Bei der Trägheitsnavigation, wie sie auf Schiffen und U-Booten angewendet wird, sind mindestens drei Kardanringe erforderlich, damit ein Trägheitsnavigationssystem (stabiler Tisch) im Inertialraum fixiert bleibt und Änderungen des Gierens, Nickens und Rollens des Schiffes kompensiert. In dieser Anwendung ist die Trägheitsmesseinheit (IMU) mit drei orthogonal montierten Kreiseln ausgestattet, um die Drehung um alle Achsen im dreidimensionalen Raum zu erfassen. Die Kreiselausgänge werden durch Antriebsmotoren an jeder Kardanachse auf Null gehalten, um die Ausrichtung der IMU beizubehalten. Um dies zu erreichen, werden die Fehlersignale des Kreisels durch „Resolver“ geleitet, die an den drei Kardanringen (Roll, Nick und Gier) angebracht sind. Diese Resolver führen eine automatische Matrixtransformation entsprechend dem jeweiligen Kardanwinkel durch, so dass die erforderlichen Drehmomente an die entsprechende Kardanachse abgegeben werden. Die Giermomente müssen durch Roll- und Pitch-Transformationen aufgelöst werden. Ähnliche Sensorplattformen werden auch in Flugzeugen eingesetzt.
Bei Trägheitsnavigationssystemen kann es zu einer Kardanblockierung kommen, wenn die Rotation des Fahrzeugs dazu führt, dass zwei der drei Kardanringe mit ihren Drehachsen in einer einzigen Ebene liegen. In diesem Fall ist es nicht mehr möglich, die Ausrichtung der Sensorplattform beizubehalten.
RaketentriebwerkeBearbeiten
Beim Antrieb von Raumfahrzeugen sind die Raketentriebwerke in der Regel auf einem Paar kardanischer Aufhängungen montiert, so dass ein einziges Triebwerk den Schub sowohl um die Nick- als auch um die Gierachse lenken kann; manchmal ist auch nur eine Achse pro Triebwerk vorgesehen. Zur Steuerung des Rollens werden Zwillingstriebwerke mit differenzierten Nick- oder Giersteuersignalen verwendet, um ein Drehmoment um die Rollachse des Fahrzeugs zu erzeugen.
Das Wort „Kardan“ war ursprünglich ein Substantiv. In den meisten modernen Wörterbüchern wird es weiterhin als solches aufgeführt. In Ermangelung eines geeigneten Begriffs zur Beschreibung der Schwingbewegung eines Raketentriebwerks begannen die Ingenieure, das Wort „Gimbal“ auch als Verb zu verwenden. Wenn eine Schubkammer durch einen angebrachten Aktuator geschwenkt wird, wird die Bewegung als „gimballed“ oder „gimballing“ bezeichnet. Die offizielle Raketendokumentation spiegelt diese Verwendung wider.
Fotografie und BildgebungBearbeiten
Kardanische Aufhängungen werden auch zur Befestigung von kleinen Kameraobjektiven bis hin zu großen fotografischen Teleskopen verwendet.
In tragbaren Fotoausrüstungen werden einachsige Kardanköpfe verwendet, um eine ausgewogene Bewegung von Kamera und Objektiven zu ermöglichen. Dies erweist sich als nützlich in der Tierfotografie sowie in allen anderen Fällen, in denen sehr lange und schwere Teleobjektive verwendet werden: ein kardanischer Kopf dreht ein Objektiv um seinen Schwerpunkt und ermöglicht so eine einfache und reibungslose Handhabung bei der Verfolgung sich bewegender Objekte.
Sehr große kardanische Aufhängungen in Form von 2- oder 3-Achsen-Höhenaufhängungen werden in der Satellitenfotografie zu Verfolgungszwecken eingesetzt.
Gyrostabilisierte kardanische Aufhängungen, die mehrere Sensoren beherbergen, werden auch für luftgestützte Überwachungsanwendungen wie Strafverfolgung aus der Luft, Rohr- und Stromleitungsinspektion, Kartierung und ISR (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) verwendet. Zu den Sensoren gehören Wärmebild-, Tageslicht- und Schwachlichtkameras sowie Laserentfernungsmesser und Beleuchtungen.
Kardanische Systeme werden auch in wissenschaftlichen optischen Geräten eingesetzt. Sie werden zum Beispiel verwendet, um eine Materialprobe entlang einer Achse zu drehen, um ihre Winkelabhängigkeit der optischen Eigenschaften zu untersuchen.
Film und VideoEdit
Handgehaltene 3-Achsen-Gimbals werden in Stabilisierungssystemen verwendet, die dem Kameramann die Unabhängigkeit von Handheld-Aufnahmen ohne Kameravibration oder Verwackeln ermöglichen sollen. Es gibt zwei Versionen solcher Stabilisierungssysteme: mechanisch und motorisiert.
Mechanische Gimbals haben den Schlitten, der die obere Stufe umfasst, an der die Kamera befestigt ist, die Säule, die bei den meisten Modellen ausgefahren werden kann, und den Monitor und die Batterien am unteren Ende, um das Gewicht der Kamera auszugleichen. Auf diese Weise bleibt die Steadicam aufrecht, indem der untere Teil des Schlittens etwas schwerer ist als der obere Teil, der am Kardangelenk angelenkt ist. Dadurch liegt der Schwerpunkt des gesamten Rigs, so schwer es auch sein mag, genau auf der Fingerspitze des Kameramanns, was eine geschickte und präzise Steuerung des gesamten Systems mit den leichtesten Berührungen des Gimbals ermöglicht.
Motorisierte Gimbals werden von drei bürstenlosen Motoren angetrieben und sind in der Lage, die Kamera in allen Achsen waagerecht zu halten, während der Kameramann die Kamera bewegt. Eine Inertialmesseinheit (IMU) reagiert auf Bewegungen und nutzt ihre drei separaten Motoren zur Stabilisierung der Kamera. Mit Hilfe von Algorithmen ist der Stabilisator in der Lage, den Unterschied zwischen bewussten Bewegungen wie Schwenks und Kamerafahrten und unerwünschten Verwacklungen zu erkennen. Auf diese Weise scheint die Kamera durch die Luft zu schweben, ein Effekt, der früher mit einer Steadicam erzielt wurde. Gimbals können an Autos und anderen Fahrzeugen wie Drohnen angebracht werden, wo Vibrationen oder andere unerwartete Bewegungen Stative oder andere Kamerahalterungen inakzeptabel machen würden. Ein Beispiel, das in der Live-TV-Branche sehr beliebt ist, ist der Newton 3-Achsen-Kamera-Gimbal.
MarinechronometerBearbeiten
Die Geschwindigkeit eines mechanischen Marinechronometers hängt von seiner Ausrichtung ab. Aus diesem Grund wurden Chronometer normalerweise auf Kardanrädern montiert, um sie von den Schaukelbewegungen eines Schiffes auf See zu isolieren.