DE2838740C2 - Einrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

(e) die Führungsbahn S-förmig ist,

(f) die Enden sich im wesentlichen in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung der Scheibe erstrecken,

(g) die Führungsbahn in der Nähe der Kreiseldrallachse vorbeigeführt ist.

2. Einrichtung nach Ansprv :h 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (40, 42) einen bogenförmigen, längs des Umi ;igs der Scheibe (12) um die Kreiseldrallachse gekrümmten Führungsbahnteil (44,46) aufweist,

daß sich an da» in Bezug auf die Drehbewegung vorlaufende Ende (48, 50) des bogenförmigen Führungsbahnteils (44,46) je ein gerader Führungsbahnteil (52,54) anschließt, der in geringem Abstand an der Kreiseldrallachse (16) vorbeigeführt ist, und
daß der gerade Führungsbahnteil (52, 54) in einem U-förmig einwärts gekrümmten Führungsbahnteil (56,58) endet.

3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,

daß die Führungsbahn (90,92) von zwei bogenförmigen, gegensinnig gekrümmten und in einem Wendepunkt (94,96) aneinander anschließenden Führungsbahnteilen (98,100 bzw. 102,104) gebildet ist,
daß das äußere Ende (106, 108) des äußeren Führungsbahnteils (98, 102) etwa in Umfangsrichtung der Scheibe (88) verläuft und
daß der innere Führungsbahnteil (100, 104) sich um die Kreiseldrallachse (16) herumerstreckt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Führungsbahnteil (100,104) sich spiralförmig um die Kreiseldrallachse (16) erstreckt, so daß das innere Ende (108, UO) der Führungsbahn (90,92) näher an der Kreiseldrallachse (16) liegt als deir Wendepunkt (94,96).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Bezug auf die Kreiseldrallachse (16) zentralsymmetrisch angeordnete Führungsbahnen (40,42; 90,92; 130,132) mit je einer darin beweglichen Masse (74, 76) vorgesehen

sind

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Führungsbahn (40, 42) von einer oben offenen Nut in der Scheibe (12) gebildet ist, welche auf der Oberseite durch eine an der Scheibe (14) befestigte Deckplatte (68) abdichtend abgedeckt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse oder Massen (74, 76) von Quecksilbertropfen gebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher an einem Ende der Führungsbahn oder jeder Führungsbahn eine Fangvorrichtung vorgesehen ist, welche die Masse in diesem Ende hält, wenn die Abweichung der Kreiseldrallachse von der beobachteten Lotrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei die Massenverteilung der Scheibe und der beweglichen Masse oder Massen so ist, daß bei Wirksamwerden der Fangvorrichtung im wesentlichen kein Aufrichtmoment auf den Kreisel wirksam wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Fangvorrichtung eine am Ende der Führungsbahn vorgesehene Aufnahmekammer für die Masse enthält und

(b) die Wandungen der Aufnahmekammer so ausgebildet sind, daß bei Überschreiten des vorgegebenen Wertes der Abweichung der Kreiseldrallachse von der Lotrichtung die in die Aufnahmekammer gelaufene Masse unter dem Einfluß eier Schwerkraft im Bereich der Aufnahmekammer gehalten wird, ohne in die Führungsbahn zurückzulaufen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer von einer zungenförmigen Ausnehmung (64, 66, 114, 116) gebildet wird, die sich am Ende (60,62; 106,108) der Führungsbahn (40, 42; 90, 32) im wesentlichen senkrecht zu diesem Ende erstreckt und deren Boden gegenüber dem Boden der übrigen Führungsbahn erhöht oder rampenförmig ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer in einem am radial äußeren Ende der Führungsbahn (130,132) leicht drehbar gelagerten, in Bezug auf seine Drehachse (134) unausgewuchteten Fangkörper (136) gebildet ist, der auf seiner dem Schwerpunkt gegenüberliegenden Seite einen Hohlraum (138) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (152) des Hohlraumes (138) gegenüber dem Boden der Führungsbahn (130) erhöht oder rampenförmig ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Führungsbahn konkav ist.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Lotkreisel haben die Aufgabe, in einem Fahrzeug, z. B. einem Schiff oder einem Flugzeug, eine nach dem wahren Lot ausgerichtete Referenzrichtung Vorzüge-

