DE1801642A1

DE1801642A1 - Gyroskopisches Instrument

Info

Publication number: DE1801642A1
Application number: DE19681801642
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Kawada
Original assignee: TOKYO KELIKI SEIZOSHO KK
Current assignee: TOKYO KELIKI SEIZOSHO KK
Priority date: 1967-10-07
Filing date: 1968-10-07
Publication date: 1969-05-08
Also published as: GB1224512A; US3543587A

Description

KABUSHIKIKAISH&. TOKYO KEIKI SEIZOSHO, 16-46,Minamikamata-2, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Gyroskopisches Instrument

Die Erfindung bezieht sich auf gyroskopische Instrumente, wie z. B. einen Kreiselkompass, einen Vertikalkreisel, ein Azimut- und Standpunktdifferenzier-System usw*, die mit besonderen Mitteln ausgerüstet sind zum Feststellen eines Zeitintegrals einer Neigung einer Bezugsebene oder —linie eines Objektes relativ zu einem Horizontalspiegel ihres Standpunkts.

Ein bisher in gyroskojsischen Instrumenten verwendeter Neigungsintegrator hat den Nachteil, dass eine im Verhältnis zum Integral seiner Neigung erzeugte Drehkraft für sein Volumen zu klein ist. Wenn eine Neigungintegraldrehkraft durch elektrisches Integrieren des Ausgangs eines Beschleu-

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nigungsmessers erzeugt wird, ist der elektrische Integrator sehr teuer. Ausserdera kann der herkömmliche Integrator nicht bei einem Vertikalkreisel verwendet werden»

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein gyroskopisches Instrument zu schaffen, das frei von den Nachteilen ist, die beim Stand.der Technik auftraten.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein gyroskopisches Instrument zu schaffen, das eine hohe Genauigkeit aufweist.

Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein gyroskopisches Instrument zu schaffen, das^ainejö: Neigungsintegrator hat, der einfach in seiner KonstruktsioTl, ,leicht herzustellen und billig ist» ■ -.. Vo

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung» Darin zeigen;

l*ig. 1. einen Querschnitt, der schematisch ein Beispiel eines Neigungsintegrators zeigt, wie er in einem herkömmlichen Kreiselkompass verwendet wurdes

Eig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Grundlagen des Kreiselkompasses, der mit dem Neigungsintegrator gemäss Fig, I ausgerüstet ist;

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!"ig. 3 einen Querschnitt, der schematisch ein Beispiel eines bekannten" Beschleunigungsmessers zur Verwendung bei Kreiseln zeigt;

Eig. H- ein schematisches erläuterndes Schaltbild eines Kreiselkompasses, der den Beschleunigungsmesser gemäss Fig. 5 verwendet;

F.ig. 5 einen Querschnitt, der schematisch ein Beispiel eines. Neigungsintegrators gemäss der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein schematisches erläuterndes Schaltbild des Neigungsintegrators gemäss der Erfindung, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, bei Verwendung an einem Kreiselkompass; ■

Fig. 7 und 8 Querschnitte weiterer Jusführungsbeispiele des Neigungsintegrators gemäss der Erfindung;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels des Neigungsintegrators gemäss der Erfindung und

Fig.10 ein schematisches erläuterndes Schaltbild eines Vertikalkreisels, der den Neigungsintegrator gemäss Fig. 9 verwendet·

Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, folgt zunächst eine Beschreibung eines Kreiselkompasses, der mit einem bekannten Neigungsintegrator aus—

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gerüstet ist. Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen bekannten Integrator zur Verwendung bei Kreiselkompassen, wobei der Neigungsintegrator U, ein Rohr 1 aufweist, das eine Flüssigkeit 2 und eine Blase 3 enthält. Der mit dem bekannten Neigungsintegrator ausgerüstete Kreiselkompass ist in der Patentanmeldung P 1 448 628.3 vom 19. Juni 1964 beschrieben. Wie gezeigt, ist das Rohr 1 zylindrisch, und seine Innenfläche 4, mit der die Blase 3 in Berührung kommt, ist nicht gebogen und gerade in der Zeichnungsebene zum Unterschied von W einer üblichen Libelle.

Wenn der Neigungsintegrator IL, relativ zur Horizontalen geneigt wird, bewegt sich die Blase 3 gegen ein höheres Ende des Rohres 1, und die Bewegungsgeschwindigkeit der Blase 3 ist im wesentlichen proportional zum Neigungswinkel des Integrators U,» Wenn der Neigungsintegrator U, horizontal gehalten wird, kann sich die Blase 3 an jeder Stelle in dem Rohr 1 festsetzen. Da die Lage der Blase 3 im Verhältnis zu dem integrierten Wert der Neigung des Integrators P, U, ist, wie es oben beschrieben wurde, verändert sich die Lage des Schwerpunkts des Integrators U, proportional in Abhängigkeit von der Bewegung der Blase 3 und steht auch im Verhältnis zu dem integrierten Wert der Neigung des Integrators U. aus dem obigen Grund».

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In Fig. 2 ist beispielsweise ein Kreiselkompass dargestellt, bei dem der Ne igungs integrator U-. auf einem Kreiselgehäuse 5 mit einem darin enthaltenen Kreiselrotor angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse die Drehachse des Kreiselrotors in der Zeichnungsebene und auf der Linie A-B liegt, während eine horizontale Welle 11 des Kreisels (die direkt an dem Kreiselgehäuse 5 oder an einem Tragring angebracht ist, der das Kreiselgehäuse trägt) rechtwinklig zu der Linie A-B und in einer horizontalen Ebene liegt. Eine den Norden suchende Einrichtung in dem Kreiselkompass ist eine Einheit, mit der eine Drehkraft proportional zur Neigung der Drehachse (wie sie durch die Linie A-B angedeutet ist) zur Horizontalen auf das Kreiselgehäuse 5 um die horizontale Welle 11 aufgebracht wird. In der Zeichnung ist ein bekanntes Flüssigkeitsgewicht (ballistic.) 6 die den Norden suchende Einrichtung, die aus einem Paar Gefässen 7 und 8, einem die Gefässe 7 und 8 verbindenden Rohr 10 und einer in den Gefässen 7 und 8 und in dem verbindeiien Rohr IQ enthaltenen Flüssigkeit 9, die das Rohr 10 und die untere Hälfte jedes Gefässes füllt.. , Wenn jetzt die Drehachse A-B um die horizontale Welle 11 aus dem tatsächlichen horizontalen Spiegel geneigt wird, fliesst die Flüssigkeit 9 von dem höher liegenden Gefäss durch das verbindende Rohr 10 in das tiefer liegende Gefäss, und dieses tiefer liegende Gefäss wird schwerer als das höher liegende, so dass die auf das untere Gefäss wirkende Schwer—

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kraft diejenige an dem oberen übersteigt, um das untere Gefäss zunehmend nach unten zu schieben. Infolgedessen erzeugt die den Norden suchende Einrichtung 6 um die horizontale Welle 11 eine Drehkraft proportional zur Neigung der Kreiseldrehachse aus dem horizontalen. Spiegel in einer Richtung, in der das tiefer liegende Gefäss zunehmend nach unten wandert.

Das Gewicht 6 und das Kreiselgehäuse 5 können sich gemeinsam um die horizontale Welle 11 bewegen.

Da der oben erwähnte Neigungsintegrator in der Technik bekannt ist, erfolgt aus Gründen der Kürze keine weiter in's einzelne gehende Beschreibung. Bei dem den Neigungsintegrator verwendenden Kreiselkompass wird der sogenannte Breitenfehler nicht erzeugt, die Kreiseldrehachse bleibt unabhängig von der Breite des Standpunkte des Kreiselkompasses horizontal, und die durch Massenunwucht um die horizontale Welle erzeugten festen Drehkräfte n. dgl. werden alle automatisch durch die Drehkraft aufgehoben, die von dem Neigungsintegrator erzeugt wird, so dass eine extrem hohe Genauigkeit erzielt werden kann. Obwohl das mit dem Neigungsintegrator gemäss Fig. 1 ausgerüstete gyroskopische Element eine ausserst hohe Genauigkeit aufweist, hat es den Nachteil, dass der maximale Wert der erzeugten Drehkraft aus dem folgenden Grund gering ist: Die Grosse der Blase 3 in diesem Neigungsintegrator 909819/0815

integrator kann nicht unüberlegt vergrössert werden, und infolgedessen ist die durch die Bewegungs der Blase erzeugte Drehkraft nur maximal einige Gramm-Zentimeter gross. Daher ist der Neigungsintegrator U, von besonderer Nützlichkeit bei Verwendung in kleinen Kreiseln, die durch derart kleine Drehkräfte gut betätigt werden können, aber er kann aus dem oben erwähnten Grund nicht bei grossen Kreiseln verwendet werden.

