DE687435C - Gyroskop - Google Patents

Gyroskop

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DE687435C
DE687435C DE1936SC110318 DESC110318D DE687435C DE 687435 C DE687435 C DE 687435C DE 1936SC110318 DE1936SC110318 DE 1936SC110318 DE SC110318 D DESC110318 D DE SC110318D DE 687435 C DE687435 C DE 687435C
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Germany
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rotation
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spherical
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gyroscope
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DE1936SC110318
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Schneider Electric SE
Original Assignee
Schneider et Cie
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Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary gyroscopes
    • G01C19/04Details
    • G01C19/16Suspensions; Bearings
    • G01C19/18Suspensions; Bearings providing movement of rotor with respect to its rotational axes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Toys (AREA)

Description

  • Gyroskop Die Erfindung bezieht sich auf ein Gyrostop, bei dem die Kreiselmasse den angetriebenen Teil einer Reibungskupplung bildet und gesondert von dem treibenden Glied der Kupplung um eine eigene Achse umläuft, deren Lagerträger einen oder zwei Präzessionsfreiheitsgrade aufweist. Derartige Anordnungen haben bekanntlich den Vorteil, daß der antreibende Motor von beliebiger Bauart sein kann und daß die Zuführung des Stromes im Falle eines Elektromotors oder der Luft im Falle einer Windturbine nicht durch störende biegsame Leitungen oder über die Kardanlagerung erfolgt.
  • Bei den gegenwärtig bekannten Gyroskopen dieser Art war jedoch entweder die Kreiselmasse, also der angetriebene Teil der Kupplung, vollständig von einem als kugelförmiges Organ ausgebildeten Antriebsglied getragen oder bei freier kardanischer Aufhängung von äußeren Organen mitgenommen worden, die aus Reibrollen bestanden, deren Drehachsen nicht durch den Mittelpunkt der kardanischen Aufhängung hindurchgingen.
  • Sowohl die eine als auch die andere der beiden genannten Ausführungsformen weist schwerwiegende Nachteile auf.
  • Bei der ersten Ausführungsform schadet die Art und Weise der Unterstützung der Kreiselmasse der Gleichmäßigkeit der auf sie ausgeübten Mituahmewirkung beträchtlich, und zwar vermöge der unvermeidbaren Veränderungen, die in der Reibung der beiden miteinander in Berührung befindlichen Kugelflächen auftreten.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ergeben sich andere schädliche Unregelmäßigkeiten aus den Schwankungen der Mitnahmekräfte, die durch die Änderungen in der Lage des Gyroskops in bezug auf das Antriebsorgan hervorgerufen werden.
  • Schließlich erlaubt keine der beiden genannten Ausführungsarten, die Geschwindigkeit des Gyroskops selbsttätig auf einen bleibenden vorgegebenen Betrag einzuregeln.
  • Die Erfindung bezweckt, die Verwendung einer elektrischen Regelvorrichtung sowie von Ausgleichvorrichtungen zusätzlicher Art zu vermeiden, die dem Gyroskop zugeordnet werden müßten, und doch die vereinten Vorteile einfacher Bauweise, leichter Anbringbarkeit und genauen Arbeitens zu erreichen.
  • Gemäß der Erfindung ist ein solches Gyroskop, bei dem die Kreiselmasse das angetriebene Glied einer Reibungskupplung bildet und gesondert von dem treibenden Glied der Kupplung um eine eigene Achse umläuft, deren Lagerträger einen oder zwei Präzessionsfreiheitsgrade aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsoberfläche des antreibenden Gliedes, wie an sich bekannt, die Form einer konvexen kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen Umlauffläche besitzt, und daß der Mittelpunkt der Kardanaufhängung mit dem Mittelpunkt der kugelförmigen Reibungsfläche des antreibenden Gliedes übereinstimmt.
  • Die Erfindung bezweckt weiterhin, die Umlaufgeschwindigkeit der Kreiselmasse in genauen Grenzen aufrechtzuerhalten und gegebenenfalls in notwendiger Gesetzmäßigkeit eine beständige Berichtigung der Winkellage des über einen oder zwei Präzessionsfreiheitsgrade verfügen den Kreisels selbsttätig herzustellen.
  • Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der die kugelförmige Reibungsfläche des antreibenden Gliedes umgebende angetriebene Rotor mit einer Anzahl von Reibungselementen versehen ist, die mittels Federn gegen diese Oberfläche um so weniger angedrückt werden, je größer die Geschwindigkeit des Rotors ist.
  • Infolge des durch die Reibungselemente auf den kugelförmigen Teil ausgeübten Druckes entsteht zwischen diesen Teilen eine Mitnahmewirkung, die die Drehung der Kreiselmasse bestimmt und weiter unterhält.
  • Eine selbsttätige Anpassung dieser Mitnahmewirkung an den Leistungsbedarf für den Rotor zur Aufrechterhaltung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ergibt sich vermöge der Wirkung der Zentrifugalkraft atif die Bürsten oder Reibungselemente. Diese Wirkung bringt, da sie den Druckfedern nach Maßgabe der Geschwindigkeit entgegenwirkt und deren Druckkräfte mehr oder weniger vermindert, eine entsprechende Verminderung auch der Reibungskräfte und damit des Betrages der Mitnahmekräfte mit sich. Infolgedessen wird die Winkelgeschwindigkeit der Kreiselmasse auf den Betrag begrenzt, für den praktisch Gleichgewicht zwischen der Wirkung der Zentrifugalkraft an den Reibungselementen und dem Druck der Federn besteht, obwohl die Winkelgeschwindigkeit der kugelförmigen Antriebsfläche durch den Antriebsmotor mit einem merklich höheren Wert aufrechterhalten wird.
  • Die Reibungsflächen werden daher zum Sitze verschieden gerichteter Wirkungen, deren Meridiankomponenten in bezug auf die Kreiselmasse gegebenenfalls ein langsames und beständiges Zurückstellen der Achse dieser Kreiselmasse nach der im betrachteten Augenblick vorliegenden Drehachse des kugelförmigen Elementes hin hervorrufen.
  • Die kugelförmige oder teilweise kugelförmige Antriebsfläche kann auf jede geeignete Weise durch einen Motor beliebiger Bauart in Drehung versetzt werden, der entweder unmittelbar an dem Träger der Aufhängevorrichtung befestigt ist oder gemäß der Erfindung auf einem besonderen Grundgestell angebracht ist, auf dem in diesem Falle der erstgenannte Träger vorzugsweise um eine mit der Achse des Antriebsorganes zusammenfallende Achse in Drehung versetzt wird, wenn man, wie es in bestimmten besonderen Fällen von Interesse ist, dem genannten Träger eine verhältnismäßig langsame Drehbewegung um eine derartige Achse erteilen will.
  • Durch diese langsame, dem Aufhängesystem verteilte Drehbewegung wird erreicht, daß die Abweichungen des Gyroskops, die aus einer Unvollkomruenheit des Gleichgewichtes hervorgehen können, praktisch unschädlich gemacht werden, weil der fehlerhaft stehende Kreiselkörper nacheinander alle Azimute - durchläuft.
  • Nachstehend werden drei Ausführungsformen der Erfindung, die drei verschiedenen Arten der Verbindung des eigentlichen Gyroskops mit dem Grundgestell, das den Stator des Antriebsmotors trägt, entsprechen, beispielsweise beschrieben, und zwar zeigt: Fig. I einen Achsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2, die eine Vorrichtung mit nur einem einzigen Präzessionsfreiheitsgrad darstellt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. I, Fig. 3 einen Achsschnitt nach der Linie III-III der Fig. 4, die eine Vorrichtung mit kardanischer Aufhängung des Rotors darstellt, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs den beiden durch die Umlaufachse gelegten Ebenen V-V der Fig. 6, die eine Vorrichtung darstellt, bei der der Träger der Aufhängevorrichtung des Rotors selbst derart gelagert ist, daß ihr mit langsamer Geschwindigkeit eine Drehbewegung erteilt werden kann, und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, wobei Teile weggelassen sind.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich, wird die Kreiselmasse um ihre Umlaufachse auf einem Träger 2-2' in Drehung versetzt, der selbst entweder mittels nur einer einzigen Gelenkachse (gemäß Fig. 1 und 2) oder (gemäß Fig. 3, 4,5 und 6) an einem Kardangelenk mittels eines Rahmens 3 an einem Träger 4-4' aufgehängt ist.
