Gyroskop

Vu Wikipedia
Op d'Navigatioun wiesselen Op d'Siche wiesselen
Replique vum Foucault sengem Gyroskop

E Gyroskop, och Kreeselstabilisater oder Kreeselinstrument genannt, ass e symmetresche Kreesel, dee séier an engem beweegleche Lager rotéiert. D'Lager kann eng kardanesch Ophänkung sinn oder eng Rumm a Form vun engem Käfeg. Wéinst dem Erhale vum Dréiimpuls huet de Kreesel eng héich Inertie géigeniwwer vu Lagännerungen am Raum. Gyroskope ginn als Navigatiounsinstrumenter souwéi fir aktiv Lagereegelung agesat, besonnesch an der Loft- a Raumfaart. Bei der Lagereegelung vun Raumfluchkierper wéi Satellitten gëtt ausgenotzt, datt dat ganzt System aus Raumfluchkierper a Gyroskop säin Dréiimpuls bäibehält a soumat duerch Dréiimpulsiwwerdroung tëscht béiden d'Lag gesteiert ka ginn.

Aktuell gëtt de Begrëff Gyro oder Kreesel am iwwerdroene Sënn fir vill Dréiquotesensore benotzt, déi keng Kreesel hunn, awer deselwechten Zweck erfëlle wéi en tatsächlecht Kreeselinstrument.

Geschicht[änneren | Quelltext änneren]

De Gyroskop – haut ginn d'Begrëffer Gyroskop a Kreeselkompass synonym gebraucht – gouf am Joer 1810 vum Professer fir Physik, Mathematik an Astronomie Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger un der Universitéit Tübingen erfonnt; een Exemplar gouf fir d'éischt 2004 vum Alfons Renz, Privatdozent un der Biologescher Fakultéit Eberhard Karl Universitéit Tübingen, am Kepler-Gymnasium Tübingen nees entdeckt.[1] 1852 hat de Léon Foucault de Gyroskop bis zu der Konstruktioun a Fabrikatioun vum Kreeselkompass weiderentwéckelt, woubäi den éischte Gyroskop vun 1810 als Iddi net ënnerscheetbar ass a wiesentlech Grondlage fir d'Erfindung vum Kreeselkompass am Joer 1852 war.

Physikalesch Prinzipien[änneren | Quelltext änneren]

Kreeselsystemer loosse sech als zouene System ugesinn, deem säin Dréiimpuls konstant bleift. Wann eng baussenzeg Kraaft versicht fir d'Dréiachs vum Kreesel ze kippen, dann entsteet en Dréimoment. Fir de ganzen Impuls ze halen, kippt sech d'Kreeselachs vertikal zu der Kraaft déi ugräift. Den Effet ass ënner anerem vum Dillendapp bekannt.

Moossprinzipien[änneren | Quelltext änneren]

Gyroskop a Beweegung (rout: Kreeselachs, gréng: Achs baussenzeg Kraaft, blo: Achs Resultat)

Dofir sinn um Gyroskop folgend Moossprinzipie méiglech:

  1. D'Stabilitéit vun der Gyroskopachs: E fräi lafenden, symmetreschen Gyroskop huet d'Bestriewen, d'Richtung vun senger Dréiachs am Inertialraum bäizehalen. – E Bezuch vun der Lag ass ginn
  2. D'Prezessioun: Versicht eng baussenzeg Kraaft, d'Achserichtung vun engem lafenden Gyroskop z'änneren, sou follegt d'Kreeselachs net der Ugrëffsrichtung dëser Kraaft, mä wäicht rechtwénkleg zu hir am Sënne vun der Kreeseldréiung aus. – Baussenzeg Kraaft a Prezessioun stinn an direktem Zesummenhank, eng Lagännerung gëtt moossbar

Déi zwou Gesetzméissegkeeten sinn d'Grondlage vun alle Kreeselinstrumenter: Den 1. Saz ass eng Folleg vun der Massenlässegkeet , den 2. Saz ass eng Folleg vum Drallsaz (Saz vum Dréiimpuls).

An engem ofgeschlossene System bleift nieft dem ganzen impuls och den Dréiimpuls erhalen. Stabilitéit a Prezessioun huele mat dem Dréiimpuls vum Gyroskop zou.

D'Wirkung gëtt och als richtungshalender Kreesel bezeechent; wichteg technesch Uwendungen sinn de kënschtlechen Horizont an de Kurskreesel vun der Loftfaart. An der Praxis bewirkt all klengsten Onwocht e luest Auswanderen vun der Kreeselachs (Kreeseldrift), wat duerch bestëmmt Moosssnahmen méi oder manner reduzéiert ka ginn.

