DE559031C - Einrichtung zum Stabilisieren von schweren Massen, insbesondere von Luft- und Wasserfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Stabilisieren schwerer Massen mit Hilfe von Arbeitskreiseln, und zwar um solche Einrichtungen, bei denen der Stabilisierungskreisel mit seinem Träger derartig schwingbar verbunden ist, daß er um eine zur Stabilisierungsachse der schweren Masse parallele Achse schwingt. Unter solchen Massen sind beispielsweise Luftfahrzeuge oder U-Boote zu verstehen die sich auf die Luft bzw. das Wasser abstützen, oder auch Geräte, die auf schwankender Unterlage angebracht sind.

Man hat bisher derartige Massen, soweit nicht Steuerkreisel, deren Präzession erst auf Servomotoren zur Betätigung von Steuerorganen, z. B. Ruderflächen, einwirkten, verwendet wurden, schon durch Arbeitskreisel zu stabilisieren versucht, die in der betreffenden Stabilisierungsebene mit dem zu stabilisierenden Körper fest verbunden waren. Soweit an diesen Arbeitskreiseln Dämpfungseinrichtungen bestanden, waren sie mit einem elastischen Moment verknüpft. Derartige Anas Ordnungen erwiesen sich als nachteilig, weil das elastische Moment der dämpfenden Wirkung entgegenarbeitet.

Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen und unter möglichst großer Dämpfung die Raumfestigkeit des Kreisels zu erhöhen. Die Erfindung geht dabei von folgender Erkenntnis aus:

i. Der zu stabilisierende Körper stützt sich gegen seinen Träger unter motorischer Steuerung durch den Abweichungswinkel des Körpers vom Kreisel (z. B. ein Flugzeug stützt sich gegen die Luft unter Steuerung von Ruderflächen oder Einrichtungen zur Schwerpunktsverschiebung oder Ausübung eines unmittelbaren motorischen Drehmomentes durch den Abweichungswinkel des Kreisels von der entsprechenden Flugzeugachse).

■2. Der Kreisel stützt sich gegen den Körper unter Steuerung mittels durch die Präzession geschalteten Motors oder mittels durch die Präzession bewirkter Schwerpunktsverschiebung.

Der Gegenstand der Erfindung, der diesen Bedingungen entsprechen soll, besteht in nachgiebiger, aber unelastischer Kupplung zwischen dem Kreisel in der betreffenden Stabilisierungsebene und dem Körper. Dabei ist die Dämpfung, und auch dies ist ein Teil der Erfindung, an der Lagerachse des Kreiselrahmens — nicht wie bisher an der Präzessionsachse — angebracht, und zwar mit solcher Kupplungsbremskraft oder Dämpfungsintensität, daß diese annähernd der Winkelgeschwindigkeit zwischen Kreisel und Körper proportional ist. Diese Proportionalitat wird jedoch zweckmäßig nur bis zu einem bestimmten, von der Größe des Kreiselimpulses abhängigen Maximum aufrechterhalten, d. h. bis zu etwa 30 °/o oder 50 °/₀ des Kreiselimpulses; keinesfalls soll die Dämpfungsintensität größer werden als der Kreiselimpuls selbst. Dabei kann jedoch das Maximum um so größer sein, je schneller der den

Körper in seine stabilisierte Lage einstellende Nachdrehmotor sein volles Drehmoment erreicht. Auch dem Trägheitsmoment des Körpers ist die Dämpfungsintensität vorteilhaft anzupassen. Hierdurch wird eine möglichst große Dämpfung des Körpers gegen eine oder mehrere raumfeste Koordinaten erreicht, mit denen er dann, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Motoren o. dgl., in Deckung gehalten werden kann.

Das Wesen der Erfindung ist mit darin zu erblicken, daß die Winkelabweichung zwischen Kreisel und Körper nur langsam an Größe zunehmen kann. Die Dämpfung soll so beschaffen sein, daß sie dem Nachdrehmotor Zeit läßt, auf Touren zu kommen, also die Trägheit seines Ankers zu überwinden und unschädlich zu machen. Alle Mittel, die hierzu beitragen, fördern also die Lösung des ao Problems. Es kann daher im Sinne der Erfindung noch ein Steuerkreisel oder anderes Richtungsgerät, z. B. ein Empfänger eines Geberempfängersystems, vorhanden sein, der auf die Präzessionsachse des Arbeitskreisels mit bekannten Mitteln einwirkt; denn ein solcher Steuerkreisel stützt den Arbeitskreisel in seiner Raumlage und fördert mithin die Dämpfung. Ferner kann am Ärbeitskreisel mit dessen Rahmenachse ein Stützmotor zusammenarbeiten, der zu größe Präzessionen verhindert. Dieser Motor würde sein Reaktionsmoment an den zu stabilisierenden Körper abgeben, durch dessen Vermittlung es wieder durch das Drehmoment des Nachdrehmotors an der Lagerachse des Körpers aufgenommen würde.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei-

• spiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 eine Seitenansicht und Abb. 2 eine Vorderansicht eines zu stabilisierenden Körpers mit Arbeitskreisel. In Abb. 2 ist dem Arbeitskreisel ein Steuerkreisel bei-

^c gegeben. Abb. 3 zeigt in Ansicht von oben eine Anordnung, bei der ein Stützmotor mit dem Arbeitskreisel zusammenwirkt.

Mit dem bewegten Träger 11 sind Ständer 12, 13 fest verbunden, die auf der in ihnen drehbaren Achse den zu stabilisierenden Körper 15 tragen. Auf der Achse 14 sitzt das Zahnrad 16, das mit dem Ritzel 17 kämmt. Die Welle 18 des Ritzels 17 trägt den Anker des Nachdrehmotors 19. Das Motorgehäuse ist durch Konsol 22 mit Ständer 12, d. h. also mit dem bewegten Träger, fest verbunden. Körper 15 trägt auf Ständern 23, 24 den um Achse 25 schwingenden Rahmen 26 des Arbeitskreisels 27 mit Präzessionsachse 28 und Rotationsachse 29. Soll die Vorrichtung in anderen Stabilisierungsebenen wirken, so sind die Lager der Kreiselachsen entsprechend zu- ändern. Mit Rahmenachse 25 ist Zahnrad 30 verbunden, das das im Ständer 23 gelagerte Ritzel 31 und somit den Kontaktarm 32 zu drehen vermag. Kontaktarm 32 kann bei seiner Drehung nach links oder rechts aus seiner Nullage auf eine der Kontaktschienen 33j 34 gelangen und mittels der stromführenden Leitungen 35, 35' (Motor 19) im einen oder anderen Sinne zur Drehung des Körpers 15 um seine Achse 14 veranlassen. Mit dem Ritzel 31 ebenfalls verbunden ist das Schaufelrad 20 einer Flüssigkeitsbremse, deren Gehäuse 21 starr am .Körper 15 befestigt ist. Die Begrenzung der maximalen Dämpfungsintensität kann beispielsweise dadurch geschaffen werden, daß sich beim Erreichen des zulässigen Höchstdrucks die Durchtrittsquerschnitte für die Flüssigkeit durch Öffnen von Ventilen, Klappen o. dgl. vergrößern, oder auch, dadurch, daß sich das mit Widerstand erzeugenden Schaufeln versehene Gehäuse einem Gegendruck entgegen in gleichem Drehsinn bewegt wie das Flügelrad oder in anderer geeigneter Weise. An Stelle der Flüssigkeitsbremse kann auch eine beliebige andere unelastische Dämpfungsvorrichtung, z. B. eine Wirbelstrombremse, verwendet werden.

Dem Arbeitskreisel 27 kann noch der Steuer kreisel 36 mit gleicher Achsrichtung wie beim Arbeitskreisel beigeordnet sein, dessen Rahmen 37 mit Achse 38 und Kontaktarm 39 verbunden ist. Dieser Arm schaltet über Kontakte 40, 41 Strom über Leitung 42 zu der Elektromagnetwicklung 43, die auf den Anker 44 an der Präzessionsachse 28 und somit auf diese selbst ein Drehmoment ausüben kann.

In Abb. 3 trägt die Präzessionsachse 28 einen Kontaktarm 45, der über die am Rahmen 26 befestigten Kontakte 46, 47 und Leitungen 48, 49 einem von Körper 15 getragenen Stützmotor 50 Strom zuführen kann. Motor 50 ist imstande, über ein Ritzel und Zahnrad 51, das auf Achse 25 des Kreiselrahmens 26 befestigt ist, diesen zur Verhinderung zu großer Präzessionen zurückzudrehen.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Tritt eine Lagenänderung, also eine Winkelverschiebung des Kreisels 27 zum Körper 15 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse 14 des Körpers 15 ein, so- wandert Kontaktarm infolge der Drehung von Zahnrad 30 und auf einen der Kontakte 33 bzw. 34. Hierdurch wird Motor 19 mit Strom versehen. Er dreht über Ritzel 17 den Körper so zurück, daß er in seiner ursprünglichen Lage stabilisiert wird. Die unelastische Bremskupplung 20, 21 dämpft dabei die Winkelverschiebung zwischen Kreisel und Körper

ab, und die starke Übersetzung des Kontaktarms 32 bewirkt, daß bereits kleine Abweichungen Kontakt geben und den Nachdrehmotor 19 in Gang setzen. Die Kontakteinrichtungen 32, 33, 34 können dabei mit wanderndem Nullpunkt nach einem früheren Patent ebenfalls zwecks Zeitgewinns ausgebildet sein.

Wo zusätzliche Steuerkreisel vorgesehen

ίο sind, arbeiten diese mit an sich bekannten Mitteln und üben in irgendwelcher Weise einen Einfluß auf die Präzession des Arbeitskreisels aus, sei es beispielsweise durch Verschiebung der Schwerpunktlage des Rahmens 26 am Arbeitskreisel, sei es, wie dargestellt, durch Ausübung eines Drehmoments auf die Präzessionsachse 28 mit Hilfe elektromagnetischer Wicklungen.

Wo ein Stützmotor zugeschaltet ist, kann in der dargestellten Weise durch Präzession des Kreisels 27 ein Kontaktarm 45 durch einen der Kontakte 46, 47 dem Stützmotor 50 Strom zuführen, dadurch eine Drehung der Achse 25 des Kreiselrahmens 26 hervor rufen und die Größe der Präzession verrin-

gern.

Claims (4)

1. Patentanspuüciiic:

   i. Einrichtung zum Stabilisieren von schweren Massen, insbesondere von Luft- und Wasserfahrzeugen, mittels unelastisch gedämpfter Arbeitskreisel, die mit der zu stabilisierenden Masse derart schwingbar verbunden sind, daß ihre Schwingachsen parallel zur Stabilisierungsachse der Masse liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur unelastischen Dämpfung (20, 21) mit der Schalteinrichtung (32) eines Nachdrehmotors (19) für den zu stabilisierenden Körper (15) gekuppelt zwischen diesem und dem Kreiselrahmen (26) eingeschaltet ist und ein höchstes Dämpfungsmoment besitzt, das in jedem Falle geringer ist als der Kreiselimpuls, während die Präzessionsachse (28) sich vom Körper her ungedämpft drehen kann.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung (20, 21) mit einer Einrichtung versehen ist, die ein Überschreiten eines höchsten Dämpfungsmomentes verhindert.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitskreisel (27) ein Steuerkreisel (36) oder Empfänger eines Geberempfängersystems beigeordnet ist, dessen Abweichungswinkel von dem zu stabilisierenden Körper (15) ein Drehmoment auf die Präzessionsachse (28) des Arbeitskreisels ausübt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung zu großer Präzessionen ein Stützmotor (50), durch die Präzession des Arbeitskreisels gesteuert, dessen Rahmenachse verdrehen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen