-
Vorrichtung zum Anzeigen der wahren Fahrt eines Fahrzeuges über Grund
Die Erfindung - betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen der wahren Fahrt eines Fahrzeuges
über Grund und ist gekennzeichnet durch ein Kreiselsystem, das sowohl durch ein
Hilfskreiselsystem auf an sich bekannte Weise von dem Einfluß der Fahrzeugdrehung
als auch durch ein Kraftsystem von der Einwirkung der Erdrotation derart befreit
wird, daß seine Anzeigevorrichtung lediglich die wahre jeweilige Bewegungsrichtung
des Fahrzeuges anzuzeigen vermag.
-
Dieses Kreiselsystem stellt sich in Wirklichkeit senkrecht zur wahren
Fahrtrichtung. Das ist für die Anzeige der Fahrtrichtung unerheblich, da die Abweichung
konstant ist. Das zweite Kreiselsystem wird nach der Weisung des ersten so korrigiert,
daß es sich in die wahre Fahrtrichtung einstellt. Das diese Korrektion bewirkende
Drehmoment muß dauernd proportional der Geschwindigkeit sein, mit der sich das Fahrzeug
über Grund bewegt. Ist also der zweite Kreisel vollständig korrigiert, so entspricht
die Größe des Korrektionsmomentes der Geschwindigkeit. Diese Größe ist feststellbar
und damit die Geschwindigkeit meßbar.
-
Der dauernd senkrecht zu der wahren Fahrtrichtung stehende erste Kreisel
ist ein Kreisel mit drei Freiheitsgraden und unterhalb der Aufhängung liegendem
Schwerpunkt wie jeder gewöhnliche Kompaßkreisel. Nur ist durch bekannte Mittel,
z. B. eine Deprezspule, die Einwirkung der Erdrotation auf ihn, also die durch die
Erdrotation hervorgerufene Richtkraft kompensiert. Unkompensiert ist bei einem solchen
Kreisel die scheinbare Erdrotation, .die durch die Bewegung -des Fahrzeuges in,der
wahren Fahrtrichtung hervorgerufen wird. Die Richtung der wahren Fahrt bildet für
die neue scheinbare Erdrotation den Äquator, und die Kreiselachse stellt sich nun
parallel zu der Achse der neuen, scheinbaren Erdrotation, ,also senkrecht zur Ebene
des Äquators der scheinbaren Erdrotation, d. h. senkrecht zur wahren Fahrtrichtung,
ein.
-
Der zweite Kreisel ist identisch mit dem soeben beschriebenen, hat
also an sich auch das Bestreben, sich senkrecht zur wahren Fahrt einzustellen. Er
wird jedoch daran durch ein bestimmtes Drehmoment verhindert. Dieses Drehmoment
wird so bemessen, daß die Achse des zweiten Kreisels ständig in Richtung der wahren
Fahrt erhalten wird. Wenn -das Drehmoment dies leisten soll, so muß es imstande
sein, die sich aus der .scheinbaren Er drotation, d. h. aus der Geschwindigkeit
der wahren Fahrt, ergebende Richtkraft aufzuheben. Folglich ist die Größe dieses
Drehmomentes proportional der wahren Fahrtgeschwindigkeit.
-
Das Drehmoment, welches den zweiten Kreisel in ,der Richtung der wahren
Fahrt erhält, kann beispielsweise .durch ein Kraftfeld ausgeübt werden, dessen Feldstärke
konstant ist und dessen Drehgeschwindigkeit so geregelt wird, daß das Moment, welches
das Kraftfeld auf einen Metallzylinder ausübt,
den Kreisel in der
Richtung der wahren Fahrt erhält. Ist dies der Fall, so entspricht die Umlaufgeschwindigkeit
.des Kraftfeldes der Geschwindigkeit der Fortbewegung in Richtung der wahren Fahrt.
Mißt man also die Umlaufgeschwindigkeit des Kraftfeldes, so mißt man in bestimmtem
Maß die Geschwindigkeit in Richtung der wahren Fahrt. Mißt man die Zahl der Umdrehungen
des Kraftfeldes, so integriert man die Geschwindigkeit und erhält im gleichen Maßstab
den in Richtung der wahren Fahrt zurückgelegten Weg.
-
Man kann dieses Ziel auch auf anderem Wege erreichen, z. B. indem
man ein auf den zweiten Kreisel einwirkendes Drehmoment in irgendeiner bekannten
Weise so regelt, daß es den Kreisel in der Richtung der wahren Fahrt erhält und
die Größe des Drehmomentes mißt. Hierzu ist z. B. eine Deprezspule geeignet, deren
Stromstärke dann das Maß der Geschwindigkeit darstellt und dazu benützt werden kann,
das Integrationsinstrument, den Wegmesser, in Bewegung zu setzen. Andere Ausführungsmöglichkeiten
stehen dem Fachmann zur Verfügung.
-
Die ballistischen Ausschläge des ersten Kreisels sind unschädlich,
weil sie die Einstellung des Kreisels senkrecht zur wahren Fahrt. unterstützen.
Die ballistischen Ausschläge des zweiten Kreisels fälschen die Anzeige über lange
Wege nicht, können aber insofern störend wirken, als sie Schwingungen in der Geschwindigkeits-
oder Wegangabe hervorrufen können.. Es ist -daher zweckmäßig, die ballistischen
Ausschläge durch geeignete Mittel auf ein unschädliches Maß herabzusetzen. Derartige
Mittel stehen .dem Fachmann in verschiedener Form zur Verfügung. Z. B. könnte man
-die Geschwindigkeitsangaben des Instrumentes differenzieren, wodurch die Größe
des jeweiligen Beschleunigungs:druckes auf den tiefer liegenden Schwerpunkt des
Kreisels gegeben und für die Korrektion des ballistischen Ausschlages benutzbar
ist. Man könnte auch den Ausschlag eines frei schwingenden Pendels dazu benutzen,
um die gewünschten Kompensationsmomente hervorzurufen. Die Kompensation der ballistischen
Kreiselausschläge braucht nicht exakt zu sein, sondern es genügt,_ sie auf ein bestimmtes
geringes unschädliches Maß herabzudrücken. Diese Kompensation bildet nicht den Gegenstand
der Erfindung, da dem Fachmann die Mittel hierzu zur Verfügung stehen.
-
Endlich ist Gegenstand der Erfindung der Ausgleich des Schlingerfehlers
für beide Kreisel. Da die Kreisel senkrecht zueinander stehen, so stehen ihre Hauptträgheitsebenen
senkrecht aufeinander. Kuppelt man nun die Gehänge beider Kreisel mechanisch miteinander,
und zwar so, .daß jede Schwingung des einen Gehänges von :dem anderen Gehänge mitgemacht
werden muß, so erhält man ein System, das in beiden Trägheitsebenen den .Schwingerbewegungen
gleichen Widerstand leistet, also räumlich ohne bevorzugte Trägheitsachse träge
ist. Auf diese Art werden die beiden Trägheitsellipsoide der einzelnen Kreisel sozusagen
in eine gemeinsame Trägheitskugelverwandelt. Man kann die mechanische Verbindung
der Kreiselgehänge z. B. so ausführen, daß man am inneren Kardanring jedes Systems
mit einem einachsigen Gelenk, dessen Drehachse senkrecht .auf der senkrechten Ebene
durch die Mittelpunkte beider Kardangehänge steht, eine Verbindungsstange anschließt,
deren Länge so bemessen -ist, daß ein Parallelogramm entsteht.
-
Auf der Zeichnung ist in Abb. i eine Anordnung nach der Erfindung
schematisch dargestellt.
-
Abb.2 zeigt schaubildlich die Gesamtanordnung, wobei alle nicht zum
Verständnis der Erfindung notwendigen Teile fortgelassen sind.
-
In -Abb. z ist a -,das Fahrzeug, z. B. ein Schiff. b ist die durch
einen Kreiselkompaß bekannter#Art dauernd nordweisend erhaltene Bezugsplattform.
c ist der erste sich senkrecht zur Richtung der wahren Fahrt einstellende Kreisel;
d bezeichnet den sich in die Richtung der wahren Fahrt einstellenden zweiten Kreisel.
-
In Abb.2 ist b wieder die nordweisende Bezugsplattform, c und d die
beiden Kreiselsysteme. Das System c ruht auf der Plattform b in einem senkrechten
Rahmen. i, in welchem ein Kardangehänge 2, 3 gelagert ist. In dem Kardangehärige
ist um eine sen#krechte Achse q. drehbar das durch einen Rahmen angedeutete Kreiselgehäuse
5 mit dem Kreisel.6 gelagert. Oben auf dem Kardangehänge sitzt eine Deprezspule
7. Diese dient zum Ausgleich der Richtkraft der wahren Erdrotation. Ihre Stromstärke
wird in irgendeiner bekannten Weise, die nicht zur Erfindung gehört, geregelt. Auf
der Achse sitzt ein Zeiger 8, der- auf einer Gradeinteilung g den Kurs der wahren
Fahrt anzeigt.
-
Das zweite Kreiselsystem d hat wiederum einen Tragrahmen i und ein
Kardangehänge 2, 3, in dem das Kreiselgehäuse 5 mit dem Kreisel 6 um eine senkrechte
Achse 4. drehbar ist. Oben auf dem Kardanring 3 sitzt wieder eine Deprezspule 7
zum Ausgleich der wahren Erdrotation und ein Zeiger .8 über einer Gradeinteilung
g.
-
Ferner ist auf der -Achse q. eine Deprezspule io angebracht, die dazu
dient, den
Kreisel des Systems d in die Richtung der währen Fahrt
einzustellen, d. h. die Richtkraft dieses Kreisels aus der scheinbaren Erdrotation
der wahren Fahrt auszugleichen. Die Einstellung der Stromstärke der Spule io erfolgt
mit Hilfe der Skala 9, z. B. indem man auf der Skala Kontakte anbringt, die in irgendeiner
bekannten Weise die Regelung der Stromstärke so vornehmen, daß der Kreisel des Systems
d stets in Richtung der wahren Fahrt liegt.
-
Um die ballistischen Fehler auszugleichen, ist eine dritte Deprezspule
i i vorgesehen, deren Stromstärke wiederum in bekannter Weise so eingestellt wird,
daß -die ballistischen Schwingungen nach- Möglichkeit ausgeglichen sind. Wie bereits
angedeutet, kann die Stromregelung in der Spule i i z. B. .dadurch erfolgen, daß
man die Geschwindigkeitsangaben des Instrumentes differenziert oder indem man den
Ausschlag eines frei. schwingenden Pendels dazu benutzt, die nötigen Kompensationsströme
einzustellen.
-
Wie ebenfalls bereits betont, bildet die Stromstärke in der Spule
1o ein Maß der Geschwindigkeit des Fahrzeuges über Grund. Läßt man den gleichen
Strom ein Integrationsinstrument antreiben, so mißt dieses Instrument selbsttätig
den zurückgelegten Weg.
-
Die Rahmen 3 der beiden Systeme c und d sind durch eine Stange 12
verbunden, die durch einachsige Gelenke 13 und 14 an die Rahmen 3 angeschlossen
ist. Die Richtung ihrer Achsen steht senkrecht auf der durch die Mitte der Systeme
c und d verlaufenden senkrechten Ebene. Die Kardangehänge der Systeme mit der Stange
12 bilden also ein Parallelogramm, das die K .ardangehänge ,des Systems c zwingt,
jede Schwingung des Kardangehänges des Systems d mitzumachen und umgekehrt. Dadurch
erhalten beide Systeme gleichsam einen gemeinsamen Schwerpunkt, der in jeder Richtung
gleichen Z`rägheitswiderständen begegnet, was praktisch die Ausschaltung des Schlingerfehlers
bedeutet.
-
Bei der Benutzung der beschriebenen, .in Abb. 2 dargestellten Vorrichtung
dient die Anzeige des Systems c dazu, das Fahrzeug unmittelbar in einer gewünschten
Richtung über Grund zu steuern. Dabei wirkt die nordweisende Plattform wie ein gewöhnlicher
Kompaß, so daß der Unterschied der Lage der nordweisenden Plattform b und des Kreisels
im System c unmittelbar den Luvwinkel angibt. Kennt man ferner die Relativgeschwindigkeit
des Fahrzeugas gegenüber dem tragenden Medium, so kann man aus den beiden Geschwindigkeiten
und dem Luvwinkel Größe und Richtung der Strömung des tragenden Mediums ermitteln,
d. h. alle Verschiebungen des Fahrzeuges wie des tragenden Mediums über Grund feststellen.
Insbesondere für den Luftfahrer ist aber die Kenntnis von Größe und Richtung der
Luftströmung navigatorisch von wesentlicher Bedeutung, weil er durch sie in die
Lage versetzt wird, gleichsam meteorologisch-strategisch, d. h. innerhalb gewisser
Grenzen, die Route der- Fahrt so zu legen, daß er unter den obwaltenden meteorologischen
Verhältnissen entweder Stürmen ausweichen oder den günstigsten Fahrtwind aufsuchen
kann.
-
Bei selbsttätiger Regelung der Stromstärke der Spule 1o des Systems
d stellt der Steuermann oder Pilot die die Stromstärke regelnden Kontakte auf der
Skala 9 .des Systems d auf den gewünschten Kurs über Grund ein.