DE646425C - Kreiselpendel zur Ermittlung des Lotes oder des Horizontes auf bewegter Plattform, insbesondere Fahrzeugen - Google Patents

Description

Das Hauptpatent bezieht sich auf Kreisel-'■ pendel, die zur Ermittlung der Schwerkraftsrichtung oder des Horizontes auf Fahrzeugen oder ähnlichen bewegten Körpern dienen und die mit einer Vorrichtung zum Ausgleich des Einflusses von Fahrgeschwindigkeitsänderungen und Zentrifugalbeschleunigungen versehen sind.

Der Gegenstand des Hauptpatents besteht darin, daß an dem Kreiselpendel ein oder mehrere in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges schwenkbare Kreisel derart gelagert sind, daß sie stets einen in der Horizontalebene lieg'enden und zur Bewegungsrichtung des Körpers senkrechten Drallvektor von solcher der jeweiligen Geschwindigkeit entsprechenden Größe erzeugen, daß dieser bei Änderung seiner Richtung die von der Fliehkraft und bei Änderung seiner Größe die von den Fahrgeschwindigkeitsänderungen an dem Kreiselpendel hervorgerufenen störenden' Momente ausgleicht.

Bei diesen Kreiselpendeln macht sich störend noch der Umstand bemerkbar, daß bei einer Schiefstellung der Stabilisierungskreisel diese ebenfalls einen Ouerdrall er zeugen, der zwar bei Bahnbeschleunigungen, d. h. Fahrgeschwindigkeitsänderungen, ohne Einfluß bleibt, jedoch bei Fliehbeschleunigungen, d. h. bei Fahrtrichtungsänderungen, sich störend bemerkbar macht. Um diese Fehlerquelle auszuschalten, ist im Hauptpatent eine Ausführung angegeben, die aus zwei an sich voneinander unabhängigen Einzelgeräten besteht. Das eine wird lediglich zur Ermittlung des SchMngerwinkels und das andere lediglich zur Ermittlung des Stampfwinkels benutzt. Infolgedessen können bei dem einen Gerät Sdirägstellungen der zu horizontierenden Plattform um die Längsachse und bei dem anderen Schrägstellungen der entsprechenden Plattform um die Querachse ohne Einfluß auf -die Meßgenauigkeit zugelassen werden. Es sind bei der vorgenannten Einrichtung außerdem Mittel erforderlich, um den Einfluß der Erddrehung auf die Kreisel zu kompensieren. Hierin liegt eine weitere Fehlerquelle, da eine genaue Beseitigung des Einflusses der Drehung praktisch erhebliche Schwierigkeiten macht. Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten bei einem Kreiselpendel gemäß dem Hauptpatent dadurch, daß die Mittel zur Er-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Karl Glitscher in Berlin-Schmargendorf.

zeugung des Ouerdralles in ihrer Orientierung fahrzeugfest, der bzw. die Stabilisierungskreisel hingegen von einem Richtgebei abhängig sind im Sinne der Aufrechterhaj₇ tung ihrer — an sich willkürlichen — azimutalen Orientierung.

Es sei hier bemerkt, daß es an sich bekannt ist, Kreiselgeräte in Abhängigkeit von einem Kompaß o. dgl. in ihrer Orientierung ίο zur Nord-Süd-Richtung unabhängig von Kursänderungen des das Gerät tragenden Fahrzeuges zu erhalten. Indes ist die vorliegende Erfindung nicht darin zu sehen, schlechthin die azimutale Orientierung eines Kreiselgerätes aufrechtzuerhalten, sondern das Wesen der Erfindung liegt vielmehr in der vorerwähnten besonderen Aufteilung der einzelnen Elemente des Gerätes in der Weise, daß die eine Gruppe (Korrekturmittel) fahrzeugfest und die andere Gruppe (Stabilisierungskreisel) azimutfest ist.