ben, die unabhängig von Nick- oder Rollbewegungen des Fahrzeugs ist und gegenüber welcher solche Nickoder Rollbewegungen gemessen werden können. Ein solcher Lotkreisel findet beispielsweise in einem Flugzeug Verwendung als »künstlicher Horizont«. Ein Lotkreisel enthält einen mit hoher Drehzahl umlaufenden Kreiselrotor in einem Kreiselgehäuse, welches kardanisch im Fahrzeug aufgehängt ist Die Kreiseldrallachse ist dabei nach dem Lot ausgerichtet. Da der Kreisel seine Orientierung im Raum beizubehalten trachtet, bleibt diese Ausrichtung auch erhalten, wenn das Fahrzeug Nick- oder Rollbewegungen ausführt Durch Störmomente, die beispielsweise durch Reibungseinflüsse in den Kardanlagern hervorgerufen werden, zeigt der Kreisel jedoch eine Drift, d. h. die Kreiseldrallachse wandert langsam aus der Lotrichtung aus, auch wenn sie vorher genau nach dieser ausgerichtet worden war. Es ist daher erforderlich, eine Einrichtung zu schaffen, welche die Kreiseldrailachse einmal überhaupt nach der Lotrichtung ausrichtet (aufrichtet) und diese Lotrichtung gegenüber Störmomenten stabilisiert (stützt).

Zum Aufrichten und Stützen eines Lotkre>.:e!s ist. es bekannt (US-PS 13 11 768) auf dem Kreiselgehäuse senkrecht zur Kreiseldrallachse eine Scheibe anzuordnen, die gleichsinnig zum Kreiselrotor aber mit einer gegenüber diesem verminderten Drehzahl angetrieben ist. Diese Scheibe enthält bei der bekannten Einrichtung längs ihres Umfangs drei bogenförmige, um die Kreiseldrallachse gekrümmte und jeweils um 120° gegeneinander versetzte Führungsbahnteile. In jedem dieser Führungsbahnteile ist eine Masse in Gestalt einer Kugel beweglich geführt, die auf einer unterhalb der umlaufenden Scheibe gehäusefest angeordneten Laufbahn abgestützt ist Beim Umlauf der Scheibe um eine genau vertikale Achse liegen die Kugeln jeweils an dem bezogen auf die Drehbewegung rückwärtigen Ende jedes der bogenförmigen Führungsbahnteile an und werden so von der Scheibe gegen die auf die Kugeln wirkenden Reibungskräfte mitgenommen. In diesem Zustand sind die Kugeln somit um 120° gegeneinander winkelversetzt und die Scheibe mit den Kugeln ist in Bezug auf die Kreiseldrallachse ausgewuchtet. Die Scheibe übt daher auf den Kreisel kein Moment aus. Wenn jedoch die Kreiseldrallachse gegen das Lot geneigt ist, dann werden beim Umlauf der Scheibe die jeweils »bergauf« transportierten Kugeln von dem rückwärtigen Ende der bogenförmigen Führungsbahnteile gegen die Wirkung der Schwerkraft mitgenommen und bleiben in Anlage an diesen, während die jeweils »bergab« laufende Kugel dem zugeordneten rückwärtigen Ende des Führungsbahnteils unter dem Einfluß der Schwerkraft voreilt, also seine Winkellage in Bezug auf die Kreiseldrallachse ändert. Die Scheibe mit den Kugeln ist dann nicht mehr ausgewuchtet und übt ein Moment auf die Kreiseldrallachse aus. Dieses Moment ist so gerichtet, daß es eine Aufrichtung der Kreiseldrailachse bewirkt.

Andere in der US-PS 13 11768 beschriebenen Konstruktionen zeigt andere Formen der Führungsbahnen, Kugeln die in einer durchgehenden kreisförmigen Führungsbahn von um 120° gegeneinander versetzten radial vorstehenden umlaufenden Mitnehmern transportiert werden und Anordnungen mit Massen, die an radialen Hebeln um eine zentrale Achse schwenkbar gelagert sind und von axial vorstehenden Mitnehmern, die gegenüber dem Kreiselgehäuse gleichsinnig mit dem Kreiselrotor umlaufen, mitgenommen werden. In der US-PS 13 11 768 ist auch schon vorgeschlagen, statt der Kugeln Flüssigkeitsmerigen zu verwenden-

Bei den bekannten Konstruktionen verlagert sich die Masse zur Erzeugung des Aufrichtmoments jeweils nur ϊ längs eines Bogens, der sich über einen begrenzten Winkel längs des Umfangs der Scheibe erstreckt.

