DE3103467A1

DE3103467A1 - Kurskreisel

Info

Publication number: DE3103467A1
Application number: DE19813103467
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 6901 Wiesenbach Auer
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1981-02-02
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1982-08-26
Also published as: GB2107460A; JPS58500216A; US4558604A; WO1982002766A1; GB2107460B; DE3103467C2

Description

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TELDIX GmbH

Postfach 10 56 03 Grenzhöfer Weg 36

6900 Heidelberg 1

Heidelberg, 30. Jan. 1981 PT-Vo/Ba E-479

Kurskreisel

Die Erfindung betrifft einen Kurskreisel, bestehend aus einem mittels einer im wesentlichen lotrechten Achse an einem Gestell gelagerten ersten Rahmen, einem zweiten Rahmen, dessen Achse in dem ersten Rahmen rechtwinklig zu der im wesentlichen lotrechten Achse gelagert ist, einem Kreiselmotor, bestehend aus Stator und Rotor, welcher so in dem zweiten Rahmen angeordnet ist, daß die Spinachse rechtwinklig auf der Achse des zweiten Rahmens steht, einer Loteinrichtung zur Horizontierung der Spinachse und einem Abgriff, zur Anzeige des Kurswinkels.

Ein derartiger Kurskreisel ist aus "Grammel - "Der Kreisel II", S. 189 ff." bekannt. Dort besteht der Kreisel aus einer Kreiselkappe, welche mit möglichst waagrechter Figurenachse und waagrechten Zapfen im Kardanring gelagert ist.

Dieser Kardanring ist wiederum mit lotrechten Zapfen drehbar in einem festen Gestell angeordnet. Um die scheinbare Drift des Kreisel zu kompensieren, sind je ein Stützmotor an der waagrechten und lotrechten Achse angeordnet. Mittels eines Lotfühlers wird der Stützmotor an der lotrechten Achse dann erregt, wenn die Figurenachse des Kreisels aus der waagrechten Lage heraustritt. Der Stützmotor an der

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• waagrechten Achse dient zum Nachdrehen des Kreisels um seine lobrechte Achse. Als Lotfühler werden am Kardanrahmen befestigte Pendel mit elektrischem Abgriff, Elektrolyt-, Dosenlibellen oder kapazitive Lotfühler verwendet.

Es ist ersichtlich, daß dieser Kreisel einen konstruktiv hohen Aufwand erfordert ,um eine hinreichend genaue Kursinformation zu erhalten. Ferner sind eine Mehrzahl von Komponenten für die Stützung und Nachführung des Kreisels, wie z.B. Lotfühler, Stellmotoren, Regelkreise erforderlich. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Kurskreisel zu schaffen, welcher kostengünstig mit wenig Bauelementen und ohne große Genauigkeitsforderungen hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Horizontierung der Spinachse mittels eines den Schwerpunkt des zweiten Rahmen unterhalb dessen Achse verlagerndes Element, welches bei einer Neigung der Spinachse gegenüber der Horizontalen ein Moment ausübt und ein die Drehung der näherungsweise lotrechten Achse und/oder der Achse des zweiten Rahmens dämpfendes Element erreicht wird.

Es^-ist zwar aus "Gyroscopes, Theory and Design", S. 84 ff. bekannt, einen sogenannten Pendelkreisel mit einer Masse auf dem inneren Rahmen zur Schwerpunktsverlagerung zu versehen, dieser Kreisel ist jedoch zur Nordrichtungsbestimmung konzipiert und hierzu ist eine möglichst geringe Lagerreibung bzw. Dämpfung erwünscht. Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Kurskreisel geht jedoch von der wechselseitigen Wirkung von Schwerpunktsverlagerung und Dämpfung der Drehbewegungen um eine oder beide Rahmenachsen aus. Eine Auslenkung der Spinachse aus der Horizontalen würde bei Vorhandensein lediglich einer Schwerpunktsverlagerung zu einer ständigen Drehbewegung um die lot-

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rechte Achse führen und eine Kursanzeige nicht ermöglichen. Mit der zusätzlichen Dämpfung erfolgt zwar bei einer Auslenkung der Spinachse aus der Horizontalen auch eine geringe Drehbewegung um die lotrechte Achse. Gleiehzeitig wird jedoch auch das Einpendeln des zweiten Rahmens in das Lot und somit eine Horizontierung der Spinachse bewirkt und damit auch die Drehbewegung um die lotrechte Achse zu Null.

Eine einfache Ausführung der Schwerpunkts Verlagerung und somit der Lotung des zweiten Rahmens wird durch die Anbringung einer Masse unterhalb dessen Achse erreicht.

Eine weitere Möglichkeit der Lotung des zweiten Rahmens besteht darin, daß z.B. auf dem ersten Rahmen ein Elektro- oder Permanentmagnet so angebracht ist, daß dessen Kraft den zweiten Rahmen rechtwinklig in Bezug zum ersten Rahmen stellt. Da der erste Rahmen im Mittel lotrecht steht und die Ausrichtung des zweiten Rahmens stark verzögert erfolgt, wird somit die Rotorachse in erster Näherung horizontal ausgerichtet.

Die Kraft eines Elektromagneten kann variabel nein und je nach Bedarf bzw. Anwendungsfall verändert werden. Insbesondere bei einer schnellen Drehbewegung des Gestelles um die lotrechte Achse bewirkt eine Verminderung oder auch Aufhebung der Kraft innerhalb der Dauer der Drehbewegung eine geringere Querbeschleunigungsabhängigkeit. Der Kreisel verhält sich dann wie ein freier Kreisel, ein Driften des Kreisels verursacht durch die Querbeschleunigung wird damit vermieden.

Die Dämpfung der Drehbewegung der Achsen wird in vorteilhafter Weise mittels im Kreisel vorhandenen Bauelementen, wie reibungsbehaftete Lager, Schleifringe o.a. bewirkt. Denkbar ist auch eine Dämpfung mittels Flüssigkeits-

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reibung.

Wird der Kurskreisel zur KursbeStimmung innerhalb kurzer Zeitspannen verwendet, so erreicht man eine relativ hohe Genauigkeit der Kursbe3timmung. Vorteilhaft ist hierbei für eine über einen längeren Zeitraum zu messende Kursrichtung die Verwendung eines weiteren Kurswertgebers. Dieser kann z.B. eine Maghetsonde sein, welche bekanntlich durch äußere Einflüsse u.U. kurzzeitige Fehlmessungen verursacht. Diese Fehlmessungen werden durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kurskreisels während den Störzeiten eliminiert und damit eine längerfristig genaue Kursanzeige ermöglicht.

Desweiteren ist auch die Verwendung des Kurskreisels bei der Kursbestimmung mittels der bekannten Stadtplanstützung sinnvoll, da hier ebenfalls in Extremfällen, z.B. Richtungswechsel auf einer geraden Straße eine fehlerhafte Kursrichtung angezeigt wird. Mittels des Kurskreisels wird während solcher innerhalb kurzer Zeitspannen erfolgenden Richtungswechseln die Kursbestiinmung übernommen bzw. korrigiert .

Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 - eine perspektivische Ansicht des Kurskreisels Fig. 2 - eine graphische Darstellung eines Einlaufs bei geneigter Spinachse.

In Fig. 1 ist ein Kurskreisel in Prinzipdarstellung gezeigt. Er besteht aus dem Kreiselmotor 1, der mit seiner Achse 3 in einem als Präzessionsrahmen 2 bezeichneten zweiten Rahmen gelagert ist. Dieser ist seinerseits mit zur Achse 3 des Kreiselmotors 1 senkrechter Achse 4 in einem als Hoch-

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rahmen 5 bezeichneten ersten Rahmen gelagert. Dieser Rahmen ist wiederum mit einer senkrecht zur Achse 4 angeordneten Hochachse 6 in einem Gestell 7 mittels den Lagern 10, 11 drehbar angeordnet. Eine an dem Präzessionsrahmen 2 angebrachte Masse 8 sorgt für eine SchwerpunktsVerlagerung dieses Rahmens unterhalb der Achse 4 bzw. das Einpendeln des Rahmens, so daß die Achse 3 des Motors 1 näherungsweise horizontal steht. Eine nicht exakte Horizontierung der Achse 3, welche z.B. durch nicht präzise ausgewuchtete Rahmen entsteht, in in gewissen Grenzen möglich, da hierdurch kein Driften des Kreisels und somit auch kein Kursfehler auftritt.

Weiterhin ist ein Abgriff 9 vorgesehen, der die Stellung der Hochachse 6 in Bezug auf das Gestell 7 mißt und einer Kursauswerteschaltung, welche hier nicht dargestellt ist, zuführt.

Anhand der Figur 2 soll die Wirkungsweise des Kurskreisels beschrieben werden. In dieser Darstellung ist die Auslenkung der Achse 3 in Bezug auf die Horizontale mit h und der Drehwinkel der Hochachse 6 mit α bezeichnet.

Wird der Präzessionsrahmen 2 bei laufendem Kreiselmotor 2 um einen Winkel Ä_Q gegenüber der Horizontalen ausgelenkt, so entsteht durch die Masse 8 ein Moment um die Achse 4· Dieses Moment wird im Regelfall zu einer Drehbewegung um die Hochachse 6 führen. Durch eine Dämpfung dieser Bewegung, welche mittels einer definierten Lagerreibung in den Lagern 10, 11 entsteht, wird die Bewegung verzögert und gleichzeitig ein Einschwingen des Präzessionsrahmens 2 bzw. der Rotorachse 3 in die Horizontale soweit erfolgen, bis das durch die Lager 10, 11 verursachte Reibmoment betragsmäßig so groß wie das durch die Masse 8 bewirkte Unwuchtmoment ist. Die noch bestehende Winkeldifferenz des Präzessionsrahmens bezüglich der Horizontalen ist mit

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Leerseite

Claims

E-479 Patentansprüche

1. Kurskreisel, bestehend aus einem mittels einer im wesentlichen lotrechten Achse an einem Gestell gelagerten ersten Rahmen, einem zweiten Rahmen, dessen Achse in dem ersten Rahmen rechtwinklig zu der näherungsweise lotrechten Achse gelagert ist, einem Kreiselmotor, bestehend aus Stator und Rotor, welcher so in dem zweiten Rahmen angeordnet ist, daß die Rotorachse rechtwinklig auf der Achse des zweiten Rahmens steht, einer Loteinrichtung zur Horizontierung der Spinachse und einem Abgriff, zur Anzeige des Kurswinkels, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schwerpunkt des zweiten Rahmens unterhalb dessen Achse verlagerndes Element Lind desweiteren ein die Drehung der näherungsweise lotrechten Achse und/οder der Achse des zweiten Rahmens dämpfendes Element vorgesehen und derart aufeinander abgestimmt sind, daß dadurch, die Horizontie— rung der Spinachse erreicht wird.

2. Kurskreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schwerpunkt des zweiten Rahmens unterhalb dessen Achse verlagerndes Elemexit eine an diesem Rahmen angebrachte Masse ist.

3. Kurskreisel'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektro- oder Permanentmagnet auf einem der Rahmen angeordnet ist und dessen Kraft so auf den Präzessionsrahmen wirkt, daß dieser im Mittel eine Stellung einnimmt, in welcher die Spinachse horizontal steht.

4. Kurskreisel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein die Drehrate der näherungsweise lotrechten Achse sensierendes Element vorhanden ist und dieses bei Überschreiten einer definierten Drehrate ein Sig-

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nal abgibt, welches eine Verringerung der Erregung des Elektromagneten bewirkt.

5. Kurskreisel nach Anspruch 1, 2 und 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dämpfende Element mindestens ein mit einer definierten Reibung behaftetes Lager und/oder Schleifring einer Achse ist.

6. Kurskreisel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Messung einer Kursänderung innerhalb kurzer Zeitspannen.

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