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Vorrichtung, zum Überwachen und Nutzbarmachen der Bewegungen eines
Schiffs-oder eines Flugzeugrumpfs relativ zur Senkrechten und zum örtlichen Meridian.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum L'berwachen und -Nutzbarmaciien
der' Bewegungen eines Schiffs- oder eines Flugzeugrumpfs relativ zur Senkrechten
und zum örtlichen Meridian.
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Im wesentlichen - umfaßt der Erfindungsgegenstand eine Gruppe von
zusammenwirkenden Gerätetischen mit Einrichtungen, um sie, während gleichzeitig
einer von ihnen in einer festen Orientierung gehalten wird, in wagerechten Ebenen
zu halten, trotz der Bewegungen, denen das die Vorrichtung tragende Schiff oder
Flugzeug ausgesetzt ist.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung, beispielsweise
an Bord von Schiften, die rnan einen >.orientierten künstlichen Horizont« nennen
könnte: hierunter ist zu verstehen ein als Gerätetisch dienendes bewegliches System,
das an den Schiffsrumpf aufgehängt und praktisch in Abhängigkeit von der -Senkrechten
und von- örtlichen Meridian gehalten wird. Diese t'orrichtung ist bestimmt, eine
Stellungsmarke zu verkörpern, deren Winkeleinstellungen relativ zum Schiffsrumpf,
beispielsweise auf geeigneten- Empfingern, wiedergegeben werden können und zwar
an beliebigen Stellen des Schiffs. Die so gewonnenen Anzeigen, können an Ort und
Stelle oder durch Fernübermittlung nutzbar gemacht werden, z. B. zum Stabilisieren
von Plattformen und Geräteträgern, zur Büstimmung des Ausschlags und der Geschwindigkeit
der 'Winkelbewegungen des 'Schiffsrumpfs, zur Durchführung der durch die wechselnde
Schrägstellung der Geschüt7plattforrnen veranlaßten Richtungskorrekturen für die
Geschütze, zum selbsttätigen Abfeuern dieser Schiffsgeschütze, zur Anwendung des
indirekten Schießverfahrens an Bord von Schiften und für ähnliche Zwecke.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem von einem Gyroskop
mit geeigneter Schwungmasse gebildeten Gerätetisch, dem l-Icir izontalstabilisator«.
Was vor allem die neue Vorrichtung kennzeichnet, ist, daß die von den mit diesem
Gyroskoptisch verbundenen Geräten herrührenden Impulse, die in jedem Augenblick
das Bestreben haben, die Kreiselachse abzulenken, durch Bedienungsleute ausgeglichen
werden, die zu diesem Zweck ein Hilfsgyroskop von geringer Masse beobachten, das
an dem Tischgyroskop aufgehängt und allen Störungen-entzogen ist. Dieses Gyroskop,
das als K,ontrollhöri7intalgyrOskop bezeichnet ist, zeigt infolge, seiner Verbindung
mit dem Tischgyroskop dessen Abweichungen an, so daß die Bedienungsleute, die die
Relativbewegungen zwischen
deni Tischgyroskop und dem Kontrollgyroskop
beobachten, auf jenes einwirken können, um in jedem Augenblick die Richtung der
Kreiselachse nachzustellen, indem sie in an sich bekannter Weise den Kreisel eine
Präzessionsbewegung ausführen lassen.
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Die Anlage umfaßt in Verbindung mit deiil Horizontalstabilisiergyroskop
ein Orientierungsstabilisäergyroskop von geeigneter Masse, dessen Abweichungen ebenfalls
von Bedienungsleuten ausgeglichen werden, die-ein zugehöriges Kontrollgyroskop beobachten,
das auf dem gleichen Träger wie das Orient!ierungsgyroskop angeordnet ist. Dieser
Träger ist wieder-mit dem Tischgyroskop verbunden und kann trotzdem relativ zu ihm
frei orientiert werden. Hierzu wird bemerkt, daß es an sich bekannt ist, Meßvorrichtungen
in einer Ebene durch einen Kreisel zu stabilisieren und ihnen bzw. einem ihrer Teile
durch einen zweiten Kreisel eine Orientierung in einer zur erster Ebene Senkrechten
zu erteilen.
