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Kreiselgerät zum Anzeigen der Winkelbewegungen eines lenkbaren Gegenstandes
um eine seiner Achsen Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselgeräte zum Anzeigen
der Winkelbewegungen eines lenkbaren Gegenstandes um eine seiner Achsen, bei denen
die Präzessionsbewegungen des Kreiseltragrahmens gedämpft werden. Während der Antrieb
des Kreiselrotors bei derartigen Geräten meistens durch ein strömendes Druckmittel
erfolgt, hat man als Gegenkraft für die Präzessionsbewegung des Kreiseltragrahmens
vielfach Federn verwendet, die den Kreiselrotor in seine Normallage zurückführen.
Da aber diese Federn nicht zuverlässig und genau genug arbeiten, ist auch schon
ein strömendes Druckmittel, gegebenenfalls das gleiche, welches den Rotor antreibt,
als Dämpfungsmittel benutzt worden. Es ist in früheren Geräten auch vorgeschlagen
worden, ein strömendes Druckmittel zum Zurückführen des Kreiseltragrahmens in die
Ruhestellung zu benutzen.
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Mit der Erfindung wird nun vorgeschlagen, die dämpfende und die rückstellende
Kraft durch ein und dieselbe druckmittelbetätigte Vorrichtung zu erzeugen, wodurch
sich der Vorteil ergibt, daß eine größere Arbeitsgenauigkeit des Gerätes erzielt
wird. Nimmt man an, daß Veränderungen des Druckunterschiedes zwischen der Einlaß-
und der Auslaßseite auftreten, so ist zu berücksichtigen, daß hierdurch auch Veränderungen
der die Präzessionsbewegungen bewirkenden Kräfte erzeugt werden, so daß bei einer
Vergrößerung des Druckunterschiedes ein schnelleres Laufen des Kreiselrotors und
damit auch eine größere Präzession hervorgerufen wird. Da nun bei der Erfindung
ein und dasselbe strömende Druckmittel und die gleiche Vorrichtung zum Dämpfen und
Rückstellen benutzt werden sollen, ergibt sich also auch eine Abhängigkeit dieser
Kräfte von dem genannten Druckunterschied und damit eine Dämpfung und Rückstellung
genau entsprechend der je-
weiligen Größe der Präzession des Kreiseltragrahmens.
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Wenn nun bei einem solchen Kreiselgerät die Dämpfungsvorrichtung aus
einem Zylinder mit darin beweglichen Kolben besteht, so wird nach der Erfindung
zweckmäßig die Dämpfungsvorrichtung so ausgebildet, daß bei einer Verstellung des
Kolbens im Zylinder der Durchgang des strömenden Mittels durch den Zylinder verändert
wird.
Wird die Dämpfungsvorrichtung im Innern des luftdichten, den
Kreisel und den Kreiseltragrahmen einschließenden Gehäuses
| angeordnet, so kann das eine Zylinderende ' |
| das Innere dieses Gehäuses münden, währe |
| das andere Zylinderende an ein Ausla#rol.. |
| angeschlossen ist,'so daß die gemeinsame1 |
Dämpfungs- und Rückstellvorrichtung in der Bahn des strömenden Druckmittels liegt.
Die Innenfläche des Zylinders wird dabei zweckmäßig kegelig gestaltet, so daß sich
der vom Druckmittel durchströmte Zwischenraum zwischen der Innenwand des Zylinders
und der Umfangsfläche des Kolbens je nach der Stellung des Kolbens verändert. Die
kegelige Gestaltung der inneren Zylinderwand ist dann so vorzunehmen, daß der Durchmesser
@ in Richtung des Druckmittelflusses wächst, und zwar derart, daß die Rückstellkraft
für den Kreiseltragrahmen proportional dem Präzessionsausschlag ist.
