Wie funktioniert eigentlich ein künstlicher Horizont im Flugzeugcockpit?
Diese Frage findet sich vielfach und ausführlich auf vielen Internetseiten detailliert behandelt, selten jedoch ist der Innenaufbau dieses so elementar wichtigen Kreiselhorizonts (auch artifical horizon, Kreiselhorizont, Gyrohorizont, Gyroskop, Kreiselinstrument) verständlich erläutert und bebildert worden.
Wir haben ein solches Präzisionsinstrument mal zerlegt, um die Funtionsweise anhand der Bilder nachvollziehbar und verständlich zu machen.
Konkret handelt es sich hier um einen künstlichen Horizont aus einer "Spitfire", ein englischer Jagdbomber, eingesetzt von den Briten im 2. Weltkrieg! Der pneumatisch getriebene künstliche Horizont wurde während des WK2 im Jahre 1949 hergestellt, eingebaut 1950 und demontiert im Jahre 1951. Dieses Instrument hat also schon einige Jahre auf dem "Buckel", nach Öffnung des Gerätes zeigte sich jedoch ein nahezu perfekter und beeindruckender Erhaltungszustand.
Das Herzstück eines künstlichen Horizonts und auch anderer gyroskopischer Instrumente (Wendezeiger, Gyrokompass, Kurskreisel etc.) bildet ein schnell rotierender Kreisel mit Drehzahlen meist um 10.000-20.000 U/min.. Dieser Kreisel hat die Eigenschaft, seine Achslage nach dem gyroskopischen Prinzip im Raum stabil zu halten und bildet somit die Referenz für die Anzeige. Das Flugzeug dreht und neigt sich also um diesen stabil im Raum verharrenden Kreisel herum, wobei die Achse des Kreisels grundsätzlich in Richtung Erdmittelpunkt zeigt.
Nun gibt es beim Flug eine Reihe von Einflussfaktoren, welche zu diversen Anzeigefehlern führen, insbesondere Beschleunigungs- und Bremsvorgänge sowie die Erddrehung. Bei jüngeren Modellen werden diese Fehler durch regelmässige manuelle Nullstellung kompensiert, der hier vorgestellte Horizont richtet sich selbsttätig ducrh einen pneumatischen Stabilisator bei Geradeausflug auf Null. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen elektromotorisch und pneumatisch angetriebenen Kreiselinstrumenten.
Hier handelt es sich um einen pneumatischen Kreiselhorizont, angetrieben wird der Kreisel von einer Unterdruck-Pumpe (Vakuum-Pumpe / Saugpumpe). Der Unterdruck wird über spezielle Kanäle bis zum kardanisch gelagerten Kreisel geführt und treibt diesen an, zum besseren Verständnis haben wir mittels der blauen Pfeile den Verlauf des Luftkanals auf den Bildern markiert.

künstlicher Horizont der Spitfire

künstlicher Horzont zerlegt in seine Einzelteile

Front- und Rückansicht des künstlichen Horizonts

Frontansicht - die Balance des Horizont- und des Neigungszeiger ist nicht austariert, nach Inbetriebnahme/ Hochlaufen des Kreisels richten sich die Zeiger automatisch auf "Null"

Rückansicht - Luftansaugstutzen mit Filter, der blaue Pfeil markiert den Lufteintritt, die kleineren Verschraubungen sind für den Anschluss der Saugpumpe

Frontscheibe demontiert
der grosse Zeiger mittig ist der Horizontzeiger für die Anzeige von Steig- bzw. Sinkflug, der kleine Zeiger unten ist der Neigungszeiger für die Anzeige der Querneigung bzw. Kurvenflug

Blick ins Innere, mittig leicht schief der Horizontzeiger,
(Hintergrund mit Neigungszeiger wurde demontiert)

das kardanisch gelagerte Kreiselmodul,
Hintergrund mit Neigungszeiger wieder am Kardanrahmen montiert

Umlenkung des Horizontzeigers bei unterschiedlichen Flugpositionen (das Modul ist für das Foto um 90° gedreht)

Steigflug	Horizontalflug	Sinkflug/Sturzflug

Gehäuse und Rückwand

der Luftkanal beginnt direkt im Achslager der Rückwand,
auf der Rückseite der Rückwand sitzt der Luftansaugstutzen

die Luft wird direkt in die Achse des Kreiselmoduls weitergeleitet...

...und über gefräste Kanäle in das Kreiselgehäuse geleitet

Innenansicht mit dem Herzstück des künstlichen Horizonts
- der Kreisel -

Der Kreisel / Gyro aus massivem Messing,
mit Hilfe der kleinen Bohrlöcher wurde der Kreisel für einen perfekten Rundlauf ausgewuchtet

Verlauf des Luftkanals im Kreiselgehäuse

über schräg geführte Bohrkanäle wird die Luft tangetial an den Kreisel geleitet

in die halbmondförmigen Ausfräsungen greift die zugeführte Luft und treibt den Kreisel an bis über 10.000 U/min.

der Stabilisator dient der "Null"-Stellung des kardanisch gelagerten Kreisels, eine manuelle Null-stellung, gab es bei diesem Horizont nicht

Stabilisator zerlegt

Interessanter "artifical horizon" von "Kroneis"/ Österreich mit elektromotorisch angetriebenem Kreisel / Gyro, dieser ist als Kurzschlussläufer konstruiert und wird mit 3-Phasen 36V bei 500Hz versorgt.
Aussergewöhnlich ist hier die Zahnrad-Kopplung vom Kreiselgehäuse auf die "Horizontkugel"