D'Prezessioun gëtt an nach breederem Ausmooss ugewandt: ë. a. als Stellgréisst bei Aufgaben vun der mechanescher Stabiliséierung, beim Kreeselkompass bei der Nautik resp. beim Vermiessungskreesel (richtungssichender resp. nordsichender Gyroskop), oder fir den Instrumentenfluch beim Wendezeiger.

Technesch Uwendungen[änneren | Quelltext änneren]

Wäitverbreet sinn Kreeselinstrumenter an der Verkéierstechnik, besonnesch fir d'Orientéierung a fir Navigatioun.

E Gyroskop aus engem Fliger
  • A Pkw kënnen Gyrometer Richtungsännerungen méi genee gemooss ginn, wéi iwwer d'Radstellung. Zesumme mat der Miessung vun der zréckgeluechter Streck ass eng recht genee Positiounsbestëmmung méiglech (Koppelnavigatioun), déi schon haut a munche GPS-Navigatiounsanlagen d'Ukënnegung fortféiert, wann d'Satellittesignaler (z. B. amm Tunnel) ausfalen. Dës enthalen meeschtens e Vibratiounskreesel.
  • A ville Smartphones, awer och Tablets sinn Gyroskopsensoren enthalen. Si déngen och hei fir weider Navigatioun wann d'GPS-System ausgefall ass. Awer och fir Spillapps (z. B. fir d'Beweegung vu Figuren) ginn si genotzt.

Bei jiddfer Kreeselsystem géif awer iwwer méi laang Zäitspan all kleng Onwucht zu enger uwuessender Kreeseldrift féieren, déi besonnesch am Fluchwiesen stéiere géif. Dofir entwéckelt een magnéitgestëtzte Gyrosyn-Instrumenter, déi d'Richtungsmiessung och iwwer méi laang Zäit stabiliséieren.

  • An all Fliger-Cockpit befannen sech an aller Reegel etlech Kreeselinstrumenter:
    • De kënschtlechen Horizont weist dem Pilot eng Linn, déi virum Start horizontal ausgeriicht gëtt. Während dem Fluch hält den Horizontkreesel wéinst senger Achsenstabilitéit dës Linn an der Horizontaler, och wann sech de Fliger no vir, hannen oder op d'Säit leet. Domat kann een am Cockpit déi räimlech Lag vum Fliger bestëmmen, och wann et däischter ass, Wolleken oder fluchbunnbedéngte Fléikraaften eng onmëttelbar visuell Orientéierung erschwéiert (kuckt Instrumentefluch)
    • De Kéieruweiser erméiglecht ee genee kontrolléierten Krëmmungsfluch.
    • Der Kurskreesel erméiglecht d'Anhalung vun der Fluchrichtung.
  • Weider Kreeselsystemer befannen sech am Fligerrumpf a sinn do meeschtens zu engem INS (Lässegkeetsnavigatioun) zesummegefaasst. Si dengen der Steierung vum Autopilot an der Annonce vu Lag- a Richtungsofwäichungen op de Computermonitoren am Cockpit.
  • Kreeselinstrumenter op Schluechtschëffer oder Panzeren erméiglechen déi prezis Ausriichtung vun de Geschëtzer op déi ugepeilten Ziler trotz Wellegank oder Onebenheeten vum Terrain.

Lagereegelung ass och an anere Beräicher vu Bedeitung (woubäi Gyroskop hei och fir Dréiquotensensoren stoe kann, déi net tatsächlech op Kreeselen baséieren):

  • Bei Modellfliger an Modellhelikopter ginn Gyroskopen agesat, fir eng oder méi Achsen géint de Wand oder géint Nieweneffete vun der Steierung ze stabiliséieren, well dës am anere Fall nëmme schwéier steierbar sinn. Dobäi koumen ufanks mechanesch Kreesel zur Uwendung, mëttlerweil ginn Piezo- oder SMM-Sensoren (Silicon Micro Machine) agesat; a béide Fäll ginn d'Steierkorrekturen iwwer integréiert Mikrocontroller direkt am Fluchmodell berechent.
  • Bei Fligerdréier gëtt fir Stabilisatioun vum Ufluchleetstral och eng gyroskopesch gelagert Konstruktioun benotzt, fir d'Wellebeweegunge vum Schëff net op de Stral z'iwwerdroen.
  • Torpedoe oder onbemannt Fluchinstrumenter wéi z. B. ballistesch Rakéiten brauchen kee kënschtlechen Horizont. Amplaz gëtt e Kreeselinstrument direkt un d'Steierung ugeschloss, wat fir d'éischt bei der A4 (V2-Rakéit) am Zweete Weltkrich geschitt war. D'Kreeselsteierung déngt dozou, onerwënscht Aflëss wéi d'Ofdrift duerch Wand oder Onreegelméissegkeeten am Untdriff ze kompenséieren, fir déi programméiert Fluchbunn anzehalen. Si ass haut meeschten en Deel vun engem inertialen Navigatiounssystem (INS).
  • An der Raumfaart déngen Kreasel fir d'Lagregelung: Heibäi stabiliséieren sech am bal kraaftfräie Raum d'Lässegkeetsrad an d'Reaktiounsrad selwer. Moosstechnesch Aspekter spillen dobäi nëmmen eng sekundär Roll. Dat bis elo prezisest an technesch usprochsvollst Kreeselinstrument gouf fir den am Abrëll 2004 gestarte Gravity-Probe-Satellit konstruéiert, deem seng éischt Resultater am Abrëll 2007 bekannt goufen.
  • Och zum Asaz kommen Gyroskope an kreeselstabiliséierten Spektiven, bei deenen d'Kreeselinstrument eng Observatioun och vu Schnellbooter oder aus Helikopter resp. Kraaftgefierer erméiglecht gëtt.
  • D'BMW S 1000 RR notzt och zwee Gyroskope fir den Asaz vun der Dynamic Traction Control (kuerz DTC).
  • 2009 koumen Gyroskope an d'Nintendos Erweiderung Wii Motion Plus fir d'éischt an der Ënnerhalungsindustrie zum Asat.
  • Och d'„Playstation 3 Move Controller“ benotzt e gyroskopesche Sensor.
  • Schon an de 1970er Joeren hat de Kameramann Jost Vacano déi sougenannt ‚Joosticam‘ entwéckelt, eng Aart Steadicam, mat där hien och de Film Das Boot verfilmt hat. Dës Technik fënnt zanter neiestem Gebrauch an der On-board-Kamera an der FIM-Motorradweltmeeschterschaft a gouf fir d'éischt um Sachseréng um Motorrad vum Valentino Rossi agesat.

Literatur[änneren | Quelltext änneren]

  • Nina Fjodorowna Babajewa: Kreiselgeräte (Originaltitel: Giroskopy, iwwersat vum Volker Christoph). Militärverlag Deutsche Demokratische Republik, Berlin 1975.
  • Wolf von Fabeck: Kreiselgeräte, Die verschiedenen Gerätetypen und ihre technische Anwendungen, prinzipbedingte Fehler und gerätetechnische Lösungen, physikalische Grundlagen. Vogel, Würzburg 1980, ISBN 3-8023-0612-0 (Kap. 1, 3 und 8).
  • Alfons Renz: Bohnenbergers Gyroskop. Eine typisch Tübinger Erfindung. In: Tübinger Blätter 93 (2007), S. 27–34.
  • Harro Simon: Instrumentenflugkunde und Navigation, Teil I, Bücher der Luftfahrtpraxis, Band 8. Reich, München 1961.
  • Jörg F. Wagner, Helmut Sorg, Alfons Renz: The machine of Bohnenberger. In: GeoBit, 10, 2005, 4 GIS, S. 19–24.
  • Jörg F. Wagner, Helmut Sorg, Alfons Renz: The machine of Bohnenberger. In: European journal of navigation. The leading journal for systems, services and applications, Bd. 3, 2005, 4, S. 69–77.

Kuckt och[änneren | Quelltext änneren]

Um Spaweck[änneren | Quelltext änneren]

Referenzen[Quelltext änneren]

  1. Jörg F. Wagner; Helmut Sorg; Alfons Renz: The machine of Bohnenberger. In: GeoBit 10 (2005), 4 GIS, S. 19–24; Jörg F. Wagner; Helmut Sorg; Alfons Renz: The machine of Bohnenberger. In: European journal of navigation. The leading journal for systems, services and applications, Bd. 3 (2005), 4, S. 69–77; Alfons Renz: Bohnenbergers Gyroskop. Eine typisch Tübinger Erfindung. In: Tübinger Blätter 93 (2007), S. 27–34.