DE3012908C2

DE3012908C2 - Gyrocompass

Info

Publication number: DE3012908C2
Application number: DE19803012908
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 2070 Großhansdorf Christoph
Original assignee: Anschuetz and Co GmbH
Current assignee: Raytheon Anschuetz GmbH
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3012908A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiselkompaß mit einem einzigen indifferent aufgehängten Kreiselläufer, der an die Horizontalebene durch ein Führmoment gefesselt ist, das durch Verschieben einer am Kreiselläuferträger in Richtung der Kreiselläuferachse geführten Masse erzeugt wird.The invention relates to a gyro compass with a single indifferently suspended gyro rotor, which is tied to the horizontal plane by a lead torque caused by moving one on the rotor carrier mass guided in the direction of the rotor axis is generated.

Bei einem bekannten Kreiselkompaß dieser Art besteht diese Masse aus öl, das zur Hälfte zwei miteinander verbundene gleich große Gefäße füllt, die am Kreiselläuferträger auf der Nord- bzw. Südseite befestig: sind. Ist die Verteilung des Öls in beiden Gefäßen gleich und der Kreiselläufer daher indifferentIn a known gyro compass of this type, this mass consists of oil, half of which is two vessels of the same size connected to one another fills the one on the rotor carrier on the north or south side fasten: are. Is the distribution of the oil in both The vessels are the same and the rotor is therefore indifferent

jo aufgehängt, dann wird beim Auftreten einer Beschleunigung in Richtung der Kreiselläuferachse das öl wegen seiner hohen Viskosität nur langsam aus dem einen Gefäß in das andere fließen, wodurch das Herausdrängen der Kreiselläuferachse aus der Horizontalebene verzögert wird. Bei periodischen, nordsüdlichen Schlingerbeschleunigungen wird daher die Amplitude des schwankenden Moments stark vermindert. Andererseits entsteht zwischen Beschleunigung und Moment eine Phasenverschiebung. Diese Einrichtung,jo is suspended, then when an acceleration occurs in the direction of the centrifugal axis, the oil only slowly out of one because of its high viscosity Vessel flow into the other, thereby pushing the rotor axis out of the horizontal plane is delayed. In the case of periodic, north-south roll accelerations, the amplitude is of the fluctuating moment is greatly reduced. On the other hand, there is between acceleration and Moment a phase shift. This facility,

⁴<) Ballistik genannt, hat die Funktion eines mechanischen Tiefpaßfilters. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß wegen der labilen Fesselung der Kreiselläuferachse in der Horizontalebene für das Dämpfen von Meridianschwindungen nur die unmittelbare Methode über ein ⁴ <) called ballistics, has the function of a mechanical low-pass filter. This method has the disadvantage that, because of the unstable restraint of the rotor axis in the horizontal plane, only the direct method for damping meridional shrinkage is via a

⁴^ um die Vertikale wirkendes Drehmoment gangbar ist, was zur Folge hat, daß ein systematischer und korrigierbarer Breitenfehler aber eine unbekannte azimutale Dauerauslenkung durch unbekannte Schwerpunktverschiebungen entstehen. Auch müssen für die verschiedenen Freiheitsgrade des Kreiselläuferträgers getrennte kardanische Drehachsen eingerichtet werden, die die Forderung nach weitgehend geringer Reibung erfüllen müssen. Wird Reibungsfreiheit durch Flüssigkeitsentlastung angestrebt, dann ergeben sich arbeitsintensive Balanciererfordernisse. Auch auf die Vermeidung störender Flüssigkeitsströmungen bei Schlingerbewegungen ist dann zu achten. ⁴ ^ torque acting around the vertical is feasible, which has the consequence that a systematic and correctable latitude error but an unknown azimuthal permanent deflection arise due to unknown shifts in the center of gravity. Separate cardanic axes of rotation must also be set up for the various degrees of freedom of the rotor carrier, which must meet the requirement for largely low friction. If the aim is to achieve freedom from friction through fluid relief, then labor-intensive balancing requirements arise. Care must then also be taken to avoid disruptive liquid flows during rolling movements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Einkreiselläufer der eingangs angegebenen Art diese Nachteile zu vermeiden.The invention is based on the object in a single rotor of the type specified at the outset Avoid disadvantages.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kreiselläuferträger, an dem die Kreiselläuferlager befestigt sind, in einer schwimmenden Kugel um eine Kardanachse schwenkbar gelagert ist, welche dieThis object is achieved according to the invention in that the rotor carrier on which the rotor bearing are attached, is pivotally mounted in a floating ball about a cardan axis, which the

<>5 Kreiselläuferachse im Schwerpunkt des Kreislläuferträgers und der daran sitzenden Teile rechtwinklig schneidet, wobei zu diesen Teilen die verschiebbare Masse, ein Motor für deren Verschiebung und ein den<> 5 rotor axis in the center of gravity of the rotor carrier and the parts attached to it cuts at right angles, with these parts being the sliding Mass, a motor for their displacement and one the

Motor steuernder Beschleunigungsmesser gehören, der Beschleunigungen in Richtung der Kreiselläuferachse mißtMotor controlling accelerometers include accelerometers in the direction of the rotor axis measures

An sich ist es bekannt, das Kreiselsystem in einer schwimmenden Kugel anzuordnen, deren Schwerpunkt unter dem Mittelpunkt liegt und daher die Kugel wie ein Pendel gegenüber der Horizontaleb:ne stabilisiert.It is known per se to arrange the gyro system in a floating ball, the center of gravity of which lies below the center point and therefore stabilizes the sphere like a pendulum in relation to the horizontal plane.