Die GB-PS 1 32 944 zeigt eine nicht-umlaufende Aufrichtvorrichtung. Diese enthält eine nicht-umlaufende Platte die fest an dem Kreiselgehäuse angebracht ist.

ίο Eine Führungsplatte mit im wesentlichen radialen, schwach S-förmig gekrümmten Führungsbahnen für Kugeln ist an der feststehenden Platte befestigt. Die Kugeln sind durch konische Flächen an eine Mittellage gefesselt. Bei einer Neigung der Drallachse und damit der Platte laufen die Kugeln in den Schlitzen aus dieser Ruhelage etwas nach unten. Damit verlagert sich der Schwerpunkt des Kugelkranzes. Diese Verlagerung erfolgt dank der Krümmung der Schütze nicht nur zum tiefliegenden Teil der Platte hin sondern etwas

2(> senkrecht zu der Fallinie, so daß ein aufrichtendes Moment auf den Kreisel wirksam wi"-<j

Das ist ein rein statischer Vorgang. Eine statische Schwerpunktverlagerung der in der GB-PS 1 32 944 beschriebenen Art führt nur zu einem kleinen Aufrichtmoment

Durch die GB-PS 9 30 317 ist eine umlaufende Aufrichtvorrichtung bekannt Dabei liegen die Kugeln auf einer Paraboloidfläche auf deren Achse mit der Drallfläche des Kreisels zusammenfällt Sie sind in

jo geraden, tangentialen Schlitzen geführt

Bei geeigneter Wahl der Drehzahl der Aufrichtvorrichtung im Verhältnis zu den Parametern des Paraboloids besteht für jeden Radius der Kugeln ein Gleichgewicht zwischen der radial nach außen wirken-

J5 den Fliehkraft und der radial einwärts wirkenden Horizontalkomponente der längs der Tangente des Paraboloids wirkenden Schwerkraftkomponente. Die Kugeln laufen somit jede auf dem konstanten Radius um, so daß die auf den Kreisel ausgeübten Präzessionsmomente im Mittel null sind. Wenn dagegen die Kreiselachse und damit die Achse des Paraboloids gepen die Vertikale geneigt ist, ist dieser indifferente Gleichgewichtszustand nicht mehr gegeben. Die Kugeln bewegen sich in dem durch die Neigung »flacheren« Teil des Praboloids radial nach außen und in dem ^steileren« Teil weiter nach innen, d.h. die Kugeln führen eine Schwingbewegung mit der Umlauffrequenz der Aufrichtvorrichtung aus. Durch den tangentialen Verlauf der Schlitze werden auch Komponenten dieser Schwingbewegung und damit der auf den Kreisel wirkenden Momente erzeugt, die senkrecht zu der Auslenkbewegung uer Kreiseldrallachse und damit im aufrichtenden Sinne wirken.

Es wird bei der bekannten Anordnung somit eine

S'divvingung der Kugeln aus dem Gleichgewicht von Fliehkraft und schiefer Ebene erzeugt, die eine geraue Abstimmung und eine komplizierte asphärisch Lauffläche erfordert. Dabei wirken die erzeugten Momente nur in relativ geringem Maße, nämlich so wie durch die tangentiale Anordnung der Schlitze die »Auswärtsstellungen« der Kugeln gegen die Richtung der Neigung in Umfangsrichtung verlagert werden, im aufrichtenden Sinne.
Die üblichen Abweichungen der Kreiseldrallachse von der Lotrichtung, die durch die Störmomente hervorgerufen werden, betragen nur wenig Grad. Bei starken horizontalen Beschleunigungen, z. B. im Kurvenflug, ergeben sich jedoch größere Abweichungen

zwischen der Kreiseldrallachse und dem infolge der Beschleunigung auftretenden Scheinlot. Ks muß verhindert werden, daß sich der Lotkreisel wahrend solcher kurzzeitiger Beschleunigungsphasen nach dem Scheinlot auszurichten trachtet. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung der Krciscldrallachsc von der Lotrichtung, was auf solche Beschleunigungen schließen läßt, muß die Einrichtung zum Aufrichten des Lotkreisels außer Betrieb gesetzt werden. Hierzu sind verschiedene Konstruktionen bekannt.

