DE384596C - Gyroskopischer Navigationsapparat fuer Luft- und Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9. NOVEMBER 1923

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- M 384596 KLASSE 42 c GRUPPE 35

Dr. James Blacklock Henderson in Greenwich, Engl.

Gyroskopischer Navigationsapparat für Luft- und Wasserfahrzeuge.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. November 1920 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldungen in England vom 1. Dezember 1919 und i.März 1920 beansprucht.

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von i virtuellen Meridians, welche durch beliebige gyroskopischen Navigationsapparaten, z. B. j Beschleunigungen des Schiffes oder des Luft-Gyrokompassen, gyroskopischen Meßinstru- ■ fahrzeuges erzeugt werden. Die Beschleumenten für Grundgeschwindigkeit usw., und nigung kann dabei entweder durch den Gebezweckt die Beseitigung oder Kompensation ! schwindigkeitswechsel oder durch den Kursder Ablenkungen des Gyroskops oder des wechsel hervorgerufen sein.

In allen solchen Instrumenten ist das Gyroskop mit einer Gravitationssteuerung versehen, und da es für das Gyroskop einen Unterschied ausmacht, ob die Schwerkraft 5 oder irgendeine äußere Kraft den Kompaß beschleunigt, so ergeben sich für das Gyroskop notwendigerweise aus derartigen Beschleunigungen Störungen.

Die Erfindung bezweckt im allgemeinen

ίο einen Ausgleich der Unstimmigkeit zwischen den auf das Gyroskop und sein Gravitationssteuerungssystem am Ende der Beschleunigung einwirkenden Kräftepaare und denjenigen, welche notwendig sind, um die durch

ig die Beschleunigung in Gemeinschaft mit der durch die Beschleunigung in der neuen Ruhelage erlangten Geschwindigkeit hervorgerufenen Verstellungen zu bewirken. Diese Unstimmigkeit kann entweder in der Anwendungsart des Kräftepaares um die wagerechte oder senkrechte Zapfenachse oder auch um beide ihren Ursprung haben oder auch durch die Anwendungsart einer Adjustierung an dem Gravitationssteuerungssystem bedingt sein, welche den Zweck hat, das Kräftepaar, welches selbsttätig durch die Beschleunigung zur Wirkung kam, aufrechtzuerhalten. In 1 eiden Fällen ist hierbei der zusätzliche erforderliche Wechsel oder auch die Adjustierung proportional dem Geschwindigkeitswechsel. Da die Adjustierung dem System nicht innewohnend sein kann, d. h. durch die Beschleunigung allein nicht bewerkstelligt werden kann, so wird dieselbe durch eine unabhängige Adjustierung für die Geschwindigkeit zustande gebracht. Die Ablenkung von dem Meridian wird vorzugsweise durch Verstellung der Kompaßkarte kompensiert.

Die Erfindung besteht daher in der Anord- ' nung einer Adjustierung an dem Gyroskop . oder seinem Gravitationssteuerungssystem in I der Weise, daß dem Geschwindigkeits- ] wechsel proportionale \^rerdrehungen ange- j wendet oder Verdrehungen aufrechterhalten j werden, welche durch, die Beschleunigung i selbsttätig zur Wirkung kamen. Hierbei kann die Adjustierung entweder von Hand oder selbsttätig durch ein außerhalb des . empfindlichen Kompaßelements stehendes Mit- ' tel bewirkt werden zum Zweck, eine neue Ruhelage in einem einzelnen Kompaß herbeizuführen.

Es sind bereits Versuche gemacht worden, um den Gyrokompaß durch Beschleunigung λ'οη einer Ruhelage in die andere zu bewegen, indes ohne besonderen Erfolg. In dem periodischen Kompaß des Foucaulttypus ist die endgültige Ruhelage auf dem'virtuellen Meridian gelegen, welcher zu der Resultierenden der Schiffsgeschwindigkeit in bezug auf die Erdkugel und der Geschwindigkeit der j Erddrehung an der betreffenden Stelle senkrecht liegt. Wenn man mit V_n die Komponente der nördlichen Geschwindigkeit und mit ω die Winkelgeschwindigkeit der Erde, 6g mit R ihren Halbmesser und mit λ die geographische Breite bezeichnet, so beträgt die Ablenkung des virtuellen von dem wirklichen

, Meridian

U)R Cos λ

Die Abb. 8 veranschaulicht einen kleinen j Teil der Kugelfläche, deren Zentrum sich im ; Kompaß befindet. MM' ist die Schnittstelle , des Meridians mit der Kugel und HH' der Schnitt mit der Horizontalebene. O bezeichnet die letzte Ruhelage eines gut ausbalancierten Kompasses in Meridianstellung, wenn sich das Schiff an der Verankerungsstelle befindet. Wird ein periodischer Kompaß willkürlich mit seiner Rotorachse bei P eingestellt, so zeichnet derselbe eine elliptische Bahn A in ungedämpftem und eine spiralförmige Bahn B in gedämpftem Zustande. Bewegt sich das Schiff an dem Meridian entlang mit einer konstanten Geschwindigkeit I '_N, so wechselt der Meridian virtuell zu A⁷TV", und O' wird zur letzten Ruhelage.

Unterliegt das Schiff bei der Bewegung an dem Meridian entlang einer Beschleunigung, so ist das Gyroskop einem Kräftepaar um die wagerechte Zapfenachse unterworfen, welches eine ballistische Ablenkung der Rotorachse im Azimut bewirkt. Wenn diese Ablenkung gerade ausreicht, um den Kompaß auf den neuen virtuellen Meridian NA⁷' bei O' zu bringen, so muß die Gravitationssteuerung des Gyroskops derartig wirken, daß die Periode der elliptischen Bewegung auf der Bahn A 90 Minuten beträgt, welche Periode der Schwingungsdauer eines einfachen Pendels von der dem Erdhalbmesser gleichen Länge entspricht. In dieser Weise sind alle jetzt gebräuchlichen Gyrokompasse eingerichtet.

Der auf den virtuellen Meridian ballistisch gebrachte Kompaß ist jedoch nicht befähigt, in dieser Lage zu verbleiben, und zwar infolge der Wirkung, welche durch die Be- no schleunigung auf den Dämpfungsmechanismus für die elliptischen Schwingungen ausgeübt wurde. Diese Dämpfung wird bewirkt entweder durch Drehungen um die Vertikalachse in Phase mit der Neigung des Gyroskops oder durch Drehungen um die horizontale Zapfenachse bei 90° Phasendifferenz mit tier Neigung. In dem ersteren Falle neigt die Beschleunigung das Gyroskop ballistisch während seiner Bewegung in die Lage des virtuellen Meridians, so daß dasselbe anstatt nach O' nach Q gelangt und dann die spiral-

förmige Bahn R beginnt und 20 Minuten später von dem virtuellen Meridian bedeutend abgelenkt ist. In dem letzteren Falle wird das Dämpfen durch die Bewegung einer viskosen Flüssigkeit bewirkt, während durch . die Beschleunigung eine Verstellung dieser Flüssigkeit von der einen Seite des Gyroskops zu der anderen veranlaßt wird. Das Rückfließen dieser Flüssigkeit erfolgt nicht unmittelbar mit dem Aufhören der Beschleunigung, infolgedessen erfolgt eine langsame Präzession des Gyroskops von dem virtuellen Meridian weg auf einer Bahn, welche der Bahn R einigermaßen ähnlich ist, jedoch von dem Punkt O' ausgeht, so daß das Gyroskop 20 Minuten später eine beträchtliche Ablenkung aufweist, jedoch schließlich in die Ruhelage bei O' gelangt.

Besitzt das Gyroskop eine unmittelbar wirkende Gravitationssteuerung, so ist dasselbe notwendigerweise mit einer ballistischen Ablenkung infolge der Beschleunigung behaftet, und umgekehrt, wenn das Gyroskop keine ballistische Ablenkung besitzen soll, so darf dasselbe keine unmittelbar wirkende Gravitationssteuerung besitzen. Soll daher in einem Gyrokompaß die Achse infolge der Beschleunigung des Schiffes nicht von 0 abgelenkt werden, so darf keine unmittelbar wirkende Gravitationssteuerung vorhanden sein. Dies ist der Fall bei dem aperiodischen Kompaß des Erfinders, wobei zwecks wagerechten Haltens der Rotorachse nach dem Aufhören der Beschleunigung eine Verdrehung um die Vertikalachse angewendet werden muß, welche genügt, um eine Präzession V_nJR zu bewirken. Um diese Verdrehung durch die Beschleunigung selbsttätig zu bewirken, können besondere Mittel angewendet werden, zwecks Aufrechterhaltung der Wirkung derselben ist jedoch eine Adjustierung notwendig, welche V_nJR proportional ist. Wenn in einem periodischen Kompaß das unmittelbar wirkende Gravitationskräftepaar genügend ist, um das Gyroskop zu 0' ballistisch zu bewegen, so ist eine Verdrehung um die Vertikalachse nicht notwendig, da die Rotorachse durch die Umdrehung der Erde wagerecht in Gemeinschaft mit der Verstellung 00' von dem Meridian gehalten wird. Wird die unmittelbar wirkende Gravitations steuerung derart vermindert, daß die ballistische Ablenkung beispielsweise die Hälfte von 00' beträgt, so ist eine Verdrehung um die Vertikalachse notwendig, um die Rotorachse wagerecht zu halten, wobei die Größe der Verdrehung die Hälfte der bei 0 erforderlichen beträgt.

