DE3030336A1

DE3030336A1 - Vorrichtung zur Dreheinstellung eines Kompasses auf vorgegebene Winkelstellungen

Info

Publication number: DE3030336A1
Application number: DE19803030336
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Huntington Station N.Y. Quermann
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1979-08-20
Filing date: 1980-08-11
Publication date: 1981-03-12
Also published as: GB2057127A; GB2057127B; FR2463949B1; US4283960A; FR2463949A1

Description

:. Patenlsnwälte D icl.-lng. C u rt Wal I ach

er Dipl.-Ing. Günther Koch

~ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 11. August I98O

Unser Zeichen: l6 973 ~ Sa

Anmelder: Sperry Corporation

I29O Avenue of the Americas

N.Y.

New York IOOI9

USA

Bezeichnung: Vorrichtung zur Dreheinstellung

eines Kompasses auf vorgegebene W inkeIs t e1lung en

Priorität: 20. August I979

USA
67842

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dreheinstellung eines Kompasses auf vorgegebene Winkelstelrungen sowie auf Steuersysteme zur Verbesserung der Betriebsweise von Kreiselgeräten, und insbesondere auf eine Vorrichtung dieser Art für Präzisions-Kreiselkompasse.

Wie dies in der Technik der Kreiselgeräte gut bekannt ist, gibt es zwei grundlegende Gründe zur mechanischen Dreheinstellung der Meßeinheit eines Kreiselkompasses auf vorgegebene Winkelstellungen. Einerseits wird hierdurch die Möglichkeit geschaffen, auf das Gehäuse bezogene Driftfehler des Kreisels festzustellen, so daß ihre nachteiligen Wirkungen beseitigt werden können, und andererseits wird die Messung der beiden Komponenten einer Eingangsdrehgeschwindigkeit mit einem Kreiselgerät erleichtert, das eine einzige Meßachse aufweist.

Im ersten Fall wird das Kreiselgehäuse normalerweise auf Winkelstellungen von O⁰ und 180°, bezogen auf eine erdfeste Marke, eingestellt, so daß das Vorzeichen irgendeiner gemessenen Drehgeschwindigkeit umgekehrt wird. Durch nachfolgendes Subtrahieren der Winkelgeschwindigkeit, die in einer Position des Gehäuses gemessen wird, von der Winkelgeschwindigkeit, die gemessen wird, wenn das Gehäuse auf einen Winkel von 180° eingestellt ist, ergibt sich eine resultierende Messung, die dem Doppelten der Kreisel-Eingangsdrehgeschwindigkeit entspricht und die unabhängig von irgendeiner festen Kreiseldrift ist, weil die letztere sich aufhebt.

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Im zweiten FaIl der Winkeleinstellung des Kreisels wird das Kreiselgehäuse normalerweise auf WinkelStellungen von O und 90° "bezüglich eines erdfesten Index eingestellt, so daß das Meßelement eines Kreiselgerätes mit einer einzigen Eingangsachse die orthogonalen Komponenten der Eingangsdrehgeschwindigkeit messen kann. Diese Anordnung findet beispielsweise in Landkompassen Anwendung. Das Kreiselgerät wird um eine im wesentlichen vertikale Achse auf Drehstellungen von O⁰ und 90° eingestellt, so daß die einzige Meßachse die beiden orthogonalen horizontalen Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit messen kann. Die Azimut-Ausrichtung des Kreiselgehäuses wird dann in üblicher Weise als der Arkustangens des Quotienten der beiden Messungen berechnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Änderung der mechanischen Position eines Kreiselgerätegehäuses bezüglich einer festen Befestigungsbezugsmarkierung mit hoher Präzision zwischen zwei Positionen ermöglicht, so daß zwei orthogonale horizontale Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dreheinstellung eines Kompasses auf vorgegebene WinkelStellungen weist

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erGelläuseteile, die drehbar um eine normalerweise vertikale Achse in äußeren Gehäuseteilen gelagert sind, Kreisel-Meßeinrichtungen, die in den drehbaren inneren Gehäuseteilen gelagert sind und eine Achse aufweisen, die normalerweise mit der normalerweise vertikalen Achse zusammenfällt, Antriebseinrichtungen, die in den äußeren Gehäuseteilen angeordnet sind und die die drehbaren inneren Gehäuseteile um die normalerweise vertikale Achse in intermittierende Schwingungen versetzen, wobei die Antriebseinrichtungen Motoreinrichtungen und flexible Verbindungselemente einschließen, die die Motoreinrichtungen mit den drehbaren inneren Gehäuseteilen koppeln, mechanische Anschlageinrichtungen zur präzisen Festlegung der Grenzwerte der intermittierenden Schwingungsbewegungen in Verbindung mit den flexiblen Verbindungselementen, und elektrische Eontakteinrichtungen auf, die einstückig mit den mechanischen Anschlageinrichtungen ausgebildet sind, so daß die Motoreinrichtungen über eine vorgegebene Zeit nach jeder Betätigung der Kontakteinrichtungen derart angetrieben werden, daß die flexiblen Verbindungseinrichtungen in vorgegebenem Ausmaß ausgelenkt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung in Verbindung mit einem schwimmenden Land-Kreiselkompaß,

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fig. 2 eine teilweise in Querschnittsansicht dargestellte Ansicht einer Einzelheit der Pig. 1,

Fig. 3 und 4- bruchstückhafte, teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsichten entlang der Linie 3-4· nach Fig. 1, die den Kreiselkompaß in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen zeigen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein flexibles Verbindungselement, das bei dem Kreiselkompaß nach den Fig. 1, 3 und 4- Verwendung findet,

Fig. 6 eine ausführliche, teilweise im Querschnitt gezeigte Ansicht einer Anordnung zur Befestigung des flexiblen Verbindungselementes nach Fig. 5 bei dem Kreiselkompaß nach Fig. 1,

Fig. 6a und 6b Befestigungsteile, wie sie bei der Vorrichtung nach Fig. 6 verwendet werden,

Fig. 7a und 7b jeweils eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform des flexiblen Verbindungselementes,

Fig. 8 ein vereinfachtes Schaltbild einer Steuerschaltung zum Betrieb des Kreiselkompasses.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung auf eine Vielzahl von Kreiselgeräten anwendbar ist, wird sie im folgenden anhand eines Beispiels in Anwendung auf ein Kreiselgerät beschrieben, das als Land-Kreiselkompaß bekannt ist. Ein

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derartiges Kreiselgerät verwendet im Prinzip ein Kreiselgerät mit zwei Freiheitsgraden, wobei jedoch eine Achse so stark pendeiförmig ausgebildet ist, daß sich das eigentliche Meßelement im wesentlichen wie ein Kreisel mit einem einzigen Freiheitsgrad verhält, dessen Ausgangsachse im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Bei der Betrachtung der Freiheitsgrade ist die Drehung des Rotors um seine Drehachse nicht berücksichtigt. Dieses Kreiselgerät wirkt mit einem Abgriff und einem Drehmomenterzeuger zusammen, um Bewegungen des Lager-Kardanrahmens um die vertikale Achse zu messen und um ein Drehmoment auf den Kardanrahmen um die vertikale Achse auszuüben. Das Kreiselgerät wird normalerweise in einer geschlossenen Schleife betrieben, wobei der Drehmomenterzeuger-Ausgang dazu verwendet wird, den Kardanrahmen so anzutreiben, daß das Ausgangssignal des Abgriffs zu Null gemacht wird. Der im eingeschwungenen Zustand in dem Drehmomenterzeuger fließende Strom ist dann ein Maß der Eingangsdrehgeschwindigkeit, die auf das Kreiselgerät um die horizontale Achse senkrecht zur Drehachse des Kreiselrotors einwirkt. Weil das System in einer Befestigung arbeitet, die bezüglich der Erde festgelegt ist, stellt der Drehmomenterzeuger-Strom tatsächlich ein Maß der Horizontalkomponente der Erddrehgeschwindigkeit dar.

Bei einem Kreiselgerätesystem, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, wird in der normalen, die Azimutrichtung bestimmenden Betriebsfolge der im eingeschwungenen Zustand auftretende Drehmomenterzeugerstrom in der 0°-Position des Kreiselgehäuses über ein vorgegebenes Verarbeitungszeitintervall integriert und in einem Zusatzrechner gespeichert. Das Gehäuse des

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Kreiselgerätes wird dann auf eine neue Winkelstellung eingestellt, wobei es zu diesem Zweck auf seine 90°-Position eingestellt wird. Nach einer geeigneten Einschwingzeit wird der Drehmomenterzeuger-Strom wieder über das gleiche Zeitintervall wie in der 0°-Position integriert und das Ergebnis wird erneut in dem Rechner gespeichert. Der Rechner berechnet dann den Arcustangens des Quotienten der beiden gespeicherten Werte in üblicher Weise und liefert das Ergebnis als die rechtweisende Azimut-Ausrichtung des Kreiselgerätes.

Fig. 1 zeigt ein verbessertes Kreiselgerät, wie es beispielsweise als Land-Vermessungskompaß Anwendung findet, obwohl die Figur selbstverständlich genau so gut irgendeinen Kreiselkompaß einer beliebigen Art darstellen kann, der dadurch verbessert ist, daß die Möglichkeit der Winkeleinstellung des Kreiselgerätes vorgesehen ist. Das Kreiselgerät weist in der dargestellten Weise ein inneres Gehäuse 20, 30, 33 und ein übliches hermetisch abgedichtetes schwimmendes Kreiselmeßelement 31 auf, das einen Kreiselrotor 32 enthält, der um eine Achse 29 umlaufend drehbar gelagert ist, die in dem Meßelement 31 befestigt ist, wobei die Achse 29 normalerweise in einer horizontalen Richtung ausgerichtet ist. Wenn dieses Kreiselmeßelement pendelnd schwimmend gelagert ist, so ist das Volumen zwischen der Innenwand 33 und dem unteren Teil des Kreiselmeßelementes 31 durch eine übliche Auftriebsflüssigkeit ausgefüllt, wie beispielsweise durch eine Fluorocarbon-Flüssigkeit, die bis zu dem Pegel eingefüllt ist, der allgemein durch den Pfeil 34- angedeutet ist. Es ist verständlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch auf andere Kreiselgeräte angewendet werden kann, die eine

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andere als eine Schwimmlagerung verwenden, beispielsweise eine übliche Lagerungseinrichtung mit vertikal und in der Mitte angeordneten Drähten oder anderen Fäden, die das Kreiselmeßelement 31 im Inneren des drehbaren inneren Gehäuses 20, 30, 33 haltern.

Der Kreiselkompaß schließt ein äußeres Gehäuse 1, 37 ein, das normalerweise hermetisch abgedichtet ist und das von einem Stativ oder einem anderen (nicht gezeigten) Träger gehaltert sein kann. Das äußere Gehäuse 1, 37 wird im wesentlichen durch die Platte 1 abgeschlossen, die mechanisch die inneren Bauteile des Kreiselgerätes haltert. Im einzelnen ist das innere drehbare Nachlaufgehäuse 20, 30, 33 an einer in der Mitte angeordneten oberen Welle 8 in einem reibungsfreien Lager 7 aufgehängt, wobei ein Teil des Lagers direkt von der Platte 1 gehaltert ist. Der in der Mitte angeordnete untere Teil des äußeren Gehäuses 1, 37 kann ebenfalls zur Lagerung des inneren drehbaren Kachlaufgehäuses 20, 30, 33 mit Hilfe eines reibungsfreien Lagers 35 verwendet werden, das zwischen den Elementen 30 und 37 auf einem in der Mitte angeordneten Zapfen 36 eingefügt ist, der sich von dem unteren Teil des drehbaren Gehäuses 30 aus nach unten erstreckt. Es ist verständlich, daß das Innere des Kreiselgerätes weiterhin andere übliche Einrichtungen, wie beispielsweise die verschiedenen Abgriffe, Drehmomenterzeuger und Zentriereinrichtungen und dergleichen, einschließen kann, die nicht notwendigerweise einen speziellen Teil der vorliegenden Erfindung bilden und die daher aus Vereinfachungsgründen in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Die Hauptteile des Kreiselkompasses schließen gemäß

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Fig. 1 ein mechanisch-elektrisches Anschlagelement 5 ein, das mit Hilfe einer Strebe 2 an der Platte 1 befestigt ist und mit mit Abstand angeordneten AnschlagvorSprüngen 5a, 5fr zusammenwirkt, die aus Pig. 3 zu erkennen sind. Der Anschlagvorsprung 5a. ist an dem drehbaren inneren Gehäuse 30 bei 6 befestigt, während der Anschlagvorsprung 5b in ähnlicher Weise an dem Gehäuse 30 befestigt ist, jedoch, wie dies in den Pig. 3 "und 4 zu erkennen ist, mit Winkelabstand von dem ersten Anschiagvorsprung angeordnet ist, obwohl er im übrigen gleich ist. Der zweite Teil der Vorrichtung zur Dreheinstellung wirkt mit dem Anschlagelement 5 und den Anschl agvor Sprüngen 5a. und 5b zusammen und ist ebenfalls an der Platte 1 gehaltert. Dieser Teil der Vorrichtung zur Dreheinstellung schließt ein von einem Motor angetriebenes flexibles Verbindungssystem ein, das das innere Gehäuse 20, 30, 33 um die den Wellen

8 und 36 gemeinsame Achse in der speziellen, zu beschreibenden Weise in Schwingungen versetzt.

Der diese Schwingungsbewegung hervorrufende Mechanismus wird durch einen intermittierend in einer Drehrichtung betriebenen Motor 16 angetrieben, der mit Hilfe einer Halterung 13 an der Platte 1 befestigt ist. Der Motor 16 treibt über eine Welle 15 eine Antriebsschnecke 14 an, wenn dieser Motor 16 an seinen Eingangsanschlüssen 26 mit einem elektrischen Signal gespeist wird, das noch zu beschreiben ist. Die Antriebsschnecke 14- treibt ein einen relativ großen Durchmesser aufweisendes Schneckenrad 10 an, das aus üblichem Kunststoffmaterial hergestellt sein kann und das an der Platte 1 mit Hilfe eines Lagerzapfens

9 und eines eine geringe Heibung aufweisenden Lagers 11 gehaltert ist, das mit Hilfe einer Kappe 12 auf dem

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Lagerzapfen 9 festgehalten wird. Ein exzentrisch, befestigter Kurbelzapfen 24 ist in der unteren Oberfläche des Schneckenrades 10 befestigt und die Achse dieses Kurbelzapfens ist gegenüber der Achse des Lagerzapfens 9 versetzt und parallel zu diesem angeordnet. Ein damit zusammenwirkender Kurbelzapfen 21 ist in der oberen Oberfläche eines Vorsprunges 27 des Abdeckteils 20 des drehbaren Gehäuses 20, 30, 33 befestigt und die Achse dieses Kurbelzapfens 21 ist in geeigneter Veise gegenüber der Achse der Welle 8 versetzt und parallel zu dieser angeordnet. Ein flexibles Verbindungselement 23 j für das spezielle Ausführungsformen weiter unten ausführlich erläutert werden, ist mit jedem Ende in einer Umfangsnut eines jeweiligen Drehzapfens 22, 25 der jeweiligen Kurbelzapfen 21, 24 drehbar gelagert, wobei diese Enden die Nuten umgeben. Das flexible Verbindungselement, das weiterhin bei 23 in Fig. 3 gezeigt ist, ist derart geformt und angeordnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kurbelzapfen 21, 24 sich in vorgegebener Weise, jedoch im Normalbetrieb nur geringfügig in vorgegebenen, einen Abstand aufweisenden Zeitintervallen ändern kann.

Wie dies in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, ist das elektrische Meß-Anschlagelement 5 mit Hilfe der Strebe 2 an der oberen stationären Platte 1 des äußeren Gehäuses 1, 37 des Kreiselgerätes gehaltert, so daß es während der Azimut-Schwingungsbewegung des inneren drehbaren Gehäuses 20, 30, 33 stationär bleibt. Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, verwendet das feste Anschlagelement 5 eine Bohrung durch die oben erwähnte Strebe 2 und umgibt in fester Beziehung zwei entgegengesetzte zylindrische Isoliereinsätze 54, 55j durch die jeweils eine Gewinde-

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sfS-

bohrung in Axial richtung hindurchläuft. Die Gewindet ohrung des Einsatzes 55 nimmt einen elektrisch leitenden Gewindebolzen 57 auf, der eine leitende, mit einer öffnung versehene Scheibe 56 gegen die Außenseite des Einsatzes 55 festklemmt. Der Kopf des Gewindebolzens 57 ergibt einen elektrischen Kontakt 57a, während die leitende Scheibe 56 einen Anschluß für eine elektrische Leitung bildet. Der Einsatz 54- nimmt einen elektrisch leitenden Gewindebolzen 50 auf, wobei die inneren Enden der Gewindebolzen 50, 57 immer in fester, sich nicht berührender Beziehung angeordnet sind. Eine Mutter 52 ist auf den Gewindebolzen 50 aufgeschraubt und klemmt eine weitere elektrisch leitende, eine öffnung aufweisende Scheibe 53 gegen die äußere flache Oberfläche des Einsatzes 54 fest. Der Kopf des Gewindebolzens 50 ergibt einen elektrischen Kontakt 50a, während die leitende Scheibe 53 einen Anschluß für eine elektrische Leitung 3 bildet. Eine Betätigung des Gewindebolzens 50 und der Mutter 52 ermöglicht eine Einstellung der wirksamen Länge des festen Anschlagelementes 5·

Wie dies weiter oben erläutert wurde, wirkt das feste Anschlagelement 5 mit mit Abstand voneinander angeordneten AnschiagvorSprüngen 5a, 5b zusammen, die mit dem Umfang des oberen Teils 20 des drehbaren Gehäuses 20, 30, 33 drehbar befestigt sind. Wenn die Anschiagvorsprunge 5a» 5b entfernt wären und der Motor 16 angesteuert würde, so könnte sich die Antriebsschnecke 14 auf der Welle 15 des Motors 16 kontinuierlich in einer Richtung drehen, wie durch den Pfeil 60 in den Fig. 3 und 4 angedeutet ist. Durch das Zusammenwirken des biegsamen Verbindungselementes 23 würde das drehbare Gehäuse 20, 30, 33 des

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Kreiselgerätes um die Achse der Welle 8 in eine Schwingungsbewegung über einen vorgegebenen Winkel β versetzt, der etwas größer als der tatsächlich gewünschte Präzisions-Kreiseleinstellwinkel β ist, der 90° betragen kann. Wenn die Anschlagvorsprünge 5a, 5b an dem Abdeckteil 20 in Positionen angeordnet sind, die entsprechend der Größe des gewünschten Einstellwinkels ß> gewählt sind, der bezüglich des den vollen Weg darstellenden Winkels t5 zentriert ist, und wenn der Motor 16 kontinuierlich betrieben wird, so wird das drehbare Kreiselgehäuse 20, 30, 33 kontinuierlich vom Anschlagvorsprung 5a zum Anschlagvorsprung 5b und umgekehrt in wiederholten Zyklen angetrieben. Im Hinblick auf die AnschiagvorSprünge 5a» 5b und auf die Flexibilität des Verbindungselementes 23 verweilt das drehbare Kreiselgehäuse 20, 30, 33 für eine sehr kurze Zeit, wenn es aufeinanderfolgend mit jedem Anschlagvorsprung 5a» 5fr zum Anschlag kommt, weil der Abstand zwischen den Enden des flexiblen Verbindungselementes 23 gedehnt oder zusammengedrückt wird, wie dies erforderlich ist, um die Wirkung der Winkeldifferenz zwischen i9 und β aufzunehmen. Fig. 3 zeigt die allgemeine Situation, die sich gerade dann ergibt, wenn der Anschlagvorsprung 5a des faste Anschlagelement 5 verläßt und sich im Gegenuhrzeigersinn des Pfeiles 59 unter der Wirkung des flexiblen Verbindungseiementes 23 bewegt, das den Kurbelzapfen 21 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung des bogenförmigen Pfeils 58 bewegt. Der gegenüberliegende Anschlagvorsprung 5d bewegt sich im Gegenuhrzeigersinn des Pfeils 61 in Richtung auf das feste Anschlagelement 5· Andererseits stellt Fig. 4 die Situation gerade zu dem Zeitpunkt dar, wenn der Anschlagvorsprung 5b das feste Anschlagelement5 durch eine Bewegung im Uhrzeigersinn

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des Pfeils 64 unter der Wirkung des flexiblen Verbindungselement es 23 verläßt, das den Kurbelzapfen 21 in Sichtung des bogenförmigen Pfeils 65 im Uhrzeigersinn bewegt.

Es ist erwünscht, den Mechanismus in einem Programm zu steuern, das das Zusammenwirken mit einem zugehörigen Rechner ermöglicht, der an sich keinen notwendigen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Die mit Abstand angeordneten Ans chi agvo r sprünge 5a, 5t> sind elektrisch geerdet und die Kontakte 50a, 57a des festen Anschlagelementes 5 sind unabhängig voneinander elektrisch leitend. Auf diese Weise wird jedesmal dann, wenn ein Anschlagvorsprung 5a oder 5*> auf den jeweiligen Kontakt 50a oder 57a auftrifft, ein entsprechender Signalkreis leitend gemacht, um den Stromfluß an die Anschlüsse 26 des Motors 16 zu unterbrechen. Wenn der Motor 16 auf diese Weise abgeschaltet wird, lenkt die normale Auslaufbewegung aufgrund der Trägheit des Motors das federnde Verbindungselement 23 geringfügig aus, so daß der aktive Anschlagvorsprung 5a oder 5b fest gegen die eine oder die andere Seite des festen Anschlagelementes 5 gehalten wird, wodurch auf präzise Weise die Winkellage des drehbaren Gehäuses 20, 30, 33 festgelegt wird. Die Antriebsschnecke 40 wird aufgrund ihrer Eigenart und aufgrund ihrer natürlichen Beziehung zum Schneckenrad 10 in einer festen Position gehalten und die Biegungskräfte des Verbindungselementes 23 können daher keine Bewegung des Schneckenrades 10 hervorrufen. Wach dem Ablauf einer vorgegebenen bekannten Zeit, die erforderlich ist, damit der zugehörige Rechner seine spezielle Signalverarbeitung vervollständigen kann, wird der Motor 16 erneut angesteuert, und

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er arbeitet, bis der entgegengesetzte Anschi agvorsprung auf das feste Anschlagelement 5 auftrifft. Dieser reversierende Betrieb kann sich über viele zusätzliche Perioden fortsetzen, wie dies erforderlich ist, und er kann nach Wunsch der Bedienungsperson gestoppt werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform des flexiblen Verbindungselementes 23 und zeigen, wie die Endschleifen 70, 71 des Verbindungselementes 23 an den jeweils damit zusammenwirkenden Kurbelzapfen 21, 24 befestigt sind. In Fig. 5 besteht das Verbindungselement 23 aus korrosionsbeständigem Stahldraht, der nach seiner Formung beispielsweise über 30 Minuten bei 204 ⁰C entspannt wurde. Der Draht des Verbindungselementes 23 weist typischerweise einen Durchmesser von 1 mm auf und der Radius r beträgt ungefähr 12,7 mm. Der Eadius r ist vom Mittelpunkt 73 der Linie 72 aus gemessen, die die Mittelpunkte der Kurbelzapfen 21, 24 verbindet, wenn das Verbindungselement 23 entlastet ist. Die halbkreisförmige Schleifenform des Verbindungselementes 23 wurde deshalb gewählt, weil eine Berechnung der resultierenden Kräfte auf die Kurbelzapfen 21, 24 hierbei leichter durchgeführt werden kann und weil die Abmessungen des Verbindungselementes leichter festlegbar sind. Die Schleifen 70, 71 sind mit den jeweiligen Kurbelzapfen 21, 24 gemäß Fig. 6 verbunden, die im einzelnen die Ausgestaltung des Kurbelzapfens 21 zeigt. Die Anordnung für den Kurbelzapfen 24 würde sich dadurch ergeben, daß diese Figur umgedreht würde und die zweite Schleife 87 fortgelassen wird, deren Funktion noch zu erläutern ist.

In Fig. 6 ist die typische Schleife 70 mit Preßsitz auf

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den Außenlagerring 81 eines mit einem Flansch versehenen Wälzlagers aufgedrückt, das einen Innenlagerring 83, eine Anordnung von Lagerkugeln 82 und den Außenlagerring 81 umfaßt. Die Schleife 70 wird fest an ihrem Platz durch eine mit drei Fingern versehene unterlegscheibenförmige Klammer 84 gehalten, die drei verbiegbare Federfinger 85 aufweist (Fig. 6b). Der ebene innere Teil der Klammer 84 und die in ihre Position gemäß Fig. 6 umgebogenen Finger 85 halten den Flansch 86 des Außenlagerringes 81 und die Schleife 70 in fester aneinanderliegender Beziehung. Der Innenlagerring 83 des Wälzlagers ist über zwei axiale Verlängerungen 77» 78 des Kurbelzapfens 21 geschoben, die fortschreitend kleinere Durchmesser aufweisen. Ein im Handel erhältlicher Sprengring 80 mit einer modifizierten Ε-Form (Fig. 6a) rastet über den eingeschnürten Verlängerungsabschnitt 78, wodurch der Lagerinnenring 83 zwischen dem Sprengring 80 und der kreisringförmigen Fläche des Kurbeizapfens 21 festgehalten wird.

Für den Fachmann sind abgeänderte Ausführungsformen ohne weiteres zu erkennen. Beispielsweise kann für bestimmte Anwendungsfälle die Ausführungsform des flexiblen Verbindungselementes gemäß den Fig. 7a und Tb von Interesse sein, wenn das Kreiselgerät beim Transport von einem Betriebsort zum anderen ungewöhnlichen Stoßen oder Schwingungen ausgesetzt sein kann., die das einfache flexible Verbindungselement 23 nach Fig. 5 bleibend verformen können. Die in den Fig. 7a, 7b gezeigte Ausführungsform des flexiblen Verbindungselementes 23a verwendet ebenfalls die halbkreisförmige Form des flexiblen Verbindungselementes 23, wobei die die Kurbelzapfen umgebenden Schleifen 70.a, 71a den Schleifen 70, 71 nach Fig. 5

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entsprechen. Um eine übermäßige Bewegung in irgendeiner Richtung zwischen den Schleifen 70a, 71a entlang der Linie 72a und damit eine bleibende Verformung des Verbindungselementes 23a zu verhindern, ist der Draht dieses Verbindungselementes von der Schleife 71a aus gemäß den Fig. 7a, 7*> verlängert, um eine Länge 95 eines geraden Drahtes zu bilden, der nahezu parallel zur Linie 72a verläuft und in einer weiteren Schleife 87 endet. Diese Schleife 87 umgibt den Kurbelzapfen 21 in loser Beziehung, wie dies klarer aus Fig. 6 zu erkennen ist, und die sich daraus ergebende Abmessung des Spiels ermöglicht zu Anfang eine freie Bewegung der Schleife 87 bezüglich des Kurbelzapfens 21, einen normalen Betrieb des flexiblen Verbindungselementes 23 während dieser normalen Bewegung sowie eine Verhinderung einer weiteren Bewegung in eine der entgegengesetzten inneren Oberflächenteile 87a, 87b der Schleife 87 auf die entsprechende Oberfläche des Kurbelzapfens 21. Auf diese Weise wird eine übermäßige unerwünschte Biegung des flexiblen Verbindungselementes 23a ohne Störung des Normalbetriebes dieses Verbindungselementes verhindert. Bei der Verwendung irgendeines der flexiblen Verbindungselemente wird die Relativgeschwindigkeit zwischen dem festen Anschiagelement 5 und den Anschlagvorsprüngen 5a oder 5b am Punkt der tatsächlichen Berührung auf nahezu Null verringert, so daß die Notwendigkeit der Verwendung eines eine veränderliche Drehzahl aufweisenden Motors und der zugehörigen Steuereinrichtungen vermieden wird. Weil das innere Gehäuse 20, 30, 33 nicht kontinuierlich gedreht wird oder kontinuierlich drehbar ist, können elektrische Verbindungen zwischen diesem inneren Gehäuse und dem festen äußeren Gehäuse 1, 37 ohne weiteres durch flexible Leitungsverbindungen

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erfolgen, so daß Schleifringe und die entsprechenden damit verbundenen Probleme entfallen können.

Es sind verschiedene elektrische Steuereinrichtungen zum Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung denkbar, wobei lediglich als bevorzugte Ausführungsform im folgenden die einfache Ausführungsform gemäß J¹Xg. 8 beschrieben werden soll. Unter Verwendung dieser Schaltung kann erreicht werden, daß die Vorrichtung zur Dreheinstellung des Kompasses diesen von einem Anschlagvorsprung 5a ^zum anderen Anschiagvorsprung 5° mit Hilfe des Motors 16 antreibt, wenn ein Schalter 101 manuell oder auf andere Weise vorübergehend geschlossen wird. Wenn der Schalter 101 geschlossen ist, fließt ein Strom von einer Leistungsversorgung 102 durch eine Wicklung 103 eines Relais 104 und damit durch den Motor 16. Der Motor 16 ist in Fig. 8 aus Vereinfachungsgründen als Gleichspannungsmotor gezeigt und es ist verständlich, daß ein entsprechender Wechselspannungsmotor mit einer zugehörigen Steuerung ebenso verwendet werden kann. Wenn der Motor 16 die auf eine bestimmte Winkelstellung einzustellende Baugruppe, die durch das Teil 116 dargestellt ist, von dem Anschlag fortbewegt hat, der durch den Bolzen 50 oder 57 gemäß der vorstehenden Beschreibung gebildet wird, so muß ein Relais 104 die Schalter 108, 109 schließen, und der Schalter 101 kann dann entweder manuell freigegeben oder auf andere Weise betätigt werden. Der Motor 16 befindet sich immer noch im geschlossenen Schaltkreis mit der Leistungsversorgung 102 und läuft weiter, weil der Schalter 101 nunmehr durch das Schließen 108 überbrückt ist.

Wenn die in ihrer Drehstellung eingestellte Baugruppe 116

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■und einer der Anschlagvorsprünge 5a oder 5b einen geweiligen Kontakt 50a oder 57a erreicht, wird ein Stromkreis durch den durch das Relais gesteuerten Schalter 109 geschlossen, so daß Strom durch eine Relaiswicklung 110, eine Drossel 111 und einen Widerstand 112 oder 113 fließen kann. Die Relaiswicklung 110 ist in entgegengesetzter Richtung zur zugehörigen Relaiswicklung 103 gewickelt, so daß die magnetomotorische Kraft, die durch den Strom hervorgerufen wird, der durch die Relaiswicklung 103 und den Motor 16 fließt, angenähert gleich und entgegengesetzt zu der ist, die durch den Strom hervorgerufen wird, der durch die Relaiswicklung 110 und den Widerstand 112 oder 113 fließt. Daher bewirkt das Schließen des Stromkreises aufgrund des Schließens des Kontaktes zwischen einem festen Bolzen 50 oder 57 i^nd einem entsprechenden Vorsprung 5a oder 5b eine öffnung der Schalter 108, 109 durch das Relais 104, wodurch der Motor 16 gestoppt wird. Die Drossel 111 dient zur Verzögerung des Stromauft>aus durch die Wicklung 110, so daß der Motor 16 noch eine kurze Zeit weiterläuft, nachdem der Anschlagkontakt erzielt wurde. Es ist verständlich, daß der Schalter 101 schließlich manuell geschlossen werden kann oder durch eine Zeitsteuerungseinrichtung oder den zugehörigen Rechner betätigt werden kann, so daß die Steuerschaltung nach Fig. 8 ihre Betriebsperiode an der entgegengesetzten Anschlagposition wiederholt. Es ist weiterhin zu erkennen, daß diese Anordnung verschiedene Vorteile aufweist und eine einfache, in einer Richtung erfolgende Motordrehung mit einer einfachen Ein-Aus-Steuerung ermöglicht. Es wird ein flexibler Verbindungselement—Mechanismus verwendet, der den wünschenswerten, mit einer niedrigen Geschwindigkeit erfolgenden Aufprall der

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mechanischen Anschläge ergibt. Der Antriebsschnecken- und Schneckenrad-Antrieb ergibt in Verbindung mit dem flexiblen Verbindungselement eine präzise eindeutige Anlage der Anschlagelemente aneinander. Vie es weiterhin gezeigt wurde, dienen die mechanischen Anschläge gleichzeitig als elektrische Kontakte und ergeben damit eine zweckmäßige Einrichtung zur Anzeige des eindeutigen Anschlageingriffs.

Es werden verschiedene elektrische Signale geliefert, um anzuzeigen, wann sich die Baugruppe bewegt hat, so daß der eine oder der andere der AnschlagvorSprünge fest und präzise gegen das eine oder das andere Ende des festen Anschlagelementes 5 anliegt. Dieses Merkmal ergibt sich aus der Verwendung der Widerstände 112, 113 und der Lampen 115a und 117a und des Stromflusses durch den einen oder den anderen Widerstand 112, 113» wenn eine Berührung mit einem der Anschlagvorsprünge 5a oder 5t> erfolgt. Aufgrund der Verwendung dieses Signals zur optischen Anzeige oder zur Verwendung in zugehörigen Rechnereinrichtungen, die mit den Anschlüssen 115, 117 verbunden sind und nicht notwendigerweise einen Teil der Erfindung bilden, ist es wünschenswert, daß die an den Anschlüssen 115 oder 117 anliegenden Spannungen aufrechterhalten werden, selbst wenn die Relaisschalter 108, 109 offen sind. Zu diesem Zweck ist der Stromkreis durch einen Widerstand 114 vervollständigt. Der Widerstand 114 weist einen relativ hohen Widerstand auf, so daß der Leistungsversorgung 102 für diesen Ausgangssignalzweck nur ein geringer Strom entnommen wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß jedesmal dann, wenn der Schalter 101 geschlossen und dann geöffnet wird, die Baugruppe 116 angetrieben wird, bis einer der

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Anschlagvorspränge 5a oder ^b zur Anlage gegen einen entsprechenden Anschlagkontakt 50a oder 57a kommt. Es ist weiterhin zu erkennen, daß die Funktion der Schaltung nach Pig. 8 darin besteht, das drehbare Gehäuse 20, 30, 33 von einer 0 - zu einer 90 -Position anzutreiben und es in dieser Position in fester Dreheinstellung für eine Zeitperiode zu halten, die beispielsweise erforderlich ist, damit eine Bedienungsperson die Kreiselgeräte-Ausgangssignale wahrnehmen und feststellen kann oder um bestimmte Berechnungen durchzuführen, wie dies weiter oben erläutert wurde. Die Baugruppe wird dann in die 0 -Position zurückgeführt und in dieser Position starr für den gleichen Zweck festgehalten, worauf die bei den aufeinanderfolgenden Betätigungen durchgeführten Berechnungen leicht vervollständigt werden können.

Es ist schließlich verständlich, daß die zwangsweise undpräzise Anlage der Anschläge beim Abschalten des Antriebsmotors nach einer kurzen Zeit nach dem Ineingriffkommen der Anschläge von besonderem Vorteil ist, weil die Trägheit des Antriebsmotors unzureichend ist, um ein normales Auslaufen in zuverlässiger Weise zu erzielen. Allgemein ergibt die Vorrichtung ein Präzisionsgerät zur präzisen Änderung der mechanischen Position eines Kreiselmeßelementes bezüglich einer Befestigungsbezugsmarke, so daß die beiden orthogonalen Komponenten der Erddrehgeschwindigkeit genau festgestellt werden können und die Ausrichtung der Kreiselachsen präzise bestimmt ist. Bei der Anwendung auf Land-Kreiselkompasse ergibt die vorstehend beschriebene Vorrichtung ein preisgünstiges, kleines und ein geringes Gewicht aufweisendes Gerät mit niedrigem Leistungsverbrauch und geringen hörbaren Geräuschen. Die

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Erfindung kann selbstverständlich auch für Kreiselgeräte verwendet werden, die eine Winkeleinstellung von beispielsweise O⁰ auf 180° erfordern.

