DE636236C - Kreiselkompass - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompaß, bei welchem ein kugelähnlicher Rotor auf einer Lufthaut frei in jeder Richtung kippbar um eine im wesentlichen waagerechte Achse umläuft. Derartige Kreisel haben viele Vorteile, insbesondere wegen der Ausschaltung· fast jeder Reibung-. Bei den bekannten Kompassen dieser Gattung erfolgt der Antrieb der Kugel durch einen Luftstrahl, der die Kugel stützen hilft, und die Meridiansuchfähigkeit soll dort durch eine Zentrierwirkung zwischen dem Luftstrahl und der Stützkappe erzielt werden. Der Zweck der Erfindung besteht darin, einem Kreiselkompaß dieser Art in einwandfreier Weise eine genügende Richtkraft (Meridiansuchfähigkeit) zu verleihen.

Nach der Erfindung geschieht dies dadurch, daß der Kreiselkompaß mit einer schwerkraftempfindlichen Vorrichtung versehen ist, die längs der Umlaufachse der Kugel abgestützt ist. Der Rotor wird dabei zweckmäßig elektrisch angetrieben und von einer dadurch selbst erzeugten Lufthaut getragen. Die schwerkraftempfindliche Vorrichtung ist zweckmäßig mittels· Lager, die innerhalb des \ Rotors längs seiner Umlaufachse angeordnet sind, außerhalb der Kugel derart aufgehängt, daß sie sich nicht mit dem Rotor dreht und durch die Fliehkraft nicht beeinflußt wird. Der Kreiselkompaß nach der Erfindung vermeidet ferner durch zusätzliche, in den Ansprüchen gekennzeichnete Mittel die sogenannten ballistischen und Dämpfschwingungen. Der Rotor wird dadurch ständig in die wahre Meridianlage zurückgeführt, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit und dem Kurs des Schiffes, auf dem er angeordnet ist.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen in einigen Ausführungsformen beispielsweise veran schaulicht.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Form des Kreiselkompasses gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist in größerem Maßstabe ein Schnitt der Einrichtung, durch die der Reaktionsdruck des Stators auf das im Azimut nach drehbare Folgeglied übertragen wird;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Einführung der Drähte in dem Stator zeigt;

Fig. 4 ist eine Schnittaufsicht auf den in Abb. ι dargestellten Kompaß nach der Linie 4-4 der Fig. 1;

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Fig. 5 ist eine andere Form der Vorrichtung zur Abstützung, der. Statorwelle bei der Ingangsetzung;

Fig. 6 ist in gröJJerem.Maßstabe ein Schnitt durch eine Einzelheit, der die Befestigung des exzentrischen Ringes an der Korrekturvorrichtung für die geographische Breite darstellt;

Fig. 7 ist in größerem. Maßstabe eine Ansieht einer abgeänderten Form des Korrekturknopfes und seiner Welle, die die Art zeigt, wie man den Knopf abnehmbar macht; Fig. 8 ist eine abgeänderte Form des Kompasses mit Antrieb durch Gleichstrom und einer Flüssigkeitseinrichtung, die zur selbsttätigen Einstellung des Kompasses in den Meridian und zur Dämpfung dient;

Fig. 9 bis 15 zeigen schematisch verschiedene andere Anordnungen der Kugel, des der ao Schwerkraft unterworfenen Bügels und des Reaktionslagers zueinander;

Fig. 16 zeigt in einem Leitungsschema die Stromkreise zur selbsttätigen Regelung der tragenden Lufthaut;

Fig. 17 ist eine Einzelheit der Einstellungsziffernscheibe für die Breitenkorrektion;

Fig. 18 ist eine schematisch'e Ansicht in rechtem Winkel zu Fig. 13;

Fig. 19 ist eine von unten gesehene Ansieht einer abgeänderten Form der Verbindung zwischen dem Bügel und der zur Aufnahme des Reaktionsdrucks dienenden Führungsbahn;

Fig. 20 ist eine Seitenansicht derselben, und - 35 Fig. 21 ist eine Seitenansicht einer abgeänderten Form der Verbindung zwischen-dem Bügel und dem Folgeglied.

Gemäß Fig. 1 dreht sich die Kugel 1 in einer Schale oder Kappe 2; sie ist aber von der Kappe durch eine Lufthaut getrennt, die von einer äußeren Quelle geliefert oder durch die Drehung der Kugel erzeugt werden kann. Die Kappe 2 ist auf einem Speichengestell 4 " des im Azimut nachdrehbaren Folgegliedes 5 befestigt. Dieses ist seinerseits durch die Welle 6 in dem oberen, speichenförmig ausgebildeten Teil 7 des kardanisch aufgehängten Kompaßkessel's gelagert. Die Welle trägt in ihrem obersten Teile eine Kompaßrose 8. Der kugelförmige, durchbohrte Rotor wird durch einen Dreiphasenwechselstromstator 9 angetrieben, der auf einer Welle 10 befestigt ist. Diese Welle ragt durch zwei die Bohrung abschließende Endplatten 11 des Rotors, und die Kugellager 12 zwischen der Welle 10 und den Endplatten 11 sichern eine geringste Reibung zwischen dem kugelförmigen Kreiselkörper und der von ihm getragenen Statorwelle. An den Enden der Statorwelle sind die Dämpfungsflaschen 13 befestigt, die durch ■ ein Rohr 14 von^kleiner. Bphrung verbunden sind. Ferner ist an der Welle 10 als schwerkraftempfindliches Element der Bügel 15 befestigt. Ausgleichsgewichte 16 bilden ferner einen Teil des Bügels. Als Folgesystem wird in bekannter Weise ein solches gewählt, bei dem keine Berührung zwischen diesem und dem richtungsempfindlichen Element stattfindet und kein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt wird. Für diesen Zweck kann an dem Bügel ein weicher Eisenanker 17 befestigt sein, der mit einem Transformator oder Induktanzen 18 zusammenwirkt und hierdurch mittels eines (nicht dargestellten) Vakuumröhrenverstärkers dazu dient, den Azimutmotor 19 derart zu regeln, daß das Folgesystem allen Azimutbewegungen der Achse der Gyroskopkugel nachfolgt.

Man erkennt, daß das empfindliche Element, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, aus dem kugelförmigen Rotor, dem Stator, der Statorwelle, dem Bügel 15, den Dämpfungsflaschen 13 und dem Weicheisenanker 17 besteht. Die Lagerung der Kugel auf einer Lufthaut verleiht ihr Freiheit um die Umlaufachse, die vertikale Achse und die horizontale Querachse.

Bei einer Erregung durch Dreiphasenwechselstrom wird der Stator ein Drehmoment auf die Kugel um eine mit der Statorwelle zusammenfallende Achse erzeugen. Ein entsprechendes Reaktionsdrehmoment wird auftreten, das den Stator zu drehen sucht. Diese Reaktion wird durch den an den Enden der Statorwelle befestigten Bügel 15 auf genommen. In der in Fig. 1 dargestellten Form wird die Reaktion des Bügels ihrerseits durch den Reaktionsmagneten 20, der mit der Spurbahn 21 zusammenwirkt, auf diese übertragen. Die Bahn, mit der dieser Elektromagnet too zusammenwirkt, hat genau die gleiche Breite wie das Polstück des Elektromagneten. Die Fläche der Bahn ist mit der Fläche der Kugel konzentrisch, der Elektromagnet leistet daher Bewegungen der Kugel beliebiger Art um die quer zur Umlaufachse liegende horizontale Achse keinen Widerstand. Auch leistet der Elektromagnet, wenn die Umlaufachse der Kugel im wesentlichen horizontal ist, Bewegungen der Kugel um die vertikale Achse keinen Widerstand. Eine Bewegung des Bügels um die Umlauf achse jedoch würde den Luftspalt zwischen dem Polstück des Elektromagneten und der Bahn zu vergrößern suchen, mit der er zusammenwirkt, und daher wird der Elektromagnet diese Drehbewegung verhindern und den Bügel in einer wesentlich lotrechten Ebene halten.

Aus für den Fachmann bekannten Gründen würde ein der Wirkung der Schwerkraft unterliegendes Kreiselelement, wie das in Fig. r dargestellte, durch quadrantales oder

interkardinales Rollen und Stampfen beeinflußt werden, d. h. durch Roll· und Stampfbewegungen des Schiffes, die in Ebenen zwischen Ost-West und Nord-Süd stattfinden, z. B. durch ein Rollen von Nord-Ost nach Süd-West. Bekanntlich verursacht ein solches Rollen eine größte Deviation des Kompasses, wenn nicht für geeignete Kompensationen gesorgt wird. Man zieht es daher vor, diese

ίο Kompaßform in einer Ebene zu stabilisieren. Es würde genügen, den Bügel allein zu stabilisieren; der ganze Kompaß wird jedoch, vorzugsweise stabilisiert, da dies einen wichtigen Vorteil außer der Verhinderung des sogenannten Quadrant- oder Interkardinalfehlers hat. Dieser weitere Vorteil rührt aus der Verhinderung des sogenannten Schlingerfehlers her. In allen üblichen Kreiselkompassen bewirken Beschleunigungen in einer Interkardinalebene eine Abweichung des Scheinlotesi der Kompaßanordnung aus dem wahren Lot in einer Interkardinalebene. Und diese Abweichung erzeugt eine Drehbewegung um die lotrechte Achse des Kompasses, und dieser zeigt daher eine Kursänderung an, wenn keine stattgefunden hat. Die so erzeugten Schlinger fehler überschreiten wahrscheinlich nicht einen halben Grad, und da sie ständig durch die Schwingung in der entgegengesetzten Richtung umgekehrt werden, sind sie vom Standpunkt der Navigation aus unwichtig. Wenn der Kompaß jedoch bei Geschützsteuerungen verwendet wird, kann der Aufhängungsfehler einen Richtfehler imAugenblick des Abfeuerns hervorbringen.

Um den Kompaß in seinem Kardangehänge zu stabilisieren, wird ein kugelförmiger Stabilisierungskreisel verwendet. In Fig. 1 ist dieser durch die Kugel 22 dargestellt. Die Kugel dreht sich in einer Schale oder Kappe 2 τ, auf einer Lufthaut, die von einer äußeren Quelle oder durch die Drehung der Kugel oder durch beides erzeugt werden kann. An der Kugel ist an ihrem unteren Pole (am unteren Ende ihrer lotrechten Umlaufachse) ein Zapfen mit einem Lager 25 befestigt, das mit einer gebogenen Spurbahn oder Nut 26 in der Kappe zusammenarbeitet.

Die Kugel wird durch einen Stator 27 angetrieben, und dieser Stator dient dazu, die Umlaufachse der Kugel ohne Schwingung selbsttätig senkrecht zur Ebene des Stators (der Wicklung 27) zu halten.

Es hat sich durch die Erfahrung gezeigt, daß, vorausgesetzt, daß die Flächen der Kugel und Kappe genau hergestellt sind und das Gewicht der Kugel nicht einen Druck in der Größenordnung von 0,35 kg/qcm der Hori-

zontalprojektion überschreitet, die Drehung der Kugel eine Lufthaut zwischen der Kugel und der Kappe von genügender Dichte und genügender Dicke erzeugen wird, um jegliche Berührung zwischen Kugel und Kappe zu verhindern, auch wenn sie Beschleunigung·?- drucken über 2 g unterworfen werden. Offenbar rührt diese Tragwirkung der Luft von der Adhäsion der Luftmoleküle an der Oberfläche der Kappe und der Kugel her.

Die Wirkungsweise dieser Stabilisierungsvorrichtung ist folgende:

Die Achse, um die die Stabilisierungswirkung gewünscht wird, ist die Nord-Süd-Bügelachse des Kompasses. Man nehme an, daß ein Beschleunigungsdruck um diese Achse durch das Rollen des Schiffes hervorgerufen wird, auf dem die Vorrichtung befestigt ist. Der Druck wird auf die sich" drehende Kugel 22 durch die Bahn 26 und den das Kugellager 25 tragenden Zapfen übertragen. Infolge der schnellen Drehung der Kugel wird dem Druck ein starker Widerstand entgegengesetzt, und die Kugel wird um eine Achse senkrecht zu der Ebene des Papiers präzedieren und das Lager 25 längs der genuteten Bahn 26 in der Ebene des Papiers wandern lassen. Wenn das Gewicht und die Geschwindigkeit der Kugel richtig zu dem Pendelfaktor des ganzen Kompaßsystems abgestimmt sind, wird die Prä-Zession langsam sein, und die Rollbewegung des Schiffes wird umkehren, lange bevor das Lager 25 das Ende der Bahn 26 erreicht hat. Für Rollbewegungen in der Ebene des Papiers übt die Kugel keine stabilisierende Wirkung aus, der Kompaß kann daher frei schwingen, und das Lager 25 wandert einfach nach einem oder dem andern Ende der Bahn 26. Wenn unter gewissen Umständen eine Stabilisierung um beide horizontale Achsen verlangt werden würde, könnte eine zweite Kugelstabilisierung unter der dargestellten angebracht werden, aber mit einer Präzessionsbahn im rechten Winkel zu der Bahn 26.

Ein Vorteil dieser Form des Stabilisierers ist seine Einfachheit und das Fehlen von sich abnutzenden Teilen. Tatsächlich ist der einzige sich abnutzende Teil das kleine Kugellager, und dieser Teil trägt keine Belastung irgendwelcher Art, außer bei der Ausübung eines Stabilisierungsmoments auf die Kappe. Auch dann ist die Abnutzung zu vernachlässigen, da der Pendelfaktor des Kompasses auf einen sehr kleinen Wert herabgesetzt werden kann, so daß nur eine Stabilisierungsberührung sozusagen erforderlich ist, um die Masse des Kompasses innerhalb eines Grades von der Vertikalen zu halten, wenn er Beschleunigungsdrucken infolge Rollens oder Stampfens des Schiffes unterworfen wird.

Ein anderer wichtiger Vorteil dieser Stabilisierungseinrichtung leitet sich von der

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selbsttätigen Wirkung des Stators her, durch die die Umlaufachse der Kugel 22 senkrecht zur Ebene des Stators gehatten wird. Um dies zu würdigen·, muß man die Wirkung eines Kreiselstabilisators der üblichen Form betrachten, in dem ein stabilisierendes Gyroskop so gelagert ist, daß es Präzessionsfreiheit um eine vorbestimmte Achse hat. "Die Reibung um die stabilisierte Achse (Empfindlichkeitsächse) sowie die Reibung urn die Präzessionsachse wird unvermeidlich in einer Drehungsrichtung großer sein als in der anderen. Das stabilisierende Gyroskop wird daher um seine Präzessionsachse gekippt werden und gegebenenfalls eine Lage annehmen, in der die Umlauf achse des Kreisels parallel "zu der Achse ist, um die man zu stabilisieren wünscht, und das Gyroskop wird daher als Stabilisator unwirksam werden. Um diese to Kippung zu verhindern, muß man bei den erwähnten üblichen Kreiselstabilisatoren Rückführfedern vorsehen. Bei Verwendung einer solchen Einrichtung zur Stabilisierung eines Kreiselkompasses wurden Schwingungsfehler hervorgerufen werden.

Wenn in der vorliegenden Erfindung die Umlauf achse der stabilisierenden Kugel infolge Ungleichheiten der Reibung veranlaßt wird, von ihrer normalen vertikalen Stellung abzuweichen, dann wird eine Komponente des Antriebsdrehmoments des Stators auf die Kugel derart wirken, daß die Umlaufaehse der Kugel in die. Richtung der Achse des Stators direkt und ohne Schwingung präzediert. Daher wird die Umlaufaehse der Kugel fortlaufend und selbsttätig ohne Schwingung senkrecht zur Ebene des Stators gehalten.

Ein anderer Vorteil dieser Form des Stabilisierers beruht auf dem Fehlen einer Präzessionsreibung. Wie es dem Fachmann bekannt ist, hängt die Schwierigkeit einer theoretisch vollkommenen Stabilisierung von der Unvollständigkeit ab, mit der die Präzessionsreibung beseitigt werden kann. Das Zeitintervall, während dessen er der störenden Kraft Widerstand leisten kann, hängt von dem Verhältnis des Impulses und der störenden Kraft ab. Abweichungen von dem theoretisch vollkommenen Widerstand gegen die störende Kraft rühren von der Präzessionsreibung und Präzessionsträgheit her. Wenn man die Stabilisierung in bezug auf die kleine und langsam wirkende jetzt betrachtete Störung unter-. sucht, ist die Präzessionsreibung das Haupthindernis gegen eine vollkommene Stabilisierung. In der Form des hier dargestellten Stabilisierers ist die einzige Präzessionsreibung die durch das Rollen des Lagers 25 in der Bahn 26 eingeführte.

Der Kugelstabilisierer sollte vorzugsweise so auf dem im Azimut nachdrehbaren Folgeglied des Kompasses angeordnet werden, daß er stets gegen schwingende Bewegungen des Kompasses in der Ost-West-Ebene stabilisiert.

In einer anderen Anordnung zur Stabilisierung der kardanisch gelagerten Masse des Kompasses wird der äquatoriale Luftstrom benutzt, der von der den Meridian suchenden Kugel wegen ihrer schnellen Drehung abge- 7er schleudert wird. Es hat sich durch Versuche und Beobachtung gezeigt, daß eine sich schnell drehende Kugel Luftteilchen an ihren Polen aufnimmt, sie durch Zentrifugalwirkung über ihre Oberfläche drängt und tangential ' an ihrem Äquator abschleudert. Die äquatorialen Luftteilchen unmittelbar in der •Nähe der Oberfläche der Kugel bewegen sich fast mit derselben Geschwindigkeit wie die Umfangsgeschwindigkeit der Kugel an ihrem 'Äquator ist. Indem man daher Schaufeln in diesem äquatorialen Luftstrom anbringt und diese Schaufeln an einem Teil der kardanisch gelagerten Masse des Kompasses befestigt, kann dieser schnelle Luftstrom dazu benutzt werden, Ablenkungen der kardanisch gelagerten Masse des Kompasses um die horizontale Achse quer zu der Drehungsachse der Kugel zu verhindern. Indem man die Luft-< ströme geeignet von der Kugel ablenkt, kön- g₀ nen unerwünschte Wirkungen der Luftströme, die die Schaufeln verlassen, vermieden werden. Das Einsetzen der Schaufeln in 'φη äquatorialen Luftstrom von der Kugel aus scheint keine Reaktion auf die Kugel hervorzurufen. Dies ist verständlich und kann mit der Tatsache verglichen werden, daß eine Kugel, nachdem sie aus einer Waffe abgefeuert ist, durch eine in einem Abstand aufgestellte Stahlplatte abgelenkt werden kann. ohne irgendeine Reaktion auf die Schußwaffe zu bewirken.

Beim Ingangsetzen des in Fig. 1 dargestellten Kompasses können Mittel verwendet werden, um ihm eine sehr kurze Meridiansuchperiode zu geben. Dies wird durch den Kupplungsstift 28 erreicht, der selbsttätig durch die in den Zylinder 29 zugeführte Luft gesteuert wird, die auf dem Kolben 30 arbeitet, mit dem der Stift verbunden ist. Die Be- no tätigung dieses Kupplungsstiftes verriegelt den Bügel gegen Schwingungen um die quer zur Umlaufaehse liegende horizontale Achse und verleiht so dem empfindlichen Element die Pendeleigenschaft der ganzen Kompaßkonstruktion in bezug auf die Kardanzapfen 31. Nach Einstellung auf den Meridian wird der Stift ausgerückt.

Die Luft, die die Kugel beim Ingangsetzen trägt und die zur Verriegelung des Kupplungsstiftes 28 dient, wird durch die Pumpe •32 geliefert. Luft wird von der Pumpe

nach dem Boden der Kappe 2 durch Rohr 81, Kanal 82 und Öffnung 83 geliefert, während Luft für den Kolben 30 durch den Kanal 84 geliefert wird. Die Pumpe wird durch den Motor 33 angetrieben, und der Motor wird durch einen selbsttätigen Schalter 34 mit verzögerter Öffnung geregelt. Irgendeiner der Normalschalter mit verzögerter Wirkung Kann für diesen Zweck verwendet werden.

Der Schalter ist in Fig. 16 schematisch dargestellt, wie er normal durch eine Feder 34' in die Offenstellung gedrängt wird; das Öffnen wird aber durch einen Puffer 80 verzögert. Die Arbeitsweise des Schalters besteht darin, den Strom für den Motor zu schließen, wenn der Kompaß rotor strom geschlossen wird, und den Motorstrom für eine Zeitperiode geschlossen zu halten, für die der Schalter eingestellt ist, und an dem Ende

ao dieser Zeitperiode den Schalter zu öffnen, daher den Motor anzuhalten und infolgedessen die Pumpe, hierdurch den Kupplungsstift zum Fallen zu bringen und gleichzeitig die Luftzufuhr durch die Kugelkappe zu beseitigen und der Kugel zu gestatten, ihre eigene tragende Lufthaut zu erzeugen.

Eine selbsttätige Vorrichtung kann ferner vorgesehen werden, um den Luftfilm beim Versagen der Stromzufuhr für den Motor wieder- herzustellen. Zu diesem Zweck ist in Fig. 16 ein Elektromagnet 85 dargestellt, dessen Stromkreis an die Stromzuführung nach dem Rotor 9 angeschlossen ist. Solange dieser Magnet erregt wird, hält er den Schalter 86

offen; aber beim Versagen der Stromzufuhr wird ,der Schalter durch die Feder 87 geschlossen und der Pumpenmotor 33 wiederum in Gang gesetzt.

Eine andere Form der Vorrichtung zur Ab-

+0 Stützung der Welle des Stators und des empfindlichen Elements bei der Ingangsetzung ist in Fig. 5 dargestellt und kann anstatt der Zuführung von Anlaufluft durch die öffnungen 63 verwendet werden. Gemäß dieser Anordnung ist auf dem im Azimut nachgeführten Folgeglied unter jedem Ende einer Welle 10 oder 10' ein Ll-förmiger Käfig 85 normal außer Eingriff mit der Welle vorgesehen, aber auf der Kolbenstange 86 des Kolbens 87 befestigt. Beim Anlauf wird Luft aus der Pumpe 32 in den Zylinder durch ein Loch 81' eingelassen, sie hebt den Käfig und das Walzenlager 88 gegen die Welle 10 und hebt die Welle und mit ihr die Kugel 1 außer Eingriff mit der Kappe 2. Die Welle wird in dieser Stellung gehalten, bis die Kugel auf Geschwindigkeit gekommen ist, worauf die Luft der Pumpe, wie oben beschrieben, abgeschaltet wird. Diese Abstützvorrichtung könnte auch für einen anderen Zweck dienstbar gemacht werden, insofern als eine automatische Vorrichtung vorgesehen werden kann, um sie im Falle des Versagens der elektrischen Stromzufuhr für den Kompaß zu betätigen, indem man den Zylinder mit der Pumpe 32 65 ■ verbindet, die, wie oben beschrieben, selbsttätig gesteuert wird. Dies· hat den Vorteil, die Kugel auf den Walzenlagern 88 zu unterstützen, und ihre Beschädigung durch Anschlagen an das Folgeglied zu verhindern.

Die Stromzufuhr zu dem Folgeglied und dem empfindlichen Element wird von der Speichenkonstruktion 7 zu dem Folgeglied durch Gleitringe 36 und damit zusammenwirkende (nicht dargestellte) Bürsten zustände gebracht. Biegsame Leitungsdrähte 35 'führen den Dreiphasenwechselstrom von dem ■Folgeglied zu der hohlen Welle, auf der der Stator montiert ist.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß Gyroskopkompasse ihre Stellung nicht in dem wahren Meridian einnehmen, sondern in einer Richtung, die sich aus der Erddrehung und der Bewegung des Schiffes über die Oberfläche der Erde ergibt, nämlich in dem sogenannten scheinbaren Meridian. Wenn daher das Schiff, auf dem der Kompaß montiert ist, den Kurs oder die Geschwindigkeit ändert, muß der Kompaß sich aus einem scheinbaren Meridian in einen anderen bewegen, und, um eine Schwingung zu vermeiden, muß diese Bewegung im selben Maße stattfinden, in welchem die Änderung des scheinbaren Meridians geschieht. Das Maß, in dem der scheinbare Meridian sich infolge Änderungen des Kurses und der Geschwindigkeit ändert, hängt ab erstens von der Breite und zweitens von dem Maße der Änderung des Kurses oder der Geschwindigkeit in der Nord-Süd-Richtung. Um daher Schwingungen des Kompasses zu verhindern, muß er einen Schwerkrafts- oder Pendelfaktor von einem gewissen bestimmten Wert für jede -Breite haben. Dies hat die Anbringung einer auf die Breite einstellbaren Korrektionseinrichtung bei gewissen verfeinerten Typen von Kompassen notwendig gemacht.

Um die Notwendigkeit der Verwendung eines einstellbaren Pendelfaktors zu vermeiden und um gleichzeitig die Korrekturvorrichtung des Kreiselkompasses für den Unterschied zwischen dem wahren und scheinbaren Meridian zu vereinfachen, wird eine Korrektureinrichtungverwendet, die die Achse des Kompasses stets auf dem wahren Meridian hält. Es sind bereits Mittel vorgeschlagen worden, um das empfindliche Element zu korrigieren, so daß es immer auf dem wahren., Meridian ist; aber bei den früheren Kompaß-'typen konnte dies nur durch äußerst verwickelte Vorrichtungen durchgeführt werden, die über das Kardan- und Aufhängungs-

system arbeiteten, um die Anordnung von Gewichten auf dem empfindlichen Element zusteuern. In dem in Fig. ι dargestellten Kugelkompaß kann das empfindliche. Element durch äußerst einfache Mittel auf den wahren Meridian korrigiert werden.

In Fig. ι und 17 ist die Korrekturziffernscheibe in 37 dargestellt, wie sie auf einer Hohlwelle 39 montiert ist. Diese Korrekfcurscheibe wird durch den geriefelten Kopf 38 mittels Zahnräder 81 und 82 angetrieben. Die Korrekturziffernscheibe 37 ist beliebig von ο bis 100 geteilt. An der Kompaßkonstruktion ist eine nicht dargestellte Tabelle befestigt, die für jede Breite und Geschwindigkeit des Schiffes die entsprechende, auf der Ziffernscheibe einzustellende Korrekturzahl zeigt. Wenn die Ziffernscheibe für diese Zahl eingestellt wird, arbeitet sie durch Innengewinde in der Welle 39, um die erforderliche Exzentrizität der ringförmigen Steuerkurve 40 einzustellen, die in Keilnuten 41 (Fig. 1 und 6) auf der unteren Fläche der Platte 41' an der Speichenkonstruktion gehalten ist. Ein an dem Folgerahmenwerk 5 angebrachter Taster 42 arbeitet mit der exzentrischen Kurve 40 zusammen und nimmt von dieser Kurve die richtige Komponente der Korrektur für den Kurs des Schiffes ab, wie durch den Kompaß gezeigt (vgl. auch Fig. 6). Der Knopf 38 kann abnehmbar gemacht werden, so daß der Deckel 50 an seine Stelle geschoben werden - kann. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist der Knopf auf einer Stange 70 befestigt, die sich in der hohlen Welle 71 des Zahnrades 81 verschiebt und durch den Verriegelungsstift 72 an ihrem Platze gehalten wird.

Die Bewegungen des Tasters 42 dienen dazu, die Welle 43 seitlich zu bewegen, die durch den Schieber 44 an der Deckplatte 83 des Folgerahmens befestigt ist. Die Welle 43 trägt an ihrem unteren Ende einen Arm 45 (Fig. 4), der seinerseits einen Anker 46 in der Nähe der Seitenfläche des Kugelgehäuses 47 trägt. Der Anker dient dazu, die Flächen der geradlinigen Dreiphasenwechselstromstatoren 48 und 49 abzudecken oder freizulegen. Jeder dieser Statoren ist in entgegengesetzter Richtung zu dem anderen gewickelt, und da sie mit Wechselstrom gespeist werden, geht ein leichtes elektromagnetisches Drehmoment ständig von den inneren Kanten der Statoren zu den äußeren Kanten. Dieses Drehmoment ist sehr klein, es genügt aber, um ein beträchtliches Drehmoment um die vertikale Achse der Kugel zu erzeugen. Da die Statoren in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, ist das durch den einen erzeugte Drehmoment gleich und entgegengesetzt dem durch den anderen erzeugten, und das resultierende Drehmoment auf die Kugel würde Null sein, wenn nicht der Anker 46 vorhanden wäre. Die Größe des auf die ■Kugel durch einen der beiden Statoren hervorgerufenen Drehmoments kann genau durch das Maß geregelt werden, in dem die Polflächen der Statoren durch den Anker 46 abgedeckt werden. Wenn der Anker in der durch Fig. 4 dargestellten Lage ist, vernichtet das durch den einen der Statoren auf die Kugel ausgeübte Drehmoment das durch den anderen Stator hervorgerufene. Wenn die Korrekturvorrichtung den Anker über die Fläche des Stators 48 bewegt, so folgt daraus eine Abnahme des Drehmoments dieses Stators und eine Vergrößerung des Drehmoments des Stators 49, und daher wird ein Drehmoment auf die Kugel in Richtung des von dem Stator 49 ausgehenden Drehmoments erzeugt werden. Wenn der Anker in entgegengesetzter Richtung bewegt wird, so überwiegt der Stator 48, und das auf die Kugel wirkende Drehmoment wird umgekehrt. Das auf die Kugel wirkende Drehmoment ist genau regelbar, und daher kann der auf die Regelung dieses Drehmoments wirkende Korrekturmechanismus eine genau vorbestimmte Wirkung in der Änderung des Einstellungspunktes des Gyroskopsystems hervorrufen, indem er ein vorbestimmtes Drehmoment um die vertikale Achse ausübt. Bei der Verwendung dieser Korrektureinrichtung ist die Benutzung eines Gyroskopsystems mit einer sehr langen Periode vorzuziehen, d. h. statt die Periode von 85 Minuten für 45⁰ Breite zu verwenden, wie es jetzt im wesentlichen bei allen normalen Kreiselkompassen der Fall ist, wird eine normale Eigenperiode von 3 bis 4 Stunden oder länger verwendet. Während das Schiff in Ruhe ist, wird der Kompaß normal auf "dem wahren Meridian sein. Sobald das Schiff sich beschleunigt, wird die Korrekturvorrichtung auf die Geschwindigkeit des Schiffes eingestellt gehalten und übt hierdurch auf das •empfindliche Element ein Drehmoment aus, das eine gleiche und entgegengesetzte Änderung .des Einstellungspunktes verursacht, wie sie durch die Beschleunigung des Schiffes hervorgerufen würde. Daher bewegt sich das empfindliche Element nicht aus dem wahren Meridian, und daher treten keine ballistischen Schwingungen auf. Die Periode ist hinreichend lang gemacht, daß keine erhebliche Schwingung während der Änderung der Ge- n₅ schwindigkeit oder des Kurses entwickelt wird.

