DE272198C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES A

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 272198 ^ KLASSE 42 o. GRUPPE

HANS BOYKOW in KIEL und ANSBERT VORREITER in BERLIN.

Geschwlndigkeitsmessei". Patentiert im Deutschen Reiche vom 12, Mai 1911 ab.

Die Erfindung betrifft ein Instrument zur Navigation von Luft- und Wasserfahrzeugen, welches Änderungen der Bewegungsrichtung oder der Bewegungsgeschwindigkeit selbsttätig anzeigt und durch die Größe des- Ausschlages von Zeigern ein Maß für die Größe der Geschwindigkeit oder Richtungsänderung, gibt. Das Instrument arbeitet unabhängig: von derri Mittel, in welchem¹ sich das Fährzeug bewegt,

ίο sei es- Luft oder Wasser, Ebenso ist das Instrument unabhängig von der scheinbaren Kursrichtung des-' Fahrzeuges.

Das neue Instrument besteht im wesentlichen aus zwei Pendeln von verschiedener Länge und verschiedener Masse oder einem Pendel und einem; Kreisel,, welch letzterer in diesem Falle als Pendel von unendlicher Länge aufzufassen ist Die Pendel schwingen um den gleichen Aufhängungspunkt,. sind also- ine»-· ander angeordnet. Das größere; Pendel dient dabei gleichzeitig als Gehäuse für da® kleinere Pendel oder das Instrument selbst. Bei Ausführung; des Instrumentes mit einem Kreisel und einem Pendel muß der Auf häng.üngspunkt for das Pendel im. Massenmittelpunkt aeä Kreisels liegen.

Das eirae Pendel hat den; Zweck,, bei Neigungen; der Plattform π adazugeben,, während das zweite Pendel den Zweck hat, der Bewe> gungsbeschleianigang. nachzugeben..

Ein Pendel allein würde auch bei geringfügigen Neigungen der Plattform, z. B. Krängung des Schiffes, falsch zeigen. Natürlich geben beide Pendel der Beschleunigung nach; Ist jedoch das eine Pendel durch einen Kreisei, d. fa. einen Pendel vöii unendlicher Länge, ersetzt, so reagiert es- nur auf die Neigungen und stellt somit für das zweite Pendel stets die notwendige horizontale Plattform her, Verwendet man aber zwei Pendel und kehrt das Zweite Pendel um, was man dadurch erreicht, daß mare es· entweder sozusagen auf den Kopf- Stellt oder ein zweiarmiges Pendel annimmt, welches sowohl unten wie auch oben besehwert ist, So¹ tritt folgender Fall ein :· Bei bloßen Neigungen werden beide Pendel ihre senkrechte Lage beibehaltet*,, da» in diesemFalle das· erste Pendel die horizontale Plattform innehält und das zweite Pendel keine Ursache hat, anzuschlagen·. Tritt eine Beschleunigung hinzu, so schlagen beide Pendel aus. Da aber das zweite Pendel, wie gesagt, auf den Kopf gestellt ist, so· zeigt sich im Ausschlag eine Divergenz..

Der Unterschied zwischen' einem Zweipendel-apparat und einem Einpendelapparat ((.welch¹ letzterer gar nicht in der Beschreibung vorliegt)¹ wäre also der-,, däß der Zweipemdelappä- vsd gebaut ist für Plattformen, welche Neigungen ausgesetzt sind, während der" Eiw-pend'elapparal nur'Verwendung, finden könnte bei Plattformen, die absolut stets- die horizont

tale Lage beibehalten, welcher Fall in der Praxis mit der nötigen Präzision niemals eintreten kann.

Es ist also für die praktische Verwendung der Gebrauch von zwei Pendeln unbedingt ei forderlich.

In den Zeichnungen ist in
Fig. ι das Instrument in der Ausführung mit einem Kreisel schematisch im Schnitt gezeichnet.

Fig. 2 zeigt die Ansicht von oben.
Fig. 3 zeigt das Uhrwerk des Instrumentes in der Draufsicht.

Fig. 4 zeigt das Uhrwerk des Instrumentes im Schnitt, und zwar in der Ausführung ohne Kreisel, doch ist das Uhrwerk das gleiche, ob das Instrument mit zwei Pendeln oder mit Pendel und Kreisel ausgeführt wird. Das zweite Pendel wird durch das Gefäß M gebildet.

Fig. 5 zeigt noch einen Schnitt durch das Uhrwerk, rechtwinklig zu dem Schnitt nach Fig. 4. In den Fig. 4 und 5 ist der untere Teil des größeren Pendels, als welches das Gehäuse M dient, fortgelassen.

In einer kardanischen Aufhängung, bestehend aus dem äußeren Ring V mit den Achsen W und dem inneren Ring T mit den Achsen U ist das Gehäuse M für das Instrument, welches als Kugel, Kegel oder Zylinder ausgeführt werden kann, nach allen Richtungen beweglich aufgehängt. Das Gehäuse M. wird unten so beschwert, daß das Gewicht über und unter den Achsen U ausgeglichen ist, oder noch besser, daß das Gehäuse unten etwas schwerer ist, also eine geringe Vertikalstabilität besitzt. Durch Lagerarme oder Scheiben P, P¹ ist im Gehäuse ein Kreisel S gelagert, welcher in geeigneter Weise, z. B. durch den Motor R, in rasche Umdrehung versetzt wird. Die Stromzuleitung kann hierbei durch die kardanischen Achsen W und U erfolgen. An den Arm P, welcher zu dem Zwecke eine Ausbauchung erhält, ist im Massenmittelpunkt des Kreises mittels der kardanischen Aufhängung Q ein Pendel G aufgehangen. Um die Ausschläge dieses Pendels G nach oben zu übertragen, führen von der Pendelstange b¹ gebogene Arme b um den Kreisel S herum nach oben, wo sie sich in einer Anschlagplatte α vereinigen.

Diese Anschlagplatte α löst Uhrwerke der gleichen Art aus, wie sie in den Fig. 3 bis 5 bei der Ausführungsform ohne Kreisel gezeichnet sind. Es sind vier gleich konstruierte Triebwerke vorhanden, bestehend aus dem Federhaus z¹ beim Triebwerk A, z³ beim Triebwerk B, z² beim Uhrwerk C, zⁱ beim Uhrwerk D (Fig. 3).

Die Fig. 4 zeigt das Uhrwerk im Schnitt durch A und B,

Fig. 5 im Schnitt durch C und D.

Die Triebwerke A und B einerseits sind zusammengehörig und wirken auf eine Skala, indem das eine Triebwerk A eine Drehung der Skala O bewirkt (Fig. 2 und 5), während Triebwerk B den über dieser Skala spielenden Zeiger / bewegt.

Da die zusammengehörigen Zahnräder teilweise im rechten Winkel zueinander stehen, können dieselben in einer Schnittzeichnung nicht dargestellt werden; es sind daher die Fig. 4 und 5 zu verfolgen. In der Fig. 2, welche die Ansicht des Instrumentes von oben darstellt, sind die Uhrwerke und die Zahnräder nicht sichtbar, da sie vom Deckel des Gehäuses M verdeckt werden, dagegen zeigt diese Figur die von den vier Uhrwerken angetriebenen Skalen und Zeiger.

Nachstehend sei der Antrieb und die miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder für die Skala O mit dem Zeiger / verfolgt.

Das Federhaus z¹ auf der Achse q (Fig. 3 und 4) steht in Eingriff mit dem Zahnrad g¹ auf Achse m; auf der gleichen Achse befindet sich das Zahnrad ν und der Bremszylinder g. Das Zahnrad ν steht in Eingriff -mit Zahnrad E (Fig. 3 und 5), welches auf der Hohlachse r¹ befestigt ist, die außerhalb des Gehäuses m die Skala O trägt.

Das Federhaus z³ auf der Achse u (Fig. 3 und 4) steht in Eingriff mit dem Zahnrad o¹ auf der Achse 0, die den Bremszylinder h trägt. Dieser Bremszylinder liegt daher dem Bremszylinder g gegenüber. Auf der gleichen Achse befindet sich das Zahnrad x, welches im Eingriff mit dem Zahnrad F steht (Fig_v 5). Dieses Zahnrad ist auf der Achse r befestigt, welche in der Hohlachse r¹ gelagert ist und außerhalb des Gehäuses den über der Skala O spielenden Zeiger / trägt.

In gleicher Weise bewegen die gegenüberliegenden Triebwerke C und D die zu ihnen gehörigen Zeiger Y mit der Skala Af. Das Federhaus z'² auf der Achse p (Fig. 3 und 5) steht in Eingriff mit dem Zahnrad i^l auf der Achse I mit dem Bremszylinder i und dem Zahnrad w. Das Zahnrad w steht in Eingriff mit dem Zahnrad G auf der Hohlachse p^l, welche außerhalb des Gehäuses M die Skala N trägt. Das gegenüberliegende Uhrwerk mit dem Federhaus z* auf der Achse s (Fig. 3 und 5) steht im Eingriff mit dem Zahnrad k¹ auf der Achse n. Auf der gleichen Achse befindet sich der Bremszylinder k und das Zahnrad y, welches mit dem Zahnrad H auf der Achse t im Eingriff steht. Diese Achse trägt außen den Zeiger Y, der über der Skala N spielt (Fig. 2 und 4).

Gegen alle vier Bremszylinder -— g, h, i und k — legen sich federnde Hebel c, d, e

und f an (Fig. 3 bis 5). Diese Hebel sind doppelarmig und wirken als Bremsklötze. Der Federdruck, mit welchem diese Hebel gegen die zugehörige Bremsscheibe gedruckt werden, ist so abgestimmt, daß der Druck eben genügt, eine Drehung der Bremsscheiben und damit ein Ablaufen der zugehörigen Triebwerke zu verhindern. Während das eine Ende der Bremshebel c, d, e und f sich gegen die

ίο zugehörige Bremsscheibe lehnt, befindet sich das andere Ende vor einem Rahmen a, welcher am oberen Ende der Pendelstange δ des Pendels G angebracht ist. Dieses Pendel G ist mittels der Achse / und dem Ring K in der Scheibe L kardanisch gelagert (Fig. 4 und 5). Macht nun das Pendel G einen Ausschlag, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 1· der Fig. 5, so drückt das obere Ende der Pendelstange mit dem Rahmen α gegen den Bremshebel f und entlastet dadurch die zugehörige Bremsscheibe k. Demzufolge kann sich die Bremsscheibe k und mit ihr die Skala O um ein gewisses Stück drehen, nämlich so lange, bis der Druck des Pendels aufhört und der Bremshebel f die Bremsscheibe k wieder belastet und festhält. Schwingt das Pendel G jetzt nach der anderen Seite in Richtung des Pfeiles 2, so drückt der Rahmen« auf den Bremshebel e, wodurch die Bremsscheibe i entlastet wird. Diese kann sich nunmehr drehen und mit ihr der über der Skala O spielende Zeiger /. Sind beide Pendelausschläge gleich groß, so sind auch beide Triebwerke z* und z² um das gleiche abgelaufen, und der Zeiger / steht wieder über der Nullmarke X der Skala O (Fig. 2). Sind jedoch die Pendelausschläge verschieden groß, so steht der Zeiger / nicht mehr über der Nullmarke Ä' der Skala O, sondern über einem anderen Teilstrich der Skala. Die Einteilung der Skala ist eine derartige, daß dadurch die im Augenblick herrschende absolute Geschwindigkeit angezeigt wird.

Dies folgt aus der Tatsache, daß ein frei hängendes Pendel bei einer auftretenden Bewegungsbeschleunigung einen bestimmten Ausschlag annimmt oder annehmen will. Bezeichnen wir diesen Ausschlag mit a, so ist dieser Winkel gegeben durch den Ausdruck:

tangens α ist gleich dem Verhältnis von Bewegungsbeschleunigung zur Erdbeschleunigung. Angenommen, die Bewegungsbeschleunigung betrage einen Meter, so ist die Tangente des Winkels α rund ein Zehntel. Für jede auftretende Beschleunigung oder Verzögerung wird also das Pendel eine bestimmte Bewegung des Uhrwerkes auslösen. Da nun die resultierende Geschwindigkeit nebst der Größe auch von der Dauer der Beschleunigung abhängt, der Ausschlag oder die Ausschlagsintention des Pendels sich in seiner Dauer nach der Dauer der Bewegungsbeschieunigung richtet, so folgt, daß der resultierende Weg den je nach der Seite des Ausschlages der Zeiger oder das Zifferblatt des Triebwerkes in jedem beliebigen Moment zurückgelegt hat, ein Maß für die in dem betreffenden Augenblick herrschende absolute Geschwindigkeit gegenüber der festen Erdoberfläche bildet.

Zur Begründung des Gesagten sei folgendes ausgeführt:

Die Geschwindigkeit ist das Integral der Beschleunigung nach der Zeit. Die Beschleunigung wird registriert durch die Größe des Ausschlages und multipliziert sich dann von selbst mit der Zeit, weil das Uhrwerk durch die ganze Zeit, welche die Beschleunigung andauert, den beschleunigten Gang beibehält. Beispiel: Die Beschleunigung betrage 1 cm und dauere ioo Sekunden an. Die Geschwindigkeit nach Ablauf dieser 100 Sekunden ist also 1 m per Sekunde (bzw. 2 Seemeilen per Stunde). Der Ausschlag des Pendels bewirke ein Vorrücken des Zeigers um 0,1 mm per Sekunde. Dies gibt nach Ablauf der Zeit einen Weg des Zeigers von 1 cm, was auf der Skala mit zwei Seemeilen bezeichnet ist.

Schräg gerichtete Beschleunigungen äußern sich nach der Längsschiff- und nach der Querschiffskomponente wie auch in Wirklichkeit. Die Resultierende ist aus den Stellungen beider Zeiger zu entnehmen, also aus ihrer Wirkung auf die Fahrtgeschwindigkeit und dem Auftreten einer seitlichen Abtrift, was zur Bestimmung des Kräfteparallelogramms genügt.

Die zwei folgenden Beispiele sollen die Wirkungsweise des Instrumentes erläutern.

Beispiel I.

Ein Schiff fahre im Nebel gegen die Elbemündung. Das Instrument zeige nun einen Ausschlag, während nach dem Kompaß keine Richtungsänderung vorgenommen wurde. Darnach wäre das Schiff durch eine Strömung seitlich vertragen, d. h. es wird parallel zu seiner Kursrichtung aus seiner Fahrtrichtung gedrängt. Da an Hand der übrigen Navigationsbehelfe keine Strömungen zu dieser Zeit an dem wahrscheinlich erreichten Orte auftreten, so hätte der Navigationsoffizier durch no den Ausschlag des Instrumentes den Beweis, daß der Kompaß durch irgenwelche magnetische Störung eine Deviationsänderung erlitten hat und tatsächlich ein anderer Kurs als'der gewollte gesteuert wird. Da das Instrument zwei Triebwerke besitzt, von denen das eine auf Änderungen in. der Querschiff richtung, das andere auf Änderungen der Bewegung in der Langschiffrichtung reagiert, so zeigt das Instrument auch stets die wahre Geschwindigkeit des

Fahrzeuges gegen die feste Erdoberfläche an, ist also gleichzeitig ein absolutes Log.

Das Pendel ist kardanisch aufgehangen, kann also nach allen Seiten ausschlagen. Bei einer Änderung der Bewegung hat das Gewicht das Bestreben, die alte Richtung beizubehalten; es erfolgt al?o ein Ausschlag in dieser Richtung. Da die Anschläge c, d, e, f mit Gleit rollen versehen sind (Fig. 3), so kann das Pendel in seinem Ausschlage dieser Richtung folgen, wird also im allgemeinen sowohl das Zeigerwerk für die Längsschiffskomponente als auch das für die Querschnittskomponentein Bewegung setzen, d. h. nebst der erfolgenden Abtrift auch immer die begleitende Änderung der Fahrtgeschwindigkeit zur Anzeige bringen. Wenn das stehende Schiff seine Maschine in Gang setzt, wird das Pendel so lange Ausschläge in der Längsrichtung zeigen, bis das Schiff seine gleichförmige Geschwindigkeit erreicht hat, und infolgedessen auf dem Zeigerwerk für die Fahrtgeschwindigkeit diese anzeigen.

Beispiel II.

Ein Flugzeugführer gerät während eines Uberlandfluges in Nebel oder Wolken, oder die Erde wird ihm durch starken Regen oder Schneefall unsichtbar. Bisher war der Flugzeugführer navigatorisch in einem solchen Falle absolut hilflos, und das Einhalten der Richtung auf das Ziel war einfach Zufall, denn der Kompaß zeigt ihm nur die Stellung seiner Längsachse gegen den Meridian an, nicht aber die wahre Richtung der Fahrt unter Einfloß des Windes. Ändert sich nun der Wind in Geschwindigkeit und Richtung, so zeigt ihm das Instrument jede solche Änderung in ihrem Einfluß auf das Flugzeug an. Zeigt sich also während der Fahrt im Nebel am Instrument ein Ausschlag, so hat der Führer einfach so zu steuern, daß die- auftretenden Ausschläge stets eliminiert erscheinen. Er fährt dann in der gewollten wahren Richtung. Gleichzeitig gibt ihm ein Ausschlag des Uhrwerkes für die Geschwindigkeitsänderung stets das Maß für die zurückgelegten Distanzen.

In der praktischen Ausführung des; Instrumentes werden jedenfalls mehrereÜbersetzmaigsräder angeordnet,, ebenso der einfache Brems^ zylinder, eventuell durch einen Zentrifugalregulator ersetzt.

Die Konstruktion erfährt in der praktischen Ausführung folgende Änderung, welche jedoch den' prinzipielLen Vorgang nicht ändert, der der Übersichtlichkeit wegen für die: Darstellung gewählt wurde. Aus Genauigkeitsgründen ist es nötig, daß die Bremszylinder g, k, i k einer, großen Variation in der Umdrehungsgeschwindigkeit fähig; sind.

60. Wenn, in der Zeichnung (Fig. 3; und 5.) z-.. B.

das Federhaus ζ direkt durch das Zahnrad g auf den Bremszylinder g und dieser mittels des Zahnrades ν auf das Zahnrad E (Fig. 3 und 5), auf dessen Achse die Skala O sitzt, wirkt, so ist dies ein der Übersichtlichkeit wegen gewählter schematischer Vorgang. In Wirklichkeit ist zwischen dem Federhaus ζ und dem Zahnrad g eine Übersetzung eingeschaltet, welche die Drehung des Federhauses vervielfacht. Ebenso ist wieder zwischen dem Zahnrad ν und dem Zahnrad E eine Übersetzung eingeschaltet, welche die Drehung von E in großem Maße verlangsamt. Dadurch wird die Genauigkeit bedeutend erhöht," da durch die sich rascher ändernde Umdrehungsgeschwindigkeit der Bremszylinder die Bremsung selbst gegen Druckänderungen empfindlicher wird. Sollte jedoch der hierbei zu erzielende Genauigkeitsgrad nicht ausreichen, so würden die Bremszylinder durch Zentrifugalregulatoren ersetzt werden. Ein solcher Zentrifugakegulator stützt sich auf das Prinzip, daß eine elastische Kugel sich durch Rotation abplattet. Wird ein entsprechend nachgiebiges Gebilde dieser Art auf die Achse des Bremszylinders gesetzt und durch eine große Übersetzung vom Federgehäuse aus bei einer langsamen Drehung desselben in rasche Rotation versetzt, so wird der Radius dieses Gebildes zunehmen, bis er an den Bremsklotz stößt und so seine höchste Umdrehungsgeschwindigkeit für diese Stellung des Bremsklotzes erreicht. Ändert nun der Bremsklotz unter Einwirkung- des Pendelausschlages seine Stellung, so wird die Rotatiorasgeschwindigkeit folgen. Aui diese Weise läßt sich eine große Veränderlichkeit in der Umdrehungsgeschwindigkeit des Regulators erzielen, welche einem sehr¹ genauen Gang der, Zeiger bzw. Zifferblätter zur Folge hat. In diesem Falle ist es natürlich nötig', die Federhäuser ständig durch Elektrizität automatisch aufzuziehen, so daß die Feder nur als biegsame Übersetzung für den nicht so genau konstant zu haltenden elektrischen Strom wirkt.

Das- Instrument gibt die im Augenblick herrschende BewegwngsgrSße an..

Natürlich müssen seine Angaben von. Zeit zu Zeit durch anderweitige Beobachtungen· kontrolliert werden, da sich im Laufe der Zeit die kleinen unvermeidlichen Fehler eventuell summieren können.. Inf olgedessea gilt, der Satz, daß das. Instrument stets die im- Aageimblicke herrschende Bewegungsgröße angibt,, nicht fön eine längere: Zeitdauer a>ls absolutes Maß, sondenn nur von Beobachtung zu Beobachtung,. i*5 j doch kann innerhalb mehrerer Stunden däe j Angabe auch als. absolut richtig gelten. Es herrscht hier ein afaiteehes. Verhältnis wie zwischen' Ajaenoid und; Q-miecksilberbairometer., Das vorliegende Instrument- solil haufrtsäcMick

für jene Fälle benutzt werden, wo andere Beobachtungen ausgeschlossen sind.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Geschwindigkeitsmesser, gekennzeichnet durch zwei Pendel von sehr verschiedener Schwingungsdauer, deren Ausschlagsdifferenz durch Uhrwerke nach der Zeit integriert wird.
2. 2. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da(3 in das eine Pendel ein Kreisel so eingebaut ist, daß die Schwingungsdauer erheblich verlängert wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

   Berlin, gedrückt in der reicUsdruckereI.