Kardanische Aufhängung

Kardanische Aufhängung eines Schiffs-Kompasses (Der äußerste Ring ist fest mit dem Schiff verbunden, seine zwei Stifte zeigen die Neigung des Schiffes).

Kreisel mit kardanischer Aufhängung

Mehrere (mehr als für eine kardanische Aufhängung nötig) gegenseitig drehbare Ringe auf einer Skizze von Villard de Honnecourt, etwa 1230

Die kardanische Aufhängung oder kardanische Lagerung (engl. gimbal) ist eine Lagerung in zwei sich schneidenden zueinander rechtwinkligen Drehlagern.

Sie wird zum Beispiel auf Schiffen für Messinstrumente oder andere Gegenstände benutzt. Dabei befindet sich der Schwerpunkt des zu lagernden Objektes unterhalb des Schnittpunktes der Drehachsen, so dass das Objekt eine Neigung seiner Umgebung nicht mitmacht.

Eine verbreitete Anwendung ist die kardanische Aufhängung einer rotierenden Masse (Kreisel) in einem Kreiselinstrument.

Das gleiche technische Prinzip wird beim Kardangelenk zwischen zwei gegeneinander schwenkbaren Wellen angewendet.

Die kardanische Aufhängung ist nach Gerolamo Cardano (1501–1576) benannt, der sie zuerst beschrieb.

Geschichte

Eine kardanische Aufhängung wurde vermutlich schon um 280-220 v.Chr. von Philon von Byzanz verwendet, um ein Tintenfass aufzuhängen. Man begegnete damit der Gefahr, es versehentlich umzustoßen. In China lässt sich die kardanische Aufhängung um 180 n.Chr. nachweisen. Dass sie im Mittelalter bekannt war, beweist eine Zeichnung Villards de Honnecourt (siehe Bild). Leonardo da Vinci schlug die kardanische Aufhängung für einen Schiffs-Kompass vor.

Funktionsweise und Anwendungen

Im äußeren festen Teil (oft, aber nicht notwendig ein Ring) sind zwei Ringe – die Achsen jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt – ineinander drehbar gelagert. Das zu lagernde Objekt ist am innersten Ring befestigt.

In Schiffsküchen werden die Herdplatten kardanisch gelagert. Deren Schwerpunkt wird mittels Zusatzmassen so tief gehalten, dass sie auch mit aufgesetzten Töpfen bei sich neigendem Schiff horizontal bleiben, nicht wegrutschen oder gar umkippen. Die horizontale Lage bleibt auch bei der von Leonardo da Vinci vorgeschlagenen Aufhängung eines Schiffs-Kompasses erhalten (siehe oberes Bild).

Eines der Kreiselinstrumente ist der Kreiselkompass. Die Kreiselachse bildet mit der inneren Kardanachse eine rechten Winkel (siehe Bild). Die kardanische Aufhängung erlaubt, dass der Kreisel seine Richtung im Raum bei Richtungsänderung des Fahrzeugs (Schiff, Flugzeug) beibehält. An der Richtung der Kreiselachse bleibt die Anfangsrichtung des Fahrzeugs dauernd ablesbar.

Ein elektronisches Gimbal kann beispielsweise der Polizei helfen, Flüchtige zu finden oder den Rettungsstationen in der Nähe von Skigebieten verunglückte Skifahrer zu finden und schnellstmöglich zu dem nächstgelegenen Krankenhaus zu bringen. Es wird als Stabilisation der Kamera an der Front des Einsatzhubschraubers eingesetzt. Es dient außerdem als Stabilisator in der Fernsehbranche, beispielsweise als Ersatz einer Steadicam oder bei Kameradrohnen. Besonders beliebt sind in letzter Zeit Gimbals für Action-Camcorder. Sie garantieren auch trotz ihrer Kompaktheit Stabilität.

Kreiselinstrument in Bewegung (rot: Kreiselachse, grün: Achse äußere Kraft, blau: Achse Ergebnis)

Gimbal Lock

Bewegen sich zwei der drei Bewegungsachsen in dieselbe Ebene, so fällt ein Freiheitsgrad weg.

Siehe auch

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de