In Fig.. 3 ist ein bekannter Elektrolytpegel-Beschleu- g nigungsmesser U~ dargestellt. Dieser Beschleunigungsmesser U₂ besteht aus einem gebogenen zylindrischen Rohr 101, einem Elektrolyten 102, einer Blase IO3 und Elektroden 112, 113 und 114, die in dem Rohr 101 enthalten sind. Der Beschleunigungsmesser U₂ ist in seiner Konstruktion einer Libölle ähnlich, unterscheidet sich aber, von dem in Fig. 1 dargestellten Rohr 1 dadurch, dass die Innenfläche 104 des Rohres 101 in der Zeichnungsebene gewölbt ist. Infolgedessen stehen die Lagen der Blase ,103 nach rechts und links im Verhältnis zu den Neigungen des Beschleunigungsmessers U₂ nach rechts f und links. In dem Beschleunigungsmesser U₂ ändern sich die

102 elektrischen Widerstände des Elektrolyteriyzwischen den Elektroden 112 und II3 und zwischen den Elektroden 114 und

mit
113lder Lage der Blase IO3, so dass die Lage der Blase,

d. h. die Neigung der Kreiseldrehachse des Kreiselgehäuses,

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das mit dem Beschleunigungsmesser Up ausgerüstet ist, in Form eines elektrischen Signals aufgenommen werden kann.

4 zeigt, den Beschleunigungsmesser Uq in Verbindung mit einem Kreiselkompass, wobei mit Ai~Sj_ die Kreisel— drehachse und mit 105 ein Kreiselgehäuse bezeichnet ist, in dem ein Kreiselrotor enthalten ist, während mit 111 eine horizontale Welle bezeichnet ist, die der Welle 11 in Fig. 2 ähnlich ist. - .·,

In Fig. 4 ist der Beschleunigungsmesser Up auf dem Kreiselgehäuse IO5 parallel zu der Drehachse A-. -B, angeordnet. Von den Blektrodenpaaren 112, 3,15 und 114, 113 aufgenommene elektrische Signal© im Verhältnis zur Neigung der Drehachse werden in ihfen'Fhspsen dürfeh einen Wechselstrombrückenkrois 115 getrennt und durch einen Verstärker 116 verstärkt, woraufhin sie über einen Mißchkreis 118 einem

1 ,

Drehkrafterzeuger 119 zugeführt werden. Im vorliegenden Beispiel besteht der Drehkrafterzeuger 119 aus einem Rotor 121, der um die horizontale Welle' IXX-heium angeordnet ist, und aus einem Stator 120, der, in seiner Nähe aber im Abstand von ihm angeordnet ist. Der Stator 120 weist feste Wicklun-' gen (die mit.Anschlüssejn. 122 un«M2]$_;,verbunden sind) und Kontrollwicklungen auf, die mit dem Mischkreie 118 verbunden sind, und Weeaselspannungen,ι die voneinander um 90° phasen— ,

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verschoben sind, werden jeweils auf die festen und auf die Kontrollwicklungen aufgebracht, wodurch der Drehkrafterzeuger 119 eine Drehkraft erzeugt, die auf der Lehre eines Induktionsmotors basiert. Der Rotor 121 ist an dem Kreisel— gehäuse 105 angebracht, und der Stator 120 ist an einem horizontalen Wellenträger einer Kreiseltragvorrichtung befestigt, obwohl dies nicht gezeigt ist. Wenn jetzt die Kräseldrehachse An-²I β^Θηθ·*·6* ^wi^r(i, werden Signale im Verhältnis zur Neigung dem Drehkrafterzeuger 119 durch den Brückenkreis 115, den Verstärker 116 und den Mischkreis 118 zugeführt. In diesem Fall wird eine Spannung, die um 90° von dem Ausgang des Mischkreises 118 phasenverschoben ist, an die Anschlüsse 122 und 123 angelegt, wodurch dem Kreisel eine Drehkraft um die horizontale Welle 111 im Verhältnis zur Neigung der Kreiseldrehachse von dem Drehkrafterzeuger 119 zugeführt wird, die den Kreisel veranlasst, eine den Norden suchende Tätigkeit durchzuführen, während ein Teil des Ausgangs des Verstärkers 116 einem Integrator 117 zugeführt wird, um integriert zu werden, und dann mit dem Ausgang des Verstärkers 116 im Mischkreis 118 gemischt wird, woraufhin er dem Drehkrafterzeuger 119 zugeführt wird, so dass der Kreisel mit einer Drehkraft proportional zu dem integrierten Wert der Neigung der Drehachse durch den letzteren Kreis versorgt wird. Somit kann die in Fig. 4 gezeigte

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Anordnung als mit einem Neigungsintegrator ausgerüsteter Kreiselkompass arbeiten.

In einem solchen lall ist es notwendig, dass der Integrator 117 in Form eines Servomechanismus konstruiert ist und zwar aus folgendem Grund; Der Integrator für Kreiselkompasse muss so arbeiten, dass, wenn die Neigung des Kreisels mehrere Minuten beträgt, sie für mehrere Stunden integriert wird, um eine Drehkraft von mehreren Gramm-Zentimetern bis zu mehreren zehn Gramm-Zentimetern erzeugt wird, und es gibt keine zweckmässige Einrichtung mit Ausnahme eines Servosystems, das ein Zahnradvorgelege mit einem Übersetzungsverhältnis von mehreren zehn Millionen aufweist, um diese Anforderung zu erfüllen. Es ist schwierig, eine derart langsame Integration mit den Techniken üblicher analoger Computer durchzuführen.

D. tu der in Fig. 4 dargestellte Kreiselkompass ist ein ausgezeichneter Kreiselkompass, der mit dem Neigungsintegrator ausgerüstet ist, hat aber den Nachteil, dass der Integrator 117 teuer und seine Konstruktion verwickelt ist.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, einen ausgezeichneten Integrator für Kreisel zu schaffen, der frei von den verschiedenen Nachteilen ist, die bei den herkömm-Liehen gyroskopischenlnstrumenten auftreten, wie sie oben beschrieben wurden.

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Mit Bezug auf die Zeichnung erfolgt eine in's einzelne gehende Beschreibung dieser Erfindung. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Neigungsintegrators dargestellt, der gemäss dieser Erfindung hergestellt und mit U₅. bezeichnet ist und der aus einem zylindrischen Rohr 201 besteht, in dem Elektroden 212,₂13 und 214, ein Elektrolyt 202 und eine Blase 203 enthalten sind. Der Neigungsintegrator U₅,, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, unterscheidet sich von der Einheit Up in Fig. 3 in den folgenden beiden Punkten:

1) Das zylindrische Rohr 201 ist nicht in der Zeichnungs- %

ebene gewölbt· Mit anderen Worten: Die Innenfläche 204 des Rc" 3s, mit der die Blase 203 in Berührung kommt, is vollständig zylir ?isch.

2) Der Elektrolyt 202 ist von wer!; höherer Viskosität als der Elektrolyt 102 der Einheit U^.

Bei dem Ne igungsint egrator U, geraäss XT:'g. 5 steht die Lage der Blase 203 im Verhältnis zur Integration der Kreiselneigung und wird elektrisch festgestellt, um den integrierten Wert der sich fortlaufend ändernden Kreisel- f neigung in Form eines elektrischen Signales zu schaffen.

Fig. 6 zeigt beispielsweise einen Kreiselkompass, der den oben beschriebenen Neigungsintegrator U, verwendet, wobei die Bezugszahl 205 ein Kreiselgehäuse bezeichnet,

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auf dem die Einheit tu gemäss Fig. 3 in. derselben Weise wie in Fig. 4 angebracht ist» während auf der Einheit Up der Integrator IL gemäss Fig. 5 angebracht ist. So lange die Einheit U₂ und der Integrator U, derart angeordnet sind, dass ihre Bezugsachsen parallel zur Drehachse A^-Bp des Kreiselrotors liegen,, der in dem Kreiselgehäuse enthalten ist, braucht ihre Anordnung nicht genau auf die in Fig. 6 gezeigte beschränkt zu werden. Bei einer derartigen Anordnung wird ein von der Einheit Up im Verhältnis zur Neigung der Kreiseldrehachse abgeleitetes Signal durch einen Wechselstrombrückenkreis 215 in seinen Phasen getrennt und durch einen Verstärker 216 verstärkt, woraufhin es über einen Mischkreis 218 einem Drehkrafterzeuger 219 zugeführt wird, um den Kreisel zu veranlassen, die den Norden suchende Tätigkeit, durchzuführen, wie im Fall der Fig„ 4„. Gleichzeitig wird-ein Signal von dem Integrator U-, dem Drehkraft erzeuger 219 durch einen Wechselstrom— brpckenkreis 215'^: und einen Verstärker 216', die dieselbe Konstruktion wie aer Kreis 2,15 und der Verstärker 216 aufweisen, und durch den gemeinsamen Mischkreis 218 zugeführt, wodurch eine.Drehkraft auf den Kreisel um seine horizontale Welle im Verhältnis zum integrierten Wert der Neigung der Kreiseldrehachse zugeführt wird, und auf diese Weise wird ein Kreiselkompass gebildet, der mit einem Neigungsintegrator ausgerüstet ist.

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Das vorliegend© Beispiel erfordert nicht die Verwendung des. teueren Integrators 117» wie er in dem Beispiel gemäss Fig.. 4 erforderlich ist, und eine geeignete Auswahl der Ausbeute des Verstärkers 216 gibt dem Drehkrafterzeuger 219 die Möglichkeit, eine grosse Drehkraft zu erzeugen, die mit der in Fig. 1 gezeigten Einheit U^ nicht erzielbar ist. Somit schaltet diese Erfindung die oben erwähnten Nachteile aus, wie sie bei den herkömmlichen Einheiten auftraten.

Da die Dämpfungsvorrichtung des Kreiselkompasses nicht direkt mit der Erfindung zusammenhängt, wird si© aus Gründen der Kürze der Beschreibung hier nicht beschrieben.

In Fig. 7 und 8 sind weitere Beispiele des itfeigungsintegrators gemäss der Erfindung dargestellt, die sich von dem in Fig. 5 in der Lage und Ausgestaltung der Elektroden unterscheiden, die in dem Rohr angeordnet sind, die aber insofern dem Beispiel gemäss Fig. 5 gleich sind, als di© "Lage der Blase in dem Rohr in Form eines elektrischen Signals aufgenommen wird. In diesen Figuren sind Elemente, die denjenigen in Fig. 5 ähnlich sind, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.

In d©m Neigungsintegrator U,¹, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, liegen die Elektroden 212 und 214· an der Stelle der Elektrode 213 des Beispiels in Fig. 5 und eine gem©in-

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same Elektrode 213 ist in dem. Rohr 201 an der der Blase 2Ο3 gegenüberliegenden Seite im wesentlichen in der Mitte des Rohres 201 angeordnet, und im übrigen ist die Konstruktion der in Fig. 5 gezeigten gleich.

Der Neigungsintegrator UV¹, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem in Fig. 7 dargestellten dadurch, dass die den Elektroden 212 und 214 des Integrators U ' entsprechenden Elektroden im wesentlichen plattenartig und in dem Rohr 201 an der der gemeinsamen Elektrode 213 gegenüberliegenden Seite befestigt oder eingebettet sind, d. h. an der Seite der Blase 2Ο3, und im übrigen ist die Konstruktion dieselbe wie die in Fig. 7.

Obwohl der Mischkreis 218 in dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel an der Stelle liegt, die den Kreisen 216 und 216' folgt, kann er natürlich an einer Stelle angeordnet werden, die vor diesen liegt. Es ist nämlich möglich, dass die Ausgänge der Kreise 215 und 215' direkt in dem Mischkreis 218 gemischt und dann einem der Verstärker zugeführt werden, beispielsweise dem Verstärker 216, wobei dann der Verstärker 216' entfallen kann.. Ausserdem können die Wechselstrombrückankreise 215 und 215 ■' in dem Mischkreis 218 enthalten sein. Verschiedene andere Feststell- und' Verstärkungseinrichtungen werden zwischen den Kreisen 215 und 218 verwendet, aber sie werden im einzelnen nicht beschrieben, da sie nicht -

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direkt zu der Erfindung gehören. Sie sollten Jedoch i'i den Bereich dieser Erfindung fallen* Ausserdem kann der Drehkrafterzeuger 219 verschiedene Formen annehmen, wie sie in der Technik bekannt sind, und sie sollten natürlich ebenfalls in den Bereich dieser Erfindung fallen.

Obwohl der Neigungsintegrator gemäss der Erfindung in Verbindung mit einem Kreiselkompass beschrieben wurde, kann er auch bei anderen gyroskopischen Instrumenten verwendet werden, wie beispielsweise bei einem Vertikalkreisel, einem Azimut- und Standpunktdifferenzier-System usw., um eine erhöhte Genauigkeit und eine bessere Leistung zu schaffen*

Eine solche Erhöhung der Genauigkeit kann nicht erzielt werden durch einfaches Anbringen der Einheit y, gemäss Fig. 1 an derartigen Instrumenten, da die Einheit IL eine Drehkraft nur um eine Welle im rechten Winkel zur Zeichnungsebene (d. h» zur Welle 11 in Fig. 2) im Verhältnis zu dem integrierten Wert der Kreiselneigung um dieselbe Welle erzeugt. Jedoch kann durch die Anwendung dieser Erfindung, wie sie in Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, eine Drehkraft proportional zu dem integrierten wert der Neigung, wie er durch die Einheit IU festgestellt wurde, an einer gewünsch— ten Welle aufgebracht werden durch Anordnenen des Drehkraft-

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erzeugers an einer anderen Welle, so dass Instrumente mit hoher Genauigkeit, wie sie oben beschrieben wurden, hergestellt werden können. In diesem besonderen Sinn ist der Vertialkreisel ein typisches Beispiel derjenigen Instrumente, bei denen die Einheit U, gemäss Pig* I. nicht verwendet werden kann, während die Einheit U, gemäss der Erfindung, wie sie in Verbindung mit den Pig. 5» 7 und 8 beschrieben wurde, angebracht werden kann, um ausgezeichnete Leistung zu erzielen.

Pig. 9 zeigte eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Integrators gemäss der Erfindung, die von besonderem Nutzen ist,· wenn sie bei einem Instrument, wie z.. B. bei dem Vertikalkreisel, verwendet wird. Der Integrator U^ weist einen Behälter 301 von zylindrischem oder quadratischem Querschnitt, einen darin enthaltenen hochviskosen Elektrolyten 302, Elektroden 313 und 313', die in den Elektrolyten 302 so eingetaucht sind, dass sie sich unter einem rechten Winkel kreuzen, Elektroden 312 und 314, die unter der Elektrode 313 parallel zu dieser angeordnet sind, und Elektroden 312' und 314' auf, die unter der Elektrode 313' parallel zu dieser angeordnet sind« Die Oberfläche 304 des Behälters 301 ist nicht gewölbt sondern flach, und eine Blase 303 let in dem Behälter 3OI enthalten. Bei dieser Anordnung ist die Blase 303 von oben

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gesehen rund und führt eine Bewegung in zwei Dimensionen zwischen de& hochviskosen Elektrolyten 302 und der Oberfläche 304 aus, so dass Neigungen um-zwei Achsen, die parallel bzw. rechtwinklig zu den Elektroden 313 und 313' verlaufen, gleichzeitig integriert und in die Form von elektrischen Signalen überführt werden können.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiels eines Verti— kalkreisels, der den Integrator U^ verwendet, wie er in Fig· 9 gezeigt ist, wobei die Bezugszahl 405 ein Kreiselgehäuse und A₇₅-B-, die Drehachse eines Rotors bezeichnet, der in dem Kreiselgehäuse enthalten ist. Das Kreiselgehäuse 405 wird von einem horizontalen Ring 432 getragen, der um eine erste horizontale Welle 411 drehbar ist. Der horizontale Ring 432 wiederum wird von zweiten horizontalen Wellen 431 und 431' an einem Träger (nicht gezeigt) derafct abgestützt, dass er um die Wellen 43I und 431' drehbar ist. Die Stützanordnung, durch die das Kreiselgehäuse mit drei Freiheitsgraden versehen ist, um die Drehachse A^-B₇. vertikal zu legen, ist in der Technik allgemein bekannt und wird daher nicht weiter beschrieben. In dem dargestellten Beispiel ist der in Fig. 3 gezeigte Beschleunigungsmesser U^ an dem Kreiselgehäuse 405 derart befestigt, dass er die Neigung in Sichtung einer Linie C-D auf einer Ebene feststellt, die die Kreiseldrehachse A-, - B-, unter einem rech—

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ten Winkel kreuzt und die Drehachse A-,-BL und die Achsen

y 3

der zweiten horizontalen Wellen 451 und 431' einschliesst. Ausserdem ist ein Elektrolytpegel-Beschleunigungsmesser Ug¹ von genau derselben Konstruktion wie der Beschleunigungsmesser Up auf dem Kreiselgehäuse 405 derart angeordnet, dass er im rechten Winkel zu dem Beschleunigungsmesser Uo liegt, d. h. parallel zu der WeILe 411. Ausserdem ist der Neigungsintegrator U^ auf dem Kreiselgehäuse 405 parallel zu der Ebene angeordnet, die die Linie G-D und die W erste horizontale Welle 411 einschliesst. Der Neigungsintegrator U^ ist nämlich so angeordnet, dass seine beiden Elektroden JlJ und 313' parallä. zu der Linie G-D bzw, zu der Welle 411 liegen» Ausserdem sind Drehkrafterzeugerelemente 420 und 421 von derselben Konstruktion wie die Elemente 220 und 221 in Fig. 6 um die erste Welle 411 herum angeordnet, und ähnliche Drehkrafterzeugerelemente 520 und 521 sind um die Welle 431'' herum angeordnet.

Nachfolgend wird eine Erläuterung der Betriebsgrund-™ lagen des Vertikalkreisels gegeben, wie er beispielsweise in Fig. 10 dargestellt ist. Wenn die Kreiseldrehachse A3-B, aus der tatsächlichen Vertikalen geneigt wird, erzeugt der Beschelunigungsmesser Up elektrische Signale im Verhältnis zu der Neigung, und die elektrischen Signale werden durch einen Wechselstrombrückenkreis 4L5¹''*■ in ihren Phasen ge-

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trennt und durch einen Verstärker 416' verstärkt, woraufhin sie durch einen Mischkreis 418* den Drehkrafterzeugerelementen 520 und 521 zugeführt werden, um eine Drehkraft um die Linie G-D herum zu erzeugen. Mit dieser Drehkraft erzeugt der Kreisel eine Präzession um die Welle 411 herum, um die von dem Beschleunigungsmesser U~ abgeleiteten Signale zu verkleinern. Daher stellt dieses System sicher, dass die Drehachse A,-B, im wesentlichen vertikal gehalten wird. Auf ähnliche Weise steuert ein Steuersystem, das auseinem Beschleunigungsmesser U-', einem Wechselstrombrückenkreis Λ 415, einem Mischkreis 418, einem Verstärker 416 und den DrehkrafterzeUi-irelementen 420 und 421 besteht, die Drehachse A^-B, um die Wellen 43I und 451'_t um sie im wesentlichen vertikal zu halten. Da jedoch die Massenunwucht des Kreiselgehäuses 405 und des horizontalen Ringes· 4J2 um die Wellen 411 und 431 und auch die Erdumdrehung ständig einen Einfluss auf den Kreisel ausübt, kann die Drehachse A,-B, nicht nur durch das oben beschriebene System, wie es in der Technik allgemein bekannt ist, tatsächlich in der

Vertikalen gehalten werden. Mit dieser Erfindung werden die von dem Weigungsintegrator U^ erzeugten Signale jeweils durch Wechselstrombrückenkreise 415' und 415" den Mischkreisen 418 und 418' zugeführt, um mit den Signalen, die von den Beschleunigungsmeseern U₂ und U₃ ¹ erzeugt wurden, ; zusammengeführt zu werden, wodurch der oben erwähnte Irrtum

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auf Null reduziert wird. Wenn nämlich die Drehachse A_x-B, aus der tatsächlichen Vertikalen infolge der Erdumdrehung, ■ der Massenunwucht usw. abgelenkt worden ist, dann führt der Integrator U^ Signale, die durch Zeitintegration des Irrtums erzielt wurden, den Drehkrafterzeugerelementen durch die Mischkreise 418 und 418' und durch die Verstärker ' 416 und 416' zu, wodurch der Kreisel so gesteuert wird., dass er die Drehachse A^-B, tatsächlich in die Vertikale bringt. Wenn die Drehachse tatsächlich in die Vertikale gebracht worden ist, wird die Integrationswirkung des Integrators U. angehalten, und zu diesem Zeitpunkt erzeugte konstante Signale veranlassen, öie Drehkrafterzeugerelemente, eine konstante Drehkraft zu erzeugen. Diese Drehkraft hat eine Grosse, die die Drehkraft infolge der Massenunwucht und der Bewegung des Kreisels infolge der Erdumdrehung ausschalten kann.

Wie es aus dem Obigen ersichtlich geworden sein wird, ist das in Fig. ID gezeigte Instrument ein Vertikalkreisel, der vollständig frei von Fehlern ist und in der praktischen Anwendung eine ausgezeichnete Leistung aufweist.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem Neigungsintegrator beschrieben wurde, der ein nicht gewölbtes zylindrisches Rohr verwendet, das die hachviskase Flüssigkeit und die Blase gemäss Fig. 5,.7, 8 und 9 enthält,

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sollen die vorausgehenden Beispiele nur als Darstellung und nicht als Einschränkung der Erfindung gelten. Es ist nämlich möglich, dass;-eine nicht .leitende hochviskose Flüssigkeit und eine Blase in einem nicht gewölbten zylindrischen Rohr eingeschlossen werden und dass die Lage der Blase in Form eines elektrischen Signals durch Verwendung eines optischen Systems und einer Fotozelle aufgenommen wird. Ausserdem ist es auch möglich, dass eine hochviskose Flüssigkeit und eine Kugel, die beispielsweise aus einem magnetischen Material, hergestellt ist, statt der Blase in einem nicht gewölbten zylindrischen Rohr eingeschlossen werden und dass die Lage der magnetischen Kugel in Form eines elektrischen Signals durch elektromagnetische Einrichtungen, beispielsweise einen Bifferentialumformer od. dgl», festgestellt wird.

In der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieb ben wurcje, ist- die Viskosität des Elektrolyten, der in dem Ifeigungsintegrator verwendet wird, aus folgenden Gründen hoch· gewählt wordeni Angenommen, dass die Kreiseldrehachse A-B unter einem Winkel O relativ zum horizontalen Spiegel geneigt ist, um ihre eine Seite B in dem in Fig. 2 gezeig-

ten Beispiel abzusenken, dann erzeugt das Flüssigkeits— gewicht 6 um die horizontale Welle 11 eine Drehkraft Tg**· = vondem Flüssigkeitsgewicht erzeugte Drehkraft,

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OBiGlNAL INSPECTBD

Kg »■- Drehkraftkonstante des llüssigkeitsgewichtes) im Verhältnis zur Neigung der Drehachse^, und der Neigungsintegrator U, erzeugt um die horizontale Welle IX eine Drehkraft Tj - Kj x J ödt (Tj =- von dem Integrator erzeugte Drehkraft, Kj =» Drehkraftkonstante des Integrators) im Verhältnis zum Zeitintegral der Neigung des Flüssigkeits, gewichtes» wie es oben "beschrieben wurde. Die gesamte oder zusammengesetzte Drehkraft T um die horizontale Welle 11. ist nämlich die Summe der von dem Flüssigkeitsgewicht . und dem Neigungsintegrator erzeugten Drehkräfte und zwar ; f olgendermassen:: _: . . -

T ·; T -■ +
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wobei 2^ =»--??= und als Integrationszeit .bezeichnet wird».

X ■··- ■ "■ ■ " ""'

Man könnte sagen, dass die !,Integrationszeit eine Zeit ist, bis.au der der .Neiguagsiutegratqr eine Drehkraft erzeugt, die derjenigen gleich ist_$ die von dem Elüss.igke.its-r gewicht für eine bestimmte Kreiselneigung erzeugt wird·

Auch im Fall der lig» 4- und 6 kann man die Drehkraft durch dieselbe Formel erhalten*.

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In dem Kreiselkompass ist die Drehkraftkonstante Kg des Flüssigkeitsgewichtes abhängig von den Bedingungen zum Beseitigen der Fehler des Kreiselkompasses, die durch die Beschleunigung infolge der Erhöhung und Verminderung der Geschwindigkeit "beim Wenden, beispielsweise eines Schiffes, d. h.. bei der Schulerwendung. Infolgedessen wird die Konstante Kj des Integrators durch die Integrationszeit "^ausgedrückt. Die Integrationszeit Z^ hängt von der Grosse des abgedichteten Rohres oder Behälters des Neigungsintegrators, vom spezifischen Gewicht öder der Viskosität der in dem abgedichteten Rohr oder in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit, aber besonders von der Viskosität der Flüssigkeit ab. Ein Anstieg der Viskosität der Flüssigkeit verlängert die Integrationszeit, während eine Verringerung die Integrationszeit verkürzt. Bei zu kurzer Integrations— zeit wird das sogenannte Dispersionsphänomen hervorgerufen, um zu verhindern, dass der Kreisel in der tatsächlichen Nordrichtung zur Ruhe kommt.

Bei dem Neigungsintegrator ist es. daher wichtig, dass seine Integrationszeit auf volle Länge ausgewählt wird. Bas ist der tatsächliche Grund dafür, dass die Viskosität der Flüssigkeit bei den Integratoreil dieser Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, hoch gewählt wurde. Bei Kreiselkompassen, wie sie Jetzt praktisch verwendet

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weiten, wird die Viskosität der flüssigkeit in dem Integrator hoch gewählt, und die Integrationszeit wird auf mehr als zwanzig Minuten ausgewählt*. -

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INSPECTED-

Claims

Patentansprüche:

1.. Gyroskop is ehe s Instrument mit einem Neigungs— integrator, einem Drehkrafterzeuger und einem Gyroskop, wobei der Neigungsintegrator aus einem abgedichteten Behälter, einer in dem abgedichteten Behälter enthaltenen Flüssigkeit und einem beweglichen Element besteht, das ein spezifisches Gewicht hat, das von demjenigen der Flüssigkeit unterschiedlich ist, und sich in der Flüssigkeit bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass in dem abgedichteten Behälter (Ij 101; 201; 301) des Neigungsintegrators Mittel vorgesehen sind, um die Lage des beweglichen Elementes (3; 103; 203; 3Ο3) in dem abgedichteten Behälter in Form eines elektrischen Signals festzustellen.

2. Gyroskopisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschleunigungsmesser (U₂) vorgesehen ist, dass der Ausgang des Beschleunigungsmessers dem Drehkrafterzeuger (219) zugeführt wird und dass die Rotordrehachse (Ap-B₂) des Gyroskops im wesentlichen horizontal gehalten wird.

3. Gyroskopisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Beschleunigungsmesser (ILj, U₂ ¹) und ein weiterer Drehkraft erzeuger vorgesehen

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sind, dass der Ausgang der beiden Beschleunigungsmesser
dem ersten Drehkrafterzeuger (420, 421) bzw. dem zweiten Drehkrafterzeuger (520, 521) zugeführt wird und dass die Rotordrehacase (A_x-B ) im wesentlichen vertikal gehalten wird»

4. Gyroskopisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Neigungsintegrator enthaltene Flüssigkeit eine hohe Viskosität aufweist.

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