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Kreiselhorizont für Flugzeuge u. dgl. Die Erfindung betrifft einen
künstlichen Horizont, der als Navigationsinstrument für Luftfahrzeuge gebraucht
wird. Geräte dieser Art dienen dazu, dem Flieger, insbesondere beim Blindflug, im
Nebel, in einer Wolke oder nachts, das Halten des Flugzeuges in der richtigen Fluglage
zu erleichtern. Wenn der Flieger bei derartigen Flügen keine Landmarken sehen kann,
so verliert er jedes Gefühl für die Lage seines Flugzeuges in bezug auf das wahre
Lot. Des Nachts, im Nebel oder in Wolken besteht daher die Gefahr, daß der Flieger
sein Flugzeug, ohne es zu merken, in eine gefährliche Lage bringen kann, die ein
Abrutschen zur Folge hat. Um dieser Gefahr zu begegnen, sind unter der Bezeichnung
»Künstliche Horizonte« Kreiselgeräte geschaffen worden, die einen Kreisel von drei
Freiheitsgraden und lotrechter Umlaufachse enthalten und bei denen der Kreisel vermöge
des Widerstandes, den er Änderungen der Lage seiner Umlaufachse entgegensetzt, die
Lage des wahren Horizontes anzuzeigen vermag. Die Kreisel werden gewöhnlich mit
besonderen Dämpfungseinrichtungen, z. B. mit Pendeln, versehen, welche Luftstrahlen
steuern, die ein allmähliches Auswandern des Kreisels aus seiner Sollage infolge
der durch Lagerreibung entstehenden Präzessionsbewegungen, der Einwirkung der Erddrehung
und sonstiger Ursachen verhindern. Da erfahrungsgemäß die Steuerung eines Luftfahrzeuges
nach Instrumenten wesentlich erleichtert wird, wenn die Anzeigen sinnfällig erfolgen,
d. h. die die Anzeige vermittelnden Teile des Instrumentes sich gegeneinander so
bewegen, wie sich diejenigen Gegenstände der Natur bewegen, die durch sie versinnbildlicht
werden, so besteht die Aufgabe, das bewegliche Anzeigeglied der künstlichen Kreiselhorizonte
derart auszubilden und reit dem Lagerträger für die Kreiselumlaufachse so zu verbinden,
daß es in bezug auf die feststehenden Teile die gleichen Bewegungen ausführt, welche
der vom Führersitz aus gesehene natürliche Horizont in bezug auf das Flugzeug selbst
auszuführen scheint.
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Diese Aufgabe ist bereits in der Weise gelöst, daß die erforderliche,
Bildumkehrung auf optischem Wege mittels einer Linse erzielt wird. Durch den hierzu
erforderlichen Strahlengang wird jedoch erheblicher Platz beansprucht.
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Die Erfindung bezweckt eine Lösung der erwähnten Aufgabe durch rein
mechanische Mittel.
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Die übliche Anordnung aller Navigationsinstrumente gegenüber dem mit
dem Blick nach vorn sitzenden Flugzeugführer sowie die übliche kardanische Aufhängung
des Kreiselumlaufachsenlagerträgers bringt es mit sich, daß die Bewegungen desselben
um die
eine Kardanachse gegenüber den feststehenden Teilen des;Instrumentes
imr.umgekehrten Sinn erfolgen, wie die Bewegungen des natürlichen. Horizontes gegenüber,-dem
Ausblickfenster für den Flugzeugführer zu erfolgen scheine.. Die Erfindung kennzeichnet
sich daher : lrn wesentlichen dadurch, daß die Bewegungen= des Kreiselkörpers um
die eine Kardanachse durch ein mechanisches Umkehrgetriebe im umgekehrten Sinn erfolgen,
wie die Bewegungen des natürlichen Horizontes gegenüber dem Ausblickfenster für
den Flugzeugführer zu erfolgen scheinen. Die Erfindung kennzeichnet sich daher im
wesentlichen dadurch, daß die Bewegungen des Kreiselkörpers um die eine Kardanachse
durch ein mechanisches Umkehrgetriebe im umgekehrten Sinn auf das z. B. als eine
den Horizont vortäuschende Schiene ausgebildete Anzeigeglied übertragen werden.
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Bei den als Wendezeiger bekannten Geräten, welche aus einem gefesselten
Kreisel von drei Freiheitsgraden und waagerechter Umlaufachse bestehen, ist zwar
bereits vorgeschlagen worden, eine Übertragung der durch die Fesselung beschränkten
Präzessionsbewegungen des Kardanrahmens auf den Zeiger durch ein Hebelsystem zu
bewirken, welches die Bewegungen des Kardanrahmens in umgekehrtem Drehsinn auf den
Zeiger überträgt. Das Hebelsystem wurde bei diesen bekannten Geräten jedoch einzig
und allein zu dem Zweck angewandt, um eine Vergrößerung der Ausschläge am Zeiger
zu erzielen. Da Ädie Zeigerausschläge bei diesen bekannten Geräten nur die Winkelgeschwindigkeiten
der Drehungen des Flugzeuges um die Lotrechte und eine Waagerechte anzeigen, so
geben die Zeigerbewegungen dieser bekannten Geräte keinerlei Aufschluß über die
gegenseitigen Lagen des Flugzeuges gegenüber den natürlichen Gegenständen auf der
Erde. Von der Möglichkeit, daß man derartige -Umkehrgetriebe dazu benutzen kann,
bei einem künstlichen Kreiselhorizont die Bewegungen eines den natürlichen Horizont
versinnbildlichenden beweglichen Anzeigegliedes sinnfällig genau so erscheinen zu
lassen, wie sich der natürliche Horizont gegenüber dem Flugzeug, vom Sitz des Führers
aus gesehen, zu bewegen scheint, hat man jedoch bisher keinen Gebrauch zu machen
gewußt. .
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In den Abbildungen sind einige zweckmäßige Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt.
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Abb. r zeigt einen waagerechten Schnitt durch das ganze Gerät, Abb.
2 eine Vorderansicht.
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Abb.3 stellt einen lotrechten Schnitt nach Entfernung der Vorderseite
dar. Aus dieser Abbildung ist die Lage des Anzeigegliedes bei einer Neigung des
Flugzeuges um die Längsachse ersichtlich.
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Abb. ¢ stellt eine Ausführungform für die ':Bewegungsübertragung auf
das Anzeigeglied :''.,`£ -,''Abb. 5 ist ein lotrechter Teilschnitt durch 'die Vorderseite
des Gerätes nach der Linie 5-5 in Abb. r .
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Abb. 6 stellt ähnlich wie Abb. r einen waagerechten Schnitt durch
eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Abb. 7 ist die zugehörige Vorderansicht, Abb. 8 ein lotrechter Schnitt.
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Abb.9 zeigt eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform, bei
der das Instrument durch weitere Navigationsgeräte zu einem Universalgerät ergänzt
ist.
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Abb. zo zeigt einen lotrechten Schnitt durch diese Ausführungsform.
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In Abb. ri und 12, sind weitere Einzelheiten dargestellt.
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Die Schauseite des Gerätes wird zweckmäßig, wie Abb. 2 zeigt, so ausgebildet,
daß der durch das Schauglas sichtbare Teil die Aussicht aus einem Flugzeug darstellt,
wie sie sich vom Führersitz aus beim Blick nach vorn darbietet. Teil.a, welches
zu der mit einem rechteckigen Ausschnitt versehenen, am Gehäuse 6 befestigten Platte
q.' gehört, versinnbildlicht einen festen, vom Führersitz aus sichtbaren Teil des
Flugzeuges, z. B. die Motorkappe. Dieses Teil kann indessen auch, wie die Ausführungsform
nach Abb. 9 zeigt, ein Flugzeug z' versinnbildlichen. Der Horizont wird, wie beide
Abbildungen zeigen, zweckmäßig durch eine Schiene 3 bzw. 3' versinnbildlicht, welche
-beim Geradeausflug in richtiger Lage waagerecht über oder in Deckung mit dem Teile
bzw. 2' liegt. Die Schiene 3 bzw. 3' ist mit dem Lagerträger für die Kreiselumlaufachse
so verbunden, daß sie sich gegenüber dem Teil 2 bzw. 2' auf und nieder bewegen und
kippen oder drehen kann. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Übertragungen der Bewegungen
um die eine Kardanachse durch ein Umkehrgetriebe vermittelt wird, wird erreicht,
daß die Schiene 3 gegenüber dem Teil 2 bzw. 2' genau die gleichen auszuführen scheint,
welche der natürliche Horizont, vom Flugzeugführer aus gesehen, scheinbar in bezug
auf das Flugzeug ausführt.
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In Abb. r bedeutet 16 die lotrechte Umlaufachse des Kreisels, die
in dem Umlaufachsenlagerträger 15 in üblicher Weise gelagert ist. Dieser ist um
die waagerechte, bei dieser Ausführungsform zur Flugzeugquerachse parallele, zweite
Kardanachse 13, 14 in dem Kardanrahmen 7 schwenkbar gelagert. Der Kardanrahmen
7 ist wieder in dem festen Gehäuse 6 um. die zu den beiden erstgenannten
Achsen
senkrechte, also gleichfalls waagerechte, parallel zur Flugzeuglängsachse liegende
Kardanhauptachse io, ii schwenkbar gelagert. Der vordere Lagerzapfen io ist in der
Rückwand des Gehäuses 6 gelagert, während der hintere, dem Flugzeugführer zugekehrte
Zapfen i i in dem am Gehäuse befestigten Arm 12 sein Lager findet. Der Kardanrahmen
7 ist mit einem Ansatz 7' versehen, an welchem vorn eine Platte 5 befestigt ist.
An dem Kardanrahmen 7 ist eine Achse 9 drehbar gelagert, an der mittels einer Schelle
8 die Schiene 3 befestigt ist. Diese ist durch einen Schlitz 4 in der an dem Ansatz
7' befestigten Platte 5 hindurchgeführt, und das äußere Ende ist rechtwinklig umgebogen.
Durch gelenkig miteinander verbundene Hebel 17, 18, von denen der erstgenannte bei
i9 an dem Umlaufachsenträger 15 angelenkt, der zweite 18 an der Achse 9 befestigt
ist, ist der Umlaufachsenlagerträger 15 mit der Schiene 3 verbunden.
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Bewegungen des Kreiselachsenlagerträgers 15 um die Kardanachse 13,
14 werden daher durch das Hebelpaar 17, 18 im umgekehrten Drehsinn auf die Achse
9 und daher in umgekehrtem Sinn auf die Schiene 3 übertragen, während die Schiene
3 vermöge ihrer Befestigung an der im Kardanrahmen 7 gelagerten Achse 9 alle Bewegungen
des Kardanrahmens 7 um die Kardanhauptachse i o, ii unmittelbar mitmacht. Da der
Kreiselachsenlagerträger 15 bei allen L ängs- und Querneigungen des Flugzeuges seine
Lage im Raum beibehält, so führt der Anzeigebalken 3 bei Querneigungen des Flugzeuges
dieselben Drehbewegungen in bezug auf das Teil 2 in Abb. 2 aus, bei allen Längsneigungen,
die sich in Drehungen des Kreiselumlaufachsenlagerträgers um die zur Querachse parallele
Kardanachse 13, 14 äußern, die gleichen Aufundniederbewegungen in bezug auf das
Teil 2, welche der wahre Horizont in bezug auf die vom Führersitz aus gesehene Motorhaube
auszuführen scheint..
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Zweckmäßig wird man die im Schauglas sichtbare gehäusefeste Platte
4', unter der sich die Schiene 3 als Sinnbild des Horizontes zu bewegen scheint,
mit weiteren Bezugszeichen, z. B. mit Teilungen 21, versehen, die Aufschluß über
die Größe der Längs- und Querneigungen geben können. Ferner ist es zweckmäßig, die
Nullstellung des Anzeigegliedes 3, welche die Lage des wahren Horizontes bei Geradeausflug
ohne Quer- und Längseigung angibt, einstellbar zu machen, um den verschiedenen Lagen,
die das Flugzeug bei verschiedener Belastung einnimmt, Rechnung tragen zu können.
Dies kann in der Weise ausgeführt werden, daß das Teil 2 in Abb. 2 verstellbar hinter
der Rückseite 23 des Fensters angebracht wird. Dieses kann mittels eines an dem
Schild 4' angeordneten, mit Mutterge-,vinde versehenen Auges a4 geschehen, welches
mit einer durch einen Rändelknopf 26 zu betätigenden Schraube 25 zusammenarbeitet.
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24' stellt einen Querneigungsmesser dar, der zweckmäßig dem Gerät
beigegeben wird und in bekannter Weise z. B. aus einem mit einer dämpfenden Flüssigkeit
25' gefüllten, gebogenen Glasrohr besteht, in dem als Anzeigeglied eine Kugel 26'
läuft. Dieser Scheinlotzeiger arbeitet in bekannter Weise und bildet nicht den Gegenstand
der Erfindung.
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Eine andere zweckmäßige Ausführungsform ist in den Abb. 6, 7 und 8
dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach
den Abb. i bis 5 im wesentlichen dadurch, daß die Achse 13', 14', um-welche der
Kreiselumlaufachsenlagerträger 15 in dem Kardanrahmen 35 schwingt, von vorn nach
hinten, also der Flugzeuglängsachse parallel, gerichtet ist, während die Hauptkardanachse
io', i i', um welche der Kardanrahmen 35 in dem Instrumentengehäuse schwingt, der
Flugzeugquerachse parallel ist. Außerdem stellt im Gegensatz zu den Ausführungsformen
nach den Abb. 2 und 9 die Schiene 39 nicht den Horizont, sondern das Flugzeug dar,
während der Horizont durch die Marken 4.1 angedeutet ist. Infolgedessen werden bei
dieser Ausführungsform die Aufundniederbewegungen der das Flugzeug darstellenden
Schiene 39 durch die Drehbewegungen des Kardanrahmens 35 um die Hauptkardanachse
io', i i' wiedergegeben, während die Querneigungen, also die Drehungen des Flugzeuges
um seine Längsachse, durch die Kippbewegungen des Umlaufachsenlagerträgers 15 um
die Nebenachse U', 14' wiedergegeben werden. Bei dieser Ausführungsform werden daher
die letztgenannten Bewegungen umgekehrt. Dies geschieht, wie aus Abb. 6, 7, 8 zu
ersehen ist, dadurch, -daß auf den Lagerzapfen 14' ein Zahnrad 38 aufgekeilt ist,
welches mit einem Zahnrad 37 kämmt, das auf der ebenfalls an dem Lagerträger 15
gelagerten Achse 36 sitzt, die der Achse i3', i4' parallel liegt und auf der anderen
Seite die Anzeigeschiene 39 trägt. Die Achse 36 ist durch einen lotrechten Schlitz
37' in dem gewölbten Schild 4o hindurchgeführt.. Bei dieser Ausführungsform geben
Marken 41 an der Rückwand 23 des Fensters den Horizont an zur Beurteilung der Lage
der das Flugzeug versinnbildlichenden Schiene 39 in bezug auf den Horizont. Auch
hier wird durch das Zahnradpaar 38, 37 eine Übertragung der Bewegungen des Kreisels
um die Achse 13', 14', also die eine Kardanachse, in umgekehrtem Sinn auf mechanischem
Wege
vermittelt. 24', 2.5', 26' ist, wie bei der-Ausführungsform
nach Abb. i, ein Scheinlotzeiger.
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Eine weitere Ausführungsform des Gerätes ist in den Abb. 9 bis 12
dargestellt, die sich in der äußeren Gestaltung an die zuerst beschriebene Ausführungsform
anlehnen kann. Bei dieser Ausführungsform ist die Hauptkardanachse, um welche der
Kardanrahmen 71 schwingt, wieder zu der Flugzeuglängsachse parallel angeordnet.
io", i-i" sind die zugehörigen Lager. In dem Kardanrahmen 71 ist der Lagerträger
61 für die Kreiselumlaufachse entsprechend um eine nicht dargestellte, waagerechte,
zur Flugzeugquerachse parallele Achse schwenkbar gelagert. Die Schiene 3' ist an
dem Kardanrahmen 7i bei 58 und 7o drehbar angelenkt, so daß sie die scheinbaren
Querneigungen des wahren Horizontes gegenüber dem Flugzeug, vom Führersitz aus gesehen,
durch die Bewegungen des Kardanrahmens 7 i um die zur Flugzeuglängsachse parallele
Achse angibt, die durch die Kardannebenachse übertragen werden. Die relativen Bewegungen
des Kreiselumlaufachsenlagerträgers 61 um die zur Flugzeugquerachse parallele innere
Kardanachse werden mittels des an dem Kreiselumlaufachsenlagerträger 61 angeordneten
Stiftes 73 auf die Schiene 3' übertragen. Zu dem Zweck ist in dem Kardanrahmen ein
kreisförmiger Schlitz 74 vorgesehen, durch welchen der Stift 73 hindurchragt und
in einen waagerechten Schlitz 72 in der Schiene 3' eingreift. Der Schlitz 74 gewährt
dem Stift 73 die nötige Bewegungsfreiheit; so daß der Kreiselachsenlagerträger 61
um die Kardannebenachse frei schwingen kann. Dadurch, daß der Stift 73 zwischen
dem Gelenk 58, 7o der Schiene 3' und der Kardannebenachse, um welche der Stift schwingt,
liegt, werden die Bewegungen um die Kardannebenachse auf die Schiene 3' im umgekehrten
Sinn übertragen. Auch bei dieser Anordnung macht daher die Schiene 3' in bezug auf
das im Schauglas sichtbare Sinnbild 2' für das Flugzeug genau die gleichen Bewegungen,
die der wahre Horizont; vom Führersitz aus gesehen, scheinbar in bezug auf das Flugzeug
ausübt.
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Außer durch einen Scheinlotzeiger 24, 25', 26' kann das Gerät noch
durch einen Kompaß 51 und gegebenenfalls durch einer' Wendezeiger 5o, 52, 53, 54,
54! zu einem Universal-Navigationsgerät ergänzt werden, welches außer dem Horizont
auch noch das Scheinlot, Wendungen und die Flugrichtung in übersichtlicher Weise
abzulesen gestattet. Die Anordnung dieser Nebeneinrichtungen bildet nicht den Gegenstand
der Erfindung.
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Die an sich bekannte Ausbildung des die Horizontlinie vortäuschenden
Anzeigegliedes als Schiene in Verbindung mit dem mechanisehen Umkehrgetriebe, insbesondere
nach den Ausführungsformen in den Abb. i bis 4 und 9 bis 12, bringt noch den folgenden,
besonders bedeutungsvollen Vorteil mit sich.
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Durch die in Abb. 4 dargestellte Hebelverbindung oder durch die Verbindung
mittels des in dem Schlitz spielenden Stiftes wird erreicht, daß die Ausschläge
der Horizontschiene trotz Beschränkung auf das Gesichtsfeld bei kleinen Längsneigungswinkeln
bereits recht beträchtlich sind, mit wachsenden Neigungswinkeln dagegen in geringerem
Maße zunehmen. Bei der Ausführungsform nach Abb. 9 bis 12 z. B. ist dies dadurch
erreicht, daß sowohl die Entfernung der Horizontschiene 3' von dem Stift 73 ein
Vielfaches der Entfernung des Stiftes 73 von dem Gelenk 58, 7o beträgt, als auch
diese letzte Entfernung größer ist als der Abstand des Stiftes 73 von der sekundären
Kardanachse. Infolgedessen werden bereits sehr geringe Längsneigungen des Flugzeuges
durch recht kräftige Ausschläge der. Horizontschiene angezeigt.
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Die Erfindung ist in ihrer Tragweite nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Zu ihrer Verwirklichung können mechanische Umkehrgetriebe anderer bekannter
Art und andere Anzeigemittel dienen.