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Kreiselapparat. Vorliegende Erfindung bezweckt die Verbesserung von
Kreiselapparaten mit im allgemeinen senkrechter Kreiselachse, wie sie z. B. auf
beweglichen Unterlagen zur Messung der Lotlinie, zum Auslösen äußerer Kräfte für
die Stabilisierung bestimmter Gegenstände oder für ähnliche Zwecke gebraucht werden.
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Nach der Erfindung werden solche Körper oder Apparatteile, welche
die Stellung der Kreiselachse beeinflussen können, dauernd um die Achse des mit
drei Freiheitsgraden ausgestatteten Kreisels oder um eine ihr parallele Achse gedreht.
Dadurch werden viele Fehler des Kreiselapparates entweder vollständig ausgeschaltet
oder auf Bruchteile vermindert. Die Drehung erfolgt - und das ist ein wesentliches
Merkmal der Erfindung - bedeutend schneller als die - Präzessionsbewegung der Kreiselachse
und, falls Störungen von kurzer Zeitdauer beseitigt werden sollen, so schnell, daß
mindestens eine volle Umdrehung während der Störungsdauer gemacht wird. Im übrigen
kann die Geschwindigkeit der Drehung beliebig gewählt werden.
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Greift z: B. die Schwerkraft an Apparatteilen an, bei denen durch
eine Verschiebung des Schwerpunktes ein Fehler des Kreiselapparates hervorgerufen
werden kann, so ist es möglich, durch die in der Erfindung angegebene Zusatzdrehung
diesen Fehler zu beseitigen. Denn der resultierende mittlere Schwerpunkt wird dadurch
stets in der Richtung der Kreiselachse liegen, gleichgültig, welche Schwerpunktsverschiebungen
in dem System stattfinden. Dasselbe gilt von allen anderen die Einstellung oder
Ablenkung bewirkenden Kräften, wenn die Zusatzdrehung so ausgeführt wird, daß die
Kraftwirkung um die Kreiselachse wandert. Es werden also alle Fehler durch Reibungen
in den Zapfen der Aufhängung, durch fehlerhafte Montage dieser Zapfen oder durch
Zug elektrischer Zuleitungsdrähte beseitigt oder wenigstens bedeutend vermindert.
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Wird ferner auch die Anzeigevorrichtung für die Richtung der Kreiselachse,
z. B. die Fläche eines horizontal zu stellenden Spiegels, dauernd um die Kreiselachse
gedreht, so werden etwaige Ungenauigkeiten der Anzeigevorrichtung sich sofort herausstellen
und können bei der Messung berücksichtigt oder an dem Apparat beseitigt werden.
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Eine weitere Verbesserung der erwähnten Kreiselapparate, welche für
sich allein oder in Verbindung mit vorstehenden Anordnungen angewandt werden kann,
besteht in der symmetrischen Anordnung dreier gleich großer, im gleichen Sinne umlaufender
Kreisel, die von einem in ihrer Mitte befindlichen Schwimmer getragen werden. Der
Schwimmkörper kann dann in Quecksilber tauchen, wodurch er bei kleinen Abmessungen
die denkbar beste Aufhängung gewährt, soweit Reibungseinflüsse in Betracht kommen.
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Eine Ausführungsform, die die Anwendung der Erfindung für künstliche
Horizonte betrifft, ist in Abb. x im senkrechten Schnitt und in Abb. 2 in der Aufsicht
dargestellt.
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Hierin bedeutet i das äußere Gehäuse, 2 und 3 die äußeren Kardanzapfen,
4 den Kardanring und 5 und 6 die inneren Kardanzapfen, die den Bügel ? für den Quecksilberkessel
8 tragen. Durch den Auftrieb des Quecksilbers g wird der Schwimmkörper 1o in der
Schwebe gehalten, der durch ein Halslager il von dem Mittelstift 12 in der Mitte
des Kessels 8 gehalten wird. Der Schwimmer trägt den Bügel 13, an dem die Kreiselkappen
14, 15 und 16 so befestigt sind, daß die Achsen der nicht mitgezeichrieten Kreisel
zueinander parallel und im allgemeinen senkrecht stehen. Der Bügel 13 trägt ferner
den ringförmig gestalteten Ablesespiegel 17. Dieser kann durch die drei Schrauben
21, 22 und 23 genau senkrecht zu den Kreiselachsen eingestellt werden.
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Die Kreiselkappen 14, 15 und 16 sind in bekannter Weise mit Düsen
18, 1g und 2o versehen, aus denen die von den Kreiseln durch besondere Öffnungen
angesaugte Luft
unter der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgestoßen
wird. Der Rückstoß dieser drei Luftstrahlen liefert den Antrieb für die Drehung
des Bügels 13 und der damit verbundenen Teile um eine Achse parallel zu den
Kreiselachsen, die durch das Führungslager ii gelegt ist. Dieses Lager muß so gearbeitet
sein, daß es Kantungen des Systems gegenüber dem Führungszapfen i2 zuläßt. Angesichts
der reibungsarmen schwimmenden Aufhängung versteht. es sich von selbst, daß der
von dem Rückstoß der Preßluft gelieferte Antrieb das System genügend rasch sich
drehen läßt.
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Eine andere Ausführungsform des Antriebes ist in Abb. 3 und 4 im senkrechten
Schnitt und von oben dargestellt.
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Hierin bedeutet x wieder das Gehäuse des Apparates, 32 einen hierin
um eine senkrechte Achse drehbar angeordneten Bügel, der mittels der Lager 33 und
34 den kardanischen Ring 35 trägt. Die Lager 36 und 37 tragen die Kreiselkappe 38,
die ihrerseits den Kreisel 39 und den Spiegel 40 trägt. Dieser läßt sich durch die
drei Schrauben 44, 45, 46 senkrecht zu der Kreiselachse einstellen. Mittels des
Elektromotors 41, der Schnecke 42 und des Schneckenrades 43 wird dem Bügel 32 die
Drehung um die senkrechte Achse erteilt.
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Die Einrichtung kann auch so getroffen werden, daß der Bügel 32 anstatt
oder neben der kardanischen Hängung einen Flüssigkeitsbehälter der in Abb. i und
2 dargestellten Art besitzt. Durch Drehen dieses Flüssigkeitsbehälters kann dann
vermittels der Flüssigkeitsreibung die geforderte Drehung auf das Kreiselsystem
übertragen werden.
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Allerdings kann bei der in Abb. 3 und 4 dargestellten Ausführung die
Achse der Zusatzdrehung von der Richtung der Kreiselachse um kleine Winkel abweichen.
Alsdann ist zwar die angestrebte Drehung um die Kreiselachse nicht mehr ganz gleichförmig.
Da aber diese Ungleichförmigkeit bei nicht zu großen Winkeldifferenzen der Drehachsen
unerheblich ist, so werden bei Anwendung der Erfindung die Fehler des Kreiselapparates
immerhin auf Bruchteile von denen zurückgehen, die ohne Zusatzdrehung entstehen
würden.
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Ein Beispiel dafür, wie eine Flüssigkeitsdämpfung für die Schwingungen
der Kreiselachse am Gehäuse des -Kreisels angebracht werden. kann, ist in Patent
28,952 dargestellt und beschrieben. Werden 'derartige Einrichtungen ebenfalls
ständig um die Kreiselachse gedreht, so ist ihre Durchflußzeit so zu regeln, daß
die erforderliche Phasenverschiebung gegen die Drehung des Kreiselgehäuses und nicht
gegen die Präzessionen des Kreisels eintritt.
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Während die Präzessiorlsgeschwindigkeit des Kreisels durch den Zweck
des Kreiselapparates bestimmt wird, kann die Geschwindigkeit der Zusatzdrehung in
weiten Grenzen geändert werden. Man kann diese also so einstellen, daß bei einer
bestimmten Konstruktion der Flüssigkeitsgefäße der Phasenverschiebungswinkel am
günstigsten und damit die Dämpfung am größten wird.
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Für diese Dämpfung muß der Drehsinn der Zusatzdrehung gleichsinnig
mit der Kreiselrotation gewählt werden. Dies ist für den Kreiselapparat nur günstig,
da sich dann der Impuls der Zusatzdrehung zu dem Impuls des Kreisels addiert.