DE586195C

DE586195C - Vorrichtung zum Waagerechterhalten eines bewegten Systems mit Hilfe eines im Schwerpunkt unterstuetzten Kreisels

Info

Publication number: DE586195C
Application number: DE1930586195D
Authority: DE
Original assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Current assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Priority date: 1929-04-22
Filing date: 1930-04-23
Publication date: 1933-10-18
Also published as: GB345127A; US2041526A; FR694073A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselanordnung zur Aufrechterhaltung des wahren Horizonts auf einem sich bewegenden Körper, z. B. einem Schiff, Zug oder Flugzeug, zum Auffinden der Neigung des Fahrzeugs um eine oder beide horizontale Achsen. Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf die Überwindung von S törungsWirkungen durch Beschleunigungskräfte auf das Kreiselsystem, um zu verhindern, daß eine Drehung des Fahrzeugs, auf dem die Vorrichtung montiert ist, um die Hochachse oder eine Änderung der Geschwindigkeit desselben die Waagerechtlage beeinflußt.

Es ist bekannt, daß eine im Schwerpunkt unterstützte Kreiselanordnung, die ein System in bezug auf die wahre Lotrechte stabilisieren

- soll, infolge der Drehung der Erde, Reibung und aus anderen Ursachen allmählich die Neigung hat, von der wahren "Vertikalen abzuirren, da ja in Wirklichkeit das Gyroskop seine Rotationsebene und somit die Lage des Systems im absoluten Räume beizubehalten sucht.

Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, die Lage des stabilisierten Systems von Zeit zu Zeit während der durch Beschleunigungswirkungen nicht gestörten geradlinigen Bewegung des Fahrzeugs mit Hilfe einer das Scheinlot anzeigenden Vorrichtung zu korrigieren, und zwar geschah dies dadurch, daß man durch elektromagnetische Mittel zeitweilig den Schwerpunkt des Kreiselsystems in lotrechter Richtung unter den Aufhängepunkt verlegte. Insbesondere hat man auch schon bei einer aus mehreren Kreiseln mit horizontalen Umlaufachsen bestehenden Stabilisierungseinrichtung die elektromagnetische Umsteuerung der die Verlegung des Schwerpunktes herbeiführenden Massen selbsttätig eintreten lassen, indem die zur Umsteuerung dienenden Kontakte durch Hilfsvorrichtungen eingeschaltet wurden, die auf Bescheinigungen in der Fahrtrichtung oder auf Zentrifugalbeschleunigungen ansprechen.

Beim Gegenstand der Erfindung wird nun in bekannter Weise ein im Schwerpunkt unterstützter Kreisel von drei Freiheitsgraden und mit lotrechter Umlaufachse verwandt. Gegenüber den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch, daß um eine oder zwei zu den horizontalen Präzessionsachsen des Kreisels konaxiale Achsen Pendel schwingend gelagert sind, und daß jedes Pendel bei einer Abweichung gegenüber der Lage des

Kreisels Vorrichtungen zum Erzeugen von Drehmomenten um die zur Schwingachse des steuernden Pendels rechtwinklig stehende Präzessionsachse des Kreisels zur Einstellung desselben in die Richtung des wahren Lotes einschaltet, z. B. durch Schließung elektrischer Kontakte, welche elektromagnetische Mittel wie Solenoide steuern.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte ίο Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht:

Abb. ι ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Kreisels gemäß der Erfindung. Abb. 2 ist eine Vorderansicht desselben. Abb. 3 ist eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf Hilfsvorrichtungen, die bei Geschwindigkeitsänderungen oder Drehungen des Fahrzeugs um die Hochachse die Korrektionsvorrichtungen für den Kreisel selbsttätig ausschalten.

Abb. 4 ist eine Endansicht, teilweise im Schnitt, der Vorrichtung, die auf Geschwindigkeitsänderungen anspricht.

Abb. 5 ist eine Einzelheit des Schalterbetätigungsmechanismus der Vorrichtung zur Feststellung einer Geschwindigkeitsänderung. Abb. 6 ist eine Seitenansicht des Verzögerungsrelais, das zwischen den Kontakten an dem Pendel und den Drehmomente aufprägenden Vorrichtungen eingeschaltet ist.

Abb. 7 ist eine Endansicht einer Kontakteinrichtung, die durch einen auf Drehungen ansprechenden Kreiselwendezeiger gesteuert wird.

Abb. 8 ist in Seitenansicht eine andere Ausführungsform der auf eine Beschleunigung in der Fahrtrichtung ansprechenden • Hilfsvorrichtung.

Abb. 9 zeigt in einem Schaltungsschema die Verbindungen zwischen den Reglern und der Drehmomentvorrichtung.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist in dem Kreiselgehäuse 1 ein nicht dargestellter Rotor gelagert, der sich um eine vertikale Achse dreht. Das Gehäuse ist in der üblichen Weise kardanisch gelagert, so daß es um beide horizontale Achsen in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und in rechtem Winkel dazu schwingen kann. Das Fahrzeug bewegt sich, wie in Abb. 1 dargestellt, in Richtung des Pfeiles. Die innere Kardangelenkachse 2 des Kreisels ist hierzu parallel. Der Kardanring 3 ist seinerseits auf der Querachse 4 in den Traghaltern 5, 5 (Abb. 2) gelagert. Ein Bügel 6 ist, wie dargestellt, auf der horizontalen Achse 7 in Richtung mit der Achse 2 in festen Haltern 8 gelagert. Der Bügel ist mit dem Kreisel durch eine Rolle 8' auf einer Stange 9 verbunden, die von dem Kreiselgehäuse nach oben geht und in der U-förmigen Führungsbahn 10 Aufnahme findet.. Ein Arm 11 ragt, wie dargestellt, von dem Bügel nach oben. An demselben ist eine geeignete Anzeige- oder Registriervorrichtung befestigt, zum Anzeigen der Neigung des Fahrzeugs quer zur Bewegungslinie desselben. Bei Verwendung der Vorrichtung auf einem Eisenbahnwagen würde z. B. eine an dem Arm 11 befestigte Schreibfeder als eine Anzeigevorrichtung für die Überhöhung der 7c Schienen in der Querrichtung wirken und aufzeichnen, ob die beiden Schienen in demselben Niveau wären oder nicht, und bei Verwendung auf einem Schiffe würde sie das Schlingern desselben aufzeichnen. Dieser Arm trägt einen Kontaktsektor 12, mit dem die Rolle 13 auf dem Pendel 14 in Berührung steht. Dieses Pendel ist auf einer Achse 15 in Richtung mit den vorerwähnten Achsen 2 und 7 gelagert. Die Rolle liegt normal auf dem toten Abschnitt zwischen den Kontakten. Neigt sich der Wagen seitlich, so rollt daher die Rolle auf einem oder dem anderen der Stromkontakte 16 und 17 (Abb. 9) und schließt einen Stromkreis durch das Verzögerungsrelais 18 (Abb. 6) mit den Spulen 24, 25 und schaltet hierdurch die Solenoide yj, 78 ein, durch die ein Drehmoment um die quer zur Fahrtrichtung und in rechtem Winkel zu der Achse des Pendels 14 liegende Präzessionsachse4 des Kreisels erzeugt wird. Das Pendel ist durch einen an dem Bügel 6 sitzenden Flügel 90 stark gedämpft, der in einen mit dem Pendel verbundenen Öltopf 91 eingreift.

Ferner ist ein dem Arm 11 entsprechender, von dem Bügelring 3 ausgehender Arm 20 vorgesehen. Dieser kann einen (nicht dargestellten) Anzeiger oder eine Schreibfeder tragen, die mit dem Arm im Punkt 22 ver- ioo bunden werden kann und die Steigung des Gleises aufzeichnen oder anzeigen wird bei Verwendung an einem Eisenbahnwagen oder die Längsneigung (das Stampfen) eines Schiffes bei Verwendung an einem Schiffe oder einem Fahrzeug. Dieser Arm trägt, wie dargestellt, ferner die Kontakte 16', 17', ähnlich den obenerwähnten Kontakten 16 und 17. Diese arbeiten mit einer Rolle 13' auf dem Pendel 14' zusammen, das auf einer Achse 23, die in gerader Linie mit der Achse 4, 4 des Kreisels liegt, drehbar ist. Diese Kontakte liegen im Stromkreise der ein Drehmoment aufprägenden Vorrichtung 19, 19', die um die Längsachse des Gyroskops arbeitet.

Wie oben erwähnt, sind aber Verzögerungsrelais oder eine andere Verzögerungseinrichtung zwischen den vorerwähnten Kontakten und den ein Drehmoment aufprägenden Vorrichtungen angeordnet, um das Schließen der Spulenkreise infolge kurzperiodischer Störungen des Pendels zu verhindern. Jedes der

beiden Relais kann die Ausführungsform nach Abb. 6 erhalten und bestght aus den Elektromagneten 24 und 25, die' im Stromkreise mit den entsprechenden Kontakten 16 und 17 He-■5 gen. Auf dem Rahmen dieser Magneten ist ein Anker 26 drehbar. Mit diesem Anker ist in der Nähe des Bügelpunktes ein federnder Kontaktstreifen 27 nachgiebig, verbunden, der an jedem Ende Kontakte 28 und 29 besitzt.

Ferner ist mit dem erwähnten Anker eine federnde Drahtschleife30 verbunden, die einen Stift 31 umfaßt. Derselbe ist an dem um 33 drehbaren Hebel 32 befestigt. Der erwähnte Hebel ist an jedem Ende mit einem Kolben

¹S 33' eines EinwegbremstopfZylinders 34 gelenkig verbunden, der für eine langsame Abwärtsbewegung, eingerichtet ist. Wird daher zunächst der Anker 26 durch die Erregung eines oder des anderen Magnets 24, 25 gedreht, so wird beispielsweise der Kontakt zwischen dem Kontaktstück 28 und dem unterenKontaktstück 28' nicht geschlossen, sondern der fortgesetzte Druck auf den Stift 31 vermittels der federnden Schleife 30 dreht alias mählich den Hebel 32 gegen die Wirkung des Bremstopfes 34 und bringt schließlich den daran befindlichen Knopf 35 mit dem freien Ende der Feder 27 in Berührung und stößt schließlich die Feder nach unten, um den Kontakt 28, 28' zu schließen. Infolge dieser Einrichtung werden kurze Störungen des Pendels das Gyroskop nicht stören. Die Relaiskontakte 28, 29 Sind ihrerseits mit der ein Drehmoment erzeugenden Vorrichtung JJ, 78 verbunden, wie unten beschrieben, wird. -Es ist klar, daß ein derartiges Relais 24', 25' auch zwischen den Kontakten 16' und 17' und der ein Drehmoment um die andere Präzessionsachse des Gyroskops erzeugenden Vorrichtung 19, 19' vorgesehen ist.

Um ein Drehen des Fahrzeugs um die Ho_tchachse bemerkbar zu machen, ist ein kleiner Wendezeigerkreisel 36 mit zwei Freiheitsgraden vorgesehen (Abb. 3). Die Umlauf - achse 37 des Gyroskops ist vorzugsweise horizontal und quer¹ zur Fahrtrichtung auf dem Fahrzeug angeordnet. Die Kreiselzapfen 38 " sind in der Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, der Kreisel präzediert um die horizontale Achse 38, wenn der Wagen in eine Kurve eintritt. Die Drehrichtung des Gyroskops ist vorzugsweise eine solche, daß die Richtung der Präzession zur Richtung der Fahrzeugsdrehung entgegengesetzt ist, so daß beide Faktoren zusammenwirken, um die hierdurch betätigten Kontakte zu öffnen. Diese Kontakte haben in der Darstellung der Abb. 7 die Form von federnden Kontaktarmen 39, 40. Diese sind auf dem Träger 41 des Gyroskops 36 befestigt. Ein an dem Kreiselgehäuse befestigter Stift 42 vermag dieselben seitlich fortzudrücken, wenn der Kreisel präzediert, so daß der Kontakt 39, 40 geöffnet wird.

Um die Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs anzuzeigen, kann man eine von irgendeinem Teil des Fahrzeugs betätigte Vorrichtung verwenden, die durch seine Vorwärtsbewegung gedreht wird. Im Falle eines Wagens beispielsweise kann die Welle 50 (Abb. 3 und 4) von der Wagenachse angetrieben werden. Diese Welle dreht mittels eines geeigneten Untersetzungsgetriebes 51 einen normalen Geschwindigkeitsmesser 51'. Derartige Vorrichtungen sind im Handel erhältlich, weshalb sich ihre Beschreibung erübrigt. An Stelle des üblichen Zeigers an einem derartigen Geschwindigkeitsmesser ist ein Kontaktarm 52 angeordnet, der den geschlitzen Kontaktring 53 zu berühren vermag. Dieser Ring ist ebenfalls drehbar auf der oberen Fläche des Geschwindigkeitsmessers angeordnet und ist mit einem Zahnrad 54 versehen, das in eine Schnecke 55 (Abb. 3) eingreift. Die Schnecke wird von einem kleinen Motor 56 durch die Schneckenwelle 57' angetrieben., Der Motor ist im Stromkreise mit dem vorerwähnten Kontaktarm 52 und dem geschützen Ring 53, so daß letzterer mit seinem isolierten Abschnitt unterhalb der Rolle 52 gehalten wird. '

Der Motor läuft daher nur, wenn eine Änderung der Geschwindigkeit eintritt. Hiervon wird nun Gebrauch gemacht, um im Falle einer Geschwindigkeitsänderung einen Kontakt 57 zu öffnen, der den Strom durch die Solenoide 19, 19' ausschaltet. Zu diesem Zwecke befinden sich, wie dargestellt, die federbelasteten Kontakte 57 in Reihe geschaltet im Stromkreise mit diesen Vorrichtungen; die Blattfedern sind derart gespannt, daß sie das Bestreben haben, die Kontakte offen zu halten. Die Kontakte werden aber bei gleichförmiger Geschwindigkeit durch den verschiebbaren Stift 58 geschlossen. Dieser wird durch die Druckfeder 59 nach vorn gedruckt, so daß er an dem Arm 60 anliegt, letzterer' hält seinerseits die Kontakte geschlossen. Der erwähnte Stift ist, wie dargestellt, in einer Stange oder Büchse 61 angeordnet, diese ist an dem Ende der Motorwelle 56' befestigt. Auf dieser Stange sind in 62 im Abstand voneinander Arme 63 drehbar, zwischen denen an ihren äußeren Enden Zentrifugalmassen 64 gelagert sind. Zwischen den Armen sind ferner Quer- oder Anschlagstifte 65, 66 angeordnet. Der erstere liegt, wie dargestellt, an dem Querstift'67 der Stange 58 an. Dreht sich die Motorwelle, so läßt, wie ersichtlich, die Zentrifugalwirkung auf die Massen 64 den Arm 63 im Uhrzeigersinne nach Abb. 5 drehen; der Stift 65 wird hierdurch nach unten an den Querstift 67 gedruckt, so daß die Stange 58

einwärts gezogen und der Kontakt 57 geöffnet wird.

An Stelle einer derartigen Anordnung zum Anzeigen der Geschwindigkeitsänderungen kann man Quecksilberröhren verwenden, wie sie in Abb. 8 dargestellt sind.

In dieser Ausführungsform werden zwei abgedichtete Röhren 70 und 71 verwendet. Jede enthält eine kleine Menge Quecksilber.

In jeder Röhre sind an verschiedenen Enden zwei elektrische Kontakte 72, 73 eingeschmolzen. Bei gleichförmiger Geschwindigkeit berührt das Quecksilber beide Elemente jedes Paares, so daß der Stromkreis durch die beiden hintereinandergeschalteten Kontakte geschlossen wird. Vergrößert sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung des Pfeiles beispielsweise, so fließt das Quecksilber in beiden Röhren entgegengesetzter Fahrtrichtung und unterbricht den Kontakt zwischen den Kontaktelementen 73, während im Falle einer Verzögerung der Kontakt zwischen den Elementen 72 unterbrochen wird. Beide Kontakte sind in Reihe angeordnet worden, um die Erregung der die Drehmomente erzeugenden Vorrichtungen bei einer Vergrößerung oder Abnahme der Geschwindigkeit zu unterbrechen. Die Halter 80' sind an den äußeren Enden der Röhren einstellbar zwischen Klemmschrauben 74 und 75 unterstützt, so daß ihre Höhen genau· eingestellt werden können.

Die die Drehmomente erzeugenden Vorrichtungen bestehen, wie dargestellt, aus zwei Spulenpaaren jy, 78 und 19, 19', sie sind auf der festen Grundplatte des Gyroskops befestigt. Sie wirken auf das Gyroskop in bekannter Weise durch ein Paar bogenförmige Kerne 79,80, die zum Teil innerhalb der Spulen liegen. Bei Erregung einer der beiden Spulen wird, wie ersichtlich, ein kräftiges Drehmoment auf das Gyroskop ausgeübt. Die Spulen yy, 78 wirken durch ähnliche Kerne und arbeiten um die andere Präzessionsachse.

Claims

Patentansprüche:

ι. Vorrichtung zum Waagerechterhalten eines bewegten Systems mit Hilfe eines im Schwerpunkt unterstützten Kreisels von drei Freiheitsgraden und mit lotrechter Umlaufachse, dadurch gekennzeichnet, daß um eine oder zwei zu den horizontalen Präzessionsachsen (2, 4) des Kreisels (x) konaxiale Achsen (15, 23) Pendel (14, 14') schwingend gelagert sind, und daß jedes Pendel bei einer Abweichung gegenüber der Lage des Kreisels Vorrichtungen zum Erzeugen von Drehmomenten um die zur Schwingachse des steuernden Pendels rechtwinklig stehendePräzessionsachse des Kreisels zur Einstellung desselben in die Richtung des wahren Lotes einschaltet, z. B. durch Schließung elektrischer Kontakte (13, 16, 17 bzw. 13', 16', 17'), welche elektromagnetische Mittel wie Solenoide (7-γ, 78 bzw. 19,19') steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung an sich bekannter, zur Anzeige von Drehungen um die Hochachse des Fahrzeugs oder Beschleunigungen in der Fahrtrichtung dienender Hilfsvorrichtungen (Wendezeiger 36 bzw. Geschwindigkeitsmesser 51'), die z. B. durch Kontaktvorrichtungen (39, 40 bzw. 57) die zur Einstellung des Kreisels (1) in die Richtung des wahren Lotes dienenden Mittel (Solenoide 77, 78 bzw. 19, 19') beim Eintreten von Wendungen oder Fahrtbeschleunigungen selbsttätig ausschalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen