DE3000265C2

DE3000265C2 - Vorrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels

Info

Publication number: DE3000265C2
Application number: DE3000265A
Authority: DE
Inventors: Peter 7772 Uhldingen-Mühlhofen Giesenberg
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-01-05
Filing date: 1980-01-05
Publication date: 1982-05-06
Also published as: US4354394A; DE3000265A1; FR2473170A1; GB2066952B; GB2066952A; FR2473170B1

Description

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

Durch die DL-PS 13 588 ist eine Vorrichtung rum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels bekannt, bei welchem in einem flachen Gehäuse eine Kugel beweglich ist Die Bewegung der Kugel wird durch eine Maske begrenzt, die einen Durchbruch von quadratischer Grundform bildet. In den Ecken des Durchbruchs sind Ausbuchtungen gebildet, wobei eine Seite jeder Ausbuchtung in geradliniger Verlängerung der einen angrenzenden Seite des »Quadrats« verläuft Zur Arretierung der Kugel ist eine irisblendenartige Haltevorrichtung vorgesehen.

ίο Bei dieser bekannten Anordnung kann das Gehäuse oder die Maske durch die Kugel ausgeschlagen werden, wenn die Vorrichtung starken Vibrationen ausgesetzt ist, wie sie beispielsweise bei Hubschraubern auftreten. Die irisiblendenartige Haltevorrichtung ist kompliziert Durch die nicht vorveröffentlichte ältere Patentanmeldung P 28 38 7405-52 ist eine Einrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels bekannt bei welcher auf dem Kreiselgehäuse eine Scheibe senkrecht zur Kreiseldrallachse angeordnet ist die gleichsinnig zum Kreiselrotor aber mit gegenüber diesem verminderter Drehzahl angetrieben wird In der Scheibe ist ein Hohlraum in Gestalt einer s-förmigen Führungsbahn gebildet Das radial äußere Ende dieser Führungsbahn erstreckt sich im wesentlichen in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung der Scheibe. Die Führungsbahn ist dann seitlich an der Kreiseldrallachse vorbeigeführt und das radial innere Ende verläuft um die Kreiseldrallachse hemm zu einem in der Nähe der Kreiseldrallachse liegenden Punkt In dieser Führungs bahn ist ein Quecksilbertropfen frei beweglich geführt. Bei einer Schrägtage der Scheibe läuft der Quecksilbertropfen in der Führungsbahn aus deren innerem Ende nach unten in das äußere Ende und wird dann von diesem auf einem etwa von der Fallinie bis wieder zur Fallinie verlaufenden 180°-Winkelbereich »hochgebaggert«. Anschließend läuft der Quecksilbertropfen in das nun unten liegende innere Ende der Führungsbahn und wird in dem nächsten 180°-Winkelbereich der Drehung der Scheibe in diesem Ende gehalten. Bei der in der Patentanmeldung P 28 38 740.8-52 dargestellten Ausführungsform sind zwei getrennte solche s-förmige Führungsbahnen zentralsymmetrisch in bezug auf die Kreiseldrallachse angeordnet und lösen sich mit dem geschilderten zyklischen Ablauf ab.

Durch den Quecksilbertropfen ist die Scheibe unausgewuchtet, und die Schwerkraft übt ein Moment auf den Kreisel aus. Dieses Moment wirkt jeweils in einem solchen Winkelbereich in bezug auf die Auslenkung der Kreiseldrallachse, daß es eine Präzes sion des Kreisels zur Ausrichtung der Kreiseldrallachse nach der Vertikalen bewirkt.

Bei der bekannten Anordnung ergeben sich noch tolgende Probleme: Als Flüssigkeit für den Flüssigkeitstropfen wird vorzugsweise Quecksilber benutzt, das ein hohes spezifisches Gewicht besitzt, so daß der Flüssigkeitstropfen bei außermittiger Lage ein relativ hohes Aufrichtmoment hervorruft. Quecksilber hat jedoch eine hohe Oberflächenspannung.

Bei kleinen Abweichungen der Kreiseldrallachse von der Vertikalen läuft der Quecksilbertropfen nicht mehr in der beschriebenen Weise abwechselnd von einem Ende der Führungsbahn in das andere sondern wird durch die Reibung in der Führungsbahn festgehalten.

Die wechselnde Schwerkraftkomponente, die bei der Drehbewegung der Scheibe auftritt, bewirkt nur noch eine Pulsation des Quecksilbertropfens. Dieser Pulsa tion des Quecksilbertropfens wirkt die Oberflächen·

spannung entgegen. Auch sind die dabei bewegten Massen relativ Wein.

Infolgedessen erfolgt die Aufrichtung des Kreisels im Endberereh bei kleinen Abweichungen der Kreiseldrallachse von der Vertikalen nur noch sehr langsam.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs definierten Art die Aufrichtgeschwindigkeit zu verbessern.

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

Bei genau vertikal ausgerichteter Drallachse und horizontaler Scheibe sitzt der Flüssigkeitstropfen zentral in dem Hohlraum, wobei er durch die Form des Hohlraums eine relativ große Oberfläche besitzt Wenn die Drallachse etwas aus der Vertikalen auswandert, läuft der Flüssigkeitstropfen in die außermittige Lage. Diese Bewegung wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Oberflächenspannung und die Tendenz des Flüssigkeitstropfen, sich zusammenzuziehen und seine Oberfläche zu verkleinern, unterstützt Aus dem gleichen Grunde unterstützt die Oberflächenspannung auch die Pulsationen des Flüssigkeitstropfens bei sehr kleinen Abweichungen. Nach der Erfindung wird somit die Oberflächenspannung, weiche bei der vorerwähnten Anordnung nach dem Stand der Technik den Aufrichtvorgang behinderte, zu einer Beschleunigung des Aufrichtvorganges und zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Aufrichtung ausgenutzt

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungs beispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 zeigt die Gestalt eines in der Scheibe vorgesehenen Hohlraums.

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kreisel mit einer Aufrichtvorrichtung.

Fig.3 ist eine Draufsicht auf den Kreisel mit der Aufrichtvorrichtung, wobei der Deckel der Aufrichtvorrichtung entfernt ist

Fig.4 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung des Kreisels mit seiner kardanischen Aufhängung und der Aufrichtvorrichtung.

Die Erfindung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels 10 ist mit 12 bezeichnet. Sie enthält eine Scheibe 14, welche konzentrisch und senkrecht zur Drallachse 16 des Lotkreisels angeordnet ist. Die Scheibe 14 ist auf einem am Gehäuse 18 des Lotkreisels 10 sitzenden Zapfen 2? um die Drallachse 16 drehbar gelagert Der Lotkreisel 10 enthält einen gehäusefesten 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 Fig. 1 ersichtlich ist. weist die Scheibe 14 einen Hohlraum 40 auf, der zentralsymmetrisch zu der Kreiseldrallachse 16 angeordnet ist. Der Hohlraum 40 enthält einen Flüssigkeitstropfen 42. _b<, wobei das Volumen des Flüssigkeitstropfen und die Gestalt des Hohlraum? Ί0 so ist, daß die Oberfläche des Flüssigkeitstropfens 42 bei zentraler Lage in dem Hohlraum gegenüber der sich bei einer außermittigen Lage des Flüssigkeitstropfens 42 einstellenden Oberfläche vergrößert ist Der Flüssigkeitstropfen ist vorzugsweise ein Quecksilbertropfen, d, h. er besteht aus einer Flüssigkeit mit hohem spezifischen Gewicht und hoher Oberflächenspannung. Diese Oberflächenspannung soll zur Verbesserung der Aufrichtung ausgenutzt werden

Zu diesem Zweck weist der Hohlraum 40 eine zentrale Kammer 44 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa quadratische Grundform besitzt Von dieser zentralen Kammer gehen nach außen sich erstreckende Kanäle 46 aus. Diese Kanäle 46 münden an ihren äußeren Enden in äußere Kammern 48. Die äußeren Kammern 48 erstrecken sich von den Kanälen 46 im wesentlichen in Umfangsrichtung entgegen dem Drehsinn der Scheibe 14. Das Volumen des Flüssigkeitstropfens 42 ist größer als das Volumen der zentralen Kammer 44. Wenn die Kreiseldrallachse 16 genau vertikal und die Scheibe 14 genau horizontal ist und damit der Flüssigkeitstropfen 42 zentral in dem Hohlraum 40 sitzt, dann kann sich <ier Flüssigkeitstropfen 42 nicht unter dem Einfluß seiner Oberflächenspannung zu einer Kugel zusammenziehen. Er hat vielmehr, wie aus Fig.3 ersichtlich ist eine quadratische Form mit in die Kanäle 46 hineinragenden Ansätzen 50. Seine Oberfläche ist daher relativ groß, und die Oberflächenspannung sucht die Oberfläche zu verkleinern.

Wenn die Kreiseldrallachse 16 etwas gegen die Vertikale geneigt ist, dann läuft das Quecksilber aus der zentralen Kammer 44 durch einen Kanal 46 in eine der äußeren Kammer 48. In dieser äußeren Kammer 48 oder mehreren äußeren Kammern kann der Flüssigkeitstropfen eine Gestalt mit wesentlich kleinerer Oberfläche annehmen. Infolgedessen unterstützt die Oberflächenspannung die Bewegung des Flüssigkeitstropfens 42 in die äußere Kammer 48. Der Flüssigkeitstropfen »springt« gewissermaßen schon bei kleinen Auslenkungen der Kreiseldrallachse 16 aus der Vertikalen in die äußere Kammer 48 und ruft ein entsprechend großes Moment auf den Lotkreisel 10 hervor.

In der äußeren Kammer 48 wird der Flüssigkeitstropfen 42 auf einem etwa von der Fallinie bis wieder zur Fallinie sich über 180° erstreckenden Winkelbereich mitgenommen. In diesem Winkelbereich übt der Flüssigkeitstropfen 42 ein Moment auf den Lotkreisel 10 aus, welches die Kreiseldrallachse 16 auf die Vertikale hinpräzediert

Die Form des Hohlraums 40 ist am besten aus F i g. 1 ersichtlich.

Die zentrale Kammer 44 wird von vier geraden Wandungsteilen 52, 54, 56, 58 begrenzt wobei benachbarte Wandungsteile z. B. 52 und 54, jeweils etwa senkrecht zueinander verlaufen, so daß die zentrale Ka.mner 44 quadratische Grundform hat Jeder dieser geraden Wandungsteile, z. B. 52 erstreckt sich auf einer Seite über die Ebene des benachbarten geraden Wandungsteils, z. B. 54, hinaus und bildet so eine Seitenwandung des zwischen diesen von der Ecke der zentralen Kammer 44 ausgehenden Kanals 46. Auf der gegenüberliegenden Seite ist jeder Kanal 46 von einer Seitenwand 60 begrenzt, die sich an den geraden Wandungsteil 54 anschließt und entgegen dem Drehsinn der Scheibe 14 gekrümmt ist. Diese Seitenwand 60 geht in einen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung der Scheibe erstreck« .-iden Wandungsteil 62 der äußeren Kammer 48 über, an den sich dann ein im wesentlichen radial einwärts erstreckender Wandungsteil 64 und ein im wesentlichen in Umfangsrichtung im Drehsinn der

Scheibe verlaufender Wandungsteil 66 anschließt. Die Wandungsteile 62, 64 und 66 der äußeren Kammer 48 gehen stetig ineinander über. Der Wandungsteil 66 schließt sich an den geraden Wandungsteil 52 an. Auf diese Weise wird die äußere Kammer 48 gebildet, die <, sich von dem Kanal 46 entgegen dem Drehsinn der Scheibe 14 erstreckt und ovale Grundform besitzt.

An die äußeren Kammern 48 schließen sich Fangkammern 68 an, die sich in Umfangsrichtung entgegen dem Drehsinn der Scheibe 14 erstrecken. Die ₎₀ Fangkammern bilden an ihrem Ende eine radial einwärts sich erstreckende Ausbuchtung 70. Sie sind von den äußeren Kammern 48 durch eine Schwelle, Stufe oder Rampe 72 getrennt oder ihre Bodenfläche hat eine Neigung in Richtung der äußeren Kammern 48. Aus fertigungstechnischen Gründen hat sich eine einfache Stufe als vorteilhaft erwiesen. Das Volumen des Flüssigkeitstropfens 42 entspricht im wesentlichen der gcsarnien AuinaumckäpäZiiät oiler Γsrigkämmcfn SS.

