DE2239439A1 - Kreiselkompass - Google Patents

Description

It 2221

Kabushikikaisha Tokyo Keiki 16-46, Minamikamata 2-chome Ohta-ku, Tokyo / Japan

Kreiselkompass

Die Erfindung betrifft einen Kreiselkompass und insbesondere einen Kreiselkompass mit einem neuen System zum Tragen eines Kreiselgehäuses, das einen Kreisel enthält, einen neuem norden-suchenden System und einem neuen Dämpfungssystem.

Ein Kreiselkompass ist ein Instrument, das auf Roll" oder Stampfbewegungen ausführenden Fahrzeugen (hauptsächlich Schiffen) angeordnet wird und eine Anzeige deren Kurs gibt, So dass es erforderlich ist, dass er statisch und dynamisch genau ist. Die statische Genauigkeit hängt im wesentlichen davon ab, wie ein Kreiselgehäuse, das einen Kreisel aufnimmt, mit wenig Reibung getragen wird, d.h. die statische Genauig-

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keit wird von dem Verhältnis des Winke !.moments des Kreisels gegenüber einem Stördrehmoment infolge Reibung od.dgl., das auf das Kreiselgehäuse einwirkt, bestimmt. Bei einem bekannten Sperry-Kreiselkompass wird ein Kreiselgehäuse in einer Kardananordnung getragen, so dass die statische Genauigkeit von zwei vertikalen Wellenlagern und zwei horizontalen Wellenlagern bestimmt wird. Bei dem Sperry-Kreiselkompass wird ein Verfahren durchgeführt, bei dem die Last auf jedes Lager durch Eintauchen des Kreiselgehäuses in Öl im wesentlichen auf Null vermindert und der resultierende Auftrieb gleich dem Gewicht des Kreiselgehäuses gemacht wird, wobei ein Verfahren zur Beseitigung der Last, insbesondere auf die vertikalen Wellenlager durch Aufhängung des Kreiselgehäuses mit einem Stahldraht od.dgl. oder ein ähnliches Verfahren sorgfältig in Kombination mit einem Servosystem durchgeführt,wird, um die erforderliche Genauigkeit zu erhalten. Ein Anschütz- od.dgl. Kreiselkompass verwendet ein Verfahren, bei dem ein Kugelgehäuse mit zwei Kreiseln dem Auftrieb in einem Elektrolyten unterworfen wird, in der Kugel jedoch werden die beiden Kreisel von zwei vertikalen Wellenlagern getragen und sind miteinander durch einen Mechanismus od.dgl. verbunden, so dass vier bis sechs Kugellager verwendet werden und ihr Reibungsdrehmoment kann nicht so klein gemacht werden, dass es für die Genauigkeit ohne Bedeutung wäre. Da die statische Genauigkeit der üblichen Kreiselkompasse nicht bedeutungslos für das Reibungsdrehmoment der Kugellager gemacht werden kann, ist das Winkelmoment des Kreisels begrenzt und damit können Kreisel mit einem geringeren Winkelmoment nicht verwendet werden. Es ist daher nicht möglich, diese Kreiselkompasse genauer oder billiger her-

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zustellen. Bei dem Verfahren, bei dem zwei Kreisel verwendet werden, wird ein statischer Fehler durch die Differenz zwischen den Umdrehungen pro Minute der beiden Kreisel verursacht (der sich aus der Differenz des Reibungsdrehmoments der Wellenlager ergibt).

Ausserdem verwendet ein Arma-Brown-KreiseIkompass ein Kreiselgehäusetragsystem, bei dem auf ein Kreiselgehäuse in vier Richtungen von einem Rahmen und vier Stahldrähten ein Zug ausgeübt wird und die Anordnung ist in ein Öl eingetaucht, um den Auftrieb des Kreiselgehäuses im wesentlichen gleich seinem Gewicht zu machen. Dieses System zeichnet sich dadurch aus, dass es keine Lager zum Tragen des Kreiselgehäuses verwendet und ist ein nordensuchendes System des Typs, bei dem die Neigung der Drallachse relativ zu der horizontalen Ebene durch einen Beschleunigungsmesser ermittelt wird und das Drehmoment von einem Signal gesteuert wird, das hiervon abgeleitet und auf den Kreisel gegeben wird. Dieses System hat jedoch den Nachteil, dass, da der Beschleunigungsmesser an der Aussenseite des Servosystems, das den Kreisel um seine horizontale Welle nachführt, angeordnet ist, ein Servofehler direkt einen nachteiligen Einfluss auf die Genauigkeit des nordensuchenden Vorgangs hat.

Die dynamische Genauigkeit hängt hauptsächlich von der Verhinderung eines Rollbewegungsfehlers ab und von dem Grad, bis zu dem der Fehler verhindert werden kann. Bei dem Sperry-Kreiselkompass wird der Rollbewegungsfehler hauptsächlich durch einen flüssigen Ballast verhindert. Der flüssige Ballast ist bei dem Sperry-Kreiselkompass unerlässlich. Der Anschutz-Kreiselkompass benötigt zwei

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Kreisel, um den Rollbewegungsfehler zu verhindern. Der Arma-Brown-Kreiselkompass verwendet einen teuren Beschleunigungsmesser und die Rollbewegung wird dadurch verhindert, dass eine Zeitkonstante grosser als die Rollbewegungsperiode des Schiffes gewählt wird, so dass die Vorrichtung teuer ist und der Beschleunigungsmesser eine extrem hohe Zuverlässigkeit haben muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Kreiselkompass zu schaffen, der völlig frei von den zuvor erwähnten, bei den üblichen Kreiselkompassen festgestellten Nachteilen ist.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kreiselkompass mit einem Kreiselgehäuse zu schaffen, der einen Kreisel enthält, der ohne Verwendung von Kugellagern getragen wird, so dass ein viel kleineres Drehmoment als bei einer üblichen Vorrichtung erzeugt wird.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kreiselkompass zu schaffen, der keinen Beschleunigungsmesser, der teuer ist, verwendet, und bei dem ein Servofehler keinen direkten Einfluss auf einen Kreisel hat.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kreiselkompass ohne flüssigen Ballast zur Verhinderung eines Rollbewegungsfehlers zu schaffen.

Schliesslich ist es auch Aufgabe der Erfindung, einen Kreiselkompass zu schaffen, bei dem nur ein einziger Kreisel erforderlich ist, der einfach in der Konstruktion ist, .eine hohe Genauigkeit hat, billig ist und für alle Arten von Schiffen verwendet werden kann.

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Hierzu hat der*Kreiselkompass gemäss der Erfindung ein Kreiselgehäuse, das einen Kreisel enthält, dessen Drallachse im wesentlichen horizontal gehalten wird. Ein Behälter umgibt das Kreiselgehäuse und enthält eine Flüssigkeit. Eine erste Halteeinrichtung trägt das Kreiselgehäuse. Eine zweite Halteeinrichtung trägt den Behälter mit drei Freiheitsgraden. Ein Servosystem veranlasst den Behälter, das Kreiselgehäuse um eine vertikale Achse nachzuführen. Das Kreiselgehäuse ist so ausgebildet, dass sein Gewicht grosser als der von der Flüssigkeit ausgeübte Auftrieb ist. Die Mitte des Auftriebs fällt mit dem Schwerpunkt zusammen. Die erste Halteeinrichtung hat ein Aufhängeteil, das die obere Innenseite des Behälters mit dem Kreiselgehäuse verbindet, so dass dieses als Pendel in dem Behälter wirkt und der Verbindungspunkt des Aufhängeteils mit dem Kreiselgehäuse liegt über dem Schwerpunkt des Kreiselgehäuses, wodurch ein Drehmoment proportional der Neigung der Drallachse relativ zu einer horizontalen Ebene und auch proportional zu dem Restgewicht des Kreiselgehäuse um eine Achse senkrecht zu einer die Drallachse enthaltenden Ebene und eine vertikale Achse erzeugt wird, damit der Kreisel einen nordensuchenden Vorgang durchführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 20 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 bis 3 perspektivische Darstellung, wobei Teile weggeschnitten sind, aus denen Beispiele der Erfindung hervorgehen,

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Fig. k bis 6 schematische Diagramme zur Erläuterung der Verstellungs- bzw. Abweichungsdetektorvorrichtung und eines hierbei verwendeten Nachführungssystems,

. 7» 8 und 10 schematische Diagramme, aus denen ein hierbei verwendeter Tank hervorgeht,

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung,

Fig. 11 ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung,

Fig. 12 bis 15 schematische Diagramme, aus denen Abwandlungen der Dämpfungsvorrichtung hervorgehen, die bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 16 ein schematisches Diagramm, aus dem ein Beispiel einer Kreiseltragvorrichtung hervorgeht, die bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 17A und 17B vergrösserte Auf- und Seitenansichten, aus denen ein Beispiel eines Aufhängeteils hervorgeht, das bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 18 eine in Fig. 17B verwendete Feder, und

Fig. 19 und 20 Seitenansichten, wobei Teile weggeschnitten sind, aus denen weitere AusfUhrungsformen der Erfindung hervorgehen.

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In Fig. 1 ist mit 1 ein Kreiselgehäuse bezeichnet, das einen Kreiselrotor aufnimmt, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Das Gehäuse ist flüssigkeitsdicht ausgebildet. Mit ist ein Behälter, z.B. Tank, bezeichnet, der das Kreiselgehäuse 1 enthält, und mit 3 ein Aufhängedraht zum Tragen des Kreiselgehäuses 1. Der Draht ist an dem oberen Ende an dem Tank 2 und an dem unteren Ende an dem Kreiselgehäuse 1 befestigt. Mit 4n, kS und 5N, 5S sind die Primär- bzw.
Sekundärseiten einer kbntaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 bezeichnet. Die Primärseiten 4n und kS sind
z.13. an der Oberfläche des Kreiselgehäuses 1 an den Schnittpunkten der Oberfläche des Kreiselgehäuses 1 mit der Verlängerung der Drallachse des Kreisels, d.h. an den Nord-
und Südseiten des Kreisels angeordnet, während die Sekundärseiten 5N und 5S an dem Tank 2 ausgerichtet auf die Primärseiten 4M und 4S angeordnet sind. Mit 7 ist eine Flüssigkeit, wie ein Dämpfungsöl hoher Viskosität, z.B. ein Siliconöl
bezeichnet, das in dem Tank 2 enthalten ist. Zwei horizontale Wellen 8 und 8' sind an ihrem einen Ende mit dem Tank 2 an dessen Äquator an Stellen senkrecht zu der Drallachse des Kreisels befestigt und an den anderen Enden drehbar in Lagern 13 und 13' gelagert, die an einem horizontalen Ring 12 in einer Linie mit den horizontalen Wellen 8 und 8· angeordnet sind. Mit 10 ist ein Servomotor für horizontale
Nachführungen bezeichnet, der an dem horizontalen Ring 12 befestigt ist. Ein Horizontalzahnrad 9 ist an einer der
horizontalen Wellen, z.B. der Welle 8, befestigt und kämmt mit einem Horizontalritzel 11, das an der Drehwelle des
Servomotors 10 befestigt ist. Kardanwellen Ik und 14' sind an dem horizontalen Ring 12 an Stellen senkrecht zu den
zuvor erwähnten Wellenlagern 13 und 13' befestigt. Diese
Kardanwellen i4 und 14' werden von Kardanlagern 15 und 15'

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drehbar gehalten, die an einem Nachführungsring 16 in einer Linie mit den Wellen t'k und 14 · angeordnet sind. Nachführungswellen 17 und 17' sind an einem Ende am Boden und am Deckel des Nachführungsrings 16 befestigt und ihre freien Enden sind in Nachführungswe11enlagern 25 und 25' drehbar eingesetzt, die an einem Kompassgehäuse 2k an entsprechenden Stellen angeordnet sind. Ein Azimuth-Zahnrad 21 ist an einer der Nachführungswellen, nämlich bei dem Beispiel an der Welle 17, befestigt. Mit 19 ist ein Azimuth-Nachführungsservomotor bezeichnet, der an dem Kompassgehäuse 2k befestigt ist, und mit 20 ein Azimuth-Ritzel, das an der Drehwelle des Servomotors 19 befestigt ist. Dieses Ritzel kämmt mit dem Azimuth-Zahnrad 21. Mit 22 ist eine Kompassrose bezeichnet, die an der Nachführungswelle 17 befestigt ist. Mit 23 ist eine Bezugslinienplatte bezeichnet, die an dem Deckel des Kompassgehäuses 2k zusammen mit der Kompassrose 22 angeordnet ist. Der Kurs des mit dem Kreiselkompass ausgestatteten Schiffes wird von der Kombination einer Bezugslinie 26, die auf der Platte 23 zentral gezogen wird, und der Kompassrose 22 abgelesen.

Fig. 2 und 3 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. die gleichen Bauteile bezeichnen.

Bei dem Beispiel der Fig. 2 sind die Befestigungsstellen der Kardanwellen 14 und iV und der horizontalen Wellen 8 und 8' an dem horizontalen Ring 12 gegenüber dem Beispiel der Fig. 1 umgekehrt. Beim Beispiel der Fig. 1 gehen die horizontalen Wellen 8 und 8' von dem Tank 2 aus' und sind mit dem horizontalen Ring 12 verbunden, während

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bei dem Beispiel der Fig. 2 die Kardanwellen ~\k und 1V von dem Tank 2 parallel mit der Drallachse ausgehen und mit dem horizontalen Ring 12 verbunden sind und die horizontalen Wellen 8 und 8¹ sind mit dem Nachführungsring 16 an Stellen verbunden, die gegen die Kardanwellen Ik und 14' um 90° versetzt sind. Zugleich ist der Servomotor 10 für die horizontale Nachführung ebenfalls an dem Nachführungsring 16 befestigt und seine Drehung wird zuerst auf den horizontalen Ring 12 über das horizontale Zahnrad 9 und über die Kardanwellen Vk und 14' übertragen, um den Tank 2 zu drehen, um so den horizontalen NachführungsVorgang zu erhalten.

Bei dem Beispiel der Fig. 3 sind die horizontalen Wellen 8 und 8', die an dem Tank 2 befestigt sind, direkt mit dem Nachführungsring 1-6 über die Horizontalwellenlager , 13 und 13' drehbar gekuppelt. Der Nachführungsring 16 ist über Nachführungswellenlager 25 und 25' mit einem Stampfbewegungs-Kardanrahmen 36 verbunden, der an der Aussenseite des Nachführungsrings.16 über die Nachführungswellen 17 und 17' angeordnet ist. Der Kardanrahmen 36 hat Wellen 34 und 3V, die gegenüber den Wellen I7 und I7¹ um 90° versetzt sind. Die Wellen 3k und 3k¹ sind mit den Lagern 35 und: 35' drehbar gekuppelt, die an einem Rollbewegungs-Kardanrahmen 33 an entsprechenden Stellen vorgesehen sind. Der Kardanrahmen 33 ist an der Aussenseite des Kardanrahmens 36 angeordnet. Der Kardanrahmen 33 hat Wellen 37 und 37· an Stellen, die gegenüber den Wellen 3k und 3k¹ um 90° versetzt sind. Die Wellen 37 und 37' sind mit Lagern 38 und 38·. drehbar gekuppelt, die in dem Kompassgehäuse 2k vorgesehen sind. Die anderen konstruktiven Einzelheiten sind die gleichen wie bei den Beispielen der Figuren 1 und 2.

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Anhand der Figuren k und 5 wird ein konkretes Beispiel der zuvor erwähnten kontaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 gegeben. Fig. k zeigt zwei Paar N (Nord-) Seiten hiervon. Wie in der Figur gezeigt ist, ist die Primärseite 4N eine Spule und ihre Windungen liegen in einer zu der Drallachse des Kreisels senkrechten Ebene. Diese Spule wird üblicherweise durch Wechselstrom einer üblichen Kreiselkompassenergiequelle PS, der magnetische Wechselfelder erzeugt, die durch unterbrochene Pfeile a₁ und a · angegeben sind, erregt. Die Sekundärseite 5N besteht aus rechteckigen Spulen 5NW, 5NE, 5NU und 5NL. Die beiden Spulen 5NW und 5NE sind nebeneinander angeordnet und die beiden anderen Spulen 5NL ,und 5NU sind übereinander angeordnet. Die Windungsanfangsenden der beiden Spulen 5NW und 5NE und die der beiden anderen Spulen 5NU und 5NL sind verbunden. Nimmt man an, dass die Primärseitenspule 4n, d.h. das Kreiselgehäuse 1 in der Mitte der Sekundärseitenspule 5N, d.h. dem Tank 2 liegt, dann wird ein Magnetfluss von der Primärspule ^N erzeugt, der durch die Sekundärspulen 5NW, 5NE, 5NU und 5NL verläuft, um eine entsprechende Spannung in jeder hiervon zu erzeugen. Der Magnetfluss in jeder. Sekundärspule ist jedoch im wesentlichen der gleiche wie der in den anderen Spulen und die jeweiligen Spulenpaare sind in der oben beschriebenen Weise gegeneinandergeschaltet, so dass an den AusgangsanschlUssen 2-1 und 2-2 keine Spannung auftritt. Nimmt man an, dass die Primärepule kü in Ostrichtung (in der Figur durch E angegeben) verstellt wird, dann nimmt der Magnetfluss, der durch die Spule 5NE verläuft, zu, während der, der durch die Spule 5NW verläuft, abnimmt, so dass eine Spannung an dem Ausgangs-

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anschluss 2-1 auftritt, jedoch kein Ausgangssignal an dem Anschluss 2-2 auftritt. Venn die Priraärspule ^N in Westrichtung (in der Figur durch W angegeben) verstellt wird, nimmt die induzierte Spannung der Spule 5NW zu, während die der Spule 5NE abnimmt, so dass an dem Ausgangsanschluss 2-1 eine Spannung auftritt, die gegenphasig zu der ist, die erhalten wird, wenn die Primärspule ^N in Ostrichtung verstellt wird. Da in diesem Falle die Spulen 5NU und 5NL in vertikaler Richtung angeordnet sind, wird wie im obigen Falle keine Spannung an dem Ausgangsanschluss 2-2 erzeugt. In Abhängigkeit von der vertikalen "Verstellung der Primärspule 4n wird eine gleiche Spannung in den Spulen 5NW und 5NE induziert, die nebeneinander angeordnet sind, es wird jedoch eine ungleiche Spannung in der vertikalen Richtung induziert, so dass ein Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluss 2-2 erzeugt wird. Bei der in Fig. k gezeigten Konstruktion ist es möglich, die Verstellung des Kreiselgehäuses 1 in der Ost-West-Richtung und in vertikaler Richtung relativ zu dem Tank 2 an dem Nordende festzustellen.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verstellung des Kreiselgehäuses nur in der Ost-West-Richtung, wobei das Kreiselgehäuse 1 von oben gesehen ist. Die kontaktlose Verstellungsdetektorvorrichtung an der Südseite besteht aus der Primärseitenspule 4S und den Sekundärseitenspulen 5SE und 5SW. Wenn das Kreiselgehäuse 1 in Ost-Richtung verstellt wird, nimmt der durch die Spule 5SE verlaufende Magnetfluss zu und der durch die Spule 5SW nimmt ab, um eine Spannung zwischen den Anschlüssen 3-1 zu induzieren. Die Phase der Spannung ist

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die gleiche wie die zwischen den Anschlüssen 2-1 der Spulen 5NW und 5NE. Da ausserdem die Spulen 5SE, 5SW und 5NE, 5NW in einer Differentialschaltung angeordnet sind, wie Fig. 5 zeigt, tritt keine Spannung an den Ausgangsanschlüssen 3-2 bei einer Verstellung des Kreiselgehäuses 1 in der Ost-West-Richtung auf, wenn sich jedoch das Kreiselgehäuse 1 um eine vertikale Achse 0 (senkrecht zu der Zeichenebene) dreht,tritt eine in der Phase um 18O umgekehrte Spannung zwischen den Anschlüssen 3-2 entsprechend der Drehrichtung des Kreiselgehäuses 1 auf· Die Ausgangsspannung wird auf eine Steuerwicklung des Azimuth-Servomotors 19 über einen Servoverstärker 30 (der weggelassen werden kann) gegeben. Die Drehung des Servomotors 19 wird auf den Tank 2 über das Ritzel 20, das Zahnrad 21 und die Ringe 16 und 12 übertragen, um den Tank 2 so zu steuern, dass die Winkelabweichung zwischen dem Tank 2 und dem Kreiselgehäuse 1 um die zuvor erwähnte Achse 0 auf Null vermindert wird. In welcher Azimuth-Stellung das Kreiselgehäuse 1 sich auch befinden mag, der Aufhängedraht 3 wird durch das Servosystem völlig daran gehindert, sich zu verdrehen und jedes externe Stördrehmoment wird weg von dem Draht J dem Kreisel um die vertikale Achse aufgeprägt. In Fig. 5 ist mit 3-3 ein Fehlerkorrektursignalgenerator bezeichnet, der eine Spannung entsprechend der Geschwindigkeit bzw. entsprechend der geographischen Breite des Schiffes erzeugt, um die entsprechende Winkelverstellung in dem Nachführungssystem durchzuführen, durch die der Draht 3 verdreht wird, um dem Kreisel um seine vertikale Achse ein Drehmoment aufzuprägen und so einen Fehler zu korrigieren.

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Fig. 6 zeigt ein horizontales Nachführungssystem, bei dem die Spulen 5NU, 5NL und 5SU, 5SL der Sekundärseiten 5N und 5S ebenfalls wie im vorherigen Falle in einer Differentialschaltung angeordnet sind, so dass kein Ausgangssignal zwischen den Anschlüssen 4-1 der Spulen 5NU und 5NL bei der vertikalen Bewegung des Kreiselgehäuses 1 relativ zu dem Tank 2 auftritt, jedoch eine Spannung zwischen den Anschlüssen 4-1 in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Kreiselgehäuses 1 um eine horizontale Achse erzeugt wird. Die erzeugte Spannung wird direkt oder über einen Servoverstärker 31 auf eine Steuerwicklung des Servomotors 10 gegeben. Die Drehung des Servomotors 10 wird über das Ritzel 11 und das Zahnrad 9 auf den Tank 2 übertragen, um ihn zu drehen und die Winkelabweichung zwischen dem Tank 2 und dem Kreiselgehäuse 1 auf Null zu vermindern.

Fig. 7 zeigt die Innenseite des Tanks 2 in dem Falle, in dem das nordensuchende Ende A (das an dem Kreiselgehäuse 1 liegt) der Verlängerung der Drallachse des Kreisels in dem Kreiselgehäuse 1 um einen Winkel θ zur horizontalen Ebene H-H' nach oben geneigt ist. In der Figur ist mit O₁ der Schwerpunkt des Kreiselgehäuses 1, mit Q der Verbindungspunkt des Aufhängedrahtes 3 mit dem Kreiselgehäuse 1, mit P der Verbindungspunkt des Drahtes 3 mit dem Tank 2 und mit O₂ der Mittelpunkt des Tanks 2 bezeichnet. Bs wird angenommen, dass die Drallachse des Kreiselrotors in dem ^reiselgehäuse 1 horizontal (θ = θ) verläuft und O₁ und Op zusammenfallen. Mit A ist das nordensuchende Ende und mit B ein Punkt auf dem Kreiselgehäuse 1 bezeichnet, der dem Ende A diametral gegenüberliegt. A¹ und B¹ sind Punkte auf dem Tank 2 entsprechend A und B. Da der Draht

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in der Praxis eine Biegefestigkeit hat, hat er eine Biegekurve entsprechend der in der Figur angegebenen unterbrochenen Linie. Demgemäss nimmt die Grosse der axialen Bewegung ^ (0„ -^s 0A des Kreiselgehäuses 1 relativ zu dem Tank 2 sehr gering ab, jedoch ist der Einfluss in der Praxis sehr klein, so dass in der folgenden Beschreibung die Annahme gemacht wird, dass der Draht 3 völlig flexibel ist. Wie zuvor beschrieben wurde, werden die Punkte A¹ und B¹ an dem Tank 2 und die Punkte A und B an dem Kreiselgehäuse 1 durch die Wirkung des Servosystems in einer Linie gehalten und folglich ist der Tank 2 unter dem Winkel θ gegen die horizontale Ebene H-H¹ wie das Kreiselgehäuse 1 geneigt. Nimmt man an, dass keine externe Beschleunigung auftritt, dann wirkt keine externe Kraft in Richtung der Drallachse des Kreiselgehäuses 1, so dass der Draht 3 vertikal verläuft. Wenn die Zugkraft des Drahtes 3 mit T bezeichnet wird und das Restgewicht des Kreiselgehäuses 1 mit Ausnahme seines Auftriebs infolge der Dämpfungsflüssigkeit mit mg bezeichnet wird, dann erzeugt die Zugkraft T des Drahtes 3 um den Punkt 0. das folgende Moment M:

M = TrsinO=mg r sin©

Dieses Moment wirkt als Drehmoment auf den Kreisel um seine horizontale Achse (die durch den Punkt O₁ und senkrecht zu der ^eichenebene verläuft). Hierbei ist r der Abstand zwischen dem Schwerpunkt O₁ des Kreiselgehäuses und dem Verbindungspunkt Q des Drahtes 3 mit den Kreiselgehäuse 1, wie in der Figur gezeigt ist. Auch bei diesem Verfahren kann ein Drehmoment proportional der Neigung der Drallachse bezüglich der horizontalen Ebene auf den

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Kreisel um seine horizontale Achse in der gleichen Weise wie bei den üblichen Kreiselkompassen wirken, so dass
ein Kreiselkompass durch Wahl des Abstandes r, der Restmasse mg und des Winkeldrehmoments des Kreisels und
durch Wahl der Periode seiner nordensuchenden Bewegung im Bereich einiger zehn Minuten bis einhundert und einige
zehn Minuten erhalten werden. In der Praxis bedeutet
dies, dass der Abstand r infolge der Biegefestigkeit des Drahtes 3 etwas grosser als der tatsächliche Abstand
zwischen O₁ und Q wurde.

Vorstehend wurde die nordensuchende Wirkung des Kreiselkompasses der Erfindung beschrieben, gleichzeitig ist es jedoch erforderlich, dass die oben beschriebene Vorrichtung keinen Rollbewegungsfehler in Abhängigkeit von einer periodischen horizontalen Beschleunigung wie einer Rollbewegung, Stampfbewegung od.dgl. des Schiffes erzeugt,
d.h. die Vorrichtung muss eine zufriedenstellende sogenannte hohe Abschneidcharakteristik (niedrige Durchlasscharakteristik) haben.

Fig. 8 zeigt den Fall, bei dem die horizontale Beschleunigung ¹X H auf den Kreisel in seinem eingeschwungenen Zustand einwirkte. Die Innenseite des Tanks 2 ist von der
Westseite gesehen. Es sei angenommen, dass die Drallachsenlinien A und B des" Kreisel in 'dem Kreiselgehäuse 1 im wesentlichen mit der horizontalen Ebene H-H' und dem
Meridian in einer Ebene liegen. Die horizontale Beschleunigung <XH ist eine Folge der Roll- und/oder Stampfbewegung des, Schiffes od.dgl. Es sei angenommen, dass ihre Bewegung sich in Abhängigkeit von der Zeit sinusförmig ändert. Die

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Nord-Süd- und Ost-West-Komponenten der horizontalen Beschleunigung ^H werden mit OCH und Q(E bezeichnet, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn die horizontale Beschleunigung $ H sich in sehr langen Perioden im Falle der Fig. ändert, folgt der Kreiselkompass 1 genau der Nord-Süd-Beschleunigung C* N und ein Winkel a: zwischen dem Draht und der vertikalen Linie V-V ändert sich in dem Tank 2 sinusförmig so, dass er stets mit dem Winkel¹!^ zwischen der Nord-Süd-Beschleunigungskomponente ,^ N und der Erdbeschleunigung g übereinstimmt· Auch in diesem Falle übt die Zugkraft T des Drahtes 3 ein Drehmoment M (M =

= Trsin ψ = mgr · = mr0<N) auf den Kreisel um seine

horizontale Achse aus (die durch den Punkt O₁ und senkrecht zu der Zeichenebene verläuft). Dies verursacht jedoch keinen Fehler des Kreisels, da die Beschleunigung Cy; N sich nur periodisch mit der Zeit ändert.

Fig. 10 zeigt den Kreisel von der Südseite gesehen und unter dem Einfluss der horizontalen Beschleunigung ι\Η, Der Tank 2 ist als physikalisches Pendel konstruiert, das an seinem unteren Teil um die Kardanwellen 1^ und Ik' in Fig. 1 schwerer ist. Die Periode dieses Pendelsystems beträgt üblicherweise ein bis zwei Sekunden und ist viel kürzer als die Roll bewegungsperiode des Schiffes, so dass der Draht 3 und der Tank 2 in der resultierenden Richtung der Ost-West-Beschleunigung jy E und der Erdbeschleunigung g periodisch schwingen und als Folge hiervon die horizontale Achse W¹E' ebenfalls wiederholt geneigt ist. Dies bedeutet, dass, wenn die horizontale Beschleunigung ft{ H in dem NE-Quadranten in Fig. 9 ist, das mit M^ in Fig. 1Ϊ bezeichnete Drehmoment auf den Kreisel wirkt, und dass, wenn die Beschleunigung ίχ H in dem WS-Quadranten liegt, das Drehmoment M₂ auf den Kreisel wirkt. Das Drehmoment M wirkt daher in einer Periode weiter um die vertikale Achse, um einen Fehler

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in dem Kreisel (einen Rollbewegungsfehler) zu verursachen.

Die Periode der tatsächlichen Schwingungsbeschleunigung nahezu aller existierenden Schiffe beträgt etwa einige Sekunden bis 20 Sekunden und das Kreiselgehäuse 1 und der Draht 3 bilden ein einfaches Pendel bezüglich der Nord-Süd-Richtung, so dass das Kreiselgehäuse 1 auf eine horizontale Beschleunigung mit einer Periode kürzer als wenigstens die freie Periode dieses Pendelsystems nicht ansprechen¹ kann und es ist von grösserer Bedeutung, dass die Bewegung des Kreiselgehäuses 1 in der Nord-Süd-Richtung relativ zu dem Tank 2 durch den Widerstand infolge der Viskosität des Dämpfungsöle 7 des Kreiselgehäuses 1 sehr begrenzt ist. Es sei angenommen, dass der Mittelpunkt der viskosen Kraft auf das Gehäuse 1 mit dem Schwerpunkt O₁ zusammenfällt. Daher bewegen sich das Kreiselgehäuse 1 und der Tank 2 im wesentlichen als einheitliches Gebilde (d.h. 0' und 0 fallen zusammen) in Abhängigkeit von der periodischen horizontalen Beschleunigung q£ N infolge der normalerweise üblichen Rollbewegung des Schiffes und der Winkel^ in Fig. 8 ist im wesentlichen Null, so dass die Zugkraft T des Drahtes 3 kein Moment um die horizontale Achse O₁ ausübt und daher der sogenannte Rollbewegungsfehler nicht auftritt. Die Viskosität des Dämpfungsöls 7 kann so ausgewählt werden, dass sie im wesentlichen keinen Einfluss auf die Beschleunigung mit langer Periode wie der nordensuchenden Periode (z.B. etwa 84 Minuten) des Kreiselkompasses usw. hat und der nordensuchende Vorgang nicht gestört wird.

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Es wird nun eine Dämpfungsvorrichtung des Kreiselkompasses der Erfindung beschrieben. Das Grundprinzip der Dämpfungsvorrichtung besteht darin, dass das der Neigung der Drallachse des Kreisels gegen die horizontale Ebene proportionale Drehmoment auf den Kreisel um seine vertikale Achse wirkt. Dieses Prinzip wurde bereits in vielen üblichen Kreiselkompassen angewandt. Die Dämpfungsvorrichtung der Erfindung bezieht sich auf Mittel, um dieses Prinzip zu verwirklichen. Wenn die Drallachse des Kreiselkompasses, der wie anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben, konstruiert ist, unter einem Winkel θ gegen die horizontale Ebene H-H¹ gezeigt ist, ist auch der Tank 2 aufgrund der Wirkung des horizontalen Nachführungssystem um den Winkel θ wie das Kreiselgehäuse 1 geneigt und das Kreiselgehäuse 1 bewegt sich um O₅ - O₁ = τ in Richtung von B¹ und der Draht 3 stimmt mit der Vertikalen überein und das Kreiselgehäuse steht dann still. Das heisst, dass der Neigungswinkel θ des Kreisels und die Grosse der Bewegung v· des Kreiselgehäuses 1 in Richtung der Drallachse relativ zu dem Tank

2 einander völlig proportional sind. Daher kann eine gewünschte Dämpfungswirkung durch elektrische Ermittlung der Grosse der Bewegung "ζ erhalten werden, indem man die folgende Stellung des vertikalen Nachführungssystemsentsprechend der ermittelten Grosse vorspannt und den Draht

3 verdreht.

Fig. 12 zeigt eine konkrete Ausfuhrungsform der Erfindung, wobei das obige Prinzip auf das Beispiel der Fig. 5 angewandt ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Spulen 14-2 und i4-3 an den Nord- und Südseiten der Sekundärsei tenspulen 5N und 5S der kontaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 derart vorgesehen, dass die Spulen-

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körper der Spulen i4-2 und i4-3 parallel zu den beiden Spulenpaaren 5NE, 5NW und 5SE, 5SW liegen. Die Spulen 14-2 und i4-3 sind in einer Differentialschaltung angeordnet und ihre Ausgangsenden 14-1 sind additiv an die Signalanschlüsse 3-2 des vertikalen Nachführungssystems und dann über den Servoverstärker 30 an die Steuerwicklung des Azimuth-Servomotors 19 angeschlossen. In diesem Falle erzeugt das vertikale Nachführungssystem einen Servofehler entsprechend einer Signalspannung zwischen den Anschlüssen 14-1, die proportional £ ist und damit eine Azimuth-Winkelversteilung zwischen dem Tank 2 und dem Kreiselgehäuse 1 entsprechend dem Signal zwischen den Anschlüssen 14-1. Dadurch wird der Draht proportional

f verdreht und da dieses Verdrehungs.drehmoment proportional 7 ist, ist es proportional dem Neigungswinkel θ der Kreiseldrallachse und es ist damit möglich, eine Dämpfungswirkung auf den Kreisel auszuüben.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung der Erfindung, bei der zusätzlich zu den Primärspulen 4n und 4S der kontaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 ein weiteres Paar Primärspulen 4e und kV an den Ost- und West-Seiten des Kreiselgehäuses 1 vorgesehen ist. Weitere Sekundärspulen 5EN, 5ES und 5WN, 5WS sind an dem Tank 2 an Stellen entsprechend den Primärspulen 4e und 4W angeordnet. Die Spulen 5EN und 5ES an der Ostseite und 5WN und 5WS an der Westseite sind jeweils in Differentialschaltung angeordnet. Wenn sich daher das Kreiselgehäuse 1 um die vertikale Achse relativ zu dem Tank 2 dreht, wird ein Spannungssignal an den Ausgangsanschlüssen 15-1 der oben erwähnten Spulen erzeugt und das

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Spannungssignal wird auf die Steuerwindung des vertikalen Nachführungsservoinotors 19 über den Servoverstärker 30 gegeben, wodurch das vertikale Nachführungssystem gebildet wird. Spannungen infolge des Momentes des Kreiselkompasses 1 in der Nord-Süd-Richtung relativ zum Tank 2 werden an den Differentialausgangsanschlüssen der Ostseitenspulen 5EN und 5ES und der Westseitenspulen 5WN und 5WS erzeugt, so dass, wenn die Spannungen der Spulen 5WS und 5WN verwendet werden, eine Spannung entsprechend £ in Fig. 7 (d.h. entsprechend dem Neigungswinkel θ des Kreisels) zwischen den Enden 15-3 des Spannungsteilsers 15-2 erzeugt wird. Durch Anlegen dieser Spannung über den Spannungsteiler 15-2 an den zuvor erwähnten Ausgangsanschluss 15-1 zur Steuerung des Servomotors 19 über den Servoverstärker 30 wird der Draht 3 entsprechend τ verdreht, um die Dämpfungswirkung hervorzurufen. Selbstverständlich ist es möglich, dass ein Spannungssignal durch Addieren der erzeugten Spannungen der Spulen 5WN und 5WS und der der Spulen 5EN und 5ES mittels eines Funktionsverstärkers, eines Transformators od.dgl. erzeugt und zu dem Eingangssignal des Servoverstärker nach Einstellung durch einen Spannungsteiler od.dgl. je nach Erfordernis addiert wird, wie später anhand der Fig. 15 beschrieben wird. Dieses Verfahren hat eine höhere Genauigkeit.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung der Erfindung, bei der die Anzahl der Windungen z.B. der Ostseitenspulen 5NE und 5SE der kontaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 für die Azimuth- (bzw. vertikale) Nachführung in Fig. 3 z.B. kleiner gewählt wird als die der Westseitenspulen 5NW und 5SW. Selbst wenn die Anzahl der Windungen der Ost- und Westseitenspulen vonein-

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ander verschieden sind, wie oben erwähnt wurde, sind die Spulen beider Seiten jeweils in Differentialschaltung angeordnet und diese Spulen sind ausserdetn miteinander in Differentialschaltung verbunden. Dies ist exakt den Spulen 5SE und 5NE äquivalent und die Spulen 5SW und 5NW sind in Differentialschaltung zueinander angeordnet und dann sind die Ost- und Westseitenspulen in Differentialschaltung verbunden. Wenn die Spalte zwischen den Primär- und Sekundärspulen der Nord-Süd-Verstellungsdetektorvorrichtung an den Nord- und Südseiten gleich sind, ist die Nachführungssteilung in diesem Falle exakt die gleiche wie die, wenn die Anzahl der Vindungens der Spulen einander gleich sind und keine Spannung wird zwischen den Ausgangsanschlüssen 16—1 erzeugt, solange die Drallachse des Kreiselgehäuses 1 und eine die Mittelpunkte der Sekundärepulen verbindende Linie parallel zueinander sind. Wenn die Spalte zwischen den Primär- und Sekundärspulen an den Nord- und Südseiten verschieden sind, d.h. z.B., wenn die Südseite abgesenkt wird und der Kreiselkompass 1 sich um Ψ in der Südrichtung relativ zu dem Tank 2 bewegt, ist der Spalt zwischen den Spulen an der Südseite kleiner als der an der Nordseite und die in den Spulen der Südseite induzierte Spannung steigt im Vergleich zu der der Nordseite an. Da die Anzahl der Windungen der Spulen der Westseite grosser ist als die der Spulen an der Ostseite, wird das Differentialausgangssignal der Westseitenspulen 5NW und 5SW grosser als das der Ostseitenspulen und schliesslich wird eine Richtung, in der die elektromagnetische Kopplung zwischen der Spule 5SW des grössten Ausgangssignals und der Primärspule kS abgeschwächt, d.h. eine Stellung,in der der Tank 2 nach

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oben (nach rechts) um einen bestimmten Winkel relativ zu dem Kreiselgehäuse 1 abgelenkt wird, wird ein neuer Nachführungspunkt. Dieses Verfahren bewirkt ebenfalls die Dämpfung wie bei den vorherigen beiden Beispielen. Bei den vorherigen Beispielen werden die Servoverstärker und 31 verwendet, wenn jedoch das Ausgangssignal der kontaktlosen Verstellungsdetektorvorrichtung 6 ausreichend gross ist und das Übersetzungsverhältnis gross ist und der Motor klein sein kann, sind die Verstärker 30 und 31 nicht immer erforderlich und die kontaktlose Verstellungsdetektorvorrichtung 6 kann den Motor in bestimmten Fällen direkt steuern.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung der Erfindung. Bei diesem Beispiel sind selbstleuchtende Elemente ^NI, ks1, 4E1 und ^W1 wie Lumineszenz-Dioden od.dgl. an dem Kreiselgehäuse an sein Ost-, West-, Nord- und Südstellen der vorherigen Primärspulen 4n, kS, 4e und 4W vorgesehen und Empfangselemente 5NL1, 5NU1, 5SL1 und 5SU1 sind an dem Tank 2 an den lichtgebenden Elementen entsprechenden Stellen in einer vertikalen Richtung und weitere Lichtempfangselemente 5EN1, 5ES1 und 5WN1, 5WS1 sind in einerhorizontalen Richtung angeordnet. In diesem Falle sind die Lichtempfangselemente 5SL1, 5SU1 und 5NL1, 5NU1 in Differentialschaltung verbunden und ihre Differentialausgangssignale 17-5 und 17-6 werden mit einem Funktionsverstärker 17-9 subtrahiert, dessen Ausgangssignal über einen Servoverstärker 31 auf die Steuerwicklung des horizontalen Nachführungsservomotors 10 gegeben wird. Hierdurch erreicht man einen horizontalen Nachführungsvorgang. Ausserdem entsprechen die Differentialausgangssignale 17-7 und 17-8 der in Differentialschaltung verbundenen Lichtempfangselemente 5ES1, 5EN1 und 5WS 1 ,

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der Bewegung der Ost- und Westenden des Kreiselgehäuses 1 in der Nord-Südrichtung, so dass, wenn die Ausgangssignale auf einen Komparator 17-1 gegeben werden, sein Ausgangssignal ein Ilauptvertikalnachführungssignal wird. Wenn das Differentialausgangssignal 17-7 ^auf einen Addierer 17-3
zusammen mit dem Differentialausgangssignal 17-8 gegeben
wird, nachdem die Polarität des ersteren umgekehrt wurde, entspricht das Ausgangssignal des Addierers 17-3 der
Grosse der Bewegung ς" des Kreiselgehäuses 1 in der Nord-Südrichtung relativ zu dem Tank 2. Das Ausgangssignal des Addierers 17-3 wird daher über einen Spannungsteiler 17-^ zu dem Ausgangssignal des !Comparators I7-I addiert und
das addierte Ausgangssignal wird über den Servoverstärker 30 auf die Steuerwicklung des Azimuth-Servomotors 1° gegeben, durch den der Draht 3 entsprechend der Neigung des Kreisels relativ zu der horizontalen Ebene verdreht wird, um ein Drehmoment auf den Kreisel und seine vertikale
Achse auszuüben und so die Dämpfung der nordensuchenden
Wirkung des Kreisels zu bewirken» Bei dem vorliegenden
Beispiel werden die additiven und subtraktiven Vorgänge
durch Verwendung des Funktionsverstärkers erreicht, es
ist jedoch offensichtlich, dass, wenn das Signal wie beim Beispiel der Fig. 13 ein Wechselspannungssignal ist, diese Vorgänge mittels eines Funktionsverstärkers oder eines
Transformators durchgeführt werden können.

Obwohl die vorherigen Beispiele in Verbindung mit Gehäusen beschrieben wurden, bei denen eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Spulen besteht und die lichtgebenden und lichtempfangenen Elemente als kontaktlose Verstellungsdetektorvorrichtung verwendet werden, braucht die Dämfpungs-

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-2k-

vorrichtung der Erfindung nicht hierauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann auch eine ein Hallelement verwendende Detektorvorrichtung, eine zur Ermittlung der Änderung der Kapazität eines Kondensators geeignete Vorrichtung od.dgl. verwendet werden. Jede Vorrichtung kann verwendet werden, solange sie den Nachführungspunkt des Azimuth-Nachführungsservosystems entsprechend der Grosse der Bewegung des Kreiselgehäuses 1 in der Nord-Südrichtung relativ zu dem Tank 2 vorspannen kann, um den Aufhängedraht zu verdrehen und dadurch die Dämpfungswirkung für den nordensuchenden Vorgang des Kreisels zu erreichen.

Wie aus dem Vorherigen ergibt, kann gemäss der Erfindung der Dämpfungsvorgang mit einem extrem einfachen und billigen Verfahren erreicht werden, und da der Dämpfungsvorgang elektrisch ausgeführt wird, ist es möglich, die Grosse der Dämpfung einzustellen und die Dämpfungsunterbrechung, die bei Kriegsschiffen während des Drehens od.dgl. angewandt wird, zu unterbrechen, und dennoch wird eine teure Vorrichtung, wie ein Beschleunigungsmesser od.dgl. für die Ermittlung der Neigung des Kreisels nicht verwendet.

Im folgenden wird eine weitere verbesserte konkrete Konstruktion des in den Figuren 1 bis 3 verwendeten Aufhängedrahtes beschrieben. Im Falle der zuvor anhand der Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung wird, wenn die Drallachse des Kreiselrotors geneigt ist, ein Rückstelldrehmoment durch die Schwerkraft erzeugt, das proportional der effektiven Masse entsprechend der Differenz zwischen der Gesamtmasse des Kreiselgehäuses 1 und dem Gesamtauftrieb des Kreiselgehäuses 1 durch das Dämpfungsöl 7t der Länge r des Arms ist, d.h. dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt O₁ und dem

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Verbindungspunkt Q des Drahtes 3 mit dem Kreiselgehäuse 1 in Fig. 7 und dem zuvor erwähnten Neigungswinkel ist, und das Rückstelldrehmoment wirkt auf den Kreisel. Die Achse des Kreisels, auf die dieses Rückstelldrehmoment wirkt, verläuft senkrecht zu der Ebene, in der die Drallachse und die Schwerkraftlinie liegen, wie zuvor anhand der Fig. 7 beschrieben wurde. Um den Kreiselkompass der Erfindung mit der dargestellten Vorrichtung zu erhalten, indem man das Rückstellmoment gleich dem für den nordensuchenden Vorgang des Kreiselkompasses notwendigen Drehmoment gleichmacht, ist es notwendig, die effektive Masse des Kreiselkompasses durch Einstellung seines Auftriebs geeignet auszuwählen, da die Länge r des Arms im wesentlichen gleich dem Radius des Kreiselgehäuses 1 ist. Ein solches Vorgehen ist für die Konstruktion zweckmässig. Eine Erhöhung des Auftriebs führt ausserdem allgemein zu einem grossen Platzbedarf des Kreiselgehäuses 1 und zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.

Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Kreiselgehäusetragvorrichtung verwendet, die frei von den oben erwähnten Nachteilen ist..Bei dieser Vorrichtung können die Masse des Kreiselgehäuses und der darauf wirkende Auftrieb frei gewählt werden und durch Bestimmung der Länge r des Arms in Übereinstimmung hiermit kann das Drehmoment, das den Erfordernissen vieler Kreiselvorrichtungen entspricht, leicht erhalten werden.

Anhand der Fig. 16 wird die oben erwähnte Ausführungsform der Kreiseltragvorrichtung im folgenden beschrieben.

In dieser Figur Ist mit 1 ein Kreiselgehäuse bezeichnet, «las einen Kreiselrotor 1 ' aufnimmt', der sich mit hoher Ge-

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schwindigkeit wie bei den vorherigen Beispielen dreht, und mit 2 ein Tank bezeichnet, der bei diesem Beispiel z.B. aus drei Tankteilen besteht. Der Raum zwischen dem Tank und dem Kreiselgehäuse 1 ist mit Dämpfungsöl 7 gefüllt, wie zuvor beschrieben wurde. Bei dem Beispiel der Fig. besteht der Aufhängedraht bzw. das Aufhängeelement aus einem oberen Aufhängedraht 3-1a» zwei unteren Aufhängedrähten 3-2a und einem Aufhängestab 3-3a zur Verbindung der Drähte 3-1a und 3-2a. Das obere Ende des oberen Drahts 3-1a ist an einem Rahmen 2b an dem Deckel 2a des Tanks und das untere Ende ist an dem Stab 3-3^a im wesentlichen an deranMitte befestigt. Die oberen Enden der Drähte 3-2a sind mit den beiden Enden des Stabes 3-3& und ihre unteren Enden sind mit Befestigungseinrichtungen 3-^ ^a" Punkten Q₁ befestigt, die an der Umfangsflache des Kreiselgehäuses 1 befestigt sind. Es ist auch möglich, dass die Befestigungseinrichtungen 3-k weggelassen werden und die unteren Enden der Drähte 3-2a direkt an dem Kreiselgehäuse 1 befestigt werden.

Bei Verwendung eines einzigen Aufhänge-drahtes, wie zuvor anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben wurde, kann der vertikale Abstand zwischen dem Verbindungspunkt des Aufhängedrahtes mit dem Kreiselgehäuse und dem Schwerpunkt des Kreiselgehäuses üblicherweise nicht kleiner als der Radius des Kreiselgehäuses gewählt werden, wenn man dem Kreiselgehäuse nicht eine besondere Form gibt. Wenn der Aufhängedraht jedoch obere und untere Teile unterteilt ist, wie oben beschrieben wurde, ist der Wahl der Verbindungspunkte des Kreiselgehäuses 1 mit den unteren Aufhängedrähten 3-2a keine Grenze gesetzt und der Abstand r zwischen dem Schwerpunkt 0 und dem Punkt Q₁ des

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Kreiselgehäuses 1 kann wie gewünscht werden, so dass der Kreiselkompass der Erfindung leicht nur durch Änderung der Lange des Arms r- gebildet werden kann. Da es ausreicht, nur das Kreiselgehäuse 1 flüssigkeitsdicht zu machen, kann das Kreiselgehäuse 1 mit minimalem Volumen konstruiert werden und dies trägt wesentlich zur erminderung der Grosse der Vorrichtung bei.

Bei dem obigen Beispiel können die Drähte 3-1a,und 3-2a aus Metalldraht hergestellt sein, sie können jedoch auch aus einem Bündel mehrerer Metalldrähte hergestellt sein und es können ausserdem auch streifenartige Teile verwendet werden. Dies bedeutet, dass die Konstruktion des Aufhängedrahtes nicht beschränkt ist, solange er das Kreiselgehäuse 1 zur Erreichung des Zwecks der Erfindung tragen kann.

Die Figuren IJA und 1?B sind vergrösserte Front- und Seitenansichten, aus denen die Konstruktion eines Beispiels des Aufhängestabs 3-3a hervorgeht. Wie in den Figuren gezeigt ist, besteht der Stab aus einem eigentlichen Stab a und einer daran z.B. mittels Schrauben c befestigten Plattenfeder b. Die beiden unteren Drähte 3-2a sind z.B. durch Muttern d an den beiden Enden der Plattenfeder b an ihren oberen Enden befestigt.

Fig. 18 zeigt nur die Feder b, die in Fig. I7B gezeigt ist. Die Feder b ist so geformt, dass in ihrem freien Zustand der zentrale Teil flach und die beiden Enden in der durch unterbrochene Linien in der Figur gezeigten Weise gebogen sind. Wenn daher die Feder b mit dem eigent-

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lichen Stab a verbunden wird, wird auf die gebogenen Enden zuvor eine nach unten gerichtete Last S ausgeübt. Die Last S wird grosser als die Zugkraft gewählt, die durch die Beschleunigung verursacht wird, die bei der normalen Navigation auftritt und der eigentliche Stab a und die Plattenfeder b wirken als einheitlicher Körper. Wenn die Drähte J-λΆ, 3-2a einer solch grossen Beschleunigung unterworfen werden, dass sie brechen, dient der Stab b als Feder, um den Bruch der Drähte 3-"la, 3-2a zu verhindern.

Bei dem obigen Beispiel wird eine Feder verwendet, an der zuvor eine Last angreift, es kann jedoch der Stab 3-3& selbst als Feder ausgebildet werden und auch in diesem Falle wird der zuvor erwähnte Zweck in gleicher Weise erreicht.

Fig. 19 und 20 zeigen Beispiele der Erfindung, die alle vorstehend beschriebenen Techniken verwirklichen. In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 1 und 16 die gleichen Bauteile. In Fig. 16 ist das obere Ende des Aufhängedrahtes 3-1a direkt mit dem Tank 2 verbunden, während in Fig. 19 der Aufhängedraht 3-1a an einem Aufhängeteil 2-d befestigt ist, das an dem Tank 2 befestigt ist. In Fig. 20 ist mit 26a ein Schleifring, mit 31a ein äusseres Gehäuse und mit 32 und 33& Flüssigkeitsniveaus zur Ermittlung der Horizonte des horizontalen Rings 12 und des Tanks 2 bezeichnet.

Die wesentlichen konstruktiven Merkmale der Erfindung, die sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergeben, werden im folgenden zusammengefasst:

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1. Ein kleiner und kompakter Kreiselkompass geschaffen werden. Die Erfindung benötigt nämlich keinen Flüssigkeitsballast, der bei den üblichen Sperry-Kreiselkompassen unerlässlich ist. Ausserdem ist es nicht notwendig, dass das spezifische Gewicht des Kreiselgehäuses 1 mit dem einer Tragflüssigkeit wie bei anderen Schwimmkreiseln übereinstimmt j so dass das Kreiselgehäuse sehr klein im Vergleich zu den üblichen Kreiseln gemacht werden kann. Ausserdem ist es völlig unnötig, zwei Kreisel zu verwenden.

2. Ein sehr genauer Kreiselkompass wird geschaffen. Keine mechanischen Kontaktelemente, wie Kugellager od.dgl. werden verwendet, selbst wenn ein Kreisel mit sehr kleinem Winkelmoment verwendet wird, kann ein Kreiselkompass mit hoher Genauigkeit erhalten werden.

3. Der Kreiselkompass der Erfindung ist rein mechanisch

in

und der Mechanik einfach wie eine nordensuchende Vorrichtung und ist daher sehr zuverlässig. Ausserdem wird das nordensuchende Drehmoment von dem Kreisel selbst erzeugt, so dass keine Verminderung der Genauigkeit infolge eines Servofehlers und der Totzone des

Beschleunigungsmessers auftritt.

h. Der Kreiselkompass der Erfindung kann sehr klein gemacht werden und kein teurer Beschleunigungsmesser wird verwendet, so dass mit relativ geringen Kosten ein Kreiselkompass mit hoher Genauigkeit geschaffen werden kann.

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5· Wenn der Kreisel im Ruhezustand ist, wird die Drallachse des Kreisels horizontal gehalten, so dass die Einstellzeit des Kreisels beim nachfolgenden Vorgang kurzer ist als bei anderen Kreiselkompassen; dies ist in der Praxis sehr nützlich.

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Claims (11)

Patentans prüche

1. Kreiselkompass, bestehend aus einem Kreiselgehäuse mit einem Kreisel, dessen Drallachse im wesentlichen horizontal gehalten wird, einem das Kreiselgehäuse umgebenden Behälter, der eine Flüssigkeit enthält, einer ersten Halteeinrichtung, um das Kreiselgehäuse in dem Behälter zu halten, einer zweiten Halteeinrichtung, um den Behälter mit drei Freiheitsgraden zu halten, und einer Servoeinrichtung, um den Behälter zu veranlassen, das Kreiselgehäuse um seine Achse in einer Schwerkraftrichtung nachzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Kreiselgehäuses grosser ist als der von der Flüssigkeit verursachte Auftrieb, dass die Mitte des Auftriebs mit dessen Schwerpunkt zusammenfällt, dass die erste Halteeinrichtung ein Aufhängeteil aufweist, das die obere Innenseite des Behälters mit dem Kreiselgehäuse verbindet, so dass es als Pendel in dem Behälter wirkt₉ und dass der Verbindungspunkt des Aufhängeteils mit dem Kreiselgehäuse über dem Schwerpunkt des Kreiselgehäuses liegt, so dass ein Drehmoment proportional der Neigung der Drallachse des Kreisels relativ zu einer horizontalen Ebene und auch proportional zu dem Restgewicht des Kreiselgehäuses um eine Achse senkrecht zu der die Drallachse des Kreisels enthaltenden Ebene und eine Schwerlinie erzeugt wird, um einen norden suchenden Vorgang des Kreisels zu bewirken.

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2. Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichungsdetektorvorrichtung zur Ermittlung der Abweichung des Kreiselgehäuses in Richtung seiner Drallachse relativ zu dem Behälter zwischen dem Behälter und dem Kreiselgehäuse vorgesehen ist, um einen Nachführungsfehler in der Servoeinrichtung entsprechend der Abweichung zu veranlassen und das Aufhängeteil entsprechend dem Nachführungsfehler zu verdrehen, um dadurch dem Kreiselgehäuse entsprechend der Verdrehung des Aufhängeteils ein Drehmoment aufzuprägen und dem Kreisel eine Dämpfungswirkung zu verleihen.

3* Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ausreichend hoch viskos ist, um die Abweichung des Kreiselgehäuses in Richtung der Drallachse relativ zu dem Behälter in der Rollbewegungs- und/oder Stampfbewegungsperiode eines Schiffes zu vermindern.

4. Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halteeinrichtung aus drei Aufhängedrähten und einem Tragteil besteht, dass das Kreiselgehäuse an den drei Aufhängedrähten an zwei Stellen an seiner Aussenseite aufgehängt ist, dass die freien Enden der beiden Aufhängedrähte an dem Tragteil befestigt sind, und dass das Tragteil von dem anderen verbleibenden Aufhängedraht getragen wird.

5. Kreiselkompass nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil der ersten Halteeinrichtung eine Plattenfeder ist, die vorbelastet ist.

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6. Kreiselkompass nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung der Abweichung des Kreiselkompasses in Richtung seiner Drallachse ein elektromagnetischer Messwertgeber ist.

7. Kreiselkompass nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Abweichung des Kreiselkompasses in Richtung seiner Drallachse ein photoelektrischer Messwertgeber ist.

8. Kreiselkompass nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine horizontale Nachführungsservovorrichtung.

9. Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halteeinrichtung zwei horizontale Wellen, die an dem Behälter an Stellen senkrecht zu der die Drallachse des Kreisels enthaltenden Ebene und der Schwerkraftlinie angeordnet sind, sowie einen horizontalen Ring mit zwei Lagern, die die beiden horizontalen Wellen und zwei Kardanwellen an Stellen im wesentlichen senkrecht zu den beiden Lagern drehbar tragen, wobei der horizontale Ring ausserhalb des Behälters angeordnet ist, einen Nachführungsring mit zwei Lagern, die die beiden Kardanwellen und zwei Nachführungswellen an Stellen im wesentlichen senkrecht zu den beiden Kardanwellenlagern und in der vertikalen Richtung drehbar tragen, wobei der Nachführungsring ausserhalb des horizontalen Rings angeordnet ist, und ein Kompassgehäuse mit zwei Lagern, die die beiden Nachführungswellen drehbar tragen, aufweist.

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10. Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halteeinrichtung zwei Kardanwellen, die an dem Behälter in der Richtung der Verlängerung der Drallachse des Kreisels befestigt sind, einen horizontalen Ring mit zwei Lagern, die die beiden Kardanwellen und zwei horizontale Wellen, die an Stellen im wesentlichen senkrecht zu den beiden Kardanwellenlagern angeordnet sind, drehbar tragen, wobei der horizontale Ring ausserhalb des Behälters angeordnet ist, einen Nachführungsring mit zwei Lagern, die die beiden horizontalen Wellen und zwei Nachführungswellen an Stellen senkrecht zu den beiden horizontalen Wellenlagern drehbar tragen, wobei der Nachführungsring ausserhalb des horizontalen Rings angeordnet ist, und ein Kompassgehäuse mit zwei Lagern, die die beiden Nachführungswellen drehbar tragen, aufweist.

11. Kreiselkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung zwei horizontale Wellen, die an der Aussenseite des Behälters an Stellen senkrecht zu der die Drallachse des Kreisels enthaltenden Ebene und der Schwerkraftlinie befestigt sind, einen Nachführungsring mit zwei Lagern, die die beiden horizontalen Wellen und zwei Nachführungswellen, die an Stellen senkrecht zu den beiden horizontalen Wellenlagern angeordnet sind, drehbar tragen, wobei der Nachführungsring ausserhalb des Behälters angeordnet ist, einen ersten Kardanring mit zwei Lagern, die die beiden Nachführungswellen und zwei erste Kardanwellen an Stellen im wesentlichen senkrecht zu den beiden Nachführungswellenlagern drehbar tragen, wobei der erste Kardanring ausserhalb des Nachführungsrings angeordnet ist, einen zweiten Kardanring mit zwei ersten Lagern,

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die die beiden ersten Kardanwellen und zwei zweite Kardanwellen, die an Stellen im wesentlichen senkrecht zu den ersten Kardanwellenlagern angeordnet sind, drehbar tragen, wobei der zweite Kardanring ausserhalb des ersten Kardanrings angeordnet ist, und ein Kompassgehäuse mit zwei zweiten Lagern, die die beiden zweiten Kardanwellen drehbar tragen, aufweist.

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