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Kreiselgerät zur Bestimmung der übergrundgeschwindigkeit Bekanntlich
sind Kreisel, die so gelagert sind, daß sie unter dem Einfluß der Erddrehung eine
Änderung ihrer Gleichgewichtslage erfahren bzw. einer bestimmten. Gleichgewichtslage
zustreben, bei Anordnung auf Fahrzeugen auch gegen .die für sie als zusätzliche
Erddrehung fühlbare Bewegung des Fahrzeuges relativ zur Erde empfindlich. Es können
derartige Kreisel also zur Messung der Bewegung des Fahrzeuges über Grund Verwendung
finden, wenn dafür gesorgt ist, daß sie dem Einfluß der wahren Erddrehung entzogen
sind. Dies ist für nach Art von Kreiselkompassen ausgebildete und gelagerte Kreiselanordnungen
zur Bestimmung der Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung über Grund eines Fahrzeuges
bereits vorgeschlagen worden. Es werden dabei zwei gleichartige Kompaßsysteme verwendet,
bei denen jeweils der Einfluß der wahren Erddrehung ausgeglichen ist, so daß sie
an sich bestrebt sind, sich quer zur Fahrtrichtung über Grund einzustellen. Um die
Fahrgeschwindigkeit zu erhalten, wird dann das zweite System gemäß den Angaben des
ersten in die Fahrtrichtung gedreht, wozu ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales
Drehmoment erforderlich ist, das somit die eigentliche Meßgröße darstellt. Diese
bekannte Anordnung ist einmal sehr kompliziert und ferner in der Anzeige verhältnismäßig
ungenau, da sie sehr leicht Störungen infolge der z. B. bei Änderung der Fahrgeschwindigkeit
oder Fahrtrichtung am Schwerpunkt der Kreiselgeräte wirksamen Beschleunigungen unterworfen
ist.
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Es ist ferner bekannt, die Fahrgeschwindigkeit durch eine auf einer
horizontalen Grundplatte angebrachte Kreiselanordnung zu ermitteln, deren Kreisel
dem Einfuß der Erddrehung entzogen sind und nur einen Präzessionsfreiheitsgrad besitzen.
Die Präzessionsachse befindet sich hierbei in einer durch die Fahrtrichtung gelegten
Vertikalebene und wird bei den als scheinbare Erddrehung aufzufassenden Bewegungen
des Fahrzeuges der Erdkrümmung entsprechend geneigt. Die als Fölge auftretende Präzessionsbewegung
steht unter der Wirkung eines Gegendrehmomentes, so daß der Präzessionsausschlag
verhältnisgleich der Winkelgeschwindigkeit der Präzessionsachsenneigung, also verhältnisgleich
der Fahrgeschwindigkeit wird.
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Um mit dieser Anordnung genaue Meßergebnisse zu erzielen, ist es unbedingt
notwendig, für eine stets gleichbleibende, von Beschleunigungen und Störkräften
unbeeinflußte horizontale Lage der Grundplatte Sorge
zu tragen.
Es waren deshalb bisher verwickelte, und kostspielige Zusatzeinrichtungen 'für die
Erhaltung der horizontalen Lage oder für die; Schaffung eines künstlichen Horizontes
er -' forderlich. Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einem Geschwindigkeitsmesser
der: zuletzt beschriebenen Art die für die Ge=' p schwindigkeitsmessung ohnehin
erforderlichen Kreisel zur Bildung des Horizontes mitbenutzt werden.
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Bekanntlich hat ein Kreiselpendel, dessen. Schwingungsdauer (Präzessionsdauer),
gleich der eines mathematischen Pendels von der Länge des Erdhalbmessers ist, also
84 Minuten beträgt, die Eigenschaft, gegen Horizontalbeschleunigungen unempfindlich
zu sein. Man kann nach diesem Prinzip einen künstlichen Horizont bauen, der- gleichzeitig
auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigt. Allerdings wird die Kreiselachse
zur Senkrechten stets um einen Winkel geneigt sein, der sich aus der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges gegen den Raum (Erddrehung -E- Eigengeschwindigkeit) errechnet. Marr
hat zur- Ermittlung des wahren Lotes schon vorgeschlagen, zwei gleiche Kreiselpendel
mit gegenläufigem Drehsinn zu benutzen. Die Abweichung vom wahren Lot wird dann
einmal im positiven Sinne, das andere Mal im negativen Sinne *angezeigt,
so. daß sich das wahre Lot durch Mittelbildung ergibt und ein Unterschied der beiden
Winkel der Geschwindigkeit des. Fahrzeuges gegen den Raum, verhältnisgleich ist.
Um hieraus aber die Fährgeschwirrfgkeit gegen die Erde zu bekommen, sind weitere
umständliche Rechnungen und Messungen erforderlich-Die bevorzugte Aus.führungsforrn
der Erfindung verwendet für die Schaffung des künstlichen Horizontes ebenfalls eine
Kreiselanordnung von der Schwingungsdauer 84 Minuten- Da beim erfindungsgemäßen
Gerät Kreisel mit nur einerrr P'räzessiorrsfreiheitsgrad" die zudem noch durch elastische
Kräfte an, ihre Nullage gefesselt sind (d. h. sogenannte Wendezeiger), verwendet
werden und die Kreisel dem Einfluß, der Erddrehung entzogen sind, ergeben die Präzessionsaussehläge
der Kreiseldrehachse ein unmittelbares-Maß, für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges:
über Grund, und es ist nur ein einziges. Kreiselgerät erforderlich. Die Kreisel
werden in einem Pendelrahmen. gelagert und der Abstand des Schwerpunktes von der
Aufhängeachse des Rahmens einerseits und die elastische. Fesselungskräfte andererseits
so, abgeglichen, dal sich eine Schwingungsdauer von etwa 94 Minuten ergibt.
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In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Bei der Anordnung nach Fig. a sind. die Präzessionsachsen waagerecht
gelagert und durch Federn an ihre Nullage gefesselt. Fig.2 zeigt die senkrechte
Anordnung der Präzessionsachsen und deren Fesselung durch elektrodynamische Gegendrehmomente.
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::Bei der Ausführung nach Fig. z ist ein @kihmen R mit zwei Zapfen
b' in auf dem Fahrzeug angebrachten Lagerböcken bi und b aufgehängt, deren Achsen
sich quer zur Fahrtrichtung befinden. Der Schwerpunkt der gesamten Anordnung liegt
unterhalb der Aufhängeachsen, so daß die Vorrichtung also ein Pendel darstellt.
In dem Rahmen liegen zwei gegenläufige Kreisel k1 und k2, die gleichen aber entgegengesetzten
Drall besitzen und durch Zahnradsegmente r1 und r2 miteinander gekuppelt sind, so
-daß sie entgegengesetzt gleiche Ausschläge machen müssen. Der Pendelrahmen R mit
den beiden zwangsläufig gekuppelten Kreiseln kl und k2 ist als ein einziges Kreiselgerät
anzusFhen,, das dieselbe Wirkurig hervorbringt wie ein Pendelrahmen mit einem einzigen
Kreisel, dessen Drall doppelt sa groß; ist 'wie der von kl oder k2, Die in dem Rahmen
R gelagerten Präzessionszapfen z1 und z2. der beiden Kreisel liegen parallel
zur Schiffslängsachse. Beide Kreisel sind durch an ihren Präzessionszapfen z, und
N, angreifende Federn f an ihre Nullage gefesselt-. Auf dem einer. Präzessionszapfen
z1 ist ein Drehmagnet J zum Ausgleich des Einflusses der wahreren Erddrehung angeordnet.
Der Abstand des Schwerpunktes des. gesamtenKreiselpendels von der. Aufhängeuchs:e
b'-b' einerseits und die Federkraft andererseits sind so abgeglichen, daG das Kreiselpendel
eine Schwingungsdauer hat, die derjenigen eures mathematisrhen Pendels von der Länge
des Erdradius entspricht, also ungefähr 8.4 Minuten beträgt. Das Pendel hat dann
die Eigenschaft, in, jedem Augenblick unabhängig von jeder Horizontalbeschleunigung
senkrecht auf der Erdoberfläche zu stehen. Außerdem geben die Kreisel" die der wahren
Erddrehung entzogen sind, durch ihren Präzessionsausschlag die Geschwindigkeit an,
die das, Fahrzeug in Richtung der Präzessionszapfen z1 bzw. z2 über Grund besitzt.
Die Horizontalbeschleunigungen, denen das Pendel unterworfen ist" können nämlich.
die Vertikallage nicht stören und darum auch die Kreiselanordnung nicht zu Schwingungen
anregen. Die durch eine Beschleunigung oder Verzögerung der Fahrt hervorgerufene
neue Geschwindigkeit wird dagegen sofort durch einen entsprechend vergrößerten oder
verkleinerten Kreiselausschlag richtig angezeigt..
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Für die Abnahme der Geschwindigkeit von dem schwingenden Pendelrahmen
ist eine an sich bekannte elektrische Nachdreheinrichtung vorgesehen. Werden die
Kreisel durch die
Fahrzeugbewegung über Grund um einen der Fahrgeschwindigkeit
verhältnisgleichen Winkei um ihre Präzessionsachse verdreht, so schlägt der auf
dem Zapfen .zi befestigte Kontaktarm h gegenüber dem Kontaktsegment s aus, wodurch
der an diese Kontaktanordnung angeschlossene Wendemotor eis in der einen oder anderen
Richtung anläuft. Der Motor verstellt dabei über die Stirnräder x den Geber g eines
elektrischen Fernübertragungssvstems, dessen Empfänger e mittels Schneckes' das
Kontaktsegment s dem Ausschlag des Kontaktarmes lc so lange nachdreht, bis der Motor
in wieder ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der jeweilige Ausschlag der Kreisel
auf den Geber g übertragen, so daß die Fahrgeschwindigkeit an einer entsprechend
geeichten Skala des Gebers unmittelbar abgelesen werden kann.
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Bei dem Kreiselpendel gemäß Fig. 2 hängt der Rahmen R lotrecht, so
daß auch die in dem Rahmen gelagerten Präzessionszapfen z1 und z. der beiden wiederum
mittels Zahnradsegmente miteinander gekuppelten gegenläufigen Kreisel k1 und k,
lotrecht stehen. Die Drehachse b'-b' des Rahmens liegt quer zur Fahrtrichtung. Mit
d ist wiederum der Drehinagnet bezeichnet, der zum Ausgleich des Einflusses der
wahren Erddrehung dient. Auf dem Präzessionszapfen z1 ist ein Drehtransformator
D1 angeordnet, der entsprechend dem Präzessionsausschlag des Kreisels k1 verstellt
wird und in welchem dann eine diesem Präzessionsausschlag entsprechende Spannung
entsteht. Diese wird über den Verstärker v dem Motor 111 zugeleitet, der
somit eine der Fahrgeschwindigkeit über Grund entsprechende Drehzahl annimmt. Der
Motor 11I treibt einen Generator G an, dessen Spannung durch das entsprechend der
Geschwindigkeit über Grundgeeichte Voltmeter A ,angezeigt wird.
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Ebenso wichtig wie die Kenntnis der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit
ist die Ermittlung des von einem bestimmten Ausgangspunkt aus zurückgelegten Weges.
Die Geschwindigkeitsmesser auf Fahrzeugen sind deshalb in der Regel mit Wegemessern
verbunden, da sich bei bekannter Geschwindigkeit der Weg ohne weiteres aus der Beziehung
Weg = Geschwindigkeit X Zeit ergibt. Das erfindungsgemäße Kreiselgerät kann sehr
einfach zu einem Wegemesser erweitert werden, indem man den ohnedies erforderlichen
Motor 111 gleichzeitig ein Zählwerk Z antreiben läßt. An Stelle des Zählwerkes Z
kann auch eine beliebige andere Integrationseinrichtung, z. B. ein Reibradgetriebe,
zur Ermittlung des vom Fahrzeug zurückgelegten Weges verwendet werden.
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Sehr wichtig für ein genaues Arbeiten des Gerätes ist es, daß die
Schwingungszeit von 8:I Minuten, ,die durch passendes Abgleichen des Schwerpunktabstandes
und der elastischen Gegenkräfte eingeregelt wird, unverändert bleibt.. Der Schwerpunktabstand
ist merklichen Änderungen nicht unterworfen,, hingegen sind mit der Zeit Änderungen
des Gegendrehmomentes unvermeidbar, wenn z. B. Federn als elastische Gegenkräfte
verwendet werden, und die dann erforderliche Neueinregelung ist umständlich und
ungenau. Es empfiehlt sich daher, die Fesselung der Kreisel durch Gegenkräfte vorzunehmen,
die weitgehend unveränderlich sind# und sich leicht einregem lassen. In weiterer
Ausbildung der Erfindung sind daher bei der Einrichtung nach Fig. 2 die Kreisel
k1 und k2 nicht durch Federn an ihre Nullage gebunden; die Fesselung an die Nullage
geschieht-vielmehr durch einen weiteren auf dem Zapfen z. angeordneten Drehmagneten
D, der durch die vom Generator G erzeugte Spannung erregt wird. Dabei wird diese
Spannung durch den von Hand einstellbaren Vorschaltwiderstand w so eingeregelt,
daß das Drehmoment des Drehmagneten D2, welches die Kreisel k1 und. k2 in ihre Nullage
zurückzuführen sucht, gegenüber dem Schweremoment des Kreiselpendels so abgestimmt
ist, daß das Kreiselpendel wieder die Schwingungsdauer eines Pendels von der Länge
des Erdradius erhält. Die Abstimmung des Pendels kann auf diese Weise sehr leicht
vorgenommen werden.
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Für die Anordnung des Motors,1/I, der das Zählwerk antreibt, sowie
für die Anordnung des durch den Motor angetriebenen Generators G, der die Anzeige
bewirkt und das elektrodynamische.Gegendnehmomnent erzeugt, wird lediglich in Zusammenhang
mit dem Kreiselgerät gemäß der Erfindung Schutz begehrt.