Kreiselkompaß

Der Kreiselkompass ist ein Kompass, der sich parallel zur Rotationsachse der Erde orientiert und so die Nord-Südrichtung anzeigt. Durch seine horizontale Aufhängung ist er kein freier, sondern ein gefesselter Kreisel. Als solcher wirkt er meridiansuchend, benötigt aber zwei bis vier Stunden für die Ausrichtung (Einschwingdauer). Da ein kurs- und geschwindigkeitsabhängiger Fahrtfehler bei der Kursanzeige zu berücksichtigen ist, werden Kreiselkompasse vor allem auf langsamfahrenden Schiffen eingesetzt. Sie arbeiten unabhängig vom Erdmagnetfeld und zeigen daher nicht die magnetische, sondern die wahre (astronomische) Nordrichtung an. Der Kreiselkompass besteht aus einem schnell rotierenden Kreisel, gewöhnlich in einer Kardanischen Aufhängung. Zusätzlich ist er so angeordnet, dass ein Drehmoment auf ihn einwirkt, solange seine Drehrichtung nicht nach Norden weist. Weist die Drehrichtung nach Norden und somit die Drehachse in Rotationsrichtung der Erde, wird das Drehmoment (das Kreuzprodukt aus dem Radius senkrecht zur Drehrichtung und der Kraft durch die Beschleunigung in Richtung der Erddrehung) null. Vom Südpol aus betrachtet, einen Kreiselkompass, der sich entlang des Äquators bewegt. Zunächst steht seine Rotationsachse s-n parallel zur Erdoberfläche. Gemäß der Drehimpulserhaltung behält die Achse ihre Richtung auch bei Bewegung zur zweiten eingezeichneten Position bei. Aufgrund der besonderen Aufhängung kann sich der Kreisel nur in zwei Ebenen kräftefrei ausrichten. Auf die dritte Richtung wirkt die Erdanziehung. Sie versucht, die Achse entlang der mit D bezeichneten Pfeile zu kippen. Das von ihr erzeugte Drehmoment kippt die Rotationsachse aus der Zeichenebene heraus und lässt den Kreisel präzedieren. Durch Dämpfung der Drehbewegung um den Punkt A kommt der Kreisel zur Ruhe, wenn die angreifende Kraft verschwindet. Das ist dann der Fall, wenn die Kreiselachse in die Nord-Südrichtung zeigt ("meridiansuchender Kreisel"). Bewegungen des Kreisels entlang eines Meridians verursachen Missweisungen. Dann zeigt der Kreisel nicht mehr genau nach Norden, sondern in die Richtung, die sich aus der Summe der von der geographischen Breite (cos φ) abhängigen Geschwindigkeit an der Erdoberfläche und der, mit welcher der Kreisel bewegt wird, ergibt. Eine Geschwindigkeit entlang des Meridians von 20 km/h verursacht die in der Navigation als Fahrtfehler bezeichnete Ablenkung von lediglich 0,5°. Bei 150 km/h steigt er auf 5°. Bewegt sich der Kreisel mit der Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator von 1600 km/h entlang eines Meridians, beträgt sie 45°. In der Nähe der Pole versagt der Kreiselkompass, weil die Drehachse der Erde fast senkrecht aus der Oberfläche hinaus zeigt und das auf die Horizontalebene projizierte Drehmoment sehr klein wird. Diese Probleme führten zur Entwicklung von Drei-Kreisel-Kompassen. Ein Kreiselkompass ist empfindlich gegenüber Beschleunigungsbewegungen, wie sie beim Stampfen oder Schlingern eines Schiffes auftreten. Sie lassen sich durch eine Dämpfung nach dem Verfahren von Maximilian Schuler verringern. Ein moderner Kreiselkompass erreicht eine dynamische Ausrichtgenauigkeit von weniger als 0,5°, besser als ein optischer Faserkreisel.