Bei dieser Ausführung ist, wie unten noch näher gezeigt werden wird, die Erddrehung ohne Einfluß auf die Einstellung der zu horizontierenden Plattform. Man kann infolgedessen Mittel zur Kompensierung des Einflusses der Erddrehung bezüglich der Stabilisierungskreisel fortlassen. Es ergibt sich in diesem Falle zwar ein dauernder kleiner Präzessionsausschlag der Stabilisierungskreisel. Dieser ist aber, wie schon gesagt, ohne Einfluß auf die Einstellung der zu horizontierenden Plattform. Des weiteren wird bei der neuen Ausführung zur genauen Ermittlung des Schlinger- und Stampf winkel s oder, allgemeiner, zur genauen Ermittlung der Schrägstellung der bewegten Plattform, z. B. eines Fahrzeuges, zur Horizontalebene lediglich ein einziges Gerät benötigt. Demgemäß sind die Mittel zur Erzeugung des der Fahrt proportionalen Ouerdralles ebenfalls nur einmal vorzusehen.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, und zwar in

Fig. ι und 2 in zwei zueinander senkrechten Längsschnitten;

Fig. 2 a zeigt eine Einzelheit und •Fig. 3 eine schematische schaubildliche Darstellung der Aufhängung der zu horizontierenden Plattform.

Es sei zunächst auf die der besseren Erläuterung dienende Fig. 3 Bezug genommen, ι ist die zu horizontierende Plattform. Die hierzu dienenden Kreisel sind in Fig. 3 nicht eingezeichnet. Die Plattform 1 ist mit Hilfe der Achse 2, 2' drehbeweglich an einem Ring 3 gelagert, der seinerseits mit Hilfe der rechtwinklig zu der Achse 2, 2' verlaufenden Achse 4, 4' an den Lagerböcken 5 und 6 aufgehängt ist. Die Plattform 1 ist weiterhin vermittels der senkrecht zur Achse 2, 2' verlaufenden Achse 7, 7' mit einem Bügel 8 gelenkig verbunden, der seinerseits mit einem Zapfen 8" in einen Bügel 9 eingreift. Dieser ist vermittels der Achse 10, 10', die senkrecht zur Achse 4, 4' verläuft, an den Lagerböcken Vi und 12 drehbeweglich aufgehängt. Die Lagerböcke 5, 6, 11 und 12 sind mit der bewegten Plattform, z. B. einem Fahrzeug, fest verbunden. Mit P ist die Fahrtrichtung bzw. bei einem Fahrzeug die Längsachse desselben angedeutet. Man sieht ohne weiteres aus Fig. 3, daß bei Aufrechterhaltung der Horizontallage des Elementes 1 der Drehwinkel der Achse 4, 4' relativ zu den zügehörigen Lagerböcken 5, 6 ein Maß für den Schlingerwinkel und der Drehwinkel der Achse 10, 10' relativ zu den Lagerböcken 11, 12 ein Maß für den Stampf winkel der bewegten Plattform Λ' gibt. Sollen die betreffenden Winkel abgelesen werden, so können, wie dargestellt, an den Achsen 4, 4' und 10, io' je ein Zeiger 13 bzw. 14 befestigt werden, die gegenüber einer zur Plattform 5" festen Skala den Schlinger- bzw. Stampfwinkel angeben. Es ist bekannt, daß das Gerät bezüglich der Längs- und Querachse der Plattform ^ naturgemäß auch anders orientiert sein könnte. In diesem Falle werden bei 13 und 14 die sich aus der Aufstel- go lung des Gerätes ergebenden Schräglagenwinkel der Plattform S abgenommen. An die Stelle der Zeiger 13 und 14 können natürlich auch Geber zur Fernübertragung der betreffenden Winkel treten.

Die in Fig. 3 dargestellte Aufhängung ist an sich bekannt, und es ist, wie schon erwähnt, die Fig. 3 lediglich zum besseren Verständnis der Fig. rund 2 aufgenommen.

In den Fig. 1 und 2 sind die bereits in _tOo der Fig. 3 enthaltenen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die zu horizontie*- rende Plattform 1 bildet jedoch keine Scheibe, sondern einen Körper gemäß der schematischen schaubildlichen Darstellung nach Fig. 2 a. Er besteht hiernach aus einem horizontalen ringförmigen Teil i" und einem vertikalen rahmenförmigen Teil i⁶.

Ein Vergleich der Fig. 1 mit der Fig. 2 zeigt, daß in Abweichung von Fig. 3 der Durchmesser des Ringes 3 in der einen Richtung kleiner ist als in der anderen Richtung. Das läßt sich dadurch erreichen, daß man den Ring in der einen Richtung flach drückt oder ihn auch rechteckig ausbildet. Eine derartige Bauart bringt eine Raumersparnis mit sich. Endlich sind bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 die vier Lagerböcke 5, 6, und 12 der Fig. 3 zu einem die empfindlichen Teile des Gerätes gegen äußere Ein- tao flüsse schützenden zylindrischen Körper 15 zusammengefaßt.

i6, 17, 18 und 19 sind die Stabilisierungskreisel. Sie besitzen je eine lotrechte Umlaufachse und sind in Gruppen von je zwei Kreiseln angeordnet. Die Präzessionsachsen der beiden Kreisel 16 und 17 sind über die Stirnrädersegmente 20 und 21 miteinander gekuppelt, so daß die beiden Kreisel spiegelbildlich zueinander präzedieren. In gleicher Weise sind die beiden Kreisel 18 und 19 über

to die Stirnradsegmente 22 und 23 hinsichtlich ihrer Präzessionsachsen miteinander gekuppelt. Die Kreisel eines jeden Paares laufen im entgegengesetzten Sinne um. Die Präzessionsachsen des einen Krejselpaares schließen mit denen <des anderen Paares einen Winkel ein, vorzugsweise, die dargestellt, von 90⁰. Demgemäß stabilisiert das eine Kreiselpaar 16, 17 die Plattform 1 gegen Neigungen um die Achse 2, 2' .und das andere Kreiseipaar 18, 19 gegen Neigungen um die Achse 4, 4'. Jeder Kreisel besitzt eine Dämpfungseinrichtung vorzugsweise gemäß der Darstellung in Gestalt einer Tankdämpfung i6°, 17°, i8« bzw. 19°. Die einzelne Dämpfungseinrichtung ist nach der Präzessionsachse des betreffenden Kreisels orientiert.

Die zwei Kreiselpaare 16, 17 und 18, 19 sind mit ihren Präzessionsachsen an einem Rahmen 24 gelagert, der seinerseits um eine lotrechte Achse relativ zum Rahmen 1* drehbeweglich ist. Hierzu trägt beim Ausführungsbeispiel der Rahmen i^b Zapfen 25 und 26. Der Rahmen 24 steht über das mit ihm fest verbundene Zahnrad 27 und über das Ritzel 28 in Antriebsverbindung mit einem Kursempfänger oder allgemein mit einem Azimutempfänger 29 in Eingriff. Dieser Empfänger 29 verstellt bei Kursänderungen

der Plattform 6¹ über das Ritzel 28 und das Zahnrad 27 den Rahmen 24 relativ zum Rahmen i* jeweils so, daß der Rahmen 24 an den Kursänderungen der Plattform S nicht teilnimmt und demgemäß seine azimutale Orientierung beibehält. Da von Kursgebern gesteuerte Kursempfänger an sich bekannt sind, braucht auf ihre nähere Ausbildung nicht eingegangen zu werden.

