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Horizontiereinrichtung für einen Kurskreisel
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Die Erfindung betrifft eine Horizontiereinrichtung für einen Kurskreisel,
enthaltend ein drehbar gelagertes Pendel und eine Abgriffeinrichtung zur Erzeugung
eines von der Verdrehung des ersten Rahmens an die zweite Achse gegenüber der Pendel
einrichtung abhängigen Signals und einen auf den zweiten Rahmen einwirkenden Momentengeber,
dem das Signal zwecks Horizontierung der Spinachse zugeführt wird.
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Eine solche Horizontiereinrichtung ist in der britischen Patentschrift
997 469 beschrieben. Diese weist einer induktiven Abgriff auf, wobei das Erregerfel
d durch einen an dem Pendel angebrachten Rückschluß entsprechend der Pendel stellung
in die Abgriffspule eingekoppelt wird. Das Signal der Abgriffspule dient zum Erzeugen
eines Drehmomentes, so daß der innere Rahmen in die Horizontallage nachgeführt
wird.
Ein Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß Störfelder, die nicht völlig
auszuschließen sind, von der Abgriffspule erfaßt werden und entsprechende Fehlersignale
erzeugen. Weiterhin ist aus der DE-OS 2026993 ein Trägheitspendel bekannt. Dieses
Pendel dient ebenfalls zum Anzeigen der Vertikalrichtung. Ein reibungsarm gelagertes
Unwuchtrad hat an seinem äußeren Umfang eine Blende, die gleichzeitig ein Gewicht
darstellt und damit die Vertikalrichtung markiert. Diese Blende unterbri'cht in
der vertikal en Stellung einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle auf einen
optischen Sensor geworfen wird. Bei einer Schräglage des gesamten Systems wird der
Sensor von dem Lichtstrahl erfaßt und gibt ein entsprechendes Signal ab.
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Um ein Pendeln des Unwuchtrades wirksam zu bedämpfen, ist ein konzentrisches
Rohr auf dem Rad angebracht, das eine Querschnittsverengung aufweist und mit einer
Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist. Mit diesem Trägheitspendel ist lediglich eine
Auslenkung, nicht aber die bei einem Kurskreisel notwendige Information der Richtung
der Auslenkung zu gewinnen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hori zonti erei
nri chtung für einen Kurskrei sel zu schaffen, die eine genaue Sensierung der Abweichung
der ersten- bzw.
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Spinachse von der Horizontalen ermöglicht und störungsunempfindlich
ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Pendel am ersten Rahmen
exzentrisch zur zweiten Achse derart gelagert ist, daß seine Drehachse bei horizontierter
Spinachse in der Vertikal ebene durch die zweite Achse liegt und daß die Abgriffeinrichtung
auf dem zweiten Rahmen angeordnet ist.
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Durch die exzentrische Lagerung des Pendels, beispielsweise an einem
Aufhängepunkt der oberhalb der zweiten Achse liegt, erhält man eine sehr platzsparende
Lösung, zumal zusätzliche Pendelgewichte entfallen. Die Abgriffvorrichtung, die
mehrere Signalleitungen und Stromversorgungsleitungen benötigt, braucht nicht mehr
wie allgemein üblich auf den ersten Rahmen angeordnet bzw. selbst als Pendel ausgebildet
werden, wozu mehrere Schleifkontakte erforderlich waren, sondern kann starr mit
dem zweiten Rahmen verbunden sein, so daß auch aufgrund der geringeren Anzahl von
elektrischen Verbindungspunkten eine geringere Störanfälligkeit erreicht wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Abgriffeinrichtung ein
Differentialabgriff vorgesehen. Damit ist gewährleistet, daß die Nullpunkteinstellung
sich nicht verändert. In Verbindung mit optischen Sendern und Sensoren ist hier
in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Einrichtung geschaffen, wobei
die Signale der Sensoren über Ansteuerschal tungen und Vomentengeber eine Horizontierung
der ersten Achse bewirken.
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Um eine definierte Ausleuchtung der Sensoren zu gewährleisten, ist
in einer weitern Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, eine Blende zwischen Lichtquellen
und Sensoren anzuordnen und auf dem ersten Rahmen zu befestigen derart, daß über
den gesamten Schwenkbereich des ersten Rahmens um die zweite Achse eine konstante
Öffnungsbreite gewährleistet ist. Hierzu sind in der Blende konzentrische Schlitze
eingearbeitet. Diese Schlitze werden in der Normalstellung, d. h. bei Horizontierung
der ersten Achse gleichmäßig überdeckt, so daß jeder der in Differenzschaltung verknüpften
Sensoren die gleiche Lichtmenge erhält.
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Es ist in einer alternativen Ausgestaltung auch vorgesehen, das Pendel
mit den Schlitzen zu verrehen und die Blende als kreisrunde Scheibe auszubilden.
Hierbei sind in der Normalstellung die Sensoren jedoch nicht überdeckt, sondern
erhalten durch die Schlitze die mehr oder weniger volle Lichtmenge.
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Weiterbildungsgemäß ist vorgeschlagen, zur Dämpfung der Pendel schwingungen
eine Dämpfung mittels eines Dämpfungsmittels, beispielsweise Silikonöl vorzusehen.
Hierzu ist das Pendel an seinem Aufhängungspunkt mit einer Welle versehen.
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Diese Welle trägt ein im Durchmesser etwas grösseres zylinderförmiges
Teil, über oder in welches ein ebenfalls zylinderförmiger Körper eingreift und zwischen
diesen Teilen ein radialer Luftspalt gebildet wird. Der zylinderförmige Körper ist
an dem zweiten Rahmen befestigt und damit gegenüber der zelle starr. Durch das Schwingen
des Pendels entsteht somit eine Relativbewegung zwischen den im Luftspalt sich gegenüberliegenden
Teilen. Bringt man in den Luftspalt etwas Dl oder ein anderes geeignetes Dämpfungsmittel,
dann wird eine wirksame Bedämpfung der Schwingungen erreicht. Aufgrund der Kapillarwirkung
des Öls bleibt dieses, trotz beidseitiger Öffnung des Luftspaltes, innerhalb desselben.
Zur zusätzlichen Sicherung wird weiterbildungsgemäß vorgesch'agen, innerhalb des
Luftspaltes auf wenigstens einem der Teile eine Nut vorzusehen. Ferner kann auch
ein Antikriechmittel an den Stellen aufgetragen werden, die vom Öl nicht benetzt
werden dürfen. Beispielsweise wird bei einem Luftspalt von ca. 0,3 mm und einer
Viskositit des Öls von 0,005 m2/s eine wirksame Dämpfung des Pendels erreicht.
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Die Dämpfungseinrichtung findet natürlich nicht nur in Hori zonti
erei nri chtungen für Kurskreisel Verwendung, sondern kann überall dort auch eingesetzt
werden, wo mit einfachen
Mitteln eine Dämpfung von Schwingungen
zwischen zwei relativ zueinander beweglich angeordneten Teilen benötigt wird, beispielsweise
zur Dämpfung der Zeigerbewegung in Meßinstrumenten.
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Nachfolgend wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Kurskreis-els Fig.
2 einen Schnitt durch das Dämpfungselement.
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In Fig. 1 ist ein Kurskreisel in Prinzipdarstellung gezeigt.
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Er besteht aus dem Kreiselmotor 1, der mit seiner Spinachse 3 in einem
als Präzessionsrahmen 2 bezeichneten ersten Rahmen gelagert ist. Dieser ist seinerseits
mit, zur Spinachse 3 des Kreiselmotors 1 senkrechter Achse 4 in einem als Hochrahmen
5 bezeichneten zweiten Rahmen gelagert.
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Dieser Rahmen ist wiederum mit einer senkrecht zur Achse 4 angeordneten
Hochachse 6 in einem Gestell 7 mittels den Lagern 10, 11 drehbar angeordnet.
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Zur Anzeige der Kursrichtung ist ein Abgriff 9 vorgesehen der die
Stellung der Hochachse 6 in Bezug auf das Gestell 7 mißt und einer Kursauswerteschaltung,
die hier nicht dargestellt ist, zuführt. Zur k-orrekten Anzeige des Kurses ist es
notwendig, die Spinachse 3 des Kreiselmotors 1 in einer horizontalen Lage zu halten.
Bei Abweichungen aus dieser Lage gibt ein Momentengeber 21 der z. B. im Bereich
des Lagers 11 angeordnet ist ein Moment auf die Achse 6 derart, daß die Spinachse
3 horizontiert wird. Zur Sensierung der Lage der Spinachse ist eine Pendeleinrichtung
12 vorgesehen.
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Die Pendeleinrichtung 12 besteht aus einer zur Achse 4 konzentrisch
angeordneten Blende 13, diese weist über je einen Teilumfang ebenfalls konzentrische
Schlitze 14? 15 auf und ist an dem Rahmen 2 befestigt. Die Länge der Schlitze ist
so gewählt, daß bei der max. zulässigen Schräglage der Spinachse von beispielsweise
60° noch eine Sensierung der Stellung möglich ist. Auf dieser Blende ist mit einer
Welle 16 eih Pendel 17 drehbar gelagert. Dieses Pendel 17 ist ebenfalls zur Achse
4 konzentrisch und überdeckt bei horizontierter Spinachse 3 die Schlitze 14, 15
gleichmäßig. Auf einem Bügel 18, der um die Blende greift, sind im Bereich der Schlitze
14, 15 Lichtschranken 19, 20 angeordnet, wobei die Lichtquellen beispielsweise auf
der sichtbaren Seite befestigt sind und die Sensoren sich hinter der Blende 13 befinden,
Die Lichtschranken dienen als optische Abgriff einrichtung und sind in Differenzschaltung
gekoppelt. Das Differenzsignal wird über eine hier nicht dargestellte Schaltungseinrichtung
dem Momentengeber 21 zugeführt zur Nachstellun-g der Lage der Spinachse 3. Es ist
ersichtlich, daß nur bei einer Auslenkung der Spinachse aus der horizontalen Lage
ein Differenzsignal erzeugt wird, das je nach Auslenkungsrichtung negativ sonder
positiv ist und somit in einfacher Weise als Korrektursignal zur Verfügung steht.
Zur Vermeidung von Korrektursignalen, die durch ein Vibrieren oder Schwingen des
Pendels hervorgerufen werden können, besitzt das Pendel an der Welle 16 eine Dämpfungseinrichtung.
Diese ist in Fig. 2 in starker Vergrößerung dargestellt. An Blende 13, die tier
nur teilweise dargestellt ist, ist ein Flansch 22 angebracht. Dieser Flansch trägt
an den axialen Enden zwei Kugellager 23, 24.
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In diese Lager ist die Welle 16, an welcher das Pendel 17 befestigt
ist, eingeschoben und mit einer Hülse 25 und einer Mutter 26 qesichert. Die Hülse
25 besitzt weiterhin einen
topfförmigen Ansatz 27, der über den
Flansch 22 reicht, wobei zwischen Flansch und Hülse ein geringer Luftspalt gebildet
wird. In diesen Luftspalt ist eine geringe Menge Silikonöl 29 eingebracht, das sich
im unteren Bereich des Luftspaltes sammelt und die sich gegenüberliegenden Flachen
des Ansatzes 27 von Hülse 25 und Flansch 22 benetzt. Zur besseren Konzentrierung
des Öls ist auf dem Flansch 22 ein Einstich 28 vorgesehen, ferner sind die Segrenzungsfl
achen des Luftspaltes mit einem Antikriechmittel versehen, um eine Veränderung der
Dämpfungseinqenschaften zu verhindern.