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Claims

Fatentanwalte Di.pl.-1 ng. C u rt WaI I ach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

11. Aug. 1980

Datum:

Unser Zeichen: 16 973

Patentansprüche

M.)Vorrichtung zur Dreheinstellung eines Kompasses auf vorgegebene Vinkelstellungen, gekennzeichnet durch äußere Gehäuseteile (1, 37), drehbare innere Gehäuseteile (20, 30, 33), die drehbar um eine normalerweise vertikale Achse in den äußeren Gehäuseteilen (1, 37) gelagert sind, Meßkreiseleinrichtungen (32), die in den drehbaren inneren Gehäuseteilen (20, 30, 33) gelagert sind und eine Achse aufweisen, die normalerweise mit der normale^ weise vertikalen Achse zusammenfällt, Antriebseinrichtungen (16, 23) in den äußeren Gehäuseteilen (1, 37), die die drehbaren inneren Gehäuseteile (20, 30, 33) intermittierend um die normalerweise vertikale Achse in Schwingungen versetzen und die Motoreinrichtungen (16) und flexible Verbindungselemente (23) einschließen, die die Motoreinrichtungen (16) mit den drehbaren inneren Gehäuseteilen (20, 30, 33) koppeln, mechanische Anschlageinrichtungen (5, 5a, 5b) zur präzisen Festlegung der Begrenzungen der intermittierenden Schwingungen in Verbindung mit den flexiblen Verbindungselementen (23), und elektrische Kontakt-

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elemente (50a» 57a)» die einstückig mit den mechanischen Anschlageinrichtungen derart verbunden sind, daß die Motoreinrichtungen (16) für eine vorgegebene Zeit nach oeder Betätigung der Kontaktelemente angetrieben werden, so daß die flexiblen Yerbindungselemente (23) in vorgegebenem Ausmaß gebogen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtungen in einer Drehrichtung betriebene Motoreinrichtungen (16) einschließen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen Getriebeteile (10, 14-), die durch die in einer Drehrichtung betriebenen Motoreinrichtungen angetrieben

' werden und eine Drehung um eine Achse parallel zur normalerweise vertikalen Achse ausführen, erste Kurbelzapfeneinrichtungen (24), die sich von den Getriebeteilen (10, 14) aus erstrecken, und zweite Kurbelzapfeneinrichtungen (21) einschließen, die sich von den drehbaren inneren Gehäuseteilen (20, 30, 33) aus erstrecken, daß die ersten und zweiten Kurbelzapfeneinrichtungen (24, 21) im wesentlichen parallele Achsen aufweisen und daß die flexiblen Verbindungselemente (23) die ersten und zweiten Kurbelzapfeneinrichtungen miteinander koppeln, wobei die ersten und zweiten KurbelZapfeneinrichtungen drehbar mit den flexiblen Verbindungselementen gekoppelt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet , daß die flexiblen Yerbindungselemente (23) durch bogenförmige Verbindungselemente mit ersten Lagerzapfenteilen (21) an einem den Motoreinrichtungen zugeordneten Ende und zweite· Lagerzapfeneinrichtungen (70) gebildet sind, die am anderen, den drehbaren inneren Gehäuseteilen zugeordneten Ende angeordnet sind.
5- Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Verbindungselemente (23) eine halbkreisförmige Form aufweisen und aus rundem spannungsfreiem Edelstahldraht hergestellt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die bogenförmigen Verbindungselemente (23) einen Radius aufweisen, der auf den Mittelpunkt zwischen den ersten und zweiten Lagerzapfenteilen zentriert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß einstückig mit den flexiblen Verbindungselementen (23a) ausgebildete Einrichtungen (95) vorgesehen sind, die eine übermäßige, durch Stöße oder Schwingungen hervorgerufene Bewegung zwischen den ersten und zweiten Lagerzapfeneinrichtungen und damit eine dauernde Verformungsbiegung der flexiblen Verbindungselemente verhindern.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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303033$

dadurch gekennzeichnet , daß die mechanischen Anschlageinrichtungen gemeinsame .Anschlageinrichtungen (5)j die an den äußeren Gehäuseteilen (1, 37) "befestigt sind, und erste und zweite mit Abstand angeordnete Anschlagvorsprünge (5a, 5*0 einschließen, die am Umfang der drehbaren Gehäuseteile (20, 30, 33) befestigt sind, daß die gemeinsamen Anschlagteile und die ersten und zweiten Anschlagvorsprünge zusammen erste elektrische Kontaktelemente für eine Drehrichtung der drehbaren Gehäuseteile bilden und daß die gemeinsamen Anschlagteile und die zweiten Anschlagvorsprünge zusammen zweite elektrische Eontakteinrichtungen für eine zweite Drehrichtung der drehbaren Gehäuseteile bilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zusätzliche Einrichtungen zur Ausnutzung der jeweiligen abwechselnden Ausgänge der ersten und zweiten elektrischen Eontakteinrichtungen.

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