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Insbesondere als Richt- und Lagengeber in Steuereinrichtungen für
Wasser- und Luftfahrzeuge verwendbarer Kreisel mit zwei =Freiheitsgraden In Steuereinrichtungen
für Fahrzeuge, beispielsweise für Schiffe oder Flugzeuge, werden als Richtgeber
häufig Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, sogenannte Wendezeiger, allein oder in
Verbindung mit anderen Geräten verwendet. Diese haben im Gegensatz zu kardanisch
gelagerten Kreiselpendeln den Vorteil, daß sie gegenüber störenden Einwirkungen,
insbesondere gegenüber den Bahn-und Zentrifugalbeschleumgungen, unempfindlich sind.
Um den Richtwinkel, z. B. den Kursabweichungswinkel, entsprechend welchem die Steuerflächen
eingestellt werden müssen, zu erhalten, ist eine Integrationsvorrichtung notwendig,
weil der Wendezeiger bekanntlich nur die Winkelgeschwindigkeit der Abweichbewegung
mißt.
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Beim Wendezeiger wird die Winkelgeschwindigkeit als Präzessionsmoment
des Kreisels bestimmt, und zwar bisher in der Weise, daß man den Kreisel entgegen
der Kraft von Federn ausschlagen läßt. Durch die selbst bei hochwertigen Ausführungen
immer noch erhebliche Lagerreibung ist bedingt, daß bei diesem Wendezeiger die Ansprechgrenze
verhältnismäßig hoch liegt. Darum ergeben sich beispielsweise bei einer selbsttätigen
Kurssteuerung entsprechend den unzulänglichen Angaben eines 'solchen Werfdezeigers
erhebliche Abtriften, weil die langsam erfolgenden Kursabweichbewegungen in der
Steuerung nicht erfaßt werden. Es sind auch bereits Wendezeiger vorgeschlagen worden,
bei denen ein Kreisel mit zwei Freiheitsgraden in bezug auf seine Präzessionsachse
derart federnd gefesselt ist, daß er keine merklichen Präzessionsbewegungen ausführen
kann und bei denen der Kreisel beim Auftreten von Störimpulsen eine Kontaktvorrichtung
steuert, durch die ein Motor eingeschaltet wird, der das Kreiselpendel zurückdreht.
Diese Gegenimpulse sind aber nicht ein Maß für den Präzessionsdruck des Kreisels.
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Die Erfindung bezweckt, die Mängel der bekannten Einrichtungen weitgehend
zu beheben. Erfindungsgemäß sind in der Richtung; in welcher die Präzessionsbewegung
des Kreisels ,erfolgt, Druckmeßkörper angeordnet, die dann durch den der Winkelgeschwindigkeit
um die gefesselte Achse des Kreisels entsprechenden Präzessionsdruck .leänsprucht
werden. Als Druckmeßkörper@, können beliebige, an sieh `bekannte" Drückmeßvorrichtungen
verwendet werden, bei denen keine merkliche Verschiebung des Angriffspunktes des
zu messenden Drucks erforderlich ist, insbesondere jedoch Kohle- oder Kristallwiderstände,
die bei entsprechendem Aufbau eine weitgehende elektrische Widerstandsveränderung
oder ein elektrisches Potential durch den Druck aufweisen. Die Stromänderungen in
diesen Widerständen oder das Potential sind dann. zur Anzeige gebracht, ein genaues
Maß
selbst für die allerkleinsten Werte der Winkelgeschwindigkeit.
Diese Stromänderungen und erzeugten Spannungen lassen sich durch Strom- oder Spannungszähler,
gegebenenfalls auch durch einen Ferraris-Motor sehr leicht über die Zeit summieren,
insbesondere dann, wenn mehrere druckabhängige Widerstände vorgesehen und in an
sich bekannter Weise in eine Wheatstonesche Brücke geschaltet sind. Um eine von
Spannungsschwankungen unabhängige Anzeige zu erhalten, kann auch durch die durch
den Präzessionsdruck bedingten Widerstandsänderungen ein Ohmzähler betrieben werden.
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Besonders einfach kann bei dem neuen, keinen Präzessionsweg beschreibenden
Kreisel die Lagerung ausgebildet sein. Das Kreiselgehäuse kann beispielsweise zwischen
zwei Bandfedern aufgehängt sein, welche die praktisch unmerkliche Bewegung, die
infolge der Zusammendrückung der Widerstandskörper ausgeführt wird, ermöglichen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an Hand eines
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels für den Fall beschrieben,
daß der Wendezeiger als Richtgeber in einer Einrichtung zur Kursstabilisierung eines
Flugzeuges dient.
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In Fig. r und 2 ist der Wendezeiger in Seitenansicht und Draufsicht
dargesiellt, während Fig.3 die Schaltung der Widerstandskörper und das Einstellgetriebe
für das Seitensteuer des Flugzeuges zeigt.
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In Fig. z und z ist a das Gehäuse, in welchem der Kreisel mit konstanter
Geschwindigkeit umläuft. Der Pfei1P gibt die Flugrichtung an. Das Kreiselgehäuse
ist mit seinen beiden seitlichen Zapfen z1 und z2 zwischen den Bandfedern b und
c aufgehängt, derart, daß es durch Torsion dieser Federn eine kleine Drehung um
die Zapfen ausführen kann. Um ein Durchhängen zu vermeiden, ist das Kreiselgehäuse
außerdem an zwei Fäden fi und f2 aufgehängt. Der Kreisel besitzt demnach nur eine
Präzessionsachsez.1-z2, welche in der Ebene des Fahrzeuges, im angenommenen Fall
parallel zur Fahrzeugquerachse, liegt. Um diese will der Kreisel dann in dem einen
oder anderen Sinne Präzedieren, wenn das Flugzeug nach links oder rechts von der
durch den Pfeil angedeuteten Flugrichtung abdreht. Das Präzessionsmoment ist dann
bekanntlich proportional der Winkelgeschwindigkeit dieser Kursabweichbewegung. Gemessen
wird für gewöhnlich der Präzessionsdruck, indem man den Kreisel entgegen .der Kraft
einer Feder ausschlagen läßt. Der erhaltene Ausschlag ist dann ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit.
Auch bei der dargestellten Einrichtung wird der Präzessionsdrück gemessen, jedoch
ohne dabei den Kreisel merklich präzedieren zu lassen. Die beiden senkrecht zur
Präzessionsachse liegenden Arme d, e sind zu diesem Zweck jeweils zwischen zwei
feststehenden Druckmeßkörpern hl und lt. ar geordnet, die im dargestellten
Falle als druck<\bhängige elektrische Kohle- oder Kristallwiderstände ausgebildet
sind. Es würde natürlich ebenso genügen, wenn die Meßvorrichtung nur einseitig vorgesehen
ist.
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Die Widerstandskörper werden jeweils durch Federn gi und g2 gegen
die Arme d und e gedrückt. Die Spannung der Federn ist so eingestellt, daß die Brücke,
in welche gemäß Fig. 3 die Widerstände tvl bis tv4 gelegt sind, im Gleichgewicht
ist, solange das Flugzeug seinen Kurs beibehält und demzufolge der Kreisel nicht
präzedieren will. Sobald jedoch eine KursabweichbewegLmg, also eine Drehbewegung
des Kreisels in der Zeichenebene erfolgt, ändert sich entsprechend die Leitfähigkeit
der Kohlewiderstände, so daß zwischen den Nullpunkten A und B der Brücke ein Strom
bzw. eine Spannung auftritt, die proportional der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges
ist. Diese kann durch ein in die Brückenausgleichsleitung Belegtes Voltmeter oder
Amperemeter unmittelbar zur Anzeige gebracht werden.
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Als Maß für die Verstellung des Seitensteuers zu dem Zweck, die Kursabweichung
wieder rückgängig zu machen, ist die erhaltene Winkelgeschwindigkeit nicht geeignet.
Dafür muß vielmehr der Kursabweichungswinkel bestimmt werden, was beispielsweise
durch den an die Brückenausgleichleitung angeschlossenen Strom- oder Spannungszähler
Z geschehen kann. Dieser stellt über das Schneckengetriebe s den Kontaktzeiger z
ein, der durch Zusammenwirken mit Gegenkontakten ul und uy den zur Einstellung des
Seitensteuers st vorgesehenen Motor m in dem einen oder anderen Umlaufsinne einschaltet.
Der Betrag, _ um welchen das Seitensteuer ausgeschwenkt wird, ist. dann proportional
dem jeweiligen Kursabweichungswinkel. In der Steuereinrichtung können zwischen dem
Zeiger z und dem Steuermotor m dann in an sich bekannter Weise noch Rückführungseinrichtungen
eingebaut sein, welche die Steuernullage jeweils in solcher Richtung verschieben,
daß das Seitensteuer bereits früher in seine Mittellage und gegebenenfalls darüber
hinaus gedreht wird, als das Flugzeug den gewollten Kurs wieder erreicht. Dies ist
für eine einwandfreie Kursstabilisierung bekanntlich notwendig, um den Drehimpuls,
den das Flugzeug beim Erreichen des eingestellten Kurses hat, abzufangen.
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Die bisher beschriebene Kurssteuerung wirkt selbsttätig, derart, daß
Kursabweichungen
steuers wieder rückgängig gemacht werden. Um dem
Piloten Kurvenfahrten, also gewollte Kursabweichungen, zu ermöglichen, ist ein Regulienv
iderstand r1 , zur Verschiebung des Brückenpunktes A vorgesehen. Es ist ersichtlich,
daß durch Verschiebung dieses Brückenpunktes A ein beliebig gerichteter Brückenstrom
erzeugt werden kann, der eine entsprechende Einstellung des Seitenruders zur Folge
hat. Der zweite Regulierwiderstandr2 kann zum Ausgleich des schiefstellenden Einflusses
dienen, den de Erdrotation auf den Kreisel ausübt. Beide Widerstände könnten auch
zusammengelegt werden. Für den Fall, daß ein Ferraris-Motor oder ein Gleichstromzähler
als Summiergerät verwendet wird, könnte bei diesen Geräten auch eine zweite Wicklung
vorgesehen sein, der ein Strom entsprechend der Krümmung der gewünschten Kurve oder
entsprechend dem Ellifluß der Erdrotation zugeleitet wird.
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Die beschriebene Steuereinrichtung kann ohne irgendwelche Änderungen
auch zur Kurssteuerung von Schiffen Verwendung finden. Ebenso könnte, falls die
Präzessionsachse des Kreisels um go° gekippt wird, auch eine Einstellung der Höhen-
oder Verwindungssteuer des Flugzeuges vorgenommen werden, um eire Quer- bzw. Längsstabilisierung
des Flugzeuges zu erzielen.