DE768095C - Kreiselgeraet - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
23. JUNI 1955

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42 c GRUPPE 25

S 127008 IX j 42 c

Dr. phil. Karl Glitscher, Berlin-Schmargendorf

ist als Erfinder genannt worden

Kreiselgerät

Patentiert im Deutschen Reich vom 28. April 1937 an Patenterteilung befcanntgemacht am 1'8, Mai 1955

Für die Stabilisierung einer Plattform um zwei Achsen (Meß achsen) sind unter anderem sogenannte Kreiselträgheitsraibrnen bekanntgeworden. Das sind Geräte, bed denen für jede Meßachse an der Plattform je eine Kreiselanoordniung gelagert ist, dlie relativ zur Plattform frei präzedieren kann und in Afolhängiigfaeiit von ihrer Prozession eineni Stützimotor steuert, der seinerseits dlie Einstellung· der Plattform um die betreffende Meßadhee erhält. Hierbei sind zwei Bauarten zu unterscheiden. Bei der einen ist die Plattform .mit den an ihr gelagerten Kreiseln a-zimutfast orientiert und hierzu bei Aufstellung auf einem Fahrzeug od. dgl. drehbar angeordnet und in Einstellabhängigkeiit von einem Aziimuitkreisel, einem Kompaß od. dgl. gebracht. Das Gerät ist also so. aufgestellt, daß es >an Drehungen des das Gerät tragenden Fahrzeuges um seine Hochachse nicht teilnimmt. Man wollte damit verhindern., daß die Dralivektören der an der Plattform gelagerten Kreisel bei einer Kurvenfahrt relativ zur Erde 'gedroht würden und¹ dadurch etwa die Plattform aus der zu stabilisierenden Lage 25-brächten.

Bai dar zweiten Ausführung baute man die der einzelnen Meßachise zugeordnete Kreieelanondnuing aus zwei Kreiseln auf, deren Draillvektoiren in der· Nullstellung der beiden Kreisel.einander entgegengerichtet sind und denen P.räzessionsachsen so miteinander ge-

kuppelt sind, daß die Kreisel jeweils spiegel bildlich zueinander präzedieren. Auf diese Weise erreichte man, daß in der Nullstellun; der beiden Kreisel die Resultierende ihre D rail vektoren gleich Null ist und infolgedessen eine Kurvenfahrt des den Trägheitsrahmen tragenden Fahrzeuges ohne wesentlichen Einfluß auf die Einstellung der zu stabilisierenden Plattform bleibt.

ίο Eine in der Bauart einfachere Lösung ist Gegenstand der Erfindung. Für das neue Kreiselgerät, das ebenfalls eine um zwei Achsen zu stabilisierende Plattform enthält, ist die Vereinigung folgender Merkmale kennzeichnend, nämlich:

a) daß jeder Meßachse nur ein Kreisel mit zur Plattform aufrechter Präzessionsachse und paralleler, in der Nullstellung quer zur Meßachse verlaufender Umlaufachse zu-

ao geordnet ist,

b) daß jeder Kreisel einen die Plattform um die betreffende Meßachse stabilisierenden Stützmotor steuert,

cj daß das Gerät mit dem oder mit dem und auf dem es tragenden Fahrzeug drehbar ist. Von den vorgenannten, nicht azimutfest orientierten Trägheitsrahmen unterscheidet sich also das neue Kreiselgerät im wesentlichen dadurch, daß an Stelle der Mehrkreiselanordnung, deren resultierender Drallvektor in der Nullstellung gleich Null ist, ein Einzelkreisel getreten ist. Dadurch ist eine sehr wesentliche Vereinfachung des Gerätes erzielt, ohne daß die Genauigkeit der Stabilisierung darunter litte. Der Grund hierfür ist im Anschluß an die folgende Beschreibung eines Ausfüfarungsbeispieles erläutert. Dieses ist in

Fig. ι in Seitenansicht,
Fig. 2 in Draufsicht und

Fig. 3 in einem Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 dargestellt.

In den Fig. 1 bis 3 ist die zu stabilisierende Plattform 1 mit Hilfe der Achse 2, 2' an einem Ring 3 aufgehängt. Dieser ist mit Hilfe der senkrecht zur Achse 2, 2' verlaufenden Achse 4, 4' an zwei Lagerböcken 5 und 6 gelagert. Die Plattform 1 wird bezüglich der Achsen2, 2' und 4, 4' stabilisiert, d.h. parallel zu einer gegebenen Anfangsstellung gehalten. Zur Stabilisierung um die Achse 2, 2' dient der Kreisel 7, der mit Hilfe der aufrechten Präzessionsaclise 8, 8' an einem mit der Plattform ι verbundenen Lagerrahmen 9 gelagert ist und dessen waagerechte Umlaufachse normalerweise parallel zur Achse 4, 4' verläuft. An dem Ring 3 ist ein mit der Achse 2, 2' gleiichachsiges Zahnradsegment 10 befestigt. Es steht über das Ritzel 11 in Eingriff mit einem an der Plattform 1 gehalterten Motor 12, dem sogenannten Stützmotor. Die zugehörige Schaltvorrichtung besteht aus zwei Teilen, von denen der eine Teil 13 mit dem Lagerrahmen 9 und der Teil 14 mit dem Teil 8 der Präzessionsachse des Kreisels 7 verbunden ist. Weicht der Kreisel 7 im einen oder anderen Sinne von der dargestellten Nullstellung ab, in der die Umlauf achse senkrecht zur Achse 2, 2' verläuft, so wird der Stützmotor 12 über die Schaltvorrichtung 13, 14 im einen oder anderen Sinne eingeschaltet.

Zur Stabilisierung der Plattform um die Achse 4, 4' dient der Kreisel 15. Er ist mit aufrechter Präzessionsachse 16, 16' an einem an der Plattform 1 befestigten Lagerrahmen 17 gelagert. Die Umlaufachse des Kreisels 15 verläuft senkrecht zur Achse 4. 4'. Über die Schaltvorrichtung 18, 19, von der der Teil 18 mit dem Rahmen 17 und der Teil 19 mit dem Achsenteil 16 verbunden ist, steuert der Kreisel 15 den am Lagerbock 5 gehaltenen Stützmotor 20. Dieser ist über das auf seiner Welle sitzende¹ Ritzel 21 und das mit der Achse 4, 4' gleichachsige, an dem Ring 3 befestigte Zahnradsegment 22 mit der Achse 4.4' gekuppelt. Der Einschaltsinn des Motors 20 ist abhängig von dem Sinne, in dem der Kreisel 15 aus seiner Nullstellung, in der seine L^rmlaufachse senkrecht zur Achse 4, 4' verläuft, abweicht. Der Schwerpunkt der Plattform 1 und der an ihr gelagerten Teile fällt mit dem Schnittpunkt der Achsen 4, 4' und 2, 2' zusammen. Die Plattform 1 ist also mit den an ihr gelagerten Teilen indifferent aufgehängt. Die Kreisel 7 und 15 mögen den durch die in Fig. 1 und 2 eingetragenen Pfeile angegebenen Umlaufsinn besitzen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst angenommen, daß das Fahrzeug oder der sonstige Körper, mit dem die Lagerböcke 5 und 6 verbunden sind, Schwankungen, aber keine Kurvenfahrten ausführe. Die Plattform 1 befinde sich in einer Lage, die mit der dargestellten Horizontallage übereinstimmt oder von ihr um nicht allzu große Beträge abweicht. Die Kreisel mögen die dargestellten Relativstellungen bezüglich der Plattform besitzen. Wird auf die Plattform 1 infolge der Schwankungen der Bettung P ein Moment ausgeübt, das bestrebt ist, sie um die Achse 2, 2' aus der gegebenen Orientierung zur Erde im Uhrzeigersinne (bezogen auf Fig. 1) zu drehen, so hat das zur Folge, daß der Kreisel 7 mit Bezug auf Fig. 2 im Uhrzeigersinne präzediert und über die Schaltvorrichtung 13, 14 den Stützmotor 12 einschaltet. Der Einschaltsinn ist dem von außen ausgeübten Moment entgegengerichtet. Durch das von dem Stützmotor auf die Plattform 1 ausgeübte Moment wird also dem von außen einwirkenden Moment das Gleichgewicht ge-

halten. Versehwindet das letztere wieder, so wird kurzzeitig- dais Moment des Stützmo'tors überwiegen, mit der Folge, daß die Plattform ι uim den sehr geringen Betrag, um den sie von der zuvor gegebenen Lage abgewichen war, wieder zurückgestellt wird; und! hierbei der Kreisel· 7 ebenfalls in die Anfangsstellung zurückkehrt.

In gleicher Waise wirken der Kreisel 15 und der von ihm gesteuerte Stützmotor 20 im Falte des Auftretens eines äußeren, um die Achse 4, 4' wirkenden Momentes.

Es sei jetzt der Fall betrachtet, daß die schwankende Bettung P des Gerätes eine Kurvenfahrt ausführt. Der einzelne Kreisel 7, 15 sucht sich zunächst wie ein Aziümutkreisel zu verhalten, d. h. seine Orientierung' im Raum beizubehalten, sich alsO' atr der Drehung der Bettung P nicht zu beteiligen. Infolgedessen nimmt der einzelne Kreisel .relativ zur Plattform 1 eine Stellung ein, die gegen, die Nullstellung ein wenig versetzt ist. Das hat zu Folge, daß über die Schaltvorrichtungen 13, 14 bzw. 18, 19 die zugehörigen Stützmotoren 12 bzw. 20 eingeschaltet werden. Diese üben auf die Plattform 1 um die betreffenden Achsen 2, 2' bzw. 4, 4' je ein Moment aus. Diese Momente bewirken, daß die Kreisel 7 und 15 zu präzedieren beginnen unid dadurch ihrerseits den von den Motoren 12 und 20 auf die Plattform 1 übertragenen Momenten entsprechende Gegenmomente auf die Plattform 1 ausüben, so daß diese, abgesehen von der azimutalen Einstellung, ihre Lage beibehält. Das vom Motor 12 und ebenso· das vom Motor 20 ausgeübte Moment stallt sich .selbsttätig so ein, daß entsprechend der Kurveniahrt der Kreisel 7 und! ebenso· der Kreisel 15 mit Bezug auf den Raum präzediert und damit, bezogen auf die Plattform 1, in der Nullstellung bleibt, wenn man· von dem geringen zur Einschaltung des Motor 12 bzw. des Motors· 20 erforderlichen Ausschlag absieht.

Zusammengefaßt: Der Kreisel 7 erzeugt selbst über den Motor 12 dasjenige äußere Moment, das. er benötigt, um entsprechend der Kurvenfahrt der Bettung P im Raum um die Präzessionsachse 8, 8' zu präzedieren und damit bei einer Kurvenfahrt relativ zur Plattform ι in Ruhe zu bleiben. Das gleiche gilt für den Kreisel 15 und <diie Achse 4, 4' mit dem zugehörigen Motor 20. Es wird also· die Orientierung der Plattform 1 durch Kurvenfahrten dies Fahrzeuges nicht gestört, obgleich der Drall das Kreisels 7 und der des Kreisels 15 in ganzer Größe wirksam ist. Es war im vorhergehenden angenommen, daß das Kreiselgerät auf einem Fahrzeug, z.B. Luft-O'der Wasserfahrzeug, fest orientiert aufgestellt ist, so· daß also· beispielsweise die Achse 4, 4' parallel zur Längsachse und die Achse 2, 2' parallel zuir Querachse des Fahrzeuges verläuft. Für diesen Fall stellt der Pfeil F die Fahrtrichtung dar. Das Gerät kann selbstverständ'Höh auch seinerseits drehbar auf einem Fahrzeug angeordnet, z. B. mit einem Geschütz, einem Scheinwerfer, Fernrohr od. dig!., so· verbunden sein, daß es mittels der Achsen. 4, 4' und 2, 2' den Kipp- und Kantwinikel des Geschützes od.dgl. erfaßt. Entsprechend den beiden vorgenannten Aufstellungsarten sind die Achsen 2, 2' und 4, 4' als Meßadhsen bezeichnet, da das Gerät insbesondere dazu bestimmt ist, den Sehlinger- und Stampf winkel oder den Kipp- und Kantwinikel zu messen. Häufig liegen die Verhältnisse so·, daß lediglich nur einer dieser beiden Winkel, insbesondere im einen Falle der Schlingerwinkel und im anderen Falle der Kippwinkel interessiert. Dann wird das Kreiseltgerät zweckmäßig so· aufgestellt, daß mittels der Achse 4, 4' der zu messende Winkel ermittelt wird. Er kann unmittelbar von dem Motor 20, da die Motorwelle den betreffenden Winkel als Drehwert führt, abgenooimen oder auch an irgendeine andere Einrichtung, z. B. mittels eines mit dem Motor 20 über das Vorgelege 23 gekuppelten Gebers 24 weitergeieiitet werden. Soll auch der durch die Achse 2, 2' ermittelte Schräglagenwinkel übertragen werden, so kann hierzu ein zweiter Geber mit dem Motor 12 gekuppelt werden. Im allgemeinen wird es isich jedoch in diesen Fällen, in denen beide durch die Achsen 4, 4' und 2, 2' ermittelten Winkel abzunehmen sind, empfehlen, ein Kardangehänge mit vier Lagerböcken zu verwenden, bei dem also· jeder der beiden Stützmotoren 12 und 20 an einem mit der Bettung P fest verbundenen Lagerbock angebracht ist. Gegenüber dieser Ausführung hat die dargestellte naturgemäß den Vorteil, auch hinsichtlich des Kardangehänges überaus einfach zu sein. Sie verdient daher insbesondere dort den Vorzug, wo lediglich von den beiden durch die Plattform 1 gegebenen. Sehräglagerjiwinkeln nur einer interessiert.

Das Gerät kann natürlich auch benutzt werden, wenn es sich nicht darum handelt, S'chräglagemiwinkel zu messen, sondern darum, für die Aufnahme eines anderen Gerätes die hierzu dienende Plattform 1 zu stabilisieren. Es war im vorhergehendien von Schlinger- und Stampf winkel und Kipp- und Kantwinkel die Rede. Diese Winkel werden im allgemeinen gegen die Horizontalebene¹ gemessen, was also· voraussetzen würde, daß die Plattform 1 stets zur Horizontaliebene parallel stehen würde. Das ist bei dem Gerät nach Fig. ι bis· 3 nicht ohne weiteres der Fall, und es ilst für imanehe Aufgaben auch, nicht not-

wendig. Wünscht man, daß die Lage der Plattform ι nicht zu sehr von einer bestimmten Lage abweicht bzw. daß die Möglichkeit besteht, die Plattform ι nach gewissen Zeitabständen bzw. nach Bedarf in eine bestimmte Lage zu bringen, so können zu diesem Zweck auf den Präzessionsachsen 8, 8' und 16, 16' Momenterzeuger vorgesehen, werden, die z. B. von Hand einschaltbar sind. Durch Einschalten dieser Momenterzeuger läßt sich dann leicht die Plattform ι in eine gewünschte Orientierung, z. B. in die Parallelstellung zu der Horizontalebene bringen.

Aus der bisherigen Erläuterung geht hervor, daß es für manche Zwecke wünschenswert ist, wenn die Plattform 1 die Horizontalebene einnimmt und diese Horizontal ebene selbsttätig sucht, wenn also das Gerät die

zo Eigenschaft eines künstlichen Horizontes besitzt. Dies kann in an sich bekannter Weise dadurch geschehen, daß an der Plattform 1 ein oder vorzugsweise zwei Gewidhtspendel (Vertikal- oder Horizontalpendel) gelagert werden, von denen das eine die Abweichung der Plattform aus der Horizontaileibene um die Achse 2,2' und das andere die Abweichung der Plattform aus der Horizontalebene um die· Achse 4, 4' mißt und entsprechend dem Meßergebnis Momenterzeuger steuert, die auf den Präzessionsachsen 8, 8' und 16, 16' angeordnet sind. Es sei hierzu u. a. verwiesen auf die Fig. 6 bis 9 der Deutschen Patentschrift 768 000.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kreiselgerät mit einer um zwei Achsen (Meßachsen) zu stabilisierenden Plattform, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale, nämlich:

   a) daß jeder Meßachse nur ein Kreisel mit zur Plattform aufrechter Präzessionsachse und paralleler, in der Nullstellung quer zur Meß achse verlaufender Umlaufachse zugeordnet ist,

   b) daß jeder Kreisel einen die Plattform um die betreffende Meß ach se stabilisierenden Stützmotor steuert,

   c) daß das Gerät mit dem oder mit dem und auf dem es tragenden Fahrzeug drehbar ist.
2. 2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vermittels eines oder vorzugsweise vermittels zweier an der Plattform gelagerter Pendel, die ihrerseits Momente auf die zur Plattform aufrechten Präzessionsachsen der Kreisel übertragen, zu einem horizontsuchenden Gerät ausgebildet ist.
3. 3. Kreiselgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (1) mit der einen Meß achse (2, 2') an einem Ring (3) und dieser mit der zweiten Meß achse (4, 4') an einer bettungsfesten Anordnung, z. B. zwei Lagerböcken (5, 6), gelagert ist und daß dereine Stützmotor (20) mit der bettungsfesten Anordnung (5) und der andere Stützmotor (12) an einem der beiden Teile, Plattform (1) und Ring (3), gehaltert ist und an dem anderen Teil über ein Getriebe, z.B. Ritzel (11) und Zahnbogen (10), angreift.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 496 898,

   573749. 598840;
   französische Patentschrift Nr. 779 776.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509521 6.55