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Vorrichtung an Magnetkompassen zur Verhinderung von Beschleunigungsfehlern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung an Magnetkompassen zur Verhinderung
von Beschleunigungsfehlern, vorzugsweise für rasch fahrende Fährzeuge, insbesondere
Flugzeuge.
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Magnetkompasse auf rasch fahrenden Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen,
sind sehr störenden Fehlern unterworfen, die sich darin äußern, daß horizontale,
in der Hauptsache ostwestlich gerichtete Beschleunigungsfelder, also z. B. Zentrifugalbeschleunigungen,
von beabsichtigten oder unbeabsichtigten Drehbewegungen um die Hochachse störende
Ablenkungen der Kompaßrose hervorrufen. Diese Störungen werden sehr unangenehm,
wenn der Führer des Fahrzeuges mangels Sicht von anderen Objekten nur nach dem Kompaß
selbst steuert, weil in diesem Falle von Haus aus der Resonanzfall zwischen Störung
und Periode der Kompaßrose gegeben ist.
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Um diese Störungen, welche insbesondere die bekannten Norddrehfehler
des Kompasses verursachen, weitgehend zu beheben, wird bei einem Kompaß mit im Azimut
gedämpfter Rose das dämpfende Glied der Rosendämpfung durch ein .die Azimutänderungen
angebendes Kreiselgerät wenigstens angenähert im Azimut gehalten. Handelt es sich
beispielsweise um einen Elektrolytkompaß, so ist der Magnetkörper bzw. die Kompaßrose
das gedämpfte Glied und das Kompaßgehäuse mit dem darin befindlichen Elektrolyten
das dämpfende Glied. Dieses dämpfende Glied, also das Kompaßgehäuse, wird dann beispielsweise
durch einen Motor relativ zu dem sich. drehenden Fahrzeug zurückgedreht, indem der
Motor durch den gegen Drehungen des Fahrzeuges empfindlichen Kreisel gesteuert wird.
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Die-Rückdrehung des Kompaß:gehäuses entsprechend den Fahrzeugdrehungen
bezweckt zwar auch, daß das Gehäuse den relativ zum Fahrzeug auftretenden Auswanderungen
des Magnetsystems nachgedreht wird. Diese Rückdrehung unterscheidet sich aber von
den bekannten Nachdreheinrichtungen für Kompasse, bei denen der das Gehäuse nachdrehende
Motor unmittelbar durch die relative Verschiebung zwischen Magnetsystem und Kompaßgehäuse
gesteuert wird, grundsätzlich. Bei diesen bekannten Nachdrehvorrichtungen erfolgt
nämlich überhaupt kein merklicher Ausschlag des Magnetsystems innerhalb seines Gehäuses,
also keime Dämpfung. Bei der Nachdrehung gemäß der Erfindung bleiben hingegen gewisse,
für die Dämpfung der Rosenschwingung unbedingt erforderliche Ausschläge des schwingenden
Kompaßgliedes innerhalb der dämpfenden Flüssigkeit oder innerhalb des Kompaßgehäuses
möglich.
Der Kreisel, welcher erfindungsgemäß zur Steuerung des
das Gehäuse nachdrehenden Motors Verwendung finden kann, dient nicht zur Stabilisierung
des Kompasses etwa in der bekannten Art, daß er unmittelbar an der Kardanlagerung
des Kompasses angreift und diesen beispielsweise gegen Schwingungen um die Fahrzeuglängsachse
stabilisiert, sondern dieser Kreisel ist unabhängig vom Kompaß beispielsweise mit
zwei Freiheitsgraden, so aufgestellt, daß er bei Drehungen des Flugzeuges um dessen
Hochachse präzediert und dabei die Nachdrehvorrichtung steuert. Unter Vermeidung
von merklichen Präzessionsbewegungen des Steuerkreisels kann. die Reglung irgendwelcher
Nachdrehvorrichtungen gemäß einem früheren Vorschlag auch durch elektrische Widerstandskörper,
z. B. Kohle-oder Kristallwiderstände, erfolgen, gegen welche ein auf der Präzessionsachse
des Kreisels angeordneter Arm o. dgl. .drückt, so daß in diesen Körpern eine Widerstandsänderung
proportional der Präzessionskraft des Kreisels entsteht.
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In den Abb. i und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im
wesentlichen schematisch dargestellt. Das Kompaß.gehäuse i mit .der darin befindlichen
Rose 2 sitzt auf einer Drehscheibe 3, welche :durch die Schnecke 4 verdreht werden
kann. Die Schnecke 4 wird angetrieben von einem kleinen Elektromotor 5, dessen Achse
eine Kupp ferscheibe 6 trägt. Die Kupferscheibe läuft zwischen den Polen eines Elektromagneten
7, stellt also eine Wirbelstrombremse dar. Auf der Achse des Motors 5 ist ein Kegelrad
8 angebracht, das in ein Kegelrad 9 einer zweiten Achse io eingreift. Diese zweite
Achse io dreht mit Hilfe der Schnecke i i eine Drehscheibe i2, auf welcher sich
ein Kreisel 13 mit der Umlaufachse 14 und der Präzessionsachse 15 befindet.
In Abb. i ist die Regelung des Motors 5 durch .den: Kreisel 13 so angeordnet,
daß der Kreisel 13 in seiner Präzessionsbewegung .durch die Dämpfungsvorrichtung
16 gedämpft wird. Seine Präzessionsausschläge sind :daher in der Hauptsache proportional
dem Verdrehungswinkel der Unterlage. Auf der Präzessionsachse i5 befindet sich :ein
Kontaktarm: 17, welcher zwei Kontakte 18 und i9 trägt. Der Kontakt 18 streicht über
Kontaktsegmente 2o, 2o' und schaltet dadurch den Motor 5 auf Rechts- oder Linksgang.
Der Kontakt i9 streicht über unterteilte Kontaktsegmente 21, 21' und regelt dadurch
den Stromfluß der Spule 22 auf dem Elektromagneten 7, und zwar in der Weise, daß
je größer der Präzessionsausschlag des Kreisels 13 wird, der Stromfluß durch die
Spule 22 kleiner und bei einem bestimmten Maximalausschlag geöffnet wird. Das hat
zur Folge, daß der Motor 5 in seiner Drehgeschwindigkeit geregelt wird.
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Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Das Flugzeug beginnt eine
Drehung um die Hochachse, der Kreisel 13 beginnt zu präzedieren und schaltet,den
Motor 5, welcher sich im entsprechenden Sinn zu drehen beginnt. Dadurch, daß der
Motor 5 sich dreht, dreht er über die Schneckeri4 und ii die Drehscheiben 3 und
12, auf welchen sich einerseits der Kompaß, andrerseits der Kreisel befindet. Je
schneller die Flugzeugdrehung erfolgt, desto mehr wird .der Kreisel präzedieren
und desto größer wird auch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 5 werden, bis
er sich so schnell dreht, daß er dieDrehscheibe 3 und .damit .den, Kompaß mit derselben
Drehgeschwindigkeit :dreht, mit der sich das Flugzeug dreht, dann. wird die Drehscheibe
12 ebenfalls mit derselben Drehgeschwindigkeit gedreht, und der Kreisel 13 bleibt
in seiner Präzessionslage stehen.
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Die zweite Ausführungsform (Abb. 2) ist in ihrem Aufbau ähnlich, nur
treten an die Stelle des Dämpfungszylinders 16 Kohleplättchenwiderstandssäulen 23.
Der durch diese Kohlewiderstandssäulen z. B. in Parallelschaltung fließende Strom
geht in eine zweite Wicklung 22' des Elektromagneten 7. Die ersteWicklung 22 des
Elektromagneten 7 steht ständig unter konstantem Strom. Die Wicklung 2z' ist dieser
ersten Wicklung 22 entgegengesetzt, so daß siebei steigendem Stromfluß immer mehr
die Wirkung der Spule 22 aufhebt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die
Übersetzung in den Kegelrädern 8, 9 nicht so ist, daß sich die Drehscheibe 12 mit
der gleichen Geschwindigkeit wie die Drehscheibe 3 dreht, sondern daß die Drehscheibe
12 etwas langsamer gedreht wird, etwa mit 7o bis 95 °fo der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Drehscheibe 3. Der Kontakt i9 und die geteilten Kontaktsegmente 2i, 2i' fallen
bei dieser Ausführungsform fort.
