DE259791C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, bei denen labil gelagerte Körper in der Weise durch ein oder mehrere Gyroskope im Gleichgewicht erhalten werden, daß durch äußere, in sinngemäßer Weise zur Wirkung gebrachte Kräfte die Präzessionsbewegungen der Gyroskope beeinflußt und Änderungen in der relativen Lage des Schwerpunktes des aufrecht zu erhaltenden Körpers gegenüber

ίο seinem Unterstützungspunkt herbeigeführt werden. Solche Einrichtungen sollen nach der Erfindung in der Weise ausgeführt werden, daß die äußeren oder Zusatzkräfte, die von den Präzessionsbewegungen der Gyroskope oder von dem Eintreten einer Relativbewegung des Gyroskoprahmens gegenüber seinem Träger bzw. der Neigung zum Eintritt einer solchen Bewegung oder von beiden Bewegungen gemeinsam abgeleitet werden, nach zwei und gegebenenfalls auch nach drei Gesichtspunkten gemeinsam geregelt werden. Die Kräfte werden nämlich abhängig gemacht

i. von dem Zeitintegral der den Gleichgewichtszustand störenden Kräfte (ist beispielsweise die Anordnung so getroffen, daß die Regelung erst eintritt, wenn der Kreisel eine gewisse Schwingung ausgeführt hat, so werden die Regelungskräfte abhängig gemacht von der jeweiligen Schwingungsgeschwindigkeit, die proportional dem Zeitintegral der störenden Kraft ist; tritt jedoch die Regelung unter der Wirkung des jeweiligen Druckes ein, den der abgelenkte Kreisel auf ein Widerlager ausübt, ohne daß er eine wirkliche Ausschwingung macht, so werden die Regelungskräfte durch diesen Druck beeinflußt, sind also dem Zeitintegral desselben proportional) ;

2. von dem störenden Moment selbst (etwa Änderungen in der Lastverteilung, dem Winddruck, der Zentrifugalkraft) und gegebenenfalls noch

3. von der Reibung (Luftreibung, Schienenreibung, Lagerreibung usw. beeinflussen die Schwingungen des Wagens und damit auch diejenigen des Kreisels. Demgemäß muß bei Regelung der Zusatzkräfte auf jene Reibung Rücksicht genommen werden).

In den nachstehenden Beschreibungen ist diese Erfindung ausführlich erläutert, insbesondere mit Bezugnahme auf verschiedene Vorrichtungen, die zur Ausführung der Erfindung geeignet und in den Zeichnungen dargestellt sind. Diese Vorrichtungen sind für die Anwendung bei einem Einschienenfahrzeug entworfen und zeigen diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei der die Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes des zu stabilisierenden Körpers und die äußere Kraft durch Druckflüssigkeit geliefert wird. In den Zeichnungen bedeuten

Fig. ι eine Seitenansicht einer Vorrichtung, bei der zwei Gyroskope in einem gemeinsamen Rahmen gelagert und so angeordnet sind, daß ihre Präzession um vertikale Achsen geregelt werden kann,

Fig. 2 eine Oberansicht mit teilweisem Schnitt, die die Präzessionsregelvorrichtungen zeigt,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie X-X der Fig. 2, ~

Fig. 4 Einzelheiten von Ventilanordnungen, Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht durch eine zur Kraftübertragung benutzte Zählflüssigkeitskupplung mit Wärmeregeleinrichtung, Sicherheitsbremse und Vorrichtungen zur Ableitung der Reibungskomponente,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Zähflüssigkeitskupplung anderer Ausführungsform,

Fig. 7 eine Ansicht derjenigen Teile, die zur Ableitung der Reaktionskomponente dienen,

Fig. 8 eine Oberansicht von Fig. 7,
Fig. 9 eine Endansicht von Fig. 7,
Fig. 10 eine teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 eine Oberansicht der Fig. 10,

Fig. 12 eine Einzelansicht eines Teiles der Fig. 10,

Fig. 13 und 14 zwei weitere Ausführungsformen.

In einem geeigneten Rahmen m, der mit dem Fahrzeug f starr verbunden ist, sind zwei Gyroskope α, α gelagert, die frei um vertikale Achsen q Präzessionsbewegungen ausführen können, und deren Schwungmassen b im entgegengesetzten Sinne umlaufen.

Die Rahmen c, in denen die Schwungscheiben b, b umlaufen, sind mit Zahnbögen d, d (Fig. 2) ausgerüstet, die mit einer doppelten Zahnstange e in Eingriff stehen. Diese kann in ihrer Längsrichtung durch Kolben f, f verschoben werden, die sich in konachsial zu beiden Seiten der Gyroskope befindlichen Zylindern g, g bewegen. Die schweren Scheiben b, b und Elektromotoren h,h (Fig. 1), durch die sie angetrieben werden, sind luftdicht in Gehäusen j, j eingeschlossen, in denen ein hohes A^akuum erhalten wird, wobei noch wegen der Drehung der schweren Scheiben geschmiert wird. Man braucht daher das Gehäuse nur zu öffnen und das Vakuum aufzugeben, wenn der Motor nachgesehen werden muß.

Die Regelung der Präzessionsbewegung wird durch die doppelte und mit den an den Gyroskoprahmen vorgesehenen Zahnstangen d, d in Eingriff stehende Zahnstange e bewerkstelligt. Die Längsbewegungen der Zahnstange e werden durch die in den Zylindern g, g sich bewegenden Kolben f, f geregelt und durch Zuführung oder Ableitung von einem Druckmittel be\verkstelligt, beispielsweise indem Druckluft in den Zylinder g, g eingeführt wird. Wird Druckluft in einen der Zylinder g eingelassen und befindet sich das Auspuffventil des anderen Zylinders g in der Offenstellung, dann bewegen sich die Kolben f, f und mithin auch die Zahnstangen in der Längsrichtung, wodurch die Rahmen c, c veranlaßt werden, sich um ihre vertikalen Achsen, zu drehen.

Das Hinein- oder Herausbringen von kornprimierter Luft oder einem anderen Treibmittel in die Zylinder bzw. aus den Zylindern g, g, um die Gyroskoprahmen um vertikale Achsen zu drehen, wird durch Ventile k, k geregelt, die mit den Zylindern durch Rohre p, p verbunden sind. Die Ventile k, k sind zweckmäßig derart angeordnet, daß durch deren Vermittlung in den Arbeitszylindern ein Druck erzeugt wird, der dem auf die Ventilspindel zur Bewegung des Ventiles ausgeübten Druck proportional ist (Ventile.dieser Art sind z.B. in der britischen Patentschrift-Nr. 7177/02 des Erfinders beschrieben). Die Ventile k, k für die beiden Zylinder werden durch zwei Arme I, I (Fig. 4) eines dreiarmigen Hebels beeinflußt, an dessen dritten Arm eine Gabel η angebracht ist, in welcher der Antriebshebel 0 liegt. Der Antriebshebel wird durch drei verschiedene Kräfte beeinflußt, die alle in der Präzessionsbewegung der Gyroskope ihren Ursprung haben, und zwar kommen die folgenden Kräfte in Betracht:

1. eine von dem den Gleichgewichtszustand des Körpers störenden Kräftepaare abhängige, durch eine Zähflüssigkeitsreibungskupplung von der Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung abgeleitete und von dieser Geschwindigkeit abhängige Kraft;

2. eine von dem Zeitintegral des störenden Kräftepaares und durch federnde Mittel von der Abweichung der Gyroskope aus ihrer zentralen Lage abgeleitete Kraft;

3. eine der bei der Präzessionsbewegung auftretenden unvermeidlichen Reibung proportionale und durch eine »feste« Reibungskupplung von der Präzessionsbewegung der Gyroskope abgeleitete Kraft.

Die Konstruktion der Zähflüssigkeitsreibungskupplung ist folgende. Die vertikale Welle q (Fig. 5) der Gyroskope reicht durch ihr oberes Lager hindurch und trägt einen Behälter r, in dessen kreisförmiger Kammer λ eine Scheibe t umlaufen kann. Die kreisförmige Kammer ^ ist mit einer zähen Flüssigkeit angefüllt, und die die Scheibe t tragende Welle u wird auf diese Weise durch eine Kraft bewegt, deren Größe im wesentlichen der Geschwindigkeit der Bewegung des Gyroskopes um eine vertikale Achse proportional ist.

Die Welle u trägt an ihrem oberen Ende eine kreisförmige Scheibe öder Trommel v, an der der Einstellarm 0 zur Verstellung der Ventile k, k durch eine Reibungsbremsen (Fig. 2 und 5) befestigt ist, die aus durch die Wirkung einer Feder 3 an die Trommel gedrückten Klötzen besteht. Die Bremse soll

einen Bruch vermeiden, wenn eine zu schnelle Bewegung der Gyroskope eintritt.

Die zur Ableitung einer der Reibung proportionalen Kraft dienende Reibungskupplung ist wie folgt ausgebildet. Von den Bremsklötzen nach abwärts gerichtet und am Stellarm ο befestigt ist ein Arm χ (Fig. 5), der einen Zapfen y. am Arm ζ mitnimmt. Der Arm ζ wird durch ein Paar von Blöcken getragen, die an der Scheibe 2 anliegen, welche an der mit den Gyroskopen umlaufenden Kammer 5 befestigt ist. Durch diese Blöcke wird eine der Reibung proportionale Kraft auf den Einstellarm 0 übertragen. Diese Kraft wird so durch Einstellung der Feder 4 geregelt, daß die Reibung bei der Präzessionsbewegung überwunden wird:

Die. von dem Zeitintegral des störenden Kräftepaares abhängige Kraft wird von der Verschiebung der Gyroskope auf folgende Weise abgeleitet. Mit den Gyroskopen sind ein Paar horizontal liegende Arme 5, 5 (Fig. 2 und 3) verbunden, an deren Enden Federn 6, 6 eingreifen, die an den Blöcken befestigt sind, durch die der Stellarm 0 mit der von den Gyroskopen getragenen Trommel ν verbunden ist. Hierdurch bewirken die Federn 6, 6, daß die Gyroskope auf den Stellarm 0 eine Kraft ausüben, die der Lagenänderüng der Gyroskope gegenüber ihrer Mittellage proportional ist, wobei diese Kraft jederzeit in einer solchen Richtung wirkt, daß die Gyroskope in ihre Mittellage zurückgebracht werden. Hieraus ergibt sich also, daß die Ventile k, k, die den Druck in den Zylindern g, g regeln, welche ihrerseits die Präzessionsbewegung regeln, durch drei Kräfte beeinflußt werden; die eine Kraft rührt von den Federn 6, 6 her; sie ist dem Zeitintegral des störenden Kräftepaares proportional und wird von der Abweichung der Gyroskope aus ihrer mittleren Lage abgeleitet.' Die zweite Kraft kommt von der Zähflüssigkeitskupplung s, t, durch die auf die Ventile eine Kraft übertragen wird, die von dem störenden Moment abhängig und von der Präzessionsgeschwindigkeit der Gyroskope abgeleitet; sowie von dieser Geschwindigkeit abhängig ist, oder durch die das elastische Fluidum in den Zylindern veranlaßt wird, Kräfte auszuüben, die der Geschwindigkeit der Gyroskope proportional sind und dieselbe Richtung haben. Die dritte Kraft ist der starken Reibung proportional, die die Reibung bei der Präzessionsbewegung ausgleicht. Die Wirkung dieser Kräfte auf das Ventil wird in einfacher Weise durch die elastischen Flüssigkeitszylinder auf den erforderlichen Betrag erhöht und unmittelbar auf die Gyroskope durch die Zahnstange e und die gezahnten Sektoren d, d übertragen, wodurch die Gyroskope um vertikale Achsen gedreht werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform, die bei einem einschienigen Fahrzeug benutzt wird und bei der das Gleichgewicht durch Verlegung des Schwerpunktes des Körpers gegenüber seinem (Jnterstützungspunkt oder seinen Unterstützungspunkten erhalten wird, sind die Gyroskope wieder in einem Rahmen gelagert. Während jedoch die Zahnstangen d, d in den Rahmen c, c, in denen die schweren Scheiben umlaufen, mit einem doppelt verzahnten Schlitten e in Eingriff standen, greifen sie jetzt ineinander ein, so daß die die schweren Scheiben enthaltenden Rahmen mit Bezug auf die Präzessionsbewegung der Gyroskope miteinander in Eingriff stehen. Bei dieser Ausführungsform sind zwar dieselben Einrichtungen zum Abnehmen der drei Kräfte von der Präzessionsbewegung des Gyroskopes vorgesehen, es regeln jedoch die durch die Kombination dieser drei Kräfte beeinflußten Ventile nicht das Zu- und Ableiten des Arbeitsfluidums zu den Zylindern, durch die die Präzession geregelt wird, weil diese Zylinder bei dieser Ausführungsform fehlen; vielmehr regeln jetzt diese Ventile die Zu- und Ableitung des Arbeitsfluidums zu Zylindern, die so angeordnet sind, daß Verlegungen des Schwerpunktes des Fahrzeuges gegenüber seinem Unterstützungspunkte oder seinen Unterstützungspunkten zustande kommen.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Fahrzeugkörper quer zum Untergestell, das die Laufräder trägt, verschoben wird, oder daß die Mittelebene des Körpers in einem geeigneten Winkel zur Ebene des oder der Lauf räder geneigt wird oder auf irgendeine andere Weise.

Um der zähen Flüssigkeit in der Kammer.? 100 (Fig. 5) unabhängig von der Außentemperatur die richtige-Zähigkeit zu erhalten, wird der Behälter r mit einem nichtleitenden Stoff überzogen und innerhalb desselben, und zwar in unmittelbarer Nähe der Kammern, eine Anzahl Widerstandsspulen 41 untergebracht, die durch Schalter 42 ein- und ausgeschaltet wei den können und so angeordnet sind, daß durch den Durchgang eines elektrischen Stromes der richtige Temperaturgrad erhalten wird. Der Strom selbst kann gewünschtenfalls duich einen Thermostaten o. dgl. geregelt werden.

Die Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Konstruktion der Zähflüssigkeitskupplung der Fig- 5·

Bei der Konstruktion nach Fig. 6 werden mehrere Platten t verwendet, die in besonderen Kammern .? untergebracht sind. Die Kammern ί dieser Ausführungsform sind durch Scheiben gebildet, die abwärts gebogene Ränder besitzen. Die Höhe der Rän-

der ist so gewählt, daß jede Scheibe von der nächsten getragen wird. Selbstverständlich sind die Scheiben t auf der Welle« befestigt, während die die Kammern s bildenden Scheiben mit dem Behälter r verbunden sind, so daß eine Aveitere Drehung nicht stattfinden kann.

Um die Scheiben t in der richtigen Entfernung von der Oberfläche der Scheiben zu halten, die die Kammern .S" bilden, ist innerhalb der Hohlwelle u eine Welle 43 vorgesehen, in deren oberes Ende ein feines Gewinde geschnitten ist. Dieses Gewinde steht in Eingriff mit einem in das Innere des oberen Teiles der Hohlwelle u eingeschnittenen Gewinde. Die Welle 43 trägt eine Handhabe 44 und läuft am unteren Ende in einen am Durchmesser verkleinerten Tragzapfen aus, der sich auf ein geeignetes Tragstück stützt.

Wird die Welle 43 durch die Handhabe 44 gedreht, so wird die Hohlwelle u gegenüber dem Behälter r gehoben oder gesenkt, und wenn auf die richtige Höhe eingestellt ist, wird die Welle 43 durch eine Feststellvorrichtung 45 in dieser Lage festgestellt.

So\vie die Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung dem störenden und die Hervorbringung der Präzession anstrebenden Kräftepaar proportional ist (und zwar: erste Kraft = Zeitintegrale des störenden Momentes, zweite Kraft = störendes Moment, dritte Kraft = Reibung), ist auch die Reaktion zwischen dem Tragrahmen in des oder der Gyroskope und dem Körper 7 des den Rahmen tragenden Fahrzeuges dem störenden Kräftepaar und deshalb auch der Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung proportional. Infolgedessen kann auch eine von der Reaktion zwischen Gyroskoprahmen und dessen Unter-Stützung abgeleitete Komponente für die oben erwähnte dritte Regelkomponente, d. i. die durch die Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung hervorgerufene Komponente, ersetzt werden.

Nach einer dritten Ausführungsform (Fig. 7 bis 9), bei der auch das Gleichgewicht durch Regelung der Präzession erhalten wird, ist ein geeigneter Rahmen m vorgesehen, der ein Paar von Gyroskopen der bei der ersten Ausführungsform Verwendung findenden Art trägt. Wie vorher, können sich die Gyroskope frei um vertikale Achsen drehen und sind die Rahmen c, c, in denen die schweren Scheiben umlaufen, mit Zahnbög'en versehen, die mit einer doppelten Zahnstange in Eingriff stehen, welche in der Längsrichtung verschoben werden kann und durch in Zylindern g, g befindliche Kolben bewegt wird, wobei diese konachsial und auf entgegengesetzten Seiten der Gyroskope angeordnet sind.

Die Achsen dieser Zylinder und die Zahnstange sind den Längsachsen des Fahrzeuges parallel. Infolgedessen liegt der das Gyroskop tragende Rahmen m quer zum Fahrzeug. Der ganze das Gyroskop tragende Rahmen m ist auf Zapfen 8, 8 (o. dgl., Fig. 7 bis 9) gelagert, die mit den Zylindern und der Zahnstange konachsial sind und an diesen sitzen und in geeigneten Trägern 9, 9 gelagert sind. Auf diese Weise kann der Rahmen m quer zum Fahrzeug schwingen um eine Achse, die den Zapfen, der Zahnstange und den Zylindern gemeinsam ist. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind Ventile k, k, die die Zu- und Ableitung der komprimierten Luft oder eines andern Arbeitsfluidums zu und von den Zylindern regeln, vorgesehen. Der Einstellhebel, der die Spindel bewegt, wird bei dieser Ausführungsform durch drei Kräfte bewegt, wie es beim Einstellhebel, der den dreiarmigen Hebel bewegte, der Fall war. Zwei von diesen Kräften sind im vorliegenden Falle dieselben wie bei der ersten Ausführungsform, nämlich die Kraftkomponente, die durch die Abweichung des oder der Gyroskope von der zentralen Lage hervorgerufen wird, und die Komponente, die erforderlich ist zum Ausgleich der unvermeidlichen Reibung" bei der Präzessionsbewegung. Die dritte Komponente wird bei dieser Ausführungsform go nicht von einer Zähflüssigkeitskupplung abgeleitet wie bei der ersten Ausführungsform, sondern von der Reaktion zwischen dem Gyroskoprahmen m (Fig. 7) und dem Körper 7 des Fahrzeuges oder dem Teile des Fahrzeuges, auf den die Träger 9, 9, die die Zapfen 8, 8 tragen, gestützt sind.

Diese Reaktionskomponente kann in der folgenden Weise abgeleitet werden: Unter dem einen Ende des drehbar gelagerten Gyroskoprahmens m und auf dem Körper 7 des Fahrzeuges bzw. des die Zapfenlager tragenden Teiles ist ein Wagebalken 10 gelagert, der in seiner normalen Stellung im wesentlichen horizontal liegt. Dieser Balken kann sich auf einer Stütze 11 drehen. Ein Ende des Wagebalkens 10 ist durch einen Lenker oder ein Verbindungsglied 12 mit einem Gelenk 13 verbunden, das sich am Ende des Gyroskoprahmens m unmittelbar über dem gestützten n₀ Wägehebel befindet. Das andere Ende des Wägehebels 10 befindet sich nahe am Ende eines der die Stange bewegenden Zylinders g. Von diesem Ende des Hebels führt ein Lenker oder eine Verbindungsstange 14 zu einem Punkt eines drehbar gelagerten Hebels 15, der sich unter dem den Zylinder regelnden Ventil befindet. Dieser drehbar gelagerte Hebel beeinflußt das bzw. die Ventile k, die die Zylinder regeln. Es ergibt sich, daß die Anordnung der Teile, wie sie bei dieser Ausführungsform beschrieben wurde, derart ist, daß

irgendeine Kraft, die von den Gyroskopen abgeleitet wird und bestrebt ist, unausgeglichenen Momenten äußerer, das Fahrzeug kippen wollender Kräfte entgegenzuwirken, über die

Wägehebel io zu deren äußersten Teilen und ! von da durch die vertikalen Stangen 14 zu den j die Ventile beeinflussenden Hebeln 15 geleitet j werden kann. Die verhältnismäßigen Abmessungen der Hebel sind solche, daß die von den Hebeln 15 auf. die Ventilspindeln übertragenen Kräfte ein beliebiges Vielfaches der durch die Lenker 12 übertragenen Kräfte sind, und daß die Bewegung der letzteren bei ■ völlig ausreichender Bewegung der Ventilspindeln zur Bewegung der Ventile kleingehalten werden kann.

Mit den drehbar gelagerten Hebeln 15 sind auch Glieder verbunden, durch die Komponenten von Kräften auf sie übertragen werden können, die von der Abweichung der Gyroskope von ihrer mittleren Lage und von der unvermeidlichen Reibung bei der Präzessionsbewegung herrühren. Die Komponente der Kraft, die von der Abweichung der Gyroskope von ihrer mittleren Lage herrührt, wird bei dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise dadurch abgeleitet, daß an der vertikalen Welle q des Gyroskoprahmens c Arme 5, 5 (Fig. 7 bis 9) befestigt sind. Diese Arme 5, 5 sind durch Verbindungslenker 46 mit Winkelhebeln 47 verbunden, die um am Rahmen c befestigte Zapfen schwingen. Die Winkelhebel 47 sind durch Kupplungsstangen 38 mit Winkelhebeln 39 verbunden, die in Tragarmen, die zweckmäßigerweise an den Zylindern g, g befestigt sind, drehbar gelagert sind. Die andern Arme der Winkelhebel 39 tragen Lenker, an denen Federn 6, 6 angreifen, deren andere Enden wiederum Lenker tragen, die mit den drehbaren Hebeln 15 drehbar verbunden sind. Die Anordnung dieser Teile ist eine solche, daß die Spannung der Federn 6,6 der Abweichung der Gyroskope aus ihrer mittleren Lage proportional ist.

Es ergibt sich, daß, wenn das Gyroskop eine Präzessionsbewegung in einer Richtung ausführt, die Spannung in der einen Feder vergrößert wird, während sie in der andern nachläßt.

Die Komponente der Kräfte, die von der unvermeidlichen Reibung bei der Präzessionsbewegung' herrührt, kann bei dieser Ausführungsform in einer ähnlichen Weise abgeleitet werden wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, und zwar dadurch, daß auf der vertikalen Welle q eine Scheibe oder Trommel befestigt wird, die durch Klötze erfaßt wird, welche durch eine Feder 4 eng an , die Trommel gedrückt werden. Der Arm 2 dieser Ausführungsform wäre jedoch entweder durch eine geeignete Lenkerverbindung unmittelbar mit dem drehbaren Hebel 15 oder durch eine geeignete Verbindung mit der Kupplungsstange 38 zu verbinden.

Der Wägehebel und Zubehör ist am andern Ende des Gyroskops nochmals vorhanden. Dieser zweite Wägehebel mit Zubehör regelt das den zweiten Zylinder beeinflussende Ventil bzw. die Ventile. Dieser zweite Zylinder liegt konachsial zum ersten auf der entgegengesetzten Seite des Gyroskops.

In einzelnen Fällen kann man, anstatt die Teile doppelt auszuführen, die Ventile der beiden Zylinder durch geeignete Mittel miteinander verbinden, beispielsweise durch eine Stange 16 (Fig. 9). In diesem Falle erhält der Hebel 15 Arme 17, um die Verbindung mit der Stange 16 herzustellen, und es ist nur ein Wägehebel mit Zubehör vorgesehen, obwohl auch in einzelnen Fällen die Stange 16 Verwendung finden kann, wenn zwei Wägehebel mit Zubehör benutzt werden, um den Synchronismus zu sichern. Ferner kann es auch in einzelnen Fällen zweckmäßig sein, den Wägehebel mit Zubehör über dem Gyroskoprahmen anzuordnen, wobei dieser den Wägehebel an einem aufrecht stehenden Arm ο. dgl. trägt, der mit dem Körper des Fahrzeuges verbunden ist. Durch die Wirkung dieser Teile wird, wie ersichtlich, die Reaktion zwisehen Gyroskoprahmen und Fahrzeugkörpern »abgewogen« und ein geeigneter Teil der Reaktion zur Bewegung des oder der Ventile \-erwandt. Die Reaktion kann um ein beliebiges Maß vervielfacht oder verkleinert werden. ·

An Stelle eines drehbaren Hebels, der sich unterhalb des Ventiles, wie eben beschrieben, befindet, kann ein dreiarmiger Hebel, wie er bei Erläuterung der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, benutzt werden, wobei die drei Komponenten der wirksamen Kräfte in geeigneter Weise auf einen Arm dieses Hebels übertragen werden.

Bei einer vierten Ausführungsform und in einem Falle, bei dem das Gleichgewicht der unstabilen Körper durch Verlegung des Schwerpunktes des Körpers gegenüber seiner Unterstützung bzw. seinen Unterstützungen erhalten wird, findet ein Mechanismus An- no Wendung, der dem bei der. dritten Ausführungsform. angewandten und eben beschriebenen gleich ist, nur daß die doppelte Zahnstange und deren Antriebszylinder fehlen und die die schweren Scheiben tragenden Rahmen bei ihren Präzessionsbewegungen miteinander in Verbindung stehen. Bei dieser Ausführung sform werden die Kraftkomponenten, die von der Abweichung der Gyroskope von ihrer zentralen Lage und von der unvermeidlichen Reibung bei der Präzessionsbewegung· herrühren, und ein Teil der Reaktionskomponente

dazu benutzt,'um Ventile zu betätigen, die die Zu- und Ableitung des Arbeitsfluidums zu den Zylindern regeln, die relative Verschiebungen des Schwerpunktes des Körpers zu ihren Unterstützungen bewirken, wobei diese \^Aerschiebungen in ähnlicher Weise wie bei der zweiten Ausführüngsform zustande kommen.

Wie bereits erläutert worden ist, ist die Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung dem

ίο Kräftepaar proportional, das bestrebt ist, die Präzession hervorzubringen. Auch die Reaktion zwischen Gyroskoptragrahmen und Rahmenträger ist dem störenden Kräftepaar und um deswillen der Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung· proportional. . Ferner hängt die Winkelabweichung der Gyroskope von ihrer mittleren Lage von der Größe des Kräftepaares ab, das diese Abweichung hervorbringt, und von der Zeit, während welcher das Kräftepaar wirksam ist. Es folgt hieraus, daß man bei Anwendung geeigneter integrierender Einrichtungen von der Reaktion zwischen Gyroskoprahmen und Rahmenträger eine aus zwei Komponenten zusammengesetzte Kraft ableiten kann, von denen die erste von der Größe des störenden Kräfte- ^! paares und die zweite von der gesamten Zeit abhängt, während der das störende Kräftepaar wirkt. Diese Komponenten können deshalb für die Komponente der Abweichung des Gyroskops von der mittleren Lage und die aus der Geschwindigkeit der Präzession sich ergebende Komponente gesetzt werden, die bei der Beschreibung der ersten Ausführung erwähnt wurde. Es kann erwünscht sein, den beiden aus der Reaktion zwischen Gyroskoprahmen und Träger gewonnenen Komponenten eine dritte zuzusetzen, die von der unver-

■ . meidlichen Reibung bei der Präzessionsbewegung herrührt.

Bei einer fünften Ausführungsform ist ein Paar von Gyroskopen in einem Rahmen untergebracht, der auch eine doppelte Zahnstange : und Arbeitszylinder wie bei der dritten Ausführungsform trägt, wobei der Rahmen um eine den Zapfen des Rahmens, den Zylindern und der doppelten Zahnstange gemeinsame Achse schwingen kann, die längs im Fahrzeug gelegen ist.

Unter einem oder beiden Enden des Rahmens befinden sich geeignete integrierende Einrichtungen, durch die von der Reaktion zwischen dem Gyroskoprahmen und dem den Rahmen tragenden Fahrzeugkörper Komponenten abgeleitet werden können, die von der Größe des störenden Moments und der gesamten Zeit, die das störende Moment wirkt, abhängen. Diese Komponenten, die in einzelnen Fällen durch eine dritte Komponente ergänzt werden, die von der Reibung bei der Präzessionsbewegung abhängt, werden dazu benutzt, Ventile zu beeinflussen, die die Zu- und Ableitung des Arbeitsfluidums zu den die Zahnstangen bewegenden Zylindern regeln, so daß die Präzession der Gyroskope geregelt wird, zu dem Zwecke, das Gleichgewicht unstabiler Körper wieder herzustellen und zu erhalten.

Bei einer sechsten Ausführungsform enthält der Rahmen ein Paar von Gyroskopen wie bei der letzten Ausführungsform, jedoch fehlen die doppelte Zahnstange und die Arbeitszylinder, während die von der Reaktion zwischen Gyroskoptragrahmen und Fahrzeugkörper abgeleiteten Komponenten dazu dienen, Ventile regelnd zu beeinflussen, die die Zu- und Ableitung des Arbeitsfluidums zu den Zylindern regeln, die zufolge ihrer Anordnung Verschiebungen des Schwerpunktes des Körpers relativ zu dessen Unterstützungspunkt oder -punkten herbeiführen.

Die Komponente, die von der Reibung abhängt, die in den letzten vier Ausführuhgsformen erwähnt wurde, kann durch Reibungskupplungseinrichtungen ähnlicher Art, wie sie bei Besprechung der ersten Ausführungsform erwähnt wurde, abgeleitet werden.

Bei den letzten vier Ausführungsformen ist angenommen worden, daß der Rahmen m frei auf Zapfen drehbar montiert ist. Es ist dies jedoch nicht wesentlich, da in einzelnen Fällen der Rahmen m unmittelbar mit dem Fahrzeugkörper fest verbunden sein kann, in welchem Falle geeignete Einrichtungen benutzt werden, um die Kraft aus der Reaktion zwischen Rahmen m und Fahrzeugkörper zu bemessen.

Bei einer siebenten Ausführungsform ist ein Paar von Gyroskopen in einem Hauptrahmen in (Fig. 10 bis 12) gelagert, der durch Zapfen 8, 8 in Tragkörpern 9, 9 drehbar ist, so daß er um eine Längsachse im Wagen schwingen kann. Kleinere in den Hauptrahmen drehbar angeordnete Rahmen c, c tragen die schweren Scheiben b, b. . Diese kleineren Rahmen c, c tragen auch Arme 20 (Fig. 10 bis 12), welche Gleitstücke 21 in einer radialen Richtung, die mit den Achsen der Gyroskope zusammenfällt, führen. Die Gleitstücke 21 besitzen abwärts gerichtete zylindrische Zapfen 22. Am Fahrzeugkörper 7 sind Tragstützen 24 befestigt, welche horizontale Flächen besitzen; gegen diese können die Gyroskopwellen oder darauf befindliche Ringhülsen infolge Reaktion durch Reibung wirken, wenn sie unter Druck darauf rollen, wobei sie eine Kraft ausüben, die bestrebt ist, die Präzession des Gyroskops zu beschleunigen. An Stelle der Welle oder eines auf ihr befindlichen Ringes kann auch ein mit ihr durch ein Getriebe verbundener umlaufender Teil 25 als Reibring benutzt werden, um die Präzessionsbewegung zu unterstützen.

Auf einer Seite der mittleren Lage des Gyroskops sind die oben erwähnten zylindrischen Stifte, mit Bezug auf die radiale Bewegung zwischen Daumenflächen geführt, die eine kreisförmige Nut 26 (Fig. 11) bilden. Auf der andern Seite der mittleren Lage ist die äußere Daumenfläche 27, die die äußere Fläche der Nut bildet, nach innen gekrümmt, so daß eine spiralige Führung entsteht. Die Tiefe der spiraligen Daumenf-ührung ist durch den vorspringenden Rand 28 begrenzt. Wenn das Gyroskop schwingt oder sich um seine vertikale Achse nach der einen Seite von der Mitte bewegt, so bewegt sich der abwärts gerichtete Stift 22 mit leichter Reibung in der kreisförmigen Nut 26, die zur vertikalen Achse konzentrisch ist. Schwingt es nach der andern Seite der mittleren Lage, so wird der Stift durch die spiralige Daumenfläche bzw. Führung gezwungen, radial nach innen nach der Mitte des Gyroskops zu sich zu bewegen. Es ist ferner noch eine andere Daumenfläche 29 auf dieser Seite der mittleren Lage vorgesehen, diese bildet eine Nut mit der Kante des oben erwähnten vorspringenden Randes 28, und in dieser Nut kann sich der abwärts gerichtete Zapfen 22 bewegen, wobei das Gleitstück 21 längs seines. Armes 20 wandert. Wenn sich der abwärts gerichtete Stift 22 in dieser Nut 29 befindet, so kann die Welle des Gyroskops oder einer andern Einrichtung, durch die die Präzessionsbewegung geregelt wird, mit der zugehörigen Arbeitsfläche 30 in Berührung kommen, so daß die beschleunigende Kraft der Präzession zugeführt werden kann, sobald sich der abwärts gerichtete Stift 22 in der Nut befindet. Die gleiche Einrichtung einer Daumenfläche und eines Vorsprun-■ ges ist am Gyroskop auf der andern Seite des Rahmens vorhanden, und zwar in solcher Anordnung, daß die Beschleunigung in der einen Richtung durch das eine Ende der Gyroskopwelle hervorgebracht wird und die Beschleunigung in der andern Richtung durch das andere Ende der Welle des andern Gyroskops.

Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Mechanismus ist folgende:

Unter der Einwirkung irgendeiner Kraft, die bestrebt ist, das Fahrzeug zu kippen, wird eines der Gyroskope zur Präzession veranlaßt, ■ die dadurch, daß eine der Beschleunigungsflächen mit dem Ende der umlaufenden Welle des Gyroskops in Berührung kommt (oder durch eine andere Einrichtung zur Erzielung einer beschleunigenden Reibkraft), unterstützt wird. Diese Bewegung wird durch ein Getriebe auf das andere Gyroskop übertragen, das auf diese Weise eine Präzessionsbewegung in der entgegengesetzten Richtung erhält. Diese dauert so. lange an, bis das Fahrzeug durch die Unterstützung, die die Präzessionsbewegung" erfährt, gezwungen wird, durch die neue Gleichgewichtslage hindurch- und über diese hinauszugehen.

Während der Aufrichtbewegung und während der Bewegung nach der neuen Gleichgewichtslage bewegt sich für gewöhnlich .; jedes Gyroskop aus seiner mittleren Lage, und die Walze oder eine andere Einrichtung zur Beschleunigung der Präzession kommt auf der Seite zur Wirkung, auf der zwischen Rollfläche und Druckfläche eine Pressung auftritt. Zu derselben Zeit wird der nach abwärts gerichtete Stift am andern Gyroskop über den vorspringenden Rand hinausgehoben, Avobei hinreichend Spielraum für diesen Zweck vorhanden ist und durch die spiralige Führung, mit der er in Berührung ist, nach innen bewegt.

Wenn die Gleichgewichtslage überschritten ist, hört die Wirkung der die Beschleunigung hervorrufenden Rolle auf, und der abwärts gerichtete Stift des andern Gyroskops kommt in Kontakt mit dem eine Verzögerung verursachenden Vorsprung, so daß, sobald die Rückbewegung des Gyroskops erfolgt, der Stift beim ersten Teil der Bewegung an dem Vorsprung auf kreisförmiger Bahn gleitet und dann die Bewegung verzögert, während mittlerweile das Fahrzeug über die Gleichgewichtslage sich weiterbewegt. An einem gewissen Punkte der Rückbewegung des Gyroskops bringt die kreisförmige Bewegung des vorstehenden Stiftes diesen über die Kante des Vorsprunges, die durch die Reibung hervorgerufene Verzögerung hört auf, und das Ende des Stiftes wird nicht mehr durch den unter ihm befindlichen Vorsprung· unterstützt. An diesem Punkte wird die Beschleunigung verursachende Rolle desselben Gyroskops wirksam, so daß wieder eine beschleunigende Kraft hervorgerufen wird, die die Rückkehr des Gyroskops in die mittlere Lage und die Rückkehr des Fahrzeuges in die Gleichgewichtslage zur Folge hat. Eine kleine Abweichung von dieser wird nun noch durch eine Wiederholung der beschriebenen Vorgänge ausgeglichen, so daß der Schwingungsausschlag schnell auf Null gebracht wird.

Bei einer achten Ausführungsform wird die zur Regelung der Präzession erforderliche Kraft einem unabhängigen Motor 31 anstatt dem Gyroskop selbst entnommen. In diesem Falle sind die Präzessionsflächen 32 (Fig. 13) an den kleineren Rahmen c, c befestigt, welche die Gyroskope tragen, und die umlaufende Hülse oder Welle 33 ist in geeigneten Traglagern 34 gelagert, die am Fahrzeugkörper 7 befestigt sind, und wird durch einen elektrischen oder einen andern Motor entweder unmittelbar oder durch ein Getriebe 35 in Umdrehung gesetzt. Die Wirkungsweise dieser

Einrichtung ist, soweit es sich um Beschleunigung und \^erzögerung der Präzession handelt, der bei der siebenten Ausführungsform beschriebenen gleich.

In einzelnen Fällen können auch beide Enden jeder Welle zur Beschleunigung der Präzession benutzt und auch A^erzögerungsvorrichtungen der beschriebenen Art an beiden Seiten jedes Armes angeordnet werden,

ίο wobei auch an Stelle eines einzelnen Rahmens zwei miteinander durch ein Getriebe verbundene Rahmen verwendet werden können. Die Stabilität des Fahrzeuges wird durch Verwendung einer Feder 36 vergrößert, die bei Abweichung des Gyroskops von der mittleren Lage die Präzession zu beschleunigen und bei Rückkehr in die mittlere Lage die Bewegung zu verlangsamen bestrebt ist. Dies kann zweckmäßigerweise durch Anbringung" von Armen 37 an den die schweren Scheiben tragenden Rahmen c, c geschehen. Die Enden der Federn werden an diesen Armen befestigt, oder es kann auch gewünschtenfalls die Feder zwischen einem Arm und dem die schwere Scheibe enthaltenden Rahmen angeordnet werden.

Es können Mittel zum Feststellen der Gyroskope in der mittleren Lage vorgesehen werden, welche Anwendung finden, wenn die Gyroskope unwirksam sein sollen. Ferner können auch Puffer zur Begrenzung der Winkelbewegung der die schweren Räder tragenden Rahmen angeordnet werden.

Durch die beschriebene Regelung der Prä-Zessionsbewegung werden Schwingungen der Gyroskope und des Fahrzeuges sofort gedämpft. .Ferner ist ersichtlicherweise die Wirkung eine solche, daß der Körper zu derselben Zeit in seine Gleichgewichtslage zurückgeführt wird, als der oder die Gyroskope in ihre mittlere Lage, aus der sie unter dem Einfluß störender Momente gebracht waren, zurückkehren, so daß sie in der günstigsten Lage sind, um aus irgendeiner Richtung kommenden, störend wirkenden Kräftepaaren begegnen zu können.

Um die Zylinder auch dann genügend zu entleeren, wenn der Einstellhebel das Ventil nur um ein ganz geringes Maß hebt, ist der dreiarmige Hebel, der die die Ventilspindeln anhebenden Anschläge trägt, bei 40 auf einem drehbaren Arm gelagert, dessen eines Ende durch eine Feder 19 gehalten wird, so daß der

Stützpunkt etwas zurückweicht, wenn der Einstejlarm 0 bewegt wird, und das Auslaßventil mehr geöffnet wird, als es ohne diese Einrichtung der Fall wäre.
. Derselbe Zweck, der bei der ersten und ZAveiten Ausführungsform durch die oben beschriebene Kupplung mit der zähen Flüssigkeit erreicht wird, ließe sich natürlich auch durch eine magnetische Einrichtung erzielen, bei der eine Scheibe veranlaßt wird, sich zwischen den Polen eines kräftigen Elektromagneten zu bewegen, .und der auf die Scheibe ausgeübte magnetische Zug der Geschwindigkeit der Scheibe relativ zum Magnetfeld proportional ist. Wesentlich für diesen Teil des Apparates ist nur, daß die Größe der übertragenen Kraft der Größe der Geschwindigkeit proportional ist.

Obgleich als Treibmittel zur Regelung der Präzession bzw. zur Verschiebung des Schwerpunktes · nach der Beschreibung der Druck eines Fluidums benutzt wird, kann natürlich auch ein anderes Mittel, beispielsweise ein elektrischer Motor, ein Schraubengetriebe oder hin und her gehende Maschinen, zu demselben Endzweck benutzt werden.

Die mehrfach erwähnten Einrichtungen, bei denen durch die äußeren Kräfte der Schwerpunkt des ganzen Fahrzeuges gegenüber seinem Unterstützungspunkt verschoben wird, sind beispielsweise so gedacht, daß am Wagengestell Flüssigkeitszylinder mit Kolben angeordnet werden, deren Kolbenstangen am Radgestell angreifen. Wird durch den entsprechend geregelten Flüssigkeitsdruck der Kolben im Zylinder verschoben, so wird dadurch eine Verschiebung oder Verdeckung des Wagenkastens gegenüber dem Radgestell und damit eine Verlegung des Schwerpunktes gegenüber dem Unterstützungspurikt bewirkt. :

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts labiler Körper durch ein oder mehrere Gyroskope, bei der die Präzessionsbewegung durch zusätzliche Kräfte beeinflußt wird, oder wobei diese Kräfte Änderungen in der relativen Lage des Schwerpunktes des Körpers gegenüber seinem Träger herbeiführen, gekennzeichnet durch eine die Präzessionsbewegung des Kreisels beeinflussende Kraftquelle, die durch die Präzessionsbewegung der Gyroskope oder durch eine Relativbewegung oder Neigung zu einer sol- no chen Bewegung des Gyroskoprahmens gegenüber seinem Träger oder durch beide Bewegungen so gesteuert wird, daß sie abhängig ist erstens von dem Zeitintegral der störenden Kraft und zweitens von der störenden Kraft selbst, zu denen als drittes regelndes Element die Reibung hinzutreten kann.

2. Vorrichtung" nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zähflüssigkeitsreibungskupplung, die aus einem mit der zähen Flüssigkeit gefüllten, auf . der ver-

tikalen Achse des Gyroskops angeordneten und damit bewegbaren Hohlkörper (s) sowie aus einem innerhalb dieses Hohlraumes angeordneten und mit einem Ventil oder einem ähnlichen Regelungsorgan (o) verbundenen scheibenartigen Teil (t) besteht, welcher von dem Hohlkörper (s). aus unter Vermittlung der Reibung der zähen Flüssigkeit eine Drehbewegung erhalten kann, wodurch eine der Geschwindigkeit des Körpers (s) proportionale Kraft auf das Regelungsorgan (o) ausgeübt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von

Federn (6), die an einem Ende an von der vertikalen Achse des Gyroskops getragenen Armen und am andern Ende an dem Regelungsorgan (0) befestigt sind und ao auf dieses eine von der Abweichung des Gyroskops von seiner zentralen Lage abhängige Kraft ausüben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, ge- ' kennzeichnet durch eine zum Bestimmen der zwischen dem eventuell drehbar auf seinem Träger gelagerten Gyroskoprahmen und diesem Träger auftretenden Beanspruchung oder Reaktion dienende Anordnung, welche aus einem auf den unstabilen Körper (Wagen) abgestützten Wägehebel (10, Fig. 7) besteht, welcher an seinem einen Ende durch ein Glied (12) mit dem Gyroskoprahmen und an seinem andern Ende durch ein zweites Glied (14) mit einem Regelungsorgan (z. B. Ventil k) in Verbindung steht, wodurch ein bestimmter oder gemessener Teil der Beanspruchung oder Reaktion auf dieses Regelungsorgan übertragen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zum Bestimmen der zwischen dem Gyroskoprahmen und seinem Träger auftretenden Beanspruchung oder Reaktion dienende Einrichtung, welche aus an dem unstabilen Körper befestigten und mit einem Arbeitsfluidum gefüllten Zylindern sowie aus Plungerkolben besteht, welche an dem auf dem unstabilen Körper drehbar gelagerten Gyroskoprahmen angebracht sind und die Druckänderungen in dem Arbeitsmittel der Zylinder hervorrufen, welche Änderungen der bei Einwirkung des störenden Kräftepaares auf den unstabilen Körper zwischen dem Gyroskoprahmen und seinem Träger auftretenden Beanspruchung proportional sind, und daß der Druck des Arbeitsmittels zur Betätigung von Regelungsvorrichtungen dient.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.