
BAD ORiQiNAL
.genommen, dass sich die Zapfenwellen 43 und 43* parallel zur Erdumdrehungsachse
erstrecken und dass die Drehachse des Längenkreisels 33 in Ost-West-Piichtung, also horizontal liegt. Unter diesen
Bedingungen fällt die Seite am 'oberen Ende des Pfeils der Drehachse
(Fig. 2),.d.h. die Westseite der Drehachse des Längenkreisels 33, aus der Horizontalebene,'die sich unter dem Einfluss der
Erdumdrehung und. der Kreiselwirkung des Längenkreisels »33 um die
ersten Zapfenwellen 43 und 43* dreht. Bei dem Servosystem führen
die Breitenzapfenwellen 23und 29*. ebenfalls die gleiche Bewegung
aus, so dass sich die Beschleunigungsmesser-Plattform 51 auf den Breitenzapfenwellen 29 und 29* ebenfalls um die Zapfenwellen 43 und
43' in bezug auf die Horizontalebene verschwenkt. Diese Schrägstellung wird durGh den Ost-West-BeschleunigungsiDesser 53 ermit- _■-telt.
Das festgestellte Signal wird über den Integrator 58 und '
dem Dämpfer 59, dessen Dämpfungsfaktor proportional zur Sekanten- \
der geographischen Breite ist, .an den Drehmomenterzeuger 44 des
Längenkreisels 33 angelegt, so dass durch die Präzession im Längenkreisel 33 deren Drehachse wieder in die Horizontalstellung
geführt wird. Da die Winkelgeschwindigkeit der Erdumdrehung unge-,
achtet der geographischen Breite des Schiffsstandortes konstant ist, kann die Präzision dieses Systems noch weiter dadurch erhöht:
werden, dass der Eingang zum Drehmomenterzeuger mit einem konstanten
Eingang überlagert wird, so dass der Längenkreisel zu jedem Zeit-!
punkt um die Wellen 43 und 43* mit der Winkelgeschwindigkeit der ;
Erdumdrehung przessiert. Dies geschieht durch den Signalgenera- ;
tor 61. ·
Das System für die Bewegung um die Zapfenwellen 43 und 43V
ist ein Servosystem, das die Drehachse des Längenkreisels 33 zu ;
jedem Zeitpunkt horizontal halten soll, und der Signalgenerator 6t!
legt an dieses System eine Vorspannung an. Letzterer erzeugt näm-.
lieh ein Spannungssignal, das an den Drehmomenterzeuger 44 angelegt
wird, so dass die Drehachse des LängenkreiseIs 33 um die er-;
sten Zapfenwellen 43 und 43s mit einer Winkelgeschwindigkeit pra-·;
zessiert, die derjenigen der Erdumdrehung entspricht und das Sig-
• ; ,-ν' V -19-
■■■■■- --- -----
-"-—------- BA® OHlGlNAL -■
10981471369
nal des Signalgenerators .61 und der Ausgang des Dämpfers 59 werden
beispielsweise bei 60 addiert und einander überlagert an den Drehmomenterzeuger 44 angelegt, uiu dem Längenkreisel 33 das erforderliche
Drehmoment zu erteilen. Dieses System ist ein Oszilla- · torsysteiu, das durch 'Wahl der Konstanten der. jeweiligen Teile· der
Schleife als sogenannte Schüler-Pendel mit einer Periode von 84 Minuten geformt werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass die
Drehachse des Längenkreisels 33, d.h. die Breitenzapfenwellen 29 und 29' auch bei Beschleunigung des Schiffes horizontal gehalten
werden kann und dass das Ausgangssignal des Integrators 58
des Ost-West-Beschleunigungsmessers 53 die Geschwindigkeit des
Schiffes in Ost-ftest-Richtung darstellt.
Die geographische Lange erhält man durch Integrieren des
Ausgangssignals des Dämpfers 59 'durch den Integrator 53' (Fig. 4B).
Wenn auch in der vorstehenden Beschreibung auf die Verwendung der sogenannten Kreisel mit zwei Freiheitsgraden ω it zwei
Detektorzapfenwellen zusätzlich zur Kreiseldrehachse als Breiten- und Längenkreisel bezug genommen ist, so kann die Kreiselplattform
28 auch durch eine Kombination aus drei Kreiseln mit nur ei-. nem Freiheitsgrad mit jeweils nur einer Eingangsachse ersetzt
sein. . ·
Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Verwendung.von Kreiseln mit
nur einem Freiheitsgrad, bei denen für die gleichen Teile wie in
Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. In diesey Beispiel
sind drei Kreisel 62, 63 und 64 mit einem einzigen Freiheitsgrad anstelle der zwei Kreisel mit zwei Fieiheitsgraden auf
: der Kreiselplattform 28 von Fig. 2 verwendet und die Roll-, Stampf-
und Azimutfolgesysteme sind fortgelassen. Die mit den Indices P und T versehenen Bezugszeichen bezeichnen die Abweichdetektorvorrichtungen
und Drehmomenterzeuger, ils ist weiter ein Breitenkreisei
62, ein Aziautkreisel 63 und ein Längenkreisel 64 vorgesehen. . Die Bezugszeichen 63P bzw. 64P es-t sprechen jeweils den übweich-"
j detektorvorrichtungen 40 bzw. 48 in Fig. 2. Zusätzlich ist noch j eine Abweichdetektorvorrichtung 54 vorgesehen. Ihre Ausgangswerte
109814/1369
BAD ORiGINAL
werden nach Umwandlung der Koordinaten durch die Auflösevorrichtungen
gemäss■ Fig.. 3 in die Servomotoren 2, 11 und 17 eingespeist.
•Der Ausgang des Verstärkers 57·wird an den Servonotor 55 angelegt
und gleichzeitig an einen Drehmomenterzeuger 63T des Azimutkreisels
63, damit die Kreiselplattform.28 rechtwinklig zur Erdumdrehungs- .
achse verbleibt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ■
gemäss Fig. 2 dadurch, dass der Ausgangswert des Endstufenver- ;
.stärkers 60* einem .Drehmomenterzeuger 64P des Längenkreisels 64
eingespeist wird. Die Einzelheiten des. Kreisels mit einem Frei-
;heitsgrad sind bekannt und nicht unmittelbar mit den Merkmalen ge-;
:iuäs:s der Erfindung verbunden, so dass aus Gründen der Vereinfachung
von einer Beschreibung eines solchen Kreisels mit nur einem Frei- ;
heitsgrad Abstand genommen ist. Die Kreisel 62 und 63 entsprechen
,dem Breitenkreisel gemäss. Fig. 2 und der Kreisel 64 dem Längenkrei*-
isel 33. ■
Es kann auch ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden gemäss
JFig. 2 als Breitenkreisel 32 und ein Kreisel mit nur einem Frei- \
'heitsgrad als Längenkreisel 33 verwendet sein. ,
'. Selbst wenn die zwei:Detektorwellen 38, 38' und 35, 35* des
Kreisels mit zwei Freiheitsgraden, beispielsweise der Breitenkrei-•sel
32, in ihrer Stellung vertauscht sind, wird die Wirkungsweise ■
^es Kreisels noch nicht einmal verändert. Demgemäss stellt die be-•
sondere Anordnung dieser Wellen gemäss den vorstelfnden Beispielen Γ
;keine Einschränkung der Erfindung dar. ■
\ Wie aus der "obigen^ Beschreibung ersichtlich, kann mit dem f
jerfindungsgemässen Kreiselgerät einwandfrei und mit hoher Präzi- ]
ision der Azimut sowie die geographische Länge und Breite fesige*· -.]■■■
stellt werden. Das erfindungsgeniässe Gerät ist verhältnismässig j
einfach aufgebaut und unter geringen Kosten herstellbar. f
Mit dem Kreiselgerät gemäss der Erfindung können gleiahzei-|
tig die Roll- und Stampfmvinkel des Schiffes, sowie dessen
digkeit in Ost-West-ßiGhtung ermittelt werden* :
109114/1369
Claims (4)
- " - 21 -Patent a-n spräche: ' .1^/Kreiselgerät nach Patent (Patentanmeldung- ;P 16 73 918.7-52), gekennzeichnet durch eine Kreiselplattform, ■die im absoluten Raum um'drei, jeweils senkrecht zueinander angeordnete Achsen stabilisiert ist, eine Vorrichtung zum im : wesentlichen horizontalen Festlegen der ersten Achse der Kreisel plattform, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals, das im ; wesentlichen dem Zeitdifferential der Neigung der Kreiselplatt-\ form um die erste Welle in Bezug auf eine Horizontalebene ent- ■ spricht, und eine Vorrichtung zum Präzessieren der Kreiselplatt4 form um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende Achse, und ;■zwar in Abhängigkeit von dem durch die Signalerzeugungsvor- ., i richtung erzeugten Signal. j
- 2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung.zum Erzeugen eines. Signals'im wesentlichen dem Zeitdifferential der Neigung der Kreiselplattform um die erste Welle in Bezug auf eine Horizontalebene entspricht, und daß die Vorrichtung-zum horizontalen Festlegen der ersten Welle j auf einer zweiten Plattform vorgesehen ist, die auf einer jι parallel zur ersten Welle angeordneten Welle befestigt ist. j
- 3. Kreiselgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, j daß eine Abweichdetektorvorrichtung in Zuordnung zur zweiten Plattform zum Ermitteln einer Horizontalebene vorgesehen ist.
- 4. Kreiselgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals proportional zum Sinus oder Kosinus eines Winkels zwischen der Kreiselplattform und dir zweiten Plattform bzw. eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die gleiche Anordnung einnimmt wie letztere.-22-1098U/1369 BAD0RiGiNAL '5* Kreiselgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,' daß die SignalerzeugünfBvorrichtung rait eineni Signal speisbar ist, das proportionar zur Hord-Süd-Komponente der Schiffsgeschwindigkeit ist. ■■■:■·■" ,6, Kr ei s elgerät nach Anspruch 1 1- dadurch gekennz e i ohne t, daß die Periode der Bewegung zürn im wesentlichen horizontalen Festlegen der ersten Welle der Kreiselplattform ca. 84 Minuten109814/1369
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2957969 | 1969-04-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2018056A1 true DE2018056A1 (de) | 1971-04-01 |
Family
ID=12279998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702018056 Pending DE2018056A1 (de) | 1969-04-15 | 1970-04-15 | Kreiselgerat |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3701200A (de) |
DE (1) | DE2018056A1 (de) |
GB (1) | GB1278864A (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5406858A (en) * | 1993-10-22 | 1995-04-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Gyro platform assembly |
US6338199B1 (en) * | 1997-03-25 | 2002-01-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2902772A (en) * | 1951-10-01 | 1959-09-08 | Honeywell Regulator Co | Gyroscopic compass |
US3104545A (en) * | 1952-08-08 | 1963-09-24 | Massachusetts Inst Technology | Guidance system |
US2953926A (en) * | 1957-01-18 | 1960-09-27 | Research Corp | Navigation system |
US3220266A (en) * | 1959-09-03 | 1965-11-30 | Sperry Rand Corp | Compass stabilizing system |
US3232103A (en) * | 1960-12-08 | 1966-02-01 | Alan M Schneider | Navigation system |
-
1970
- 1970-04-08 US US26640A patent/US3701200A/en not_active Expired - Lifetime
- 1970-04-15 GB GB07969/70A patent/GB1278864A/en not_active Expired
- 1970-04-15 DE DE19702018056 patent/DE2018056A1/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3701200A (en) | 1972-10-31 |
GB1278864A (en) | 1972-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1548436A1 (de) | Traegheitsnavigations-System | |
DE2741274C3 (de) | Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung | |
DE600257C (de) | Kreisel mit lotrechter Rotationsachse, insbesondere ein Kreiselhorizont | |
DE1756619C3 (de) | Doppler-Trägheits- Navigationsanlage | |
DE2310767B2 (de) | Einrichtung zur Stabilisierung einer in einem Kardanrahmen aufgehängten Plattform | |
DE2545025B2 (de) | Navigationsgerät zur Navigation von Landfahrzeugen | |
EP0335116A2 (de) | Verfahren zur Ausrichtung einer zweiachsigen Plattform | |
DE1773600C3 (de) | Doppler-Trägheits-Navigationsanlage | |
DE2030215C3 (de) | Einrichtung zur Verfolgung eines Zieles durch einen Lichtstrahl | |
DE1948767A1 (de) | Richtsystem | |
EP0048212B1 (de) | Kurs-Lage-Referenzgerät mit Kreisel | |
DE1928760C3 (de) | Kreiselkompaß | |
DE2018056A1 (de) | Kreiselgerat | |
DE1773707C3 (de) | Doppler-Träghelts-Navigationslage für Luftfahrzeuge | |
DE2239439C3 (de) | Kreiselkompaß | |
DE2157438C3 (de) | Kreiselgesteuerte Stabilisierungseinrichtung | |
DE3050615C2 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung | |
DE3028649A1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung der nordrichtung | |
DE3019372C2 (de) | Selbstnordendes Kursreferenzgerät | |
DE1673918A1 (de) | Kreiselgeraet | |
DE2523466A1 (de) | Kreiselkompass-ausrichtsystem | |
DE2434916A1 (de) | Kompassystem | |
DE2923988C2 (de) | Navigationseinrichtung für Oberflächenfahrzeuge | |
DE1448692C3 (de) | Kreiselstabihserte Plattform | |
DE573749C (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des wahren Horizonts mit Hilfe eines Kreiselgeraets auf bewegter Plattform |