Kreiselinstrumente nutzen zwei fundamentale physikalische Eigenschaften rotierender Massen:
1. Raumsteifigkeit (Rigidity in Space)
Ein drehender Kreisel behält seine Rotationsebene im inertialen Raum bei, unabhängig von der Bewegung des umgebenden Gehäuses. Das ermöglicht:
- Künstlicher Horizont (Vertikalachse-Kreisel) zeigt absolute Lage relativ zum Erdhorizont.
- Kurskreisel (Horizontalachse-Kreisel) zeigt eine Referenzrichtung an.
→ Ein rotierender Kreisel tendiert dazu, seine Position im Raum beizubehalten ("a rotating gyro in space tends to maintain its position in space").
2. Präzession (Precession) — 90°-Reaktion
Wird eine Kraft auf den Kreiselrand ausgeübt, wirkt die Reaktion um 90° versetzt in Drehrichtung des Kreisels — nicht am Punkt der Krafteinwirkung. Das heißt:
- Beim Drücken einer rotierenden Scheibe an einer Stelle weicht der Kreisel mit einer Bewegung im 90°-Winkel zur Krafteinwirkung aus.
- Diese Eigenschaft heißt Gyroscopic Precession und ist der Schlüssel zum Verständnis aller Kreiselfehler.
Beispiele:
- Beim Bremsen des Kreisels (durch Lagerreibung) bewirkt das einen Drift in der Anzeige.
- Bei einem Wendezeiger wird die Anzeige durch genau dieses Prinzip erzeugt.
Gyroskopische Instrumente
Wendezeiger (Turn Indicator) und Künstlicher Horizont (Artificial Horizon / Attitude Indicator) sind die wichtigsten so-genannten gyroskopischen Instrumente im Cockpit. Auch der Kurskreisel (Directional Gyro) ist ein Kreiselinstrument.
Antrieb der Kreisel
| Antrieb | Vorteil | Anwendung |
|---|---|---|
| Vakuum-Pumpe (motorgetrieben) | Funktioniert ohne Bordnetz; einfach | Klassische analoge AI, DG (Cessna, Piper) |
| Elektrisch | Höhere Drehzahl, schnellerer Hochlauf | Turn Coordinator (oft elektrisch), moderne AI |
| AHRS (MEMS-Sensoren, kein mechanischer Kreisel) | Solid-state, keine Mechanik | Glas-Cockpit (G1000, Aspen, Dynon) |
Saugdruck-Anzeige (Suction Gauge) — Verfügbarkeit pneumatischer Kreisel
Die Saugdruck-Anzeige (Suction Gauge) zeigt die Funktionsfähigkeit der pneumatisch betriebenen Kreisel an. Wenn der Suction-Wert nicht im grünen Bereich (typisch 4,5–5,5 inHg) liegt, ist das pneumatisch-getriebene Kreiselinstrument NICHT zuverlässig und darf nicht für die Lage- bzw. Kurs-Referenz verwendet werden.
→ Bei niedrigem Saugdruck (z.B. nach Vakuumpumpen-Defekt) fallen Künstlicher Horizont und Kurskreisel aus — der Pilot muss auf alternative Instrumente (Magnetkompass, elektrischer Turn Coordinator) ausweichen.