Zur Erzeugung des der Fahrt proportionalen Ouerdralles dienen zwei Kreisel 30 und 31 mit lotrechten Umlaufachsen. Sie sind mit ihren waagerechten Präzessionsachsen an dem Rahmen i^b gelagert und hinsichtlich der Präzessionsachsen vermittels der Zahnradsegmente 32 und 33 miteinander gekuppelt, so daß sie nur spiegelbildlich zueinander verstellt werden können. Die beiden Kreisel 30 und 31 lauf en in entgegengesetzter Richtung um, wie aus den in Fig. 1 eingezeichneten Drallvektoren hervorgeht. Die Präzessionsachse des Kreisels 31 ist, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, über ein Vorgelege 34 mit der Welle eines Empfängers 35 gekuppelt. Dieser Empfänger ist an eine geeignete, von einem Fahrgeschwindigkeitsmesser abhängige Vorrichtung derart angeschlossen, daß die Neigung der Kreisel 30 und 31 aus der Nullstellung, in der ihi-e Drallvektoren parallel zur Lotrechten verlaufen, der jeweiligen Größe der Fahrge-' schwindigkeit entspricht bzw., genauer gesagt, daß der bei Neigung der Kreisel 30 und 31 von diesen erzeugte, nach Backbord gerichtete Querdrall der Fahrgeschwindigkeit proportional ist. Zu diesem Punkt sei ausdrücklieh Bezug genommen auf -die entsprechenden Ausführungen des Hauptpatents 598 840, in denen u. a. auch dargelegt ist, daß bei nicht allzu großen Neigungen der Kreisel 30 und 31 der Sinus des Neigungswinkels dem Winkel selbst gleichgesetzt werden kann.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß die Kreisel 30 und 31 an dem Rahmen i⁶ so gelagert sind, daß die bei Neigungen entstehende waagerechte Drallkomponente quer zur Fahrtrichtung nach Backbord gerichtet ist.

Mit der Achse 4, 4' und mit der Achse 10, 10' ist je ein Geber 36 bzw. 37 zur Abnahme des Schlingerwinkels bzw. Stampfwinkels gekuppelt. Wird das Gerät bezüglich der Längsund Querachse der bewegten Plattform ^ in anderer Weise orientiert, so erhält man statt des Schlinger- und Stampfwinkels die der betreffenden Orientierung entsprechenden S ch rägl agen winkel.

Es sei noch erwähnt, daß der Schwerpunkt jedes der Stabilisierungskreisel unterhalb seiner Präzessionsachse liegt. Statt dessen könnte man auch den Schwerpunkt jedes dieser Kreisel in die geometrische Präzessionsachse legen und mit Hilfe von Federn die Kreisel an ihre Normallage elastisch fesseln.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Durch die Stabilisierungskreisel 16, 17, 18 und 19 wird die Plattform i^B, i^b gegen alle kürzeren Störeinwirkungen, insbesondere gegen die Schlinger- und Stampfbewegungen der bewegten Plattform S₃ im Horizont gehalten. Die Eigenschwingungsdauer des Gerätes kann nach Belieben kurz, z. B. etwa 2 bis 10 Min., gewählt werden. Diese Schwingungsdauer reicht hin, um die kürzeren Störeinwirkungen unschädlich zu machen. Die Beseitigung des Einflusses der Bahn- und Fliehbeschleunigungen auf die Horizontierung der Plattform i", i^b erfolgt mit Hilfe der Kreisel 30 und 31. Hierzu werden diese in Abhängigkeit von einem Fahrgeschwindigkeitsmesser so eingestellt, daß der von ihm erzeugte, nach Backbord gerichtete Querdrall

stets der Fahrgeschwindigkeit proportional ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Kreisel 30 und 31 im Hauptpatent 598 840 ausführlich angegeiie.n. Es sei hiex darauf Bezug genommen. Beim Auftreten von Kursänderungen erfährt das gesamte Gerät mit der Plattform S eine Drehung um die Hochachse. An dieser Drehbewegung nehmen indes die Stabilisierungskreisel nicht teil, da mit Hilfe des Kursempfängers 29 die azimutale Orientierung der Stabilisierungskreisel 16 bis 19 unverändert aufrechterhalten wird, d. h. der gesamte Rahmen 24 an Drehbewegungen des Gerätes um die Hochachse nicht teilnimmt. Hieraus ergibt sich, daß die durch eine Schrägstellung der Stabilisierungskreisel 16, 17, 18 und 19 bedingte Horizontalkomponente ihrer Drallvektoren ohne Einfluß auf die Horizontierung der Plattform i^a, i^b ist. Es handelt sich in einem derartigen Fall um eine rein statische Wirkung. Mit anderen Worten: Bei Bahnbeschleunigungen (Fahrgeschwindigkeitsänderungen) der Plattform -5" ist eine Horizontalkomponente der Drallvektoren der Stabilisierungskreisel ohne Einfluß auf die Horizontierung der Plattform I", i'', was keiner näheren Erläuterung bedarf. Des weiteren ist aber eine etwa bestehende Horizontalkomponente der Drallvektoren der Stabilisierungskreisel auch ohne Einfluß bei Kursänderungen des Fahrzeuges, da in diesem Fall ja die betreffende horizontale Drallkomponente keine Drehung in der Horizontalebene erfährt; denn es wird ja eigens die azimutale Orientierung der Stabi 1 isierungskreisei aufrechterhalten.

Da, wie gezeigt, eine Horizontalkomponente der Drallvektoren der Stabilisierungskreisel ohne Einfluß auf die Horizontierung der Plattform i", i^b bleibt, macht es also auch nichts aus, wenn die Stabilisierungskreisel von vornherein eine gewisse Schrägstellung besitzen. Man kann daher, ohne die guten Eigenschaften des Gerätes zu beeinträchtigen, von einer Kompensation des Erddrehungseinflusses ganz absehen. In diesem Fall erfahren im allgemeinen die Stabilisierungskreisel eine an sich sehr kleine Schrägstellung. Diese ist jedoch, wie gesagt, unschädlich.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung verlaufen die Präzessionsachsen horizontal und die Umlaufachsen vertikal. Indes können letztere auch horizontal verlaufen; in diesem Fall müßten dann die Präzessionsachsen vertikal stehen. Bei horizontaler Anordnung der Präzessionsachsen können diese zugleich als Kippachsen für die Dämpfungstanks genommen werden.

Es versteht sich, daß das Gerät durch anderweitig vorgeschlagene oder beikannte weitere Kompensationsvorrichtungen zum Ausgleich von anderen Störeinflüssen noch ergänzt werden kann.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind als Mittel zur Erzeugung des der Fahrgeschwindigkeit proportionalen, in der Horizontalebene liegenden, quer zur Fahrtrichtung gerichteten Dralles zwei gegenläufige Kreisel verwendet. Die Erfindung ist indes unabhängig von der Wahl der zur Erzeugung des vorgenannten Dralles dienenden Mittel.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Kreiselpendel zur Ermittlung des Lotes oder des Horizontes auf bewegter Plattform, insbesondere Fahrzeugen, das zum Ausgleich des Einflusses von Bahn- und Zentrifugalbeschleunigungen Mittel zur Erzeugung eines der Fahrgeschwindigkeit proportionalen, in der Horizontalebene quer zur Fahrtrichtung gerichteten Dralles aufweist, nach Patent 598 840, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30, 31) zur Erzeugung des Querdralles in ihrer Orientierung fahrzeugfest, der bzw. die Stabilisierungskreisel (16, 17, 18, 19) hingegen von einem Richtgeber abhängig sind im Sinne der Aufrechter- 9a haltung ihrer — an sich willkürlichen — azimutalen Orientierung.
2. 2. Kreiselpendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu horizontierende, in einem fahrzeugfesten Kardangehänge aufgehängte Plattform (i°, i^b) die Mittel (30, 31) zur Erzeugung des der Fahrgeschwindigkeit proportionalen Querdralles und einen relativ zu dieser Plattform um eine lotrechte Achse (25, 26) drehbeweglichen Träger (24) für die Stabilisierungskreisel enthält.
3. 3. Kreiselpendel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (24) für die Stabilisierungskreisel in an sich bekannter Weise zwei hinsichtlich ihrer Umlauf- oder Präzessionsachsen in der Horizontalebene gegeneinander, vorzugsweise um 90⁰, \^?ersetzte Kreisel oder Kreiselgruppen enthält. i»o

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. GEDBLCKf IN DER