DE2427192B2

DE2427192B2 - Kreiselgeraet mit einem kugelfoermigen schwimmer

Info

Publication number: DE2427192B2
Application number: DE19742427192
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing.; Emshoff Heiko Dipl.-Phys.; Otto Hans-Peter; 2300 Kiel Ehrich
Original assignee: Anschütz & Co GmbH, 2300 Kiel
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1974-06-05
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1037899B; DE2427192C3; GB1505519A; JPS5110275A; FR2274026A1; NO139579B; FR2274026B1; DE2427192A1; NO751805L; US4008623A; NO139579C

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselgerät mit einem kugelförmigen Schwimmer, der einen oder mehrere elektrisch angetriebene Kreisel enthält und in einer Flüssigkeit schwimmt, die einen engen Spalt zwischen dem Schwimmer und einer diesen mindestens teilweise umgebenden Hülle ausfüllt und, gefördert durch eine Pumpe, durch einen Einlaß in den Spalt und im Kreislauf durch diesen Spalt hindurch und durch einen Auslaß aus dem Spalt heraus fließt, dabei den Schwimmer in der Hülle zentriert und dann außerhalb der Hülle in den Einlaß zurückkehrt (US-PS 33 73 617, Fig. 13).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Kreiselgerät so auszugestalten, daß eine sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeit in dem Spalt ausreicht, um auch bei hohen seitlichen Beschleunigungen ein

Anstoßen des kugelförmigen Schwimmers an der umgebenden Hülle mit Sicherheit zu verhindern. Je langsamer die Flüssigkeit strömt, um so geringer ist die Gefahr, daß die Strömung auf den Schwimmer Drehmomente ausübt. Solche Drehmomente würden störende Präzessionsbewegungen des Schwimmers hervorrufen.

Die Kraft, mit der die strömende Flüssigkeit ein Anstoßen des kugelförmigen Schwimmers an der umgebenden Hülle verhindert, sei nachstehend mit »Steifigkeit« bezeichnet. Es ist nicht nur erwünscht, daß eine hohe Steifigkeit bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird; darüber hinaus ist es erwünscht, daß die Steifigkeit in waagerechter Richtung annähernd ebenso groß ist wie die Steifigkeit in lotrechter Richtung.

Bei dem bekannten Kreiselgerät ist die Innenfläche der Hülle halbkugel- oder kugelförmig gestaltet, und im Betriebszustand ist der Schwimmer in der Hülle zentriert, so daß der Spalt durchweg die gleiche Weite aufweist. Bei dieser Ausgestaltung wird die das Übergewicht des Schwimmers tragende Kraft durch die Strömung nur dann ausgeübt, wenn deren Geschwindigkeit verhältnismäßig noch bemessen ist und die Strömung daher mindestens teilweise turbulent erfolgt. Bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit ist die Steifigkeit der Lagerung des Schwimmers nicht ausreichend groß. Außerdem beträgt die Steifigkeit in lotrechter Richtung ein Mehrfaches derjenigen in waagerechter Richtung, was ungünstig ist.

Gerade das führt aber leicht dazu, daß die Strömung störende Drehmomente auf de:n ScI,wimmer ausübt.

Erfindungsgemäß weicht nun die Innenfläche der Hülle zwischen Einlaß und Austrittsstelle von der Kugelgestalt so viel ab, daß bei zentrierter Lage des kugelförmigen Schwimmers der Spaltquerschnitt (Spaltweite mal Schwimmerumfang) an der Austrittsstelle zwischen dem 0,9- und l,3fachen des Spaltquerschnittes am Einlaß beträgt und daß die zeitliche Fördermenge der Pumpe im Verhältnis zur Spaltweite eine Größe aufweist, derzufolge die Flüssigkeit den Spalt durchweg mit einer laminaren Strömung durchfließt.

Dank dieser Ausgestaltung übt die Flüssigkeit auch bei sehr langsamer Strömung auf den Schwimmer eine aufwärts gerichtete Kraft aus, die ausreicht, um das Übergewicht zu tragen, wobei sich diese Kraft etwaigen Schwankungen des Übergewichts — solche Schwankungen können temperaturbedingt sein — selbsttätig anpaßt. Steigt das Übergewicht, etwa infolge von Wärmeausdehnung der Flüssigkeit, und sinkt der Schwimmer entsprechend ab, dann verringert sich der Strömungsquerschnitt des Spaltes. Bei unveränderter Fördermenge der Pumpe steigt daher der statische Druck unter dem Schwimmer und wirkt dem Absinken des Schwimmers entgegen. Aus diesem Grunde kann der Schwimmer nur um ein unschädliches Maß sinken.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kreiselgerätes werden etwaige Störmomente auf das Maß verringert, das bei hochwertigen Kreiselgeräten, zum Beispiel Kreiselkompassen, noch zulässig ist. Trotz der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit wird der Schwimmer auch unter dem Einfluß von Strömkräften in seiner Hülle einwandfrei zentriert und an einem Anstoßen an die Hülle gehindert, so daß der Schwimmer mit den ihn umgebenden Teilen keinen mechanischen Kontakt erhält. Insbesondere rufen waagerechte Beschleunigungen des Kreiselgerätes keine unzulässigen

Verlagerungen des Schwimmers in dieser waagerechten Richtung hervor. Bei einem Gewicht des Schwimmers von 8,5 kp sind durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Störmomente auf unter O₁Oi cm ■ ρ herabgesetzt. Handelt es sich bei dem Kreiselgerät um einen Kompaß, so wird dadurch eine Anzeige des Azimuts mit einer Genauigkeit von ±0,1° gewährleistet. Bei kleineren Kreiselsystemen mit einem entsprechend geringeren Gewicht des Schwimmers sind die zulässigen Störmomente noch um zwei Größenordnungen kleiner.

Vorzugsweise hat der Spalt an seinem Einlaß eine Weite, die etwa 0,013 des waagerechten Schwimmerdurchmessers an dieser Stelle aufweist. An seinem Austritt hat der Spalt eine Weite von etwa 0,0075 des waagerechten Schwimmerdurchmessers, aber mindestens eine Weite von 0,5 mm.

Bei dem in der US-PS 33 73 617 mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel kommuniziert die Druckseite der Pumpe mit dem Spalt durch einen Kranz von Bohrungen oder durch einen Ringspalt, dessen Ebene die Hochachse der Hülle unter ihrer MiUe rechtwinklig schneidet, und bei welchem der Spalt im größten Bereich der Oberseite des Schwimmers wesentlich weiter bemessen ist als im Bereich der Unterseite des Schwimmers. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für das Kreiselgerät nach der Erfindung.

In den Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht sind, zeigt

Fig. 1 schematisch einen lotrechten Schnitt durch einen Kreiselkompaß, der links von der lotrechten Mittellinie ein erstes Ausführungsbeispiel und rechts von der lotrechten Mittellinie ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wobei der kugelförmige Schwimmer nicht im Schnitt sondern im Aufriß wiedergegeben ist,

Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel mit der im Schnitt veranschaulichten Hülle, in welcher der im Aufriß gezeigte kugelförmige Schwimmer um den Betrag a gegenüber seiner Normallage gesunken ist,

Fig. 3 das zweite Ausführungsbeispiel mit der im Schnitt dargestellten Hülle, in welcher der im Aufriß gezeigte kugelförmige Schwimmer unter dem Einfluß einer waagerechten Beschleunigungskraft um die Strecke b seitlich verlagert ist,

Fig. 4 die im lotrechten Schnitt dargestellte Hülle einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit dem im Aufriß gezeigten kugelförmigen Schwimmer und

F i g. 5 den Druckverlauf im Spalt.

Das in Fig. 1 gezeigte Kreiselgerät ist mit einem kugelförmigen Schwimmer 10 ausgerüstet, der einen oder mehrere elektrisch angetriebene Kreisel enthält, etwa nach Art des bekannten Anschütz-Kugelkreiselkompasses. Dieser Schwimmer schwimmt in einem flüssigen Elektrolyten, der einen engen Spalt zwischen einem Schwimmer 10 und einer Hülle 12 ausfüllt. Diese Hülle umgibt den Schwimmer entweder vollständig oder doch mindestens, wie in den Fig. 3 und 4 der IJS- PS 33 73 617 gezeigt, teilweise. Die Hülle 12 trägt unter ihrem Boden eine Zentrifugalpumpe, deren Läufer 14 um eine durch den Mittelpunkt Aider I lulle verlaufende Achse 16 umläuft und durch einen nicht näher dargestellten Elektromotor angetrieben wird. Dieser Läufer 14 saugt die Flüssigkeit von unten her durch eine Ansaugöffnung 18 an, die mit dem Inneren eines Mantels 20 kommuniziert, der die Hülle 12 und die Pumpe mit Abstand umgibt. Die über dein Läufer 14

befindliche Druckseite der Zentrifugalpumpe steht durch Kanäle 21 mit den im Boden der Hülle vorgesehenen Einlaßöffnunger,: 22 in Verbindung, die von einem Kranz von Löchern oder von einem Ringspalt gebildet werden und in einer waagerechten Ebene 24 liegen, welche die Hüllenachse 16 unter deren Mittelebene 26 rechtwinklig schneidet.

Der Schwimmer besteht auf seiner Außenfläche und die Hülle auf ihrer Innenfläche aus einem elektrischen Isolierstoff; doch ist der Schwimmer auf seiner Außenfläche mit begrenzten Elektrodenflächen versehen, denen entsprechende Elektrodenflächen auf der Innenfläche der Hülle gegenüberliegen. Ein Paar dieser Elektrodenflächen erstreckt sich längs des Äquators des Schwimmers, ein weiteres Paar am oberen Pol und ein drittes Paar am unteren Pol. Durch diese leitenden Elektrodenflächen wird in bekannter Weise den im Inneren des Schwimmers befindlichen Läufermotoren der Strom zugeleitet. Auch dient dieser Strom dazu, einen Nachlaufmotor zu steuern, der die im Mantel 20 um die Hochachse 16 drehbar gelagerte Hülle 12 antreibt und dem Schwimmer bei seiner Drehung um die Hochachse nachlaufen läßt.

Über der oberen Hälfte des Schwimmers 10 ist die Hülle 12 mit einer Auslaßöffnung 28 versehen, die von einem Kranz von Löchern oder von einem Ringspalt gebildet sein kann. Die Außenfläche des Mantels 20 ist ganz oder teilweise gekühlt.

Gefördert durch die Pumpe fließt die Elektrolytflüssigkeit im Kreislauf durch den Einlaß 22 in den zwischen dem Schwimmer und der Hülle befindlichen engen Spalt hinein und durch diesen hindurch über die Elektrodenflächen und durch die Auslaßöffnung 28 heraus. Dabei zentriert die strömende Flüssigkeit den Schwimmer 10 in der Hülle 12. Die aus der Auslaßöffnung 28 austretende Flüssigkeit bestreicht dann die gekühlten Flächen des Mantels 20 und fließt dann zur Ansaugöffnung 18 der Pumpe 20, um schließlich in den Einlaß 22 zurückzukehren.

Der Spalt zwischen der Kugel 10 und ihrer Hülle 12 ist oberhalb der waagerechten Mittelebene 26 weiter bemessen als unterhalb. Wenn nun, wie bekannt, unterhalb der waagerechten Mittelebene 26 der Hülle der Spalt zwischen dieser und dem Schwimmer bei dessen Betriebsstellung überall die gleiche Weite hätte, dann würde sich der Spaltquerschnitt (Q=Jt ds) mit dem vom Einlaß zum Auslaß zunehmenden waagerechten Schwimmerdurchmesser s vergrößern und die Strömungsgeschwindigkeit würde entsprechend abnehmen. Eine starke Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere eine starke Verringerung, führt aber zu instabilen Strömungsverhältnissen. Diese geben zu Störmomenten Anlaß.

Abweichend vom Bekannten wird die Weite des Spaltes jedoch nach oben kleiner bemessen.

Bei dem in der linken Hälfte der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel hat der vom Punkt Af aus gemessene Radius der Hülle 12 in der unteren Hälfte der Hülle seinen größten Wert längs der Achse 16 und seinen kleinsten Wert in der Ebene 26. Dazwischen nimmt der Radius gleichmäßig ab. Zwischen der Ebene 26 und dem darüber auf der Innenfläche der Hülle gelegenen Kreis 30 bleibt der Radius ungefähr gleich groß. Oberhalb des Kreises 30 nimmt er dann stetig bis zu einem Höchstwert zu, so daß der Spalt seine größte Weite über der Kugel 10 hat. Der Kreis 30 stellt die »Austrittsstelle« des engen Spaltes dar.

Bei einem Schwimmer kann die Weite des Spaltes am

Einlaß, d. h. bei 22, 0,013 des Schwimmerdurchmessers und oben, d. h. bei 30 oder 30', 0,0075 des Schwimmerdurchmessers betragen. Zwischen diesen Werten ändert sich die Spaltweite stelig. Den Wert von 0,5 mm darf die Spaltweite in der Ebene 26 und bis zum Kreis 30 jedoch ■> nicht unterschreiten. Diese Angaben gelten für den Fall, daß die Mitte M des Schwimmers mit dem Mittelpunkt Mder Hülle zusammenfällt.

Die Spaltweite am Einlaß bei 22 und am Auslaß bei 30 oder 30'errechnet sich nach der Formel: κι

1,3 A.v₀ Z S₁ Z 0.9 4--ν«,

wobei So die Spaltweite am Einlaß, du den waagerechten ι > Schwimmerdurchmesser am Einlaß, si die Spaltweite am Auslaß und d\ den waagerechten Schwimmerdurchmesser am Auslaß bedeuten.

Dank dieser Ausgestaltung ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit im Spalt zwischen den Ebenen :o 24 und 26 entweder gar nicht oder nur sehr wenig. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Strömungsquerschnitt an jeder Stelle dem Produkt der Spaltweite mit dem waagerechten Schwimmerdurchmesser an dieser Stelle vcrhältnisgleich ist, also unter Umständen gleichbleibt, :s wenn die Weite mit zunehmendem radialen Abstand von der Achse 16 entsprechend kleiner wird.

Die Innenfläche der Hülle hat eine solche Form, daß sich der kugelförmige Schwimmer 10 beim Absinken längs eines waagerechten Kreises 32 an die Hülle 12 v> anlegt. Der halbe Zentriwinkel β dieses Kreises beträgt vorzugsweise 45°.

Die Lage des Einlasses 22 ist in F i g. I durch den halben Zentriwinkel λ bestimmt. Dieser beträgt vorzugsweise 25°, kann aber zwischen 0 und 45" u schwanken.

Der Verlauf des Flüssigkeitsstromes entspricht demjenigen, den er bei unmittelbarer Verbindung der Ansaugöffnung 18 mit den Kanälen 20, als bei Fortfall der Pumpe 14, unter dem Einfluß der Konvektion ν nehmen würde. Die die Art der Strömung beeinflussenden Größen, wie mittlere Strömungsgeschwindigkeit, Spaltwcilc, dynamische Zähigkeit usw., sind so gewählt, daß die Strömung im gesamten Lagerbereich, auch bei den unvermeidlichen Qucrsehnittsvcränderungcn, lami- -is nur bleibt. Das Gewicht des Schwimmers überschreitet das Gewicht der durch ihn verdrängten Flüssigkeit um einen Betrag, der hier als »Übergewicht« bezeichnet wird. Dieses Übergewicht muß durch die Strömung getragen werden, Diese muß also auf die untere Hälfte ·><> des Schwimmers einen größeren statischen Druck als auf die obere Hälfte des Schwimmers ausüben, und der Unterschied dieser Drücke muß dem Übergewicht entsprechen, Zur Erzielung der erforderlichen Druckdifferenz muß zwischen den Ebenen 24 und 26 ein ^s entsprechend großer Druckabfall erfolgen. Es hat sich nun gezeigt, daß diese:' Druckabfall im wesentlichen durch die Reibung am Schwimmer und an der Hülle erreicht wird, sofern der Spalt genügend eng bemessen ist. Die Reibung hängt von der Größe des Strömlings· (> <> querschnitts, von den Oberflächen, von der Flicßgeschwindigkcit, von der Zähigkeit der Flüssigkeit und von der Länge des Spaltes nach der Formel ab:

wobei i/ die dynamische Zähigkeit der Flüssigkeit, /-'die Fläche, Λ die Spaltweite und ν die Strömungsgeschwindigkeit bedeutet. Je enger der Spalt ist, um so höher wird daher die Reibung. Der halbe Zentriwinkel α des Ringspaltes 22 beträgt vorzugsweise 25°, kann aber zwischen 0° und 45° schwanken. Der Kreis 30, über welchem sich der Spalt erweitert, kann über oder unter der Mittelebene 26 in einem Abstand angeordnet sein, der etwa 0,15 des Schwimmerdurchmessers beträgt.

In dem vom Ringspalt 22 umgebenden Bereich herrscht in dem Spalt zwischen dem Schwimmer 10 und der Hülle 12 ein konstanter Druck, der sich nicht ändert, wenn die Schwimmerkugel ihre zentrische Lage verläßt. Dieser Druck sei nachstehend mit P bezeichnet. Der niedrigere Druck in dem weiteren Spalt oberhalb des Schwimmers 10 sei mit ρ bezeichnet.

Eine große Bedeutung für die Eigenschaften des Lagers hat der Verlauf des Strömungsquerschnittes in dem tragenden Bereich zwischen den Ebenen 24 und 26. Wie erläutert, wird er am besten so gewählt, daß bei zentrierter Lage des Schwimmers der Strömungsquerschnitt gleich groß bleibt oder etwas zunimmt. Der Strömungsquerschnitt des Spaltes im Bereich der Einlaßöffnungen 22 steht also zum Strömungsquerschnitt in der Ebene 26 im Verhältnis 1 : 1,3 bis I :0,9. Weil der Abstand zwischen dem Einlaß 22 und dem Kreis 30 verhältnismäßig groß gewählt ist, läßt sich der erforderliche Druckabfall von P auf ρ erreichen, ohne daß dazu der Spalt sehr eng bemessen weiden müßte. Die mittlere Spaltweitc beträgt vorzugsweise 0,01 des Schwimmerdurchmessers, jedoch nicht weniger als 0,5 mm.

Der statische Druckunterschied zwischen /'und ρ isi sehr klein, da der Druck auf eine verhältnismäßig große Fläche wirkt und da das Übergewicht sehr gering ist. Die Druckdifferenz beträgt nur wenige mm Wassersäule.

Erwärmt sich die Tragflüssigkeit, dann steigt das Übergewicht und sucht die Mitte des Schwimmers bis unter die Mitte M der Hülle abzusenken. Wirkt eine waagerechte Beschleunigung auf das Kreiselgerät, dann sucht sich die Schwimmermitte mit Hcziig auf die Stelle M seitlich zu verlagern. Ein großer Vorzug der beschriebenen Ausgestaltung besteht nun in dor selbsttätigen Regelwirkung, durch die solchen Verlagerungen der Schwimmermitte entgegengewirkt wird. Sinkt die Kugel beispielsweise, dünn wird dadurch der Strömungsquerschnitt im Spalt verringert. Dadurch wird der Druckunterschied zwischen /'und /»erhöht und ein weiteres Absinken verhindert. Die Fördermenge lter Zentrifugalpumpe ist von dem Strömungswiderstand im Spalt weitgehend unabhängig. Das ist der Grund, weshalb der Druckunterschied zwischen /' und μ beim Absinken der Kugel wächst.

Weshalb durch die beschriebene Ausgestaltung des Spaltes die Lagcrstcifigkeit in waagerechter Richtung erhöht wird, sei nunmehr mit Hilfe der in F i g. 5 dargestellten Druckverteilung erläutert. Beim Auftreten einer waagerechten Beschleunigung, also bei einer seitlichen Verlagerung der Schwimmermitte gegenüber dem Punkt M, verengt sich der Spall auf der einen Seite und erweitert sich auf der gegenüberliegenden Seite. In F i g. 3 ist auf der Abszisse die Spaltlänge vom EinlaU 22 bis zur Austrittsstclle 30 bzw. 30' und auf der Ordinate der statische Druck im Spalt dargestellt. Die durchgezogene Linie stellt den Druck im enger gewordenen Bereich des Spaltes und die gestrichelte Linie den Druck im erweiterten Bereich des Spaltes dar. Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß durch die seitliche

Verlagerung des kugelförmigen Schwimmers kurz vor dem Ende des Lagerspaltes bei 30 bzw. 30' eine Druckdifferenz entsteht. Wie Fig. 5 zeigt, ist der mittlere Druck im verengerten Bereich des Spaltes größer als im erweiterten Bereich des Spaltes. Da die beiden Bereiche die gleiche Fläche haben, ergibt sich eine zentrierende Kraft, welche den Schwimmer in die Mittellage zurückzuführen sucht und daher eine zu starke seitliche Verlagerung des Schwimmers und ein Anstoßen des Schwimmers an die Hülle mit Sicherheit verhindert. Die senkrecht auf die Kugeloberfläche wirkenden Druckkräfte treten in einem Bereich auf, in dem die horizontale Komponente dieser Kräfte besonders groß ist. Weshalb der Druck an derjenigen Seite der Schwimmerkugel größer wird, an der sich der Spalt verengt hat, läßt sich wie folgt erklären:

Im engeren Spalt herrscht ein größerer Reibungswiderstand. Dieser verringert die Strömungsgeschwindigkeit. Die Flüssigkeit fließt daher auf dieser Seite der Schwimmerkugel langsamer, als auf der gegenüberliegenden. Eine Verlangsamung der Strömung führt aber zu einer Erhöhung des in ihr herrschenden Druckes.

Durch die vorstehend angegebene Bemessung des Lagerspaltes ist die Steifigkeit der Lagerung in lotrechter Richtung annähernd ebenso groß wie die Lagersteifigkeit in waagerechter Richtung. Dadurch werden Anisoelastizitätseffekte vermieden, die zu einer Störung des Kreiselsystcms führen können.

Die beschriebene Bauart beruht also auf der Erkenntnis, daß ein Druck im Lagerspait nur dann entstehen kann, wenn der fließenden Flüssigkeit in diesem Spalt ausreichende Widerstände entgegenstehen. Diese Widerstände lassen sich durch enge Spalte verwirklichen. Enge Spalte, d. h. unter ca. 0,5 mm, sind aber aus verschiedenen Gründen praktisch nicht anwendbar. Daher wurde durch bewußte Anwendung einer ausreichenden Spaltlänge die Notwendigkeit unigangen, einen cnge.ren Spalt als zulässig wählen zu müssen.

Die auf den Schwimmer bei dessen seitlicher Verlagerung wirkende Rückstellkraft, dividiert durch das Maß der seitlichen Verlagerung, bezeichnet man als die Steifigkeit des Flüssigkcitslagers des Schwimmers. RIr die horizontale Steifigkeit ist das Verhältnis der von der Flüssigkeit ausgeübten Tragkraft /um Übergewicht der Kugel maßgebend. Dadurch ist die Beschleiini gungsfestigkeit des Schwimmers gegeben. Das Übergewicht muß so bemessen sein, daß es auch bei der größtmöglichen Verringerung in keinem I'alle vlt schwindet. Vorzugsweise beträgt es 0,003 bis 0,01 des Sehwimmergewichtes; jedoch sind etwas größere und kleinere Werte mich unwendbar. Für besonders hohe Beanspruchungen oder Anforderungen kann die Veränderung der Höhenlage der Kugel gemessen und durch ein Rcgclvcniil oder durch eine Veränderung der Ptimpcndrehzuhl stabilisiert werden, Dementsprechend wird dus Kreiselgerät mit einem die Höhenlage des Schwimmers gegenüber der Hülle abtastenden Fühler und mit einem durch diesen Fühler gesteuerten Regler verschen, der durch Änderung der Strömungsmenge die Höhenlage des Schwimmers in der Hülle auf einen Festwert regelt.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung, die in der rechten Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der Kreis 30 an die Stelle 30' unter die Ebene 26 verlegt ist. Auch erfolgt der Querschnittsübergang nicht allmählich, sondern plötzlich.

Fig. 2 zeigt die Lage des Schwimmers 10 nach Absinken seiner Mitte unter den Punkt M um die Strecke a. Man sieht, daß sich der Spalt verengt hat.

F i g. 3 zeigt das in der rechten Hälfte der F i g. 1 und in F i g. 2 veranschaulichte Kreiselgerät, nachdem sich der kugelförmige Schwimmer 10 um die Strecke b unter dem Einfluß einer Beschleunigungskraft nach rechts verlagert hat, wobei der Spalt bei 30' auf der rechten Seite verengt und auf der linken Seite erweitert ist.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die in Anlehnung an Fig. 5 der DT-OS 14 73 891 zusätzliche Auslässe 29 in dem Bereich aufweist, der von dem Kranz der Einlasse 22 umgeben ist. Die Auslässe 29 sind durch Leitungen mit der Ansaugöffnung 18 der Pumpe verbunden. Sie können auch durch eine einzige Ansaugöffnung 29' ersetzt sein.

Die oben erläuterten Beziehungen der verschiedenen Größen seien nachstehend in mathematischer Form klargestellt:

Es ist

R — Rcstgewicht(= Übergewicht) der Kugel b = die seitliche Beschleunigung

P — Lagerkraft erzeugt durch die Beschleunigung Δ, == Verlagerung infolge der Beschleunigungskraft S == Steifigkeit des Lagers in p/cm g =-- Erdbeschleunigung

Die Beschleunigungskraft K infolge der Beschleunigung feist

Mit der l.agerkraft /^J= S ■ A, isi die Verlagerung R b

und

(Il

bei gegebener zulässiger Verlagerung die Beschleiini gungsfestigkeit in Vielfachem von

«/> ■= Y-K. U>

Die Gleichungen (I) und (2) zeigen, daß da: Restgewicht R die Stabilität des Lagers beim Auftretet von Beschleunigungen wesentlich beeinflußt.

Da Auftricbsschwtinkungen unvermeidlich sind, emp fiehll es sieh, daß das Übergewicht gegenüber den Gewicht der durch ihn verdrängten Lileklrolytflüssigkci unter Betriebsverhülinisscn 0,3 bis 1% des Gewichte! des Schwimmers 10 betrügt, Entsprechendes gilt and für lotrechte Beschleunigungen,

I Ym/u 1 Mlail

Claims

Patentansprüche:

I. Kreiselgerät mit einem kugelförmigen Schwimmer, der einen oder mehrere elektrisch angetriebene Kreisel enthält und in einer Flüssigkeit schwimmt, die einen engen Spalt zwischen dem Schwimmer und einer diesen mindestens teilweise umgebenden Hülle ausfüllt und, gefördert durch eine Pumpe, durch einen Einlaß in den Spalt und im Kreislauf durch diesen Spalt hindurch und durch einen Auslaß aus diesem Spalt heraus fließt, dabei den Schwimmer in der Hülle zentriert und dann außerhalb der Hülle in den Einlaß zurückkehrt, wobei die Spaltweile im Betriebszustand an jedem Punkt zwischen dem Einlaß und einer etwa in der Äquatorhöhe des Schwimmers gelegenen Austrittsstelle kleiner als im Bereich zwischen der Austrittssteife und dem Auslaß bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Hülle (12) zwischen Einlaß (22) und Austrittsstelle (30,30') von der Kugelgestalt so viel abweicht, daß bei zentrierter Lage des kugelförmigen Schwimmers der Spaltquerschnitt (Spaltweite mal Schwimmerumfang) an der Austrittsstelle (30, 30') zwischen dem 0,9- bis l,3fachen des Spaltquerschnitts am Einlaß (22) beträgt, und daß die zeitliche Fördermenge der Pumpe (14) im Verhältnis zur Spaltweite eine Größe aufweist, der zufolge die Flüssigkeit den Spalt durchweg mit einer laminaren Strömung durchfließt.
2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Spaltes am Einlaß (22) 0,013 und an der Austrittsstelle 0,0075 des Schwimmerdurchmessers, aber mindestens 0,5 mm, beträgt.
3. Kreiselgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen die Höhenlage des Schwimmers (10) gegenüber der Hülle (12) abtastenden Fühler und durch einen durch diesen Fühler gesteuerten Regler, der durch Änderung der Strömungsmenge die Höhenlage des Schwimmers (10) auf einen Festwert regelt.
4. Kreiselgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine solche Form der Innenfläche der Hülle (12), daß sich der kugelförmige Schwimmer (10) beim Absinken an die Hülle (12) längs eines waagerechten Kreises (32) anlegt, der sich oberhalb des Einlasses (22) und unter dem Kugeläquator befindet.