DE687946C - Kreiselpendel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpendel mit einer umlaufenden Masse, die oberhalb ihres Schwerpunktes exzentrisch aufgehängt ist. Die Erfindung geht dabei von einem Versuch aus, der offenbar auf den englischen Physiker Perry zurückzuführen ist und mittels einer Scheibe ausgeführt wird, die mit einem Punkte außerhalb ihrer Achse größter Trägheit, z. B. einem Punkte ihres Umfanges, an einem Faden oder Draht aufgehängt ist, der seinerseits am unteren Ende einer senkrechten Achse befestigt ist, die in eine Drehbewegung versetzt werden kann.
Zu Beginn des Umlaufs dieser Achse dreht sich die Scheibe um ihren senkrechten Durchmesser in der Verlängerung des Fadens (s. Fig. 1). Mit zunehmender Geschwindigkeit der Umlaufbewegung wird der Draht oder Faden unter dem Einfluß der Fliehkraft ebenso wie der Aufhängepunkt der Scheibe aus dieser Senkrechten herausgetragen. Die Scheibe beschreibt dabei einen doppelten Umdrehungskegel und nimmt schließlich eine waagerechte Lage ein, wobei sie sich in raschem Umlauf um ihre Achse befindet, die praktisch senkrecht steht, so daß die Wirkung der Schwerkraft aufgehoben zu sein scheint (s. Fig. 2).

Will man diese Erscheinung zur Verkörperung des genauen Lotes eines Ortes und namentlich zur Schaffung eines künstlichen Horizonts anwenden, so begegnet man in der praktischen Ausführung erheblichen Schwierigkeiten, die sich folgendermaßen erklären lassen:

Wenn ein Drehkörper an einem anderen Punkt als seinem Schwerpunkt aufgehängt ist, ohne daß die Einrichtung einer seitlichen Beschleunigung unterworfen ist, so beschreibt das Aufhängemittel einen fast vollkommenen Kegel, dessen Achse mit dem Lot zusammenfällt. Wenn besondere Vorkehrungen getroffen sind, um Schwingungen zu vermeiden, kann dieses Aufhängemittel mit Bezug auf die Festigkeit irgendwelcher Art sein, z. B. eine Feder, ein Hanffaden o. dgl. Aber sobald die Einrichtung seitlichen Beschleunigungen unterworfen ist, wie sie sich z. B. auf einer Drehscheibe oder noch stärker an Bord eines Flugzeuges einstellen, wird der Dreh-

körper seitlich verschoben, wobei aber seine Hauptträgerachse lotrecht bleibt, und die mittlere Lage des Aufhängemittels ist in einem Winkel geneigt, der von der Größe der seitlichen Beschleunigung abhängt.

Die Lagenänderung des Aufhängemittels ist dabei mit einer Verlängerung oder Verkürzung desselben verbunden. Es läßt sich zeigen, daß bei einer Umlaufgeschwindigkeit ίο von beispielsweise 3000 Umdrehungen pro Minute, d. h. 50 Umdrehungen pro Sekunde, das Aufhängemittel sich hundertmal in der Sekunde verlängern und verkürzen muß. Dies ist aber, wie durch Versuche nachgewiesen werden kann, eine Unmöglichkeit, wenn das Aufhängemittel nicht dehnbar ist. Ist das Aufhängemittel dagegen dehnbar, aber elastisch wie eine Metallfeder, dann spielen " auch die Eigenschwingungszahlen dieses elastischen Aufhängemittels mit. Jedenfalls stellt man in diesen beiden Fällen fast unmittelbar fest, daß der Drehkörper nach Art einer Schleuder mit einem Bruch des Aufhängemittels fortgeschleudert wird. Dabei ist die Richtung des Fortschleuderns unmöglich vorauszusehen.

Wenn man also einen oberhalb seines Schwerpunktes exzentrisch aufgehängten umlaufenden Körper mit einem undehnbaren Mittel oder mit einem dehnbaren, aber federelastischen Mittel aufhängt und, sei es auf einer Drehscheibe oder sei es an Bord eines Flugzeuges, anbringt, dann ist nicht allein ein richtiges Arbeiten dieser Vorrichtung unmöglieh, sondern der Versuch ist auch infolge der beim Bruch oder Reißen des Aufhängemittels auftretenden Schleuderwirkung gefährlich. Ein technisches Gerät läßt sich daher auf diese Art nicht aufbauen.

Die Erfindung stellt es sich nun zur Aufgabe, diese Mangel zu beheben und den Bruch des Aufhängemittels sowie das Fortschleudern des exzentrisch oberhalb seines Schwerpunktes aufgehängten Drehkörpers zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Aufhängemittel des Drehkörpers aus einem elastischen fadenartigen oder bandartigen Körper von geringer Eigenresonanz und hoher Schwingungsdämpfung, wie z. B. Gummi, hergestellt wird.

Als elastischer fadenartiger Körper ist dabei im Sinne der Erfindung ein Stoff zu verstehen, dessen Länge groß im Vergleich zur Breite und Dicke ist, der ferner nachgiebig, d.h. ohne merklichen Widerstand biegsam, und dehnbar, d. h. vorübergehend verlängerbar ist; hinzukommt, daß dieser Stoff keine merkliche Eigenresonanz aufweisen darf, was sich durch einen äußerst niedrigen Youngschen Modul ausdrückt. Alle diese Bedingungen werden beispielsweise von einem faden-, band- o. dgl. -artigen Körper aus Gummi in hervorragender Weise erfüllt.. Der Youngsche Modul des Gummis (Kautschuks)» liegt nämlich größenordnungsmäßig zwischen 0,02 und 0,08, während von anderen bisher zur Aufhängung benutzten Stoffen z. B-. Stahl einen über 20 000 liegenden und Seide einen bei etwa 650 liegenden Youngschen Modul aufweist.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines solchen elastischen fadenartigen oder bandartigen Körpers von geringer Eigenresonanz und hoher Schwingungsdämpfung als Aufhängungsmittel gestattet erstmalig die Herstellung eines technischen Gerätes, das beispielsweise zur Ermittlung der genauen Lotrichtung und zur Schaffung eines künstlichen Horizontes insbesondere auf Luftfahrzeugen Anwendung finden kann.

Der Drehkörper kann dabei eine Scheibe, ein Ring, ein Zylinder oder irgendein anderer fester symmetrischer, oder unsymmetrischer Umdrehungskörper von beliebiger geometrischer Gestalt sein.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kreiselpendels wird die Umlaufbewegung dem Umdrehungskörper durch einen Motor mitgeteilt, der am Gestell der Vorrichtung kardanisch aufgehängt ist, so daß er sich zum Gestell allseitig im weiten Maße verlagern kann. Man kennt zwar bereits einen Kreiselantrieb durch einen am Gestell angeordneten Elektromotor. Bei diesem ist aber der Motor im Gestell derart fest gelagert, daß er sich diesem gegenüber nicht verlagern kann. Die kardanische Aufhängung des Motors hat beim Gegenstand der Erfindung den Vorteil, daß der Motor den Ausschlägen des Kreiselpendels folgen kann, so daß die Motorachse stets annähernd parallel zur Drehachse des Pendels bleibt, was besonders bei starken Pendelausschlägen von Bedeutung ist.

Auf der Zeichnung sieht man eine Darstellung des Perryschen Versuchs, auf dem die vorliegende Erfindung aufbaut, sowie ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung. Dabei zeigt, wie bereits eingangs erwähnt, Fig. 1 eine Scheibe, die an einem Faden mit lotrechter Achse aufgehängt ist, in der Ruhelage, während Fig. 2 die Lage der Scheibe bei schnellem Umlauf zeigt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher im oberen Teil eines Gehäuses B ein Elektromotor M kardanisch bei 5" aufgehängt ist. Der untere Teil der senkrechten Achse des Motors trägt einen Zapfen C, der als Befestigungsstelle für den Aufhängefaden F aus einem elastischen fadenartigen Stoff von geringer Eigenresonanz und hoher Schwingungsdämpfung

dient. An diesem Faden F ist die Scheibe D aufgehängt, die auf Fig. 3 in Umlauf gezeigt ist.

Zur Beobachtung trägt die Scheibe in der Mitte ihrer Unterseite einen mit P bezeichneten Punkt; ein unten im Gehäuse befestigter Spiegel N trägt einen mit Q bezeichneten Punkt. Wenn das ganze System senkrecht steht, so fallen die Punkte P und Q für einen bei O befindlichen Beobachter, der den Spiegel betrachtet, zusammen. Jede Neigung des Gehäuses ruft eine Verlagerung der Punkte P und Q zueinander hervor, wobei der Punkt Q z. B.¹ nach Q' gelangt.

Zur Übertragung oder Verstärkung der Anzeigen dieses Gerätes können beliebige optische, elektromagnetische oder andere Verfahren benutzt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kreiselpendel mit einer umlaufenden Masse, die oberhalb ihres Schwerpunktes exzentrisch aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufhängemittel (F) der Masse (D) aus einem elastischen fadenartigen oder bandartigen Körper von geringer Eigenresonanz und hoher Schwingungsdämpfung, wie z. B. Gummi, besteht.

2. Kreiselpendel nach Anspruch 1 mit Motorantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der die Umlaufbewegung des Umdrehungskörpers verursachende Motor (M) im Gestell (B) kardanisch aufgehängt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

REIU.IN. GEDHUCUT IN DER