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Weiter ist es zweckmäßig, beide Seiten des Kreiseltragrahmens durch
unstarre Zugverbindungen an den Kolben der Dämpfungs-und Rückstellvorrichtung anzuschließen,
so daß trotz der in verschiedenem Sinne erfolgenden Präzessionsbewegungen stets
eine Einwirkung auf den Kolben in gleichbleibender Richtung erzeugt wird. Hierbei
können auch noch Kniehebelvorrichtungen eingeschaltet werden.
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Wenn nun bei einem derartigen Gerät ein regelbares Ventil für das
strömende Druckmittel vorgesehen sein soll, so schlägt die Erfindung vor, dieses
Ventil in einem besonderen, von dem Auslaßrohr des Zylinders unabhängigen Auslaß
anzuordnen, so daß ein Teil des Druckmittels das Gehäuse verlassen kann, ohne durch
den Zylinder der Dämpfungs- und Rückstellvorrichtung zu strömen.
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Bei einer solchen Ausbildung eines Kreiselwendezeigers ergibt sich
neben einer hohen Genauigkeit auch eine einfache Ausbildung, da ein und dieselbe
Vorrichtung benutzt werden kann, um sowohl die Dämpfung als auch die Rückstellung
des Kreiseltragrahmens herbeizuführen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt
Fig. i eine schaubildliche, mehr oder weniger schematische Darstellung einer Ausführungsform
der Erfindung und Fig.2 eine Ausführungsform der Dämpfungs- und Rückstellvorrichtung
gemäß der Erfindung im Längsschnitt und in größerem Maßstab.
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Der Wendezeiger gemäß der Erfindung ist ein solcher, bei welchem ein
Kreisel zur Verwendung kommt, der um eine Achse umläuft, die zu derjenigen Achse
senkrecht ist, um die die anzuzeigenden Drehungen des beweglichen oder lenkbaren
Gegenstandes
erfolgen.
Außerdem kann genannter Kreisel eine Prä-.zcssionsbewegung
um eine Achse ausführen,
| @d1y'.. zu den beiden ersterwähnten Achsen |
| stierecht ist. Ferner ist in bekannter Weise |
| eile Vorrichtung vorgesehen, um die Präzes- |
| W'onsbewegung des Kreisels anzuzeigen, die |
den Winkelbewegungen des lenkbaren Gegenstandes und der Geschwindigkeit dieser Bewegungen
entsprechen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel be-
steht die Vorrichtung
aus einem luftdicht ge-
schlossenen Gehäuse, das bei 3 schematisch dargestellt
ist und aus einem beliebigen ge-
eigneten Material, wie z. B. Hartgummi,
be-
stehen kann. Genanntes Gehäuse ist so aus-
geführt, daß es an der
Apparatewand des lenkbaren Gegenstandes angebracht werden
kann, dessen Winkelbewegung
angezeigt werden soll, so daß die Achse X-X mit der
Längsachse des Gegenstandes
zusammenfällt oder zu dieser parallel liegt. Der Kreisel ,¢ ist in beliebiger geeigneter
Weise innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und besteht aus einem Läufer 5, der im
Tragrahmen 6 um die
Achse X-X drehbar gelagert ist. Der Tragrahmen 6 selbst
ist im Gehäuse 3 in beliebiger geeigneterWeise mit einem Freiheitsgrad drehbar gelagert,
so :daß der Tragrahmen unter
dem Einfluß der auf ihn einwirkenden Präzessionskräfte
um die Achse Y-Y sojzwingen kann, wenn der Tragrahmen und das Gehäuse sich um die
Achse Z-Z drehen. Der Läufer und der ihn tragende Tragrahmen können auch in anderer
Weise gegenüber der Längs-
achse des lenkbaren Gegenstandes angeordnet sein,
so daß je nach der Lage auch jede andere Winkelbewegung des Gegenstandes um irgendeine
dieser drei Achsen in bekann-
ter Weise angezeigt werden kann. Die
Vor-
richtung gemäß der Erfindung kann beispielsweise auf einem Flugzeug verwendet
werden, um Wendungen um die Hochachse, Rollbewegungen und Längsneigungen anzuzeigen.
-Zur Anzeige der Präzessionsbewegungen des Kreisels um die Achse Y-Y ist eine
Vor-
richtung vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem
Zeiger 7 besteht, der in beliebiger geeigneter (nicht dar-
gestellter) Weise
im Gehäuse drehbar gelagert ist und sich gegenüber einer ortsfesten Markierung 8
bewegen kann. Die Präzessionsbewegungen des Kreiseltragrahmens 6 können auf den
Zeiger 7 durch ein Zahnsegment9 übertragen werden, das in der bei io dargestellten
Weise am Tragrahmen angelenkt und so angeordnet ist, daß die Zähne i i
mit dem
kleinen Zahnrad 12 kämmen; an dem der Zeiger 7 durch eine Welle 13
befestigt ist,
die mit dem Zahnrad 12 aus einem Stück be-
steht oder
an demselben befestigt ist. Eine
Feder 14, die mit einem
Ende am Tragrahmen 6 und mit dem anderen Ende am Zahnsegment g befestigt ist, dient
dazu, das Zahnsegment stets in festem Eingriff mit dem Zahnrad zu halten.
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Um den Läufer 5 um die Achse X-X in Drehung zu versetzen, ist eine
Vorrichtung vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Düse
15 besteht, durch welche ein strömendes Mittel auf die auf dem Umfang des Läufers
5 vorgesehenen Becher 16 gerichtet werden kann. Das betreffende Mittel kann in das
Gehäuse durch ein Rohr 17 eingeleitet und aus demselben durch das Auslaßrohr 18
abgeführt werden, das mit einem Zylinder 1g verbunden ist, dessen Zweck weiter unten
näher beschrieben werden soll.
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Das Druckmittel zur Betätigung des Läufers kann in beliebiger, geeigneter
und bekannter Weise, wie z. B. dadurch beschafft werden, daß man das Auslaßrohr
18 mit einem Venturirohr oder mit einer Saugpumpe oder auch mit dem Saugrohr des
Verbrennungsmotors des Fahrzeuges verbindet, auf welchem die Vorrichtung angeordnet
ist, wodurch das Treibmittel durch das Rohr 17 in das Gehäuse angesaugt werden kann,
oder es kann das Einlaßrohr 17 mit einer Druckpumpe verbunden werden, um das Treibmittel
in das Gehäuse zu drücken, aus welchem es dann durch das Auslaßrohr 18 abgesaugt
wird.
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Wie bekannt, muß der Kreisel nach seiner Präzessionsbewegung in die
normale Stellung zurückgebracht werden, und es soll die Größe des Präzessionsausschlages
der Geschwindigkeit der Drehung des Fahrzeuges, auf welchem die Vorrichtung angeordnet
ist, entsprechen. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung, die den Kreiseltragrahmen
6 gegenüber dem Gehäuse 3 nach einer Drehung des Fahrzeuges um die Achse Y-Y in
die Nullage zurückführt, in neuartiger Weise ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht diese Vorrichtung aus zwei Ketten 2o und 2o', die an einem Ende mit den
entgegengesetzten Seiten des Tragrahmens 6 in der bei 21 dargestellten Weise und
am anderen Ende mit einer Winkelhebelanordnung verbunden sind, die aus dem Hebel
22 und den Armen 23 und 24 besteht, die durch eine Stange 25 miteinander verbunden
sind, welche durch ein rohrförmiges Stück 26 geführt ist. Letzteres ist in beliebiger
geeigneter Weise, wie z. B. durch einen Träger 27, am Gehäuse befestigt. Die entgegengesetzten
Enden der Arme 23 und a4 sind in der bei 28 und 29 dargestellten Weise mit Gegengewichten
belastet. .
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Es ist nun leicht ersichtlich, daß bei einer Präzessionsbewegung des
Kreiseltragrahmens 6 um die Achse Y-Y in der einen Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn,
die Kette 2o' gespannt und die Kette 2o gelockert wird. Hierdurch wird der Arm 23
nach oben gezogen. Bei der Präzessionsbewegung in der entgegengesetzten Richtung
wird dagegen die Kette 2o gespannt und die Kette 2o' gelockert, so daß jetzt der
Arm 24 nach oben gezogen wird. Da die Arme 23 und 24 durch die Stange 25 miteinander
verbunden sind, so wird der Winkelhebel 22 durch den einen und den anderen dieser
Arme stets in derselben Richtung bewegt werden.
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Um den Tragrahmen 6 nach seiner Präzessionsbewegung in die normale
Stellung in die Richtung der Achse Y-Y zurückzubringen, ist ferner eine Vorrichtung
vorgesehen, durch welche eine Rückstellkraft in der entgegengesetzten Richtung auf
den Hebel 22 zur Wirkung gebracht wird. Diese Vorrichtung, die mit der Treibmittelströmung
arbeitet, durch welche der Kreisel angetrieben wird, besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem Kolben 30, der im Zylinder 1g durch das diesen durchströmende Treibmittel
in der Längsrichtung verschoben wird und durch eine Verbindungsstange 31 mit dem
Hebel 22 verbunden ist. Die Innenfläche des Zylinders 1g erweitert sich kegelförmig
in Richtung des Druckmittelflusses (nach rechts in Fig. 2), so daß, wenn der Tragrahmen
6 sich in der normalen Stellung befindet, der Kolben 3o an dem Ende des Zylinders
liegt, das den größeren Durchmesser hat. Dadurch kann das Treibmittel, das am offenen
Ende des Zylinders eintritt, am Kolben vorbeistreichen und in der durch die Pfeile
angegebenen Weise in das Auslaßrohr 18 gelangen. Bei der Präzession des Kreiseltragrahmens
in der einen oder in der anderen Richtung wird der Kolben 3o durch die oben beschriebene
Hebel- und Kettenanordnung entgegen der Strömungsrichtung, d. h. nach links in Fig.
2, gezogen, wodurch der Raum zwischen dem Kolben und der Zylinderwand verkleinert
wird. Hierdurch wird ebenfalls das Vorbeistreichen des Treibmittels entsprechend
der Größe des Präzessionsausschlags verkleinert. Die Verjüngung der Zylinderwandung
kann so gewählt werden, daß die auf den Kreisel wirkende Rückstellkraft der Größe
des Präzessionsausschlags des Kreisels entspricht, die proportional der Geschwindigkeit
der Wendung des beweglichen oder lenk= baren Gegenstandes ist, auf welchem die Vorrichtung
angebracht ist. Außerdem ist die Rückstellkraft unabhängig von der Fahrtgeschwindigkeit
des Fahrzeuges, da dasselbe Treibmittel, das die Rückstellkraft in dem Zylinder
1g erzeugt, auch zum Antrieb des Läufers 5 dient.
Aus vorstehendem
ist ersichtlich, daß, wenn der Kolben 30 durch die Präzessionsbewegung von
seiner normalen Lage aus mehr und mehr nach links bewegt wird (Fig.2), die Menge
des vorbeistreichenden Treibmittels geringer wird, so daß eine größere Rückstellkraft
auf den Kolben 30 wirkt und, wenn der Kolben sich in der bei 32 strichpunktiert
dargestellten äußersten linken Stellung befindet die Rückstellkraft am größten ist,
während sie in der äußersten rechten Stellung des Kolbens, d. h. wenn der Tragrahmen
6 sich in der normalen mittleren Stellung befindet, ihren kleinsten Wert erreicht,
weil dann die Menge des vorbeistreichenden Treibmittels am größten ist. Hierdurch
wird der Kreisel in seiner mittleren Stellung gehalten.
