-
mehrkreiselkompaß Im Patent 24r 637 ist zum ersten Male die Lehre
gegeben, den Schlingerfehler des Einkreiselkompasses durch Hinzufügen von Hilfskreiseln
zu unterdrücken, die die Pendlungszeit um die NS-Linie des anzeigenden Systemen
verlängern. Die Patentschrift beschreibt ein Ausführungsbeispiel mit zwei durch
eine Feder in ihrer Ruhelage gefesselten Kreiseln im schwimmenden System, von denen
jeder zur Erzeugung der Richtkraft und zur Stabilisierung um die NS-Linie beiträgt.
-
Nun ist der Kreiselkompaß, wie Patent 317 661 für Kreisel mit im allgemeinen
senkrechter Achse gelehrt hat, von pendelnden Bewegungen infolge von Änderungen
der Fahrt oder des Kurses des Schiffes frei, wenn seine Schwingungszeit etwa 8¢
Minuten beträgt. Diese Bedingung konnte aber bei den bisher bekannten Anordnungen
nur für eine gegebene Breite erzielt werden, und bei jedem Wechsel der Breite änderte
sich die Schwingungsdauer, wurde z. B. mit der Annäherung an den Äquator kürzer.
Diesem Umstand hat man in verschiedener Weise Rechnung zu tragen gesucht. Beispielsweise
ist vorgeschlagen worden, die Kreisel je nach der geographischen Breite entsprechend
schneller oder langsamer umlaufen zu lassen, um dadurch bei ungeänderter Schwerewirkung
das Kreiselmoment zu verändern. Oder man ließ das Kreiselmoment ungeändert und sah
statt dessen Einrichtungen vor, die den Einfluß der Schwerkraft veränderlich machen,
z. B. durch verstellbare Gewichte. Bei beiden Vorschlägen sind aber Eingriffe in
den Kompaß oder seine Hilfsmaschinen unvermeidlich, und dadurch können leicht Weisungsstörungen
hervorgerufen werden. Die Korrekturen der erwähnten Art erfolgen auch nicht stufenlos
und sind überdies abhängig von der Aufmerksamkeit und dem Geschick des bedienenden
Personals, was sicherlich ein Mangel ist.
-
Demgegenüber schafft die Erfindung einen Kreiselkompaß der erwähnten
Art, bei dem die Schwingungszeit für die verschiedenen geographischen Breiten selbsttätig
und stufenlos geregelt wird.
-
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Abb. i in Anlehnung an Patentschrift
241637
schematisch die Aufsicht auf ein Kreiselsystem i dargestellt, in dem
die Pfeile 2 -und 3 die Impulsvektoren zweier gleich großer und gleich schnell umlaufender
Kreisel bedeuten, die in den Punkten q. und 5 um zur Kompaßrose senkrechte Achsen
drehbar gelagert sind. Die Pfeile 6 und 7 sind die Richtkomponenten, die die Nordweisung
hervorrufen, 8 und 9 die Stützkomponenten. Es geht aus der Abb. i ohne weiteres
hervor, daß die Richtkomponenten 6 und 7 zunehmen, je kleiner der Winkel zwischen
den Kreiselachsen 12 und 13 gewählt wird, und umgekehrt abnehmen, wenn der Winkel
zwischen i2 und 13 größer wird. Bezeichnet man diesen Winkel mit a und den
Impuls eines Kreisels mit T, so kommt für die Richtkraft und.
damit
für die Schwingungsdauer ein Impuls von 2 I # cos
in Betracht. Trifft man eine Einrichtung, die den Winkel u mit der Annäherung an
den Pol vergrößert und mit der Annäherung an den Äquator verkleinert, so hat man
darin ein Mittel, der Verlängerung oder Verkürzung der Schwingungsdauer durch den
Wechsel der Breite entgegenzuarbeiten: Die Erfindung besteht daher darin, die Kreisel
so anzuordnen, däß sie sich entsprechend vorstehender Bedingung derart einstellen
können, daß das Verhältnis von cos
zum Cosinus der geographischen Breite in allen praktisch vorkommenden Breiten gleich
bleibt. Hierfür sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Eine überaus einfache
Ausführungsform; die das theoretisch mögliche Ergebnis in großer Annäherung verwirklicht,
ist schematisch in Abb.2 dargestellt. Hier sind die beiden, mit 14 und 15 bezeichneten
Kreisel durch Federn io und i i an das System i gefesselt, die so bemessen sind,
daß bei nichtlaufendem Kreisel der Winkel a - 18o° ist, und daß dieser Winkel bei
laufendem Kreisel sich auf 126"/2 verringerte wenn der Kreiselkompaß am Äquator
aufgestellt ist. Die Kraft, die die Federn i o und i i spannt, wenn der Kompaß in
Betrieb ist, entsteht durch die Einwirkung der Erddrehung auf die Kreiselachsen,
die mit ihren Nordenden nach dem Nordpol streben. Es handelt sich dabei um sehr
kleine Kräfte, so daß die Federn nur eine entsprechend schwache Gegenkraft entwickeln
dürfen und die senkrechten Lager 4 und 5 sehr leichtgängig gearbeitet sein müssen.
Beide Bedingungen lassen sich am besten dadurch erfüllen, daß man die Lager 4 und
5 durch eine Aufhängung der die schweren Kreiselkörper enthaltenden Kappen an Torsionsdrähten
entlastet und die Torsionsdrähte so bemißt, daß sie gerade die erforderliche schwache
Federkraft ausüben.
-
Bei bisher bekannten Kreiselkompassen mit mehreren Kreiseln im anzeigenden
System wurden die die Kreiselachsen in einer Ruhelage fesselnden Federn um ein Vielfaches
stärker bemessen, weil man bisher die Verstellung der Kreislachsen durch die Richtkraft
nur als unerwünschte Nebenerscheinung betrachtete.
-
Es liegt auf der Hand, daß die Einrichtung nach der Erfindung sich
auch bei Kreiselkompassen treffen läßt, bei denen nicht die in Patentschrift 24i
637 beschriebene schwimmende Aufhängung verkörpert, sondern das anzeigende System
andersartig gelagert ist.
-
In dieser Patentschrift ist gezeigt, daß theoretisch die scheinbaren
Trägheitsmomente des beweglichen Systems für jede Ebene gleich sein sollten, d.
h. daß die Pendlungszeit für Auf- und Absteigen der Ost- und Westpunkte des anzeigenden
Systems ebenso groß sein sollte wie für die Meridianschwingungen. Man hat auf die
Erfüllung dieser theoretischen Forderung bisher verzichten können, weil bereits
bei weit kleineren Pendlungszeiten kein nachweisbarer Schlingerfehler auftritt.
Will man aber den Kreiselkompaß außer zur Anzeige des Meridians auch zur Anzeige
des wahren Horizontes ausnutzen, so ist es notwendig, diese Bedingung ganz oder
doch mit großer Annäherung zu erfüllen. Ähnlich wie in Patentschrift 317 661 für
einenKreisel mit im allgemeinen senkrechter Achse nachgewiesen, bleibt auch ein
Kreiselsystem nach Patentschrift 241 637 frei von pendelnden Bewegungen trotz Geschwindigkeitsänderungen
aller Art der Unterlage, wenn auch die Schwingungsdauer für die Elevation von Ost
und West des Systemes 84 Minuten beträgt.
-
Die vorliegende Erfindung geht aber insoweit über die Lehre des -Patentes
317 661 hinaus, als sie ein den wahren Horizont angebendes Kreiselsystem beschreibt,
das im Gegensatz zu dem Gerät nach jener Patent-Schrift frei von Korrekturen für
Erddrehung und Schiffsbewegungen ist. Die Rose des anzeigenden Systemes verläßt
bei einem Kompaß nach der Erfindung niemals den währen Horizont, wenn sie hierfür
bei ruhendem Aufstellungsort eingeregelt ist, gleichgültig welcher Art horizontaler
Beschleunigungen das System auf einem Fahrzeug ausgesetzt wird, und gleichgültig,
wie groß die Fahrt der Unterlage ist. Dies klingt paradox, wenn man ins Auge faßt,
daß bei Ostfahrt des Schiffes die Winkelgeschwindigkeit des Aufstellungsortes gegen
die Erde sich zu der Winkelgeschwindigkeit der Erde gegen den Raum addiert, bei
Westfahrt dagegen subtrahiert, daß also in beiden Fällen die Kreisel verschiedene
Präzessiönsgeschwindigkeiten um die NS-Achse des Systems gegen den Rauen besitzen
müssen. Bei der Ostfahrt wird durch die vorhergehende Beschleunigung aber selbsttätig
die fesselnde Feder etwas mehr angespannt, bei der Westfahrt dagegen entsprechend
entspannt, so daß die Präzessionsgeschwindigkeit gegen den Raure stets den richtigen
Wert besitzt und auch bei Beschleunigungen keine Differenzen auftreten, wenn Schweremoment,
Kreiselmoment und Federkraft das richtige Verhältnis zueinander haben, d. h. wenn
in jeder Ebene die Schwingungsdauer 84 Minuten beträgt.
-
Nach der Erfindung besteht das Mittel dafür, die Federkraft so schwach
zu gestalten, wie es die Theorie erfordert, ohne daß infolge
Nachgiebigkeit
unzulässige Fehlstellungen eintreten, darin, daß man den Winkel, den die Kreiselachsen
in ihrer Ruhelage einschließen, im nichtlaufenden Zustand 18o° und im laufenden
Zustand am Äquator kleiner, bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel etwa i261/2°,
werden läßt, wie eingangs beschrieben. Bei dieser Abstimmung der einzelnen Größen
zueinander werden zwei anscheinend ganz verschiedene Forderungen gleichzeitig erfüllt.
Zwar ändert sich in den verschiedenen Breiten die Größe der Stützkomponenten J #
sin
und damit die Schwingungszeit um die iNT/S-Achse, doch betragen diese Änderungen
nur wenige Prozent und stören darum nicht die angenäherte Erreichung der notwendigen
Bedingungen.