Wenn die Neigung der Kreiseldrallachse 16 gegen die ₂n wahre Vertikale nur gering ist, kann der Flüssigkeitstropfen 42 die Schwelle 72 nicht überwinden. Er kann also aus der äußeren Kammer 48 nicht in die Fangkammer 68 laufen. Die Wirkungsweise der Anordnung ist dann so, wie das oben beschrieben ist, d. h. der Flüssigkeitstropfen 42 läuft in die untenliegende äußere Kammer, wird über ca. 180° mitgenommen und läuft dann wieder in die zentrale Kammer 44 zurück.

Übersteigt die Neigung der Kreiseldrallachse 16 gegen die wahre Vertikale einen vorgegebenen Wert, beispielsweise wenn sich beim Kurvenflug eines Flugzeugs ein von der wahren Vertikalen abweichendes Scheinlot ergibt, dann überwindet der Flüssigkeitstropfen 42 die Schwelle 72 und läuft in die Fangkammer 68. Flüssigkeit, die nicht von der einen Fangkammer 68 aufgenommen wird, läuft bei der weiteren Drehung der Scheibe 14 über den Kanal 46 zurück und in eine andere äußere Kammer 48 und Fangkammer 68. Nach einer vollen Umdrehung der Scheibe 14 ist die Flüssigkeit auf die Fangkammern 68 verteilt. In den Fangkammern 68 bleibt die Flüssigkeit gefangen, solange die Neigung der Kreiseldrallachse 16 gegenüber der beobachteten Lotrichtung den besagten vorgegebenen Wert überschreitet.

Bei der Drehbewegung der Scheibe 14 läuft die in die Fangkammer 68 gelangte Flüssigkeit an der Wandung der Fangkammer 68 entlang. Bei der in Fig. I unteren Fangkammer 68 sammelt sich die Flüssigkeit bei einer Neigung der Scheibe 14 um eine in Fig. 1 horizontale Ebene in dem radial äußeren, unteren Teil 74 der Fangkammer. D~sht sich die Scheibe 14 weiter, so gelangt die Fangkammer 68 in die Stellung, welche in F i g. 1 die benachbarte Fangkammer 68a einnimmt In dieser Stellung sammelt sich die Flüssigkeit auf dem im wesentlichen radialen Wandungsteil im Bereich 76. Nach einer weiteren Drehung der Scheibe 14 gelangt die Fangkammer 68 in die Stellung, die in F i g. 1 von der nächsten Fangkammer 686 eingenommen wird. In dieser Stellung sammelt sich die Flüssigkeit in der radial einwärts sich erstreckenden Ausbuchtung 70. Aus dieser βο Ausbuchtung 70 läuft die Flüssigkeit erst bei einer Stellung der Scheibe 14 heraus, bei welcher der Kanal 46 schon wieder über die horizontale Lage hinausgelaufen und von der äußeren Kammer 48 her gesehen schräg nach oben geneigt ist, so daß die Flüssigkeit zwar aus der Fangkammer 68 in die äußere Kammer 48 fließt aber in dieser bleibt. Bei einer weiteren Drehung, bei welcher der Kanal 46 schließlich wieder nach unten geneigt ist, kann die Flüssigkeit auch nicht über diesen Kanal 46 zur Kammer 44 zurückfließen, weil sie vorher wieder unter Überwindung der Schwelle in die Fangkammer 68 zurückgelaufen ist.

Die Flüssigkeit wird daher in den Fangkammern 68 gehalten und ein Aufrichtmoment verhindert, bis die Abweichung zwischen Kreiseldrallachse 16 und wahrer Vertikaler, z. B. nach Beendigung des Kurvenflugs, den besagten vorgegebenen Wert wieder unterschreitet. Dann kann die Flüssigkeit in der in F i g. I dargestellten Lage nicht mehr in die Fangkammer 68 zurückfließen sümJcm iäüii bei der weiteren Drehung der Scheibe 54 an der Schwelle 72 entlang. Hierdurch wird der oben beschriebene Aufrichtvorgang wieder eingeleitet.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist der Hohlraum 40 von einer oben offenen Ausnehmung in der Scheibe 14 gebildet, welche auf der Oberseite durch eine an der Scheibe 14 befestigte, vorzugsweise mit dieser verklebte Deckplatte 78 abdichtend abgedeckt ist. An der Deckplatte 78 sind Absaugstutzen 80, 82 vorgesehen, die ein;. Evakuierung des Hohlraums oder die Füllung desselben mit einem Schutzgas gestatten.

F i g. 4 zeigt schematisch die Lagerung des Lotkreisels 10 in einem Fahrzeug, das bei 84 angedeutet ist. Die Lagerung erfolgt in üblicher Weise mittels eines Kardanrahmens 86, der um eine Achse 88 in dem Fahrzeug schwenkbar gelagert ist und in dem der Lotkreisel 10 wiederum mittels seiner Lagerzapfen 38 um eine zu der Achse 88 senkrechte Achse schwenkbar gelagert ist. Es ist angenommen, daß der Lotkreisel mit seiner Drallachse 16 gegenüber der Lotrichtung 90 um einen Winkel λ verschwenkt ist, wobei der Winkel tx hier übertrieben dargestellt ist

Es ist vorteilhaft, wenn das Volumen des Flüssigkeitstropfens 42 im wesentlichen der gesamten Aufnahmekapazität aller Fangkammern 68, 68a, 686, 68c entspricht, d. h. der Summe der Flüssigkeitsmengen, die in der oben beschriebenen Weise von den Fangkammern ohne Überlaufen aufgenommen und festgehalten werden können. Dann verteilt sich die Flüssigkeitsmenge des Flüssigkeitstropfens 42 bei Horizontalbeschleunigungen auf alle Fangkammern 68,68a, 686,68c so daß praktisch kein resultierendes Moment auf den Kreisel 10 ausgeübt wird. Aber auch wenn die Flüssigkeitsmenge z. B. nur in einer Fangkammer 68 gehalten würde, so daß die Scheibe 14 nicht ausgewuchtet wäre und ein Moment auf den Kreisel ausüben könnte, wäre dieses Moment wegen des Umlaufs der Scheibe 14 im zeitlichen Mittel null und würde praktisch keine Drift des Kreisels 10 hervorrufen.

Statt der in F i g. 1 dargestellten vier »Arme« des Hohlraums 40 können auch beispielsweise drei oder fünf solche »Arme« 46,48,68 vorgesehen sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufrichten und Stützen eines Lotkreisels, enthaltend:

eine auf dem Kreiselgehäuse senkrecht zur Kreiseldrallachse angeordnete Scheibe, die gleichsinnig zum Kreiselrotor antreibbar ist, einen zusammenhängenden in der Scheibe vorgesehenen Hohlraum und

einen in dem Hohlraum beweglichen Flüssigkeitstropfen,

wobei der Hohlraum so geformt ist, daß der Flüssigkeitstropfen bei einer Neigung der Kreiseldrallachse gegen die Vertikale bergab in einen von der Kreiseldrallachse entfernten Randteil des Hohlraums läuft, in welchem er durch die Wandung des Hohlraumes auf einem Winkelweg unter Erzeugung eines Aufrichtmoments mitgenommen und angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Kühlraum (40) zentralsymmetrisch zu der Kreiseldrallachse (16) angeordnet ist und

b) eine zentrale Kammer (44) aufweist,

c) von der zentralen Kammer (44) nach außen sich erstreckende Kanäle (46) ausgehen,

d) das Volumen des Flüssigkeitstropfens (42) größer ist als das Volumen der zentralen Kammer (44),

e) die Kanäle (46) an ihren äußeren Enden in äußere Kammern (48) münden, die so ausgebildet sind, daß darin tlie Gesamtoberfläche der Flüssigkeit kleiner ist als die Oberfläche des Flüssigkeitstropfons (42) jei zentraler Lage.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ka: lmern (48) sich von den Kanälen (46) im wesentlichen in Umfangsrichtung entgegen dem Drehsinn der Scheibe (14) erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die äußeren Kammern (48) sich Fangkammern (68) anschließen, welche

ai) sich in Umfangsrichtung entgegen dem Drehsinn der Scheibe (14) erstrecken,

a₂) an ihrem Ende eine radial einwärts sich erstreckende Ausbuchtung (70) bilden und

a₃) von den äußeren Kammern (48) durch eine Schwelle (72), Stufe, Steigung oder Rampe getrennt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (60, 62) der äußeren Kammern (48) so gestaltet ist, daß der Flüssigkeitstropfen bei Überschreiten einer bestimmten Horizontalbeschleunigung nicht in die zentrale Kammer (44) zurückfließen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Flüssigkeitstropfens (42) im wesentlichen der gesamten Aufnahmekapazität aller Fangkammern (68, 68a, 686, 68c; entspricht.