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Wenn man diese Erfindung beispielsweise auf ein Schiff anwendet, werden
die Horizontalanzeigen in jedem Augenblick durch die relativen Einstellungen zwischen
dem von dem Stabilisiergyroskop gebildeten Gerätetisch und dem Schiffsrumpf geliefert,
an dem das Gyrcskop in an sich bekannter Weise kardanisch aufgehängt ist.
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Die Orientierungsanzeigen werden durch die Relativeinstellungen zwischen
dem gemeinsamen Träger des Orientieningsgyrosl<ops und seines Kontrollgyroskops
einerseits und dem horizontal stabilisierten Gerätetisch anderseits gegeben.
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Infolge der Kompensationsmomente, die von den Beobachtern ausgeübt
werden, bewahrt die Vorrichtung praktisch ihre Eigenschaft als Festmarke, unabhängig
von den Widerständen, die bei dem Antrieb der Gebrauchsvorrichtungen, wie beispielsweise
der Geschwindigkeitsmesser, der Appara-he zur Winkelübertragung, zum Abfeuern u.
dgl., überwunden werden müssen.
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In der Praxis werden nach der Erfindung die beiden Kontrollgyroskope
annähernd in ihrem Schwerpunkt an dem bezüglich der Orientierung im Meridian stabilisierten
Gehäuse aufgehängt. Bei beiden wird die Tagesbewegung durch eine zusätzliche Masse
kompensiert, die ihm ein Kräftepaar von geeigneter Größe und Richtung in dem Feld
der Schwerkraft verleiht.
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Gemäß der Erfindung wird auch die Achse der Schwungmasse des Kontrollo@rientierungsgyroskops,
nachdem sie in der Richtung Nord-Süd eingestellt ist, im wesentlichen wagerecht
gehalten durch die regelbare Verdrehung des Kabels, an dem der senkrechte RaLmen
des Gyroskops aufgehängt ist. Anderseits kann die Schwungmasse,nachse des Hauptorientierungsgyroskops
in ihre Mittelstellung zurückgeführt werden durch die Anwendung einer Kraft, die
das Bestreben hat, das orientierte Gestell um seine senkrechte Aufhängungsachse
zu drehen.
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Schließlich wird die Schwungmasse des Kontrollhorizontalgyroskops
in einer der Senkrechten sehr nahen Stellung durch die '\Virkung von Elektromagneten
gehalten, deren Erregungsströme nach den Anzeigen einer Libelle von eigenartiger
Anordnung geregelt werden, die die Schrägstelhulg überwacht, die der Gerätetisch
sowohl in der Längsrichtung wie in der Querrichtung des Schiffs annimmt. Diese Libellen
werden, wie weiter unten erläutert, so angeordnet, daß sie praktisch unempfindlich
sind für wechselnde Beschleunigungen von kurzer Periode, wie z. B. die Beschleunigung
infolge des Schlingerns, wie die Beharrungswirkungen infolge von Drehbeivegiuigen
und Geschwindigkeitsänderungen des Schiffs.
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Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstands ist in der Zeichnung
dargestellt; es zeigen Abb. i die Gesamtanordnung im Schnitt nach i-i der Abb. 3,
Abb. a die Gesamtanordnung in Ansicht von der Seite des Kontrollorientierungsgyroskops,
Abb.3 eine Ansicht von der Seite des Horizontalkontr,)llgyrcskops, Abb. ¢ einen
Schnitt nach 4-4 der Abb. i, Abb. 5 .einen Schnitt nach 5-5 der Abb. z, Abb. 6 einen
Schnitt nach 6-6 der Abb. z, die Korrekturgeräte von unten zeigend, Abb. 7 die Marken
für das Horizontalkontrollgyroskop, Abb.8 die Marke für das Kontrollorientierungsgyroskop,
Abb. 9 einen Schnitt nach 9-9 der Abb. i, Abb. io eine Ansicht von oben des Gerätetisches
mit den Libellen, Abb. 14 und 17 die Libelle für die Längsrichtung des Schiffs,
Abb. i i und 13 das Korrekturgerät für diese Libelle in teilweis-cm Schnitt in größerem
Maßstab nach i i-i i der Abb. io und in teilweise geschnittener Ansicht, Abb. 15
und 16 das Korrekturgerät für die Querrichtung des Schiffs von der Seite und von
oben, Abb. 1? einen Schnitt nach 12- 12 der Abb. i o.
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Das Gehäuse i, das als Gerätetisch dient, enthält einen Kreisel ,-q
finit senkrechter Achse, der in bekannter Weise durch einen Elektromotor .gedreht
wird. Dieses Gehäuse ist an dem Schiffsrumpf aufgehängt mittels des Gerüstes 3,
mit dem es starr verbunden ist, und des Rings 4, der einerseits an dem Schiffsrumpf
durch Drehzapfen 5 und 6, anderseits an dem Gerüst 3 durch Drehzapfen 7 und . 8
angelenkt ist.
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Das Gehäuse i trägt am unteren Teil und
in Verlängerung
der Achse der Schwungmasse 2 einen senkrechten Zapfen 9 (Abb. i 1. uni den das Gestell
t o des orientierten Systems gedreht werden kann, das an dem vorhergehenden System
mittels des Kugellagers i t und des auf dem Zapfen aufgekeilten Zahnrads 12 aufgehängt
ist.
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Das G=estell t o trägt an seinem unteren Teil mittels der Drehzapfen
13 und 1.1 das Gehäuse 15 des Orientierungsstabil:i.siergyrosk#jps, dessen Schwungmasse
i 6 von einem Elektroinotor um eine zu der Achse dieser Drehzapfen senkrecht stehende
Achse gedreht wird. die im wesentlichen in ihrer Mittelstellung wagerecht ist. Es
trägt außerdern am unte-
ren Teil Sitze 171 18 und i 9 und Fußstützen 2o,
21, 22 für die Bedienungsmannschaften, ferner Ausgleichsgewichte 23, 2.1,
25, um die Gewichte dieser Beobachter ausgleichen zu können. Die Beobachter geben
ihre Einstellungsimpulse, der eine mittels .des an dem Gehäuse 15 befestigten Hebels
26, die anderen mittels der an Gabeln 29 und 3o des Gestells i o angelenkten Hebel
27 und 28. Die Hebel 27 und 28 greifen mit Gelenken ; i und 32 an Lenkern 33 und
3.1 an, die in um den gleichen Drehzapfen 35 des Schiffsrumpfs di elfbare und schwenkbare
Verbindungsstück auslaufen.
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Der mittlere Teil des Gestells i o bildet einen Tisch, der, wie bereits
gezeigt, mit dem Tisch i zusammenwirkt und auf dem ein Zeiger 36 für den Steuerstrich,
ferner die Achse des mit dem Rad 12 kämmenden und durch das Handrad 38 gesteuerten
Zahnrädchens, das Fernrohr zum Anvisieren der Marke 4o (Abb. 8) des Spiegels
4.1 an .dem G.eliäuse 4.2 des Orientierungskontrollgyroskops sowie die Fernrohre
4.3 und .1l zum Anvisieren der Marken 4.5 (Abb. 7) der von dem Gehäuse .18 des Kontrollliorizontalgyroskops
getragenen Spiegel4.6 und l; angebracht sind.
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Das Gehäuse .12 enthält eine Schwungmasse, die auf elektrischem Wege
um eine wagerechte Achse in Umlauf gehalten wird, die im wesentlichen in Richtung
der Stange .19 gelegen ist, die den Spiegel 41 und das Laufgewicht 5o trägt, das
zur Korrektur der Wirkungen der Tagesbewegung auf das Kontrollorientierungsgyroskop
dient. Es ist auf einer wagerechten Achse mittels der Drehzapfen 51 und 52 (Abb.
2) an dem senkrechten Ring 5 3 angelenkt, der selbst um eine senkrechte Achse in
Lagern 5.1 und 55 des Gestells io schwenkbar ist.
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Das Gehäuse 4 8 enthält eine Schwungmasse, deren Umlauf um eine senkrechte
Achse auf elektrischem Wege unterhalten wird. Es ist an dem Gestell r o mittels
eifies Kardangehänges aufgehängt, das den wagerechten Ring 56 umfaßt. Die Drehzapfenachle
dieses Ringes in den Lagerstellen 57 und 58 des Gehäuses ist im wesentlichen parallel
der Drehachse des Gehäuses 42 in dem Rilig 53. Eine in der Verlängerung der Drehachse
des Gehäuses 18 in dem Ring 46 angeordnete Stange 59 trägt das Laufgewicht 6o, das
zur Ausschaltung der Wirkungen der Tagesbewegungen auf das Kontrollhorizontalgyroskop
dient.
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Das Gestell io trägt an seinem oberen Ende eine gezahnte Scheibe 61
(Abb. i und 6) sowie die Vorrichtungen zum Einstellen der Iec=ntrollgy roskope.
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Eine zylindrische Muffe 6a, die von dieser Plattform getragen wird.
kann um eine senkre.-lite Achse gedreht werden, die in der Verlängerung der Drehachse
des Rings 53 in seinen Führungen gelegen ist. Die Reibung des Drehzapfens 54 wird
praktisch ausgeschaltet durch eine genügende Spannung des Seils 6;, das den Mittelpunkt
des Zapfens 55 mit der Mitte des Röhrenbodens verbindet. Eine gewisse Verdrehung
in beliebiger Richtung kann dem Seil durch den Beobachter des Spiegels .11 mittels
der Schnecke 64. (Abb. i und 6-) gegeben werden, die ihre Bewegung von der Kette
65 und dem geriffelten Kopf 66 erhält. Der gemeinsame Träger 67 dieser drei Geräte
ist mit der Plattform 61 starr verbunden.
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Um den an dem oberen Teil des Gehäuses 48 befestigten Zylinder aus
weichem Eisen 104 können die Elektromagnete 68, 69, 7 0 und 71 Abb.
6) kreisen, die an Armen des Trägers 7 2 befestigt sind. Dieser ist starr
verbunden reit einer Welle 73, die die Plattform nach einer Linie durchquert,
die im wesentlichen die Achse des Horizontalkontrollgyrosk.aps verlängert. Der Träger
7 z behält eine feste Einstellung relativ zu dem Schiffsrumpf infolge des Eingriffs
des Rads- 7 4 auf der Welle mit dem Zwischenrad 7 5, dessen Achse sich in der Plattform
61 frei dreht und das seinerseits von dem Rad 7 6 am Zapfen g mitgenommen wird.
Die Räder 7 .l und 76 besitzen die gleiche Zähnezahl.
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Das Gehäuse i trägt zwei Neigungszeiger, von denen der eine nach der
Längsrichtung, der andere nach der Querrichtung des Schiffs eingestellt ist (Abb.3
und io). Diese Neigungszeiger für die Längsrichtung und für die Querrichtung umfassen
einen an dem Gehäuse i durch Scharnier 78 angelenkten Sokke177, eine den Sockel
in senkrechter Richtung durchsetzende und als Fuß dienende Schraube, ein geschlossenes
Glasrohr 8o, enthaltend eine Flüssigkeit und eine Kugel 81, und einen Elektromotor
82, der der Röhre eine stetige Drehbewegung mittels eines reduzierenden Vorgeleges
83 übermittelt.
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Der Neigungszeiger für die Längsrichtung
(Abb: 14,
1 7 und 13, I 1) wird vervollständigt durch eine Vorrichtung zum Aufzeichnen
der von einem Log angezeigten Schiffsgeschwindigkeit. Eine Schreibnade184 zeichnet
die Kurve dieser Geschwindigkeit auf einen durchsichtigen Papierstreifen 85, der
sich unter der kreisförmigen Glasscheibe 86 mit einer von einem Uhrwerk bestimmten,
praktisch konstanten Geschwindigkeit abrollt. Die Scheibe 86 trägt ein Netz von
geraden parallelen Linien; sie kann in eine beliebige Stellung gebracht werden,
indem ihre -czahnte Fassung 87 zu diesem Zweck mit einem auf die einstellbare Schraube
79 aufgekeilten Zahnrädchen 88 kämmt.