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Der Zylinder i9 und der Kolben 3o dienen nicht nur dazu, den Kreisel
nach einem Präzessionsausschlag in die mittlere Stellung zurückzubringen, sondern
auch dazu, die Schwingbewegungen desselben abzudämpfen, so daß die Anordnung einer
besonderen Dämpfungsvorrichtung sich erübrigt und die Herstellung des Wendezeigers
vereinfacht wird.
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Durch ein Ventil 33 kann ein Teil des Treibmittels unter Umgehung
des Zylinders aus dem Gehäuse abgeführt werden. Dieses Ventil ist einstellbar angeordnet,
so daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung geregelt werden kann.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende. Das durch das Einlaßrohr
i; in das Gehäuse einströmende Treibmittel wird durch die Düse i .# auf die Becher
16 geleitet, wodurch der Läufer 5 angetrieben wird. Das Treibmittel wird alsdann
aus dem Gehäuse durch den Zylinder ig hindurch und am Kolben 30 vorbei abgeleitet
und ist bestrebt, den Kolben 30 im Zylinder zu bewegen, so <laß auf die
in sich ausgeglichene drehbar gelagerte Winkelhebelanordnung eine Kraft ausgeübt
wird. Der Winkelhebel 22 zieht an den Ketten 2o und 20', von denen mindestens eine
gespannt gehalten wird. Es liegt auf der Hand, daß der Kolben 30 und der
Hebel 22 hierdurch in der Weise wirken, daß sie eine Rückstellkraft erzeugen, durch
welche erreicht wird, daß der Kreiselrahmen 6, wenn keine Wendung des Fahrzeuges
erfolgt, eine Nullstellung einnimmt, in welcher beide Ketten unter dem Einfluß des
Kolbens gleichmäßig ,gespannt sind. Hierbei befindet sich der Kolben an dem Ende
des Zylinders, das den größten Innendurchmesser hat. Das Vorbeistreichen des Treibmittels
am Kolbenumfang ist dann am größten.
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Erfolgt nun eine Wendung des Fahrzeuges, so präzediert der Kreisel,
und es wird durch die eine oder die andere Kette und über den Winkelhebel diese
Präzessionsbewegung auf
den Kolben übertragen. Maßgebend dafür, welche der
beiden Ketten zur Wirkung ge-
langt, ist die Richtung, in welcher
die
Wendung erfolgt, von der es abhängt, ob
dasjenige Ende des Kreiseltragrahmens,
das das Zahnsegment trägt, sich nach unten zu neigen oder nach oben zu richten bestrebt
ist. In beiden Fällen wird die eine Kette gespannt und die andere gelockert, wodurch
der Kolben
gezwungen wird, sich entgegen der Wirkung des vorbeistreichenden
Treibmittels im Zylin-
der nach dem Ende zu bewegen, das den
kleinsten
Innendurchmesser hat. In dem Maße, wie der Kolben sich im Zylinder be-
wegt,
wird der Spalt zwischen dem Kolbenumfang und der Zylinderwandung immer kleiner,
so daß das Vcsrbeistreichen des Treibmittels geringer und die durch das Druckmittel
auf den Kolben ausgeübte Kraft immer
größer wird. Hierdurch nimmt die
Rück-
stellkraft mit zunehmendem Präzessionsausschlag zu.
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Sollte die Treibmittelzuführung aus irgendeinem Grunde aufhören, so
daß der Kreisel
hierdurch unwirksam wird, so hören die Rückstellkräfte ebenfalls
auf, weil keinTreibmittel in den Zylinder i9 gelangt, außerdem kann der Kreiseltragrahmen
6 um die Achse Y-Y frei schwingen und hierdurch unregelmäßige Schwingungen oder
Schwankungen des Zeigers 7 verursachen, durch welche man
erkennen kann, daß
der Kreiselwendezeiger nicht in Ordnung ist.
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Wenn auch nur eine Ausführungsform der
Erfindung dargestellt
wurde, so können doch
Abänderungen, die sich für den Fachmann von selbst ergeben,
im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden.