DE836103C

DE836103C - Kreiselgeraet

Info

Publication number: DE836103C
Application number: DES20317A
Authority: DE
Inventors: Clare Eugene Barkalow
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1950-10-03
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1952-06-13

Description

Kreiselgerät I)ie Erfindung bezieht sich auf Anlaufeinrichtungen für Kreiselgeräte, in welchen der Rotor schnell auf seine Betriebsdrehzahl gebracht wird und der Rotorrahmen schnell in die ungefähr richtige Lage eingestellt wird. Bisher war die Zeitspanne, die benötigt wurde, um ein Gerät dieser Art anlaufen zu lassen und einzustellen, bevor es seine betriebsmäßigen Funktionen übernehmen konnte, verhältnismäßig lang. Dies rührte notwendigerweise daher, daß beim Anlauf des Rotors aus der Ruhelage eine beträchtliche Zeit bis zur Erreichung der erforderlichen Geschwindigkeit vergeht. Außerdem wurde, wenn die Präzessionssteuerung für den Rotorrahmen langsam war und dieser Rahmen aus seiner richtigen Lage beträchtlich abgelenkt war, verhältnismäßig lange Zeit benötigt, um den Rotorrahmen in seine genau richtige Lage zu bringen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. I eine schematische Ansicht der Bestandteile der Anlaufeinrichtung für das verbesserte Kreiselgerät und das zugehörige Schaltbild darstellt Fig. 2 einen Vertikalschnitt eines Kreiselgerätes unter Verwendung der Erfindungsgedanken und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, welcher den oberen Teil eines Kreiselgerätes zeigt.
In Fig. 2 ist ein Kreiselgerät dargestellt mit einem Gehäuse IO, an dessen Rückwand sich ein Fenster 1 1 befindet. In der Vorderseite des Gehäuses befindet sich ein Drehgelenk für einen U-för- innigen Kardanring 12, der einen Rotorrahmen 13 trägt, welcher selbst sich frei um eine zur Achse 14 des Ringes senkrechte Achse drehen kann. Bei dieser Art von Geräten ist, wie bemerkt sei, der Rotorrahmen 13 universell im Gehäuse montiert, wobei seine zueinander senkrechten Freiheitsachsen normalerweise horizontal liegen. Das Instrument ist außerdem im Fahrzeug montiert, dessen Höhenultd Seitenneigungswinkel angezeigt werden soll, mit Längsachse des Fahrzeugs parallel zur Achse des Kardanrings 12 angebracht, und zwar mit der Vorder- und Rückwand des Gehäuses in derjenigen l age, die in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dem dargestellten Gerät beobachtet der Pilot des Fahrzeugs die Fahrzeugneigung am Fenster II, indem er die Stellung von in der Zeichnung nicht mit angegebenen Marken auf der kugelförmigen Hülle 15, die auf dem Rahmen 13 befestigt ist, vergleicht, und zwar bezüglich Höhenneigung und Seitenneigung mit einer Marke auf dem Fenster.
Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das Kreiselgerät eine Aufrichtvorrichtung, die an anderer stelle im einzelnen beschrieben ist. Eine solche .\ufricht -orrichtung enthält eine Mehrzahl von beweglichen Kugeln 16, die in einem drehbaren Behälter 17 am Boden des Rahmens 13 untergebracht sind. Der Behälter 17 wird durch den Kreiselrotor 18 im Rahmen 13 angetrieben, wobei die Welle 20 des Rotors über ein geeignetes Untersetzungsgetriel)e21 mit dem Behälter I7 gekuppelt ist. Der Rotor 18 des Gerätes läuft um eine Achse um, welche in Fig. 2 um 2½° zur Vertikalachse nach vorwärts geneigt ist. Die Antriebsvorrichtung für den Kreiselrotor 18 kann, wie dargestellt, die Form eines Wechselstrominduktionsmotors mit Käfiganker besitzen, dessen bewickelter Stator 22 am Rahmen 13 befestigt ist. Der Käfigankerrotor, der mit 23 bezeichnet ist, stellt einen Teil des Kreiselrotors I8 dar.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgesehen, durch welche der Rahmen I3 beim Anlauf des Kreiselgerätes schnell eingestellt wird, so daß die Umlaufachse des Rotors I8 sich in ihrer normalen annähernd vertikalen Lage befindet. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Aufrichtvorrichtung für das Instrument mit geringen Aufrichtgeschwindigkeiten arbeitet. Diese Aufrichtvorrichtung enthält gemäß Fig. 2 und 3 einen llektromagneten 24, welcher außen am Gehäuse 10 einstellbar, z. B. mittels der Platten 25 und der Schrauben 26, befestigt ist. Die magnetisch aktiven lSestandteile des Elektromagneten bestehen aus einem l,echerförmigen Teil 27 und einem daran befestigten zentralen Polschuh 28. Diese Teile sind, wie gezeichnet, in einem Tragkörper 30 (Grundplatte 30) angebracht, der geringe magnetische I.eitfähigkeit besitzt und so geformt ist, daß er auf die Außenseite des Gehäuses 10 paßt. An entgegengesetzten Enden der Grundplatte sind Schlitze angebracht, so daß innerhalb gewisser Grenzen die Lage des Elektromagneten am Gehäuse 10 eingestellt werden kann, um das Instrument bei Fahrzeugen verschiedener Bauarten verwendbar zu machen. Die Platten 25 sind größer als die Schlitzbreite und kommen mit den Armen der Grundplatte 30 beiderseits der Schlitze in Berührung. Der Rand des Bechers 27, welcher am Gehäuse 10 aufliegt, bildet den zweiten Polschuh des Elektromagneten.
Die Magnetspule ist mit 32 bezeichnet. Bei der dargestellten Konstruktion ist im Gehäuse 10 eine oeffnung 33 vorgesehen, in welche der Polschuh 28 hineinreicht, und zwar bis nahe an die Armatur 34.
Diese Armatur 34 besitzt die Form eines Kugelsegmentes, welches an der Oberseite des Rotorrahmens I3 mit Hilfe der Schraubverbindung 35 starr befestigt ist. Die Kriimmung der Armatur ist so gewählt, daß der Luftspalt zwischen der Armatur und dem Polschuh 28 abnimmt, wenn der Rahmen 13 in die richtige Startlage kommt, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die Vorrichtung hat den Zweck, den Rahmen zum Gehäuse 10 schnell einzustellen, und zwar dadurch, daß Drehmomente um beide Rahmenachsen erzeugt werden.
Gemäß der Erfindung werden die normalen Antriebseinrichtungen für den Kreiselrotor dadurch ergänzt bzw. unterstützt, daß der Rotor aus seiner Ruhelage schnell auf seine Betriebsgeschwindigkeit gebracht wird. Dies wird durch zeitweise Übererregung der Antriebseinrichtungen für den Rotor t8 erreicht. Eine praktische Ausführung einer solchen Anordnung ist in Fig. I dargestellt, in der die Wicklungen des Stators 22 mit 36 bezeichnet sind. Diese Wicklungen werden bei Schließung des Anlaufschalters 38 an eine Wechselstromquelle 37 angeschlossen. Dieser Anschluß geschieht über einen Anlaufstromkreis mit dem in ihm enthaltenen Transformator 39, der den Rotor I8 schnell auf Geschwindigkeit bringt. Die Primärwicklung 40 dieses Transformators ist mit der Stromquelle 37 über die Leitung 41, die Leitung 42 sowie den Schalterhebel 43 (in seiner punktiert gezeichneten Stellung) eines Gleichstromrelais 44, die Leitung 45, ferner durch die Leitung 46, den Schalthebel 47 (in seiner punktiert gezeichneten Stellung) des Relais 44 und die Leitung 48 verbunden. Die Leitungen 4I, 45 und 48 liegen direkt an der Wechselstromquelle 37. Die sekundärwicklungen 50 des Transformators 39 sind über die Leitungen 51, 52 und 53 unmittelbar mit den Wicklungen 36 verbunden. Ein weiterer zweiter dem Anlauf zugeordneter Stromkreis erregt bei Schließung des Schalters 38 das Relais 44, so daß die Schalthebel bzw.
Kontaktzungen43 und 47 an die Kontakte 54 und 55 angedrückt werden und dadurch der Stromkreis von der Wechselspannungsquelle 37 über den Transformator zu den Alotorwicklungen 36 geschlossen wird.
Dieser zweite Stromkreis enthält die Spule 32 des Elektromagneten 24, der aus der Stromquelle 37 über einen geeigneten Dreiphasengleichrichter 56 gespeist wird. Dieser Stromkreis verläuft über die Leitung 57, die Spule 32, die Leitung 58, die Spule 60 des Relais 44, die Leitung 6t, einen Zeitverzögerungsschalter 62 und die Leitung 63. Beim Beginn des Anlaufvorgangs ist der Bimetallstreifen 64 des Schalters 62 kalt und befindet sich in seiner unteren Lage, so daß er den Kontakt 65 berührt. Die Heizwicklung für den Schalter 62 kann durch einen Widerstand 66 gebildet werden, der über die Leitungen 67 und 68 mit den bereits obenerwähnten Leitungen 41 und 48 verbunden ist. Nachdem die Anlaufkreise der Anordnung durch den Schalter 62 nach Verstreichen eines bestimmten Zeitintervalls, welches zur Beschleunigung des betreffenden Rotors auf seine Normalgeschwindigkeit erforderlich ist, geöffnet worden sind, wird ein Nebenschlußzweig zum Transformator 39 geschlossen. Dieser Nebenschlußzweig verbindet die Stromquelle 37 mit der Wicklung 36 über die Leitung 70 und den Kontakt 71 des Relais 44 sowie die Leitung 72 und den Kontakt 73 dieses Relais. Über die Feder 74 werden die Kontaktzungen 43 und 47 dieses Relais mit den Gegenkontakten 71 und 73 in Berührung gehalten.
Zur Inbetriebsetzung des Instrumentes beim Anlaufen wird zunächst der Schalter 38 geschlossen.
Bis dahin ruht der Rotor 18, und der Rahmen 13 mit der Umlaufachse ist gegenüber seiner Betriebslage geneigt. Gelichzeitig mit der Schließung des Schalters 38 wird die Spule 32 der Schnelleinstellvorrichtung erregt und ferner die Relaisspule 60, s<, daß die \Vicklungen 36 des anlaufenden Motors aus der Quelle 37 über den Transformator 39 gespeist werden. Ferner werden im Anlaufzustand die Kontaktzungen 43 und 47 gegen die Kraft der Feder 74 mit den Kontakten 54, 55 in Berührung gebracht. Schließlich beginnt im Anlaufzustand auch über den Widerstand 66 die Heizung des Bimetallstreifens 64 im Schalter 62. Nach einem bestimmten Zeitintervall, welches vom Schalter 62 bestimmt wird, öffnet sich der Kontakt 65 dieses Schalters, und der Stromkreis mit der Spule 32 und uo wird daher unterbrochen. Der Elektromagnet 24 und das Relais 44 werden somit entregt, so daß die Kontaktzungen 43, 47 durch die Feder 74 wieder mit den Kontakten 71, 73 in Berührung kommen. Das Instrument befindet sich nunmehr in seinem normalen Betriebszustand, wobei die Wicklungen 36 unmittelbar von der Stromquelle 37 gespeist werden und wobei der Rahmen durch die .Äufr ichtvorricbtung gesteuert wird, sowie die SchIlelleitlstellvorrichtung außer Betrieb gesetzt ist.
Während des Anlaufintervalls wird das normale Aufrichtmoment der Aufrichtvorrichtungen des Instrumentes durch die stärkere Schnelleinstellvorrichtung überwunden.
Während der Zeitspanne, in der sich der Rotor schnell auf seine Normalgeschwindigkeit beschleuneigt, werden Reaktionsmomente zwischen dem Rotor und dem den Rotor tragenden Rahmen 13 ausgeübt. Wenn der Rotortragrahmen im Kardanrahmen 12 um seine Achse geneigt ist, haben diese Reaktionsdrehmomente Komponenten um die Fahrzeuglängsachse des Kardanrahmens, welche zu einer Präzession des Kreisels Veranlassung geben, welche die Neigung rückgängig macht und dadurch <leii Rotor mit dem Kardanrahmen zentralisiert.
Nian sieht somit, daß diese Reaktionsmomente die erwähnten Drehmomentkomponente unterstützen, welche durch die elektromagnetische Vorrichtung 32, 34 um die Längskardanachse ausgeübt werden.
Gewünschtenfalls kann die elektromagnetische Vorrichtung so gebaut werden, daß sie nur Drehmomente um die Querachse des Kardanrahmens ausübt, d. h. den Rotortragrahmen mit der Längskardanachse zentralisiert und derart, daß zur Zentralisierung des Rotortragrahmens um die Querkardanachse von den Reaktionsdrehmomenten Gehrauch gemacht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Kreiselgerät enthaltend einen Rotor zum Umlauf um eine Achse, Antriebseinrichtungen für diesen Rotor, eine Stromquelle zur Erregung dieser Antriebseinrichtungen und von diesen Antriebseinrichtungen getrennte Mittel zur Schnellbeschleunigung, welche während eines Teils des Anlaufintervalls des Rotors bei dessen Beschleunigung auf die normale Umlaufgeschwindigkeit betätigt werden können, zum Zweck, die den Antriebseinrichtungen während dieser Betätigungszeit zugeführte Leistung zu erhöhen.
2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, in welchem die Schnellbeschleunigungsmittel eine Zunahme der von der Stromquelle den Antriebseinrichtungen zugeführten Leistung bewirken und wobei ein die Schnellbeschleunigungsmittel überbrückender Stromzweig während des Anlaufintervalls eingeschaltet wird und die Schnellbeschleunigungsmittel dabei nicht betätigt werden (eingeschaltet werden).
3. Kreiselgerät nach Anspruch I oder 2, enthaltend Mittel zur selbsttätigen Einschaltung der Schnellbeschleunigungseinrichtung und zur selbsttätigen Ausschaltung während eines bestimmten Teils des Anlaufvorganges.
4. Kreiselgerät nach Anspruch 3, bei welchem die selbsttätigen Einrichtungen ein Zeitrelais, d. h. eine zeitabhängige Vorrichtung zur Bestimmung der Dauer der Betätigung der Schnellbeschleunigung enthalten.
5. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der Rotor elektrisch mittels eines Elektromotors, der aus einer Quelle elektrischer Energie gespeist wird, angetrieben wird.
6. Kreiselgerät nach Anspruch 5, in welchem die Schnellbeschleunigungseinrichtung einen zwischen die Stromquelle und die Rotorantriebseinrichtung einschaltbaren Transformator enthält.
7. Kreiselgerät nach Anspruch 6, bestehend aus einem ersten Stromkreis, der normalerweise die Stromquelle mit dem Motor verbindet, und einem zweiten Stromkreis mit einem Leistungstransformator, über welchen die Stromquelle während des Schnellbeschleunigungsintervalls mit dem Motor verbunden wird, einem Relais, welches bei Erregung den ersten Stromkreis öffnet, wenn der Rotor aus seiner Ruhelage hochgefahren wird, und aus einem Schalter, der bei Betätigung den zweiten Stromkreis öffnet und das Relais nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls entregt.
8. Kreiselgerät nach Anspruch 7, in welchem der Schalter aus einem Zeitverzögerungsschalter besteht.
9. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der Rotor sich in einem den Rotortragrahmen enthaltenden Gerätegehäuse befindet und in welchem Einrichtungen zur Ausübung eines Drehmoments auf den Rotortragrahmen vorhanden sind, um diesen während des Anlaufintervalls schnell in eine bestimmte räumliche Lage zu den das Drehmoment ausübenden Einrichtungen zu bringen.
10. Kreiselgerät nach Anspruch 9, in welchem der Rotortragrahmen im Gehäuse mittels eines Kardanrahmens um zwei zueinander senkrechte Achsen montiert ist und in welchem Drehmomente um beide Kardanachsen ausgeübt werden können.
II. Kreiselgerät nach Anspruch g oder I0, in welchem die Einrichtung zur Ausübung eines Drehmomentes aus einem Elektromagneten, der am Gehäuse befestigt ist, und aus einem Anker, der am Rotortragrahmen befestigt ist, besteht.
12. Kreiselgerät nach Anspruch II, in welchem der Elektromagnet einstellbar an der Außenseite des Gehäuses befestigt ist und einer seiner Polschuhe in eine Öffnung im Gehäuse hineinragt.
13. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Einrichtungen zur Ausübung eines Drehmomentes beim Beginn des Anlaufs selbsttätig eingeschaltet und bei Ausschaltung der Schnellbeschleunigung selbsttätig wieder ausgeschaltet werden.
14. Kreiselgerät nach Anspruch 11 oder 12 und 7 oder 8, in welchem der Elektromagnet an die Stromquelle durch einen elektrischen Stromkreis angeschlossen ist, welcher bei Öffnung des das Relais entregenden Schalters unterbrochen ist.
15. Krei elgerät, enthaltend einen Rotor in einer zum Umlauf um eine Achse ineinemRotortragrahmen geeigneten Anordnung, wobei der Rotortragrahmen selbst sich in einem Gehäuse um zwei zueinander senkrechte Achsen mittels eines Kardanrahmens bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Ausübung eines Drehmomentes auf den Rotortragrahmen um wenigstens diejenige Achse vorgesehen sind, um welche er, d. h. der Rotortragrahmen, im Kardanrahmen zum Zweck, den Rotortragrahmen während des Anlaufvorgangs des Instruments in eine bestimmte Lage zum Kardanrahmen zu bringen, aufgehängt ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die das Drehmoment ausübenden Einrichtungen nach Verstreichen eines Teiles des Anlaufintervalls unwirksam zu machen.
16. Kreiselgerät nach Anspruch I5, in welchem die das Drehmoment ausübenden Einrichtungen zentralisierende Drehmomente um beide Kardanachsen ausüben können.