DE2646448A1 - Vermessungs-kreiselkompass - Google Patents

Description

Patentanwälte D i ο I.-1 η g. Cu rt Wall ach

Dipl.-Ing. GüntBßrAtöadHä

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 14. Oktober 1976

Unser Zeichen: I5 658 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Vermessungs-Kreiselkompaß

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vermessungs-Kreiselkompaß und insbesondere auf einen Kompaß mit Einrichtungen zur schnellen Ausrichtung eines Bezugselementes gegenüber der geographischen Nordrichtung.

Die Genauigkeit irgendeines Kreiselkompasses bei der Nordsuche wird hauptsächlich dadurch bestimmt, wie weit Drehmomente um seine Vertikalachse verringert sind. In der Praxis hat dies in der Vergangenheit zu Kompaßgeräten geführt, bei denen versucht wurde, die Reibung des Vertikalachsen-Halterungssystems dadurch zu verringern, daß ein Teil oder das gesamte Gewicht des Meßelementes um diese Achse auf einem dünnen Aufhängungsdraht oder -band gehaltert wurde. Aus diesem Grunde ist ein Nachlaufservo erforderlich, um ein Verdrillen des Halterungsdrahtes so weit wie möglich zu verringern, weil jede Verdrillung unerwünschte elastische Einspanndrehmomente hervorruft. Diese Techniken erwiesen sich bei der Herstellung von genauen Kreiselkompassen für Schiffahrts-Navigationszwecke als erfolgreich, doch ergibt ihre gerätemäßige Ausführung eine beträchtliche Kompliziertheit. Weiterhin beseitigen diese Techniken nicht

709817/0319

die Fehlerdrehmomente, die entweder durch Schleifringe oder Drahtbügel hervorgerufen werden, die erforderlich sind, um die elektrische Betriebsleistung an das Meßelement zu übertragen, so daß sie nicht vollständig für Vermessungskompasse geeignet sind.

Ein typischer bekannter Navigations-Pendelkreiselkompaß benötigt eine beträchtliche Zeit, um auf einem Meridian zur Ruhe zu kommen; eine Stundeftst nicht unüblich. Um die Einstellbzw. Anlaufzeit lediglich durch Änderung der Kreisel-Pendel-Parameter in erheblichem Ausmaß zu verringern, muß die ausgewählte Lösung entweder den Drehimpuls des Instrumentes verringern oder die Pendelwirkung des Meßelementes verringern. Keine dieser Alternativen ist vollständig befriedigend. Jede Lösung führt zu einem vergrößerten Fehler auf Grund äußerer Schwingungen und die Verringerung des Drehimpulses iührt zu einer geringeren Genauigkeit für ein vorgegebenes Drehmoment um die Vertikalachse. Andere Techniken, die für eine schnelle Einstellung oder eine geringe Anlaufzeit entwickelt wurden, weisen ebenfalls diese und andere grundlegende Nachteile auf.

Bei der Verwendung von Kreiselkompassen für Vermessungszwecke ist es in vielen Fällen zwingend notwendig, daß eine portable Kreiselkompaß-Bezugseinrichtung sehr schnell in Betrieb gesetzt werden kann und daß sie brauchbare Daten in sehr kurzer Zeitperiode liefert. Während die Zeit von einer Stunde, die er forderlich sein kann, um einen Navigations-Kreiselkompaß in einen zuverlässigen Anzeigezustand zu bringen, auf einem Handele- marine-Schiff hingenommen werden kann, weil der Kompaß nach seiner Inbetriebsetzung normalerweise während der Reise im Dauerbetrieb verbleibt, sind derartige extreme Zeitwerte bei Vermessungsinstrumenten in keinem Fall akzeptierbar.

Eine neu entwickelte Möglichkeit zur Überwindung der oben erwähnten Schwierigkeiten ist in der US-Patentschrift 3 419 der gleichen Anmelderin beschrieben und bei dem hierin beschriebenen Kreiselkompaß wurde eine beträchtliche Verbesserung

709817/0319

der Freiheit und Genauigkeit des Betriebs dadurch erzielt, daß das empfindliche Element oder das Meßelement in neutralem Schwebefähigkeitszustand in einem Kompaßgehäuse zum Schwimmen gebracht wurde, wobei das Meßelement lediglich teilweise in der Auftriebsflüssigkeit eingetaucht war. Das Problem der unerwünschten Einspannkräfte während des Betriebes des Kompasses wird weiter dadurch verringert, daß die den Rotor antreibende Batterie in dem empfindlichen Schwimmkörper selbst angeordnet wurde. Dieser Kompaß ist relativ wenig aufwendig und für bestimmte Vermessungsanwendungen brauchbar, bei denen eine mäßige Einstellzeit oder Anlaufzeit hinnehmbar ist, doch weist diese bekannte Anordnung noch bestimmte Nachteile auf, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden sollen. Wenn der Kompaß gemäß der US>-Patent schrift 3 419 967 so aufgebaut ist, daß er eine Pendelwirkung aufweist, die niedrig genug ist, um eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Schwingungen zu ergeben, so ergibt sich eine Zeit, die erforderlich ist, die Nordeinstellung durchzuführen, die bis zum Zehnfachen der Einstellzeit eines Kompasses gemäß der vorliegenden Er-

daß,

findung ist. Weiterhin wurde festgestellt,ywenn die Flüssigkeitsdämpfung so eingestellt ist, daß sich eine gute Einstellzeit ergibt, eine hohe Empfindlichkeit auf eine Bewegung des Dreifuß-Stativs bei dem Kompaß gemäß dieser US-Patentschrift entsteht. Die Anordnung der Batterie in dem Schwimmerelement erschwert eine Wartung und ergibt ein schlechtes Drehimpuls-/ Gewichts-VerhSltnis. Weiterhin erfordert das Ablesen des Azimuth-Winkels, daß die Bedienungsperson eine Autokollimation einer Spiegeloberfläche an der Schwimmerbaugruppe durchführt.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Vermessungs-Kreiselkompaß umfaßt Halterungseinrichtungen, äußere Gehäuseteile, die an den Halterungseinrichtungen befestigt sind, Nachlaufbehältereinrichtungen, die um eine normalerweise vertikale Achse in den äußeren Gehäuseteilen drehbar gelagert sind, schwimmende Kreiselbaugruppeneinrichtungen, die schwimmend von einer Flüssigkeit in den Nachlaufbehältereinrichtungen gehaltert sind, Kreisel-

709817/0319

26A6448

rotorelemente, die um eine normalerweise horizontale Achse in der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung gelagert sind, auf den Unterschied zwischen der Azimuth-Position der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen und den Nachlaufbehältereinrichtungen ansprechende Antriebseinrichtungen zum Antrieb der Nachlaufbehältereinrichtungen in Ausrichtung mit den schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen, gegenüber den Nachlaufbehältereinrichtungen frei drehbar gelagerte Zielbetrachtungseinrichtungen und Anzeigeeinrichtungen, die auf die Differenz zwischen der Azimuthposition der Nachlaufbehältereinrichtungen und der Zielbetrachtungseinrichtungen ansprechen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein verkleinerter sich automatisch selbst ausrichtender Azimuth-Bezugskompaß geschaffen, der ein schwimmendes pendelförntg gehaltertes Kreiselkompaßelement zur schnellen Bestimmung der geographischen Nordrichtung verwendet und der die Schwierigkeiten bekannter Kompasse beseitigt, die für Vermessungszwecke verwendet wurden. Eine schnelle Ausrichtung auf die Nordrichtung ausgehend von einem anfänglichen Fehlausriehtungszustand wird in iterativer Weise durch ein neuartiges magnetisches Vertikalachsen-Zentrier-Drehmomentgeber-Abnehmersystem durchgeführt, das in vorteilhafter Weise Wirbelstromkräfte verwendet. Das einstückig ausgebildete Zentrier-Drehmomentgeber-Abnehmersystem Wirkt mit einer Doppe 1-Servoschle if ens teuerung zur schnellen Ausrichtung des Systems zusammen. Eine radiale Zentrierung wird unter Verwendung von Wirbelstrom-Abstoßungsspulen erreicht, so daß sich eine reibungslose Zentrierung des empfindlichen oder Meßelementes ergibt. Weiterhin ist ein VertikalachsenTDrehmomentgeber vorgesehen, der ebenfalls vom Wirbelstrom-Abstoßungstyp ist und der die gleichen Wicklungen verwendet, wie die, die das schwimmende Meßelement entlang einer horizontalen Achse zentrieren. Der Vertikalachsen-Drehbewegungs-Abnehmer ist ebenfalls vom Wirbelstromtyp und er verwendet die gleichen Spulen, die auch das schwimmende Meßelement

709817/031«

entlang der zweiten Horizontalachse zentrieren. Daher wird eine große Einsparung an Teilen erzielt.

Das schwimmende empfindliche oder Meßelement ist pendeiförmig ausgebildet und seine Pendelwirkung ermöglicht es, die Azimuthbewegung des schwimmenden Teils unter Verwendung des Vertikalachsen-Drehmomentgebers zu steuern, ohne daß ein Horizontalachsen-Drehmomentgeber erforderlich ist. Das von dem Vertikalachsen-Drehmomentgeber oder Drehmomenterzeuger gelieferte Drehm oment ist proportional zur Drehgeschwindigkeit des schwimmenden Meßelementes um die horizontale Achse, die senkrecht zur Spinachse steht, so daß bei einem Zustand fehlender Drehung des Meßelementes um diese Achse gegenüber der Vertikalen dieses Drehmoment ein Maß der Winkelabweichung der Spinachse gegenüber der Nordrichtung ist und zur Bestimmung des Antriebswinkels verwendet wird, der zur Verringerung des Nordrichtungsfehlers erforderlich ist. Die Kombination der Elemente ist in einem Nachlaufgehäuse eingeschlossen, das einen Servoantrieb um die Vertikalachse aufweist. Das Nachlaufgehäuse wird während des Nordsuchvorganges schrittweise in Aziimthrichtung angetrieben, so daß es zur Bezugseinrichtung für die Messung der Peilwinkel bezüglich der geographischen Nordrichtung wird.

Die Schwimm- oder Auftriebsflüssigkeit ist elektrisch leitend gemacht, um eine Möglichkeit zur Zuführung elektrischer Leistung an den Antriebsmotor des Kreiselrotors zu schaffen. Es ist daher zu erkennen, daß die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Kreiselsystemen aufweist und noch zusätzliche wesentliche Vorteile ergibt, wobei die bevorzugte Ausführungsform die Vorteile eines vollständigen Fehlens mechanischer oder elektrischer Verbindungen zu dem schwimmenden Meßelement beibehält, sodaß sich eine hohe Genauigkeit und ein Schwimmen in einer Flüssigkeit mit freier Oberfläche in einer selbstkompensierenden Anordnung ergibt, die keine Temperatursteuerung oder zugehörige Steuerungen benötigt. Die Einstellung auf die geographische

709817/0319

Nordrichtung wird hinsichtlich der Genauigkeit und der zur Erzielung der Einstellung benötigten Zeit stark verbessert. Es ist lediglich eine große anfängliche Nordausrichtung erforderlich und die örtliche Breite muß nicht genau bekannt sein. Weil die grundlegende Betriebsweise des Systems automatisch ist, benötigt die Bedienungsperson wenig Kenntnisse und sie kann in kurzer Zeit eingeübt werden, um genaue Ergebnisse zu erzielen.

Es ist verständlich, daß das erfindungsgemäße Kreiselgerät in einer Vielzahl von Vermessungsanwendungen verwendet werden kann. Beispielsweise kann es zusätzlich zum Betrieb in Verbindung mit üblichen Vermessungsfernrohren oder einem Theodolit in Verbindung ntt optischen oder anderen Entfernungsmeßeinrichtungen und ähnlichem verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Vermessungs-Kreiselkompasses im Anwendungszustandj

Pig. 2 eine teilweise quergeschnittene Ansicht des Fernrohres, des Datengebers und der Steuerabschnitte der Ausführungsform des Vermessungs- Kreiselkompasses nach Fig. 1;

Fig. j5 eine teilweise quergesohnittene Ansicht des Kreiselkompaßabschnittes der Ausführungsform des Vermessungs-Kreiselkompasses nach Fig. 1;

709817/031«

Pig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Steuerabschnittes nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht unter Einschluß der Schaltung einer Antriebsanordnung für einen Rotor des Kreiselkompasses;

Fig. 6 eine teilweise quergeschnittene Ansicht eines

Teils der Drehmomenterzeuger-Abnehmereinrichtung nach Fig. 3;·

Fig. 7 eine teilweise quergeschnittene Draufsicht der vollständigen Zentrier-Drehmomenterzeuger-Abnehmereinrichtung nach Fig. J5J

Fig. 8 und 9 elektrische Schaltbilder von Teilen der Einrichtung nach Fig. 7;

Fig. 10 ein Schaltbild, das die elektrischen Bauteile und deren Verbindungen in dem Doppelschleifen-Servosystem zeigt, das die Einrichtungen nach den Figuren 7* 8 und 9 zur iterativen Bewegung des Kreisels in Ausrichtung der geographischen Nordrichtung verwendet.

Fig. 11 ein ^zeitsteuerdiagramm;

Fig. 12 eine Tabelle zur Erläuterung des programmierten Betriebs der Einrichtung nach Fig. 1Oj

Fig. 13 ein Schaltbild einer Schalt-Zeitgeberanordnung zur Steuerung der Schalter nach Fig. 10 entsprechend dem Programm nach den Figuren 11 und 12;

Fig. 14 ein Blockschaltbild der Einrichtung für den Betrieb der Anzeige gemäß Fig. 1.

7Ü9817/031Ö

In Pig. 1 ist eine bevorzugte AusfUhrungsform des Vermessungs-Kreiselkompasses dargestellt, und es ist das allgemeine Aussehen im Betriebszustand zu erkennen. Es ist zu erkennen, daß der Vermessungs-Kreiselkompaß ein übliches Fernrohr 1 (oder irgendeine andere Betrachtungs- oder Vermessungseinrichtung) einschließt. In der Darstellung der Fig. 1 ist das Fernrohr 1 so gelagert, daß es um eine allgemein horizontale Achse 4 und weiterhin um eine allgemein vertikale Achse 2 geschwenkt werden kann und das Fernrohr ist in zwei gegenüberliegenden Halterungen 3 befestigt, die genauer in Fig. 2 zu erkennen sind. Die Halterungen 3 sind an einem Oberteil eines Datengeberabschnittes befestigt, der im folgenden noch anhand der Fig. 2 erläutert wird. Der Datengeberabschnitt 5 ist an einer kreisförmigen Befestigungsplatte 6 gehaltert, an öer in ihrer Länge undjLn ihrem Winkel einstellbare Dreifußstativ-Beine 10 und 11 bei Vermessungsgeräten üblicherweise befestigt sind. An der Befestigungsplatte 6 ist ein Steuerabschnitt 9 aufgehängt, der in seinem Inneren Steuerelemente aufweist, die ausführlicher insbesondere in Fig. 2 gezeigt sind. Von dem Gehäuse des Steuerabschnittes 9 hängt ein Verlängerungsabschnitt 12 herab, der bestimmte Kreiseleinrichtungen einschließt, die weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 erläutert werden.

Die Steuerung des Vermessungs-Kreiselkompasses und die Anzeige von Daten, die von diesem erzeugt werden, erfolgt hauptsächlich durch ein Steuerchassis 14. Im allgemeinen ist der Kompaß batteriebetrieben, so daß das Steuerchassis 14 mit einer Klappe

15 versehen ist, um das Einsetzen oder Ersetzen von Batterien zu ermöglichen. Es ist ein Betriebsartenschalter 16 vorgesehen, der die Betriebsart des Kompasses bestimmt und dieser Schalter

16 ermöglicht (nach Wunsch der Bedienungsperson) den Betrieb des Kompasses, das Laden der eingebauten Batterien, den Betrieb an den eingebauten Batterien oder den Betrieb von einer äußeren Spannungsquelle· Der Zustand der eingebauten Batterie kann auf einem üblichen elektrischen Meßinstrument 22 angezeigt werden. Die örtliche Breite wird In den Kompaß manuell

709817/031«

unter Verwendung eines Potentiometer-Drehknopfes 21 und einer Anzeigemarke 21a eingegeben, wie dies noch erläutert wird. Es können mehrere Betriebszustands-Anzeigelampen vorgesehen sein, wobei eine Lampe 17 anzeigt, daß der Kompaß eingeschaltet wurde, während eine Lampe 18 anzeigt, daß der Kompaß für die tatsächliche Benutzung bereit ist und eine Lampe 20 eine fehlerhafte Funktion oder eine Fehlausrichtung anzeigt. Nach einem geeigneten Zeitintervall wird die gewünschte Azimuth-Anzeige von einer numerischen Anzeige 19 geliefert. Zusätzlich ist die kreisförmige Befestigungsplatte 6 des Kompasses mit einer Luftblasen-Nivelliereinrichtung 8 versehen, um es der Bedienungsperson zu Anfang zu ermöglichen, die Platte 6 durch Einstellung der Dreifuß-Beine 10, 11 in üblicher Weise in die horizontale Lage zu bringen und weiterhin ist ein einfacher Magnetkompaß 7 auf dieser Befestigungsplatte 6 angebracht, um eine anfängliche grobe Ausrichtung des Kompasses bezüglich der Nordrichtung zu ermöglichen.

Wie es noch erläutert wird, werden einige in den Abschnitten 5, 9 und 12 des Kompasses nach Fig. 1 erzeugte Signale über ein mehradriges elektrisches Kabel 15 an das Steuerchassis 14 übertragen. Andere Signale und die Betriebsleistung können über das gleiche Kabel 13 von dem Steuerchassis 14 auf die Kreiselabschnitte des Kompasses übertragen werden.

Wie es insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Fernrohr 1 um die horizontale Achse 4 drehbar gelagert und es ist durch die Halterungen 3 über einer oberen Platte 30 des Datengeberabschnittes 5 befestigt, wobei die Platte 30 eine Mittelöffnung aufweist, die durch eine Abdeckplatte 31 geschützt ist. Van der Platte 30 erstreckt sich eine zylindrische Schale 32 nach unten, die an der oberen Platte 30 mit Hilfe üblicher Befestigungseinrichtungen wie z.B. einer Gewindesohraube 33 befestigt ist. Die obere Befestigungsplatte 30 und die zylindrische Schale 32 bilden einen Teil eines Gehäuses für den Datengeberabschnitt 5* der eine Welle 35 einschließt, die den beweglichen Teil eines Selsyns oder eines anderen Datengebers

709817/0319

üblicher Art haltert. Die Welle 35 ist für die Durchführung mehrerer primärer Punktionen des Kompasses von Bedeutung weil sie mit dem Geber des Datengeberabschnittes 5 und mit den Steuerelementen des Steuerabsohnittes 9 zusammenwirkt und weil sie weiterhin wie dies aus Fig. 3 zu erkennen ist, die Kreiselelemente des Kompasses haltert.

Die scheibenförmige Befestigungsplatte 6 ist mit einer Öffnung versehen und haltert ein in der Mitte angeordnetes Kugellager 43, in dem sich die Welle 35 drehen kann. Die Welle 35 ist weiterhin in einem Lager 86 jndem Steuerabschnitt 9 gelagert, wie dies weiter unten erläutert wird. Die Welle 35 ist daher frei drehbar gelagert, so daß sie ihrerseits einen Rotor des Datengebersystems 5 für eine Drehung um die Vertikalachse 2 haltern kann. Zu diesem Zweck ist die obere Plätte 30 des Datengeberabschnittes 5 mit einer Öffnung versehen, in der ein Teil eines Kugellagers 34 gehaltert ist, dessen zweiter Teil auf dem oberen Ende der Welle 35 befestigt ist. Ein Teil des Datengeberabsohnittes 5 wird von einem schalenförmigen Teil 40 getragen, das weiterhin den unteren Teil des Gehäuses für den Datengeberabschnitt 5 bildet. Das schalenförmige Teil 40 weist eine Mittelöffnung auf und ist mit Kilfe eines Kugel lagers 41 frei drehbar auf der Welle 35 gelagert. Auf diese Weise können die Teile des Datengeberabschnittes 5 und des Fernrohrs 1 manuell von der Bedienungsperson in Azimuthrichtung gedreht werden.

In dem Datengeberabschnitt 5 sind Einrichtungen zur elektrischen Messung des Winkels zwischen der Welle 35 und dem Justiergerät des Fernrohrs 1 vorgesehen. Diese Meßeinrichtungen schließen einen Selsyn oder einen anderen üblichen Datengeber ein, der zwischen der oberen Platte 30 und dem schalenförmigen Teil 40 liegt. Der übliche magnetische Aufbau 36 eines mechanisch unabhängigen Abschnittes des Selsyns bildet einen Rotor und ist an der Welle 35 mit dieser zusammen mit einer kreisringförmigen Selsynwioklung 37 drehbar befestigt. Der zweite Abschnitt

709817/0310

des Selsyns, der gegenüber dem ersten Abschnitt 76 drehbar ist, ist von dem schalenförmigen Teil 40 in der zylindrischen Schale 32 festgeklemmt. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt 39 des Selsyns von dem schalenförmigen Element 40 gegen einen ringförmigen Plansch an der Innenoberfläche der Schale 32 geklemmt werden. Der kreisringförmige magnetische Kreis des Abschnittes 39 und die hiervon gehalterte kreisringförmige Selsynwicklung 38 sind daher gegenüber der Welle 35 drehbar und sie werden gedreht, wenn die Bedienungsperson das Fernrohr 1 in Azimuthrichtung dreht.

Der Steuerabschnitt 9 nach Fig. 2 umfaßt einen zylindrischen Mantel oder ein äußeres Gehäuse 44, das von der Befestigungsplatte 6 herabhängt und an dieser mit Hilfe üblicher Befestigungseinrichtungen, wie z.B. Gewindeschrauben 60 befestigt ist. Der Steuerabschnitt 9 gemäß Fig. 2 schließt eine Verlängerung 35a der Welle 35 ein und diese Verlängerung 35a läuft bis zum Abschnitt 12 nach Fig. 3 und haltert die Kreiseleinrichtungen. Wie es weiter oben erwähnt wurde, ist die Welle 35 mechanisch in dem Steuerabschnitt 9 gelagert und diese Lagerung wird teilweise durch das Kugellager 43 erreicht, das in der Mittelöffnung der Befestigungsplatte angeordnet ist. Eine weitere Lagerung der Welle 35 ist in dem unteren Abschnitt der Fig. 2 durch eine Befestigungsplatte 85 erzielt, die an der Innenoberfläche des äußeren Gehäuses 44 mit Hilfe üblicher Befestigungseinrichtungen, wie z.B. Gewindesehrauben 88 befestigt ist. Eine an einer in der Mitte liegenden Stelle vorgesehene öffnung in der Befestigungsplatte 85 nimmt ein Kugellager 86 auf, das ebenfalls die Welle 35 lagert.

Wie es aus den Figuren 2 und 4 zu erkennen ist, trägt die Welle 35 ein Sektorzahnrad 85, das mit einem Ritzel 63 in Eingriff steht, wobei das Sektorzahnrad 45 mit einer Nabe verbunden ist, die an der Welle 35 mit Hilfe einer Schraube 46 befestigt ist. An einer bogenförmigen Seite des Sektorzahnrades 45 sind Zähne 59 vorgesehen, die mit dem Ritzel 63 kämmen und auf der gegenüberliegenden Seite des Sektorzahn-

709817/031«

rades 35 ist ein bogenförmiger Schlitz 49a vorgesehen. Ein Anschlag in Form einer vertikalen Stange 49 erstreckt sich durch den bogenförmigen Schlitz 49a und der Stab 49 ist an dem Gehäuse 44 mit Hilfe von Haltearmen 47, 48 befestigt. Weil der Mittelpunkt des den Schlitz 49a bildenden Bogens mit dem Drehmittelpunkt der Welle 35 zusammenfällt, kann sich das Sektorzahnrad 45 (mit der Welle 35) über einen begrenzten Winkelbereich frei drehen. Es ist zu erkennen, daß andereArten von Winkelanschlägen verwendet werden können.

Wie es erwähnt wurde, kämmen die Zähne 59 des Sektorzahnrades 45 mit dem Ritzel 63i das Ritzel 63 ist an einer vertikalen Welle 62 befestigt, die in Kugellagern 6l und 89 gelagert ist, die jeweils in Ausnehmungen der Befestigungsplatte 6 bzw. der Befestigungsplatte 85 befestigt sind. Die Welle 62 und damit das Sektorzahnrad 45 werden gedreht, wenn ein Motor 8l durch Zuführung geeigneter Befehlssignale an die Motorleitungen 80 mit Energie versorgt wird. Zu diesem Zweck ist eine Antriebswelle 82 des Motors 8l mit einer Antriebsschnecke versehen, die ein damit zusammenwirkendes Schneckenzahnrad 68 antreibt, so daß die Welle 62 gedreht wird. Damit der Motor 81 nicht überlastet wird, wenn der Anschlag 49 mit einem der Enden des Schlitzes 49a in Eingriff kommt, ist eine Rutschkupplung zwischen dem Zahnrad 68 und der Welle 62 vorgesehen. Obwohl verschiedene Konstruktionen von Rutschkupplungen verwendet werden können, schließt die dargestellte Rutschkupplung eine bei 69 mit der Welle 62 verstiftete Planscheibe 70 ein. Über dem Zahnrad 68 befindet sich eine zweite Planscheibe 67, die frei drehbar auf der Welle 62 befestigt ist. Schließlich ist ein Bundring 65 vorgesehen, der bei 64 an der Welle 62 befestigt ist und eine Planscheibenoberflächejzum Zusammendrücken einer Schrauben-Druckfeder 66 gegen die obere Oberfläche der Planscheibe 67 aufweist. Das Zahnrad 68 und die Welle 62 drehen sich normalerweise zusammen. Wenn der mechanische Begrenzungsanschlag jedoch erreicht ist, wird die Drehung der Welle 62 gestoppt und das Zahnrad 68 treibt die Welle 62 nicht mehr an. Ein übliches (in Fig. 2 nicht gezeigtes)

709817/031« ·/·

Tachometerelement ist auf der Welle 82 in dem Gehäuse des Motors 81 befestigt und liefert ein Geschwindigkeits-Ausgangssignal an den Leitungen 79* wie dies noch näher erläutert

Wie es weiter oben erwähnt wurde, erstreckt sich die Welle j55 nach Fig. 2 über die Verlängerung 55a in den Kreiselkompaßabschnitt 12 nach Fig. 3 und trägt eine allgemein zylindrische abgedichtete Behälterbaugruppe mit zusammenpassenden Sehalenteilen 104 und 112, die durch eine Bodenwand II9 abgeschlossen sind, um die schwimmende Kreiselkompaßbaugruppe aufzunehmen. Im einzelnen ist eine obere Deckplatte 101 dieser abgedichteten Nachlaufbaugruppe an dem unteren Ende der Verlängerung 55a in irgendeiner geeigneten Weise befestigt, beispielsweise durch eine Gewindeschraube 100, die durch eine Nabe 102 der Platte 101 geschraubt ist. Der obere zylindrische Behälterteil 104 der Nachlaufbaugruppe ist mit Hilfe irgendwel eher geeigneter Einrichtungen bei 10j5 an der Platte 101 befestigt und erstreckt sich nach unten in den unteren Teil 44a des Gehäuses 44. Der Teil 44a weist die Form eines sich nach unten verjüngenden konischen KegelstumpfmanteIs auf, der an seinem unteren Ende durch eine Wand 120 verschlossen ist. Das äußere Gehäuse 44 ist gegen Staub und Flüssigkeiten geschützt, um die darin enthaltenen Mechanismen zu schützen.

In den Teilen 104 und 112 ist eine schwimmende Kreiselkompaßbaugruppe angeordnet. Die Kreiselkompaßbaugruppe schwimmt in einer geeigneten Kreisel-SchwimmflUssigkeit, die das Innere der Teile 104, 112 bis zu dem Pegel füllt, der bei 108c angedeutet ist. Das Schwimmerelement, das den Kreisel umschließt, schließt einen oberen Teil 107 in Form eines flachen Kegels ein. Wie es weiter unten beschrieben wird, trägt der Kegel 107 ein elektrisch aktives kreuzförmiges Element 105 und dieses Element 105, das ausführlicher anhand der Figuren 6 bis 9 erläutert wird, befindet sich im Normalbetrieb im wesentlichen in der Mitte zwischen Paaren von elektromagnetischen

709817/0319

Abnehmer- und Drehmomenterzeuger-Einrichtungen (wie dies allgemein bei 106 angedeutet ist) die zusätzlich zur Ausübung von Zentrierkräften auf das kreuzförmige Element I05 dienen, wie dies weiter unten erläutert wird. Es ist zu erkennen, daß die Paare von Abnehmer-Drehmomentgeber-Zentriereinrichtungen ΙΟβ durch eine Anzahl von haltearmförmigen Halterungselementen gehalten sind, die von der Innenoberfläche der Deckplatte 101 herabhängen. An dem Kegel 107 des Schwimmerelementes ist ein sich nach unten erstreckender dünnwandiger Mantel I08 mit allgemein zylindrischer Form befestigt, der einen abgedichteten Teil bildet und in dem eine normalerweise horizontale Tragplattform 109 angeordnet ist. Das Schwimmerelement wird durch eine dünnwandige symmetrische halbkugelförmige Schale II5 vervollständigt, die an dem zylindrischen Mantel 108 an der Plattform 109 befestigt ist.

Ein kreisringförmiger nach innen vorspringender Teil 111 des Nachlauf-Gehäuseteils 104 springt nach innen in Richtung auf den zylindrischen Mantel I08 vor, so daß ein kleinerer kreisringförmiger Spalt 108b zwischen den Elementen IO8 und 111 erzielt wird. Weil das Innere der Behälterteile 104, 111 mit einer Auftriebsflüssigkeit bis zum Pegel 108c gefüllt ist, enthält auch der Spalt 108b diese Flüssigkeit. Wie es weiter unten erläutert wird, sind elektrisch leitende Elektroden in die aufeinandergerichteten Oberflächen eingesetzt, die den Spalt 108b bilden,, so daß bei Vorhandensein einer elektrisch leitenden AuftriebsflUssigkeit die elektrische Betriebsleistung von dem Steuerschassis 14 über den Spalt 108b geleitet wird, um den Kreiselrotor anzutreiben. Es ist festzustellen, daß das obere Ende des schmalen Spaltes 108b etwas unter dem normalen Pegel 108c der Auftriebsflüssigkeit liegt. Hierdurch werden alle nachteiligen Drehmomentwirkungen beseitigt, die ansonsten auf Grund der Oberflächenspannungseffekte in einer Verlängerung des engen Spaltes 108b vorhanden sein würden. Um die Flüssigkeit zu liefern, die zum Füllen des erweiterten Teils »108a des Spaltes erforderlich ist, ist ein relativ

709817/031«

großer Vorratsraum 121 unter der Schwimmerbaugruppe vorgesehen.

Eine öffnung der Plattform I09 ermöglicht den Einbau des empfindlichen oder des Meßelementes des Kreiselkompasses, das in Fig. J5 allgemein so dargestellt ist, als ob es zumindest einen Kreiselrotor 110 einschließt, der auf einer Welle 114 zwischen zwei mit Abstand angeordneten Jochen II3 drehbar gelagert ist, die von der Plattform 109 getragen werden, wobei die Drehachse.der Welle 114 während des Betriebs des Systems normalerweise in einer horizontalen Ebene liegt.

Eine grobe Zentrierung und Kreiselarretierung des Schwimmerelementes beim Transport wird durch die Verwendung eines in der Mitte angeordneten Anschlages erreicht, der an der Bodenwand 119 des Nachlaufbehälterteils 112 befestigt ist. Dieser Anschlag besteht aus einem Rohr II7, das an der Innenoberfläche der Wand II9 befestigt ist und eine zylindrische Bohrung 118 aufweist, die lose einen Stift II6 aufnimmt, der von einer mittleren Stelle der halbkugelförmigen Sehale II5 nach unten in die Bohrung II8 vorspringt.

Die schwimmende Kreiselkompaßbaugruppe befindet sich in neutralem Auftriebszustand in einer hermetisch abgedichteten schwimmenden Schale, die hauptsächlich aus dem Kegel 107, dem dünnwandigen Mantel I08 und der halbkugelförmigen Schale 115 gebildet ist, wobei diese Teile jeweils aus einem Material mit geringem Gewicht hergestellt sein können, wie z.B. aus einem glasfaserverstärkten Epoxy-Material, das zur Herstellung entsprechender Formteile verwendet wird. Die abgedichtete Schale kann mit einer Atmosphäre aus einer Mischung von Gasen wie z.B. Helium und Stickstoff gefüllt sein, um die Luftreibungsverluste des Kreiselrotors 110 zu verringern und um einen Kühlweg von dem Rotor zur Umgebung des Instrumentes zu bilden. Das Gewicht der schwimmenden Kreiselbaugruppe, die den Kreisel 110 einschließt und die Dichte der Auftriebsflüssigkeit in

709817/0319

dem Vorratsbehälter 121 und dem Spalt 108b sind so ausgewählt, daß die Außenoberfläche des Kegels 107 normalerweise über der freien Oberfläche der Flüssigkeit am Pegel 108c liegt. Die Form und der Scheitelwinkel des Kegels 107 sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß Kondensationstropfen auf der konischen Oberfläche stehenbleiben, so daß die genannte Oberfläche automatisch von irgendwelchen Flüssigkeitstropfen befreit wird, die sich auf dieser Oberfläche beim Transport des Kreiselkompasses ansammeln könnten.

Die Pendelwirkung der schwimmenden Kreiselkompaßbaugruppe ist auf einen normalen Wert dadurch eingestellt, daß der Kreiselrotor 110, in dem die größte Masse der Baugruppe konzentriert ist, unter den Auftriebsmittelpunkt des Schwimmerteils gelegt wird. Bisher wurden in vielen Fällen Versuche gemacht, den Auftrieb des Schwimmers und sein Gewicht genau gegeneinander auszubalancieren und ein derartiges Ergebnis ist sehr schwierig zu erzielen weil sich hierbei schwere Temperaturkompensations-Probleme ergeben. Bei der beschriebenen Ausführungsform werden Probleme dieser Art dadurch vermieden, daß sichergestellt ist, daß der Kegel 107 der Schwimmerbaugruppe immer über die freie Flüssigkeitsoberfläche am Pegel 108c vorspringt. Änderungen der Temperatur, die eine Volumenverkleinerung oder Volumenvergrößerung der AuftriebsflUssigkeit zur Folge haben, bew irken lediglich, daß das tatsächlich zum Auftrieb gebrachte Volumen sich direkt proportional der Änderung der Flüssigkeitsdichte ändert, so daß die Schwimmerbaugruppe im wesentlichen in einer konstanten Position gegenüber der Nachlauf-Gehäusedeckplatte 101 bleibt. Auf diese Weise wird ein Ausgleichseffekt hervorgerufen, durch den der Anstieg des Flüssigkeitsspiegels bei 108c bei steigender Temperatur im wesentlichen die Verringerung des Wertes des Vorspringens des Schwimmers über den Pegel 108c ausgleicht, der durch die Verringerung der FlUssigkeitsdichte mit ansteigender Temperatur hervorgerufen wird und umgekehrt. Die Höhenlage des Kegels 107 gegenüber der Machlaufbehälter-Deckplatte 101 bleibt daher über

./. 709817/0318

den Betriebstemperaturbereich des Kreiselkompasses im wesentlichen konstant. Daher wird ein perfektes Schwimmen ohne die Notwendigkeit irgendeiner Temperatur-, Flüssigkeitsdichtenoder Schwimmervolumen-Steuerung erzielt. Entsprechend ergibt sich keine relative Vertikalbewegung des Kegels 107, die eine unerwünschte mechanische Unterbrechung des Abgriffsystems 105, 106 hervorrufen würde. Praktisch ausgeführte Versuche zeigen, daß die Betriebsweise des Abnehmer- und Drehmomenterzeugersystems, das im folgenden noch näher beschrieben wird, relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Vertikalposition des Kegels 107 über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen ist.

Es ist zu erkennen, daß eine Vielzahl von bekannten MöglichT keiten zur Verfügung steht, um elektrische Antriebsleistung zum Betrieb des Kreiselrotors 110 zuzuführen, und zwar unter Einschluß von Schleifringen oder flexiblen Leitungen. Das schwimmende Kreiselmeßelement ist jedoch vorzugsweise frei von unerwünschten Einspanndrehmomenten um die VertikÄlachse ausgebildet, indem eine Auftriebsflüssigkeit verwendet wird, die zusätzlich eine elektrische Betriebsleistung übertragen kann. Entsprechend sind die Schwimmerbaugruppe des Kreiselkompaß-Meßelementes und der Nachlaufbehälter aus den Elementen 104, 112 und 119 aus isolierendem Material hergestellt, wobei gegenüberliegende zusammenwirkende elektrisch leitende Elektroden an dem Spalt 108b vorgesehen sind, die aus korrosionsbeständigem Material, wie z.B. Platin, bestehen.

Die AuftrJsbsflüssigkeit kann beispielsweise eine Äthanol-Wassermischung sein, dem Jodkalium hinzugefügt ist, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen, wobei zumindest 55 Gewichtsprozente der Mischung Äthanol sind, wenn ein Einfrieren unterhalb von -40°C verhindert werden muß. Eine Spur von Natriumtetraburat kann zur pH-Steuerung hinzugefügt werden. Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist so eingestellt, daß elektrische Leistungsverluste in dieser Flüssigkeit so weit wie möglich verringert werden, beispielsweise auf ungefähr den Wert von 2 Watt.

709817/0319

. a.

Fig. 5 zeigt die Antriebswicklungen des Kreiselrotors 110 in den zusammenwirkenden Kunststoff-Mantelteilen 108 und 111, die den leitenden flüssigkeitsgefüllten kreuzringförmigen Spalt 108b umgrenzen. Das magnetische Antriebsfeld für den Kreiselrotor 110 wird von einem Motorwicklungssystem geliefert, das allgemein mit 110a bezeichnet ist und die üblichen Wicklungen 136, 137 und 138 einschließt, die in Sternschaltung an einem Verbindungspunkt l40 zusammengeschaltet sind. Um den Kreiselrotor 110 in üblicher Einphasen-Betriebsweise betreiben zu können, ist ein Festwert-Kondensator 139 längs der Anschlüsse der Wicklungen I37, I38 angeschaltet. Die Antriebsleistung von einer Wechselstromquelle 134, die in dem Steuerschassis 14 nach Fig. 1 angeordnet sein kann, wird zum Antrieb des Rotors 110 zugeführt. Zu diesem Zweck ist an einer Seite des Rotors innerhalb des Spaltes 108b ein Paar von langgestreckten Metallelektroden 130, 131 angeordnet, während auf der direkt gegenüberliegenden Seite des Systems ein zweites gleiches Paar von langgestreckten Metallelektroden 132, 133 angeordnet ist. Wenn ein Schalter 135 geschlossen wird, wird ein Wechselstrom über eine Leitung 143 der Elektrode 132 zugeführt und dann über den Spalt 108b zur Elektrode 133 und an den Wicklungs-Verbindungspunkt 141 geleitet. Von dem Verbindungspunkt l4l fließt der Strom direkt durch die Wicklung 138 und über den Kondensator 139 und die Wicklung 137 zum Verbindungspunkt l40, von wo aus er durch die Wicklung 136 zur Elektrode I31 fließt. Der elektrische Kreis wird durch die leitende Flüssigkeit in dem Spalt 108 b geschlossen, so daß der Strom dann zur Elektrode 130 und über eine Leitung 142 zurück zur Leistungsquelle 134 fließt.

Im normalen Betrieb ist der Winkelausschlag des dünnwandigen Mantels I08 gegenüber der Neutralstellung gemäß der Zeichnung gegenüber dem ringförmigen nach innen vorspringenden Teil 111 klein, so daß ein ausreichender Strom zum Antrieb des Rotors 110 immer zur Verfugung steht. Weiterhin sind auf Grund der scheinbaren Symmetrie der Geometrie der Anordnung nach Fig. 5

709817/031«

die Potentialabfälle längs der gegenüberliegenden Flüssigkeitsspalte ausgeglichen und im wesentlichen symmetrisch. Es wird eine geringe Stromdichte beispielsweise in der Größenordnung von 0,04 Ampere pro Quadratzentimeter verwendet, um ein Zersetzen oder eine Verschlechterung der Eigenschaften der leitenden Flüssigkeit sowie eine Erosion der Elektroden so weit wie möglich zu verringern.

Die Einrichtung zur Durchführung der wesentlichen Funktionen der Zentrierung der Schwimmerbaugruppe in dem Nachlaufbehälter, der Messung des Azimuthwinkels zwischen den beiden gleichen Elementen und der Zuführung eines korrigierenden Azimuth-Drehmomentes an den schwimmenden Behälter wurde kurz in Verbindung mit Fig. 3 erwähnt. Die Merkmale des einstückigen Systems zur Durchführung dieser drei Funktionen werden nun ausführlicher anhand der Figuren 6 bis 10 erläutert.

Die drei notwendigen Funktionen werden durch eine Anordnung ausgeführt, die Wirbelstromerscheinungen ausnutzt, wobei die Betriebswelse auf der Tatsache beruht, daß die Induktivität einer Spule in der Nähe einer Platte aus elektrisch leitendem Material eine Funktion des Spaltes zwischen der Spule und der Platte ist, unter der Annahme beispielsweise, daß die Ebene der Platte im wesentlichen unter rechten Winkeln zur Spulenachse steht. Es ist gut bekannt, daß dieser Einfluß sich daraus ergibt, daß Wirbelströme in der leitenden Platte durch irgendeinen sich zeitlich ändernden Magnetfluß von der Spule induziert werden mit der Folge, daß eine magnetomotorische Kraft mit einer Polarität erzeugt wird, die versucht, jeder Änderung des Magnetflusses entgegenzuwirken. Wenn die Erregungsfrequenz der Spule relativ hoch ist und wenn die Platte ein guter elektrischer Leiter mit ausreichender Dicke ist, wird ein wechselnder Fluß fast vollständig vom Inneren der Platte ausgeschlossen. Für einen sehr großen Abstand zwischen der Spule und der leitenden Platte ergibt sich nur eine geringe Änderung der Gesamt-Reluktanz des magnetischen Kreises; wenn jedoch die leitende

709817/0319

Platte näher an ein Ende der Spule gebracht wird, wird das Volumen des Raumes zwischen der Spule und dem Leiter verringert und die effektive Induktivität der Spule wird entsprechend verringert. Wenn der Spalt zwischen der Spule und der Platte etwas vergrößert wird, wird die effektive Induktanz der Spule entsprechend vergrößert. Dieser nützliche Effekt wird verstärkt, wenn ein magnetischer Kern der Spule zugeordnet wird, beispielsweise der Kern 172 nach Fig. 6, der an einem Ende offen ist und so auf die leitende Platte, wie z.B. die Platte I5I gerichtet ist, so daß lediglich in dem engen Spalt zwischen der gegenüberliegenden Fläche des Kerns 172 und der Oberfläche der Platte I5I ein bedeutsamer Magnetfluß außerhalb des tatsächlichen Kerns vorhanden ist. Derartige Ferritkerne weisen üblicherweise ein offenes kreisringförmiges Innenvolumen zwischen einerjin der Mitte angeordneten Säule und einem äußeren kreisringförmigen Mantel auf, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der kreisringförmige Raum zur Aufnahme von zwei konzentrischen Wicklungen 173 und 174 verwendet, die mit entsprechenden elektrischen Leitungspaaren 146 und 1A7 versehen sind.

Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, sind vier Paare derartiger Wicklungen jeweils den leitenden Metallarmen 150, 151, 152, 155 eines kreuzförmigen Elementes I05 zugeordnet. Gegenüberliegende Spulen wie z.B. die, die den Kernen I72 und 175 zugeordnet sind, sind so gehaltert, daß sich kleine Spalte mit einer Breite g bezüglich des leitenden Armes 151 ergeben. Die verschiedenen Paare von Kernen, wie z.B. die Kerne 172, 175 sind jeweils an der Nachlaufbehälter-Deckplatte 101 durch die dargestellten Haltearme 144, 145 gehaltert. Es ist verständlich, daß das kreuzförmige Element I05 so geformt ist, daß es in irgendeiner geeigneten Weiße an dem Kegel I07 der Schwimmerbaugruppe des Kreiselkompasses befestigt werden kann.

Es kann gezeigt werden, daß eine Spule wie die Spule 173 bei Erregung mit einer relativ hohen Frequenz und bei Anordnung

709817/0319

gegenüber einer Aluminiumplatte mit einer Dicke von beispielsweise 1,6 mm eine Induktivität aufweist, die angenähert durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden kann:

^L -

worin L_Q, k und g Konstanten sind und g wieder die mechanische Spaltabmessung nach Fig* 6 darstellt.

Es ist aus den Figuren 3 und 7 zu erkennen, daß die komplette Baugruppe derart ist, daß der auf die Oberseite des Kegels 107

angeordnete Aufbau der Schwimmerbaugruppe 4γΊηι wesentlichen gleich dimensionierte Arme 150, 151, 152, I53 aufweist, die jeweils an dem Kegel I70 befestigt sind und denen jeweils gegenüberliegende und entgegengesetzt gerichtete Spulen der in Fig. 6 gezeigten Art zugeordnet sind. Beispielsweise steht der Arm 152 mit dem Kern 154 und dem entgegengesetzt gerichteten Kern 157 in Wechselwirkung und diese Kerne schließen jeweils Wicklungen I55, I56 bzw. 158, 159 ein. Der Arm I50 ist den entgegengesetzt gerichteten Kernen I66 und I69 zugeordnet, die jeweils mit Paaren von konzentrischen Wicklungen I67, I68 bzw. 170, I71 zusammenwirken. In gleicher Weise ist der Arm 153 des kreuzförmigen Elementes 105 den entgegengesetzt gerichteten Kernen 160, I6j5 zugeordnet, die jeweils mit Paaren von darin angeordneten Wicklungen 16I, 162 bzw. 164, I65 zusammenwirken. Es ist verständlich, daß die verschiedenen Kerne und die darin eingeschlossenen Wicklungen starr an der Nachlaufbehälter-Deckplatte 101 gehaltert sind, so daß sich alle gegenüber dem kreuzförmigen Element 105 bewegen, wenn eine Relativbewegung zwischen der Nachlaufbehälter-Deckplatte 101 und dem Kegel 107 auftritt.

Mit den diametral gegenüberliegenden leitenden Armen I52 und 153 des kreuzförmigen Elementes I05 arbeitet ein Erregungsund Drehmomenterzeuger-System zusammen, das die Wicklungen einschließt, die in Fig. 7 den Kernen 154, 157, I60 und zugeordnet sind. Die Drehmomenterzeuger-Steuereingangsan-

709817/0319

Schlüsse 178 und I79 sind mit einer Serienschaltung verbunden, die die Wicklung I55 des Kerns 154, die Wicklung I58 des Kerns 157, die Wicklung 164 des Kerns I63 und die Wicklung I6I des Kerns ΙβΟ einschließt. Den Anschlüssen 178 und I79 wird ein Drehmomenterzeuger-Steuerstrom zugeführt, der in einer anhand der Fig. 10 zu beschreibenden Weise erzeugt wird. Dieser eine veränderliche Phase aufweisende Drehmomenterzeuger-Steuereingangsstrom wirkt mit einem eine feste Phase aufweisenden Hochfrequenz-Bezugsstrom zusammen, der an den Anschlüssen I80 und 181 zugeführt wird. Dieser letztgenannte einelfeste Amplitude und Phase aufweisende Strom wird in Serie durch die Wicklung 165 des Kerns I6j5 und durch die Wicklung 159 des Kerns 157 geleitet, bevor er zum Anschluß 18Ο zurückgeführt wird. Der gleiche Strom wird weiterhin durch eine parallel angeschaltete Schaltung geleitet, die die Wicklungen 156 und 162 einschließt, so daß der Strom durch die Wicklung 162 des Kerns I60 und dann durch die Wicklung I56 des Kerns 154 fließt bevor er zum Anschluß 180 zurückkehrt. Es ist zu erkennen, daß jeweilige Wicklungspaare magnetisch durch die Kerne 154, 157, ΙβΟ und l6j5 miteinander gekoppelt sind, wie dies weiter oben in Verbindung mit den Figuren 6 und 7 beschrieben wurde. Es ist zu erkennen, daß diese verschiedenen Kerne in Abhängigkeit von der Art des veränderlichen Drehmomentgeber-Steuerstromes, der den Anschlüssen 178 und 179 zugeführt wird, in brauchbarer Welse die Drehmomente beeinflussen, diejvon den verschiedenen Kernen auf die leitenden Arme 152, 15J5 ausgeübt werden, um die Azimuth-Position des kreuzförmigen Elementes 105 zu steuern. Es ist zu erkennen, daß der Drehmomenterzeuger-Steuerstrom in einer ersten Richtung durch die Wicklungen 155 und 158 und in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklungen 164 und 161 fließt. Andererseits fließt der eine feste Phase aufweisende Feldstrom in der gleichen Richtung durch die Wicklungen 159 und 165* jedoch in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklungen I56 und 162, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist.

Wie es aus Fig. 9 zu erkennen ist, wird eine der Schaltung nach Fig. 8 sehr ähnliche Schaltung für Azimuth-Winkel-Abnehmer-

709817/0319

zwecke verwendet. In Fig. 9 ist ein mit den diametral entgegengesetzten leitenden Armen 150 und 151 des kreuzförmigen Elementes 105 zusammenwirkendes Erregungs- und Abnehmer- oder Abgriffsystem gezeigt, das die in Fig. 7 den Kernen I66, 169» 172 und 175 zugeordneten Wicklungen umfaßt. Die Abgriffanschlüsse I90 und 191 sind mit einer Serienschaltung verbunden, die die Wicklung 174 des Kerns 172, die Wicklung 177 des Kerns 175, die Wicklung I67 des Kerns 166 und die Wicklung 170 des Kerns I69 einschließt. Die Anschlüsse 190 und 191 liefern ein Abgriffsignal in einer Weise, die im folgenden anhand der Fig. 10 beschrieben wird, wobei die AbgriffsignaIe zusammenwirkend durch das Vorhandensein eines festen Hochfrequenz-Bezugsstromes erzeugtwerden, der den Anschlüssen 192, I93 zugeführt wird. Der letztgenannte eine feste Amplitude und Phase aufweisende Strom wird in Serie durch die Wicklung 168 des Kerns I66 und durch die Wicklung I76 des Kerns 175 geleitet bevor er zum Anschluß 195 zurückkehrt. Der eine feste Amplitude und Phase aufweisende Strom wird weiterhin durch die parallelgeschaltete Schaltung hindurchgeleitet, die die Wicklungen 171 und 175 einschließt, so daß der Strom durch die Wicklung 171 des Kerns I69 und dann durch die Wicklung 173 des Kerns 172 fließt, bevor er zum Anschluß 193 zurückkehrt. Es ist zu erkennen, daß jeweilige Paare von Wicklungen durch die Kerne 166, I69, 172 und 175 miteinander gekoppelt sind, wie dies weiter oben in Verbindung mit den Figuren 6 und 7 beschrieben wurde. Es ist weiterhin zu erkennen, daß diese verschiedenen Kerne in Abhängigkeit von ihrer Nähe zu den damit zusammenwirkenden Armen I50, I51 brauchbare Fehler-Ausgangssignale proportional zum Fehler der Azimuth-Position des kreuzförmigen Elementes ergeben. Es ist zu erkennen, daß der Abgriff-Strom in einer ersten Richtung durch die Wicklungen 174 und 177 und in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklungen 167 und 170 fließt. Andererseits fließt der feste FeIdstrom in der gleichen Richtung durch die Wicklungen 168 und I76, jedoch in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklungen I7I und 173* wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.

709817/0319

Die drei wichtigen Punktionen, die von dem integrierten Zentrierungs-Drehmomentgeber-Abgriff-System nach den Figuren 7, 8 und 9 ausgeführt werden, werden am einfachsten getrennt erläutert. Im folgenden wird zunächst der Vorgang erläutert, der beim Zentrieren der Schwimmerbaugruppe und der Zentrierung des dünnwandigen Malltelteils 108 dieser Baugruppe gegenüber dem Teil 111 der Nachlaufbaugruppe auftritt, um zu erreichen, daß der kreisringförmige Spalt 108b im wesentlichen gleichförmig gehalten wird.

Zum Verständnis des Zentrierungsvorganges der Schwimmerbaugruppe ist die folgende Untersuchung von Interesse. Die Wick-Iungs-Kern-Induktivitätskombinationen,die in dem System verwendet werden, werden üblicherweise als Energiespeicherelemente betrachtet, wobei die mittlere gespeicherte Energie in einer derartigen Induktivität gleich:

W = 1/2 L I² (2)

ist, worin W in Coulomb ist, wenn L in Henry und I in Ampere eingesetzt wird. Wenn die Stromquelle ariden Anschlüssen l80, l8l einen Wechselstrom mit konstanter Amplitude und Phase liefert, so Ist die Änderungsgeschwindigkeit der mittleren gespeicherten Energie bei sich ändernder Spaltabmessung g gleich:

dw _{1 /o} 2 dL _{η /o T}2 k ,-,·.

1/2 1 _ri/n j—p O)

Die Rückstoßkraft, die zwischen einem der leitenden Arme und der damit zusammenwirkenden Wicklungs- und Kern-Induktivitäts baugruppe wirkt, ist daher:

P « 1/2 I² —-*· χ 10⁷ Dyn (4)

(g+g₀)

worin g und g.. in Zentimetern angegeben sind und ihre Summe die effektive Abmessung des Spaltes darstellt.

709817/0319

Wenn zusammenwirkende gegenüberliegende in gleicher Weise erregte Wicklungs- und Kern-Induktivitätsbaugruppen auf den Seiten der leitenden Platte angeordnet sind, wie z.B. dem Arm 151 nach Fig. 6, wobei kleine jedoch gleiche Spalte g auf beiden Seiten des Arms 151 entstehen, so sind die erzeugten Abstoßungskräfte genau gleich und entgegengesetzt, so daß sie einander genau ausgleichen. Wenndas Innere des Arms 151 in Fig. 6 näher an den Kern 175 als an den Kern 172 bewegt wird, so wächst die Abstoßungskraft auf der Seite mit dem geringeren Spalt, doch sinkt sie notwendigerweise an der Seite mit dem größeren Spalt ab. Daher wird eine resultierende Rückstellkraft erzeugt, die bestrebt ist, das Ende des Arms 15I sofort in eine Position zurückzubewegen, in der dieser genau zwischen den Wicklungen 172, 175 zentriert ist. Es ist leicht zu zeigen, daß für sehr kleine Bewegungen des Arms 151 aus seiner zentrierten Position heraus die Zentrierungskraft-Federrate

^K - ^d dg ^)

₌ χ ίο? (6)

Jj-rp

Dyn pro Zentimeter ist. (7)

g_o+g

Die Zentrierkraft wird bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 vergrößert, bei der vier Paare von Wicklungsan ordnungen den Armen des kreuzförmigen Elementes 105 zugeordnet sind. Wefl. jeder Satz von Wicklungspaaren in der vorstehend beschriebenen Weise wirksam ist, ist zu erkennen, daß die Anordnungen nach den Figuren 8 und 9 eine genaue Zentrierung des schwimmenden Meßelementes in dem Nachlaufbehälter entlang zweier zueinander senkrechter Achsen ergeben. Weiterhin ergeben diese Anordnungen bei vollständiger Kompatibilität jeweils die gewünschten Azimuth-Drehmomenterzeuger- und Azimuth-Fehlerabgrifffunktionen, die noch weiter unten ausführlich beschrieben werden.

709817/0319

In pig. 8 wird die Ausübung des Drehmomentes auf das schwimmende Element sowie dessen Zentrierung in der Vorrichtung durchgeführt. Zur Ausübung eines Drehmomentes auf das kreuzförmige Element 105 derart, daß es in seine richtige Position gebracht wird, wird ein eine konstante Phase aufweisender Strom mit geeigneter höher Frequenz und Amplitude wieder in jeder der acht Wicklungen aufrechterhalten, wobei jeweils eine der acht Wicklungen in einer der acht Wicklungs-Kern-Induktivitätsbaugruppen angeordnet ist (Wicklungen 156, 159, 162, I65, 168, 171, 173, 176). Für das Zusammenwirken mit den Wicklungen 156, 159, 162, 165 ist eine zusätzliche Wicklung in jeden der vier Kerne 154, 157, I60, 163 eingebracht, die entlang einer Achse des Systems allgemein senkrecht zu den Armen 152, I53 liegen. Dies sind die jeweiligen Drehmomenterzeuger-Wicklungen 155, 158, 161, 164, die in Fig. 8 in Serie geschaltet sind. Wenn ein seine Phase ändernder Strom durch die Wicklungen 155, 158, 164, 161 geleitet wird, so wird die in jedem wirksamen Induktor gespeicherte mittlere Energie geändert. Die Energie wird in den beiden Induktoren, in denen die magnetomotorischen Kräfte entgegengesetzt sind, abgesenkt und sie wird in den beiden Induktoren, in denen die magnetomotorischen Kräfte einander unterstützen, vergrößert wenn ein Drehmomenterzeuger-Steuerstromeingang mit einer bestimmten Phase in den Anschlüssen 178, 179 in der durch die Pfeile angedeuteten Weise fließt; für die umgekehrten Phasenbedingungen wird diese Wirkung umgekehrt. Wie es weiter oben angedeutet wurde, ändern sich die auf jede Seite der Arme 152, 153 wirkenden Abstoßungskräfte entsprechend der Änderung der gespeicherten Energieverteilung. Weil die Mittelpunkte der Wicklungs-Kern-Baugruppen um eine Entfernung R von dem Mittelpunkt des kreuzförmigen Elementes 105 entfernt sind, ergibt sich ein resultierendes Drehmoment T,das auf eine Drehung des Elementes 105 hinwirkt:

T » 2R (F₁ - F₂) (8)

worin F. wie oben angegeben die Kraft ist, die von jeder der Induktorbaugruppen erzeugt wird, die den Kernen I57 und I60

709817/0319

nach Fig. 8 zugeordnet sind, während F_p wiederum die Kraft ist die von jeder der Induktorbaugruppenerzeugt wird, die den Kernen 154 und I6j5 zugeordnet sind. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß eine gleiche Windungszahl bei allen Wicklungen vorliegt und daß dL/dg in Henry pro Zentimeter angegeben ist, während I in Ampere und R in Zentimetern angegeben ist, so ist:

F₁ = 1/2 || (I₁ + I₂)² χ 10⁷ Dyn (9)

F₁- F₂ = 2I₁ I₂ || χ 10⁷ Dyn (11)

T = 4R I₁ I₂ H χ 10⁷ Dyn Zentimeter (12)

T = 2R I₁ I₀ -—ö x 10⁷ Dyn Zentimeter (IJ)

^{1 2} (g_o+g)²

Wenn I. konstant gehalten wird, so ist zu erkennen, daß das resultierende Drehmoment linear von I₂ abhängt. Weiterhin ist es aus den Gleichungen (6) und (13) zu erkennen, daß die mechanischen Abmessungen des Spaltes g und der effektive Spalt (g_Q+g) klein gehalten werden. Der Wert gu wird durch symmetrische Konstruktionen des Drehmomenterzeugers und durch Verwendung des Hochfrequenz-Erregungsstromes klein gemacht. Weiterhin ist zu erkennen, daß als Alternative zur Verwendung von zwei Wicklungen in Verbindung mit jedem Kern das gleiche wünschenswerte Ergebnis dadurch erzielt werden kann, daß die beiden Ströme in einer üblichen Summierschaltung summiert werden, bevor die Summe einer einzigen Wicklung in jedem Kern zugeführt wird.

Die Betriebsweise der Winkelpositions-Abnehmer- oder Abgriffbaugruppe nach Fig. 9 bezieht sich auf ein System, dessen Aufbau sehr ähnlich dem nach Fig. 8 ist und dieses System kann als ein hierzu analoges oder reziprokes System betrach-

709817/0319

, 35,

tet werden. Das heißt mit anderen V/orten, daß das System nach Fig. 8, das in Verbindung mit den leitenden Armen 150, I5I des kreuzförmigen Elementes 105 arbeitet, ein einen Positionsfehler korrigierendes Drehmoment unter Verwendung eines Fehlereinganges erzeugt, während das analoge physikalisch identische System nach Fig. 9 ein Maß des durch die Wirkung eines Drehmomentes hervorgerufenen Positionsfehlers als Ausgang erzeugt.

In Fig. 9 beruht die Erzeugung des Winkelfehler-Signals auf der Tatsache, daß, wenn eine Relativdrehung zwischen den Armen 150, 151 und den zugehörigen Induktoren auftritt, zwei diagonal entgegengesetzte Spalte verkleinert werden, während die beiden anderen Spalte vergrößert werden. So könnten beispielsweise die den Kernen I66 und 172 zugeordneten Spalte kleiner werden während die den Kernen 169 und 175 benachbarten Spalte größer werden. Die wirksamen Induktivitäten der Wicklungs-Kernsysteme verringern sich wenn die Größe des Spalts abnimmt und umgekehrt. In dem Beispiel kann dieser Vorgang zu einem Anstieg der Spannung längs der beiden Primärwicklungen 171 und 176 und zu einer Verringerung der Spannung längs der anderen beiden Primärwicklungen 168 und 173 führen.

Weil jede Primärwicklung I68, 17I, 173, 176 eng mit einer entsprechenden Sekundärwicklung I67, I70, 174 und 177 gekoppelt ist, werden entsprechende Änderungen längs jeder jeweiligen Sekundärwicklung induziert. Diese Sekundärwicklungs-Potentialänderungen werden auf Grund der Serienschaltung der Sekundärwicklungen 174, 177, I67, 170 summiert und das Endergebnis ist eine Ausgangsspannung an den Anschlüssen I90, I9I, die gleich 0 ist, wenn alle wirksamen Spalte gleich sind. Die Ausgangsspannung weist eine Phase für eine Richtung der Azimuthdrehung des kreuzförmigen Elementes 105 und die entgegengesetzte Phase für die entgegengesetzte Richtung der Azimuthdrehung des kreuzförmigen Elementes 105 auf.

Die Primärwicklungen 168, I71, 173, 176 sind in Fig. 9 in Serien-Parallelschaltung geschaltet. Obwohl andere Anordnungen

./. 709817/0319

verwendet werden können, ergibt diese Serien-Parallel-Schaltung eine günstige radiale Zentriersteifigkeit für eine vorgegebene Drehsteifigkeit. Wenn eine reine Translationsbewegung auftritt, vergrößern beide Primärwicklungen eines Serienpaares, wie z.B. die Wicklungen 168, I76 ihre Induktivität auf der Seite des größeren Spaltes, während die Induktivität der Wicklungen 171, 173 abnimmt und umgekehrt. Die resultierenden Änderungen der Primärströme vergrößern in wünschenswerter Weise die Zentriersteifigkeit des Systems. Wenn lediglich eine reine Relativdrehung auftritt, werden die Primärströme im wesentlichen nicht geändert, weil die Induktivität einer Wicklung ansteigt, während die Induktivität der damit zusammenwirkenden Wicklung abnimmt, so daß beispielsweise die Induktivität der Wicklung I71 ansteigt, während die Induktivität der Wicklung I75 entsprechend verringert wird.

Die Drehmomenterzeuger-Zentriereinrichtung I85 nach Fig. 8 und die Abgriff-Zentriereinrichtung 186 nach Fig. 9 werden zusammen in dem Doppelschleifensystem nach Fig. 10 zum Betrieb des Servomotors 80 verwendet. Der Motor 80 kann, wie dies weiter oben erläutert wurde, eine Neue ins teilung des Nachlaufbehälters und daher der acht Wicklungs-Kern-Induktorbaugruppennach Fig. 7 bewirken. Zu diesem Zweck liefert ein Oszillator oder Bezugsgenerator 200 ein Wechselstrom-Erregungssignal an die Anschlüsse 192, 193 der Abgriff-Zentriereinrichtung 186. Der Wechselstromfehlerausgang dieser Einrichtung wird an den Ausgangsanschlüssen 190, 191 an einen Kondensator oder eine Kompensationsimpedanz 202 angelegt, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Die Anschlüsse 190, 191 dienen weiterhin als Eingänge für einen eine hohe Eingangsimpedanz aufweisenden Wechselstromverstärker 205* dessen Ausgang in einem Schmalbandfilter 204 gefiltert wird, bevor er einem Demodulator 205 zugeführt wird. Ein zweiter oder Bezugseingang des Demodulators 205 ist der Ausgang des Bezugsgenerators 200, der über eine Leitung 201 dem Demodu lator 205 als Bezugssignal zur Umwandlung des Fehlersignal-Ausgangs des Filters 204 in ein Gleichstromfehlersignal mit

709817/0319

umkehrbarer Polarität zugeführt wird. Obwohl das Ausgangssignal von dem Bezugsgenerator 200 so ausgewählt werden kann, daß es irgendeine Frequenz eines weiten Frequenzbereichs aufweist, ist eine typische Frequenz gleich 20 kHz.

Der Ausgang des Demodulators 205 wird über eine Leitung und einen Widerstand 220 einem Signalformungsnetzwerk zugeführt, das aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 221 und eines Kondensators 222 besteht. Der Ausgang des Signalformernetzwerkes wird über einen Gleichstromverstärker 225 einem Modulator 225 und außerdem über eine Zweigleitung einer noch zu beschreibenden Einrichtung zugeführt. Der Gleichstromsignaleingang an den Modulator 225 wird auf Grund der Zuführung des Bezugssignalausganges des Generators 200 über die Leitung 201 an den Modulator 225 in ein Wechselstromsignal umgewandelt. Dieses umgewandelte Wechselstromsignal wird einem eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweisenden Leistungsverstärker 227 zugeführt, dessen verstärkter Wechselstromsignalausgang über einen Kondensator 228 oder eine Kompensationsimpedanz den Eingangsanschlüssen 178 und 179 der Drehmomenterzeuger-Zentriereinrichtung 185 nach Fig. 8 zugeführt wird. Auf diese Weise wird eine erste oder innere Servoschleife gebildet, und es ist zu erkennen, daß diese Servoschleife die dynamischen Eigenschaften zwischen dem Schwimmerelement und dem Nachlaufgehäuse steuert, wobei das Signalformungsnetzwerk 221, 222 die Betriebsweise dadurch unterstützt, daß es ein schnelles Einschwingen und eine gute Stabilität ergibt. Die Eingangsanschlüsse I80, I81 der Drehmomenterzeuger-Zentriereinrichtung 185 werden außerdem mit dem gleichen Ausgang von dem Bezugsgenerator 200 gespeist, wie er zur Erregung der Einrichtung I86, des Demodulators 205 und des Modulators 225 verwendet wird. Ein Ausgang des Bezugsgenerators 200 an der Leitung 253 wird weiterhin als Bezugsspannung an anderer Stelle in einem Modulator 247 und in einem Demodulator 250 verwendet, die noch zu beschreiben sind.

709817/0319

■η-

Zum Betrieb des Servomotors 80 in der zweiten oder äußeren Servoschleife zum Antrieb des Nachlaufbehälters in Ausrichtung mit der Nordrichtung wird der geformte Gleichstromfehlersignalausgang des Verstärkers 225 über die Leitung 224 dem Tiefpaßvers tärkrer 2.55 zugeführt, dessen Ausgang wiederum über einen Schalter Sl bei geeigneter Betätigung einer üblichen Integratorschaltung zugeführt wird. Die Schalter Sl, S2 und Sj? sindjin Fig. 10 aus Gründen der Klarheit als einfache mechanische Schalter dargestellt, es ist jedoch verständlich, daß gut bekannte elektronische Schalter unter Einschluß von Transistorschaltemohne weiteres verwendet werden können. Wenn der Schalter Sl über den den Anschluß 253 und die Leitung 236 einschließenden Pfad leitend ist, wird das Pehlersignal über den Integrator 259 und über eine Leitung 245 einer üblichen Summierschaltung 244 zugeführt. Um den Integrator 259 herum ist ein Kurzschlußweg 237 angeschaltet, der geschlossen oder offen sein kann und zwar in Abhängigkeit davon, ob der leitende Pfad des Schalters S2 geschlossen oder, unterbrochen ist. Das Signal an der Leitung 245 und irgendein Signal an einer Leitung 246 werden algebraisch in der Summiereinrichtung 244 summiert und dann als Gleichstromsignal dem weiter oben erwähnten Modulator 247 zugeführt. Jeder Wechselstromausgang von dem Modulator 247 wird bei leitendem Zustand des Schalters 53 über einen üblichen Leistungsverstärker 251 und die Eingangsleitung 8l weitergeleitet, um den Servomotor 80 anzutreiben. Es ist zu erkennen, daß der Servomotor 80 mit der Welle 62 gekoppelt ist, die außerdem in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist verständlich, daß das Rutschkupplungs- und Anschlagsystem gemäß Fig. ohne weiteres in dieser Anordnung eingefügt werden kann.

Mit dem Rotor des Motors 80 ist direkt der Rotor eines üblichen Tachometers 252 verbunden, das beispielsweise einen Wechselstromausgang mit einer Amplitude liefert, die proportional zur Drehgeschwindigte it des Motors 80 ist. Dieser Ausgang wird über eine Leitung 79 (siehe auch Fig. 2) dem Demodulator 250 zugeführt, dem außerdem ein Bezugsfrequenzausgang von dem Bezugsgenerator 200 über die Leitungen 253

709817/0319 *^/#

und 249 zugeführt wird. Die letztere Verbindung ist derart, daß das Signal an der Leitung 79 in ein Gleichstromsignal umgewandelt wird und dann über die Leitungen 248 und 246 dem weiter oben erwähnten zweiten Eingang der Summiereinrichtung 244 zugeführt wird. Der Demodulator 250 ist nicht erforderlich, wenn das Tachometer 252 ein Gleichstrom-Geschwindigte itssignal liefert. Der Ausgang des Demodulators 250 wird weiterhin über eine Leitung 242 einem Potentiometer 241 zugeführt. Das Potentiometer 241 wirkt als Funktionsgenerator und weist einen Schleifer 240 auf, der eingestellt werden kann, wenn die Bedienungsperson den Drehknopf 21 nach Pig. I entsprechend dem Kosinus der örtlichen Breite einstellt, bei der der Vermessungsvorgang durchgeführt werden soll. Daher kann das demodulierte Signal modifiziert mit dem Kosinus der örtlichen Breite über die Leitung 258 dem zweiten Anschluß 2^4 des Schalters Sl zugeführt werden. Es ist verständlich, daß der Servomotor 80 und das Tachometer 252 mit einer geeigneten festen Felderregung in üblicher Weise über die Leitungen 254 und 255 aus dem Bezugsgenerator 200 gespeist werden können.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Figuren 7* 8 und 9 ist zu erkennen, daß irgendeine wesentliche Drehfederwirkung, die in unerwünschter Weise in der Drehmomenterzeuger-Einrichtung 185 oder der Abgriffeinrichtung 186 vorhanden ist, unerwünscht ist, well sie zu einem Koerzitivdrehmoment führen würde, das nicht durch eine Komponente des Korrekturstromes dargestellt ist, der durch die Drehmomenterzeugerwicklungen fließt und an den Ausgangsanschlüssen 190, I91 erscheint. Bei Betrachtung der Figuren 9 und 10 kann der Ausgang der Einrichtung 186 an den Anschlüssen I90, I9I so betrachtet werden, als ob er an eine wirksame äußere elektrische Impedanz geliefert wird. Wenn eine relative Drehbewegung der Schwimmerbaugruppe auftritt, erzeugt die Einrichtung 186 eine Ausgangsspannung und der resultierende Strom würde durch diese äußere Impedanz fließen; dieser Strom wird weiterhin induktiv durch die Kerne auf die Sekundärwicklungen der Einrichtung 186 eingekoppelt. Die Innenverbindungen der Abgriffeinrichtung 186

709817/0318

-»- 2646A48

■ff.

sind identisch zu den Innenverbindungen der Drehmomenterzeugungseinrichtungen 185, so daß ein Drehmoment erzeugt wird, das proportional zum induktiv gekoppelten Strom ist und dieses Drehmoment ist von seiner Eigenart her proportional zu der oben erwähnten Drehbewegung. Wenn dieses Drehmoment gleich und entgegengesetzt zu dem Drehmoment sein würde, das sich ergeben würde, wenn die Ausgangsanschlüsse 190, 191 in Leerlauf betrieben werden, würde sich für die gleiche Drehbewegung ein Kompensationseffekt ergeben und die resultierende Federkonstante würde in wünschenswerter Weise gleich 0 sein. Entsprechend ist zu erkennen, daß der an die Anschlüsse 190, 191 angeschaltete Kondensator 202 den gewünschten Kompensationseffekt ergibt, wenn er experimentell so eingestellt ist, daß die richtige Ausgangsimpedanz erzielt wird. Der Kompensationskondensator wird tatsächlich manuell eingestellt, um geringere Abweichungen von Konstruktionsparametern der Abmessungen der
Abgriffeinrichtung 186 während des Zusammenbaus des Kreiselkompasses zu kompensieren.

Der in Reihe geschaltete Kondensator 228 dient in entsprechender Weise zur Kompensation der Drehmomenterzeugungseinrichtung I85, wobei dieser Kondensator 228 in Serie zwischen den Anschluß 178 und den Ausgang des LeistungsVerstärkers 227 geschal tetyr"Der Verstärker 227 weist eine sehr starke Gegenkopplung auf, so daß er eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz aufweist und daß der Strom durch die Drehmomenterzeuger-Staierwicklungen die Summe der Ströme ist, die sich auf
Grund des Einganges an den Verstärker 227 und auf Grund einer tatsächlichen Winkelbewegung des Drehmomenterzeugers ergeben. Die gewünschte Kompensation wird wiederum zusammen mit der gewünschten geringen Federsteifigkeit durch experimentelle Einstellung des Kondensators 228 erreicht.

Die Betriebsweise der inneren Schleife nach Fig. 10 und der Wechselwirkung zwischen der Abgriff-Zentriereinrichtung 186 und der Drehmomenterzeuger-Zentriereinrichtung I85 ist aus der vorstehenden Erläuterung erkennbar und es ist verstand-

709817/0318

lieh, daß der Vermessungs-Kreiselkompaß, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, zunächst auf ein Dreifußstativ aufgesetzt wird und dann so gut wie möglich unter Verwendung des einfachen Magnetkompasses 7 auf die Nordrichtung ausgerichtet wird und unter Verwendung¹^ er Luftblasenlibelle 8 in die ebene Lage gebracht wird. Weiterhin wird die Breitengrad-Korrektur durch Betätigung des Drehknopfes 21 eingestellt. Nachdem der Kreiselrotor 110 auf die Betriebsdrehzahl angelaufen ist, wird die Schwimmerbaugruppe automatisch nach Erregung der Einrichtungen 185 und 186 durch den Generator 200 zentriert, um irgendwelche Translationsverstellungen bezüglich der Wicklungsbaugruppe zu beseitigen. Irgendein Azimuth-Drehfehler zwischen der Kern-Wicklungs-Induktor-Baugruppe und dem kreuzförmigen Element 105 wird sofort festgestellt und ein Pehlersignal wird von dem Abgriffsystem der Einrichtung 186 geliefert, um die Drehm omenterzeugerwicklungen der Einrichtung I85 sofort so zu erregen, daß der Fehler auf 0 verringert wird. Entsprechend ist die Spinachse des Kreiselrotors 110 ebenfalls in eine angenähert nördliche Richtung ausgerichtet und das Schwimmerelement versucht genau, auf der Azimuthposition des Nachlaufbehälterelementes zu bleiben, und zwar auf Grund derRückführungswirkung in der inneren Schleife. Irgendein Störeffekt des Kreisels wird in der äußeren Schleife nach Fig. 10 dazu verwendet, das Nachlaufsystem neu auszurichten, so daß es schließlich auf die wahre Nordrichtung ausgerichtet ist. Ein anhaltendes Fehlersignal, das an der Leitung 224 erscheint, wird, wie dies weiter beschrieben wird, zum Drehen der Welle 62 in eine Ausrichtung mit der Nordrichtung und damit zur Bewegung der Selsynabschnitte j56, 39 nach Fig. 2 und den Nachlaufbehälter selbst in die Nordausrichtung verwendet. Wie dies noch beschrieben wird, erfolgt die Drehung auf die Nordrichtung in vorteilhafter Weise schrittweise undjäer Nachlaufbehälter wird in iterativer Weise auf den Azimuthwinkel angetrieben, bei dem kein mittleres Drehmoment erforderlich ist, um eine Ausrichtung zwischen der Schwimmerbaugruppe und dem Nachlaufbehälter aufrechtzuerhalten und die Spinachse des Rotors 110 ist dann auf die Nordrichtung ausgerichtet.

709817/0319 ^#/*

Am Ende der Schritte dieses Vorganges wird die äußere Servoschleife, die den Servomotor 8C betätigt, blockiert und die innere Rückführungsschleife ergibt lediglich eine Dämpfung.

Die Figuren 11, 12 und 13 werden zur Erläuterung der aufeinanderfolgenden Schritte verwendet, die beim Betrieb der äußeren Schleife und der verschiedenen Betriebsarten dieserSchleife entsprechend dem Zustand der Schalter Sl, S2 und S3 verwendet werden. In Fig. 11 wird die Betriebsleistung zum Betrieb des Vermessungs-Kreiselkompasses zum Zeitpunkt 0 eingeschaltet, so daß für die folgende Zeitperiode von beispielsweise einer Minute der Kreiselrotor 110 auf seine Betriebsdrehzahl gebracht wird. Die Periode von einer Minute ist typisch für einen speziellen Kreiselrotor und es können selbstverständlich andere Zeitintervalle für Rotoren mit anderen Eigenschaften verwendet werden. Die einzelnen Vorfälle werden so beschrieben, als ob sie bei repräsentativen Zeiten auftreten, die in Minuten und Sekunden ausgedrückt sind. So wird es am Ende der Zeit 1:00 der inneren Schleife ermöglicht, sich einzustellen und dieser Vorgang endet zur Zeit 1:30. Die Integration wird während der Zeiten 1:30 und 1:45 durchgeführt. Das Ergebnis des Integrationsvorganges wird zum Antrieb des Servomotors 80 in dem Intervall zwischen 1:45 und 1:49 verwendet, wodurch der erste Schritt vervollständigt wird. Die Antriebsleistung wird abgetrennt und es wird der inneren Schleife ermöglicht, sich wieder zwischen den Zeiten 1:49 und 2:49 einzustellen. Die Integration undjder Antrieb des Motors 80 erfolgt erneut zwischen den Zeiten 2:49 und 3:04 und 3:08, so daß der zweite Schritt beendet wird. Der dritte Betriebsschritt schließt wiederum das Einstellen, die Integration und den Antrieb zwischen den Zeiten 3sO8 und 4:08, 4:08 und 5:08 bzw. 5:08 und 5:12 ein. Der Winkelausgang des Instrumentes, der an der Anzeige I9 nach Fig. 1 erscheint, kann dann von einem Betrachter abgelesen werden.

Um diesen dreischrittigen Vorgang durchzuführen, werden die Schalter Sl, S2 und S3 in der in Fig. 12 gezeigten Weise durch eine übliche Zeitsteueranordnung programmiert, wie

709817/0319

sie beispielsweise in Fig. 13 dargestellt ist. Ein Zeitgeber 260 ist eine übliche Zeitgeber-Mikroschaltung, die-im Handel erhältlich ist, ebenso wie ein Zähler und eine Logikschaltung 26I, die von dem Zeitgeber 260 angetrieben werden. Der Zähler und die Logikschaltung 26l arbeiten in üblicher Weise zur Lieferung von Schaltsignalen an den Schalter 135 nach Pig. 5 und an die Schalter Sl, S2 und S3 der äußeren Schleife. Die in Fig. 13 dargestellte Zeitgeber-Steuerkombination arbeitet in üblicher Weise,um die verschiedenen Schalter entsprechend dem Programm in der Tabelle nach Fig. 12 zu öffnen undzu schließen. Es ist verständlich, daß das elektronische Schaltsystem nach Fig. 13 das Äquivalent einer motorbetriebenen Schleifring-Schalteinrichtung von üblicher mechanischer Art ist.

Wie es aus Fig. 13 unter Bezugnahme auf das Programm nach Fig. 12 zu erkennen ist, werden die Schalter Sl, S2 und S3, die der äußeren Schleife zugeordnet sind während des Anlaufens des Kreiselrotors 110 in bestimmte Stellungen gebracht. Dann wird der Schalter Sl mit dem Anschluß 233 in Kontakt gebracht, der Schalter S2 wird geschlossen und der Schalter S3 ist offen. Während jeder der Einstellperioden steht der Schalter Sl mit dem Anschluß 233 in Kontakt, der Schalter S2 ist geschlossen und der Schalter S3 ist offen. Während der verschiedenen Integrationsintervalle steht der Schalter Sl mit dem Anschluß 233 in Kontakt und die Schalter S2 und S3 sind beide normalerweise offen. Wenn der Servomotor 80 angetrieben wird, steht der Schalter Sl mit dem Anschluß 234 in Kontakt, der Schalter S2 ist offen und der Schalter S3 ist geschlossen. Wenn schließlich die aufeinanderfolgenden Schritte beendet wurden und die Anzeige I9 abgelesen werden kann, steht der Schalter Sl mit dem Anschluß 233 in Kontakt, der Schalter S2 ist geschlossen und der Schalter S3 ist offen.

Zum Zeitpunkt der Ablesung der Anzeige I9 wird die Einrichtung nach Fig. 14 verwendet. Es ist verständlich, daß der Daten-Ubertragungsabschnitt 5 nach Fig. 2 dann Selsyn-Winkelpositions-

709817/0319

informationen an einen üblichen Datengeber-/Digitalkonverter 265 liefert, der Betriebssignale in irgendeiner üblichen Weise über das Bündel von elektrischen Leitungen 266a an eine übliche Anzeige 266 liefert. Diese Anzeige 266 liefert dann eine direkte Anzeige des Winkels zwischen der Welle 35 und der Azimutheinstellung des Fernrohrs 1 in numerischen Symbolen auf dem Anzeigefeld 267 und das Fernrohr wird von dem Benutzer in üblicher Weise beispielsweise zur Messung von Zielwinkeln bezüglich der vrahren Nordrichtung verwendet.

Aus den Figuren 11 und 12 und der Betriebsweise der äußeren Schleife nach Fig. 10 während der aufeinanderfolgenden Einstellbetriebsweisen des Kreiselkompasses ist zu erkennen, daß der Fehlerausgang an der Leitung 224 über den Schalter Sl und den Integrator 239 läuft, daß jedochder Schalter S3 offen ist, so daß der Motor 80 nicht angetrieben wird. Zu Beginn jeder aufeinanderfolgenden Integrationsperiode liefert der Schalter Sl immer noch einen Stromweg an den Integrator 239. Der Schalter S2 bleibt lediglich vorübergehend geschlossen, um sicherzustellen, daß der Integrator 239 eindeutig an dem eigentlichen Beginn der Integrationsperiode auf 0 zurückgesetzt wird und er wird dann geöffnet, so daß die Integrationsfunktion nun durchgeführt wird. Der Schalter S3 ist wiederum offen und der Servomotor der äußeren Schleife wird nicht angetrieben. Der resultierende integrierte Ausgang ist ein Maß der Abweichung der Spinachse des Kreiselrotors 110 gegenüber der wahren Nordrichtung.

Während jeder der aufeinanderfolgenden Antriebsbetriebsarten wird das Eingangsfehlersignal abgeschaltet weil der Schalter Sl zum Anschluß 234 bewegt wird, wodurch der Eingangsweg des Fehlersignalflusses unterbrochen wird. Der Schalter S2 bleibt offen. Von Bedeutung ist weiterhin die Tatsache, daß der Schalter S3 leitend gemacht wird, so daß das integrierte Signal über den Verstärker 25I an den Servomotor 80 geleitet wird, so daß dieser die Welle 62 antreibt. Der Betrieb des Servo-

709817/0318

motors 80 erzeugt weiterhin einen Geschwindigkeitssignalausgang an der Leitung 79 des Tachometers 252, der demoduliert und algebraisch zum Ausgang des Integrators 239 hinzuaddiert wird. Das Geschwindigkeitssignal an der Leitung 242 wird weiterhin über das Breitengrad-Potentiometer 24l zum Eingang des Integrators 259 zurückgeführt. Der Betrieb des Servomotors 80 wird daher automatisch fortgesetzt, bis der Ausgang des Integrators 239 durch den Ausgang des Tachometers 252 auf 0 gebracht wird. Der resultierende Antriebswinkel wird genau gleich dem gemessenen Winkel von der Nordrichtung aus gemacht, und zwar durch übliche Maßstabsbildung, so daß der anfängliche Nordrichtungsfehler stark verringert wird. Die ersten, zweiten und dritten Schritte der iterativ durchgeführten Schritte erfolgen so, daß der Richtungsfehler unmittelbar vor dem Ablesen im wesentlichen 0 ist.

Die bei dem iterativen Vorgang verwendeten Prinzipien können in einer weiteren einfachen Weise erläutert werden. Es sei angenommen, daß sich der Kreiselrotor 110 an einer örtlichen Breite λ befindet, wobei seine Spinachse unter einem Winkel θ bezüglich der wahren geographischen Nordrichtung ausgerichtet ist. Wenn die Achse diese Ausrichtung beibehalten soll, ist es verständlich, daß auf Grund der Erddrehung ein Drehmoment auf den Rotor um die Vertikalachse aufrechterhalten werden muß, das durch die folgende Gleichung (14) angegeben ist:

T = Xl H cos λ sin θ (l4) H

worin H der Drehimpuls des Rotors und Λ die Erd-Drehgeschwindigkeit ist. Bei dem tatsächlichen Ausführungsbeispiel des Kreiselkompasses wird die Gleichung (14) durch eine mechanische Ausführung verwendet, bei der ein pendeiförmiges Kreiselgerät dadurch auf eine feste Richtung ausgerichtet gehalten wird, daß das erforderliche Drehmoment um die vertikale Achse aufgebracht wird. Dieses Drehmoment ist ein Maß des Winkels zwischen der Rotordrehachse und der Nordrichtung und der Kreisel

709817/0319

kann Über diesen Fehlerwinkel gedreht werden, um ihn auf die Nordrichtung auszurichten. Weil die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und dem Winkel den Faktor cos λ einschließt, muß eine Korrektur für den Wert des Breitengrades erfolgen.

Es ist zu erkennen, daß für große Vierte des Winkels 0 der zulässige prozentuale Fehler bei der Durchführung der Messungen sehr klein sein muß wenn der endgültige Richtungsfehler klein sein soll. Weiterhin muß eine Korrektur der Tatsache erfolgen, daß das Drehmoment proportional zu sin θ und nicht direkt zu θ ist. Als Beispiel würde, wenn der Anfangswert von θ = j50° ist, ein endgültiger Richtungsfehler von einer halben Minute eine Gesamtgenauigkeit von ungefähr 0,0j5 % erfordern; dies wäre nur unter großem Aufwand zu erreichen und würde eine genaue Einstellung des Breitengradwertes voraussetzen. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird das iterative Verfahren zur Verringerung großer anfänglicher Richtungsfehler auf kleine Werte verwendet, so daß eine praktisch erreichbare Genauigkeit befriedigend ist. Beispielsweise erfordert eine Verringerung eines Anfangsfehlers von 30° auf einen endgültigen Richtungsfehler von einer halben Minute in drei Schritten eine Genauigkeit für jeden Schritt von ungefähr 6 $>; dies ermöglicht die Verwendung des näherungsweisen Ersatzes von sin Θ durch Ö selbst und die Verwendung einer Breitengradeinstellung, die eine grobe Genauigkeit von 2° aufweist. Weiterhin ergeben sich auf diese Weise keine undurchführbaren Beschränkungen für andere Merkmale der mechanischen Ausführung.

Daher ist während des Anlaufens des Kreiselrotors 110 und während des Einstellteils des ersten Annäherungsschrittes (Fig. 11) der Kreiselrotor auf seine normale Betriebsdrehzahl gekommen und die innere Schleife des Systems hat die Schwimmerbaugruppe elektronisch stabilisiert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Nachlaufbehälter üblicherweise nicht genau in der Nordrichtung ausgerichtet. Das Schaltsystem schaltet dann die äußere Schleife in ihre Integrationsbetriebsweise und dann

709817/0319

in eine Antriebsbetriebsweise. Als Folge hiervon wird das Nachlaufbehältergehäuse mehr auf die Nordrichtung ausgerichtet. Im zweiten Schritt wird nach der Einstellung der Integrations- und Antriebsvorgang wiederholt, um wiederum das Nachlaufbehältergehäuse näher an die genaue Nordrichtung heranzubewegen. Der dritte Schritt ist so ausgebildet, daß der Nachlaufbehälter genau auf die Nordrichtung ausgerichtet wird, wodurch die Betriebsperiode vollendet wird.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Zeitsteuerschaltungen die äußere Schleife auf die Antriebsbetriebsweise schalten, wird der Ausgang des Integrators 239 i*¹ dem Modulator 247 durch die Bezugssinusschwingung moduliert und der Eingang des Integrators 239 wird auf den Ausgang des Tachometers 252 geschaltet. Der Motor 80 treibt daher die Welle 62 über einen Winkel an, der proportional zu der Ladung ist, die anfänglich während der Integrationsbetriebsweise in dem Integrator 239 gespeichert wurde. Die effektive Verstärkung der Rückführungsschleife wird durch die Einstellung des Schleifers 240 des Breitengrad-Potentiometers 241 so eingestellt, daß die Breitengradkompensation recht ausreichend durchgeführt wird, selbst wenn die manuell eingegebene Korrektur normalerweise lediglich eine angenäherte Korrektur ist. Die kleineren in dem System vorhandenen Störsignale werden im Ergebnis ebenfalls durch den Integrationsvorgang reduziert, so daß das gemessene Drehmoment über eine ausreichende Zeitperiode gemittelt wird, so daß die Störsignale auf einen annehmbar niedrigen Pegel verringert werden, damit das Ergebnis der Integration genau ein Maß des Winkels θ ist.

Patentansprüche;

709817/0319

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vermessungs-Kreiselkompaß, gekennze ichne t durch Halterungseinrichtungen (10, 11), äußere Gehäuseteile (6, 9, 12), die an den Halterungseinrichtungen (10, 11) befestigt sind, Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104), die um eine normalerweise vertikale Achse in den äußeren Gehäuseteilen (6, 9, 12) drehbar gelagert sind, schwimmende Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115)> die schwimmend von einer Flüssigkeit in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) gehaltert sind, Kreiselrotorelemente (110), die um eine normalerweise horizontale Achse in der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) gelagert sind, auf den Unterschied zwischen der Azimuth-Position der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) und der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) ansprechende Antriebseinrichtungen (8l) zum Antrieb der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) in Ausrichtung mit der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115), gegenüber den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) frei drehbar gelagerte Zielbetrachtungseinrichtungen (1) und Anzeige^einrichtungen (19), die auf die Differenz zwischen der Azimuthposition der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) und der Zielbetrachtungseinrichtungen (l) ansprechen.

   2. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Welle (35)* die gegenüber den äußeren Gehäuseteilen (6, 9, 12) drehbar gelagert ist und die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) trägt, wobei die Antriebseinrichtungen (8l) die Welle (35) antreiben, mechanische Anschlageinrichtungen (45, 49) zur Begrenzung der Winkeldrehung der Welle (35), und nachgiebige Einrichtungen (67, 68, 70), die eine fortgesetzte Drehung der Antriebseinrichtungen (81) ermöglichen, wenn die mechanischen Anschlag-

   709817/0319

   ORIGINAL INSPECTED

   einrichtungen (45) die Drehung der Welle (35) begrenzen.

   J5. Kreiselkompaß nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich net durch Halterungseinrichtungen (10, 11), die äußere Gehäuseteile (6, 9, 12) einschließen, Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) , die in den äußeren Gehäuseteilen (6, 9, 12) für eine Drehung normalerweise um eine vertikale Achse gelagert sind, schwimmende Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115), die schwimmend durch eine Flüssigkeit in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) gelagert sind, Kreiselrotorelemente (110), die um eine normalerweise horizontale Achse in der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) drehbar gelagert sind, Abgriffe inrichtungen (I86), die auf die Differenz zwischen der Azimuth-Position der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) und der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) ansprechen und ein Steuersignal an ihren Ausgängen liefern, Drehmomenterzeugereinrichtungen (I85), die auf das Steuersignal an ihren Eingangsanschlüssen ansprechen und die schwimmende Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) dauernd neu einstellen, um die Differenz in der Azimuthposition im wesentlichen auf 0 zu verringern, und Antriebseinrichtungen (81), die zusätzlich auf die Differenz zwischen der Azimuthposition der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (108, 115) und der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) ansprechen und die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) in Ausrichtung mit der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtung (I08, II5) antreiben.

   4. Kreiselkompaß nach Anspruch J5* gekennzeichnet durch erste auf das Steuersignal von den Abgriffeinrichtungen (186) ansprechende Demodulatoreinrichtungen (205), eine Widerstands-Kondensatorparallelschaltung enthaltende Signalformungs-Netzwerkeinrichtungen (220, 221, 222), die auf die ersten Demodulatoreinrichtungen (205) ansprechen, und erste Modulatoreinrichtungen (225) zur Lieferung eines

   709817/0319

   modulierten Signals in Abhängigkeit von den Signalformer-Netzwerke inrichtungen (220, 221, 222).

   5. Kreiselkompaß nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch erste Kompensationsimpedanzelemente (202) im Nebenschluß längs der Ausgangsanschlüsse der Abgriffeinrichtungen (186) und zweite Kompensationsimpedanzelemente (228) in Serienschaltung zwischen den ersten Modulatoreinrichtungen (225) und den Drehmomenterzeugereinrichtungen (185) .

   6. Kreiselkompaß nach Anspruch 4 oder 5> gekennzeichnet durch Bezugsgeneratoreinrichtungen (200) zur Zuführung eines Bezugssignals an die ersten Demodulatoreinrichtungen (205) und die ersten Modulatoreinrichtungen (225) und zur Erregung der ersten Abgriffeinrichtungen (186) und der Drehmomenterzeugereinrichtungen (185) .

   7·. Kreiselkompaß nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch erste Schalterelemente (Sl) mit einem ersten Eingangsanschluß (235) zur Zuführung des Ausganges der Signalformer-Netzwerkeinrichtungen (220, 221, 222) an Integratoreinrichtungen (239), Einrichtungen (S2) zum Rücksetzen der Integratoreinrichtungen (239)* Summiereinrichtungen (244), die mit einem ersten Eingangsanschluß (243) an die Integratoreinrichtungen (239) angeschaltet sind, und zweite Schalterelemente (S3) zur Zuführung des Ausganges der Summiereinrichtungen (244) mit den Antriebseinrichtungen (81) .

   8. Kreiselkompaß nach Anspruch 7* gekennzeichnet durch Geschwindigkeitssignal-Generatoreinrichtungen (252), die auf die Antriebseinrichtungen (8l) ansprechen und das Geschwindigkeitssignal an einen zweiten Eingangsanschluß (246) der Summiereinrichtungen (244) liefern.

   709817/0319

   9. Kreiselkompaß nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Funktionsgeneratoreinrichtungen (241) zur Modifikation des Geschwindigkeitssignals mit einer Funktion der örtlichen Breite zur Zuführung an einen zweiten Eingangsanschluß (2J4) der ersten Schalterelemente (Sl).

   10. Kreiselkompaß nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch zweite Modulatoreinrichtungen (247) in Serienschaltung zwischen den Summiereinrichtungen (244) und den zweiten Schalterelementen (SJ), zweite Demodulatoreinrichtungen (250) in Serienschaltung zwischen den Geschwindigkeitssignalgeneratoreinrichtungen (252) und den Summiereinrichtungen (244) und Bezugsgeneratoreinrichtungen (200) zur Zuführung eines Bezugssignals an die zweiten Modulatoreinrichtungen (247) und die zweiten Demodulatoreinrichtungen (250) sowie zur Erregung der Abgriffeinrichtungen (186), der Drehmomenterzeuger-Einrichtungen (185), der Antriebseinrichtungen (8l) und der Geschwindigkeitsgeneratoreinrichtungen (252) .

   11. Kreiselkompaß nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch Zeitsteuereinrichtungen (260), die während einer ersten Betriebsweise des Kreiselkompasses die Integrator-Rücksetzeinrichtungen (S2) für ein erstes vorgegebenes Zeitintervall betätigen.

   12. Kreiselkompaß nach Anspruch 11, dadurch gekennze ich net ,daß die Zeitsteuereinrichtungen (260) während einer zweiten Betriebsweise des Kreiselkompasses, die auf die erste Betriebsweise folgt, die Integratorrücksetzeinrichtungen (S2) abschalten und die Integratoreinrichtungen (239) in Betrieb setzen, um den Ausgang der Signalformer-Netzwerkeinrichtungen (220, 221, 222) für ein zweites vorgegebenes Zeitintervall zu integrieren, um ein integriertes Ausgangssignal zu erzeugen.

   709817/0319

   13. Kreiselkompaß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtungen (2βθ) während einer dritten auf die zweite Betriebsweise folgenden Betriebsweise des Kreiselkompasses und für ein drittes vorgegebenes Zeitintervall die zweiten Schalterelemente (S3) leitend machen und das integrierte Ausgangssignal den Antriebseinrichtungen (81) zuführen sowie die ersten Schalterelemente (Sl) betätigen, um lediglich den zweiten Eingangsanschluß (234) der ersten Schalterelemente (Sl) derart anzuschalten, daß der Ausgang der Funktionsgeneratoreinrichtungen (241) den Integratoreinrichtungen (239) zugeführt wird.

   14. Kreiselkompaß nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich η e t , daß die Zeitsteuereinrichtungen (2βθ) eine zumindest einmalige Wiederholung der ersten, zweiten und dritten Betriebsweisen in vierten, fünften und sechsten vorgegebenen Zeitperioden durch den Kreiselkompaß bewirken, die auf die dritte vorgegebene Zeitperiode folgen.

   15. Kreiselkompaß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichne t durch Halterungseinrichtungen (6, 9, 10, 11, 13), Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104), die um eine normalerweise vertikale Achse gegenüber den Halterungseinrichtungen (6, 9* 10, 11, I3) drehbar gelagert sind, pendelnd schwimmend gelagerte Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115), die schwimmend in einer Flüssigkeit in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) gelagert sind./Kreiselrotoreinrichtungen (HO), die um eine normalerweise horizontale Achse in den schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115) drehbar gelagert sind, erste Flügelelemente (152, 153)* die symmetrisch an den schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, II5) angeordnet sind und erste jeweils gegenüberliegende elektrisch leitende Oberflächenelemente an einem ersten Teil aufweisen, ein erstes Paar von Induktoreinrichtungen (154,

   ♦/.

   709817/031«

   157), die in die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) an diesem ersten Teil herabhängen, um ein erstes Paar von gegenüberliegenden Spalten zur Erzeugung von Wirbelstromflüssen in den jeweiligen gegenüberliegenden elektrisch leitenden Oberflächenteilen an dem ersten Teil bei ihrer Erregung zu erzeugen, so daß bei ungleichen Spaltabmessungen eine differentielle Rückstellkraft erzeugt wird, die in Richtung eines Ausgleichs der Abmessungen des ersten Paares von gegenüberliegenden Spalten wirkt.

   16. Kreiselkompaß nach Anspruch 15, gekennzeichne t durch zweite jeweils gegenüberliegende elektrisch leitende Oberflächenteile an einem zweiten Teil der ersten Flügeleinrichtungen (152, 153) lind ein zweites Paar von Induktoreinrichtungen (I60, I63), die in die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) an dem zweiten Teil hineinhangen und ein zweites Paar von.gegenüberliegenden Spalten zur Erzeugung von Wirbelstromflüssen in den jeweiligen gegenüberliegenden elektrisch leitenden Oberflächenteilen an dem zweiten Teil zu erzeugen, wenn diese Induktoreinrichtungen erregt werden, wobei diese Wirbelstromflüsse in Richtung auf einen Ausgleich der Abmessungen des zweiten Paares von gegenüberliegenden Spalten wirken.

   17. Kreiselkompaß nach Anspruch 16, gekennze ichne t durch zweite Flügeleinrichtungen (150, 151), die symmetrisch im wesentlichen unter rechten Winkeln zu den ersten Flügeleinrichtungen (152, 153) an den eine Pendelwirkung aufweisenden schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115) angeordnet sind.

   18. Kreiselkompaß nach Anspruch 17* gekennzeichnet durch dritte und vierte mit Abstand angeordnete Paare von Induktore inr ichtungen (I69, 166, 172, 175), die in die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) hineinhängen und jeweilige dritte und vierte Paare von Spalten hinsichtlich

   709817/031S

   2646U8

   der zweiten Flüge!einrichtungen (150, 151) zur Erzeugung von Wirbelstroinflüssen an elektrisch leitenden Oberflächen der zweiten Flügeleinrichtungen (150, 151)* die im Sinne einer Zentrierung der zweiten Flügeleinrichtungen (150, I5I) wirken, so daß die ersten und zweiten Flügeleinrichtungen (152, 153, 150, 151) und die ersten, zweiten, dritten und vierten Paare von Induktoreinrichtungen (154, 157, I60, 165, I69, 166, 172, 175) zur Dreh- und Translations-Zentrierung der schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, II5) in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) zusammenwirken.

   19. Kreiselkompaß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Halterungseinrichtungen (6, 9, 10, 11, 13), Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104), die um eine normalerweise vertikale Achse gegenüber den Halterungseinrichtungen (6, 9» 10, 11, 13) drehbar gelagert sind, pendelartig schwimmende Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115), die schwimmend in einer Flüssigkeit in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) gelagert sind, Kreiselrotoreinrichtungen (101}, die um eine normalerweise horizontale Achse in den pendeiförmig schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108,,115) drehbar gelagert sind, erste und zweite Flügeleinrichtungen (152, I53, 150, 151), die an den pendeiförmig schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115) in allgemein kreuzförmiger Beziehung angeordnet sind, wobei jede Flügeleinrichtung (152, 153, 150, 151) jeweilige gegenüberliegende allgemein vertikale elektrisch leitende Oberflächen aufweist, und jeweilige mit Abstand angeordnete Paare Von Induktoreinrichtungen (154, 157, I60, I63, I69, 166, 172, 175), die in die Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) hineinhängen und enge gegenüberliegende Paare von Spalten gegenüber den jeweiligen gegenüberliegenden allgemein vertikalen elektrisch leitenden Oberflächen bilden und WirbelstromflUsse in diesen Oberflächen bei einer Erregung der Induktoreinrichtungen erzeugen, so

   709817/0319

   daß jeweilige Rückstell-Differentialkräfte erzeugt werden, die in Richtung einer Zentrierung der ersten und zweiten elektrisch leitenden Flüge !einrichtungen (152, I53, lfjO, 151) zwischen den jeweiligen Paaren von Induktoreinrichtungen (154, 157, l6o, 165, 169, 166, 177, 175) wirken, so daß die pendelnd schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, II5) in den Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) zentriert gehalten werden.

   20. Kreiselkompaß nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Signalgeneratoreinrichtungen (200) zur Erregung des dritten Paars von Induktoreinrichtungen (169* 166) in Parallelschaltung derart, daß sich die jeweiligen Induktivitäten dieser Induktoreinrichtungen differentiell in Abhängigkeit von der Richtung der Drehstellungsabweichung der zweiten Flüge!einrichtungen (150, I5I) gegenüber dem

   . _ .,.ändern dritten Paar von Induktoreinrichtungen (I69, 166)/Tund erste in Serie geschaltete Meßfühlereinrichtungen (170, I67), die auf die differentielle Induktivitätsänderung ansprechen und ein erstes eine reversible Phase aufweisendes Wechselspannungssteuersignal erzeugen, dessen Phase durch die Richtung der Drehstellungsabweichung bestimmt ist.

   21. Kreiselkompaß nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Antriebseinrichtungen (81) zur Drehung der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) in Abhängigkeit von dem ersten eine reversible Phase aufweisenden Wechselspannungssteuersignal.

   22. Kreiselkompaß nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Drehmomenterzeugereinrichtungen (I85) zur Verringerung des Ausmaßes der Drehstellungsabweichung auf im wesentlichen 0 in Abhängigkeit von dem eine reversible Phase aufweisen den Wechselspannungssteuersignal.

   709817/0319

   2j5. Kreiselkompaß nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Signalgeneratoreinrichtungen (200) zur Erregung des dritten Paares von Induktoreinrichtungen (169, 166) in paralleler Beziehung derart, daß sich die jeweiligen Induktanzen der Induktoreinrichtungen differentiell in Abhängigkeit von der Richtung der Drehstellungsabweichung der zweiten Flügeleinrichtungen (I50, 151) gegenüber dem dritten Paar von Induktoreinrichtungen (169, 166) ändern, wobei die Signalgeneratoreinrichtungen (200) zusätzlich das vierte Paar von Induktoreinrichtungen (172, 175) in paralleler Beziehung derart erregen, daß sich die jeweiligen Induktanzen dieser Induktoreinrichtungen differentiell in Abhängigkeit von der Richtung der Drehstellungsabweichung der zweiten Flüge!einrichtungen (150, 151) gegenüber dem vierten Paar von Induktoreinrichtungen (172, 175) ändern, erste in Reihe geschaltete Meßfühlereinrichtungen (170, I67), die auf das dritte Paar von Induktoreinrichtungen (I69, I66) ansprechen und ein erstes eine reversible Phase aufweisendes Wechselspannungssteuersignal erzeugen, dessen Phase durch die Richtung der Drehstellungsabweichung gegenüber dem dritten Paar von Induktoreinrichtungen (169, 166) bestimmt ist, zweite in Serie geschaltete Meßfühlereinrichtungen (144, 177), die auf das vierte Paar von Induktoreinrichtungen (172, 175) ansprechen und ein zweites eine reversible Phase aufweisendes Wechselspannungssteuersignal erzeugen, dessen Phase durch die Richtung der Drehstellungsabweichung gegenüber dem vierten Paar von Induktoreinrichtungen (172, 175) bestimmt ist, wobei die ersten und zweiten in Reihe geschalteten Meßfühlereinrichtungen (170, 167, 174, 177) miteinander gekoppelt sind, um ein eine vergrößerte Amplitude und eine reversible Phase auf weisendes Weohselspannungssteuersignal zu erzeugen, das gegenüber einer reinen Translationsbewegung der zweiten Fitigeleinriohtungen (150, 151) unempfindlich ist.

   709817/0319

   24. Kreiselkompaß nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Antriebseinrichtungen (8l) zur Drehung der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) in Abhängigkeit von dem eine vergrößerte Amplitude und eine reversible Phase aufweisenden Wechselspannungssteuersignal.

   25. Kreiselkompaß nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Drehmomenterzeugungseinrichtungen (185) zur Verringerung des Ausmaßes der Drehstellungsabweichung auf im wesentlichen 0 in Abhängigkeit von dem eine vergrößerte Amplitude und eine reversible Phase aufweisenden Wechselspannungssteuersignal.

   26. Kreiselkompaß nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Abgriffeinrichtungen (186), die auf die relative Drehstellungsabweichung der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) gegenüber den pendeiförmig schwimmenden Kreiselbaugruppeneinrichtungen (108, 115) ansprechen und ein eine reversible Phase aufweisendes WechseIspannungsSteuersignal erzeugen, dessen Phase durch die Richtung der Drehstellungsabweichung bestimmt ist, Signalgeneratoreinrichtungen (200) zur Erregung des ersten Paares von Induktoreinrichtungen (154, 157) in paralleler Beziehung mit einem eine konstante Phase aufweisenden WechseIspannungserregungssignal, erste in Reihe geschaltete induktive Steuereinrichtungen (155, 158), die auf das eine reversible Phase aufweisende Wechselspannungssteuersignal ansprechen, um die in den jeweiligen Induktanzen des ersten Paares von Induktoreinrichtungen (154, 157) gespeicherte Energie differentiell zu ändern, so daß eine differentielle Kraft auf die ersten Flüge!einrichtungen (152, 153) ausgeübt wird, die die Drehstellungsabweichung auf im wesentlichen 0 verringert.

   27. Kreiselkompaß nach Anspruch l6, gekennzeichne t durch Abgriffeinrichtungen (I86), die auf die relative Drehstellungsabweichung der Nachlauf behälter einrichtungen (101, 104) gegenüber den pendeiförmig schwimmenden Kreiselbau-

   709817/031« *^A

   * /fA,

   gruppeneinrichtungen (108, 115) ansprechen und ein eine reversible Phase aufweisendes Wechselspannungssteuersignal erzeugen, dessen Phase durch die Richtung der Drehstellungsabweichung bestimmt ist, Signalgeneratoreinrichtungen (200) zur Erregung des ersten Paares von Induktoreinrichtungen (154, 157) in paralleler Beziehung und des zweiten Paares von Induktoreinrichtungen (160, I63) in paralleler Beziehung mit einem eine konstante Phase aufweisenden Wechselspannungserregungssignal, erste in Serie geschaltete induktive Steuereinrichtungen (155* 158), die auf das eine reversible Phase aufweisende Wechselspannungssteuersignal ansprechen, um die in den Induktanzen des ersten Paares von Induktoreinrichtungen (154, 157) gespeicherte Energie differentiell zu steuern, und zweite in Serie geschaltete Induktanz-Steuereinrichtungen (161, 164), die auf das eine reversible Phase aufweisende Wechselspannungssteuersignal ansprechen und die in den Induktanzen des zweiten Paares von Induktoreinrichtungen (I60, 165) gespeicherte Energie differentiell zu steuern, wobei die ersten und zweiten in Serie geschalteten induktiven Steuereinrichtungen (155, 158, I6I, 164) mit jeweiligen ersten und zweiten Paaren von Induktoreinrichtungen (154, 157, I60, 165) gekoppelt sind, so daß eine Differentialkraft von diesen auf die ersten Flüge!einrichtungen (152, 153) ausgeübt wird, um die Drehstellungsabweichung im wesentlichen auf 0 zu verringern.

   28. Kreiselkompaß nach Anspruch 27, gekennze lehnet durch Antriebseinrichtungen (8l) zur Drehung der Nachlaufbehältereinrichtungen (101, 104) in Abhängigkeit von dem eine reversible Phase aufweisenden Wechselspannungssteuersignal.

   709817/0319