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Kreiselvorrichtung zur geographischen Ortsbestimmung. Die Erfindung
betrifft eine Kreiselvorrichtung zum Bestimmen der geographischen Länge und Breite
für Wasser- und Luftfahrzeuge, welche ermöglicht, unabhängig von Himmelskörpern,
Sternkarten, Sextanten und der Zeit von Greenwich die geographische Lage genau zu
bestimmen.
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Gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser Art beruht die Neuerung
gemäß der Erfindung' im wesentlichen in der Anwendung eines in seinem Schwerpunkt
drehbar gelagerten und sich selbst bewegenden Kreisels, der aus mehreren kreuz-
oder sternförmig zueinander angeordneten Elektromotoren gebildet ist. Diese Elektromotoren
drehen erfindungsgemäß mittels Luftschrauben diesen Kreisel, dessen Drehebene den
künstlichen Horizont bestimmt.
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Des weiteren betrifft die Erfindung die besondere Ausbildung der Lagerung
dieses Kreisels und der Stromzuführung.
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Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Abb. i zeigt eine Draufsicht teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen senkrechten
Schnitt nach der Linie A-4 der Abb. i, Abb. 3 einen senkrechten Schnitt durch die
Lagerstelle, Abb. q. einen senkrechten Schnitt durch die Kontaktringanordnung nach
der Linie B-B der Abb. 5 und Abb.5 eine Ansicht dieser Kontaktringe.
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Die Vorrichtung ist zweckmäßig in ein Gehäuse eingebaut. An den Gehäusewänden
i sind Rollen 2 drehbär gelagert, auf welchen ein Ring 3 rollen kann. In dein Ring
3 ist auf Körnerspitzen 4 ein Ring 5 drehbar gelagert, der mittels Körnerspitzen
6 einen Halbring 7 (Abb.2) trägt und mit diesem ein kardanisches Gelenk bildet.
Der Halbring 7 ist mit Körner spitzen 8 versehen, auf welchen ein Ring 9 drehbar
gelagert ist, der finit einem zu ihm senkrecht stehenden Ring io kreuzförmig verbunden
ist. Der Ring io ist am Umfang als Zahnkranz ausgebildet, in den ein Zahnrad I i
eines Uhrwerkes 12, welches mit dem Halbring 7 starr verbunden ist, eingreift.
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Auf dem kreuzförmigen Doppelring g, io ist ein einen Elektromotor
13 tragendes Gestell
rd. befestigt. Die Welle 15 des Elektromotors
13 ist mit einer Stahlkugel 16 starr verbunden, jedoch von dieser durch eine Isolierhülse
17 elektrisch getrennt. Die Stahlkugel 16 befindet sich genau im Mittelpunkt der
Achsen der kardanischen Aufhängung, sowie des Doppelringes 9, io. Diese Stahlkugel
16 wird von einem Doppelkugellager 18 (Abb.3) ringförmig umschlossen und dient dem
Kreisel als Stütz- und Drehpunkt. Das Doppelkugellager i8 ist mit dem Kreisel starr
verbunden, der aus einem symmetrisch gestalteten Armkreuz i9 (Abb. i) mit-beispielsweise
vier Armen besteht. Auf diesen Armen i9 sind Elektromotoren2o befestigt, die Luftschrauben
21 antreiben. Mittels der Luftschrauben 21 wird das Armkreuz ig samt den Motoren,
welche gleichzeitig die Schwungmassen des Kreisels bilden, um die Kugel 16 gedreht.
Die Elektromotoren 2o können in Blechmuffen auf dem Armkreuz i9 durch Schraubenklemmen
festgehalten werden.
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Zum Antreiben der Elektromotoren 2o wird vorzugsweise zweiphasiger
Wechselstrom verwendet. Die Klemmen 22 (Abb. 2) des mit der Stahlkugel 16 verbundenen
Elektromotors 13 sind an die strichpunktiert gezeichnete Stromleitung 23 angeschlossen
und stehen auch mit der Stahlkugel 16 durch eine von der Welle 15 isolierte Muffe
2q. in leitender Verbindung. Die Stahlkugel 16 ist durch das Doppelkugellager i8
(Abb. 3) mit dem Armkreuz 19 leitend verbunden, an das mittels Leitungen 25 (Abb.
i) die eine Klemme der Elektromotoren 2o angeschlossen ist. Die Stahlkugel 16 bildet
den einen Pol der Stromzuführung zu den Elektromotoren 20. Die andere Stromleitung28
der Elektromotoren2o ist mit zwei Leitschienen 26 verbunden, die auf j e einer auf
dem Armkreuz i9 angebrachten Isolierplatte 27 (Abb. a) befestigt und durch eine
Leitung und einen feststehenden Schleifring 29 mit einem Ring 31 leitend verbunden
sind. Dieser Ring 31 ist durch Isoliermaterial 30 von der Nabe sowie von dem Armkreuz
i9 isoliert, und auf ihm schleift oder rollt der Ring 29. Der Ring 31 bildet somit
den anderen Pol der Stromzuführung. Bei den in Abb. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Ring 29 durch eine Platte 3a ersetzt, die durch eine Leitung 33 an die Hauptklemme
der Vorrichtung angeschlossen ist. Die Stromzuführung zu den Elektromotoren erfolgt
in der üblichen parallelen Schaltungsform. Diese Art der Stromzuführung ermöglicht
ein zweckmäßiges Arbeiten der Motoren, ohne den Kreisel in seiner Wirkung zu stören:
In dem Ring 9 können je zwei mit Teilungen versehene Bogenteile 34 (Abb. i) angebracht
sein, auf denen eine bei anderen Kreiselvorrichtungen bekannte Lichtstrahllinie
spielen kann. Diese Lichtlinie wird durch einen Scheinwerfer 35 hervorgebracht,
der am Armkreuz i9 befestigt ist, also mitkreist. Infolge dieser Drehung des Scheinwerfers
trifft diese Lichtlinie auf vier Teilungen, und zwar werden zwei am Ring io angebrachte,
nicht dargestellte Teilungen die östliche oder westliche Veränderung und die am
Ring 9 befestigten Teilungen die nördliche oder südliche Breite anzeigen. Auch können
mehrere solcher Scheinwerfer vorgesehen und versetzt zueinander -an dem Armkreuz
i9 angebracht werden. An- Stelle dieser Lichtlinienanzeigevorrichtung kann auch
eine mechanische Zeigervorrichtung verwendet werden, die eine Hebelübersetzung hat
und in geeigneter Weise auf der Kugel 16 oder auf der Nabe des sich selbst drehenden
Kreisels gelagert ist.
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Die Stromzuführung zwischen den die kardanische Aufhängung bildenden
Ringen kann beispielsweise nach Abb. q. und 5 ausgebildet sein. Der Ring 9 ist mit
isolierten, zu der Körnerspitze 8 des Ringes .7 gleichachsigen Messingringen 36
und 37 versehen, auf welchen Stromzuführungslamellen 38, 39, die gleichfalls isoliert
am Ring 7 befestigt sind, gleiten.
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Die- Gewichtsmasse des sick selbst bewegenden Kreisels muß genau ausbalanciert
sein, und zwar so, dafi dieser in wagerechter Schwingungsstellung keine einseitige
Belastung aufweist. Um die Störungen, welche durch die Drehungswirkungen der Motoren
entstehen, unwirksam zu machen, müssen je zwei Motoren als rechtsdrehend und je
zwei als linksdrehend laufen oder aber, da dies. bei Wechselstrom mit in gleicher
Richtung gewickeltenAnkern nicht möglich ist, j e zwei als Zug und zwei als Druckmotoren
die Luftschrauben betätigen.
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Das Messen der geographischen Lage erfolgt nach dem Inbetriebsetzen
und Einstellen der Vorrichtung. Die Vorrichtung wird dadurch in Betrieb gesetzt,
daß die Elektromotoren 13 und 2o eingeschaltet werden, wodurch der Kreisel
vermöge der Zugkraft der Luftschrauben 2r gedreht wird. Die Stahlkugel 16 wird mittels
des Motors 13 in gleicher Richtung gedreht, wodurch die Reibung des Kreisels auf
der Kugel 16 gänzlich oder fast aufgehoben wird. Der Kreisel kann sich zum Gehäuse
i sowohl in senkrechter als auch in wagerechterEbene drehen, wie es sich jeweilig
durch die Erdumdrehung oder durch die örtlichen Veränderungen der Vorrichtung von
selbst ergibt. Da die Stellungsänderungen des Kreisels infolge der beständigen-
Erdumdrehungen. entstehen, muB das Uhrwerk 12 in Tätigkeit gesetzt werden. Denn
infolge der Erdumdrehungen, welche den sich selbst drehenden Kreisel nicht beeinträchtigen,
wird
das Gestell 1:1 des Motors 13 und der Kreisel gestürzt, was
schon in 8 Stunden den Kreisel hemmen würde, da der Drehungswinkel desselben nur
12o Grad beträgt. Dieser Drehungsfre;iheitsgrad kann allerdings auf iSo Grad erhöht
werden, was indessen durch das von dem Uhrwerk 12 bewerkstelligte Nachdrehen im
Sinne der Erdumdrehung nicht notwendig ist.
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Der Kreisel kann auf jeden beliebigen Horizont eingestellt «-erden,
welcher zum Unterschied von dem örtlichen als »künstlicher« bezeichnet wird. Dieser
Horizont wird von (lein Kreisel so lange künstlich festgehalten, als die Motoren
2o sich drehen; dieser Horizont dient sodann als Grundlage der Messungsergebnisse.
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Bedingung zur richtigen Einstellung der Vorrichtung ist, daß der Kreisel
entweder wagerecht oder diagonal kreist (die Wahl des Horizontes ist gleichgültig),
Ring io in Ostwestrichtung steht und die Zeiger in Nullstellung gebracht werden.
Im Augenblick des Inbetriebsetzens muß eine Stoppuhr, welche in keiner Weise mit
der Vorrichtung in Verbindung steht, in Tätigkeit gesetzt werden, oder falls die
Zeigervorrichtung von einem Uhrwerk selbst in erwähnter Weise zur selbsttätigen
Berichtigung im entgegengesetzten Sinne der Erdumdrehungen bewegt wird, muß diese
gleichzeitig in Gang gebracht werden. Da die Erdumdrehungen gleichmäßig und genau
vor sich gehen, müssen die auftretenden Uhrabweichungen von Zeit zu Zeit berichtigt
«-erden. Nach dem Einstellen derVorrichtung und dein Ingangsetzen der Uhr kann das
Gestell des Kreisels nach jeder Richttrug verstellt werden, was z. B. bei Kurven
unvermeidlich ist. Nur im Augenblick der Ablesung wird durch den Ring 3 die Vorrichtung
oder das kardanische Gestell in die Ostweststellung gebracht, doch müssen die Motoren
2o sowie die zur Berichtigung notwendige Uhr in Betrieb bleiben.
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Die Messungsresultate ergeben sich durch die Verstellung des künstlichen
Horizontes zum Ortshorizont. Die Werte der geograpbischen Breiten sind unmittelbar
ablesbar, jene der geographischen Längen können mittelbar durch Abzug des mittels
der Uhr bestimmbarenVeränderungswertes festgestellt werden, wie folgendes Beispiel
zeigt: Die Motoren werden eingeschaltet. Ring io in Ostweststellung gebracht und
der Kreisel auf irgendeinen Horizont eingestellt, ferner «-erden die Zeiger in Nullstellung
gebracht sowie die Uhr in Gang gesetzt. Es sei angenommen, daß der Ausgangshafen
15 Grad io Minuten 2o Sekunden östlicher Länge nach Greenwich liegt. Nach 5 Stunden
io Minuten 5o Sekunden seit des Inbetriebsetzens und Einstehens der Vorrichtung
(die Abfahrtszeit des Fahrzeuges bleibt unberiicksichtigt), soll die Messung vorgenommen
werden. Die Zeigerstellung ergebe (geographische Längenangabe): ;6 Grad 12 Minuten
20 Sekunden. Während der angegebenen Zeit wurde der Kreisel infolge der Erdumdrehungen
um i j Grad 42 Minuten 3o Sekunden mit Bezug zur örtlichen Horizontalen verstellt.
Da dies ein größerer Wert ist als der des :Messungsergebnisses, muß das Fahrzeug
seinen Ort in westlicher Richtung verändert haben (also im entgegengesetzten Sinne
der @ Erdtimdreliung), und zwar um i Grad 30 Minuten io Sekunden. Im Augenblick
der Ablesung befand sich also das Fahrzeug 13 Grad .I0 Minuten io Sekunden östlich
von Greenwich. Die Angaben des Zeigers für die geographischen Breiten sind unmittelbare
Werte.