Bei einer bekannten Einrichtung (DE-Gbm 19 74 279) erfolgt die Aufrichtung des Lotkreisels durch eine Kugel, die in einer Führungsbahn zwischen Anschlägen beweglich ist. Ein Gegenpendelgewicht bewirkt eine Arretierung dieser beweglichen Kugel, sobald die Abweichung der Kreiseldrallachse von der beobachteten Lotrichtung ein vorgegebenes Maß überschreitet. Solche Konstruktionen mit Gegenpendelgewichten zur Arretierung von Massen sind aufwendig und störanfällig.

Durch die GBPS I 61 595 ist eine Aufrichtvorrichtung bekannt, bei welcher ferromagnetische Kugeln in den Fiihrungsbahnen durch Elektromagnete arretiert werden. Die Stromkreise der Elektromagnete werden durch Fühler gesteuert, welche auf die Abweichung der beobachteten Lotrichtung von der Kreiseldrallachse ansprechen. Eine solche Anordnung ist kompliziert und aufwendig. Sie ist auf die Verwendung ferromagnetischer Kugeln beschränkt. Es können Störungen dadurch hervorgerufen werden, daß die Bewegung der Kugeln durch Restmagnetismus der Elektromagnete beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Führungsbahnen so auszubilden, daß bei einer Abweichung der Kreiseldrallachse von der Lotrichtung die Massen in stärkerem Maße im Sinne eines Ausrichtmoments verlagerbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Das Aufrichtmoment auf den Kreisel wird bei der Erfindung durch eine besondere Formgebung der Führungsbahn erreicht, in welcher die Masse bergab

ILfIU UIIU III ViCII LIIULII UVt I Ul Il UI IgSLSClI 111 3C niLUVI »hochgebaggert« wird, daß die Masse in einem im wesentlichen von der Fallinie bis wieder zur Fallinie sich erstreckenden 180°-Winkelbereich ein Aufrichtmoment auf den Kreisel ausübt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erl&dtert:

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine nach der Erfindung ausgebildete Einrichtung:

F i g. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Lotkreisel mit einer Einrichtung nach der Erfindung:

F ι g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2:

F i g. 4 zeigt eine schematisch-perspektivische Darstellung des Lotkreisels mit der erfindungsgemäßen Einrichtung;

F i g. 5 bis 9 zeigt eine Draufsicht auf die Einrichtung zum Aufrichten und Stützen des Lotkreisels in den verschiedenen Winkclstellungen ihres Umlaufs;

F i g. 10 zeigt eine abgewandelte Form der Führungsbahnen mit außen angeordneten zungenförmigen Ausnehmungen als Fangvorrichtungen für die Massen bei starker Abweichung der Kreiseldrallachse von der beobachteten Lolrichuing:

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform mit Führungsbahnen ähnlich F i g. 10 aber mit einer anderen Art von Fangvorrichtung;

Fig. 12 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt längs der Linie Λ B von [ig. II;

Fig. 13 ist eine perspektivische Darstellung der Fangvorrichtung von F i g. 11 und 12.

Die Einrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels 10 ist mit 12 bezeichnet. Sie enthält eine Scheibe 14, welche konzentrisch und senkrecht zur Drallachse 16 des Lotkreisel angeordnet ist. Die Scheibe 14 ist auf einem am Gehäuse 18 des l.ntkreisels 10 sitzenden Zapfen 20 um die Drallachse 16 drehbar gelagert. Der Lotkreisel 10 enthält einen gehauscfcsten inneren Stator 22 und einen äußeren Läufer 24. der in Lagern 26, 28 im Gehäuse 18 gelagert ist. Der Läufer 24 trägt ein Zahnrad 30. das mit einem Zahnrad 32 in Eingriff ist. Das Zahnrad 32 wiederum ist mit einem Zahnrad 34 verbunden, das mit einem Zahnrad 36 an der Scheibe 14 in Eingriff ist. Auf diese Weise wird die Scheibe 14 zusammen mit dem Läufer 24 des Lotkreisels mit starker Untersetzung angetrieben. Das Kreiselgehäuse 18 weist senkrecht zu der Kreiseldrallachse sich erstreckende Lagerzapfen 38 auf.

Wie am besten aus F i g. 1 ersichtlich ist. enthält die Scheibe 14 zwei zentralsymmetrisch in Bezug auf die Kreiseldrallachse 16 verlaufende Führungsbahnen 40 und 42. jede der Führungsbahnen enthält einen Führungsbahnteil 44 bzw. 46, der längs des Umfangs der kreisrunden Scheibe 14 bogenförmig um die Kreiseldrallachse 16 gekrümmt ist. An die in Bezug auf die Drehbewegung vorlaufenden Enden 48 bzw. 50 dieser bogenförmigen Führungsbahnteile 44,46 schließt sich je ein gerader Führungsbahnteil 52 bzw. 54 an. Die beiden geraden Führungsbahnteile 52, 54 verlaufen antiparallel zueinander zu beiden Seiten der Kreiscldrallachse 16. leder dieser geraden Führungsbahnteile 52, 54 endet in einem U-förmig einwärts gekrümmten Führungsbahnteil 56 bzw. 58.