Wenn die Neigung des Gj'roskops durch einen Dämpfungsmechanismus während der Beschleunigung bewirkt wird, so daß ein entsprechendes Kräftepaar um die horizontale Zapfenachse proportional zu der erlangten Geschwindigkeit eingeführt wird, so wird bei solchem Kompaß eine Adjustierung angewendet, die dieses Kräftepaar aufhebt, und zwar 6g entweder durch Einführung eines gleichen und entgegengesetzten Kräftepaares oder durch Aufhebung des Armes des Kräftepaares mittels einer entsprechenden Adjustierung entweder der Zapfen des Gyroskops oder der Zapfen seines Gravitationssteuerungssystems. In dem Sperrykompaß z. B. beruht die Gravitationssteuerung auf einem Gewicht, welches an dem Nebenlaufring drehbar angeordnet und mit dem Gyroskopgehäuse mittels eines exzentrischen Zapfens verbunden ist, wobei die Exzentrizität die dämpfenden Kräftepaare um die Vertikalachse hervorruft. Eine Beschleunigung dem Meridian gegen Norden entlang erzeugt sowohl ein Kräftepaar um die horizontale Zapfenachse, welches die Rotorachse von 0 nach O' ablenkt, wie auch ein Kräftepaar um die vertikale Zapfenachse, welches die Rotorachse nach Q neigt. Aus der mathematischen Untersuchung der Bewegungsgleichungen dieses Kompasses geht hervor, daß zum Zweck der Einstellung eines stabilen Zustandes am Ende der Beschleunigung lediglich die Nullstellung des Gewichts durch einen Betrag geändert werden muß, welcher der dadurch gewonnenen Geschwindigkeit proportional ist, indem Kräftepaare sowohl um die horizontale wie die vertikale Zapfenachse zur Wirkung kommen. Die erforderliche Adjustierung ist mit großer Näherung gerade genügend, um das Kräftepaar um die horizontale Achse infolge der durch die Beschleunigung bewirkten Neigung zu vernichten. Die selbsttätige Ausgleichung erfordert ebenfalls eine geringe Änderung der Gravitationssteuerung und der Periode.

Zwecks Anwendung dieser Adjustierung .werden ein oder mehrere Zapfen des Traggewichts wagerecht mittels eines Exzenters in ähnlicher Weise bewegt, wie dies bei Sperry für die Breitenkorrektur benutzt wird, indes wird die Adjustierung selbsttätig mittels einer Hubscheibe in weiter unten beschriebener Weise bewerkstelligt.

Bei Anwendung der Erfindung auf Instrttmente mit der Libellensteuerung gemäß den britischen Patenten 9062 und 10506 vom Jahre 1917 ist zu unterscheiden zwischen der Steuerung mittels einer Flüssigkeit von geringer Viskosität und einer solchen von großer Viskosität. In dem ersteren Falle ist die verstellte Flüssigkeit annähernd proportional der Beschleunigung infolge des Wechsels des Kurses oder der Geschwindigkeit, indes fließt die Flüssigkeit nicht schnell genug, um die _lzo wechselnden Beschleunigungen infolge des Wellenganges aufzunehmen. In diesem Falle

sind die Verstellungen des Gyroskops annähernd proportional dem Geschwindigkeitswechsel wie in dem Kompaß mit Pendesteuerung. Das Adjustieren zwecks selbsttätiger Ausgleichung ist daher demjenigen für das Pendelsystem ähnlich.

Bei Anwendung einer stark viskosen Flüssigkeit in der Libelle, wie dies in dem aperiodischen Kompaß des Erfinders der Fall ίο ist, ist die durch die Beschleunigung verstellte Flüssigkeit dem Geschwindigkeitswechsel proportional, wobei sich das Gyroskop sehr langsam verstellt, und das eingeführte Kräftepaar kann gerade genügend groß für den neuen stabilen Zustand gemacht werden, wenn derselbe aufrechterhalten werden kann. Die Flüssigkeit würde jedoch am Ende der Beschleunigung zurückfließen, wenn nicht eine Adjustierung eingeführt wäre, um sie aufrechtzuerhalten. Diese Adjustierung kann ähnlich wie in erstgenanntem Falle ausgebildet sein, daher bezieht sich die Adjustierung gemäß Erfindung nicht nur allein auf die Anwendung des Kräftepaares, sondern kann zeitweilig zur Aufrechterhaltung eines durch die Beschleunigung eingeführten Kräftepaares benutzt werden.

Die Erfindung wird im nachfolgenden in Anwendung auf das Gyroskop mit der Libellensteuerung beschrieben. Der Kompaß kann entweder periodisch oder aperiodisch sein, wobei sich der erstere von dem letzteren dadurch unterscheidet, daß er eine bedeutende ; Gravitationssteuerung um die horizontale j Zapfenachse und eine geringe Steuerung um ■ die vertikale Achse zuläßt. Die Zeichnung · betrifft hauptsächlich die aperiodische Einrichtung, wobei die geringen Änderungen des ^j periodischen Systems besonders beschrieben ; werden.

Die- Bewegung des aperiodischen Kompasses ist schematisch in der Abb. 8 gezeigt. | Bei P eingestellt, bewegt sich derselbe auf einer Spur C, welche annähernd vertikal ist, abwärts zu einer geraden Linie D, welcher entlang eine äußerst langsame \^Terstellung gegen O erfolgt, wobei seine Ablenkung von O zu jeder beliebigen Zeit durch die Neigung der Libelle, welche der Ablenkung proportional ist, bestimmt werden kann. In Abb. 7 ist die Wirkung der Beschleunigung veranschaulicht. Der Kompaß befindet sich beispielsweise bei O auf der geraden Linie QO, wenn der Meridian durch die Beschleunigung virtuell zu NN' verläuft. Wird eine nicht viskose Flüssigkeit in der Libelle verwendet, so ist die Einrichtung getroffen, daß durch die Beschleunigung die Neigung des Gyroskops bis zu Q' vergrößert wird, und zwar durch eine der Strecke 00' proportionale Menge, so daß die Ablenkung von dem ι virtuellen Meridian genau angegeben werden kann. Um die Verstellung des Gyroskops derart aufrechtzuerhalten, daß ein stabiler Zustand beibehalten wird, wird die Nullstellung der Libelle durch einen Betrag adjustiert, ! welcher der erlangten Geschwindigkeit proportional ist. Bei Anwendung einer stark j viskosen Flüssigkeit ist die Einrichtung ge-1 troffen, daß die durch die Beschleunigung verstellte Flüssigkeit gerade genügend ist, um den neuen stabilen Zustand aufrechtzuerhal-ί ten, wobei das G3'roskop praktisch bei O ver- ' blieben ist, während, um das Zurückfließen ! der Flüssigkeit durch die Libelle zu verhinj dem, der Befestigungspunkt der Libelle an i dem Nebenlaufring bewegt wird, so daß mit Bezug auf die Libelle die horizontale Ebene , virtuell bis zu KK' gesenkt wird und das j Gyroskop langsam entlang der Linie QO, O" j nach O" voraneilt.

Die Abb. 1 und 2 zeigen um 90⁰ versetzte ! Ansichten des aperiodischen Gyrokompasses. ^[ Die Abb. 3, 4, 5, 6 zeigen Einzelheiten desselben.

Der dargestellte Kompaß besitzt keine Ein-■ richtung mit Luftstrahlen. Das Gehäuse 1 ¹ des Gyroskops ist auf wagerechten Zapfen 2 und 3 an den lotrechten Bügelring 4 (Abb. 2) i gestützt, welcher im Schnitt in Abb. 2 gezeigt ist, wobei das Ganze durch den Nebenlaufring 20 getragen wird, welcher durch das vierarmige Kreuzgestell 21 gehalten wird; dieses Kreuzgestell 21 wird von dem Ring 22 des Kompaßhauses getragen. Die Libelle besteht aus zwei Behältern 7 und 8, welche durch ein feines Röhrchen 9 in Verbindung stehen und außerdem mittels des Rahmens 23 versteift sind. Dieser ist mittels der Zapfen 24, 25 in Lagern der Ansätze 26, 27 drehbar gelagert, wobei die Ansätze starr mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Die Libelle ist mit einem Drahtbügel 28 befestigt, welcher als Träger des Armes 29 dient, an welchem zwei Zugfedern 30, 31 befestigt sind. Die Außenenden der Federn sind an den von dem Xebenlaufring 20 getragenen Winkelstück 32 befestigt. Das Winkelstück 32 ist an dem Nebenlaufring 20 derart angebracht, daß dieser in der Längsrichtung mittels einer no Schraube 33 (Abb. 5) adjustiert werden kann. Diese Schraube kann mittels der Kurbel 34 gedreht werden, so daß die Bewegung der Kurbel 34 den Befestigungspunkt der Libelle an dem Nebenlaufring verstellt. Die Kurbel 34 kann durch den Winkelhebel 35,36 gedreht werden, welcher auf der Achse ^y in Armen 38 drehbar gelagert ist. Diese Arme 38 sind an dem Nebenlaufring 20 befestigt. Per Kurbelzapfen 39 greift in einen Schlitz an dem Ende der Kurbel 34, und eine Rolle 40 an dein Ende des Winkeihebels 36 greift

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in eine Hubscheibe 41, welche aus einem zylindrischen Ring von U-Querschnitt besieht, der an den Zapfen 42, 43 angelenkt ist, welche auf dem Kreuzgestell 21 montiert sind. Die Ebene des Ringes kann um die Zapfen 42, 43 mittels der Kurbel 44 verschwenkt werden, wobei die "Verschwenkung der Kurbel 44 mittels einer Schraubenadjustierung erfolgt, welche in Abb. 3 und 4 besonders dargestellt ist. Die Kurbel 44 besitzt einen gekrümmten Kulissenschlitz 45, entlang welchem der Kurbelzapfen 46 eingestellt werden kann. Die Verbindungsstange 48 verbindet den Zapfen 46 mit dem Zapfen 49 auf "der Säule 50, welche mit dem Kreuzgestell 21 starr verbunden ist. Der Zapfen 49 trägt eine Hülse 51, in welcher eine Schraubenmutter 52 enthalten ist, die mittels des Kopfes 53 gedreht werden kann. Die Lage der Schraubenmutter wird auf dem Zifferblatt 54 angezeigt, und dieses Zifferblatt kann mittels der Kegelräder 55, 56 gedreht werden. Die Verbindungsstange ist an ihrem Ende mit Gewinde versehen und steht mit der Schraubenmutter in Eingriff, so daß durch Drehen des Kopfes 53 die Länge der Verbindungsstange 48 geändert und die Kurbel 44 verschwenkt werden kann. Das Zifferblatt 54 besitzt eine Graduierung entsprechend der Schiffsgeschwindigkeit in Knoten, so daß durch Einstellen des Zifferblattes 54 auf die Schiffsgeschwindigkeit durch Drehen des Kopfes S3 dem Ring 41 eine Neigung erteilt wird, welche der Schiffsgeschwindigkeit gerade proportional ist. Die mit dem Ring 41 im Eingriff stehende Rolle 40 erteilt der Kurbel 34 eine Verstellung, welche der Geschwindigkeitskomponente des Schiffes entlang dem Meridian proportional ist.

Es ist aus der obigen Beschreibung ersichtlich, daß, weil die Libelle 7, 8 an dem Gyroskopgehäuse mittels Zapfen 24, 25 angelenkt ist, welche unterhalb der Gyroskopzapfen 2, 3 (wie in Abb. 4) liegen, und weil die Libelle unter der Einwirkung der an dem Nebenlauf ring 20 befestigten Federn 30, 31 steht, daß dann die horizontale Kraft, welche infolge der durch das Fließen der Flüssigkeit in der Libelle bei der Neigung des Gyroskops bewirkten Federablenkung entsteht, sowohl auf den Nebenlaufring wie auf das Gyroskop einwirkt. Der Nebenlaufring kann als ortsfest betrachtet werden, indem derselbe mit dem Gyroskop durch den Nebenlaufmotor (in der Zeichnung nicht dargestellt) in Phase mit dem Gyroskop gehalten wird. Die auf die Arme 29 ausgeübte Federkraft wird auf das Gyroskop mittels des Drahtbügels 28, die Libelle 7, 8, 9 und die Libellenzapfen 24, 25 übertragen. Das Kraftmoment um die Zapfen 24, 25 stützt das Gewicht der Flüssigkeit, welche von der einen Seite der Libelle zu der anderen Seite verstellt wird. Der seitliche Druck an dem Zapfen 24, 25 erzeugt ein Kräftepaar an dem Gyroskop um die Zapfen 2, 3, wodurch die Neigung vergrößert wird. Es sind in diesem aperiodischen Kompaß nur unmittelbar wirkende Gravitationssteuerungen vorgesehen, Avobei das Gyroskop in entgegengesetztem Sinne zur Erdbewegung gedreht wird.

Die auf die Arme 29 wirkende Kraft betitzt ebenfalls ein Moment um die mittlere vertikale Achse, und zwar deshalb, weil die Federverbindung mit der Libelle an einem Punkt liegt, welcher beträchtlich von der vertikalen Mittelachse abweicht. Die genannte Verdrehung wird dem Gyroskop durch die Zapfen 24, 25 mitgeteilt und bewirkt, daß das Gyroskop in entgegengesetzter Phase zu der Neigung der Libelle Präzession erhält, wodurch diese Neigung aufgehoben wird.

Um den Wechsel in der Lage des virtuellen Meridians zu kompensieren, wird die Kornpaßachse 64 in bezug auf den Nebenlaufring 20 in einem Winkel gedreht, welcher der Verschwenkung der Kurbel 36 gerade und dem Kosinus der geographischen Breite umgekehrt proportional ist. Zwecks Erzeugung dieses Antriebes wird der mittlere Teil der Spindel 37 mit einem Gewinde versehen, auf welchem eine Mutter 61 (Abb. 2 und 6) auf gesetzt ist, w^relche entlang der Spindel 37 bei der Drehung der Kurbel ^ achsial verschoben wird. Ein mit der Schraubenmutter 61 verbundener Zapfen 62 greift in einen Schlitz der Kompaßkarte 60 (Abb. 1) und dreht dieselbe in einem Winkel, welcher der Geschwindigkeitskomponente entlang dem Meridian proportional ist. Wie in Abb. 6 gezeigt, ist der Zapfen 62 radial an der Kompaßkarte einstellbar, wobei die radiale Adjustierung mittels der Schraube 62° durch Drehen des Kopfes Ö2^b bewirkt wird; hierdurch wird die Schraubenmutter 62^C, welche den ,Zapfen 62 trägt, in bezug auf die Kompaßkarte 60 radial verstellt, so daß die Lage auf der in Breitegraden graduierten Skala angezeigt wird.

Die Neigung der Libelle in bezug auf das Gyroskopgehäuse, welche in dem aperiodischen Kompaß die Ablenkung des Kompasses vom Meridian anzeigt, wird mittels einer kreisförmigen Skala 63 angezeigt, welche auf der Achse 64 befestigt ist, die auf Zapfen 1 ig in dem an dem Gyroskopgehäuse befestigten Bügelarm 65 gelagert ist. Eine leichte Stange 66 ruht mit ihrem unteren Ende in einer Öffnung der Kappe des Behälters 7, während ihr oberes Ende in einer Öffnung des Bügelarmes 65 geführt wird. Mit der Stange 66 ist mittels des Hakens 68 ein

Schnürchen 67 (Abb. 2) befestigt, welches dann um die Trommel 69 auf der Spindel 64 herumgeht und mit seinem unteren Ende mittels der Feder 70 an einem Haken 71 auf der Stange 66 befestigt ist. Auf diese Weise wird die vertikale Bewegung der Stange 66 die Skala oder das Zifferblatt 63 zur Drehung bringen, und die Lage der Libelle kann durch Ablesen des Zeigers J2 festgestellt werden, welcher an dem Gyroskopgehäuse am Rande des Zifferblattes 63 befestigt ist.

Die Neigung der Libelle könnte auch in der Weise angezeigt werden, daß man eine Libelle mit zwei verschieden schweren Flüssigkeiten verwendet, so daß die Trennungsebene zwischen den Flüssigkeiten die Neigung in bekannter Weise sichtbar macht.

Nachdem das Gyroskop und die Libelle sorgfältig ausgeglichen worden sind, wird der Kompaß willkürlich mit der Gyroskopachse in wagerechter Lage und der Libelle in wagerechter Lage eingesetzt. Er wird dann während einer Zeit von ungefähr einer Stunde sich selbst überlassen, während welcher Zeit bei aperiodischem Kompaß ein stabiler Zu- , stand auf der Linie QO (Abb. 7) erreicht wird. Angenommen, daß der Meridian nicht bekannt ist, so wird die Neigung der Libelle in bezug auf das Gyroskop, wie sie auf dem Zifferblatt 63 angezeigt wird, die Ablenkung von dem Meridian ergeben. Da die Neigung dem Sinus der Ablenkung proportional ist, so ist dementsprechend das Zifferblatt in Sinus graduiert und wird entweder die wahre Ablenkung oder ihre Ergänzung anzeigen. Um festzustellen, welche von den beiden Größen angezeigt wird, ist es nur nötig, zu j merken, ob die Neigung steigt oder abnimmt; in erster em Fall ist es die Ergänzung, welche angezeigt wird, und in letzterem Fall wird die Ablenkung selbst angezeigt.

Dem Gyroskop kann dann eine Präzession um den Azimut in einem der Ablenkung j gleichem Winkel erteilt werden, zum Beispiel i (lurch vorübergehendes Anhängen eines Ge- j wichts an einem Ende der Gyroskopachse, I worauf das Gyroskop für eine weitere Zeit von etwa einer Stunde sich selbst überlassen wird, im Verlauf der es sich wieder auf den stabilen Zustand sehr nahe dem Meridian eingestellt hat. ;

Wenn der Meridian bekannt ist und wenn gefunden worden ist, daß bei der Lage des : Kompasses auf dem Meridian das Zifferblatt j 63 noch eine Ablenkung anzeigt, kann eine Korrektur angewendet werden, und zwar '■■ durch Drehen der Schraubenspindel 33 in ' bezug auf die Kurbel 34, da die Kurbel lediglich durch Reibung auf der Spindel befestigt ist.

Erhält das Schiff jetzt eine Beschleunigung entlang dem Meridian nordwärts bis auf die Geschwindigkeit V_n, so wird die Beschleunigung ein Fließen der Flüssigkeit in der Libelle südwärts erzeugen, d. h. nach der Südseite des Gyroskops, wobei die verstellte Flüssigkeitsmasse der Geschwindigkeit V_n bei Anwendung einer viskosen Flüssigkeit proportional ist.

Die Libelle befindet sich jetzt außerhalb der Gleichgewichtslage, wodurch ein Kräftepaar um die Vertikale erzeugt wird, und dieses Kräftepaar kann durch entsprechende Drosselung des Fließens in der Libelle so eingestellt werden, daß es gerade genügend ist, um in dem aperiodischen Kompaß die Winkelgeschwindigkeit V_nIR zu erzeugen. Um diesen stabilen Zustand aufrechtzuerhalten, muß die Flüssigkeit am Zurückfließen durch die Libelle gehindert werden, wenn die Beschleunigung aufhört. Dies wird bewirkt mittels der Verstellung der Kurbel 34 durch Drehen des Kopfes 53, bis das Zifferblatt 54 die Geschwindigkeit V_n anzeigt. Diese \~erstellung bewegt den Verankerungspunkt der Libelle mit dem Nebenlaufring und ist, soweit die Flüssigkeit in Betracht kommt, einer Verstellung der Horizontalebene von HH' zu KK' in Abb. 7 virtuell äquivalent.

Die Libelle hat nun infolge der Beschleunigung in bezug auf das Gyroskop eine Neigung erreicht, welche, auf dem Zifferblatt 63 ablesbar, die Ablenkung des Kompasses von dem virtuellen Meridian anzeigt. Die Kompaßkarte \vird dabei gedreht, und zwar durch die Neigung des Ringes 41, welche beim Einstellen des Zifferblattes 54 derart stattfindet, daß das letztere nunmehr den virtuellen Meridian anzeigt. Mittels der üblichen Handadjustierung wird der Steuerstrich auf die Marke, welche der auf dem Zifferblatt 63 angezeigten Neigung der Libelle entspricht, eingestellt; hierbei ist die Skala für die Verstellung des Steuerstriches derart graduiert, daß die Anzeige des Kompasses dann genau ist, wenn sowohl die Ablenkung des Kompasses, wie diejenige des virtuellen Meridians von dem wahren Meridian gänzlich kompensiert sind.

