DE2657187B2 - Kreiselvorrichtung, insbesondere zum Stabilisieren von Fahrzeugen - Google Patents

Description

momentes vorgenommen. Daraus ist ersichtlich, welche Fülle technischer Maßnahmen bei den bisher verwendeten motorisch erzeugten steuerbaren Kreiselmomenten erforderlich ist. Vorweggenommen sei, daß beim erfindungsgemäßen Kreisel zur Erfüllung seines Ver- <-, Wendungszweckes lediglich Sperrvorrichtungen am Kreiselrahir.en benötigt werden, die überdies vorzugsweise vollkommen selbständig arbeiten.

Wenn die bisher verwendeten oben beschriebenen Stabilisierungskreisel ihren Zweck erfüllen sollen, dann to muß das Kreiselmoment dem jeweiligen Störungsmoment schon von allem Anfang an entgegenwirken, solange also die Störungsausschläge noch möglichst klein sind. Bei bekannter Periode der Störungsschwingungen ist sogar schon die Erzeugung eines prophylak- r, tischen Kreiselmomentes als Ausgleichsmoment vorgesehen. In allen diesen Fällen erfordert also die notwendige Stabilisierung ab ovo korrespondierend zu den klein gehaltenen Schwingungsausschlägen ebenso kleine Kreiselmomente, und deshalb auch inalog kleine schwingende motorische Verschwenkungen des Kreiselrahmens zur Erzeugung dieser schwingenden Kreiselmomente zur Stabilisierung gegen die Störungssch"-ingungen.

In diesem Punkt, also hinsichtlich der Größe der 2^r> Querverschwenkungen der Kreiselschwungmasse durch einen motorischen Antrieb, unterscheiden sich die Wirkungsweise und der Verwendungszweck d.-r bisher geschilderten bereits vorhandenen gesteuerten Stabilisierungskreisel mit künstlich erzeugtem Kreiselmoment m grundlegend von jener des erfindungsgemäßen Kreisels. Die Aufgabe dieser Kreiselvorrichtung besteht konkret darin, mittels eines möglichst kleinen und leichten Kreiselgerätes ein möglichst großes rückdrehungsfreies Drehmoment zu erzeugen. Weil dieses technisch wie r> jedes andere Drehmoment benutzbar sein soll, muß es naturgemäß — abgesehen von jeweils erforderlichen Steuermaßnahmen — resultierend immer in einer gleich bleibenden Wirkungsebene sowie in gleicher Größe und Richtung wirksam sein. Diese Aufgabe wird mit den im mi kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevor auf die nähere Beschreibung der konstruktiven -r> Ausformung des erfindungsgemäßen Kreisels, nämlich der entsprechenden Anwendung von Sperrvorrichtungen am Kreiselrahmen, eingegangen wird, seien einige Beispiele angeführt, bei welchen die Verwendung des neuartigen Kreisels Vorteile gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik bringt, die auf eine andere Art entweder überhaupt nicht, oder nur unter Aufwendung ungleich umfangreicherer technischer Mittel erzielbar sind.

Wenn ein solcher Kreisel in einem Kraftwagen so « montiert ist, daß sein resultierendes Kreiselmoment in einer lotrechten Ebene quer zur Fahrtrichtung wirkt, dann kann das entsprechend erzeugte Kreiselmoment es verhindern, daß die Außenseite des Wagens in einer Kurve heruntergedrückt wird, oder daß das Fahrzeug sogar in Kippgefahr gerät. Analog kann ein solcher Kreise' jn einem Kraftwagen so eingebaut sein, daß sein resultierendes Kreiselmoment in einer in der Fahrtrichtung liegenden lotrechten Ebene auf das Fahrzeug so wirkt, daß je nach Bedarf die Hinter- oder die M Vorderachse durch einen größeren oder kleineren Anteil am Gesamtgewicht des Fahrzeuges belastet wird. Auf ähnliche Weise können auch Fahrzeuge aller Art zusätzlich oder zur GSnze dadurch gesteuert werden, daß Kreiselvorrichtungen so in dem Fahrzeug eingebaut sind, daß ihr resultierendes Kreiselmoment in jener Ebene auf das Fahrzeug wirksam gemacht wird, in der die gewünschte Steuerungsmaßnahme stattfinden soil. Ein weiteres Anwendungsgebiet für solche Kreiselvorrichtung ^n besteht auch darin, sie auf beliebigen technischen Objekten zu dem Zweck zu montieren, um diese oder wenigstens Teile von ihnen von der Wirkung anderer Kräfte zu entlasten. Als ein Beispiel dafür werden Kräne genannt, auf denen anstelle bekannter Gegengewichte eine Kreiselvorrichtung so montiert ist, daß ihr resultierendes Kreiselmoment in die lotrechte Ebene fällt und dem SchwerkraftiTioment der Last entgegen gerichtet ist. Der Vorteil einer solchen Kreiselvorrichtung liegt unter anderem darin, daß die Größe des Kreiselmomentes auf eine einfache Art steuerbar ist, wodurch jeder Veränderung des Schwerkraftmomentes auf der l^astseite durch eine korrespondierende Veränderung des Kreiselmomerites jederzeit genau Rechnung getragen werden kann. Mit Hilfe solcher Kreiselvorrichtungcn können ferner in Bedarfsfällen auch Stabilisierungen vorgenommen werden, allerdings nur auf einem indirekten Weg, wie es schon früher durch Anwendung herkömmlicher Stabili^ierungskreisel bewerkstelligt worden ist. Die angeführten Beispiele haben lediglich illustrativen Charakter, wobei es unbestreitbar ist, daß rückdrehungsfreie Drehmomente in der Technik in einem weit größeren Umfang als dargetan Anwendung finden können.

Zurückkommend auf die früheren Darlegungen wird nun die Verwendung einseitig wirkender Sperrvorrichtungen bei den beiden Kreiselrahmen zur Erreichung des Verwendungszweckes der erfindungsgemäßen Kreiselvorrichtung näher begründet.

Es muß dabei auf jene Erscheinungen Bezug genommen werden, auf die bereits im ersten Satz dieser Beschreibung hingewiesen worden war, nämlich auf den untrennbaren Zusammenhang zwischen den drei Wirkungsebenen von Kreiselschwungmasse, wirksamem Störungsmoment und Kreiselmoment, die immer alle drei räumlich senkrecht aufeinander stehen. In der F i g. 1 ist das graphisch ersichtlich, wobei mit 1 die Kreiselschwungmasse, mit 2 der kardanische Kreiselrahmen, mit 3 die in diesem drehbar gelagerte Welle der Kreiselschwungmasse, mit 4 die Welle des Kreiselrahmens 2 und mit 5 die Lager im Trägergerät für diese Welle 4 bezeichnet sind. Es wird von der Annahme ausgegangen, daß ein äußeres Störungsmoment in der Bildebene gegen den Kreisel wirkt und ihn entgegen dem Drehsinn des Uhrzeigers, also im Sinne des in der Zeichnung oben eingezeichneten Pfeiles, zu neigen trachtet. Gemäß dem vorgenannten Zusammenhang wirkt das vom Kreisel als Reaktion auf das äußere Störungsmoment erzeugte Kreiselmoment in der Bildebene und ist durch das stark gezeichnete Kräftepaar dargestellt, wobei die horizontal angedeuteten Pfeilspitze und das Pfeilende die dabei auftretende Präzessionsoewegung um die Welle 4 veranschaulichen.

In den Fig. 2 und 3 ist dieselbe Kreiselvorrichtiing dargestellt. Der Unterschied zwischen diesen Darstellungen liegt darin, daß die F i g. 2 irgendeine beliebig angenommene Ausgangsstellung zeigt, während die Fit-3 diesen Kreisel in der Situation nach einer motorischen Kreiselrahmenverschwenkung um !80°, also nach einer halben Rahmenverschwenkung darstellt. Die in diesen beiden Figuren durch kräftige Richtungspfeile als Kräftepaar zum Ausdruck gebrachten

Kreiselmomente entsprechen wieder der vorgenannten generellen Beziehung hinsichtlich der Stellung der einschlägigen Momentenebenen zueinander, wobei bemerkt wird, daß hier als sogenanntes Störungsmoment die motorische Verschwenkung des Kreiselrahmens mit Hilfe des als Position 6 bezeichneten Ritzels wirksam ist. Es handelt sich also hier auch um die Erzeugung eines »künstlichen« Kreiselmomentes. Von wesentlicher Bedeutung für den Erfindungsgegenstand ist jedoch die aus den graphischen Darstellungen ersichtliche Tatsache, daß das Kreiselmoment in der Stellung gemäß Fig. 2 in der Bildebene im Uhrzeigerdrehsinn, in der Stellung gemäß Fig. 3 hingegen in der Bildebene entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn wirkt. Auch dieser wichtige Umstand ist auf die vorgenannte Beziehung betreffend die zueinander senkrechte Lage von Kreiselschwungmasse, Störungsmoment und Kreiselmoment zurückzuführen. Der hier vorgesehene laufende motorische Antrieb des Kreiselrahmens 2 hat eine laufende Querverschwenkung der in ihm gelagerten Kreiselschwungmasse 1 zur Folge und daraus ergibt sich zwangsläufig auf Grund der soeben wiederholten Beziehung eine ebenso laufende Verschwenkung der Wirkungsebene des Kreiselmomentes. Aus dieser Beziehung resultiert also der Umstand, daß das Krciselmoment gemäß Fig. 3 sich ebenso um 180° in seiner Wirkungsrichtung verändert hat, wie eben der Kreiselrahmen samt Kreiselschwungmasse gegenüber der F i g. 2 um 180° motorisch verschwenkt worden ist. Selbstverständlich beschränkt sich diese Veränderung nicht etwa lediglich auf die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Stellungen, sondern diese Veränderungen finden laufend mit der Stellungsveränderung des Kreiselrahmens statt. Es kann also festgestellt werden, daß die Kreiselmomente während jeder motorisch vorgenommenen Querverschwenkung des Kreiselrahmens ihre Wirkungsebene, und damit auch ihre Wirkungsrichtung, laufend mitverändern. Bei einer vollen Umdrehung des Kreiselrahmens steht also jedem Kreiselmoment aus der ersten Drehungshälfte des Kreiselrahmens ein nach 180° Rahmendrehung erzeugtes anderes Kreiselmoment aus der zweiten Drehungshälfte gegenüber, die untereinander gleich groß aber entgegengesetzt gerichtet sind. Alle diese Kreiselmomente können sich also bei einer einigermaßen schnellen motorischen Rahmenverschwenkung in bezug auf ihre Wirkungen auf das Trägergerät 5 gegenseitig kompensieren, so daß eine laufende motorische Verschwenkung des Kreiselrahmens den Effekt liefert, als ob überhaupt gar keine Kreiselwirkung vorhanden wäre.

Diese Tatsache ist von entscheidender Bedeutung für jede Erzeugung eines »künstlichen« Kreiselmomentes durch eine motorische Kreiselrahmenverschwenkung, und zwar sowohl für den Erfindungsgegenstand, als auch für die eingangs beschriebenen bereits vorhandenen steuerbaren Kreiselvorrichtungen zur Dämpfung von Störungsschwingungen. Nicht zu unrecht wird deshalb beispielsweise bei einer zur Schwingungsdämpfung von sperrigen Lasten dienenden Kreisel vorrichtung betont, daß die Kreiselrahmenverschwenkung 45° nach jeder Seite, insgesamt also 90°, nicht wesentlich übersteigen soll, weil ja, wie soeben dargelegt, bei einer Gesamtverschwenkung von 180° solche Kreiselmomente entstehen würden, die geradezu den gegenteiligen Effekt liefern würden, also die Schwingungen des Objektes vergrößern anstatt verkleinern würden. Wollte man also bei derartigen schon bekannten Kreiselvorrichtungen die Verschwenkungsausschläge des Kreiselrahmens vergrößern ohne sich der Gefahi eines Gegeneffektes aussetzen zu wollen, dann müßte man auch bei ihnen jene technischen Maßnahmer anwenden, die hier für den erfindungsgemäßen Kreise vorgeschlagen werden.

Beim erfindungsgemäßen Kreisel kann aus Gründer seiner praktischen Verwendungsmöglichkeit auf eine durchlaufend gleichsinnige motorische Kreiselrahmenverschwenkung mit konstanter Drehgeschwindigkeit trotz der in Rede stehenden Schwierigkeit deshalb nicht verzichtet werden, weil es nur dadurch ermöglicht wird mit einer relativ kleinen Kreiselvorrichtung relativ große Kreiselmomente zu erzeugen, indem stets die volle Rahmenverschwenkung ausgenützt wird.

Hier wird so vorgegangen, daß die beispielsweise ir die Bildebene fallenden Komponenten aller in der ersten Verschwenkungshälfte des Kreiselrahmens erzeugten Kreiselmomente mit Hilfe entsprechender technischer Maßnahmen als nutzbare Drehmomente auf das Trägergerät übertragen werden. Hingegen werden alle während der zweiten Verschwenkungshälfte des Kreiselrahmens erzeugten, und im Vergleich zu jenen aus der ersten Verschwenkungshälfte von vornherein unerwünscht wirkenden Kreiselmomente durch entsprechende technische Maßnahmen entweder in eine zur Bildebene senkrechte Ebene umgelegt, oder sie werden durch die Verwendung eines entsprechenden zweiten reinen Stabilisierungskreisels vollkommen aufgehoben, wobei naturgemäß die günstigen Kreiselmomente aus der ersten Verschwenkungshälfte davon nicht tangiert werden dürfen.

Was die allgemeine Frage einer Steuerbarkeit des sich jeweils ergebenden nutzbaren Kreiselmomentes betrifft, wird dazu folgendes aufgeführt:

Die Größe eines Kreiselmomentes kann angenähert durch das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit der Kreiselschwungmasse, sowie außerdem noch der Winkelgeschwindigkeit der Schwungmassenverschwenkung ausgedrückt werden. Jede Vornahme einer Veränderung eines oder mehrerer dieser Faktoren verändert dementsprechend auch die Größe des zur Verfügung stehenden nutzba-en Kreiselmomentes. In diesem Zusammenhang sei lediglich erwähnt, daß dem soeben beschriebenen Ansatz über die Größe eines Kreiselmomentes bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kreiselvorrichtung noch ein wirkungsgradähnlicher Faktor beizufügen ist, der den Umstand berücksichtigt, daß sich das resultierende Kreiselmoment hier vorwiegend aus Komponenten der tatsächlich laufend erzeugten Kreiselmomente zusammensetzt. Die Steuerung der Wirkungsebene und der Wirkungsrichtung des resultierenden Kreiselmomentes erfolgt beim Erfindungsgegenstand vorzugsweise dadurch, daß die ganze Kreiselvorrichtung auf einem Steuergestell, oder in einem Steuerungsrahmen, auf dem Trägergerät montiert ist. Dieses Gestell bzw. Rahmen ist um zwei Wellen verschwenkbar, von welchen Wellen die eine parallel zur Welle des motorisch verschwenkten Kreiselrahmens in einem deutlichen Abstand von diesem ausgerichtet ist, wogegen die andere Welle senkrecht dazu verläuft. Dadurch ist man in die Lage versetzt trotz ungestörter Drehbewegungen der Kreiselbestandteile durch eine den jeweiligen Bedürfnissen entsprechende Steuerungsmaßnahme die Wirkungsebene des erzeugten Kreiselmomentes beispielsweise um 90° oder um 180° umzulegen. Im ersteren Fall wird damit erreicht, daß in der ursprünglichen Ebene des resultierenden Kreiselmomentes überhaupt kein Krei-

selmoment mehr wirksam ist, im letzteren Falle tritt bei gleich gebliebener Wirkungsebene ein Kreiselmoment von entgegengesetzter Wirkung auf. Zwischenstellungen von Null bis 90° Verschwenkung des ganzen Kreiselsystems ergeben immer kleiner werdende Kreiselmomente von gleich bleibender Richtung und Wirkungsebene, stellen also eine Steuerung der Größe des Kreiselmomentes bei unveränderten Drehgeschwindigkeiten der Kreiselbestandteile dar. — Naturgemäß rufen derartige Steuerungsmaßnahmen zusätzliche Kreiselmomente hervor. Weil jedoch Steuerungsbewegungen relativ langsam im Vergleich zur motorischen Kreiselrahmenverschwenkung verlaufen, fallen solche zusätzliche Kreiselmomente kaum ins Gewicht Sollen sie aber trotzdem vermieden werden, dann empfiehlt sich etwa die Anordnung zweier vollkommen gleicher Kreiselvorrichtungen beim Trägergerät, wobei aber die Gesamtverschwenkungen der beiden Kreiselsysteme nach zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen stattfinden, wodurch eben diese zusätzlichen Kreiselmomente sich gegenseitig aufheben.

Die zur Eliminierung der unerwünscht wirkenden Kreiselmomente verwendeten technischen Maßnahmen werden nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher beschrieben.

Alle in den F i g. 4 bis 7 dargestellten Kreiselschwungmassen 1 sind in zwei kardanisch ausgebildeten Kreiselrahmen, nämlich dem inneren 2 und dem äußeren 9, drehbar gelagert

Bei der Kreiselvorrichtung gemäß den F i g. 4 und 5 erfolgt die das künstliche Kreiselmoment erzeugende Querverschwenkung der Kreiselschwungmasse 1 durch eine laufende motorische Drehung des inneren Kreiselrahmens 2 ständig im gleichen Drehsinn und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit Selbstverständlich wird auch in allen Fällen die Kreiselschwungmasse selbst motorisch ständig im gleichen Drehsinn und mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht, wobei jene des Kreiselrahmens erheblich geringer als die Winkelgeschwindigkeit der Kreiselschwungmasse ist Der motorische Antrieb der Welle 4 des Kreiselrahmens 2 wird über ein selbstsperrendes Getriebe, hier über einen selbsthemmenden Schneckentrieb 7, 8 vorgenommen. Auf der Welle 10 des äußeren Kreiselrahmens 9 ist das Sperr-Rad 12 einer einseitig wirkenden Sperrvorrichtung angebracht mit der die abgefederte Klinke der Sperrvorrichtung 11 korrespondiert Die ganze Kreiselvorrichtung ist mit den beiden Wellenzapfen ihres äußeren Kreiselrahmens 9 im Trägergerät 5 gelagert Die F i g. 5 zeigt die gleiche Kreiselvorrichtung wie die F i g. 4, nur mit dem Unterschied, daß hier die Situation nach 180° motorischer Querverschwenkung des inneren Kreiselrahmens 2 dargestellt ist Zur Funktion der Kreiselvorrichtung wird folgendes ausgeführt:

Das Kreiselmoment aus der Ausgangsstellung gemäß Fig.4 ist durch das mit starken linien gezeichnete Kräftepaar dargestellt das in der Bildebene im Drehsinn des Uhrzeigers wirksam ist Wenn man von der Annahme ausgeht, daß von allen während einer vollen Kreiselrahmenverscfawenkung laufend erzeugten Kreiselmomenten mit ihren voneinander verschiedenen Momentenebenen und Wirkungsrichtungen jene Kreiselmomente beziehungsweise deren Komponenten als rückdrehungsfreie Drehmomente technisch effektiv ausgenützt werden sollen, die in der Bildebene im Uhrzeigerdrehsinn wirken, dann stellt das in der F i g. 4 erzeugte Kreiselmoment das größte Kreiseirnoment im günstigen Sinne dar. Alle im Drehungsablauf des inneren Kreiselrahmens um 90° vorher und um 90° nachher erzeugten Kreiselmomente liefern nur anteilsmäßige Komponenten im günstigen Sinne. Alle diese Kreiselmomente werden selbsttätig durch die Sperrvorrichtung 11 beim Außenrahmen auf das Trägergerät 5 übertragen und dadurch nutzbar gemacht Die vorgenannte Sperrvorrichtung stellt also eine wesentliche technische Maßnahme zur Erzielung des erfindungsgemäßen Zweckes dar. — Das für die erste Verschwen- kungshälfte des inneren Kreiselrahmens soeben Dargelegte gilt analog auch für die zweite Verschwenkungshälfte, nur mit dem Unterschied, daß hier die laufend erzeugten Kreiselmomente unerwünscht wirken würden und deshalb durch entsprechende technische Maßnahmen ausgeschaltet werden müssen. Die erste Variante einer solchen Ausschaltung wird im Zusammenhang mit der Fig.5 nunmehr beschrieben. Hier, also nach 180° Rahmenverschwenkung gegenüber der Darstellung nach F i g. 4 würde das erzeugte Kreiselmo ment zwar auch in der Bildebene wirken, aber jenem aus der Fig.4 entgegen gerichtet sein und es dadurch aufheben. Als technische Maßnahme zur Vermeidung eines solchen Übelstandes Findet das selbstsperrende Getriebe 7, 8 zwischen dem inneren Kreiselrahmen 2 und dem äußeren Kreiselrahmen Anwendung. Diese in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung hatte in der Stellung der F i g. 4 das günstige Kreiselmoment auf das Trägergerät 5 übertragen, läuft aber hier zufolge des entgegengesetzten Kreiselmo mentes leer, wodurch es zu einer Präzessionsbewegung der Kreiselschwungmasse im Sinne des mit starken Linien eingezeichneten Kräftepaares kommt

Weil diese Präzessionsbewegung aber mit einer Querverschwenkung der Kreiselschwungmasse verbun den ist, entsteht durch sie jenes Kreiselmoment das in der F i g. 5 durch die stark gezeichnete Pfeilspitze und das Pfeilende dargestellt ist Dieses Kreiselmoment wird über die Lagerungen von Schneckenrad und Schnecke des selbstsperrenden Schneckengetriebes 7, 8 auf den äußeren Kreiselrahmen 9 und über dessen Welle 10 auf das Trägergerät 5 übertragen. Es wirkt, wie aus der F i g. 5 ersichtlich ist in einer horizontalen zur Bildebene senkrechten Ebene und ist deshalb außerstande, die aus der ersten Verschwenkungshälfte stammenden, in der Bildebene liegenden günstigen Kreiselmomente zu beeinträchtigen. Als Resultat ergibt sich hier also während jeder vollen motorischen Verschwenkung des Kreiselrahmens um 360° ein schräg gerichtetes nutzbares Kreiselmoment das sich aus den entspre chenden Komponenten der in der ersten und in der zweiten Verschwenkungshälfte entstandenen Kreiselmomenten zusammensetzt Mit Rücksicht auf dieses schräg gestellte resultierende nutzbare Kreiselmoment empfiehlt sich ein entsprechend schräger Einbau dieser Kreiselvorrichtung in das jeweilige Trigergerät — Wenn man aber ein schräg wirkendes nutzbares Kreiselmoment vermeiden will, dann kann das beispielsweise dadurch geschehen, daß zusätzlich eine zweite sonst gleiche Kreiselvorrichtung auf demselben Träger gerät montiert wird, bei der lediglich die Drehrichtun gen der Kreiselschwungmassen sowie der inneren Kreiselrahmen zueinander entgegengesetzt gerichtet sind. Die während der ersten Verschwenkungshälfte der beiden inneren Kreiselrahmen erzeugten günstigen Kreiselmomente addieren sich in diesem Fall, wogegen sich die in die horizontale Ebene umgelegten Kreiselmomente aus der zweiten Verschwenkungshälfte gegenseitig aufheben. Die Fig.6 zeigt diese Tatsache

im Vergleich mit der Darstellung gemäß F i g. 5, wobei diese beiden Figuren jene Situation zeigen, in der die beiden inneren Kreiselrahmen bereits um 180° motorisch verschwenkt sind.

In der Fig.7 ist alternativ die zweite, auf der Verwendung entsprechender Sperrvorrichtungen basierende Ausführungsart des erfindungsgemäßen Kreisels dargestellt Es wurde schon früher angedeutet, daß in diesem Fall als technische Maßnahme zur Ausschaltung der unerwünschten Kreiselmomente neben dem normalen Kreisel mit motorischer Kreiselrahmenverschwenkung ein reiner Stabilisierungskreisel Anwendung findet Naturgemäß darf dieser letztere die günstigen Kreiselmomente nicht beeinträchtigen, sondern nur die unerwünschten Momente kompensieren.

Die Fig.7 zeigt eine solche Kreiseikömbinaiion in der Sicht von oben. Der untere Kreisel ist ein Kreisel mit laufender motorischer Verschwenkung des inneren Kreiselrahmens 2, der weiterhin als Hauptkreisel bezeichnet wird, und wie er auch in den F i g. 4 und 5 abgebildet ist Der obere Kreisel ist ein reiner Stabilisierungskreisel, also ein solcher, bei dem kein Kreiselrahmen sondern nur die Kreiselschwungmasse motorisch laufend gedreht wird. Beide Kreiselvorrichtungen stehen dadurch in einer konstruktiven Verbindung miteinander, daß die beiden Kreiselrahmen 9 bzw.

14 der Kreiselvorrichtungen einen gemeinsamen starren Wellenzapfen 13 an ihren äußeren Kreiselrahmen besitzen. Die Ausgangssituation des Hauptkreisels entspricht vollkommen der in der Fig.4 gegebenen Darstellung. Daraus ist auch ersichtlich, daß das erzeugte Kreiselmoment durch die in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung unmittelbar auf das Trägergerät 5 übertragen wird, ohne daß dabei der äußere Kreiselrahmen beim Hauptkreisel, und damit auch dessen Wellenzapfen gedreht werden. In dieser ersten Verschwenkungshälfte des inneren Kreiselrahmens 2 des Hauptkreisels findet somit auch keine Querverschwenkung der Kreiselschwungmasse

15 des Stabilisierungskreisels statt Dadurch kommt es bei diesem Kreisel in dieser Phase auch nicht zur Erzeugung eines Kreiselmomentes, so daß der Stabilisierungskreisel das vom Hauptkreisel günstig erzeugte Kreiselmoment überhaupt nicht zu beeinflussen vermag. — Anders jedoch liegen die Verhältnisse dann, wenn die motorische Verschwenkung des inneren Kreiselrahmens 2 beim Hauptkreisel in die Phase der zweiten Verschwenkungshälfte kommt In der Fig.7 ist diese Situation in der Sicht von oben dargestellt Für den Hauptkreisel ist diese Situation identisch mit der in der Fig.5 in Seitenansicht dargestellten Lage, wobei zu berücksichtigen ist, daß jene Momente, die in der F i g. 5 in der Bildebene gelegen waren, jetzt senkrecht zu ihr dargestellt sind und ebenso umgekehrt. Jedenfalls ist beim Hauptkreisel die auftretende Präzessionsbewegung durch Pfeilspitze und Pfeilende gekennzeichnet und es ist ersichtlich, daß über den gemeinsamen Zapfen der Welle 13 auch der äußere Kreiselrahmen 14 des Stabilisierungskreisels dabei mitgedreht wird. Die dadurch entstehende Querverschwenkung der Kreiselschwungmasse 15 ruft die strichpunktiert angedeutete in der Bildebene liegende Präzessionsbewegung hervor und diese wiederum erzeugt gemeinsam mit der schnell gedrehten Schwungmasse 15 das beim Stabilisierungskreisel durch Pfeilspitze und Pfeilende zum Ausdruck gebrachte Kreiselmoment Dieses Moment ist der ebenfalls durch Pfeilspitze und Pfeilende angedeuteten Präzessionsdrehung beim Hauptkreisel entgegen gerichtet und ist, weil es von diesem letzteren verursacht wurde, auch imstande, diese Prizessionsbewegung zu kompensieren. Damit wird verhindert, daß in der zweiten Verschwenkungshälfte des inneren Kreiselrah mens des Hauptkreisels unerwünschte Kreiselmomente auf das Trägergerät zur Auswirkung kommen. Daher bleiben ausschließlich die während der ersten Verschwenkungshälfte vom Hauptkreisel erzeugten günstigen Kreiselmomente bestehen und können für techni- sehe Zwecke nutzbar gemacht werden.

Das selbstsperrende Getriebe bzw. die in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung muß nicht unmittelbar an der Welle 4 bzw. 10 wirksam sein; die Sperrvorrichtungen können auch an beliebigen Stellen in der mechanischen Zuleitung des motorischen Antriebes zu den Kreiselrahmen angeordnet sein. Falls der Antrieb der beweglichen Kreiselbestandteile von außen her zugeleitet wird, kann beim Anschluß eine winkelbewegliche Kupplung angeordnet sein. — Anstatt selbstsperrender Schneckentriebe können auch andere, gleich wie diese wirkende Konstruktionselemente, wie etwa Globoidschnecken, Schraubenrädergetriebe und dergleichen Anwendung finden. Ebenso kann statt einer aus Sperrad und Klinke bestehenden Sperrvorrichtung eine auf der bekannten Wirkung kleiner Klemmkörper, wie Kugeln oder Walzen, beruhende Freilaufsperre verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kreiselvorrichtung, insbesondere zum Stabilisieren von Fahrzeugen, mit wenigstens einem Kreiselsystem, das eine in zwei vorzugsweise kardanisch gelagerten Kreiselrahmen drehbar angeordnete Kreiselschwungmasse aufweist, wobei der äußere Rahmen in einem Trägergerät drehbar gelagert ist und wobei sowohl die Kreiselschwungmasse als auch der innere Kreiselrahmen dauernd motorisch gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Kreiselschwungmasse (1) und des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgt, daß in die Verbindung zwischen der Welle (4) des inneren Kreiselrahmens mit dessen motorischem Antrieb ein selbstsperrendes Getriebe eingebaut ist und daß in die Verbindung zwischen der Welle (i\)) des äußeren Kreiselrahmens (9) und dem Trägergerät (5) wenigstens eine in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung eingeschaltet ist.

2. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstsperrende Getriebe von einem selbstsperrenden Schneckentrieb (7, 8) gebildet ist

3. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (7) des selbstsperrenden Schneckentriebes auf der Welle (4) des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) an- jo geordnet ist.

4. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, C durch gekennzeichnet, daß das selbstsperrende Getriebe von einem selbstsperrenden Schraubenrädergetriebe gebildet ist. !5

5. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung von einer an sich bekannten, vorzugsweise-einseitig klemmende Wälzkörper aufweisenden Freilaufeinrichtung ίο gebildet ist.

6. Kreiselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstsperrende Getriebe an einer beliebigen Stelle der mechanischen Zuleitung des motorischen Drehmomentes zur Welle (4) des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) angeordnet ist.

7. Kreiselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung unerwünschter Kreiselmomente zusätzlich ein Stabilisierungskreisel vorgesehen ist, wobei die Welle (10) des äußeren Kreiselrahmens (9) jener Kreiselvorrichtung, deren innerer Kreiselrahmen (2) motorisch gedreht wird, mit der Welle (13) des Außenrahmens (14) des Stabilisierungskreisels starr verbunden ist.

8. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei, gleich ausgebildete Kreiselsysteme vorgesehen sind, wobei die Drehrichumgen der Kreiselschwungmassen und der motorisch gedrehten inneren Kreisel· rahmen dieses Systeme zueinander entgegengesetzt sind.

9. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Steuerung des Kreisel- <>·> momentes das Kreiselsystem im Trägergerät verschwenkbar und in jeder Stellung fixierbar angeordnet ist, wobei die Verschwenkung vorzugsweise um entweder parallel oder normal zur Welle des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) angeordnete Schwenkachsen erfolgt

10. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Kreiselschwungmasse (1) und/oder des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) über winkelbewegHche Verbindungselemente, vorzugsweise Kardangelenke, erfolgt

Kreisel besitzen die Eigenschaft, daß ihre Reaktion auf ein die Drehungsebene ihrer Schwungmasse zu verändern suchendes Störungsmoment nicht etwa in einem diesem Störungsmoment entgegenwirkenden Kreiselmoment besteht, sondern daß das Reaktionsmoment des Kreisels in einer Ebene wirkt, die senkrecht sowohl zur Schwungmassenebene als auch zur Ebene des wirksamen Störungsmomentes steht. Dieses Kreiselmoment unterscheidet sich somit grundlegend von den in der Technik allgemein verwendeten und erzeugten Drehmomenten dadurch, daß es nicht unmittelbar, sondern nur mittelbar, auf der Grundlage von actio gleich reactio zustande kommt und deshalb nicht nur auf den Kreisel selbst sondern auch auf solche Objekte, auf denen der Kreisel fix montiert ist, ein nur nach einer einzigen Richtung wirkendes Drehmoment ohne das sonst zwangsläufig mitauftretende Gegenmoment auszuüben vermag. Diese Fähigkeit des Kreisels, ohne eine Abstützung nach außen hin die Wirkung eines Störungsmomentes ausschalten zu können, ist bereits vielfach in der Technik zu Stabilisierungszwecken ausgenützt worden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies nur für einfache Störungsfälle ausreicht. Zu einer feinfühligen Stabilisierung gegen hin- und herschwingende Störungsmomente, wie sie beispielsweise etwa vom Wellengang gegen ein Schiff, oder von der Gravitation gegen einen Einschienenwagen, oder von der trägen Masse einer frei aufgehängten sperrigen Last ausgeübt werden, genügt das natürliche Stabilisierungsvermögen eines einfachen Kreisels jedoch nicht, weil bei seiner Verwendung zufolge des periodischen Richtungswechseis des störenden Momentes sogar Aufschaukelungen der schwingenden Körperbewegung eintreten können. Man ist deshalb schon vor Jahren dazu übergegangen, gegen Störungsmonieme in Schwingungsform »künstlich« erzeugte Kreiselmomente zu StaLilisierungszwecken heranzuziehen, deren Wirkung aber laufend so gesteuert werden muß, daß sie den jeweiligen Schwingungsaufschlägen nach Richtung und Größe möglichst genau entgegen wirken. Erzeugt werden diese künstlichen Kreiselmomente dadurch, daß die ein Kreiselmoment hervorrufende Quervcrschwenkung der in einer raschen Umdrehung befindlichen Kreiselschwungmasse nicht durch ein äußeres Störungsmoment, sondern durch eine motorisch vorgenommene und entsprechend gesteuerte Querverschwenkung der Kreiselschwungmasse, beziehungsweise des kardanisch ausgebildeten Kreiselrahmens, bewerkstelligt wird, in welchem die Kreiselschwungmasse drehbar gelagert ist. Die erforderlichen Steuermanöver werden mit Hilfe feinfühlig ein- und ausschaltbarer sowie in ihrem Drehsinn veränderbarer Motoren, also vorzugsweise Elektromotoren, ferner durch steuerbare Kupplungen sowie durch eine ständige Überwachung und demgemäß laufend zweckdienliche Einsteuefung des Kreisel-