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Vorrichtung zur Bestimmung der Lotlinie auf bewegten Körpern. Es ist
häufig von Bedeutung, auf bewegten Körpern, besonders auf Schiffen, den Winkel zu
messen, welchen die Körper jeweils gegen die Lotlinie einnehmen. Das einfache Pendel
ist hierfür nicht geeignet, da es durch die auftretenden Beschleunigungsdrücke in
Schwingungen versetzt wird. Je größer die Eigenschwingungszeit des Pendels ist,
desto ruhiger wird es bleiben. Als Idealfall ist anzustteben, daß alle Beschleunigungsdrücke
während einer einzigen Pendelschwingung sich gegenseitig aufheben. Die erforderliche
lange Schwingungszeit des Pendels erreicht man am besten durch Einbau eines oder
mehrerer Kreisel in dasselbe. Derartige- Anordnungen sind bereits bekannt, sie sollen
im nachstehenden als »Kreiselpendel« bezeichnet werden.
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Das Wesentliche eines Kreiselpendels besteht aus der Verbindung eines
Pendels, das in einer Ebene schwingen -kann, mit einem Kreisel, dessen Achse in
der Normallage zwar senkrecht steht, jedoch senkrecht zur Pendelebene schwingen
kann. Die vorliegende Erfindung .bezweckt nun, zur Bestimmung der Lotlinie die Schwingungen
eines solchen Kreiselpendels zu dämpfen, ohne daß hierdurch die Reibung der Aufhängung
des Pendels erhöht wird. - Eine erhöhte Reibung an dieser Stelle würde nämlich bei
Bewegungen des Trägers Rückwirkungen auf das Pendel ausüben. Nach der Erfindung
werden durch ein Hilfspendel, dessen Schwingungsebene senkrecht zu derjenigen des
Kreiselpendels verläuft, je nach der Winkelstellung des Kreisels in der zur Pendelebene
senkrechten Ebene äußere Kräfte eingeschaltet; die ein die Dämpfung des Kreiselpendels
herbeiführendes Drehmoment in der Pendelebene zur Wirkung -bringen.
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Es ist schon früher, beispielsweise in den Patentschriften z87zo4
und 236zoo vorgeschlagen worden, Veränderungen der Winkelstellung- einer Kreiselachse
zur Auslösung äußere Drehmomente zu verwenden. Beide Vorschläge bezwecken jedoch
nicht, wie die vorstehende Erfindung, die Bestimmung der Lotlinie. Infolgedessen
ist die Kreiselanordnung auch bei der neuen Erfindung vollkommen anders aufgebaut,
wie sich aus folgender Betrachtung ergibt: -Nach der Erfindung ist ein Pendel angeordnet,
in das ein Kreisel eingebaut ist, der seinerseits in der zu der Pendelebene senkrechten
Ebene Winkelausschläge machen kann. In die Ruhelage, d. h. in die Läge mit senkrechter
Kreiselach%e, wird der Kreisel durch äußere Kräfte (am einfachsten durch die Schwerkraft)
zurückgeführt, wenn der Kreisel stillsteht. Läuft der Kreisel, so beschreibt, seine
Achse einen Präzisionskegel um seine Gleichgewichtslage, wenn diese gestört wurde.
Dabei ist stets der Ausschlag in der einen Ebene proportional der Präzessionsgeschwindigkeit
in der dazu senkrechten Ebene. Weiter ist dann der als Hilfspendel bezeichnete Körper
vorgesehen, der unabhängig vom Kreiselpendel seine Winkelbewegungen ausführen kann
und - ebenfalls durch irgendwelche äußeren Kräfte; am einfachstendurch
die
Schwerkraft, in seiner Ruhelage, -am besten in der Lotlinie, gehalten wird.
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Der Unterschied der Winkelstellung zwischen dem Hilfspendel und der
Kreiselachse setzt das Drehmoment um die Drehzapfen des Hauptpendels in Tätigkeit.
Bei nicht laufendem Kreisel soll nun die Einstellung des Hilfspendels gegenüber
dem* Kreisel in der zum Hauptpendel senkrechten Ebene durch die einstehlende Kraft,
z. B. die Schwerkraft, so. erfolgen, daß kein Drehmoment um die Achse des Hauptpendels
zur Wirkung kommt. Läuft aber der Kreisel, so wird der Unterschied in der Winkelstellung
zwischen Hilfspendel und Kreiselachse nach den Kreiselgesetzen direkt proportional
der Geschwindigkeit, mit der das Hauptpendel im Raume schwingt; damit ist aber die
Möglichkeit gegeben, ein am besten ebenfalls dem Ausschlagwinkel und damit der Geschwindigkeit
des Hauptpendels proportionales Drehmoment um die Aufhängezapfen -des Hauptpendels
zur Geltung zu bringen, das der Schwingungsbewegung entgegengerichtet ist und so
die Schwingungen dämpft. Hat also das Hauptpendel einen äußeren Anstoß erhalten,
so wird seine Bewegung durch die beschriebene Anordnung in verhältnismäßig kurzer
Zeit wieder zur Ruhe gebracht.- Es hängt von der Stärke der zur Wirkung gebrachten
Drehmomente ab, ob periodische oder aperiodische Einstellung erfolgt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. r ein Kreiselpendel imDurchschnitt nach Linie x
der Fig. 3, Fig. 2 die Seitenansicht. desselben, Fig. 3 die Draufsicht, und Fig.
q. stellt schematisch den Stromverlauf dar.
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Um die Zapfen a, al drehbar gelagert ist der Ring A, der seinerseits
in den Zapfen b, b1 (Fig. 2) drehbar den Rahmen B trägt, mit diesem
Rahmen B sind die Lager des Kreisels G starr verbunden, der durch den Elektromotor
D angetrieben wird. Da der Schwerpunkt sämtlicher Teile unter der Verbindungslinie
a, a1 liegt, stellen die Teile 'A, B, C, D ein Kreiselpenfllel der oben erwähnten
Art dar. Der Rahmen B trägt ferner mittels der Zapfen e, e1 einen Bügel mit Gewicht
E, der als Hilfspendel bezeichnet werden soll, da er wie ein gewöhnliches Pendel
um die Zapfen e, e1 schwingen kann. Ferner befinden sich am untern Ende des Rahmens
B Kontaktknöpfe F, auf denen zwei am Hilfspendel E befestigte Kontaktfedern f schleifen.
Sobald das Pendel B ausschlägt, schickt es in den Motor G einen Strom, dessen Stärke
und Richtung, je nach der Größe und Richtung der Verschiebung der beiden Pendel
zueinander, verschieden ist, Der Motor G übt ein Drehmoment um die Zapfen
ä, ci,, aus, dessen Richtung so gewählt ist, daß die dadurch entstehende
Präzessionsbewegung des Kreisels dessen Achse in der Pendelebene wieder in die Senkrechte
zurückführt.
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Da die Schwingungsebene des Hilfspendels senkrecht zu der des Kreiselpendels
liegt, wird das Hilfspendel von den Schwingungen des Kreiselpendels nicht beeinflußt.
Zwar erfährt es durch die senkrecht zur Schwingungsebene des Kreiselpendels erfolgenden
Schwingungen des Schiffskörpers Beschleunigungsdrücke in seinen Lagern und kann
daher senkrecht zur Ebene des Kreiselpendels in Schwingungen geraten. Da diese Schwingungen
aber sehr schnell erfolgen, hebt sich ihre Wirkung auf das Kreiselpendel wieder
auf. Die Ausschläge des Kreisels können daher mittels des Hilfspendels #E gemessen
werden.
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Wie aus Fig.4 ersichtlich, ist die Schaltung so getroffen, daß die
eine Bürste des Motors G mit dem neutralen Punkt eines zwischen die Außenleiter
dauernd eingeschalteten Widerstandes I und die andere Bürste mit den Federn f verbunden
ist. Die Kontakte F der einen Seite sind mit -i-, die der andern Seite mit - verbunden.
Die Feldwicklung des Motors G wird unmittelbar aus der Leitung erregt.
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Die Wirkungsweise beruht darauf, daß beim. Eintritt von Winkeländerungen
der Kreiselachse gegen die Mittellage des Hilfspendels ein Drehmoment auf die Zapfen
des Kreiselpendels a, a1 zur Wirkung gebracht wird. Dabei ist als idealer
Fall anzusehen, daß Proportionalität zwischen dem Ausschlagwinkel der Kreiselachse
zur Lotlinie um die Zapfen b, b1 und dem eingeschalteten Drehmoment besteht.
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Es hängt von der gefordefteri Genauigkeit ab, wie weit man sich diesem:
Idealfall nähert. In der Praxis wird es häufig genügen, daß das Hilfspendel auf
jeder Seite nur einen Kontakt schließt und dadurch ein genügend starkes Drehmoment
zur Rückstellung des Kreisels ausgelöst. wird: Ebensogut wie elektrische Kräfte
könnten auch andere äußere Kräfte durch das Hilfspendel ausgelöst werden. Das Pendel
könnte z. B. Luftstrahlen drosseln oder öffnen, deren Aktion oder Reaktion die richtigen
Drehmomente hervorbringt. Ferner könnten magnetische Kräfte oder. elektrische Wirbelströme
zur Ausübung des Drehmomentes verwandt werden.
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Es ergibt sich aus der Konstruktion, daß durch die .vorliegende Anordnung
die Lotlinie in nur einer Ebene gemessen wird; nämlich um die Zapfen a, a1. Wünscht
man die Richtung der Lotlinie.auch mit Bezüg auf die
um go° verdrehte
Ebene zu erhalten, so ist eine zweite gleiche Vorrichtung um go° versetzt aufzustellen.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, an den Zapfen a, a1 einen
gewissen Betrag von Arbeit abzunehmen, der z. B: zum Betätigen von Regelungsorganen
verwendet werden kann, ohne daß hierdurch die Ruhe des Hauptpendels wesentlich gestört
wird. Denn sobald infolge der Arbeitsleistung um die Zapfen a, a1 der Kreisel
um die Zapfen b, b1 einen Ausschlag macht, wird von dem Hilfspendel E ein
äußeres Drehmoment eingeschaltet, das dem um die Zapfen a, al wirkenden Arbeitsmoment
.entgegenwirkt und so den Hauptanteil der entnommenen Arbeit liefert und den Kreisel
hiervon entlastet. Es kann in einem solchen Falle das Kreiselpendel zu einem verhältnismäßig
kleinen Apparat werden, während z. B. ein von ihm gesteuerter Motor große Leistungen
-haben kann. In einem solchen Falle wird die vorliegende Erfindung zu einem Regler,
der einen Motor steuert und die Ungleichheiten des Motorganges durch sein Stabilitätsmoment
größtenteils ausgleicht. Eine solche Anordnung würde ebenfalls in den Rahmen der
Erfindung fallen. . .