Es ist bereits im allgemeinen die Anwendung der Erfindung auf den periodischen Sperrykompaß angegeben worden, welcher in der Einrichtung denjenigen nach Abb. 1 und 2 sehr ähnlich ist, abgesehen davon, daß die Gravitationssteuerung mittels eines Traggewichts bewerkstelligt wird, welches auf geeigneten, von dem Nebenlaufring 20 getragenen und mit den Zapfen 2, 3 koachsialen Zapfen drehbar gelagert ist. Der eine dieser Zapfen besitzt eine horizontale Adjustierung mittels eines Exzenters. Diese hat den Zweck, dem Gyroskopgehäuse eine Ver-

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drehung um die wagerechten Zapfen zu erteilen, welche dem Sinus λ proportional ist und genügt, um eine Präzession rund um die Vertikale zu erzeugen, welche ω sin λ gleicht, wodurch die Rotorachse bei der Festsetzung an dem Meridian horizontal gehalten wird. Bei der Anwendung der Erfindung auf diesen Kompaß wird der andere Zapfen des Traggewichts von dem Winkelstück 32 gestützt und der Gewindegang der Schraube 33 so gewählt, daß dem Zapfen eine Eigenverstellung erteilt wird, um einen neuen stabilen Zustand am Ende der Beschleunigung herbeizuführen. Es könnte auch eine exzentrische Adjustierung anstatt der Schraube benutzt werden. Die Ablenkung des Gyroskops bis zu dem virtuellen Meridian infolge der Beschleunigung wird dadurch kompensiert, daß die Kompaßkarte in einem Winkel V_Nja>R cos λ mittels des Zapfens 62, welcher in den Schlitz 'ler Karte 60 eingreift, zurückgedreht wird, wobei der Gewindegang der Schraube 37 entsprechend gewählt wird. Die Kurbel 36 wird durch die Hubscheibe 41 in einen zu V_n proportionalen Winkel gedreht, wählend die Hubscheibe in einem Winkel geneigt wird, welcher der Schiffsgeschwindigkeit, d. h. V_n proportional ist. Infolgedessen bewegt sich die Schraubenmutter 61 entlang der Schraubenspindel 37 auf einem zu V_n proportionalen Betrag, während der Zapfen 62 durch die Schraube 62° adjustiert wird, so daß seine Entfernung vom Mittelpunkt der Karte dem Kosinus λ proportional ist und die Winkelverstellung des Zapfens 62 in bezug auf den Mittelpunkt der Kompaßkarte 'zu Vfijcos λ proportional ist und V_nJo)R cos λ gleicht.

Bei der Einrichtung des periodischen Kompasses des Erfinders (beschrieben in dem britischen Patent 9062 vom, Jahre 1917 in bezug auf die Abb. 14 dieser Beschreibung) wird das Gyroskop durch eine Libelle gesteuert, welche auf Zapfen drehbar gelagert ist,' die an dem Nebenlaufring 20 befestigt und mit den Zapfen 2, 3 koachsial sind, wobei die Libelle mit einem Zapfen verbunden ist, welcher an dem Gyroskopgehäuse exzentrisch befestigt ist. Der Rotor des Gyroskops wird in entgegengesetztem Sinne zur Erdbewegung gedreht. Der eine der Zapfen der Libelle wird an dem Bügelring 32 befestigt, wie in bezug auf das Traggewicht bei Sperrykompaß beschrieben worden ist. Die Flüssigkeit in der Libelle wird von genügender .Viskosität gewählt, um die Ablenkung des Kompasses infolge des Rollens des Schiffes in einem Kurs zu beseitigen, welcher zwischen den Kardinallinien der Himmelsrichtungen liegt. Die Libelle hat infolgedessen Zeit, um den Beschleunigungen infolge des Wechsels des Kurses oder der Geschwindigkeit zu entsprechen, und verhält sich in dieser Hinsicht annähernd gleich einem umgekehrten Pendel. Das Gyroskop ist somit den gleichen Ab- ; lenkungen infolge der Beschleunigungen unterworfen, wie das Sperry-Gyroskop mit seiner Traggewichtssteuerung, so daß die Kompensation in jeder Hinsicht ähnlich verläuft, ausgenommen, daß die in den beiden Kompaßarten erforderlichen geringen Periodenwechsel entgegengesetzte Vorzeichen besitzen. Die oben gegebene Beschreibung des Kompensierens des Sperry-Kompasses ist : daher ebenfalls auf den periodischen Kompaß mit der Libellensteuerung anwendbar.

Das Zifferblatt 54 muß von Hand auf die Schiffsgeschwindigkeit eingestellt werden, so ■ daß die Kompensation in dieser Hinsicht • nicht selbsttätig ist. Soll dieselbe vollständig selbsttätig erfolgen, so wird der Kopf 53 ' mittels einer Aufnahmevorrichtung gedreht, welche durch eine Übertragung von dem Log : oder einem anderen Geschwindigkeitsmesser ! des Schiffes in bekannter Weise abgeleitet wird. Die gesamte Kompensierung der Kompaßablenkungen infolge der entweder durch den Kurswechsel oder den Geschwindig-' keitswechsel bewirkten Beschleunigung wird auf diese Weise vollständig selbsttätig bewerkstelligt. Die Kompaßkarte zeigt dann j zu jeder Zeit den wahren Meridian an, wobei ein Oszillieren bei einem Kurs oder Geschwindigkeitswechsel nicht eintritt.

Der Erfindungsgegenstand wurde oben in bezug auf einen Gyrokompaß beschrieben, die gleiche Kompensationsmethode kann aber auf sämtliche gyroskopischen Instrumente zum Gebrauch an Schiffen oder Flugzeugen angewendet werden, bei welchen die Gravitationssteuerung vorgesehen ist. Es sind dabei die infolge der Beschleunigung eingeführten Änderungen der Bedingungen sowie die zusätzlichen Kräftepaare leicht zu berechnen, welche zwecks Herbeiführung eines neuen stabilen Zustandes erforderlich sind. Die beste Einrichtung zwecks Einführung dieser Kräftepaare soll dabei jedesmal mit der besonderen Ausgestaltung des fraglichen Instrumentes in Einklang gebracht werden.

Claims (11)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Gyroskopischer Navigationsapparat für Luft- und Wasserfahrzeuge, gekennzeichnet durch eine mit dem Gravitationssteuerungssystem (7, 8, 23, 28) kinematisch verbundene, durch Erzeugung von Drehmomenten wirksame Hilfsvorrichtung (Schraube und Mutter 32, 33), deren Bewegung oder Steuerung bei Änderungen der Geschwindigkeit und der

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   Kursrichtung des Fahrzeuges durch geeignete, auf das Tragsystem des Kompasses wirkende Mittel, z. B. durch Hubscheibe (41), Rolle (40) und Hebel (34, 35, 36), hervorgerufen wird zum Zwecke, dem Gyroskop oder seinem Gravitationssteuerungssystem oder beiden die erforderlichen, die Störungen ausgleichenden Drehmomente mitzuteilen und Schwin- ' to gungen zu verhindern, die sonst bei einem j Wechsel des Kurses oder der Geschwin- ; digkeit des Fahrzeuges hervorgerufen werden.
2. 2. Gyroskopischer Navigationsapparat für Luft- und Wasserfahrzeuge nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine ballistische Richtungsabweichung der Rotorachse bei der Beschleunigung des Fahrzeuges durch ein Gravitationssteue- j

   rungssystem in der Weise verhindert wird, daß bei einer Libelle (7, 8, 9, 23), die in an sich ebannter Weise eine viskose Flüssigkeit enthält, die Menge der letzteren unter der Wirkung der Beschleunigung um einen Betrag ballistisch verschoben wird, der proportional dem Geschwindigkeitswechsel in der senkrechten Ebene der Libelle ist.
3. 3. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Kräftepaare mechanisch selbsttätig bei einer Änderung des Laufes des Fahrzeuges in der Weise erfolgt, daß sich das A'erschwenken der Hubscheibe (41) entsprechend ändert und so die Bewegung der Rolle (40) veranlaßt wird.
4. 4. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Ausgleichs der als Folge der Beschleunigung sich ergebenden Verstellung des Gyroskops eine Schraubenspindel (37) mit einer Mutter (61) in Eingriff steht, die mittels eines Stiftes (62) in einen Schlitz einer Kompaßkarte (60) greift und dieselbe um einen Winkel dreht, welcher der Geschwindigkeitskomponente längs des Meridians proportional ist.
5. 5. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitswechsel durch die Strömung eine in an sich bekannten Weise in einer Libelle untergebrachten viskosen Flüssigkeit derart meßbar ist, daß die Kippbewegung des die beiden Behälter (7 und 8) verbindenden Rohres (9) durch eine Skala (63) angezeigt wird, welche von einer in einem Lager (65) unterstützten Achse (64) getragen wird und mit dem Behälter (7) durch eine eine Skala oder ein Zifferblatt bewegende Stange (66) verbunden ist.
6. 6. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch ι und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zufolge der Beschleunigung sich ergebende YerSchiebung der viskosen Flüssigkeit durch das Mittel der Geschwindigkeitseinstellung aufrechterhalten wird, bestehend aus einer Kurbel (44) mit Kulissenschlitz (45) für die Einstellung des Kurbelzapfens (46), der durch eine Stange (48) mit einem Zapfen (49) verbunden ist, welcher eine Hülse (51) mit einer durch einen Knopf (53) drehbaren Mutter (52) trägt.
7. 7. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch ι und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippbewegung des Gyroskops, welche sich zufolge der Beschleunigung und der Geschwindigkeitseinstellung mittels Hubscheibe (41) und Rolle (40) ergibt, derart bemessen ist, daß sie die zufolge der Beschleunigung sich ergebende \erschiebung der viskosen Flüssigkeit aufrechterhält.
8. 8. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Gyroskop und Gravitationssteuerung proportional zum Geschwindigkeitswechsel mittels Federn (30, 31) einstellbar ist, die unter der Vermittlung der Kurbel (34) und der Hebel (35, 36) von der Hubscheibe (41) und der Rolle (40) entsprechend beeinflußt werden.
9. 9. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gyroskop mindestens eine die viskose Flüssigkeit enthaltende Libelle zusammenwirkt, welche zur Messung der Geschwindigkeitwechsel und zur Kompensierung der durch diesen Wechsel hewirkten Ablenkungen eingerichtet ist.
10. 10. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch ι bis 9, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung für die in der Libelle infolge der Beschleunigung eintretende Verstellung der viskosen Flüssigkeit.
11. 11. Gyroskopischer Apparat nach Anspruch ι bis 8, gekennzeichnet durch Mittel, vermöge deren die durch die Beschleunigung verstellte Flüssigkeit beim Aufhören der Beschleunigung am Zurückfließen gehindert wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.