An die Enden 60, 62 dieser U-förmig einwärts gekrümmten Führungsbahnteile 56 bzw. 58 schließt sich

·. .·.. . -r.u : .-.l:,I I L. _.. Λ r_J_ cn

JV VlIlC 3IVII till WL3Vllim.iH.ll JVIiItIVV,,, «-U uv,,, t~,,uv *>v bzw. 62 erstreckende, zungenförmige Ausnehmung 64 bzw. 66 an. deren Boden gegenüber dem Boden der übrigen Führungsbahn erhöht ist und eine Rampe bildet. Das ist in F i g. 1 durch eine Schraffierung angedeutet.

Wie aus Fi g. 2 ersichtlich ist. ist jede Führungsbahn 40, 42 von einer oben offenen Nut in der Scheibe 14 gebildet, weiche auf der Oberseite durch eine an der Scheibe 14 befestigte, vorzugsweise mit dieser verklebte Deckplatte 68 abdichtend abgedeckt ist. An der Deckplatte 68 sind Absaugstutzen 40, 42 oder die Füllung derselben mit einem Schutzgas gestatten. In jeder der Führungsbahnen 40, 42 ist als bewegliche Masse ein Quecksilbertropfen 74 bzw. 76 angeordnet.

F i g. 4 zeigt schematisch die Lagerung des Lotkreisels 10 in einem Fahrzeug, das bei 74 angedeutet ist. Die Lagerung erfoigt in üblicher Weise mittels eines Kardanrahmens 77. der um eine Achse 78 an dem Fahrzeug schwenkbar gelagert ist und in dem der Lotkreisel 10 wiederum mittels seiner Lagerzapfen 38 um eine zu der Achse 78 senkrechte Achse schwenkbar gelagert ist. Es ist angenommen, daß der Lotkreisel mit seiner Drallachse 16 gegenüber der Lotrichtung 80 um einen Winkel χ verschwenkt ist. wobei der Winkel λ hier übertrieben dargestellt ist.

In den F i g. 5 bis 9 ist dargestellt, wie sich bei einer solchen Neigung des Lotkreisels IO die Einrichtung 12 zum Aufrichten und Stutzen des Lotkreisels verhält, wobei die waagerechte Richtung in den F i g. 5 bis 9 der Achse der Zapfen 38 entspricht.

In der Stellung von Fig.5 befinden sich beide Quecksilbertropfen an dem in Bezug auf die Drehbewegung rückwärtigen Ende 82 bzw. 84 der bogenförmigen f^;Uhn,'i»isbahnteile 40 bzw. 42 und liegen so zentralsymmetrisch zueinander, so daß die Scheibe 14 mit den Massen (Quecksilbertropfen 74, 76) in dieser Stellung ausgewuchtet ist und kein Moment auf den Kreisel ausübt.

Nach einem Drehwinkel von 25° ist der Quecksilbertropfen 74 längs des nunmehr durchgehend nach unten geneigten bogenförmigen Führungsbahnteil 44 und weiter längs des geraden Führungsbahnteils 52 und des U-förmig nach innen gebogenen Führungsbahnteil 56 in das Ende 60 dieses FUhrungsbahnteils 56 gelaufen. Die beiden Quecksilbertropfen 74 und 76 liegen damit auf der gleichen Seite von der Kreiseldrallachse 16, so daß sie auf diese beiden Quecksilbertropfen 74,76 wirkende Schwerkraft ein Moment auf den Lotkreisel ausübt. Dieses Moment wirkt mit einer Komponente um die in Fig.6 waagerechte Achse aber mit einer anderen Komponente auch um die in F i g. 6 senkrechte Achse, wobei die letztere Komponente im Sinne einer Aufrichtung des Lotkreisels wirkt.

In der in Fig. 7 dargestellten Lage der Scheibe 12 werden die beiden Quecksilbertropfen 74 und 76 in dem Ende 60 des U-förmig gekrümmten Führungsbahnteil 56 bzw. in dem rückwärtigen Ende 84 des bogenförmigen Führungsbahnteils 46 »bergauf« mitgenommen. In dieser Stellung wirkt ein maximales Moment um die vertikale Achse in Fig. 7, also ein maximales Aufrichtmoment.

Bei der Stellung in F i g. 8 haben die Führungsbahnen 40 und 42 ihre Funktion vertauscht Der Quecksilbertropfen 76 in der Führungsbahn 42 ist von dem rückwärtigen Ende 84 des bogenförmigen Führungsbahnteils 46 längs dieses bogenförmigen Führungsteils 46 und des geraden Führungsbahnteils 54 in das Ende 62 des U-förmig an das gekrümmten Führungsbahnteils 58

Führungsbahn 42 aus dem Ende 60 des U-förmig gekrümmten Führungsbahnteils 56 über den geraden Führungsbahnteil 52 und den bogenförmigen Führungsbahnteil 44 in das rückwärtige Ende 82 der Führungsbahn 40 gelaufen. Es wirkt wieder ein Moment nach Art von F i g. 6.

Bei einer weiteren Drehung, wie sie in F i g. 9 dargestellt ist, steigt das um die vertikale Achse in Fig.9 wirkende Moment auf seinen Maximalwert an. wobei die Quecksilbertropfen 74 und 76 in dem rückwärtigen Ende 82 der Führungsbahn 40 bzw. in dem Ende 62 der Führungsbahn 42 bergauf transportiert werden, bis schließlich nach einer vollen Drehung der Scheibe um 360° der Quecksilbertropfen 76 nach unten läuft und der in Fig.5 dargestellte Zustand wieder erreicht ist

Auf diese Weise wirkt auf den Lotkreisel 10 ständig ein Moment im aufrichtenden Sinne. Die Momente bewirken insgesamt, daß der Lotkreisel längs einer Spiralbahn 86, wie in Fig.4 angedeutet in die Lotrichtung 80 präzediert

Oberschreitet der Winkel einen vorgegebenen Grenzwert, dann läuft der Quecksilbertropfen 76 zwischen der Stellung von F i g. 9 und der dann wieder erreichten Stellung von Fig.5 unter Überwindung der Rampe am Boden in die Ausnehmung 66. Ebenso läuft der Quecksilbertropfen 74 zwischen der Stellung von F i g. 7 und der Stellung von F i g. 8 in die Ausnehmung 64, statt wieder längs der Führungsbahn 40 zu dem Ende 82 zu laufen. Wenn die Quecksilbertropfen in diesen Ausnehmungen 64 bzw. 66 gehalten sind, dann laufen sie bei der Drehung der Scheibe 12 nur noch zwischen den Ausnehmungen 64 bzw. 66 und den Enden 60 bzw. 62 der Führungsbahnteile 56 bzw. 58 um, ohne in die geraden Führungsbahnteile 52 bzw. 54 gelangen zu können. In diese Führungsbahnteile 52 bzw. 54 können die Quecksilbertropfen 74, 76 erst wieder laufen, wenn die Neigung der Drallachse 16 zu der beobachteten Lotrichtung wieder so gering geworden ist, daß die Quecktropfen die Rampe nicht mehr überwinden und nicht mehr in die Ausnehmungen 64,66 laufen können, so daß sie an der Rampe entlang den U-förmig gekrümmten Führungsbahnteil 56 bzw. 58 durchlaufen und in die geraden Führungsbahnteile 52, 54 gelangen können. Wenn also der Winkel zwischen die der Kreiseldrallachse 16 und der beobachteten Lotrichtung 18 ein vorgegebenes Maß überschreitet, werden von den in geringem Abstand von der Kreiseldrallachse 16 gefangenen Quecksilbertropfen 72, 74 praktisch keine Aufrichtmomente auf den Kreisel ausgeübt. Es wird dadurch verhindert, daß bei Querbeschleunigung und einer entsprechenden Abweichung des Scheinlots von der wahren Lotrichtung eine Ausrichtung des Lotkrei sels nach einem solchen Scheinlot stattfindet.

Die Ausnehmungen 64, 66 wirken somit als Fangvorrichtungen, welche die Quecksilbertropfen 72, 74 in den inneren Enden der Führungsbahnen halten, wenn die Abweichung der Kreiseldrallachse 16 von der

)5 beobachteten Lotrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei durch die symmetrische Anordnung die Masseverteilung der Scheibe 14 und der als bewegliche Massen dienenden Quecksilbertropfen 72, 74 so ist, daß bei Wirksamwerden der Fangvorrichtun gen im wc.entllichen kein Aufrichtmoment auf den Kreisel 10 wirksam wird.

Bei der -\usführungstorm na-h Fig. 10 sind in der 5 cheibe 88 ebenfalls zwei in Bezug auf die Kreiseldrall-._ —_, _.. —_e. _ö

bahnen 90 und 92 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch jede Führungsbahn 90, 92 v>n zwei bogenförmigen, gegensinnig gekrümmten und in einem Wendepunkt 94 bzw. % aneinander anschließenden Führungsbahnteilen 98 und 100 bzw. 102 und 104 gebildet Das äußere Ende 106, 108 des äußeren Führungsbahnteils 98 bzw. 102 verläuft jeweils etwa in Umfangsrichtung der Scheibe 88. Der innere Führungsbahnteil 100, 104 erstreckt sich jeweils spiralförmig um die Kreiseldrallachse 16 herum, so daß das innere Ende 110 bzw. 112 der Führungsbahn 90 bzw. 92 näher an der Kreiseldrallachse 16 liegt als der Wendepunkt 94 bzw. 96.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 sind die als Fangvorrichtungen dienenden zungenförmigen Aus nehmungen 114, 116 an den äußeren Enden der Führungsbahnen 90, 92 angebracht Wenn die Massen, z. B. Quecksilbertropfen, in den Ausnehmungen 114,116 gefangen sind, wird wegen der symmetrischen Ausbildung ebenfalls kein Aufrichtmoment auf den Kreisel ausgeübt

Das »Einfangen« eines Quecksilbertropfens kann anhand der Ausbildung der Ausnehmungen 114, 116 besonders gut erläutert werden.

Bei einer geringen Neigung der Scheibe 88 kann der Quecksilbertropfen nicht die Rampe hinauf in die Ausnehmung 114 laufen. Bei der Drehbewegung wird er von dem Ende 106 der Führungsbahn 90 »bergauf« mitgenommen und läuft — bei Neigung um eine in Fig. 10 waagerechte Achse- in der Führungsbahn 90 »bergab«, soba'rl diese bei Drehung im Uhrzeigersinn etwa die dargestellte Lage überschritten hat. Bei einem bestimmten Neigungswinkel der Kreiseldrallachse 16 gegenüber der beobachteten Lotrichtung, der durch die Neigung des rampenförmigen Bodens der Ausnehmung 114 bestimmt werdein kann, läuft der Quecksilbertropfen nicht mehr längs der Rampe in die Führungsbahn 90, sondern er tritt in die Ausnehmung 114 ein und liegt auf deren Grund bei 118. Er läuft dann bei weiterer Drehung der Scheibe 88 in Richtung des Pfeils 120 an der Wandung der Ausnehmung 114 entlang bis zu der Kante 122 der zwischen der Ausnehmung 114 und der Führungsbahn 90 gebildeten bogenförmigen Trennwand 124. Von dort fällt der Ouecksilbertropfen auf die gegenüberliegende Wandung 124 der Führungsbahn 90. längs welcher er bei der weiteren Drehung der Scheibe 88 in Richtung des Pfeils 126 wieder in die Ausnehmung 114 läuft.

Der übrige Aufbau ist bei der Ausführungsform von F i g. 10 der gleiche wiie in F i g. 2.

Die Ausführung nach Fig. 10 bewirkt eine praktisch geradlinige Aufrichtung des Kreisels 10, also nicht eine Aufrichtung längs einer Spiralbahn wie 86.

Bei der Ausfühmngsform nach Fig. U bis 13 sind in einer Scheibe 128 zwei Führungsbahnen 130 und 132 vorgesehen, die ebenfalls S-förmig und zentralsymmetrisch in Bezug auf die Kreiseldrallachse 16 sind und in ihrer Form und Anordnung den Führungsbahnen 90 und 92 von F i g. 10 entsprechen. Unterschiedlich gegenüber Fig. 10 sind die ebenfalls an den äußeren Enden der Führungsbahnen 130, 132 angeordneten Fangvorrichtungen.

Wie am besten aus Fig. 12 und 13 ersichtlich ist, besteht jede Fangvorrichtung aus einem am radial äußeren Ende der Führungsbahn 130,132 leicht drehbar gelagerten, in Bezug auf seine Drehachse 134 unausgewuchteten Fangkörper 136, der auf seiner dem Schwerpunkt gegenüberliegenden Seite einen Hohlraum 138 aufweist. Der Fangkörper 136 ist ein zylindrischer Körper, der mit Lagerzapfen 140, 142 in Edelsteinlagern 144, 146 in der Scheibe 128 bzw. in der auf der Scheibe 128 befestigten und die Führungsbahnen 130, 132 abdeckenden Deckplatte 148 (entsprechend Deckplatte 68 von F i g. 2) gelagert ist. Der zylindrische Fangkörper 136 s'tzt in einer entsprechend zylindrischen Ausnehmung 150 am radial äußeren Ende der Führungsbahn 130. Der Boden 152 des Hohlraums 138 bildet eine Schrägfläche.

<; Im Normalzustand wird der Fangkörper 136 durch die beim Umlauf der Scheibe 128 auftretende Fliehkraft (oder sonstwie) in einer Stellung gehalten, in welcher der Hohlraum 138, wie dargestellt, sich in einer Stellung befindet, in welcher die Führungsbahn 130 sich in dem

in Hohlraum 138 praktisch stetig fortsetzt. Wie aus F i g. 11 ersichtlich ist, ist der Hohlraum 138 im gleichen Sinne wie die Führungsbahn 130 gekrümmt.

Wenn der Winkel zwischen der Kreiseldrallachse 16 und der beobachteten Lotrichtung ein vorgegebenes

ti Maß überschreitet, dann fließt der Quecksilbertropfen beim Umlauf der Scheibe 128 nach Überschreiten etwa der in F i g. 11 dargestellten Stellung nicht mehr aus dem Hohlraum 138 heraus in die Führungsbahn 130 sondern der Fangkörper 136 mit dem Quecksilbertropfen dreht sich unter dem Einfluß der Schwerkraft so, daß der Quecksilbertropfen wie in einem oberhalb des Schwerpunktes an der Scheibe 128 aufgehängten Gefäß gehalten wird. Bei einer vollen Umdrehung der Scheibe behält das »Gefäß« seine Lage »bergab« mit dem

2% Quecksilbertropfen im tiefsten Punkt bei, so daß es sich relativ zu der Scheibe 128 um 360° dreht aber der Quecksilbertropfen in keiner Stellung in die Führungsbahn 130 laufen kann. Erst wenn eine vorgegebene Neigung der Kreiseldrallachse 16 zur beobachteten

(n Lotrichtung wieder unterschritten wird, wird das durch die Schwerkraft auf Fangkörper 136 und Quecksilbertropfen um die Achse 134 ausgeübte Drehmoment wieder so klein, daß es von dem etwa durch die Fliehkraft hervorgerufenen Rückstellmoment übcrwun-

j5 den wird und der Fangkörper 136 wieder in die dargestellte Lage zurückkehrt.

In allen Fällen wirkt auch der Aufprall der Quecksilbertropfen auf die Bahnenden im Sinne einer Aufrichtung des Kreisels. Der Boden der Führungsbah-

4n nen kann statt eben auch konvex oder konkav sein. Wird der Boden konkav ausgebildet, kann die Steigung so gewählt werden, daß die infolge der Drehung der Scheibe auf den Quecksilbertropfen wirkeivJe Fliehkraft

Hierdurch ergibt sich eine Genauigkeitssteigerung der Ausrichtung.

Es kann aber u. U. auch ein konvex ausgebildeter Boden erwünscht sein, um die Empfindlichkeit der Aufrichteinrichtung bei einfachen Lotkreiseln zu redu-

W zieren.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels bei welcher

(a) auf dem Kreiselgehäuse eine Scheibe senkrecht zur Kreiselachse angeordnet ist, die gleichsinnig zum Kreiselrotor aber mit gegenüber diesem verminderter Drehzahl angetrieben wird,

(b) die Scheibe wenigstens eine gekrümmte Führungsbahn aufweist,

(c) in der Führungsbahn eine Masse frei beweglich geführt ist, wobei

(d) die Führungsbahn so angeordnet ist, daß die Scheibe min der Masse bei Anlage der Masse an einem bezogen auf die Drehbewegung rückwärtigen Ende der Führungsbahn in Bezug auf die Kreiseldrallachse ausgewuchtet ist und bei Abweichung; der Kreiseldrallachse von der beobachteten Lotrichtung die Bewegung der Masse in der Führungsbahn ein Aufrichtmoment hervorruft,