DE687020C - Kreiselvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHIS REICH

AUSGEGEBEN AM
20, JANUAR 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE-42c GRUPPE

S .102915 IXbJ42c HO

Kreiselvorrichtung

Patenterteilung bekanntgemacht am 21. Dezember 1939

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch Druckmittelstrahlen angetriebenen Kreisel mit drei Freiheitsgraden, der beim· Abweichen seiner Umlaufachse aus einer bestimmten Richtung durch Präzessionskräfte zurückgestellt wird, welche durch Drehmomente um eine senkrecht zur Umlaufachse verlaufende -Empfindlichkeitsachse erzeugt werden;

Es ist bekannt, das Kippen eines Kreiselläufers, welches beispielsweise durch Erschütterungen, Lagerreibung oder nicht ganz einwandfreie Auswuchtung verursacht sein kann, durch von Drückmittelstrahlen ausgeübte Korrektionsmomente zu verhindern. Für diesen Zweck wird beispielsweise eine ■ die Kreiselabluft steuernde Pendelvorrichtung vorgesehen.

Nach' der Erfindung werden die Drehmomente, welche die den Kreiselläufer beim Abweichen seiner Umlauf achse zurückstellenden Präzessionskräfte erzeugen, durch Abschirmung oder Umlenkung der den Kreisel antreibenden Druckmittelstrahlen erzeugt. Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß bereits der Vorschlag gemacht wurde, die zum Antrieb des Kreiselläufers dienenden Druekmittelstr-ahlenauch zu dessen Aufrichtung zu benutzen. Nach diesem Vorschlag ist die angestrebte Wirkung jedoch infolge Zugrunde-

"legens falscher Voraussetzungen nicht erzielbar. . · ■

In Ausbildung der Erfindung wird das rückstellende Drehmoment dadurch erzeugt, daß beim Abweichen der Kreiselumlauf achse eine Schirmplatte in den Weg des antreibenden Druckmittelstrahles tritt. Statt dessen kann der Kreiselläufer, einen mitumlaufenden Umlenkring erhalten, auf den der Antriebsluftstrahl auftritt.

Weitere'Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und werden an Hand .der Beschreibung mehrerer Ausführungsbedspiele näher erläutert.

Abb. ι ist ein lotrechter Schnitt durch einen luftgetriebenen Richtkreisel.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie 2-2 .der Abb. 1.

In Abb. 3 sind die Luftdüsen mit Schirm-.platte bei Neigung des Kreiselläufers ver-'größert dargestellt. ■ _- ■

Abb: 4 zeigt im Schnitt eine andere Luft-■düsenausbildung.

Abb. 5 ist ein lotrechter Schnitt entsprechend dem der Abb. 2 durch eine andere Äusführungsform des Kreiselgerätes.

Abb. 6 gibt die Ansicht eines Kreiselläufers für das Zusammenwirken · mit einer Einzeldüse wieder. - - - ■ - .- .-.·..·

Abb. 7 ist ein Schnitt durch eine Ausführung, bei der ein Pendel zur Abschirmung der Antriebsluft dient.

Abb. 8 ist ein Schnitt durch ein Gerät mit lotrechter Kreiselumlaufachse.

Abb. 9 zeigt die Einzeldarstellung eines Teiles der Abb. i.

Es wird zunächst auf die Abb. ι bis· 3 Bezug genommen. Der Kreisel sitzt in einem to Gehäuse i, das mit einem Schauglas 2 .versehen ist und rückseitig eine: Öffnung 3 besitzt, vor der Drahtgaze angebracht ist und durch welche die Abluft des Kreiselantriebes entweichen kann. In dem Gehäuse ist mit lotrechter Achse 4, 5 der Kardanrahmen 6 gelagert, der auf waagerechten Zapfen 8, 9 den Kreiselumlauf achsenträger 7 trägt. Der Kreiselläufer 10 ist mit waagerechter Achse 11 im Umlaufachsehträger 7 gelagert, wobei die ao Achse 11 rechtwinklig zur Achse 8, 9 liegt. Der Kreiselläufer ist an seinem Umfang mit Schaufeln 12 versehen, so daß er durch einen oder mehrere Luftstrahlen'in bekannter Weise vermöge Überdruck oder Unterdruck angetrieben werden kann. Die Zeichnung zeigt Überdruckantrieb. Die Luft wird durch einen nicht gezeichneten Schlauch zur Schlauchkupplung 13 geleitet und strömt durch Kanäle 14 in der Hülse 15 in den Raum 16 der äußeren Hülse 17 des Kardanrahmens und dann durch den Kanal 18 in mehrere Kanäle 19, die zu den Düsen 20, 21 führen.

Bei dem dargestellten Gerät finden zwei nebeneinander in gleicher Höhe etwas oberhalb der durch die Zapfen 8, 9 gelegten Ebene angeordnete Düsen Verwendung, deren Strahlen die Bodenfiäche der Schaufeln etwa in der' Höhe der waagerechten Zapfenebene 8, 9 treffen. Bei solcher Düsenanordnung wird auch dann ein wirksamer Antrieb erzielt, wenn vorübergehend zwischen dem Kreisel-. , läufer und dem Kardanrahmen eine große ■ Relativbewegung besteht. Die beiden Düsen sind von der lotrechten Mittelebene des Kreiselläufers gleich weit entfernt angeordnet. Zwischen dem- Läufer und den Düsen sitzt eine Schirmplatte22. Bei Befestigung der ■ Düsen am lotrechten Ringe sitzt die Schirmplatte am Umlauf achsenträger 7, so daß sie dessen Bewegungen mitmacht. Die Schirmplatte hat einen Schlitz 23, dessen obere Schneide sich bei waagerechter Lage des Um- . laufachsenträgers 7 ebenfalls waagerecht und somit parallel zu den beiden Düsenöffnungen ^: befindet, vorzugsweise in gleicher Höhe oder ■■ ein wenig unterhalb des oberen Teiles der Düsen (Abb. ι und 2). Bei Neigung des Umlaufachsenträgers 7 gegen den Kardanrahmen 6 bekommt die Schneide des Schlitzes eine .60 Schräglage und fängt den ganzen Luftstrom der einen Düse oder den größten Teil davon ab (Abb. 3). Hierdurch entsteht eine Rückwirkung des abgefangenen Strahles an der Schirmplatte 22, deren Hauptkomponente waagerecht gerichtet ist. Da die Düse auf einer Seite der durch die beiden Kardanachsen gelegten lotrechten Ebene liegt, ergibt sich ein Drehmoment um die lotrechte Achse des Kardanrahmens 6, wodurch eine Präzession "des Kreisels um seine waagerechte Kardanachse 8, 9 verursacht und die Kreiselumlaufachse in ihre waagerechte Lage zurückgeführt wird. ' Bei' Neigung in entgegengesetzter Richtung kehrt sich das Drehmoment entsprechend um.

Der nicht abgeschirmte Strahl treibt den" Läufer 12 weiterhin an, ohne ein merkliches Drehmoment um die lotrechte Kardanachse auszuüben, weil bei Neigung des Umlaufachsenträgers 7 der nicht abgeschirmte Strahl etwa in der Mitte auf den Boden der Schaufeln auftrifft. Falls die Wirkung der beschriebenen Anordnung mit parallelen Düsen nicht ausreichend ist, können die Düsen etwas geneigt werden, wie bei 20', 21' in Abb. 4 gezeigt ist. Durch diese Maßnahme werden dieStrahlen stets nach der Mitte des Schaufelbodens gerichtet, und es kann von dem nicht abgefangenen Antriebsstrahl kein präzessions- " auslösendes Drehmoment ausgeübt werden. go

Die Abb. 5 und 6 zeigen, wie das berichtigende Drehmoment ohne die Verwendung einer Schirmplai^te erzielt werden kann. In diesem Fall erstrecken sich die Schaufeln 12 nicht über die ganze Zylinderfläche des Kreiselläufers, sondern sind durch beiderseits vorgesehene Umlenkringe 24, 25 begrenzt (Abb. 5) oder durch einen einzigen Umlenkring 26 in der Mitte des Läufers unterteilt (Abb. 6).

Nach Abb. 5 treffen beide Strahlen während des normalen Betriebes bei lotrechtem Läufer nur den, Boden der Schaufeln., und es wird nur eine geringe oder gar keine Rückwirkung auf die den Läufer begrenzenden Ringe ausgeübt. Neigt sich dieser aber z. B. im Uhrzeigersinn, so übt der Strahl der Düse 20 auf den Seitenflansch 24 ein Drehmoment aus, das um die lotrechte Kardanachse derart wirkt, daß es diese Seite des Läufers relativ zur Päpierebene nach hinten zu drehen versucht. Auf Grund dieses Drehmomentes präzediert der Kreisel um seine waagerechte Achse und wird infolge dieser Präzessionsbewegung in seine Normallage zurückgeführt. Entsprechend wirkt bei Neigung des Läufers in der entgegengesetzten Richtung der Strahl 21 auf den Umlenkring und führt den Kreisel wieder in die Normalstellung zurück. Infolge der Anordnung der Düsen in der Nähe der Umlenkrihge wird eine sehr empfindliehe Steuerung erzielt und

ein Abweichen des Kreisels aus seiner Normallage um mehr als einige wenige Grade verhindert, so daß er stets in der günstigsten. Lage für höchste Richtkraft und geringste Störung durch das Rollen und Stampfen des Luftfahrzeuges gehalten wird.

Besitzt der Läufer die Form nach Abb. 6, so kann eine einzige Düse verwendet werden, deren Strahl auf den mittleren Ring 26 trifft und von ihm geteilt wird. Solange die Kreiselumlaufachse waagerecht steht, wird nur ein Antriebsmoment auf den Läufer ausgeübt. Bei Relativneigung des Läufers gegen den lotrechten Ring entsteht außerdem ein seitliches Drehmoment an dem Ring 26 in ähnlicher Weise, wie es auf die Umlenkringe 24, 25 der Abb. S zur Einwirkung gelangt.

Um zu verhindern, daß die Erddrehung Auswanderungen im Azimut hervorruft, kann eine, einstellbare Masse 27 (Abb. 5) auf einen Ansatz des Ringes 7 geschraubt sein. - Durch Einstellung dieser Masse entsprechend der geographischen Breite kann in bekannter Weise ein Auswandern des Kreisels vermieden werden.

Auf diese Weise wird ein Richtkreisel geschaffen, der seine Einstellung über längere Zeitspannen beibehält und auch bei Kurvenflug und anderweitig auftretenden Beschleunigungen verwendungsfähig bleibt, wenn ein Magnetkompaß oder Erdinduktorkompaß ausfällt.

Nach dem Abstellen des Kreisels kann dieser in bekannter Weise durch die glockenförmige Fangeinrichtung 40 verriegelt werden, indem der am Umlaufachsenträger sitzende Zentrierstift festgelegt wird. Zur Betätigung der Feststellvorrichtung -kann ein Hebel 41 vorgesehen sein.

Ein Kreiselgerät der bisher beschriebenen Art kann als Kursanzeigegerät oder Steuergeber für eine selbsttätige Steuerung von Luftfahrzeugen Verwendung finden. Für Steuerzwecke können unten am Kreisel Kontakte angebracht sein, die mit Kontaktrollen 34 zusammenwirken, welche an einem gegenüber dem Gehäuse durch Rückführkabel 36 verstellbaren Teil 35 gelagert sind. Diese Kontaktanordnung bildet nicht den Gegenstand der Erfindung.

Eine Kursänderung oder Berichtigung des Kreisels bei Abweichungen kann in an sich bekannter Weise durch zwei Spulen 37, 38 (vgl. Abb. i, 2 und 9), die am Kardanrahmen sitzen, erfolgen. Die mit den Spulen zusam-

menarbeitenden bogenförmigen Kerne 37', 38' sind an einem Arm 60 des Umlaufachsenträgers 7 befestigt (Abb. 9). Durch Erregung der einen oder anderen Spule kann ein Drehmoment um die waagerechte Kardanachse aus-

geübt und somit eine Präzession im Azimut in der gewünschten Weise herbeigeführt werden. Es besteht also die Möglichkeit, den Kreisel sowohl bezüglich der lotrechten als auch der waagerechten Kardanachse zu berichtigen.

In Abb. 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Lagerung der Düsen und der Schirmplatte vertauscht ist, -indem die Düsen an dem Kreiselumlaufachsenträger angebracht sind, während die Abschirmplatte am Kardanrahmen sitzt. Hierbei ist die Schirmplatte 42 um eine Achse 43 pendelnd gelagert, die oberhalb der Achse 8', 9' des Umlaufachsenträgers 7' parallel zu dieser liegt. Die Luftzuführung zu den beiden Düsen 20' erfolgt, über einen Kanal 18' und den Hohlzapfen 9'." Die beiden Düsen sitzen wiederum beiderseits der lotrechten Kreiselmittelebene, und der Schlitz 23' in der Pendel- platte 42 besitzt -wiederum eine Schneide, die den einen der beiden Luftstrahlen abschneidet, wenn eine Relativneigüng zwischen Umlaufachsenträger und Pendel auftritt. Die Ausübung des Drehmomentes erfolgt in ganz entsprechender Weise wie bei der Ausführung nach Abb. 1.

Dk Anwendung der Erfindung ist nicht auf Richtkreisel beschränkt, wie die in Abb. 8 des weiteren dargestellte Ausführungsform zeigt, welche ein Kreisellot oder einen künstlichen Horizont veranschaulicht. Der Kreiselläufer ist mit normalerweise lotrechter Umlaufachse 50 in einem Gehäuse 51 gelagert, das seinerseits um eine waagerechte Achse 52 im Kardanrahmen 53 schwenkbar ist. Der Kardanrahmen ist rechtwinklig zur Achse 52 gegenüber einem festen Träger 54 drehbar gelagert. Vorzugsweise sind zwei Düsenpaare 120, 121 und 120', 121' für den Antrieb des Läufers vorgesehen. Die Düsen sind bei jedem Paar übereinander in gleichem Abstand beiderseits der Achse 52 des Gehäuses 51 und der anderen Kardanachse angeordnet. Die Düsen kippen daher bei der gezeichneten Ausführung mit dem Kreiselläufer. Für die Steuerung der durch die Düsen austretenden Luftströme sind zwei Pendel 55 und 55' vorgesehen, die um Achsen 56, 56' drehbar sind und an ihrem unteren Ende Gewichte 58 tragen. Die beiden Achsen 56, 56' liegen vorzugsweise in Richtung der Kardanachsen des Kreisels, und die Kanten 57 der Pendelplatten sind tangential zu den Düsenrändern angeordnet. Die Kante 57 kann in der Nähe der Düsen, wie beispielsweise bei 6o' gezeigt ist, ausgeschnitten sein, um die Luftstrahlen beim Vorbeistreichen an der Pendelkante bis dicht an die Symmetrieebene des Kreisels herantreten zu lassen, so · daß sie die Schaufeln in dieser treffen. Neigt sich daher das Kreiselgehäuse z. B. im Uhrzeigersirin, so trifft der Strahl der oberen

Düse Ι2Ό gemäß Abb. 8 auf die Pendelplatte und übt dadurch ein Drehmoment aus, das rechtwinklig zur Pendel drehachse, mit anderen Worten um die Kardannebenachse 52 wirksam ist. Dieses Drehmoment wird durch den Zapfen 56 übertragen und hat eine Präzessionsbewegung um die andere, im Träger 54 gelagerte Kardanachse zur Folge, die die Nachsteuerung des Kreisels, der Pendelstellung entsprechend, herbeiführt.

Wird der Kreisel in der anderen Richtung geneigt, so übt der untere Luftstrahl der Düse 121 ein entgegengesetztes Drehmoment -aus, was eine Nachsteuerung des Kreisels im umgekehrten Sinn zur Folge hat. Die Wirkung der Pendelschiene 55' ist ganz entsprechend, so daß bei Neigungen des Kreisels dieser stets unmittelbar in die Richtung der Lotrechten nachgesteuert wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Durch Druckmittelstrahlen angetrie-. bener Kreisel mit drei Freiheitsgraden, der beim Abweichen seiner Umlaufachse aus einer bestimmten Richtung durch Präzessionskräfte, die durch Drehmomente um eine senkrecht zur Umlaufachse verlaufende Empfindlichkeitsachse erzeugt werden, zurückgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drehmomente durch Abschirmung oder Umlenkung der den Kreisel antreibenden Druckmittelstrahlen erzeugt werden.
2. 2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment dadurch erzeugt wird, daß beim Abweichen der Umlaufachse eine Schirmplatte in den Weg des Druckmittelstrahles oder der Druckmittelstrahlen tritt.
3. 3. Kreisel nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte mit dem Kreiselumlaufachsenträger zwangsläufig verbunden ist.
4. 4. Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte am Kreiselumlaufachsenträger drehbar als Pendel befestigt ist.
5. 5. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Druckmittelstrahl ablenkende Mittel als mit dem Kreiselrotor umlaufender Umlenkring (umlaufende Umlenkringe) ausgebildet ist (sind).
6. 6. Kreisel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen paarweise bei Normalstellung des Kreisels symmetrisch zur Mittelebene des Kreisels angeordnet sind und mit zwei Umlenkringen des Kreiselläufers zusammenarbeiten.
7. 7. Kreisel nach Anspruchs, bei dem die Antriebsdüsen bei der Normalstellung des Kreisels in seiner Mittelebene angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen in der Mittelebene des Kreiselläufers angebrachten Umlenkring.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen