DE2657187C3 - Kreiselvorrichtung, insbesondere zum Stabilisieren von Fahrzeugen - Google Patents
Kreiselvorrichtung, insbesondere zum Stabilisieren von FahrzeugenInfo
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Description
9. Kreisel vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zwecks Steuerung des Kreiselmomentes das K-eiselsystcm 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Kreiselschwungmasse (1) und/oder des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) über winkelbewegliche
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 tragen Masse einer frei aufgehängten sperrigen Last ausgeübt werden, genügt das natürlich!: 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 Störungsmomente in Schwingungsform »künstlich« erzeugte Kreiselmomente zu
Stabilisierungszweckea 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 Querverschwenkung 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
Prehsinn veränderbarer Motoren, also vorzugsweise Elektromotoren, ferner durch steuerbare Kupplungen
sowie durch eine ständige Überwachung und demgemäß laufend zweckdienliche F.insteucrung des Kreisel-
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 Kreiselrahmen benötigt werden, die überdies vorzugsweise
vollkommen selbständig arbeiten.
Wenn die bisher verwendeten oben beschriebenen Stabilisierungskreisel ihren Zweck erfüllen sollen, dann
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 prophylaktischen 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 analog kleine
schwingende motorische Verschwenkungen des Kreiselrahmens zur Erzeugung dieser schwingenden Kreiselmomente
zur Stabilisierung gegen die Stöaingsschwingungen.
In diesem Punkt, also hinsichtlich der Größe der Querverschwenkungen der Kreiselschwungmasse durch
einen motorischen Antrieb, unterscheiden sich die Wirkungsweise und der Verwendungszweck der bisher
geschilderten bereits vorhandenen gesteuerten Stabilisierungskreisel mit künstlich erzeugtem Kreiselmoment
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 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
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst
Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bevor auf die nähere Beschreibung der konstruktiven 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 resultieiendes 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 Kreisel in 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 Vorderachse durch einen größeren oder kleineren
Anleil am Gesamtgewicht des Fahrzeuges belastet wird. Auf ähnliche Weise können auch Fahr/enge aller Art
zusätzlich oder zur Ganze dadurch gesteuert werden, daß Kreisejvorrichtungen so in dem Fahrzeug eingebaut
sind, daß ihr resultierendes Kreiselmoment in jener Ebene auf das Fahrzeug wirksam gemacht wird, in der
■-, die gewünschte Steuerungsmaßnahme staufinden soll. Ein weiteres Anwendungsgebiet für solche Kreiselvorrichtungen
besteht auch darin, sie auf beliebigen technischen Objekten zu dem Zweck zu montieren, um
diese oder wenigstens Teile von ihnen von der Wirkung
κι 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 Schwerkraftmoment der Last
ι·-, 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 Lastseite durch eine korrespon-
Jd dierende Veränderung des Kreiselmomentes jederzeit
genau Rechnung getragen werden kann. Mit Hilfe solcher Kreiselvorrichtungen können ft.<ver in Bedarfsfällen
auch Stabilisierungen vorgenommen werden, allerdings nur auf einem indirekten Weg, wie es schon
>■·; früher durch Anwendung herkömmlicher Stabilifierungskreisel
bewerkstelligt worden ist. Die angeführten Beispiele haben lediglich illustrativen Charakter, wobei
es unbestreitbar ist. daß riiekdrehungsfreie Drehmomente in der Technik in einem weit größeren
jo 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 Fig. 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
V) 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
« Storing, moment erzeugte Kreiselmoment in der
Bildebene und ist durch das stark gezeichnete Kräftepaar dargestellt, wobei die horizontal angedeuteten
Pfeilspitze und das Pfeilende die dabei auftretende Präzessionsbewegung um die Welle 4 veranschaulichen.
mi In den F i g. 2 und 3 ist dieselbe Kreiselvorrichtung dargestellt. Der Unterschied zwischen diesen Darstellungen
liegt darin, daß die Fig.2 irgendeine beliebig
angenommene Ausgangsstellung zeigt, während die Fig. 3 diesen Kreisel in der Situation nach einer
hi motorischen Kreiselrahmenverschwenkung um 180°,
also nach einer halben Fahmenverschwenkung darstellt. Die in diesen beiden Figuren durch kräftige Richtungspfeile
als Kräftepaar zum Ausdruck gebrachten
Kreiselmomenle 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 Kreiselrad mens mit Hilfe des als Position 6 bezeichneten Ritzels
wirksam ist. Es handelt sich also hier auch um die Erzeugung eines »künstlichen« Kreiselmomcntcs. Von
wesentlicher Bedeutung für den Erfindungsgegenstand ist jedoch die aus den graphischen Darstellungen
ersichtliche Tatsache, daß das Kreiselmoment in der
Stellung gemäß F ig. 2 in der Bildebene im Uhrzeigerdrehsinn,
in der Stellung gemäß F i g. J hingegen in der Bildebene entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn wirkt.
Auch dieser wichtige Umstand ist auf die vorgenannte Beziehung betreffend die zueinander senkrechte Lage
von Kreiselschwungm,issc. Störungsmoment und Krciselmoment
zurückzuführen. Der hier vorgesehene laufende motorische Antrieb des Kreiselrahmens 2 hat
eine laufende Querverschwenkung der in ihm gelagerten
Kreiselschwungmassc 1 zur f-'olge und daraus ergibt
sich zwangsläufig auf Grund der soeben wiederholten Beziehung eine ebenso laufende Verschwenkung der
Wirkungsebene des Kreisclmonientcs. Aus dieser Beziehung resultiert also der Umstand, daß das
Kreiselmomcnt gemäß Fig. 3 sich ebenso um 180 in
seiner Wirkungsrichlung verändert hat. wie eben der Kreiselrahmen samt Kreisclschwungmasse gegenüber
der F i g. 2 um 180" motorisch verschwenkt worden ist.
Selbstverständlich beschränkt sich diese Veränderung nicht etwa lediglich aufdicinden Fig. 2 und 3 gezeigten
Stellungen, sondern diese Veränderungen finden laufend mit der Stellungsveränderiing des Krciselrahmcns
statt, Fs kann also festgestellt werden, daß die Krciselmomcntc während jeder motorisch vorgenommenen
Querverschwenkung des Kreiselrahmens ihre Wirkiingsebene. und damit auch ihre Wirkungsrichtung.
laufend mitverändern. Bei einer vollen Umdrehung des
Kreiselrahinens steht also jedem Kreiselmoment aus der ersten Drehungshälfte des Kreiselrahinens ein nach
180' Rahmendrehung erzeugtes anderes Kreiselmomcnt aus der zweiten Drehungshälfte gegenüber, die
iinlorpintn/iar rvlf>i*"*ii trmiX iKnr AntixinflnoiH.il »I iTt»ri, K.
tet 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 ein^s »künstlichen« KreisHmomentes
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 Kreiselvorrichtung 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 Kreiselrahinens vergrößern ohne sich der Gefahr eines Gegeneffeklcs aussetzen zu wollen, dann müßte
man auch bei ihnen jene technischen Maßnahmen an« enden, die hier für den erfindungsgemäßen Kreisel
vorgeschlagen werden.
Heim erfindungsgemiißen Kreisel kann aus Gründen
seiner praktischen Verwendungsmöglichkeit auf eine durchlaufend gleichsinnige motorische Kreiselrahmenverschwenkung
mit konstanter Drehgeschwindigkcii trotz der in Rede stehenden Schwierigkeil deshalb nicht
verzichtet werden, weil es nur dadurch ermöglicht wird, nut einer relativ kleinen Krciselvorrichtung relativ
große Kreiselmomente zu erzeugen, indem stets die volle Rahmenverschwenkung ausgenützt wird.
Hier wird so vorgegangen, daß die beispielsweise in
die Bildebene fallenden Komponenten aller in der
ersten Verschwenkungshälfte des Kreisclrahmens erzeugten Kreisclmomcnte mit Hilfe entsprechender
technischer Maßnahmen als nutzbare Drehmomente auf das Trägergerät übertragen werden. Hingegen
werden alle während der zweiten Verschwenkungshälfte des Krciselrahmcns erzeugten, und im Vergleich /u
lenen aus der ersten Verschwenkungshälfte von vornherein unerwünscht wirkenden Krcisclmomentc
durch entsprechende technische Maßnahmen entweder in eine /ur Bildebene senkrechte Ebene umgelegt, oder
sie werden durch die Verwendung eines entsprechenden zweite ' reinen .Stabilisierungskreisels vollkommen
aufgel'.b<.n. wobei naturgemäß die günstigen Kreiselmomente
aus der ersten Verschwenkungshälfte davon nicht tangiert werden dürfen.
Was die allgemeine Frage einer Stcuerbarkcit des sich jeweils ergebenden nutzbaren Krciselmomentes
betrifft, wird dazu folgendes aufgeführt:
Die Große eines Kreiselmomcntcs kann angenähert durch das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelge
schwindigkeit der Kreiselschwungmassc sowie außer dem noch der Winkelgeschwindigkeit der Schwungmas
senverschwenkung ausgedrückt werden. )cde Vornahme
einer Veränderung eines oder mehrerer dieser Faktoren verändert dementsprechend auch die Größe
des zur Verfügung stehenden nutzbaren Krciselmomen l*»t In rtioiiMH /iK^mmpnhdno epi IpHialirh prwühnt rt:lH
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 Krciselmomentes 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 Steueningsmaßnahme die Wirkungsebene
des erzeugten Kreiselmomentes beispielsweise um 90° oder um 180c 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. Zwiüchenstellungen 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 Kmsclmomentes bei unveränderten Drehgeschwinüipkeiten der Kreiselbestandteile dar. — Naturgemäß rufen derartige Steuerungsmaßnahmen zusätzliche Kreiselmomente hervor. Weil jedoch Sleuerungsbewegungen relativ langsam im Vergleich zur motorischen Kreiselrahmenvcrschwenkung verlaufen, fallen
solche zusätzliche Kieiselmomente 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 Fig.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 sclbstsperrendes Getriebe, hier über einen
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 Verschwenkungshälfte 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 Kreiselmoment zwar auch in der Bildebene wirken, abet 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 Kreiselmomentes 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 verbunden 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
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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 F i g. 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 Kreiselrahmenverschwenkung 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 Kreiselmoment im günstigen Sinne dar. Alle im Drehungsablauf des
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 Krciselmoment, das sich aus den entspre-
w 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 Trägergerät — Wenn man aber ein schräg wirkendes nutzbares
Kreiselmoment vermeiden will, dann kann das beispielsweise dadurch geschehen, daß zusätzlich eine zweite
sonst gleiche Kreiseivorrichtung auf demselben Träger-
bo gerät montiert wird, bei der lediglich die Drehrichtungen 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 F i g. 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 F i g. 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 F i g. 7 zeigt eine solche Kreiselkombination in
der Sicht von oben. Der untere Kreisel ist ein Kreisel mit laufender motorischer Verschwenkung des inneren
Kreiselrahmens 2. der weiterhin als Hauptkreisel hp7pirhnel 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 Hatiptkreisels
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 Kreiselschwtingmasse
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 Hauntkreisel günstig erzeugte Kreiselmoment überhaupt ment zu oeeintiussen 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 Hauptkreise! ist diese Situation identisch mit der in der
Fig. 5 in Seiienans.'Jit 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
Präzessionsdrehune beim Hauptkreisel entgegen gerichtet und ist. weil es von diesem letzteren verursacht
wurde, auch imstande, diese Präzessionsbewegung zu kompensieren. Damit wird verhindert, daß in der
zweiten Verschwenkungshälfte des inneren Kreiselrahmens des Hauptkreisels unerwünschte Kreiselniomcnte
auf das Trägergerät zur Auswirkung kommen. Daher bleiben ausschließlich die während der ersten Verschwenkungshälfte
vom Hauptkreisel erzeugten günstigen Kreiselmomente bestehen und können für technische
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 stau 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 (8)
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 (10) des äußeren Kreiselrahmens (9) und dem Trägergerät (5) wenigstens eine in einer gleichbleibenden Drejir'chtung wirkende Sperrvorrichtung
eingeschaltet ist.
2. Kreiselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstsperrende Getriebe
von einem selbstsperrenden Schneckentrieb (7, 8) gebildet ist.
3. Kreiselvnrrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (7) des
selbstsperrenden Schneckentriebes auf der Welle (4) des motorisch gedrehten Kreiselrahmens (2) angeordnet ist
4. Kreisel vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstsperrende Getriebe
von einem selbstsperrcnüen Schraubenrädergetriebe gebildet ist.
5. Kreisel vorrichtung nach Am wuch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die in einer gleichbleibenden Drehrichtung wirkende Sperrvorrichtung von einer
an sich bekannten, vorzugsweise einseitig klemmende Wälzkörper aufweisenden Freilaufeinrichtung
gebildet ist.
6. Kreiselvorrichtung nach einem der Ansprüche I 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 Drehrichtungen der Kreiselschwungmassen und der motorisch gedrehten inneren Kreiselrahmen dieses Systeme zueinander entgegengesetzt
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT799276A AT350803B (de) | 1976-10-27 | 1976-10-27 | Kreiselvorrichtung zur erzeugung eines technisch verwendbaren drehmomentes |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2657187A1 DE2657187A1 (de) | 1978-05-03 |
DE2657187B2 DE2657187B2 (de) | 1980-10-16 |
DE2657187C3 true DE2657187C3 (de) | 1981-06-19 |
Family
ID=3601384
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2657187C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008005385B4 (de) * | 2007-07-20 | 2014-10-30 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg | Schienengeführter Wagen, Einschienenbahnfahrzeug, Anlage und Verfahren zum Bewegen eines schienengebundenen Fahrzeugs auf einer flexiblen Schiene |
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DE102013113643A1 (de) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Innovated Transport Systems Ug (Haftungsbeschränkt) | Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden und in beliebige Richtungen abrollenden Kugel |
US9776068B2 (en) | 2013-12-06 | 2017-10-03 | Innovated Transport Systems Ug (Haftungsbeschränkt) | Vehicle for the movement of a driver comprising a ball rolling on a ground surface and in any desired direction |
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- 1976-10-27 AT AT799276A patent/AT350803B/de not_active IP Right Cessation
- 1976-12-17 DE DE19762657187 patent/DE2657187C3/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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