Um den Eintritt von Staub in den Kompaß und besonders zu der Lufthaut zwischen der Kugel und der Kappe zu verhindern, ist der ganze Kompaß in ein staubdichtes Gehäuse eingekapselt. Dieses Gehäuse besteht

aus zwei stramm passenden Deckeln 50 und ■51. Der obere Deckel trägt ein gewölbtes Glasfenster 52, das den Blick auf die Kompaßrose gestattet.

Die Ausführungsform des Kompasses nach Fig. 8 gestattet die Verwendung von Gleichstrom für den Antrieb der Kugel. In dieser Figur zeigt 53 ein festes vielpoliges Feld, das auf einer durch Endplatten in der Kugel hindurchgehenden Welle 10' befestigt ist. An der Welle ist eine Bürstenkonstruktion befestigt, die Bürstenhalter 55 und Bürsten 56 trägt. Die Bürsten arbeiten mit dem Innenkommutator 57 zusammen, der durch Preß-

tg passung in dem axialen Loch der Kugel befestigt ist. Ferner sitzt innerhalb des axialen Loches der Kugel die Ankerwicklung 58, deren Enden an die Kommutatorschienen angelötet sind.

Die Tragkappe für die Kugel ist ganz die gleiche wie bei der in Fig. 1 dargestellten, nur hat sie zwei kleine Löcher 59. Die Drehung der Kurbel erzeugt einen Luftdruck im unteren Teile der Kappe, und' dieser Luftdruck ist stets von einer bestimmten Größe je nach der Drehungsgeschwindigkeit der Kugel. Die durch die Endplatten der Kugel hindurchgehende Achse hat zwei Sätze von Flaschen, die Quecksilber, öl oder eine andere Flüssigkeit enthalten können. Einer dieser Sätze 60 und 61 wird verwendet, um eine Meridiansuchwirkung zu sichern. Der andere Satz 62, 62' wird zur Erzielung einer Dämpfung verwendet.

In dieser durch die britische Patentschrift ^Χ35 5⁰⁰ bekannten Kompaßform wird das Quecksilber in den Flaschen 60 und 61 nach der niedrigen Seite des Gyroskops bei einer Neigung desselben fließen, und daher wird das Gyroskop sich wie ein kopflastiger Kreiselkompaß verhalten. Man muß daher den Antrieb derart ausbilden, daß der Kreisel entgegen der Erddrehung umläuft. Infolge der Verengung des Rohres 6y zwischen den beiden Flaschen fließt die Flüssigkeit jedoch nicht leicht von einer nach der anderen und wird daher nicht erheblich durch interkardinales Rollen des Schiffes beeinflußt, auf dem der Kompaß befestigt ist. Um einen solchen Kompaß zu dämpfen, ist es ferner erforderlich, das übliche Dämpfungsverfahren umzukehren und Energie zuzuführen, anstatt sie von dem System wegzunehmen. Durch Verwendung eines verengten Rohres 67 wird das Fließen des Öles zwischen den Flaschen 62, 62' außer Phase mit der Schwingung des Hauptgyroskops gebracht und der Kompaß gedämpft. Wenn die Kugelachse durch die Drehung der Erde gekippt wird, werden die

öffnungen 63 und 64 der Rohre 65 und 66 neben das eine oder andere der Löcher in der Kappe gebracht, sie führen daher der einen oder anderen der Dämpfungsflaschen 62, 62' Luft derart zu, daß sie das Öl durch das -Rohr 6y' nach der Flasche auf der hohen Seite blasen.

Verschiedene andere Formen sind entworfen worden, die den axialen, in Fig. 1 dargestellten Stator verwenden. Die allgemeine Anordnung aller dieser Formen ähnelt der der Fig. 1, und daher genügt es bei ihrer Beschreibung, einfach schematisch die Kugel, Bügel, Reaktionslager und das Folgeglied "beispielsweise in den Fig. 9 bis 14 darzu-'stellen. In allen diesen Figuren, ebenso wie in Fig¹, ι, kann das Reaktionslager ein Elektromagnet sein, der mit der Bahn, wie in Fig. 3 dargestellt, zusammenwirkt, oder ein an einem Zapfen sitzendes Rollenlager, das mit einer genuteten Bahn zusammenwirkt, wie es in Fig. 19 und 20 in 20' und 91 dargestellt ist. Das Lager kann auf dem Bügel 15' und die genutete Bahn an dem Folgeglied S wie in diesen Figuren montiert werden, oder die Bahn 92 (Fig. 21) kann an dem 'Bügel 15" und das Rollenlager 20 an dem Folgeglieds montiert werden.

In Fig. 9 ist in ihrer einfachsten schematischen Form eine Anordnung dargestellt, 'worin das Reaktionslager 20 an dem Folgeglied montiert ist und mit dem pendelnden Bügel 15" zusammenwirkt. Diese Form des Kompasses würde ohne Hilfe der Dämpfungsflaschen selbstdämpfend sein. Die dämpfende Wirkung kann man verstehen, indem man die auf die Kugel wirkenden Kräfte betrachtet, 'wenn die Umlaufachse des Kompasses durch die Wirkung der Erddrehung gekippt wird. Wie in Fig. 9 dargestellt, ist die Achse des Kompasses nach Osten abgelenkt, und das Nordende ist daher nach oben gedreht. Die Drehung der Kugel wird durch den Pfeil 2 dargestellt. Die Reaktion des Stators wird durch den Pfeil 1 dargestellt. Diese Reaktion des Stators ruft ein Drehmoment auf den Bügel hervor, das nach unten durch das Papier in dem Punkte geht, wo das Reaktionslager 20 den Bügel berührt. Daher übt das Reaktionslager einen Druck auf den Bügel aus, der nach oben durch das Papier geht. Dieser Druck hat zwei Komponenten, eine um die Umlaufachse der Kugel wirkende Komponente, die eine Drehung des Bügels verhindert, und die andere um die rechtwinklig zur Umlaufachse und in der Ebene des Bügels gelegene Achse wirkende Komponente, wie durch den punktierten Pfeil 3 dargestellt. Die Komponente um die in der Vertikalebene des Bügels gelegene Achse ruft eine Präzession um die horizontale Querachse hervor, was die Umlaufachse in die Horizontale zurückzubringen sucht und hierdurch die

Schwingungen des Kompasses um den Meridian dämpft. Die zur Dämpfung erforderliche Leistung wird durch den Azimutmotor geliefert. Diese Form des "Kompasses sollte stabilisiert werden, da sie einen ein Pendel darstellenden Bügel verwendet.

In Fig. 14 ist wie in Fig. 8 der als Pendel ausgebildete Bügel durch ein Flüssigkeitspendel ersetzt, das aus zwei durch'ein enges Rohr 62' verbundenen Flaschen 60', 61' besteht. Das Reaktionslager 20 ist in diesem Falle an dem Folgeglied montiert und arbeitet mit der Bahn an dem Bügel wie in Fig. 9 . zusammen. Die durch das Reaktionslager ^X5 ausgeübten Komponenten des Drehmoments, sind gleich (obwohl entgegerigesetzt in jedem Falle) wie im Falle der Fig. 9, und daher wird die Achse des Gyroskopsystems in die Horizontale zurückverstellt werden, und die Schwingungen des Kompasses um den Meridian werden gedämpft werden. Das verzögert wirkende, in dieser Kompaßform verwendete Flüssigkeitspendel macht es überflüssig, den Kompaß in seinen Bügeln zu stabilisieren. Fig. 10 zeigt die Wirkung der Befestigung des Reaktionslagers 20' am Bügel und seines Zusammenwirkens mit einer Kreisbahn 91 an dem Folgeglied. Dies ist die in Fig. 1 dargestellte Form des Kompasses, und verschiedene Formen des Reaktionslagers sind in den Fig. 19 und 20 dargestellt. Man erkennt aus diesem Schema, daß das durch das Reaktionslager hervorgerufene Drehmoment völlig um die Umlaufachse der Kugel unter allen Bedingungen wirkt und daher keine Dämpfungskomponente um die vertikale Achse hervorgerufen wird. Dies hat den Vorteil,, daß es die Verwendung einer Dämpfung um die horizontale Achse durch Flüssigkeitsfluß (wie in Fig. I oder 8) gestattet und , daher den sogenannten Tangentenbreitenfehler vermeidet, der den Korrekturmechanismus verwickelt macht.

Fig. 11 zeigt die Wirkung der Befestigung des Reaktionslagers auf der Seite der Kugel auf einer Achse, die mit der horizontalen Querachse der Kugel zusammenfällt. In dieser Figur ist das Reaktionslager 90' an der Bügelkonstruktion 15' befestigt und wirkt mit einer horizontalen Bahn 91" des Folgegliedes zusammen. Die Wirkung dieser Anordnung ist dieselbe wie in Fig. 1 und 10, d. h. das Reaktionslager ruft Drehmomente um die Umlaufachse allein hervor und hat keine dämpfende Wirkung.

Fig. 12 zeigt die Wirkung der Befestigung des Reaktionslagers 95 an dem Folgeglied zur Seite der Kugel und seines Zusammenwirkens mit einer kreisförmigen Bahn 96, die an der Bügelkonstruktion befestigt ist und deren Ebene die Umlaufachse enthält. Diese Anordnung ruft eine Komponente um die in rechtem Winkel zur Umlaufachse stehende Hochachse der Kugel in der durch den punktierten Pfeil dargestellten Richtung hervor und würde daher die Schwingungen der Kugel entdämpfen, d. h. diese Schwingungen vergrößern.

Fig. 13 und 18 zeigen, daß die von dem Äquator der Kugel abgeleiteten Luftströme benutzt werden könnten, um die Statorreaktionen aufzunehmen, wodurch man die Verwendung eines Pendels beim Festhalten des Stators gegen sein Drehbestreben vermeidet. Bei dieser Betrachtung sollte man sich erinnern, daß kein Energieaufwand erforderlich ist, d. h. keine Arbeit geleistet wird, um den Stator zu halten. Die von der Kugel ausgehenden Luftströme könnten'durch eine trichterähnliche Vorrichtung 97 konzentriert werden, um praktisch jedes gewünschte Drehmoment auf eine Schaufel 98 an dem Stator auszuüben. Die Luftströme könnten ferner durch geeignete Anordnung des Trichters benutzt werden, um die Wirkung der in den anderen Figuren dargestellten Reaktionslager zu erzeugen.

Eine weitere Ausführungsform, um Meridiansuch- und Dämpfungsfähigkeit zu terzielen, ist in Fig. 15 schematisch dargestellt, in der eine Südelevation des Kompasses dargestellt ist. In dieser Form kann das an der Statorwelle 10" befestigte Pendel 15" frei schwingen, wodurch man die Verwendung eines Reaktionslagers vermeidet. Die Reaktion des Stators, würde in diesem Falle eine Verlagerung des Pendels aus der Vertikalen um einen solchen Betrag zur Folge haben, daß das Pendeldrehmoment genau gleich dem Reaktionsdrehmoment des Stators sein würde.

Es hat sich durch Versuche gezeigt, daß diese Anordnung einen sehr befriedigenden Grad der Dämpfung hervorruft. Die dämpfende Wirkung rührt wahrscheinlich von der Tatsache her, daß, sobald die Neigung der Achse des Gyroskopelements zunimmt, die Reaktion des Pendels auf den Stator abnimmt und daher das Pendel weiter und weiter aus der Vertikalen ausschwingt. Sobald das Pendel aus der Vertikalen wegschwingt, nimmt seine ballistische Wirkung, d. h. sein Drehmoment um die horizontale Querachse der Kugel ab, verringert daher das Maß der Präzession um die vertikale Achse und läßt hierdurch das N-Ende der Umlaufachse eine Spiralschwingung gegen den Meridian und die Horizontale hin ausführen. Die Energie zur Dämpfung der Schwingungen der Umlaufachse wird in diesem Falle von dem Stator abgenommen, insofern als der Stator Arbeit leisten muß,

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um das Pendel in größere und größere Ablenkungen aus der Vertikalen zu schwingen, sobald die Umlaufachse kippt.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kreiselkompaß,, bei welchem ein kugelähnlicher Rotor auf einer Lufthaut frei in jeder Richtung kippbar um eine

ίο im wesentlichen waagerechte Achse umläuft, gekennzeichnet durch eine schwerkraftempfindliche Vorrichtung (15 oder 60), die längs der Umlaufachse der Kugel (1) abgestützt ist, um dem Kompaß Meridiansuchfähigkeit zu verleihen.

2. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (τ) elektrisch in Drehung versetzt und von einer hierdurch selbst erzeugten Lufthaut getragen wird.

3. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Lager (12) innerhalb der Kugel längs ihrer Umlaufachse, mittels derer die schwerkraftempfindliche Vorrichtung (15 oder 60) außerhalb der Kugel nicht drehbar aufgehängt ist.

4. Kreiselkompaß nach Anspruch ϊ bis 3 mit elektromotorischem Antrieb, gekennzeichnet durch eine innerhalb der Kugel (1) längs ihrer Umlaufachse gelagerte Welle (10), auf der sowohl die schwerkraftempfindliche Vorrichtung (15 oder 60) wie der Stator (9) der elektromotorischen Antriebsvorrichtung angebracht sind.

5. Kreiselkompaß nach Anspruch 4 mit einer selbsttätig im Azimut sich nachdrehenden Folgeanlage, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die der Reaktionsdrehung der den Stator tragenden Welle Widerstand entgegensetzt, z. B. eine aus Rolle und Bahn bestehende Führungseinrichtung, deren einer Teil (20,20') mit der Welle (10) und deren anderer Teil (21, 91, 92) mit dem im Azimut nachdrehbaren Folgeglied (5) verbunden ist.

6. Kreiselkompaß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrolle (20) auf dem Folgeglied (5) befestigt und die Führungsbahn mit dem empfindlichen Element (Bügel 15", 6z, Fig. 9 und 14) verbunden ist, wodurch eine Dämpfung erzielt, wird.

7. Kreiselkompaß nach Anspruch 1, bei

dem die Kugel innerhalb einer im wesentliehen halbkugelschalenförmigen Kappe umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenkörper (2), der die Kugel (1) auf ihrer selbsterzeugten Lufthaut trägt, mit dem Folgeglied (5) verbunden ist.

8. Kreiselkompaß nach Anspruch 1 und 2 mit einer einstellbaren Vorrichtung zum Ausschalten des Einflusses der Erddrehung und der Fahrt über Grund, durch die veränderbare, elektromagnetische Drehmomente um die Hochachse des Kreisels ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung als ein zusätzlicher Stator (48, 49) ausgebildet ist, der unmittelbar ein Drehmoment an dem rotierenden Umfang der Kugel um die lotrechte Achse der Kugel ausüben kann.

9. Kreiselkompaß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stator (48, 49) um die lotrechte Achse der Kugel wirkende, entgegengesetzt gleiche Felder erzeugt, deren Einfluß auf den Rotor nach Stärke und/oder Richtung durch einen einstellbaren, die Kraftlinien mehr oder weniger abschirmenden Anker (46) verändert werden kann.

10. Kreiselkompaß nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein- und ausschaltbare Mittel (32), um verdichtete Luft der Kugel beim Anlauf zuzuführen, und durch eine in an sich bekannter Weise selbsttätig in Abhängigkeit von der Stromzuführung des Kreiselantriebs gesteuerte Schaltvorrichtung (85, 86, 87), die die Luftzufuhr bei einem Versagen der Drehvorrichtung der Kugel wiederherstellt.

11. Kreiselkompaß nach. Anspruch i, dadurch, gekennzeichnet, daß die schwerkraftempfindliche Vorrichtung (15, 60) der Kugel derart ausgebildet ist, daß sie dem empfindlichen System des Kompasses eine Eigenschwingungszeit von mindestens 3 Stunden verleiht und daß eine lösbare Kupplung (28) zwischen der schwerkraftempfindlichen Vorrichtung (15) und dem als Pendel von kürzerer Schwingungszeit wirkenden kardanisch aufgehängten Kompaßkessel (Folgeglied5) vorgesehen ist, um die Periode während der anfänglichen Einstellung auf den Meridian zu verkürzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen