DE3218451C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Horizontiereinrichtung für einen Kurskreisel, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Horizontiereinrichtung ist in der britischen Patentschrift 997 469 beschrieben. Diese weist einen induk­ tiven Abgriff auf, wobei das Erregerfeld durch einen an dem Pendel angebrachten Rückschluß entsprechend der Pendel­ stellung in die Abgriffspule eingekoppelt wird. Das Signal der Abgriffspule dient zum Erzeugen eines Drehmomentes, so daß der innere Rahmen in die Horizontallage nachgeführt wird. Ein Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß Störfelder, die nicht völlig auszuschließen sind, von der Abgriffspule erfaßt werden und entsprechende Fehlersignale erzeugen. Weiterhin ist aus der DE-OS 20 26 993 ein Trägheitspendel bekannt. Dieses Pendel dient ebenfalls zum Anzeigen der Vertikalrichtung. Ein reibungsarm gelagertes Unwuchtrad hat an seinem äußeren Umfang eine Blende, die gleichzeitig ein Gewicht darstellt und damit die Vertikal­ richtung markiert. Diese Blende unterbricht in der ver­ tikalen Stellung einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle auf einen optischen Sensor geworfen wird. Bei einer Schräglage des gesamten Systems wird der Sensor von dem Lichtstrahl erfaßt und gibt ein entsprechendes Signal ab.

Um ein Pendeln des Unwuchtrades wirksam zu bedämpfen, ist ein konzentrisches Rohr auf dem Rad angebracht, das eine Querschnittsverengung aufweist und mit einer Dämpfungs­ flüssigkeit gefüllt ist. Mit diesem Trägheitspendel ist lediglich eine Auslenkung, nicht aber die bei einem Kurskreisel notwendige Information der Richtung der Auslenkung zu gewinnen.

Aus der Literaturstelle "Gyroscopes: Theory and Design", Mc Graw- Hill Book Company, New York 1961, Seiten 88/89, ist ein Gyrocompass mit vertikaler Dämpfung bekannt. Auf dem Kreiselgehäuse ist eine Pendeleinheit montiert, die die Schräglage des Kreiselgehäuses er­ faßt und ein der Schräglage proportionales Signal abgibt. Je ein Momentgeber für die Schräglage und für die Azimutachse sind auf den entsprechenden Achsen montiert.

Das Ausgangssignal der Pendeleinheit wird verstärkt und entsprechend der Schräglage des Kreiselgehäuses auf die beiden Momentengeber geführt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Horizontiereinrichtung für einen Kurskreisel zu schaffen, die eine genaue Sensierung der Abweichung der ersten- bzw. Spinachse von der Horizontalen ermöglicht und störungsun­ empfindlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch ein am ersten Rahmen exzentrisch zur zweiten Achse gelagertes Pendel, beispielsweise an einem Aufhängepunkt der oberhalb der zweiten Achse liegt, erhält man eine sehr platzsparende Lösung, zumal zusätzliche Pendelgewichte entfallen. Die als Differentialabgriff ausgebildete, aus zwei auf dem zweiten Rahmen angeordnete Lichtschranken, einer konzentrisch zur zweiten Achse liegende und auf dem ersten Rahmen zwischen Sensoren und Lichtquelle angeordnete Blende und dem Pendel bestehende Abgriffvorrichtung, die mehrere Signalleitungen und Stromversorgungsleitungen benötigt, braucht nicht mehr wie allgemein üblich auf den ersten Rahmen angeordnet bzw. selbst als Pendel ausgebildet werden, wozu mehrere Schleifkontakte erforderlich waren, sondern kann mit dem zweiten Rahmen verbunden sein, so daß auch aufgrund der geringeren Anzahl von elektrischen Verbindungspunkten eine geringere Störanfälligkeit erreicht wird.

Die Abgriff­ einrichtung ist als Differentialabgriff vorgesehen. Damit ist ge­ währleistet, daß die Nullpunkteinstellung sich nicht verändert. In Verbindung mit optischen Sendern und Sensoren ist hier in vorteilhafter Weise eine einfache und zuver­ lässige Einrichtung geschaffen, wobei die Signale der Sensoren über Ansteuerschaltungen und Momentengeber eine Horizontierung der ersten Achse bewirken.

Das Pendel oder die Blende weist zwei segmentfähige konzentrische Schlitze auf, die in den Lichtwegen der Lichtschranken angeordnet sind. Das Pendel und die Blende sind so ausgebildet und einander zugeordnet, daß die Schlitze, bei horizontierter Spinachse, abgedeckt oder geöffnet sind, so daß jeder der in Differenz­ schaltung verknüpften Sensoren die gleiche Lichtmenge erhält.

Die Blende ist als kreisrunde Scheibe vorgesehen. Hierbei sind in der Normalstellung die Sensoren jedoch nicht überdeckt, sondern erhalten durch die Schlitze die mehr oder weniger volle Lichtmenge.

Weiterbildungsgemäß ist vorgeschlagen, zur Dämpfung der Pendelschwingungen eine Dämpfung mittels eines Dämpfungs­ mittels, beispielsweise Silikonöl vorzusehen. Hierzu ist das Pendel an seinem Aufhängungspunkt mit einer Welle versehen. Diese Welle trägt ein im Durchmesser etwas größeres zylin­ derförmiges Teil, über oder in welches ein ebenfalls zylin­ derförmiger Körper eingreift und zwischen diesen Teilen ein radialer Luftspalt gebildet wird. Der zylinderförmige Körper ist an dem zweiten Rahmen befestigt und damit gegenüber der Welle starr. Durch das Schwingen des Pendels entsteht somit eine Relativbewegung zwischen den im Luftspalt sich gegenüberliegenden Teilen. Bringt man in den Luftspalt etwas Öl oder ein anderes geeignetes Dämpfungsmittel, dann wird eine wirksame Bedämpfung der Schwingungen erreicht. Aufgrund der Kapillarwirkung des Öls bleibt dieses, trotz beidseitiger Öffnung des Luftspaltes, innerhalb desselben. Zur zusätz­ lichen Sicherung wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen, innerhalb des Luftspaltes auf wenigstens einem der Teile eine Nut vorzusehen. Ferner kann auch ein Antikriechmittel an den Stellen aufgetragen werden, die vom Öl nicht benetzt werden dürfen. Beispielsweise wird bei einem Luftspalt von ca. 0,3 mm und einer Viskosität des Öls von 0,005 m²/s eine wirksame Dämpfung des Pendels erreicht. Die Dämpfungseinrichtung findet natürlich nicht nur in Horizontiereinrichtungen für Kurskreisel Verwendung, sondern kann überall dort auch eingesetzt werden, wo mit einfachen Mitteln eine Dämpfung von Schwingungen zwischen zwei relativ zueinander beweglich angeordneten Teilen benötigt wird, beispielsweise zur Dämpfung der Zeigerbewegung in Meßin­ strumenten.

Nachfolgend wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Kurskreisels

Fig. 2 einen Schnitt durch das Dämpfungselement.

In Fig. 1 ist ein Kurskreisel in Prinzipdarstellung gezeigt. Er besteht aus dem Kreiselmotor 1, der mit einer Spinachse 3 in einem als Präzessionsrahmen 2 bezeichneten ersten Rahmen gelagert ist. Dieser ist seinerseits mit, zur Spin­ achse 3 des Kreiselmotors 1 senkrechter Achse 4, in einem als Hochrahmen 5 bezeichneten zweiten Rahmen gelagert. Dieser Rahmen ist wiederum mit einer senkrecht zur Achse 4 angeordneten Hochachse 6 in einem Gestell 7 mittels den Lagern 10, 11 drehbar angeordnet.

Zur Anzeige der Kursrichtung ist ein Abgriff 9 vorgesehen, der die Stellung der Hochachse 6 in Bezug auf das Gestell 7 mißt und einer Kursauswerteschaltung, die hier nicht darge­ stellt ist, zuführt. Zur korrekten Anzeige des Kurses ist es notwendig, die Spinachse 3 des Kreiselmotors 1 in einer horizontalen Lage zu halten. Bei Abweichungen aus dieser Lage gibt ein Momentengeber 21 der z. B. im Bereich des Lagers 11 angeordnet ist ein Moment auf die Achse 6 derart, daß die Spinachse 3 horizontiert wird. Zur Sensierung der Lage der Spinachse ist eine Pendeleinrichtung 12 vorgesehen.