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Der Zeiger für die Querneigungen (Abb. 12, 15, 16) wird vervollständigt
durch eine Vorrichtung, die nach Art eines Wattmeters aufgebaut ist und die in einer
ihrer Wicklungen einen Strom aufnimmt, der proportional der Fahrgeschwindigkeit
ist, während die andere XV'icklung mit einem Strom beschickt wird, dessen Stärke
proportional der Winkelgeschwindigkeit der Schiffsdrehung ist. Die Nade189 dieses
Gerätes wird durch eine runde Glasscheibe 9o mit einem diametralen Teilstrich 91
beobachtet. Dieser Teilstrich kann durch Einwirkung des auf der Fußschraube 79 aufgekeilten
Zahnrädchens 93 auf die gezahnte Fassung 92 in .eine beliebige Einstellung gebracht
werden.
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Stromverteiler 94 und 95, die von dem Gehäuse 1 getragen und von den
Beobachtern der Neigungszeiger bedient werden, gestatten, die Elektromagnete 68,
69, 70 und 71 mit Strom zu beschicken.
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Der Ring 4 trägt einen Zahnbogen 96 (Abb. ;), der dazu bestimmt ist,
ein an dem Schiffsrumpf befestigtes LTbertragwngsgerät 97 für Fernsteuerung anzutreiben,
ferner einen weiteren Zahnbogen 98 (Abb. 2), der eine .ähnliche Fernsteuervorrichtung
99 bedient, die von dem Gerüst 3 getragen wird. Dieses kann außerdem einen Geschwindigkeitsmesser
i oo (Abb.9) und ein Fernsteuergerät 1o1 tragen, die durch den Zahnkranz der Plattform
61-bedient werden.
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Schließlich ist ein Teilkranz 1o2 (Abb. 2) an dem Gerüst 3 und ein
Zeiger 103 an dem Träger 67 befestigt, wodurch die Orientierung des Gestells
1 o relativ zum Schiffsrumpf überwacht werden kann.
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Der Schwerpunkt der gesamten Gerätegruppe muß in geringem Abstand
und vorzugsweise unterhalb des Schnittpunkts derbeiden Anlenkungsachsen des Rings
4 gelegen sein.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung erfordert das Zusammenarbeiten mehrerer
Bedienungsleute, von denen jeder eine genau begrenzte Aufgabe hat. Ein mit dem Ausgleich
der Orientierung befaßter Beobachter nimmt den Sitz 17 ein. Er orientiert zunächst
das Gestell i o, indem er den Hebel 26 festlegt und das Handrad 38 bedient, um seine
Visierlinie in die Richtung Nord-Süd zu bringen, die praktisch festgehalte)i werden
muß. Er benutzt hierbei die Anzeigen des Zeigers für den Steuerstrich 36 und die
des Zeigers 103. Mittels des Fernrohrs 39 visiert er die Kreuzmarke 4o des Spiegels
41 an. Er veranlaßt die Deckung des Bilds des senkrechten Striches dieser Marke
mit dem senkrechten Faden des Fernrohrs, indem er auf den Hebe126 senkrechte Drücke
oder Zäge ausübt. Er sucht anderseits die Deckung des Bilds des wagerechten Strichs
der Marke mit dem wagerechten Faden des Fernrohrs xu erzielen, indem er den geriffelten
Kopf 66 dreht. Sollte im natürlichen Verlauf der Einstellung der Hebel
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in eine unbequeme Stellung gelangen, indem er sich aus seiner Mittelstellung
zu weit entfernt, so ruft der Beobachter eine Korrektur künstlich durch Einstellen
des Handrads 38 hervor.
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Zwei Bedienungsleute sind mit dem Horizontalausgleich befaßt und nehmen
die Sitze 18 und 19 ein. Sie visieren durch die Fernrohre 43 und 44 die wagerechten
Marken 45 der Spiegel 46 und 47 an. Sie sichern das Einspielen der Bilder dieser
Marken mit den wagerechten Fäden der . Fernrohre und wirken durch geeignete Impulse
auf die Hebel 27 und 28.
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Ein vierter Bedienungsmann hat das Nachstellen des Horizontalkontrollgyroskops
und den Ausgleich der Kontrollibellen zu besorgen, indem er die Stromverteiler 94
und 95 und die Handräder der Schrauben 79 bedient. Er erregt den Strom in dem :einen
oder anderen der Elektromagnete 68 und 70, wenn er eine Neigung in der Längsrichtung
feststellt, und in den Elektromagneten 69 oder 71, wenn eine Neigung in der Querrichtung
des Schiffs zur Anzeige kommt. Sobald eine solche Neigung sich geltend machen will,
hat die Kugel 81 der zugehörigen Libelle, die bis dahin eine stetige cycloidische
Bewegung in ihrer Röhre 8o zurücklegte, das Bestreben, eine kreuzende Bewegung längs
der Achse der Röhre auf7ullehmen. Für Schwingungen von geringer Dauer, wie die infolge
der Schlingerbewegungen des Schiffs, hat die kreuzende Bewegung der Kugel, die zudem
durch die Flüssigkeit in der Röhre abgebremst wird, einen beschränkten Ausschlag,
indem die Kugel stets ihre Ausgangslage unter der Wirkung des Wechsels der Schlingerbewegung
wieder einzunehmen strebt. Wenn aber im Gegensatz hierzu eine Schwingung von langer
Dauer (Drehbewegung oder Fahrtbeschleunigung) eintritt, wird die
Kugel
vollständig nach dem einen oder anderen Ende der Röhre verschoben, wodurch der Beobachter
darauf aufmerksam gemacht wird, daß eine Korrektur bewirkt werden muß. Er stellt
einerseits das Parallelnetz der Scheibe 86 nach der Tangente des letzten Teils der
auf dem Streifen 85 aufgezeichneten Kurve ein und ferner die Marke 9 i der Glasscheibe
9o nach der Nadel 89: Es ist zu bemerken, daß einer der das Gerät mit doppelter
NVick1ung speisenden Ströme von einem elektrischen Geschwindigkeitsmesser ioo geliefert
werden kann, der die Drehgeschwindigkeit des Schiffsrumpfs um die Vertikale und
infolgedessen die Winkelgeschwindigkeit der Schiffsdrehung mißt, während der andere
Strom die gleiche Quelle hat wie der Speisestrom des Geräts zum aufzeichnen der
Fahrgeschwindigkeit.
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Die Grundkorrektur der Zeiger für die Querneigung ist demgemäß proportional
dem Produkt c,>V, d. h. der Fliehkraft infolge der Schiffsdrehung, einer nicht periodischen
Kraft, die auf die ':Masse in der gleichen Weise wie die Schwerkraft wirkt und die
Anzeige der Vertikalen in einer zur Fahrtrichtung senkrechten Ebene fälschen kann.
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Anderseits wird die Grundkorrektur des Zeigers für die Längsneigung
proportional der Neigung der Tangente an der Fahrgeschwindigkeitskurve relativ zur
Zeit, d. h. der Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit, die die einzige Kraft bildet,
die auf die Masse in gleicher Art wirkt wie die Schwerkraft und die Vertikalanzeige
in einer Ebene parallel zur Fahrtrichtung verkehren kann.
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F.s genügt also, den oben beschriebenen Korrekturgeräten geeignete
Konstanten zu "eben, um die gewünschte Kompensation der Wirkungen des Beharrungsvermögens
auf die Neigungszeiger zu erzielen.
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Da das Nachstellen des Horizontalkontrallgyroskops sehr langsam vor
sich gehen muht, können die Grundkorrekturen der Neigungszeiger mit einer gewissen
Verzögerung stattfinden und -erfordern infolgedessen von dem vierten Bedienungsmann
weder besonders aufmerksame Beobachtungen noch allzu rasche Einstellungen.