DE3142877C2 - Übertragungsmechanismus zum Drehen eines Kreisels um seine Figurenachse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Übertragungsmechanismus zum Drehen eines Kreisels um seine Figurenachse zwischen zwei Winkelstellungen, mit einer Drehlagerung für den Kreisel, einer Begrenzungsvorrichtung, die den Kreisel jeweils in einer der beiden Winkelstellungen hält, und einer Stellvor­ richtung, die den Kreisel zwischen den beiden Winkelstellun­ gen verstellt.

Ein Übertragungsmechanismus dieser Gattung ist aus der DE 29 03 282 bekannt. Bei dem dort gezeigten Übertragungsmechanis­ mus besteht die Stellvorrichtung aus einem Servomotor, der in Abhängigkeit von einem Winkelgeber betätigt wird. Bei einem Servomotor mit ungeregelter Geschwindigkeit sind schädliche Beschleunigungen bzw. Stöße unvermeidlich. Wird dagegen ein Servomotor mit geregelter Geschwindigkeit ver­ wendet, so führt dies zu einer komplizierten und platzrau­ benden Anordnung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertragungsmechanismus zum Drehen eines Kreisels um seine Figurenachse der eingangs angegebenen Gattung so weiterzu­ bilden, daß der Kreisel trotz einfachen Aufbaus und geringen Platzbedarfs bei seiner Verstellung keinen schädlichen Bean­ spruchungen ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Übertragungsmechanismus mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Stellvorrichtung einen Schrittmotor aufweist, der in Abhängigkeit von Zeitsteuersignalen einer vorgegebe­ nen Wiederholungsfrequenz betätigbar ist, um den Kreisel mit einer der Wiederholungsfrequenz proportionalen Winkelge­ schwindigkeit zu drehen, und daß die Stellvorrichtung eine Einrichtung umfaßt, die den Schrittmotor abschaltet, wenn der Kreisel in die Nähe einer der beiden Winkelstellungen gelangt.

Die Verwendung eines Schrittmotors bei einem Kreiselgerät ist aus der US 3 921 305 bekannt. Bei diesem Kreiselgerät geht es jedoch um die Bestimmung der Schrittmotorrichtung.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Übertragungsmechanis­ mus wird dagegen der Schrittmotor in Abhängigkeit von Zeit­ steuersignalen einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz be­ tätigt, um den Kreisel mit einer der Wiederholungsfrequenz proportionalen Winkelgeschwindigkeit zu drehen. Der Schritt­ motor wird abgeschaltet, wenn der Kreisel in die Nähe einer der beiden Winkelstellungen gelangt. Auf diese Weise ist eine genau kontrollierte und sehr schonende Verstellung des Kreisels zwischen den beiden Winkelstellungen möglich. Schädliche Beschleunigungen bzw. Stöße lassen sich ohne wei­ teres vermeiden. Dennoch ist die Lösung der Erfindung ver­ gleichsweise wenig aufwendig und insbesondere platzsparend.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Anhand der einzigen Figur, die eine teilweise geschnittene perspektivische Explosionsdarstellung ist, wird ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Übertragungs­ mechanismus für einen Kreisel dargestellt. Der Kreisel 10 weist ein strichpunktiert gezeichnetes Bauteil 12 auf, das sich um die Figurenachse 14 dreht. Wenn der Kreisel 10 nach der Zeichnung (ausgezogene Linien) ausgerichtet ist, dann läuft seine Ausgangsachse auf dem Vektor 16A und seine Eingangsachse auf dem Vektor 16B. Wie bekannt ist, gibt der Kreisel 10 ein Abtriebsmoment an einen nicht gezeigten inneren Wandler um die Ausgangsachse 16A in Abhängigkeit von der Drehung des Kreisels 10 um seine Eingangsachse 16B ab. Wenn die Ist-Drehung im Azimut ver­ läuft, dann arbeitet der Kreisel 10 als Kurskreisel. Wird andererseits die Drehung der Erde gegenüber der Eingangs­ achse gemessen, dann arbeitet der Kreisel 10 als Meridian­ weiser. Der Kreisel 10 ist in einem Kreiselrahmen 18 ge­ lagert, damit er sich um seine Figurenachse 14 drehen kann. Der Rahmen 18 gestattet eine 90°-Drehung, so daß der Kreisel 10 sich in seine zweite Stellung (strichpunktiert dargestellt) drehen kann, wodurch sich seine Ausgangs­ achse vom Vektor 16A zum Vektor 16B hin verschiebt. Der Kreiselrahmen 18 ist drehbar in einem Lager aufgehängt, der hier als Außenrahmen 20 dargestellt ist. Der Außen­ rahmen 20 dient als Hauptlager für das dargestellte Gerät. Der Rahmen 20 ist drehbar über ein Lager an einem anderen nicht gezeigten Gerät montiert, damit sich das gesamte dargestellte Aggregat um die Achse 16A drehen kann.

Ein Anschlag oder eine Begrenzungseinrichtung weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Arretierungsglieder 22A und 22B auf. Diese sind Anschläge mit Gewindebolzen, die um eine einstellbare Größe herausragen. Eine am Kreisel 10 montierte Nocke oder Kurvenscheibe 24 dreht sich mit diesem um seine Figurenachse 14. Eine Auskragung 26 auf der Nocke 24 kommt mit den Arretierungsgliedern 22A und 22B in Ein­ griff und begrenzt die Drehung des Kreisels 10 auf einen Weg von 90°. Die Begrenzungseinrichtung enthält auch eine Raste, die hier als elastisches Teil in der Form einer Zug- oder Spreizfeder 28 dargestellt ist, zwischen dem Ständer 30 am Rahmen 20 und dem Ständer 32 an der Nocke 24 ge­ spannt ist. In dieser Weise zieht die Feder 28 die Aus­ kragung 26 der Nocke 24 von einer Mittelstellung entweder zum Arretierungsglied 22A oder 22B hin, wie es das Bild zeigt.

Zwei Endschalter sind hier als Mikroschalter 34A und 34B gezeigt. Die Schalter 34A und B sind auf Justierplatten 36A und 36B montiert, die am Rahmen 20 durch Schrauben fixiert sind, die durch Schlitze in den Platten hindurch­ ragen. Die Schalter 34A und 34B werden durch Niederdrücken der Arme 38A und 38B über die Nockenauskragung 26 betätigt.

Am Rahmen 20 ist ein hier als Schrittmotor 40 gezeigter Antrieb montiert. Am Ende der Abtriebswelle 42 des Schritt­ motors 40 ist ein Ritzel 44 angebracht. Ein Zahnsegment 46 steht mit dem Ritzel 44 in Eingriff und ist über Gewinde­ bohrungen wie die Gewindebohrung 48 am Stützrahmen 18 be­ festigt, um diesen und den Kreisel 10 zu drehen. Der Motor 40 und das Zahnsegment 46 sind auf einer Trägerplatte 50 montiert, die an der Seite des Rahmens 20 mit Bolzen be­ festigt ist. Der Schrittmotor, ein herkömmlicher Motor, eilt um einen bestimmten Winkelbetrag in Abhängigkeit von bekannten Steuerimpulsen vor, die an seiner nicht gezeigten Steuerschaltung anliegen. Somit kann sich die Abtriebs­ welle 42 mit einer Winkelgeschwindigkeit drehen, die der Geschwindigkeit der an der Steuerschaltung anliegenden Impulse proportional ist.

Das erfindungsgemäße Gerät kann auf einer nicht gezeigten stabilisierten Plattform montiert sein, um die Figuren­ achse 14 auch dann waagerecht zu halten, wenn ein das erfindungsgemäße Gerät führende Fahrzeug liegt oder rollt.

Zur Erläuterung sei nachstehend kurz die Arbeitsweise der Einrichtung beschrieben. Bei der gewählten Betriebs­ art kann die Ausgangsachse des Kreisels zunächst auf den Vektor 16A oder 16B ausgerichtet sein. Diese Winkel­ stellungen können genau durch Einstellung der Stell­ schrauben in den Arretierungsgliedern 22A und 22B ein­ gestellt werden. Die Feder 28 drückt die Nockenauskragung 26 (und damit auch den Kreisel 10) gegen die Schrauben der Arretiervorrichtung 22A oder 22B. Der Kreisel 10 und der Rahmen 20 sind auf einer stabilisierten Plattform ange­ ordnet, so daß die Figurenachse 14 waagerecht bleibt und der Vektor 16A senkrecht steht. Wenn der Kreisel 10 wie dargestellt ausgerichtet ist, liegt seine Eingangsachse horizontal, und daher kann sie die Erddrehung angreifen.

In herkömmlicher Weise wird der Rahmen 20 über den Azimut um den Vektor 16A durch einen nicht gezeigten Servomotor gedreht, wodurch die Eingangsachse des Kreisels 10 quer zur Drehachse der Erde ausgerichtet wird. Damit wird das Abtriebsmoment des Kreisels 10 zu Null und entspricht der Auffindung des Meridians.

Wenn der Kreisel 10 zu Peilungszwecken neu ausgerichtet werden soll, wird der Schrittmotor 40 wiederholt und in herkömmlicher Weise mit Impulsen beaufschlagt, um seine Abtriebswelle in Winkelschritten weiterzuschalten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz der am Schrittmotor 40 anliegenden Impulse und das Untersetzungs­ verhältnis der Zahnräder 44 und 46 so ausgelegt, daß sich der Kreisel 10 in ca. sechs Sekunden um 90° dreht. Diese Geschwindigkeit ist genügend langsam, so daß verhältnis­ mäßig geringe Beschleunigungskräfte am Kreisel 10 wirken, wodurch die Rahmenlager nicht unnötig beansprucht werden. Der Kreisel 10 und die Nocke 24 drehen sich gleichzeitig um die Figurenachse 14. Damit bewegt sich der Ständer 32 nach außen, wodurch die Feder 28 gespreizt wird und der Drehung widersteht. Wenn die Feder 28 an einer mittleren Stellung vorbeiwandert, beginnt sie sich zu entspannen und bringt eine Kraft an der Nocke 24 auf, die bestrebt ist die Drehung zu nutzen. Die Auskragung 26 drückt einen Hebel 38A eines Mikroschalters 34A herab, ehe sie den An­ schlag 22A erreicht, wodurch die Spannung am Schrittmotor 40 abgeschaltet wird. Nach Abschaltung der Spannung zieht die Feder 28 die Auskragung 26 und die Nocke 24 bis zur Arretiervorrichtung 22A und hält sie in dieser Stellung. Der Kreisel 10 wurde somit jetzt um 90° gedreht, so daß seine Ausgangsachse vom Vektor 16A auf den Vektor 16B überführt worden ist. Daher steht jetzt die Eingangsachse des Kreisels 10 senkrecht, so daß er auf die Azimutdrehung des Rahmens 20 anspricht, die durch eine Richtungsänderung des Fahrzeugs ausgelöst wird, welches das erfindungsgemäße Gerät trägt. Damit ist der Kreisel 10 jetzt neu ausgerich­ tet und kann als Kurskreisel arbeiten.

Es sei bemerkt, daß an dem vorstehend beschriebenen Aus­ führungsbeispiel mehrere Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bei­ spielsweise kann das oben beschriebene Vorgelege andere Ausführungsformen mit anderen Getriebeuntersetzungen auf­ weisen. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Vorgelege insgesamt entfallen, so daß der Schrittmotor den Kreisel direkt antreibt. Es können auch andere Rasten eingesetzt werden, um den Kreisel in den gewählten Stellung zu halten. Für einige Ausführungen soll der Kreisel auch um 270° gedreht werden können, um eine Versetzung von 90° zu erreichen. Der Kreisel kann sich auch über 360° drehen, sollte jedoch eine Begrenzungsvorrichtung auf­ weisen, um ihn in einer von zwei Soll-Stellungen zu hal­ ten. Außerdem können die Endschalter in solchen Ausfüh­ rungsbeispielen entfallen, wo der Schrittmotor nach Ab­ gabe einer bestimmten Anzahl von Impulsen abgeschaltet wird oder wo Spannung ununterbrochen anliegen kann.

Claims (6)

1. Übertragungsmechanismus zum Drehen eines Kreisels um seine Figurenachse zwischen zwei Winkelstellungen, mit einer Drehlagerung für den Kreisel, einer Begrenzungsvor­ richtung, die den Kreisel jeweils in einer der beiden Winkelstellungen hält, und einer Stellvorrichtung, die den Kreisel zwischen den beiden Winkelstellungen verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung einen Schrittmotor (40) aufweist, der in Abhängigkeit von Zeit­ steuersignalen einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz betätigbar ist, um den Kreisel (10) mit einer der Wiederho­ lungsfrequenz proportionalen Winkelgeschwindigkeit zu drehen, und daß die Stellvorrichtung eine Einrichtung (26, 34A, B, 38A, B) umfaßt, die den Schrittmotor (40) abschaltet, wenn der Kreisel (10) in die Nähe einer der beiden Winkel­ stellungen gelangt.

2. Übertragungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichtung eine am Krei­ sel (10) montierte Nocke (24) umfaßt, die sich mit dem Krei­ sel (10) um dessen Figurenachse (14) dreht, und daß zwei Ar­ retierungsglieder (22A, 22B) mit der Nocke (24) in Eingriff kommen und diese anhalten, wenn der Kreisel (10) an der einen oder anderen Winkelstellung angelangt ist.

3. Übertragungsmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsvorrichtung eine Rastvor­ richtung aufweist, die den Kreisel (10) von einer Zwischen­ stellung wegzieht und ihn zu einer der beiden auseinander­ liegenden Winkelstellungen hindrückt.

4. Übertragungsmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung eine Feder (28) um­ faßt, die zwischen der Nocke (24) und der Drehlagerung (20) montiert ist.

5. Übertragungsmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung zwei Endschalter (34A, 34B) enthält, die jeweils auf einem anderen Arretierungsglied (22A, 22B) montiert sind und die Stellvor­ richtung abschalten, wenn die Nocke (24) an einem der beiden Arretierungsglieder (22A, 22B) angelangt ist.

6. Übertragungsmechanismus nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auseinanderliegenden Winkelstellungen um 90° gegeneinander versetzt sind und der jeweiligen Ausrichtung des Kreisels (10) für den Einsatz als Kurskreisel und als Meridianweiser entsprechen.