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Diese Ausführungform arbeitet folgendermaßen: Beginnt .das Flugzeug
eine Drehung um die Hochachse, so schaltet der Kreisel 13
den Elektromotor
5, und da sich die Drehscheibe 12 langsamer .dreht als die Drehscheibe 3, so übt
der Kreisel 13 auf die Kohlewiderstandssäulen 23 einen. Präzessionsdruck
aus, der nun angenähert proportional der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges den
Stromfluß in der Spule 22' in der Weise regelt, daß die Drehgeschwindigkeit des
Motors 5 angenähert proportional und in diesem Falle stufenlos der Drehgeschwindigkeit
des Flugzeuges folgt und somit auch die Drehscheibe 3, welche den Kompaß trägt,
mit großer Annäherung der Flugzeugdrehung entgegengesetzt
gedreht
wird, so daß der Kompaß selbst die Flugzeugdrehung nicht mitmacht. Die Ablesemarke
aq. für den Kompaß ist fest am Flugzeug angebracht und macht die Drehung des Kompaßgehäuses
nicht mit. Man. kann natürlich am Kompaßgohäuse selbst auch noch eine Teilung 25
anbringen, die zweckmäßig justierbar ist. Dies hat den Vorteil, daß bei größeren
gewollten Kursänderungen, das Einstellen in den. neuen; Kurs zunächst lediglich
am Kompaßgehäuse zu erfolgen braucht. Das Kompaßgehäuse erfüllt also gleichzeitig
.die Aufgabe eines Wendezeigers. Verwendet man in .der Vorrichtung nach der Erfindung,
wie dargestellt, einen Kompaß mit schwingender Rose, so hat man in ein und demselben
Anzeigegerät vereinigt einen von Beschleunigungsfehlern im wesentlichen freien Kompaß,
einen Wendezeiger und einenLängs-und Ouerneigungsmesser, da die schwingende Rose
gegenüber dem Gehäuse in bekannter Weise als Raumpendel (Scheinlotanzeiger) wirkt.
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Die Anordnung .der Nachdrehung .des Kompaßgehäuses kann natürlich
auch auf verschieden andere Art erfolgen, z. B. daß man einen eisenlosen und etwa
durch Luft getriebenen Kreisel direkt am Kompaßgehäuse anbringt oder daß man einen
kardanisch aufgehängten Azimutkreisel zum Steuern eines Nachdrehmotors, der einen
o-Kontakt nachdreht und damit auch den: Kompaß der Flugzeugdrehung entgegengesetzt
dreht, verwendet. Wesentlich ist aber, daß das Kompaßgehäuse in allen Fällen wenigstens
angenähert so gesteuert wird, daß es Drehungen; .des Flugzeuges um die Hochachse
nicht mitmacht, wenigstens nicht in nennenswertem Grade.
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Dadurch ist es möglich, wie schon eingangs erwähnt, die Dämpfung der
Rose so weit zu treiben, daß sie nicht in Nordrichtung schwingt, sondern längere
Zeit braucht, um in die Nordrichtung zu kriechen, also so stark (aperiodisch) gedämpft
ist, daß eineHinundherschwingung überhaupt nicht eintritt, sondern dieRosegleichsamasymptotisch
ihrerNullage zustrebt. Eine so gedämpfte Rose aber wird auch durch den Resonanzfall
zwischen der Periode der Beschleunigungsfelder und der Periode der ungedämpften
frei schwingenden Rose nicht mehr nennenswert gestört. Andrerseits kann eine solche
übergroße Dämpfung der Rose aber nur angewendet werden, wenn der Kompaßkessel wenigstens
angenähert im Azimut festgehalten wird.
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Die dargestellte und beschriebene Drehvorrichtung, bestehend im wesentlichen
aus den Drehscheiben, dem Kreisel, dem Motor und den Getriebe- und Schalteinrichtungen,
kann mit Vorteil benutzt werden; um in bekannter Weise auch andere Gegenstände,
Geräte, Instrumente o. dgl. als Kompasse um eine senkrecht zur Kreiselpräzessionsachse
gerichtete Achse zurückzudrehen oder im Azimut zu stabilisieren.