  • Auf dem Träger der Aufhängevorrichtung für den Rotor wird andererseits entweder mittels der Welleg eines Motors in (Fig. I und 3) oder über einen zylindrischen Schaft 5' (Fig. 5) ein Antriebs organ 5 mit kugelförmiger Oberfläche in Drehung versetzt.
  • Die Kreiselmasse 1-1' besitzt drei Reibungselemente 6, die in radialen Bohrungen angeordnet sind, in denen sie gleiten können; im Innern dieser Ausnehmungen angebrachte Druckfedern 7 bewirken, daß beständig Berührung der Reibungselemente mit der kugelförmigen Antriebsfläche besteht.
  • An dem Träger 4 ist eine Schnur 8 angebracht, die aus plastischem oder elastischem Werkstoff besteht und ein Anschlagorgan zur Begrenzung der Winkel drehungen des Trägers 2-2' bildet.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 5 kann der Träger der Aufhängevorrichtung 4-4' mittels einer Welle 11 in Drehung versetzt werden, die mit ihm ein zusammenhängendes Teil bildet, und zwar auf einem Grundgestell 12, das den Stator des Antriebsmotors I3 trägt, der in diesem Falle den Motor 10 der oben beschriebenen Ausführungsformen ersetzt. In diesem Falle sind auf der Welle 14 des Motorf 13 Zahnräder 15 und I6 befestigt, von denen das erstgenannte mit einem Zahnkranz I7 des Schaftes 5' des Organes 5 und das zweitgenannte mit einem Zahnrad I8 kämmt, das auf einer Welle in des Trägers 4 aufgekeilt ist.
  • Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen wird der Motor durch das Kräftepaar von Gegenkräften belastet, die durch die Reibung der Bürsten 6 an der kugelförmigen Antriebsfläche des Teiles 5 entstehen.
  • Die Kreiselmasse I-I' wird mit einer Drehbewegung mitgenommen, deren Geschwindigkeit erst dann anzuwachsen aufhört, wenn die auf die Bürsten entgegen der Spannung der Federn 7 wirkende Zentrifugalkraft den Betrag dieses Kräftepaares auf den Betrag des Kräftepaares der passiven Widerstandskräfte (Luftwiderstand gegen die Drehung der Masse und mechanische Reibung der drehbar gelagerten Organe) verringert hat. Auf diese Weise erhält man selbsttätig eine genaue Begrenzung der Drehgeschwindigkeit der Kreiselmasse, wobei die kugelförmige Antriebsfläche sich mit der Geschwindigkeit dreht, die ihr vom Motor erteilt wird.
  • Wenn die Drehachse der Masse 1-1' und die Drehachse des Antriebsorganes 5 aus irgendeinem Grunde nicht mehr die gleiche Richtung besitzen, so gleiten die Bürsten auf der Antriebsfläche in beständig wechselnder Richtung. Dadurch wirkt ein Kräftepaar auf den Rotor, dessen eine Komponente die Geschwindigkeit der Kreiselmasse unterhält, und dessen andere Komponente, die im Falle, daß die Aufhängung des Trägers 2-2' nur einen einzigen Präzessionsfreiheitsgrad besitzt (Fig. I und 2), praktisch ohne Einfluß ist, und für den Fall, daß die Aufhängung des Gehäuses zwei Präzessionsfreiheitsgrade besitzt (Fig. 3, 4, 5 und 6), die Wiederaufrichtung, d. h. das beständige Zurückstellen der Drehachse der Kreiselmasse in die Richtung der Drehachse der Antriebsfläche hervorruft.
  • Diese Wirkuirg wechselnder Richtung bringt es mit sich, daß die Zurückstell- oder Wiederaufrichtegeschwindigkeit von dem augenblicklichen Winkel abhängt, den die Achse der Kreiselmasse mit der Achse des Rotors bildet.
  • Hieraus ergibt sich, daß trotz etwaiger Schwingungen des ganzen Gerätes, die von dem System ausgehen, mit dem es fest verbunden ist (Pendelsystem auf einem Schiffsrumpf, einem Flugzeugrumpf o. dgl.), die Achse der K : reiselmasse selbst in bezug auf ihre Richtung nur äußerst langsame Veränderungen erfährt, die beständig die Achse des Rotors mit der des Antriebsorganes 5 auszurichten bestrebt sind, und daß infolgedessen diese Kreiselmasse praktisch keine Zeit hat, sich merklich aus der mittleren Lage der Rotorachse 5 zu entfernen und somit fähig wird, als befriedigendes Bezugssystem zu dienen.
  • In dem Falle jedoch, daß die Aufhängung des Kreiselteiles I-I', 2-2' einen Gleichgewichtsfehler in bezug auf den Mittelpunkt der Kardanaufhängung aufweist, kann die Wiederanfrichtewirkung nicht vollständig sein, weil sie sich aufhebt, sobald die sie erzeugende Komponente aufhört, größer zu sein als das die Fehleinstellung bewirkende Kräftepaar, das aus dem vorerwähnten Gleichgewichtsfehler hervorgeht.
  • Um diesem Übelstand zu begegnen, wird es für bestimmte Anwendungsfälle als zweckmäßig angesehen, die Einrichtung des falschliegenden Kreiselgliedes langsam, regelmäßig und beständig zu variieren, d. h. gemäß der Erfindung den Träger der Aufhängevorrichtung 4 zusammen mit dem Aufhängesystem langsam in Drehung zu versetzen, wozu der Antriebsmotor für die Antriebsfläche 5 (s. Fig. 5) verwendet wird.
  • Es ist zu betnerken, daß die gemäß der Erfindung ausgeführten Vorrichtungen Gyrostaten darstellen, die den gewöhnlichen Gyrostaten mit aufgehängtem Gehäuse vollkommen gleichwertig sind, jedoch der berechtigten Kritik nicht unterliegen, die gegen Kreisel ausgesprochen worden ist, bei denen das Aufhängungssystem der Kreiselmasse lediglich aus einem kugelförmigen Gelenkzapfen und Drehzapfen besteht, der eines der Elemente einer Reibungskupplung bildet.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE : I. Gyroskop, bei dem die Kreiselmasse das angetriebene Glied einer Reibungskupplung bildet und gesondert von dem treibenden Glied der Kupplung um eine eigene Achse umläuft, deren Lagerträger einen oder zwei Präzessionsfreiheitsgrade aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsoberfläche des antreibenden Gliedes (5), wie an sich bekannt, die Form einer konvexen kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen Umlauffläche besitzt, und daß der Mittelpunkt der Kardanaufhängung mit dem Mittelpunkt der kugelförmigen Reibungsfläche des antreibenden Gliedes (5) übereinstimmt.
  2. 2. Gyroskop nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der die kugelförmige Reibungsfläche des antreibenden Gliedes (5) umgebende angetriebene Rotor (i) mit einer Anzahl von Reibungselementen (6) versehen ist, die mittels Federn (6') gegen diese Oberfläche um so weniger angedrückt werden, je größer die Geschwindigkeit des Rotors ist.
  3. 3. Gyroskop nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamteTräger(4) der Kardanaufhängung selbst auf einem besonderen Grundgestell (I2) in Drehung versetzt wird, und zwar mit einer wesentlich geringeren Drehgeschwindigkeit als das antreibende Glied (5).
  4. 4. Gyroskop nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (4, Fig. 5) für die Drehbewegung des Trägers der Kardanaufhängung konaxial zur Drehachse (5') des antreibenden Gliedes ist.
  5. 5. Gyroskop nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe auf dem Grundgestell (I2) angebrachte Motor (13) mittels entsprechendentJbersetzungsgetrieben einerseits dem antreibenden Glied (5) der Kupplung eine schnelle Drehgeschwindigkeit, andererseits dem Träger (4') der Kardanaufhängung eine langsame Drehgeschwindigkeit erteilt.
DE1936SC110318 1936-01-04 1936-07-01 Gyroskop Expired DE687435C (de)

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DE1936SC110318 Expired DE687435C (de) 1936-01-04 1936-07-01 Gyroskop

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DE (1) DE687435C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE953662C (de) * 1949-09-03 1956-12-06 Ernst Oelkers Kardanisch gelagertes Kreiselgeraet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE953662C (de) * 1949-09-03 1956-12-06 Ernst Oelkers Kardanisch gelagertes Kreiselgeraet

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