DE2810270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Ein derartiges Kreiselgerät wird insbesondere für Schiffahrts-Navigationszwecke verwendet.

Es sind Schiffs-Kreiselkompasse bekannt (US-PS 40 33 045), die eine einen neutralen Auftrieb aufweisende pendelför­ mige Kugelschale verwenden, die eine oder mehrere Krei­ selrotoren umschließt, die durch elektrische Leitung angetrieben werden, die über eine elektrisch leitende Flotationsflüssigkeit in die Kugelschale übertragen wird. Normalerweise weisen diese Kreiselkompasse zusätzlich Elektroden auf, die so angeordnet sind, daß eine Abwei­ chung der schwimmenden Kugelschale von einer festen Azi­ mutausrichtung bezüglich eines Innengehäuses des Kreisel­ gerätes gemessen wird. Die Art des Meßfühlers und seine Anwendung erfordert jedoch, daß dieser Meßfühler in Ver­ bindung mit einem Servosystem verwendet wird, das auf den gemessenen Fehler dadurch anspricht, daß das Innen­ gehäuseelement des Kreisels so neu eingestellt wird, daß der Meßfühlerausgang zu Null wird. Die Position des Innengehäuses bezüglich des Außengehäuses des Kreisel­ gerätes wird dann mit Hilfe üblicher Einrichtungen, wie z. B. eines Synchro-Datengebersystems übertragen, um ei­ ne elektrische Anzeige des Azimutwertes zu liefern, der durch den Kreiselkompaß bestimmt ist. Dadurch, daß ein Innengehäuse und ein zugehöriger Servoantrieb er­ forderlich ist, ergibt sich eine unerwünschte Vergrößerung der Größe, des Gewichtes und der Kosten des Kreiselgerätes, wobei gleichzeitig beträchtlich die Zuverlässigkeit verringert wird.

Es ist weiterhin ein Kreiselgerät der eingangs genann­ ten Art bekannt (US-PS 36 70 585), bei dem kein Innen­ gehäuse erforderlich ist und bei dem zur Messung der Azimutposition im Äquatorbereich der Kugelschale vier Elektrodensegmente aus Widerstandsmaterial angeordnet sind, die mit entlang eines Längengrades in dem Außen­ gehäuse angeordneten Elektrodensegmenten zusammenwir­ ken. Hierbei ist jedoch eine komplizierte Ansteuerung der aus Widerstandsmaterial bestehenden Elektrodenseg­ mente und eine spezielle Auswerteschaltung zur Auswer­ tung der hierbei erzeugten Signale zur Bestimmung der Azimutposition erforderlich. Weiterhin können die aus Widerstandsmaterial bestehenden Segmente nicht zur Zu­ führung der Betriebsleistung an das Kreiselgehäuse oder die Kugelschale verwendet werden, so daß zusätz­ liche Elektroden erforderlich sind.

Es ist weiterhin ein Kreiselgerät bekannt (DE-PS 3 94 667), bei dem am Kreiselgehäuse oder an der Kugel­ schale am Äquatorbereich eine halbkreisförmige Elek­ trode angeordnet ist, während auf der Innenoberfläche des Außengehäuses kurze Elektrodensegmente angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Ver­ drehung des Kreiselgehäuses aufgrund der sich ändern­ den Widerstände zwischen der halbkreisförmigen Elek­ trode und den kurzen Segmenten die Azimut-Position des Kreiselgehäuses festzustellen. Diese Messung ist jedoch relativ ungenau und sie eignet sich auch nur für begrenzte Azimuzt-Winkelbereiche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreisel­ gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine zuverlässige Anzeige der Azimut­ position über einen vollen Winkelbereich von 360° Grad ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kreisel­ gerätes ergibt sich ein einfacher Aufbau und eine zu­ verlässige Anzeige der Winkelposition über einen Azi­ mutwinkel von 360° Grad unabhängig von Bewegungen des Kreiselgehäuses, um zur Azimutachse orthogonale Achsen, so daß die Anzeige selbst dann zuverlässig ist, wenn das Außengehäuse um große Winkel gekippt wird, wie dies an Bord eines Schiffes auftreten kann.

Das erfindungsgemäße Kreiselgerät liefert weiterhin Ausgangssignale, die mit Synchro-Empfängern verwend­ bar sind, ohne daß ein Nachführ-Servoantrieb erfor­ derlich ist. Diese Ausgangssignale werden von in vier an der Innenfläche des Außengehäuses angeordneten Elektrodenelementen geliefert und weisen die Form von eine veränderliche Stärke aufweisenden Strömen auf, die proportional zu den sich jeweils ändernden Widerständen der jeweiligen Flüssigkeitsphase durch die Flutationsflüssigkeit sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen­ den anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine weitgehend im Querschnitt darge­ stellte Ansicht einer Ausführungsform des Kreiselgerätes;

Fig. 2 eine bruchstückhafte Ansicht einer der Flüssigkeitsdruck-Stützpuffer, die im unteren Teil der Fig. 1 zu erkennen sind;

Fig. 3 eine Abwicklung der in Fig. 1 verwende­ ten Elektroden;

Fig. 4 eine bruchstückhafte Ansicht des Kreisel­ gehäuses sowie der zugehörigen Elektro­ den zusammen mit einem Schaltbild, das die elektrischen Verbindungen und Bau­ teile des Rotorantriebs- und abgriffs­ systems der Ausführungsform des Kreisel­ gerätes zeigt.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Kreiselgerät eine voll­ ständig frei schwimmende Meßeinheit einschließt, die sich innerhalb eines hohlen kugelförmigen schwimmenden Kreiselgehäuses befindet, das zwei elektrisch isolierende Halbkugelschalen 6 und 49 aufweist, die hermetisch dicht miteinander über ein kreisringförmiges Dichtungsteil 16 ver­ bunden sind, das im wesentlichen an einem Äquator der äußeren kugelförmigen Oberfläche 9 angeordnet ist. Das Kreiselgehäuse ist in einem Außengehäuse des Kreiselgerätes gelagert, wobei dieses Außengehäuse eine mit der Form des Kreiselgehäuses über­ einstimmende innere Kugeloberfläche 8 aufweist und einen oberen Gehäuseteil 1 und einen unteren Gehäuseteil 13 umfaßt, die bei 12 gegeneinander abgedichtet oder auf andere Weise hermetisch dicht verbunden sind. Auf diese Weise bilden die in ihrer Form übereinstimmenden Kugeloberflächen 8 und 9 einen Spalt 5 mit im wesentlichen konstanter Breite, in dem sich ein dünner Flüssigkeitsfilm zur Lagerung des Kreiselgehäuses 6, 49 und der darin befindlichen Kreiseleinrichtung befindet. Der obere Gehäuseteil 1 kann mit einem Betrachtungsfenster 4 versehen sein, dessen Innenoberfläche an die Krümmung der Ober­ fläche 8 angepaßt ist. Das Fenster 4 wird an seinem Platz gegen einen kreisringförmigen Sitz 7 mit Hilfe eines Halteringes 3 gehalten, der einen Gewindeteil 2 aufweist, der mit einem ent­ sprechenden Gewinde in dem oberen Gehäuseteil 1 zusammenwirkt. Wenn eine direkte sichtbare Anzeige der Richtung erwünscht ist, kann eine (nicht gezeigte) Kompaßrose auf dem oberen Polteil der sphärischen Oberfläche 9 angeordnet werden, die gegenüber einem geeigneten (nicht gezeigten) Index auf einer Oberfläche des Fensters 4 abgelesen werden kann. Es ist für den Fachmann verständlich, daß die Breite des Spaltes 5 nach Fig. 1 ledig­ lich so gewählt ist, daß die Zeichnung klar ist und daß die Breite des Spaltes 5 sowie andere Abmessungen und Propor­ tionen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, in gleicher Weise nicht notwendigerweise so sind, wie sie ein erfahrener Praktiker auswählen würde.

Das kugelförmige den Rotor tragende Kreiselgehäuse 6, 9 mit einem Haupt-Kreiselrotor 21 und den anderen von ihr umschlossenen Teilen ist so ausgelegt, daß es eine mittlere Dichte auf­ weist, die gleich der Lagerflüssigkeit in dem Spalt 5 ist, so daß das Kreiselgehäuse 6, 49 schwimmend in einem im wesent­ lichen neutralen Gleichgewichtszustand in der Flüssigkeit gelagert ist. Weiterhin kann das Kreiselgehäuse 6, 49 mit Hilfe üblicher Kugelzentrier- und Lagerungsanordnungen so gehalten werden, daß sich ein Spalt 5 mit normalerweise gleichförmiger Breite von beispielsweise 0,254 mm zwischen dem Kreiselgehäuse und der benachbarten in ihrer Form übereinstimmenden Oberfläche 8 er­ gibt. Für diesen letztgenannten Zweck können Flüssigkeits­ druck-Puffersysteme, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, verwendet werden.

In Fig. 1 liefert eine Flüssigkeitspumpe 84, die eine übliche Membran- oder andere Flüssigkeitspumpe sein kann, eine kon­ stante Strömung der Lagerflüssigkeit an die verschiedenen Flüssigkeitsdruckpuffer, beispielsweise durch einen Eingangs­ kanal 83, wobei die Flüssigkeit von dem durch den Spalt 5 ge­ bildeten Volumen beispielsweise über einen Auslaßkanal 63 aus­ strömt, um kontinuierlich durch die Pumpe 84 in Zirkulation versetzt zu werden. Fig. 2 zeigt in einem veränderten Maßstab eine derartige Flüssigkeitsdruck-Puffereinrichtung, bei der ein Eingangskanal 91, der durch eine Bohrung in dem unteren Gehäuseteil 13 gebildet ist, Lagerflüssigkeit durch eine in der Mitte angeordnete Einschnürung 61 liefert. Die in der Mitte angeordnete Einschnürung 61 umgibt eine kreisförmige Anordnung 89 von relativ offenen Öffnungen, wie z. B. 60 und 62 zum Auffangen der Flüssigkeit in einem kreisringförmigen Sammler 64 zur Rückführung an die Pumpe 84 über den Auslaß­ kanal 63. Es ist verständlich, daß die Kanäle 64, 91 in der Zeichnung nicht miteinander verbunden sind, sondern in ge­ trennten Ebenen liegen, die einen Abstand voneinander unter der Zeichenebene aufweisen. Fig. 1 zeigt die Verwendung von zwei diametral gegenüberliegenden Flüssigkeitsdruck-Puffer­ einrichtungen, die in dem Gehäuseteil 13 angeordnet sind. Es ist verständlich, daß ein ähnliches zweites Paar von diametral gegenüberliegenden Flüssigkeitsdruck-Puffereinrichtungen nor­ malerweise in dem oberen Gehäuseteil 1 angeordnet ist und daß diese normalerweise symmetrisch in einer Ebene angeordnet sind, die sich unter rechten Winkeln zu der Ebene nach Fig. 1 er­ streckt und die vertikale Achse der Zeichnung einschließt.

Die Wirkung der Flotationsflüssigkeit, die in die Flüssig­ keitsdruck-Puffereinrichtungen strömt, besteht darin, das den Rotor tragende Kreiselgehäuse 6, 49 in der Kugel zentriert zu halten, die durch die Kugeloberfläche 8 umgrenzt ist. Wie es weiter oben erläutert wurde, ist das den Rotor tragende Kreiselgehäuse 6, 49 durch Flotationskräfte balanciert, die be­ strebt sind, dieses Kreiselgehäuse zu lagern und im wesentlichen auf das Kreiselgehäuse einwirkende Schwerkraft- und Beschleuni­ gungskräfte zu kompensieren. Es sind jedoch in den meisten Fällen kleine Restkräfte und Beschleunigungen vorhanden, die eine akkumulative Relativbewegung zwischen dem Kreiselgehäuse 6, 49 und der in ihrer Form übereinstimmenden Oberfläche 8 her­ vorrufen könnten, wenn das Kreiselgerät Translationsbewegungen ausgesetzt wird, so daß der Spalt 5 ungleichförmig wird. Wenn derartige Abweichungen auftreten, treten Änderungen der Größe des Spaltes 5 an den verschiedenen Flüssigkeitsdruck-Puffer­ einrichtungen auf, so daß sich Druckänderungen in den Volumen unmittelbar oberhalb jeder eingeschnürten Öffnung 61 ergeben, wobei diese Druckänderungen andererseits in wünschenswerter Weise das Kreiselgehäuse 6, 49 in kompensierender Weise neu einstellen. Entsprechend hält das zentrierende Flüssigkeits­ druck-Puffersystem das Kreiselgehäuse 6, 49 in einer normalen gleichförmigen Entfernung von der Kugeloberfläche 8 um die Freiheitsachsen des Kreiselgehäuses herum während sich gleich­ zeitig eine kontinuierliche Strömung der Lagerflüssigkeit zwischen den Eingängen und Ausgängen jedes Flüssigkeitsdruck- Puffers ergibt.

Das beschriebene Kreiselgerät kann selbstverständlich auch andere bekannte Flüssigkeitsdruck-Puffer-Lageranordnungen verwenden, wie z. B. die Lager- und Zentriersysteme nach den britischen Patentschriften 7 98 107 und 8 67 867 oder gemäß den US-Patentschriften 32 52 340 und 33 47 105.

Ein Beispiel für einen Primärkreisel und ein Steuersystem innerhalb des Kreiselgehäuses 6, 49 ist in Fig. 1 gezeigt und es ist zu erkennen, daß diese Teile auf dem kreisringförmigen Verbindungsteil 16 des Kreiselgehäuses befestigt sind. Der Haupt­ kreisel weist eine Welle 19 auf, die zwischen gegenüberlie­ genden Vorsprüngen 17, 36, die einstückig mit dem Verbindungs­ teil 16 ausgebildet sein können, mit Hilfe von Schrauben 18 befestigt ist. An dieser nicht rotierenden Welle 19 ist der Statorkäfig 23 eines Elektromotors befestigt, der im Inneren einen Stator 24 und eine Stator-Erregungswicklung 25 trägt. Die Wicklung 25 ist mit Erregungsanschlüssen 20, 51 versehen, die durch elektrische Isolatoren, wie sie beispielsweise bei 22 gezeigt sind, hindurchlaufen und sich damit durch die End­ wand des Statorkäfigs 23 erstrecken. Der Hauptkreiselrotor 21 ist drehbar auf der nicht rotierenden Welle 19 mit Hilfe von zwei Lagern 30 befestigt, die in einen einstückigen Vorsprung oder eine Nabe 26 des Rotors eingesetzt sind. Ein auf der Nabe 26 befestigter Hysteresering 27 bildet den Rotor des Antriebsmotors. Dieser Motor kann aus einer einphasigen Lei­ stungsquelle mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Phasenschieber­ kondensators betrieben werden.

Diese Anordnung weist den weiteren Vorteil auf, daß Stabili­ sierungselemente und Ballistikelemente ohne weiteres innerhalb der Kugelschale 6, 49 angeordnet werden können. Eine allge­ mein übliche Flüssigkeitsballistik wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 29 90 623 gezeigt ist, und die nach Art einer geschlossenen Schleife ausgebildet ist, kann in der üb­ lichen Weise verwendet werden, um dem Kreisel meridiansuchende Eigenschaften zu verleihen. Ein derartiges Ballistikelement weist erste und zweite Vorratsbehälter 50, 55 auf, die am Inneren des Kreiselgehäuses 6, 49 befestigt sind und teilweise mit einer Flüssigkeit 54 gefüllt sind, wie z. B. mit einer im Handel erhältlichen Fluorkohlenstoffflüssigkeit. In der neutralen Stellung des Kreiselgerätes füllt die Flüsigkeit 54 außerdem ein Rohr 52, das die Böden der Vorratsbehälter 50, 55 miteinander verbindet. Ein Gaskanal 53 verbindet die oberen Enden der Vorratsbehälter 50, 55, so daß ein Gas, wie z. B. Luft frei zwischen den Vorratsbehältern strömen kann, wenn das Kreiselsystem kippt. Die Stabilisation des schwimmenden Systems wird in allgemein üblicher Weise durch einen kleinen Wendekreis erreicht, der an der Basis 35 eines Jochs 33 auf der Welle 19 gehaltert ist. Ein Rotor 31 des Wendekreisels ist in Lagern um eine normalerweise vertikale Achse in einem Kar­ danrahmen 32 drehbar gelagert und dieser Kardanrahmen 32 ist um eine normalerweise horizontale Achse in Lagern 34 drehbar gelagert, die in dem Joch 33 befestigt sind. In üblicher Weise ist eine (nicht gezeigte) Federrückführung zwischen dem Kar­ danrahmen 32 und dem Joch 33 angeordnet, um die Drehung des Kardanrahmens 32 bezüglich des Joches 33 zu hemmen, wobei dies in herkömmlicher Weise die üblichen Korrektur-Stabilisierungs­ kräfte auf das schwimmende System hervorruft. Die Vorrichtung innerhalb des Kreiselgehäuses 6, 49 ist so angeordnet, daß die Baugruppe in gewisser Weise Pendeleigenschaften aufweist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß das dem Kreiselgehäuse 6, 49 zugeordnete Meßelement frei von allen unerwünschten Zwangskräften ist, so daß es eine zuverlässige Anzeige der Richtung bezüglich der Nordrichtung mit großer Präzision liefert. Es ist jedoch erforderlich, elektrische Leistung zuzuführen, um die Kreiselrotoren 21 und 31 anzu­ treiben und um von dem Kreiselgehäuse 6, 49 in Form von brauch­ baren elektrischen Signalen Daten abzuleiten, die die Ausrich­ tung des Kreiselgehäuses bezüglich des Außengehäuses 1, 13 angeben.

Im einzelnen ist es erwünscht, Zuführungswege für Betriebs­ leistung und für diese elektrischen Datensignale zu schaffen, ohne das schwimmende Meßelement während des Betriebs zu stören und Zwangskräften auszusetzen, wobei weiterhin das gewünschte Endergebnis ohne die Einführung einer größeren Kompliziertheit erzielt werden soll, wie dies beispielsweise bei Verwendung des oben erwähnten servogetriebenen Zwischengehäuses für das Meßelement der Fall ist, was zu zusätzlichen Komplikationen führt. Zu diesem Zweck verwendet das soweit beschriebene Kreisel­ gerät in der in Fig. 1 und insbesondere in den Fig. 3 und 4 erkennbaren Weise ein System von Elektroden, das mit der elek­ tolytischen Lagerflüssigkeit in dem Spalt 5 zusammenwirkt, um elektrische Ströme durch den Elektrolyten zwischen diesem Elektroden zu übertragen. Dieses Elektrodensystem sowie die damit zuammenwirkende Schal­ tung erfüllen daher in einer integrierten Anordnung zwei Funktionen, nämlich die des Antriebs des Kreiselrotors mit Hilfe einer äußeren Wechselstromleistungsquelle 114 (Fig. 4) sowie die der Ableitung von Daten bezüglich der Azimutstellung der Kugel­ oberfläche 9 des Kreiselgehäuses, bezüglich der Position des Außengehäuses 1, 13 sowie der Zuführung dieser Daten in brauchbarer Form an eine äußere Nutzeinrichtung 136.

Wie es insbesondere aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, weist die Oberfläche 9 eine symmetrische Polelek­ trode 70 auf, die zur Einführung eines elektrischen Stromes von der Quelle 114 in das Kreiselgehäuse 6, 49 dient, und zwar für beide Zwecke. Dies wird dadurch erreicht, daß die Quelle 114 mit Erde und mit einer Polelektrode 71 verbunden wird, die sich gegenüberliegend zur Polelektrode 70 in der Ober­ fläche 8 befindet oder in diese eingelegt ist, so daß ein Strom zwischen den Elektroden 70 und 71 durch die Elektro­ lytflüssigkeit in dem Spalt 5 fließt. Dieser Strom fließt, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist, über den Anschluß 66, eine Leitung 65, den Anschluß 51, die Motorwicklung 25, den Anschluß 20 und die Leitung 15 zu dem Anschluß einer kreis­ ringförmigen Elektrode 14, die sich vollständig um einen Äquator­ bereich der Oberfläche 9 des Kreiselgehäuses 6, 49 herum erstreckt. Die Elektrode 14 weist aus noch zu erläuternden Gründen eine Form auf, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist. Der Stromübergang über die Elektrolytflüssigkeit im Spalt 5 er­ folgt ein zweites Mal durch die Verwendung von 4 unter gleichen Abständen angeordneten Elektroden 11, 100, 38, 101, die mit Ab­ stand um die kreisringförmige geformte Elektrode 14 herum ent­ lang von Meridianlinien der Oberfläche 9 angeordnet sind. Jede der Elektroden 11, 100, 38, 101 ist ein vertikal ausge­ richteter elektrisch leitender Streifen, der an der Ober­ fläche 8 befestigt oder in diese eingelegt ist. In den Elek­ troden 11, 100, 38, 101 fließende Ströme fließen durch die jeweiligen Leitungen 110, 111, 113 und 112 und addieren sich am gemeinsamen Verbindungspunkt einer selsynartigen induktiven Einrichtung 121, von wo aus sie über eine Leitung 122 zum ge­ erdeten Anschluß der Quelle 114 zurückkehren. Im normalen Betrieb des Kreiselgerätes ist die Oberfläche 9 im wesentlichen innerhalb der Oberfläche 8 zentriert, so daß unabhängig von der Azimutstellung der Oberfläche 9 bezüglich der Elek­ troden 11, 100, 38, 101 ein im wesentlichen konstanter Gesamt­ strom durch den elektrischen Kreis fließt und die Kreiselro­ toren 21, 31 werden entsprechend durch eine im wesentlichen konstante Antriebsspannung angetrieben, wenn im wesentlichen konstante Antriebsspannung angetrieben, wenn sie sich im ein­ geschwungenen Betriebszustand befinden.

Um die gewünschten Azimut-Positionsdaten an die Nutzeinrich­ tung 136 zu liefern, spielen die selsynartige Einrichtung 121 und die zugehörigen Schaltungen eine spezielle Rolle. Beispiels­ weise ist die Abgriffelektrode 11 über die Leitung 110 über einen Abgleichwiderstand 115, der einstellbar sein kann, mit einer Wicklung 117 der selsynartigen induktiven Einrichtung 121 verbunden. Drei analoge zusammenwirkende Schaltungen schließen die Abgriffelektroden 100, 38, 101, die Leitungen 111, 113, 112, die Widerstände 116, 120, 133 und die Selsyn­ wicklungen 118, 119, 132 ein.

Es ist zu erkennen, daß die Aufteilung des von der Quelle 114 aus fließenden Gesamtstromes auf die Abgriffelektroden 11, 100, 38, 101 durch die Form der kreisringförmigen Elektrode 14 sowie ihrer Azimutstellung bestimmt ist. Wie es in Fig. 4 für eine repräsentative Azimutstellung der Oberfläche 9 zu erkennen ist, weist die kreisringförmige Elektrode 14 ihren schmalsten Teil gegenüberliegend zur Abgriffelektrode 11 auf, während ihr breitester Teil der Abgriffelektrode 38 gegenüber­ liegt. Die Abgriffelektroden 100, 101 liegen eine mittlere und gleiche Breite aufweisenden Teilen der kreisringförmigen Elektrode 14 gegenüber. Wenn sich die Oberfläche 9 gegen­ über der Oberfläche 8 dreht, ist zu erkennen, daß sich die Amplituden der aus den Abgriffelektroden 11, 100, 38, 101 ausfließenden Ströme zyklisch in 90°-Phasenbeziehungen derart ändern, daß sie sich in entsprechender Weise zyklisch ändernde Felder in den jeweiligen induktiven Selsynwicklungen 117, 118, 119, 132 erzeugen. Weil die selsynartige induktive Einrichtung 121 vom üblichen Transsolvertyp ist, wird ein drehbarer Magnet­ feldvektor durch das Zusammenwirken der Wicklungen 117, 118, 119, 132 erzeugt, und die Richtung dieses Magnetfeldvektors stellt die momentane Azimutstellung der Oberfläche 9 dar. Es ist verständlich, daß die Transsolver-Selsyneinrichtung 121 eine übliche Selsyneinrichtung von der Art sein kann, die zwei mittelangezapfte Rotoreingangswicklungen aufweist, wie sie bei üblichen Differentialresolvern verwendet werden und die weiterhin einen 2- oder 3-Wicklungs-Stator eines üblichen Resolvers oder Synchros aufweist. Eine manuelle Breitengrad- Steuerkursfehler-Einstellung kann durch einen Kopf 131 über ein mechanisches Gestänge 130 erreicht werden. Auf diese Weise kann die tatsächliche Azimutrichtung der Oberfläche 9 über die sterngeschalteten Selsynwicklungen 135 in Form von Drei­ draht-Selsyndaten zu irgendeiner Nutzeinrichtung 136 über­ tragen werden.

Um einen im wesentlichen konstanten Strom zwischen den Pol­ elektroden 70 und 71 zu erzielen, wird die Elektrode 71 üblicher­ weise größer gemacht als die Elektrode 70, so daß, wenn das Kreiselgehäuse 6, 49 eine relative Kippbewegung ausführt, die aktiven zusammenwirkenden Leitfähigkeitsflächen für dieses Elektrodenpaar über einen entsprechend großen Kippbereich im wesentlichen konstant bleiben. Ebenfalls zur Erzielung eines im wesentlichen von Kippbewegungen unabhängigen Betriebes sind die verschiedenen Abgriff-Streifenelektroden 11, 100, 38, 101 wesentlich länger als die maximale Breite der kreisringförmigen Elektrode 14. Daher bleiben die Leistungszufuhr- und Azimut­ abgriffunktionen der neuartigen Elektrodenanordnung zuverläs­ sig konstant, selbst wenn das Kreiselgerät-Außengehäuse 1, 13 gegenüber der Vertikalen erheblich gekippt wird, wie dies bei­ spielsweise beim Betrieb eines Kreiselkompasses an Bord eines Schiffes auftreten kann.

Um den gewünschten Ausgang der Transsolvereinrichtung 121 zu liefern, weist die kreisringförmige Elektrode 14 eine Breite an jedem Punkt auf, die eine Konstante plus einer zweiten Kon­ stante gleich oder kleiner als die erste Konstante multipliziert mit dem Sinus der Longitudinalposition des jeweiligen Punktes an der kreisringförmigen Elektrode 14 ist. Wenn eine derartige Elektrode auf die Oberfläche 9 aufgebracht und in der Weise betrachtet wird, wie sie in Fig. 4 erscheint, hat sie gerade Seiten. Andererseits weist eine abgewickelte Ansicht der Elektrode 14 ein sinusförmiges Aussehen auf, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Es ist dann zu erkennen, daß sie aus einer symmetrischen Elektrode 14 besteht, bei der die beiden Seiten 14 a, 14 c gleichphasig sinusförmig sind; die Seite 14 c kann auch durch eine gerade Seitenkante 14 b ersetzt werden. Es ist für den Fachmann verständlich, daß die Elektrodengrößen, die Breite des Spaltes 5 und die Leitfähigkeit der Tragflüssigkeit bezüglich des ausgewählten Kreiselmotors und der Transsolver- Selsyneingangsimpedanzen so bemessen sind, daß die Größe des in einer vorgegebenen Wicklung der Wicklungen 117, 118, 119, 132 fließenden Stroms in erheblichem Ausmaß durch die effek­ tive Überlappungsfläche der betrachteten Abgriffelektrode und der kreisringförmigen Elektrode 14 beeinflußt ist.

Um ein in der Herstellung relativ wenig aufwendiges Kreisel­ gerät zu schaffen, sind weiterhin wesentliche Teile des Krei­ selkompasses aus ausgewählten nichtporösen Spritzguß-Kunst­ stoffmaterialien hergestellt, die mit der verwendeten elek­ trolytischen Lagerflüssigkeit kompatibel sind und die im we­ sentlichen konstante physikalische Eigenschaften beispielsweise zwischen -78°C und +100°C aufweisen. Ein hoher elektrischer spezifischer Widerstand ist ebenfalls wünschenswert und dieser spezifische Widerstand kann mit ohne weiteres auf dem Markt erhältlichen Kunststoffmaterialien erreicht werden. Brauch­ bare Materialien, die direkt die erforderlichen aufplattierten Metallelektroden tragen (die aufgesprüht oder auf andere Weise gebildet sind) sind mineral- oder glasfaserverstärkte Diallyl­ phthalate oder mineral- oder glasfaserverstärkte Epoxyharze. Hermetische Abdichtungen, die bei 12 und 16 in Fig. 1 erfor­ derlich sind, können in einfacher Weise unter Verwendung von Epoxy- oder anderen ähnlichen Klebemitteln hergestellt werden. Obwohl auch andere Elektrolytflüssigkeiten ohne weiteres ver­ wendet werden können, kann die Flotationsflüssigkeit bei­ spielsweise eine bekannte Äthanol-Wassermischung sein, der Jodkalium beigemischt ist, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen, wobei zumindest 55 Gewichtsprozent der Mischung Äthanol sind, wenn ein Einfrieren oberhalb von -40°C vermie­ den werden soll. Zur Steuerung des pH-Wertes kann eine Spur von Natriumtetraborat hinzugefügt werden. Die Art der Flota­ tionsflüssigkeit insbesondere hinsichtlich ihrer Dichte hängt stark von den Eigenschaften des schwimmenden Kreiselgehäuses ab und die oben erwähnte Flüssigkeit wurde lediglich erwähnt, um ein Bei­ spiel einer Flüssigkeitsmischung zu geben, von denen viele be­ kannt sind, um einen weiten Bereich von brauchbaren Eigen­ schaften zu erzielen.

Das beschriebene Kreiselgerät vermeidet die zusätzlichen Aufwendungen und Komplikationen eines servo­ getriebenen Innengehäuses auf Grund der nützlichen Verwendung eines elektrolytischen Abgriffsystems, das nicht nur eine vollständige 360°-Azimut-Ablesung des Krei­ selgerätes ergibt, sondern auch in einfacher Weise die not­ wendige Antriebsleistung an die Kreiselrotoren zuführt, die in dem Kreiselgehäuse angeordnet sind. Das Elektrodensystem er­ möglicht eine drehmomentfreie Ablesung der wahren Azimutdaten, zweckmäßigerweise in Selsyn-Datenübertragungsformat, der Rela­ tivstellung des Kreiselgehäuses bezüglich des Instrumentengehäuses um eine Achse, wobei die Ablesegenauigkeit im wesentlichen un­ abhängig von Bewegungen des Außengehäuses über einen erheblichen Bereich um orthogonale Achsen ist. Zusätzlich ergeben sich verringerte Herstellungs- und Wartungskosten sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit gegenüber den bekannten Kompaßanordnungen. Schließlich ist die beschriebene Elek­ trodenanordnung auch ohne weiteres bei schwimmenden Elementen, die keine Kugelform aufweisen, beispielsweise bei kreisförmigen zylindrischen Elementen, die sich bei auf dem Land verwendeten Kreiselkompassen als brauchbar herausgestellt haben, verwendbar.

Claims (12)

1. Kreiselgerät mit einem Außengehäuse, das einen Innenhohlraum mit zumindest einem ersten Pol­ bereich und einem ersten Äquatorbereich auf­ weist, mit einem Kreiselgehäuse, das eine Außen­ oberfläche aufweist, deren Form mit der Form des Innenhohlraums übereinstimmt, so daß ein kontinuierlicher Spalt zwischen dem Innenhohl­ raum und der Außenoberfläche gebildet wird und das zumindest einen zweiten Polbereich und einen zweiten Äquatorbereich aufweist, mit Krei­ selrotorelementen, die in dem Kreiselgehäuse angeordnet sind, um dieses pendelnd auszubilden und normalerweise die ersten und zweiten Pol­ bereiche in überlappender Beziehung zu halten, mit einer elektrisch leitenden Rotationsflüs­ sigkeit, die in dem Spalt angeordnet ist, mit ersten dem Innenhohlraum zugeordneten Elektro­ denelementen in Form einer Anzahl von getrenn­ ten Elektroden, mit zweiten Elektrodenelementen, die dem Kreiselgehäuse zugeordnet sind und mit den ersten Elektrodenelementen und der elektrisch leitenden Flotationsflüssigkeit zur Leitung von Strömen zusammenwirken, mit auf die relativen Größen der zwischen den ersten und zweiten Elek­ trodenelementen fließenden Ströme ansprechenden Einrichtungen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die die relativen Azimutpositionen des Kreisel­ gehäuses und des Außengehäuses darstellen, und mit Kopplungseinrichtungen zum Koppeln elektri­ scher Ströme über den Spalt zu den zweiten Elektrodenelementen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Elektrodenele­ mente durch eine sich kontinuierlich um die Außen­ oberfläche (9) des Kreiselgehäuses (6, 49) erstreckende und an dem zweiten Äquatorbereich angeord­ nete zweite Elektrode (14) gebildet sind, die eine Breite aufweist, die sich in vorgegebener Weise zwischen einem Minimalwert und einem Maximal­ wert ändert.

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Breite der zweiten Elektrode (14) als eine Periode einer Sinusfunktion des Äquatorwinkels von dem Wert der minimalen Breite aus ändert.

3. Kreiselgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite an jeder aufeinanderfolgenden longitudinalen Win­ kellage an der zweiten Elektrode (14) als Funktion einer ersten vorgegebenen Konstante plus einer zweiten vorgegebenen Konstante multipliziert mit dem Sinus des Winkels der longitudinalen Winkelposition ändert.

4. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhohlraum und das Kreiselgehäuse kugelförmig sind und daß eine Kante der zweiten Elektrode (14) mit einer Breitengradlinie des kugelförmigen Kreiselgehäuses (6, 49) zusammenfällt.

5. Kreiselgerät nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten mit Ab­ stand angeordneten getrennten Elektrodenelemente jeweils durch unter gleichen Abständen angeordnete langgestreckte Elektrodenteile (11, 100, 38, 101) gebildet sind, die jeweils eine lange Ab­ messung aufweisen, die sich entlang eines jewei­ ligen Längengrades der Oberfläche (9) des kugelför­ migen Kreiselgehäuses (6, 49) erstreckt.

6. Kreiselgerät nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lange Abmessung der ersten Elektrodenteile (11, 100, 38, 101) we­ sentlich größer als der maximale Wert der Breite der zweiten Elektrode (14) ist.

7. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung von die relativen Azimutpositionen darstellenden Ausgangssignalen durch induktive Einrichtungen (121) gebildet sind, die erste Mehrfachwicklungen (117, 118, 119, 132) mit vier Eingangsteilen, zweite Mehrfachwicklungen (135) mit drei Ausgangsteilen und Wähleinrichtungen (131) zur Einstellung der relativen Winkelstellungen der ersten und zweiten Mehrfachwicklungen (117, 118, 119, 132; 135) entsprechend dem Erdbreitengrad umfassen.

8. Kreiselgerät nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wicklungen (117, 118, 119, 132; 135) der ersten und zweiten Mehrfachwicklungen jeweils mit ersten und zwei­ ten gemeinsamen Verbindungsteilen verbunden sind.

9. Kreiselgerät nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß weiterhin eine Wechselstromquelle (114) vorgesehen ist, die zwischen den Kopplungseinrichtungen (70, 71) und den ersten gemeinsamen Verbindungsteilen ange­ schaltet ist, und daß die Wicklungen (117, 118, 119, 132) der ersten Mehrfachwicklungen jeweils mit einem jeweiligen der langgestreckten Elek­ trodenteile (11, 100, 38, 101) verbunden sind.

10. Kreiselgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mehrfachwicklungen (135) drei Ausgänge aufweisen, die Dreidraht-Positionsdaten an Nutz­ einrichtungen (136) liefern.

11. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselrotorelemente (21) den Rotor antreibende Statorwicklungen (25) einschließen, die in Serie mit den Kopplungseinrichtungen (70, 71) und den zweiten Elektrodenelementen (14) ge­ schaltet sind.

12. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse Hydraulikeinrichtungen (84) aufweist, die zusammenwirkend mit dem kontinuier­ lichen Spalt gekoppelt sind, so daß die elektrisch leitende Flutationsflüssigkeit kontinuierlich in Zirkulation versetzt wird und die Breite des Spal­ tes (5) im wesentlichen konstant ist.