Die vertikale Drehfreiheit läßt das von der Erddrehung herrührende vertikale Meridianrichtmoment des Kreisels zur Wirkung kommen, während die perdelförmige Aufhängung quasi elastisch den Kreiseldrehimpulsvektor an die Horizontalebene fesselt. Schwierigkeiten entstehen erst bei der Aufgabe, den Kompaß für die Verwendung an Bord schlingernder Schiffe funktionsfähig zu machen. Seit rund 70 Jahren ist bekannt, daß ein nach Art eines Pendels aufgehängter Kompaßkreisel an Bord beim Schlingern auf interkardinalen Kursen unzumutbar große Kursanzeigestörungen erleidet Die Ursache liegt in der kinematischen Ungleichheit der Reaktion des aufgehängten Systems bei Einwirkung periodischer horizontaler Beschleunigungen in Richtung der Kreiseldrehachse bzw. senkrecht zu dieser. Diese Störungen sind in der Literatur unter dem Ausdruck interkardinaler Schlingerfehler bekannt Bei dem eingangs beschriebenen Einkreiselkompaß mit Flüssigkeitsballistik ist dieser interkardinale Schlingerfehler vermieden.The vertical freedom of rotation leaves the vertical meridional directivity of the resulting from the rotation of the earth Gyroscope come into effect, while the pearl-shaped Suspension quasi elastically ties the gyroscopic angular momentum vector to the horizontal plane. trouble arise only with the task of making the compass functional for use on board lurching ships close. It has been known for around 70 years that a compass top hung like a pendulum on board suffers unreasonably large course display errors when rolling on intercardinal courses The cause lies in the kinematic inequality of the reaction of the suspended system upon action periodic horizontal accelerations in the direction of the axis of rotation of the gyroscope or perpendicular to it. These disorders are known in the literature as intercardinal twisting errors The above-described single-gyro compass with liquid ballistics is this intercardinal roll error avoided.

Er läßt sich auch bei dem vorstehend erwähnten Kreiselkompaß vermeiden, dessen Kreiselsystem in einer schwimmenden Kugel angeordnet ist. Zu diesem Zweck besteht dieses Kreiselsystem aus zwei Kreiseln, und es ist unmittelbar an die Horizontalebene durch seine pendeiförmige Aufhängung gefesselt. Seine kinematische Gleichheit gegenüber Schlingerbeschleunigungskomponenten in Nord/Süd- bzw. Ost/West-Richtung wird kreiseldynamisch erreicht. Genauso wie das Moment der Schlingerbeschleunigung in Nord/Süd-Richtung durch das Kreiselpräzessionsgegenmoment des Gesamtdrehimpulsvektors aufgehoben wird, so daß keine Drehbewegung um die horizontale Ost/West-Achse entsteht, wird durch wechselseitige kreiseldynamische Stützung der beiden Kreisel auch das Moment der Schlingerbeschleunigungskomponente in Ost/West-Richtung aufgehoben.It can also be avoided with the above-mentioned gyrocompass whose gyro system is shown in a floating ball is arranged. For this purpose, this gyro system consists of two gyroscopes, and it is tied directly to the horizontal plane by its pendulum-shaped suspension. His kinematic equality compared to roll acceleration components in north / south or east / west direction is reached gyro-dynamically. Just like the moment of roll acceleration in north / south direction is canceled by the gyroscopic precession counter-torque of the total angular momentum vector, so that no rotation around the horizontal east / west axis is created by reciprocal gyroscopic dynamics The two gyroscopes also support the moment of the roll acceleration component in east / west direction canceled.

Das in Tragflüssigkeit als Kugel schwimmende « Zweikreiselsystem ist zwar einfach und reibungsfrei und frei von Strömungsturbulenzen als Ganzes aufgehängt. Sein zweiter Kreisel bedeutet aber nicht nur den doppelten Kreiselaufwand, sondern auch die präzise Lagerung der beiden Kreisel um die Hochachse innerhalb des Systems, die um so bedeutsamer wird, je größer die innere Eigenperiode der wechselseitig gegeneinander schwingenden Kreisel (zur Reduzierung von Kursfehlweisungen bei periodischen Manövern) gemacht wird.The "two-rotor system" floating in the carrying fluid as a ball is simple and frictionless and suspended as a whole free of flow turbulence. His second top doesn't just mean that double the gyroscopic effort, but also the precise mounting of the two gyroscopes around the vertical axis within the system, which becomes all the more important, the greater the internal period of the reciprocal counter-swinging gyroscope (to reduce course errors during periodic maneuvers) is made.

Beim Gegenstand der Erfindung werden die Vorteile beider Bauarten von Kreiselkompassen ausgenutzt, aber ihre Nachteile vermieden: Beibehaltung der einfachen und störmomentenfreien Lagerung des Kreiselsystems als schwimmende, pendeiförmig aufgehängte Kugel mit drei Drehfreiheitsgraden, aber Verwendung nur eines einzigen Kreisels, indem der normalerweise anhaftende interkardinale Schlingerfehler dadurch aufgehoben wird, daß der Kreisel nicht mehr durch das Pendeltnoment der Kreiselkugel an die Horizontalebene gefesselt wird, sondern durch das mit einer Zeitkonstante von etwa 1 Minute sich einstellendes Drehmoment eines Daralle! zur Kreiselachse verschiebbaren Gewichts, dessen Bewegung von einem Beschleunigungsmesser gesteuert wird.In the subject matter of the invention, the advantages of both types of gyrocompasses are used, but its disadvantages are avoided: the simple and torque-free storage of the Gyroscope system as a floating, pendulum-shaped suspended ball with three degrees of freedom of rotation, but Use of only a single gyro by eliminating the normally inherent intercardinal roll error is canceled by the fact that the top is no longer affected by the pendulum momentum of the top ball The horizontal plane is tied up, but by that which occurs with a time constant of about 1 minute Torque of a daralle! to the gyro axis displaceable weight, the movement of a Accelerometer is controlled.

Die das Kreiselsystem enthaltende Kreiselkugel ist unter Ausnutzung der Gewichtsentlastung durch Auftrieb in Flüssigkeit in bekannter Weise in einem Flüssigkeitsbehälter als Pendel aufgehängt und zentriert: The gyro ball containing the gyro system is taking advantage of the weight relief through buoyancy suspended in liquid in a known manner in a liquid container as a pendulum and centered:

a) entweder durch elektromagnetische Wirbelstrom-Zentrierung (»Blasspule«),a) either by electromagnetic eddy current centering (»blow coil«),

b) oder Zentrierung durch sphärisches Strömungslager, b) or centering by spherical flow bearings,

c) oder durch 100% Gewichtsentlastung über steuerbaren Auftrieb (z. B. durch veränderliches Kugelvolumen mittels Wasserdruck), geregelt durch ein Meßsignal für die Höhenlage relativ zum Flüssigkeitsbehälter (Anspruch 6),c) or through 100% weight relief through controllable buoyancy (e.g. through variable spherical volume by means of water pressure), controlled by a measurement signal for the altitude relative to the liquid container (Claim 6),

d) oder, bei trichterförmigem Einschnitt der Kugel, Zentrierung durch Zentrierstift in einem Lochstein bei Verwendung zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten (insbesondere Quecksilber),d) or, if the ball has a funnel-shaped incision, centering by means of a centering pin in a perforated stone when using two immiscible liquids (especially mercury),

e) oder Zentrierung durch Pinne und Hohlstein.e) or centering by tiller and hollow stone.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines senkrechten Schnittes durch den Kreiselkompaß dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing using a vertical section the gyrocompass shown.

ζίη schiffsfest angeordneter Fuß 10 trägt ein etwa zylindrisches auf rech'es Gehäuse 11 dessen oberer Rand durch einen Ring 12 versteift ist. Dieser trägt zwei einander in Durchmesserrichtung gleichachsig gegenüberliegende Lager zur Aufnahme von Zapfen 13 eines äußeren Kardanringes 14, der einen inneren Kardanring 15 mit Hilfe zweier gleichachsiger Zapfen trägt, deren Achse diejenige der Zapfen 13 rechtwinklig kreuzt Auf dein inneren Kardanring 15 ist eine Tragplatte 16 befestigt, die ein lotrechtes Lager zur Aufnahme eines Zapfens 20 trägt. Die Achse dieses Zapfens 20 schneidet diejenigen der beiden Paare von Kardanzapfen, so daß der Zapfen 20 um den Schnittpunkt der drei Achsen allseitig kippbar gelagert ist.ζίη ship-fixed foot 10 carries an approximately cylindrical housing 11 on the right, the upper edge of which is stiffened by a ring 12. This one carries two each other in the diameter direction coaxially opposite bearing for receiving pin 13 of a outer gimbal ring 14, which carries an inner gimbal ring 15 with the help of two coaxial pins, whose Axis that crosses the pin 13 at right angles. On the inner cardan ring 15 is a support plate 16 attached, which carries a perpendicular bearing for receiving a pin 20. The axis of this pin 20 intersects those of the two pairs of cardan journals, so that the journal 20 is about the intersection of the three axes is mounted tiltable on all sides.

Der Zapfen !20 trägt sternförmige Arme 19, die am Umfang einer Hüllkugel 18 befestigt sind. Der Mittelpunkt dieser Hüllkugel befindet sich unterhalb des Schnittpunktes der drei Achsen, so daß die Hüllkugel 18 ein nach allen Richtungen freischwingendes Pendel darstellt. Der Zupfen 20 ist durch ein Getriebe mit einem Nachlaufmotor 23 gekuppelt, der auf der Tragplatte 16 befestigt ist und in bekannter Weise so gesteuert wird, daß die Hüllkugel 18 der darin freischwimmenden Kreiselkugel 24 folgt, wenn diese im Azimut präzediert.The pin! 20 carries star-shaped arms 19 which are attached to the circumference of an enveloping sphere 18. Of the The center of this envelope is located below the intersection of the three axes, so that the envelope 18 represents a pendulum swinging freely in all directions. The pluck 20 is through a gear with a Follower motor 23 coupled, which is attached to the support plate 16 and is controlled in a known manner so that the enveloping sphere 18 follows the gyro sphere 24 floating freely therein when it precesses in azimuth.

Ein Kreiselläuferträger in Gestalt eines waagerechten Rahmens 25 ist im Inneren der Kreiselkugel an dieser durch zwei gleichachsige Kardanzapfen 26 schwenkbar gelagert, deren Achse rechtwinklig die Umlaufachse eines Kreisellätifers 22 schneidet, der von dem Rahmen 25 umgeben wird und an diesem gelagert ist.A rotor carrier in the form of a horizontal frame 25 is inside the rotor ball on this pivotally mounted by two coaxial cardan journals 26, the axis of which is at right angles to the axis of rotation of a gyroscope 22 that cuts from the frame 25 is surrounded and is stored on this.

An dem Rahmen 25 sind zwei parallel zur Kreiselläuferachse verlaufende Gleitbahnen angeordnet, auf denen Gewichte 27 und 28 verschiebbar geführt sind. Jedes dieser Gewichte ist durch einen kleinen Elektromotor 29 bzw. 30 mittels einer Schraubspindel verschiebbar.On the frame 25 there are arranged two slideways running parallel to the rotor axis, on which weights 27 and 28 are slidably guided. Each of these weights is by a small one Electric motor 29 or 30 displaceable by means of a screw spindle.

Ferner ist an dem Rahmen 25 ein Beschleunigungsmeßgerät 31 angeordnet, das Beschleunigungen in Richtung der Kreiselläuferachse mißt und die Motoren 29 und 30 steuert. Das Maß der Verschiebung eines jeden Gewichts 27 bzw. 28 entspricht der Größe des Beschleunigungsmeßwertes. Um das zu erreichen, kannFurthermore, an accelerometer 31 is arranged on the frame 25, the accelerations in Measures the direction of the rotor axis and controls the motors 29 and 30. The amount of displacement of a each weight 27 or 28 corresponds to the size of the measured acceleration value. To achieve that, you can

für jeden der beiden Motoren am Rahmen 25 ein Potentiometerwiderstand befestigt sein, dessen Schleifer an dem zu verschiebenden Gewicht sitzt und sich daher in Richtung der Kreiselläuferachse verschiebt. Liefert das Meßgerät 31 eine Signalspannung, dann setzt sich der betreffende Motor 27 bzw. 30 so lange in Gang, bis die Signalspannung durch die ihr entgegengeschaltete abgegriffene Potentiometerspannung ausgeglichen wird.a potentiometer resistor can be attached to the frame 25 for each of the two motors, its wiper sits on the weight to be moved and therefore moves in the direction of the rotor axis. If the measuring device 31 supplies a signal voltage, then the relevant motor 27 or 30 is activated for so long Gear until the signal voltage is balanced by the potentiometer voltage tapped off in the opposite direction will.

Die Signalspannung wirkt aber nicht unverzüglich auf die Motoren 29, 30 sondern mit einer durch ein Tiefpaßfilter bewirkten Verzögerung, die für den Motor 29 eine Minute und für den Motor 30 mehrere Minuten betragen kann. Der gemeinsame Schwerpunkt der vom Rahmen 25 getragenen Teile, einschließlich des Kreiselläufers, fällt mit dem Punkt zusammen, in welchem die Achse der Kardanzapfen 26 die Kreiselläuferachse schneidet. Infolgedessen ist der Kreisel indifferent gelagert.The signal voltage does not act immediately on the motors 29, 30 but with a through Low pass filters caused a delay of one minute for motor 29 and several minutes for motor 30 can be. The common center of gravity of the parts supported by the frame 25, including the Rotary rotor, coincides with the point at which the axis of the cardan journals 26 is the rotary axis cuts. As a result, the top is indifferent.

Der Beschleunigungsmesser 31 erfaßt also die in Richtung der Kreiselläuferachse verlaufende Beschleunigungskomponente. Neigt sich der Rahmen 25, dann verschiebt der Motor 29 das Gewicht 27 aufwärts. Das indifferente Gleichgewicht liegt vor, wenn sich das Gewicht in der Null-Lage befindet. Das Signal des Beschleunigungsmessers verschwindet in dieser Null-Lage, und die Kreiselläuferachse liegt dann in der Horizontalebene. Damit wird die Fesselung des Kreisels an die Horizontalebene stabil. Das Tiefpaßfilter und das untersetzende Schraubspindelgetriebe des Steuermotors 29 rufen eine Verzögerung mit einer Zeitkonstante von etwa 1 Minute hervor.The accelerometer 31 thus detects the acceleration component running in the direction of the rotor axis. If the frame 25 tilts, then the motor 29 moves the weight 27 upwards. That Indifferent equilibrium exists when the weight is in the zero position. The signal of the The accelerometer disappears in this zero position, and the rotor axis is then in the Horizontal plane. This ensures that the gyro's shackling to the horizontal plane is stable. The low pass filter and that reducing screw spindle gear of the control motor 29 call a delay with a time constant of about 1 minute.

Innerhalb der Hüllkugel 18 wird die Kreiselkugel 24 durch eine Blasspule zentriert, die an der Hüllkugel 18 angeordnet ist und in einer nicht näher dargestellten, an der Kugel 24 befestigten Schale aus Metall die Wirbelströme erzeugt, die durch magnetische Abstoßung zum Zentrieren der Kreiselkugel 24 führen, die aus Kunststoff bestehen kann.The gyro sphere 24 is centered within the enveloping sphere 18 by a blowing coil which is attached to the enveloping sphere 18 is arranged and in a not shown, attached to the ball 24 shell made of metal Eddy currents generated, which lead to the centering of the gyroscope ball 24 by magnetic repulsion, which from Plastic can exist.

Der Schwerpunkt der Kreiselkugel 24 und der von ihr getragenen Teile liegt dicht unter dem Mittelpunkt der Kreiselkuge! 24, so daß sich die Achse der Kardanzapfen 26 jeweils quer zum Scheinlot-einzustel'en sucht.The center of gravity of the top ball 24 and the parts carried by it is just below the center of the Spinning ball! 24, so that the axis of the cardan journals 26 seeks to be adjusted transversely to the dummy solder.

Durch die karanische Aufhängung innerhalb der Kreiselkugel 24 wird der Kreisel momentenmäßig von der pendeiförmigen Aufhängung der Kreiselkugel 24 getrennt, während die vertikale Drehfreiheit der Kreiselkugel 24 auch für den Kreisel unverändert erhalten bleibt. Auch die Fesselung des Kreisels an die Horizontalebene in bezug auf seine freie Achse bleibt identisch mit der der Kreiselkugel.Due to the caranic suspension within the top ball 24, the top is momentarily of the pendulum-shaped suspension of the centrifugal ball 24 separated, while the vertical freedom of rotation of the Gyro ball 24 remains unchanged for the gyro. Also the shackling of the top to the The horizontal plane with respect to its free axis remains identical to that of the gyroscope sphere.

Es ist offensichtlich, daß bei nicht laufendem Kreisel das kardanisch gelagerte Kreiselelement 25 mit seinen zusätzlichen Steuereinrichtungen keine definierte Lage einnimmt. So würde beim Hochlauf des Kreisels die Undefinierte Ausgangslage im allgemeinen zu einer sehr großen Elevationsauslenkung und damit zu einer unzumutbar langen Einschwingzeit führen. Um dies zu vermeiden, ist eine automatisch bei Ab- und Einschaltung der Stromversorgung wirksam werdende Arretierung und Entarretierung des Kreiselelements 25 in der Kreiselkugel vorzusehen.It is obvious that when the gyro is not running, the gimbal-mounted gyro element 25 with its additional control devices does not occupy a defined position. When the gyro started up, the Undefined starting position generally leads to a very large elevation deflection and thus to a lead to unreasonably long settling times. In order to avoid this, one is automatic when switching off and on the power supply effective locking and unlocking of the gyro element 25 in the Provide gyroscope ball.

Aus der Trennung der Querachsenfesselung zwischen Kreiselkugel 24 und Kreiselelement 25 ergibt sich, daß der tiefliegende Schwerpunkt der Kreiselkugel 24 gegenüber äußeren horizontalen Schlingerbeschleunigungen um beide Achsen (d.h. Kreiselachse bzw. Querachse) frei und ungehindert durch Kreiselmomente schwingen kann. Das Schwere-Richtmomeni ist für beide Achsen gleich; das Trägheitsmoment ist zunächst im allgemeinen unterschiedlich, kann aber durch Anbringen von Kompensationsmassen gleichgemacht werden. Damit ist das Schwingungsverhalten der Kreiselkugel 24 für beide Achsen dynamisch gleich: Es ist dynamische Symmetrie vorhanden. In der Horizontalebene liegende periodische Beschleunigungen, die sich in irgendeiner Vertikalebene abspielen, drängen denFrom the separation of the transverse axis bond between gyro ball 24 and gyro element 25 it follows that the low center of gravity of the gyroscope ball 24 compared to external horizontal roll accelerations around both axes (i.e. gyro axis or transverse axis) freely and unhindered by gyroscopic moments can swing. The directional moment of gravity is the same for both axes; the moment of inertia is first generally different, but can be made equal by adding compensation masses will. Thus, the vibration behavior of the gyro ball 24 is dynamically the same for both axes: Es there is dynamic symmetry. Periodic accelerations lying in the horizontal plane, which play in any vertical plane, push the

ίο Schwerpunkt der Kreiselkugel nicht mehr aus dieser Vertikalebene heraus; ein interkardinaler Schlingerfehler kann nicht mehr entstehen. Für den Fall, daß die Kompensationsmassen nicht genügend genau abgestimmt sind, kann die Einrichtung eines symmetrisch gestalteten inertialen Flüssigkeitsbedämpfungsgefäßes in der Kreiskugel die verbliebenden Resteffekte minimieren.ίο The center of gravity of the gyroscope ball is no longer out of this Vertical plane out; an intercardinal twisting error can no longer occur. In the event that the Compensation masses are not matched precisely enough, the establishment of a symmetrical designed inertial liquid damping vessel in the circular sphere the remaining effects minimize.

Die Bedämpfung der durch die erste Masse in Gang gesetzten Meridianschwingungen des Kreisels wird ebenfalls mit Hilfe des Beschieunigungsmessersignals in Verbindung mit der Verschiebung des zweiten Gewichts 28 vorgenommen, jedoch jetzt mit umgekehrten Vorzeichen, d. h. die Verschiebung geschieht nach der tiefer liegenden Neigungsseite des Rahmens 25. Die Zeitkonstante muß ein Mehrfaches von 1 Minute betragen (ca. 10 Minuten).The damping of the meridian oscillations of the top set in motion by the first mass is also with the aid of the accelerometer signal in connection with the displacement of the second weight 28 made, but now with the opposite sign, i.e. H. the shift happens after the lower sloping side of the frame 25. The time constant must be a multiple of 1 minute be (approx. 10 minutes).

Durch die Größe der beiden Gewichte 27, 28, aber auch durch ihre Weg-Verschiebungsbeträge, ist die Intensität der Momentenerzeugung abstimmbar. Die Bedämpfungsart ist somit wiederum, wie bei allen Zweikreiselkompassen, durch Momente, die um die Querachse wirken, erzielt. Dies bedeutet, daß ein Breitenfehler nicht auftritt und daß Schwerpunktverschiebungen, etwa durch Temperatureinfluß oder durch Kugellagerlose hervorgerufen, — im Gegensatz zu der bei Einkreiselsystemen mit Ballistik angewandten Bedämpfungsart — keinen bleibenden azimutalen Anzeigefehler hervorrufen können. Ebenso können restliche Reibungsmomente der kardanischen Lagerung des Kreiselelements 25 um die Querachse keine bleibende, höchstens schwankende azimutale Fehler verursachen. Die azimutale Schwankungsbreite infolge restlicher Querachsen-Reibungsmomente kann jedoch als genügend klein angenommen werden, da einerseits es sich bei der Querachse — im Gegensatz zur vertikalen Hochachse — um die unempfindlichere Achse handelt und andererseits wegen der langsamen Kreiselreaktion nur der zeitgemittelte Wert der schnei! schwankenden Reibungsmomente bedeutsam istDue to the size of the two weights 27, 28, but also by their displacement amounts, the The intensity of the torque generation can be adjusted. The type of damping is again, as with all Dual gyro compasses, achieved by moments that act around the transverse axis. This means that a Latitude error does not occur and that shifts in the center of gravity, for example due to the influence of temperature or by Ball bearing slack caused - in contrast to the one used in single-gyro systems with ballistics Type of damping - cannot cause permanent azimuthal display errors. Likewise can no remaining frictional moments of the cardanic mounting of the gyro element 25 about the transverse axis cause permanent, at most fluctuating azimuthal errors. The azimuthal fluctuation range as a result of remaining transverse axis frictional moments can, however, be assumed to be sufficiently small, since on the one hand In contrast to the vertical axis, the transverse axis is the less sensitive one Axis and on the other hand, because of the slow gyroscopic reaction, only the time-averaged value of the snow! fluctuating frictional moments is significant

Das mathematische Modell zur funktionalen Beschreibung des vorgeschlagenen Kreiselsystems ist das gleiche wie das von Geckeier im Ingenieur-Archiv 1933 für den EinkreiseikompaB angegebene, wenn man von der für die Kompaßfunktion sonst unwesentlichen Zeitverzögerung der Momentenbildung des ersten Gewichts absieht.The mathematical model for the functional description of the proposed gyro system is that same as that given by Geckeier in the 1933 Ingenieur-Archiv for the EinkreiseikompaB, if one of the time delay of the moment formation of the first, which is otherwise insignificant for the compass function Weight disregards.

Die freie, nicht durch Kreiselmomente behinderte Schwingungsfähigkeit der Kreiselkugel um beide horizontale Drehachsen hat zur Folge, daß Kreiselkugel und Hüllkugel als pendeiförmig aufgehängte Körper nicht nur bei ortsfester Aufstellung in bezug auf ihre Hochachsen zueinander gleichorientiert sind, sondern auch bei Einwirkung äußerer Schlinger- oder Manöverbeschleunigungen bleiben, indem sie sich jeweils ins Scheinlot stellen.' Durch diese Eigenschaft wird die Aufgabe der Zentrierung der Kreiselkugel erleichtert.The free, not hindered by gyroscopic moments, the ability of the gyro sphere to oscillate around both horizontal axes of rotation has the consequence that gyroscope ball and enveloping sphere as a pendulum-shaped suspended body not only in relation to their stationary installation Vertical axes are oriented in the same way to one another, but also under the action of external rolling or maneuver accelerations stay by placing themselves in the slot. ' This property makes the The task of centering the gyroscope ball is made easier.

Es ist erwünscht, die bekannte Einrichtung der Blasspulenzentriening regelungsfähig zu machen und soIt is desirable to make the known device of the blow coil centering controllable and so

abzuändern, daß die Beschränkung auf einen kleinen Betriebstemperaturbereich und damit die Temperaturregelung durch Heizung und Belüftung entfallen kann. Die wechselstromdurchflossene Blasspule wird nach außen in die Hüllkugel verlegt und die Wechselstromstärke wird entweder durch ein Meßsignal der Höhenlage der Kugel innerhalb der Hüllkugel geregelt oder abhängig vom Meßsignal der Betriebstemperatur gesteuert, während im Inneren der Kreiselkugel Wirbelströme in einem elektrisch leitenden sphärischen Kalottenteil die zentrierenden Abstoßungskräfte erzeugen. Störende Momente, die durch die Einwirkung der magnetischen Wechselfelder der außen befindlichen Blasspule auf die Stahlteile des Kreisels entstehen, werden durch weitere elektrisch leitende und weichmagnetische abschirmende Bleche innerhalb der Kugel klein gehalten. An Stelle des sphärischen Kalottenteüs mit den Wirbelströmen kann auch eine sphärisch-flächige »Gegen«-Blasspule in der Kugel treten, die mit konstantem Wechselstrom gleicher Frequenz, aber passender Phase gespeist wird.to change so that the restriction to a small operating temperature range and thus the temperature control by heating and ventilation can be omitted. The blowing coil through which alternating current flows is relocated to the outside in the envelope sphere and the alternating current strength is either controlled by a measurement signal of the height of the sphere within the envelope sphere or controlled as a function of the measuring signal of the operating temperature, while inside the gyro sphere Eddy currents generate the centering repulsive forces in an electrically conductive spherical dome part. Disturbing moments caused by the action of the alternating magnetic fields of the outside Blowing coils created on the steel parts of the gyroscope are further electrically conductive and soft magnetic shielding plates kept small within the sphere. Instead of the spherical bowl With the eddy currents, a spherical, flat "counter" blow coil can occur in the sphere, which with constant alternating current of the same frequency but matching phase is fed.

In Anbetracht der Unabhängigkeit der Kreiselfesselung an den Horizont von der Pendelaufhängung der Kugel läßt sich eine weitere störmomentenfreie Zentrierung der Kreiselkugel realisieren, indem die Kugel total freischwebend in der Flüssigkeit gehalten wird und ihre seitliche Bewegungsfreiheit durch etwa drei vorspringende, abgerundete und in Äquatorhöhe liegende Vorwölbungen in der Hüllkugelwandung bei leichtem Spielraum begrenzt wird. Der Schwebezustand wird dadurch erreicht, daß das Volumen der Kugel etwas elastisch veränderlich gemacht ist, etwa durch einen elastischen Ring parallel zum Kugeläquator, und ι der Flüssigkeitsdruck abhängig von dem Höhenlagenmeßsignal langsam verändert und so geregelt wird, daß die Höhenlage auf dem Mittelwert bleibt. Infolge des totalen Schwebezustands tritt zwischen Kreiselkugel und den Vorsprüngen keine Andruckkraft bei Beschleu-In view of the independence of the gyroscopic shackle on the horizon of the pendulum suspension of the ball can be a further disturbance-free Realize the centering of the gyroscope ball by keeping the ball floating completely free in the liquid and their lateral freedom of movement through about three protruding, rounded and at equatorial level lying protrusions in the envelope ball wall is limited with a slight margin. The limbo is achieved in that the volume of the ball is made somewhat elastically variable, for example by an elastic ring parallel to the spherical equator, and ι the liquid pressure depending on the altitude measurement signal slowly changed and regulated in such a way that the altitude remains at the mean value. As a result of the total levitation, there is no pressure between the top ball and the projections when accelerating

K) nigungen auf, da alle an der Kugel angreifenden Kräfte allein vom Flüssigkeitsdruckgradienten aufgebracht werden. Damit treten Reibungsmomente zwischen Kugel und Hüllkugel nicht auf. Die bei der Volumenänderung zu erwartenden kleinen Schwerpunktverschiebungen bleiben ohne Einfluß auf die Momentengebung des Kreisels.Inconsistencies, since all forces acting on the sphere can be applied solely by the liquid pressure gradient. Frictional moments occur in between Sphere and envelope not open. The small shifts in the center of gravity to be expected when the volume changes remain without influence on the moment generation of the gyro.

Über die bisherigen Gegebenheiten hinaus tut sich die Möglichkeit auf, die Momentenbildung durch Modifikation des Steuersignals zu variieren. So könnte das Beschleunigungsmessersignal nach Durchlaufen des Tiefpaßfilters für größere Elevationswinkel nichtlinear gemacht werden mit dem Ziel, die übliche Einschwingzeit abzukürzen. Auch Übergangsfehler, wie sie durch Bedämpfung und Nicht-Erfüllung der Schuler-Abstim-In addition to the previous conditions, there is the possibility of generating moments through modification to vary the control signal. For example, the accelerometer signal could after going through the Low-pass filters for larger elevation angles are made non-linear with the aim of reducing the usual settling time abbreviate. Transitional errors, such as those caused by dampening and non-fulfillment of the Schuler coordination

2Ί mung (also auf anderen geographischen Breiten als der Abstimmungsbreite) bei Fahrtstufen- und Kursänderungen entstehen, könnten durch gezielte Modifikation des Steuersignals gemildert werden. 2Ί mung (i.e. at different geographical latitudes than the coordination range) when speed step and course changes occur, could be mitigated by targeted modification of the control signal.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Gyro compass with a single indifferently suspended rotor (22) which is attached to the horizontal plane is tied up by a lead torque, which is caused by moving one on the rotor carrier (25) mass guided in the direction of the rotor axis is generated, characterized in that that the rotor carrier (25), to which the rotor bearings are attached, in a floating Ball (24) is mounted pivotably about a cardan axis, which is the centrifugal axis in the Center of gravity of the rotor carrier (25) and the parts sitting on it intersects at right angles, with to these parts the displaceable mass (27), a motor (29) for their displacement and a Motor (29) controlling accelerometer (31) include the accelerations in the direction of the Rotary axis measures.

2. Gyro compass according to claim 1, characterized in that the position of the mass (27) with a considerable delay changes according to the respective measured value.

3. Gyro compass according to claim 1 or 2, characterized by a second on the Krcisclläiifcrträger (25) displaceably guided mass (28) and by a second on the rotor carrier (25) arranged motor (30) for moving this second mass (28) according to the changes of the measured value with an even greater delay but in the opposite direction to the first mass (27) Direction for the purpose of damping the centrifugal meridian oscillations.

4. Gyro compass according to claim 1, 2 or 3 for a vehicle, characterized in that one the The enveloping ball (18) surrounding the floating ball (24) is a pendulum mounted on the vehicle in a cardanic manner forms and takes up all of the liquid carrying the ball (24).

5. Gyro compass according to claim 4 with a floating ball (24) in the envelope (18) centering blow coil, characterized in that the blow coil is attached to the enveloping ball (18) and the alternating current flowing through the coil either depending on the separately measured altitude regulated or suitably controlled by the measuring signal of the operating temperature is and in the floating ball (24) the centering repulsive forces either by Eddy currents are generated in an electrically conductive, spherical dome part or alternatively by an alternating current in phase opposition of constant current surges, which is caused by a further »counter« - Blow coil flows.

6. Gyro compass according to claim 4 with a gyro sphere floating freely in the envelope sphere, characterized in that the volume of the ball (24) by incorporating a somewhat elastic Partly in the form of a pin (13) depending on the hydrostatic pressure of the considered completed Carrying fluid is made and the pressure by means of a slow-acting, motorized operated device (23) depending on the separately measured height of the ball (24) is regulated within the envelope (18) so that the altitude despite temperature fluctuations is held at the setpoint.

7. Gyro compass according to claim 3 for water

vehicles with suppression of the damping acceleration error, characterized by a Circuit that allows the displacement of the second mass (28) when the vehicle is maneuvered by interrupting the power to the motor (30).

8. Gyro compass according to claim 2 with Schuler vote for all geographical latitudes of 0—70 °, characterized by a circuit which allows the gyrocompass to be operated Distance of the displacement of the first mass (27) for a given measured value of the acceleration of the to adapt to the respective width.