Die Pendeleinrichtung 12 besteht aus einer zur Achse 4 kon­ zentrisch angeordneten Blende 13, diese weist über je einen Teilumfang ebenfalls konzentrische Schlitze 14, 15 auf und ist an dem Rahmen 2 befestigt. Die Länge der Schlitze ist so gewählt, daß bei der max. zulässigen Schräglage der Spin­ achse von beispielsweise 60° noch eine Sensierung der Stel­ lung möglich ist. Auf dieser Blende ist mit einer Welle 16 ein Pendel 17 drehbar gelagert. Dieses Pendel 17 ist eben­ falls zur Achse 4 konzentrisch und überdeckt bei horizon­ tierter Spinachse 3 die Schlitze 14, 15 gleichmäßig. Auf einem Bügel 18, der um die Blende greift, sind im Bereich der Schlitze 14, 15 Lichtschranken 19, 20 angeordnet, wobei die Lichtquellen beispielsweise auf der sichtbaren Seite befestigt sind und die Sensoren sich hinter der Blende 13 befinden. Die Lichtschranken dienen als optische Abgriff­ einrichtung und sind in Differenzschaltung gekoppelt. Das Differenzsignal wird über eine hier nicht dargestellte Schaltungseinrichtung dem Momentengeber 21 zugeführt zur Nachstellung der Lage der Spinachse 3. Es ist ersichtlich, daß nur bei einer Auslenkung der Spinachse aus der horizon­ talen Lage ein Differenzsignal erzeugt wird, das je nach Auslenkungsrichtung negativ oder positiv ist und somit in einfacher Weise als Korrektursignal zur Verfügung steht. Zur Vermeidung von Korrektursignalen, die durch ein Vibrieren oder Schwingen des Pendels hervorgerufen werden können, besitzt das Pendel an der Welle 16 eine Dämpfungseinrich­ tung. Diese ist in Fig. 2 in starker Vergrößerung dargestellt. An Blende 13, die hier nur teilweise dargestellt ist, ist ein Flansch 22 angebracht. Dieser Flansch trägt an den axialen Enden zwei Kugellager 23, 24. In diese Lager ist die Welle 16, an welcher das Pendel 17 befestigt ist, eingeschoben und mit einer Hülse 25 und einer Mutter 26 gesichert. Die Hülse 25 besitzt weiterhin einen topfförmigen Ansatz 27, der über den Flansch 22 reicht, wobei zwischen Flansch und Hülse ein geringer Luftspalt gebildet wird. In diesen Luftspalt ist eine geringe Menge Silikonöl 29 eingebracht, das sich im unteren Bereich des Luftspaltes sammelt und die sich gegenüberliegenden Flächen des Ansatzes 27 von Hülse 25 und Flansch 22 benetzt. Zur besseren Konzentrierung des Öls ist auf dem Flansch 22 ein Einstich 28 vorgesehen, ferner sind die Begrenzungsflächen des Luftspaltes mit einem Antikriechmittel versehen, um eine Veränderung der Dämpfungseigenschaften zu verhindern.

Claims (6)

1. Horizontiereinrichtung für einen Kurskreisel, enthaltend

• - eine Abgriffeinrichtung mit einem drehbar gelagerten Pendel zur Erzeugung eines von der Verdrehung des ersten Rahmens um die zweite Achse gegenüber der Pendeleinrichtung abhängigen Signals und
• - einen auf den zweiten Rahmen einwirkenden Momentengeber, dem das Signal zwecks Horizontierung der Spinachse zugeführt wird, wobei das Pendel am ersten Rahmen gelagert ist und seine Drehachse bei horizontierter Spinachse in der Vertikalebene durch die zweite Achse liegt und wobei die Abgriffeinrichtung teilweise auf dem zweiten Rahmen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Abgriffeinrichtung als Differentialabgriff ausgebildet ist und aus zwei Lichtschranken (19, 20) einer Blende (13) und dem Pendel (17) besteht,
• - daß die Lichtschranken (19, 20) auf dem zweiten Rahmen (5) an­ geordnet sind,
• - daß die Blende (13) konzentrisch zur zweiten Achse (4) liegt und auf dem ersten Rahmen (2) angeordnet ist,
• - daß das Pendel (17) exzentrisch zur zweiten Achse (4) gelagert ist,
• - daß das Pendel (17) oder die Blende (13) zwei segmentförmige Schlitze (14, 15) aufweist, die in den Lichtwegen der Licht­ schranken (19, 20) angeordnet sind und
• - daß das Pendel (17) und die Blende (13) derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß die Schlitze (14, 15) bei hori­ zontierter Spinachse (3) abgedeckt oder geöffnet sind.

2. Horizontiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (17) mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwingungen um eine Drehachse versehen ist.

3. Horizontiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel (17) mittels einer Welle (16) gelagert ist und daß zwischen einem mit der Welle (16) verbundenen zylinderförmigen Teil (25, 27) und einem mit dem ersten Rahmen (2) dazu konzentrisch angeordneten, ebenfalls zylinderförmigen Teil (22), ein geringer radialer Luftspalt vorhanden ist, in dem sich eine Dämpfungs­ flüssigkeit (29) befindet.

4. Horizontiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel einen Ansatz, welcher insbesondere zylinderförmig ausgebildet ist, aufweist und daß dieser Ansatz in radialer Rich­ tung in eine in dem ersten Rahmen angeordnete Nut eingreift, wobei zwischen Ansatz und Nut ein geringer radialer Luftspalt vorhanden ist, in dem sich eine Dämpfungsflüssigkeit befindet.

5. Horizontiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Teile (22, 25, 27) an den Luftspalt an­ grenzend eine dazu konzentrisch angebrachte Nut (28) aufweist.

6. Horizontiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den offenen Luftspaltseiten ein Mittel zur Verhinderung des Kriechens der Dämpfungsflüssigkeit aufgetragen ist.