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Geschwindigkeitsmesser für Luft- und Wasserfahrzeuge nach dem Beschleunigungsprinzip.
Man hat versucht, Geschwindigkeitsmesser für Luft- und Wasserfahrzeuge nach dein
Beschleunigungsprinzip zii schaffen, d. h. Geschwindigkeitsu@esser, bei denen die
Lage des die Geschwindigkeit anzeigenden Teiles durch die algebraische Summe sämtlicher
vorhergehenden Beschleunigungen und Verzögerungen bestimmt wird, je vervielfältigt
mit den Zeiten, während welcher sie gehei#rscht haben.
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Bei. den bekannten Vorrichtungen dieser Art sollten die Beschleunigungen
oder Verzögerungen durch Pendel gemessen werden. Alle diese Z'ersuclie mußten aus
folgenden Gründen scheitern: Bei Seeschiffen ist die Anwendung eines Pendels für
den beabsichtigten Zweck unhaltbar, da die Pendelausschläge bei den verhältnismäßig
geringen Geschwindigkeitsänderungen äußerst klein sind und nur mittels eines
sehr sorgfältig .hergestellten Gerätes aufgezeichnet ,.erden können. Diese Ausschläge
machen aber nur einen Bruchteil derjenigen Ausschläge aus; welche durch die Geschwindigkeitsänderungen
infolge des Schlingerns und - des Stampfens des Schiffes bedingt werden, so daß
jene kleinen Ausschläge völlig in den großen auftretenden Reibungen infolge der
zuletzt erwähnten großen Ausschläge aufgezehrt werden.
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Die störenden Bewegungen des Fahrzeuges haben gegenüber den durch
die Fahrtgeschwindigkeit sänderungen verursachten Bewegungen eine verhältnismäßig
sehr kurze Dauer. Der geschilderte Nachteil würde daher schließlich durch Anwendung
eines Pendels vermeidbar sein, dessen Schwingungszeit diejenige des Fahrzeuges wesentlieli
übertrifft; hierdurch käme man jedoch zu Pendeln, die unausführbar lang sind oder
aus anderen Gründen nicht in Frage kommen.
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Den störenden Einfiuß der Pendelbewegungen des Fahrzeuges kann man
nun dadurch vermeiden, daß man die Geschwindigkeitsäiiderung dem Ausschlage der
Drehungsebene eines Gyroskopes entnimmt, welches in einer gewissen achsialeit Entfernung
von seinem Schwerpunkte finit dein Fahrzeuge gekuppelt ist. Das Crrvroskop hat für
den beabsichtigten Zweck den Vorteil, claß selbst recht erliebliche Beschleunigungen
oder Verzögerungen, die aus dem Schlingern und Stampfen des Schiffes herrühren,
keinen merklichen Ausschlag verursachen, da schon, bevor die Gyroskopachse infolge
einer derartigen Geschwindigkeitsänderung einen meßbaren Ausschlag= erfährt, wieder
eine entgegengesetzt gerichtete Geschwindigkeitsänderung eintritt. Auch erfolgen.
die durch die Geschwindigkeitsänderungen des. Fahrzeuges - hervorgerufenen Ausschläge
finit so großer Kraft, daß sämtliche Reibungswiderstände mit. Sicherheit überwunden
werden.
Die Anwendung eines Pendels bedingt naturgemäß (las Vorhandensein
einer unveränderlichen wagerechten Meßebene, in bezog auf welche die Pendelausschläge
bestimmt werden sollen. Bekanntlich ist nun eine derartige Meßebene an Bord von
Schiffen praktisch überhaupt nicht zu erzielen; an diesem Vmstande scheitert daher
hierfür jeder bekannte, nach denn Beschleunigungsprinzip arbeitende Pendelapparat.
` Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eineu nach iletn Besclileunigungspr
inzip arbeitenden Geschwincligkeitsmesser, bei welchem von den ganz wesentlichen
Vorteilen des Kreisels Gehrauch Leinacht wird; die Notwendigkeit des Vorhandenseins
eileer unveränderlichen wagerechten Meßebene wird hierbei aber vollständig dadurch
vermieden, claß inan nicht eineu einzigen Kreisel, sondern zwei in entgegengesetzten
Richtungen sich drehende gleiche Gyroskope verwendet, die derart aufgehängt sind,
<las ihre Achsen in der Ruhelage des Gerätes parallel zueinander laufen. Es ist
klar, daß in diesem Falle eine bestimmte Geschwindigkeitsänderung (Beschleunigung
oder Verzögerung) die beiden Kreiselachsen immer in entgegengesetzten Richtungen
und über deiche Winkel ausschlagen läßt, wodurch der eine Kreisel als Meßebene für
den anderen dient. Als weiterer «Vorteil ist noch der Unistand zu betrachten, (laß
die durgli eine Geschwindigkeitsänderung hervorgerufene Abweichung <res Gerätes
aus der Nullage doppelt so groß ist wie bei .'Anwendung- eines einzigen Kreisels.
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Eine beispielsweise Ausfiihrungsforin der l:rfitidung veranschaulichen
die 7_eichlitntgen, die in heg. i eine Seitenatlsicht, teilweise in, schnitt, und
in Fig. 2 'eine :Einzel= geit geben.
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Der-eigentliche Geschwiiidigkeitsuiesser ist auf einem Tische 5 i
angeordnet, welcher die Rose eines bekannten gyroskopischen Kompasses (z. B. nach
Art des Anschütz-Knrnpasses) bildet, also auf einem Schwimmer 52 gelagert ist, der.
wiederum in einem Behälter 53 in Quecksilber schivininit, wobei der Tisch durch
drei an ihm befestigte Gyrostrope 54 in wagerechter; unveränderlicher Richtung gehalten
wird. Die Gyrostrope 5.4 sind -.drehbar uin wagerechte Achsen, die untereinander
Winkel von t2o° bilden. Der Schwimmer ist leicht (,rehbar auf einer Spitze 55 gelagert.
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Im Tisch 51 sind zwei einander gegenüberliegende Aussparungen
zur Aufnahme je eine Ringes 56 bzw. 57 vorgesehen, die an der Nord-Süd-Riclitung
nach verlaufenden Zapfen 56,7 bz«-. 57« aufgehängt sind. 1°n jedem dieser Ringe
hängt an in der Ost-West-Richtung verlaufenden "Zapfen 5811 bzw. 5q°. ein wagerechtes
Gyroshop 58 bzw: 59; diese Gyroskope drehen sich in einander entgegengesetzten Richtungen.
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Mit jedem der Ringe 5<, 57 ist ein Bügel 561' bzw.'57z - mit einer
in der Achse des betreffenden - Gyroskopes ' liegenden Stange 56' bz«-. 57'` fest
verbunden. Auf diesen Stangen sind Arme 6o bzw. 6>:, die sich ausschließlich geradlinig
in -der Ost-West-Richtung parallel zum Tische 51. bewegen können:
Zu diesem Zweck ist das [#--nile des Arilies 6o an einem Wagen Goa (Fig. 2) artgelenkt.
Dieser Wagen liegt mit. zwei uni feste Wellen drehbaren Rollen 6ov an einer Seite
der Stange 56'' an und wird mit unter der Wirktnig einer 'Leder 6o11 stehenden [Zolle
6o" innrer gegen die gegeiiüherlie,#ende Seite der Stange 56'' gedrückt.
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. Die Nrerllindung dein Arme (t, und der Stange 57'' entspricht derjenigen
zwischen dein Arm 6o und der Stange 56c.
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nie Arine 6o, 6 sind derart mit Reibungsscheiken 62 bzw. 63 gekuppelt,
daß diese Scheiben (teil Verschiebungen- ihres Armes folgen müssen. sich aber frei
um ihre Achse drehen können. Die Scheiben 62,6.3 wirken gegebenenfalls unter
:1#ederdruck auf drehbar gelagerte Kegel 64 -bzw.- 65, deren Achsen zu dehn .Tisch
51 tintcr einem Wilikel gleich dein halben I#',egelspitzen@vinkel angeordnet sind.
Die Kegel 64.' bzw. 65 werden durch Zahnräder finit gleicher und gleicliförulfger
Gesehwindigkeit von einem Zahnrad 66 angetrieben, das auf der 1Velle eines rieeigneten
'.\fotörs, z. B. einer Uhr. angeordnet ist.
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Die Scheiben 62, 63 sitzen fest auf Achsen 62a bzw. 6311, welche an
ihren Enden Räder 67 Atz«-. 08 eines Differentialgetriebes tragen: die 1'lanetenrädei-
69, 70 des Diferentialetriehes sind in einem Bügel 7 1 gelagert, auf welchem
der Zeiger 72- des Geschwindigkeitsmessers befestigt ist. Dieser Zeiger "bewegt
sich an einer Seite einer Teilscheibe 73.
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Die Vorrichtung ist derart eingerichtet, daß, wenn sich die Scheiben,
62, 63 in gleichen Entferutitigen von den Spitzen ihrer Kegel befinden, die Differentialräder
67, 68 mit gleicher Geschwhidigkeit in einander - entgegengesetzter Richturig umlaufen,
so daß der Zeiger 72 stillsteht.
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Angenommen, das Fahrzeug, auf dein (las beschriebene Gerät aufgestellt
ist. bewege sich finit: gleichförmiger Geschwindigkeit in der I Tord-Süd-Richtiln-
t- Dann hängen die-bei--den Gvroskope 58, 5c@ senkrecht herunter. und (leg Zeiger
72 stellt still. Sobald eine Beschleunigung oder Verzögerung eintritt, wird eine
kraft erzeugt, welche bestrebt ist, die Achsen der Gvroskope durch die Zapfen 56n
bzIr. 57rt aus der senkrechten Richtung abzulenken. Bekanntlich hat dies zur Folge,
daß
die Gyroskope in einer rechtwinklig zu dieser Kraft stehenden
Richtung ausweichen, d. h. ihre Achsen schlagen. in der durch die Zapfen 58" baw.
59° gehenden senkrechten Ebene über gleiche Winkel aus, und zwar je nach der Drehrichtung
des Gyroskaps nach rechts oder nach links: dieser Ausschlag ist unter dem Namen
»'f'räzessioii« bekannt. Da sich die beiden Gyroskope in zueinander entgegengesetzten
Richtungen drehen, sind auch .die Ausschläge der Stangen 56'', 5;' unter
sich entgegengesetzt gerichtet. Hierdurch «-erden die Arme 6o hzw. 61 und damit
die Reibungsscheiben 62 und 63 auf den Kegeln 64. bzw.65 verschoben.
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Durch ,die beschriebene Anordnung der Geschwindigkeitswechselgetriebe
6?, 64 und 63, 65 wird demnach flie Umdrehungsgeschwinddigkeit des Rades 67 erliölit,
diejenige des Rades 68 dagegen erniedrigt (oder unrgel:ehrt ). Infolgedessen
bewegt sich.- der Zeiger 72 in der einen oder der arideren Richtung. Dieser
Zeigerausschlag, der offenbar eine Funktion der Geschwindigkeitsänderung und der
Dauer dieser Änderung ist, liefert daher einen Maistal> für die Geschwindigkeit.
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Es ist klar, daß die Scheibe 62 immer eine lineare Lageänderung erfährt,
welche in unmittelbarem Verhältnis zti <leg Tangente des Ausschlagwin.kels der
Kreiselachse steht. Da die Beschleunigung dieser Winkelfunktion proportioilal ist,
so » st auch die Verschiebung der Scheibe 62 auf dein Kegel 64 der Beschleunigung
selbst proportional.
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Es ist einleuchtend, daß eine etwaige Answeichung des Tisches 51 aus
seiner wagerechten -Lage keinen störenden Einfluß ätif die Genauigkeit des Geräts
hat: eine Schwingung des Tisches film eine den Zapfen 56"# 57° parallele Achse hat
zwar eine Verschiebung der Scheiben 62, 63 in bezug auf ihre Kegel zur Folge: weil
diese Verschiebungen aber gleichgerichtet sind, bewirken sie keine Bewegung des
Zeigers 72, während eine Schwingung des Tisches 51 11111 eine den Zapfen
58", 59° parallele Achse auch bei Anwendung eines einzigen (<reisels keinerlei
Bewegung der Scheiben 62, 63 in bezug auf ihre Kegel verursacht. Es kann daher die
Geschwindigkeitsniessting ohne.wagerechte Meßebene finit unbedingter Genauigkeit
vorgenommen werden.
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Wie aus der Schilderung hervorgeht, verzeichnet das beschriebene Gerät
nur die Geschwindigkeit in der Nord-Süd-Richtung; um den zui-iicl:gelegten Weg in
derselben Riehtung zu bestimmen, kann mau gine*i zweiten Zeitintegrator anwenden.
Selbstverständlich aber muß man den zurückgelegten Web auch in der Ost-West-Richtung
messen, damit man immer die geographische Lage des Fahrzeuges bestimmen kann. Beide
Größen kann inan durch Anwendung eines einzigen Doppelkreiselsystems und zweier
mit diesem gekuppelter -Meßsysteme messen.
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Wenn man' den Geschwindigkeitsmesser drehbar zu-in, Tische 5 T anordnet,
kann man die Vorrichtung in jedem gewünschten Kurse wirken lassen.