Steadicam & Co: Kreiselstabiliserung – der Kenyon-Kreisel

Wenn es darum geht, eine Kamera in einem beweglichen System stabil auszurichten, kommen Kreisel als stabilisierende Instrumente zum Einsatz. Hier erklären wir die Funktionsweise des weit verbreiteten Kenyon-Kreisels.

Mehr zu den physikalischen Grundlagen erklären wir hier, über die konkreten Anwendungen am Set erfahren Sie mehr im Artikel Kreiselstabilisierung – Anwendungen.

Nach einem Ingenieursstudium am MIT und vielen Erfindungen im Bereich der Flugzeug- und Schiffsnavigation meldete der 1899 geborene Theodor W. Kenyon im April 1950 einen »stabilizer for sighting devices« zum Patent an, den nach ihm benannten Kenyon-Stabilisator. Im April 1957 folgte eine verbesserte Version, die im Wesentlichen bis heute unverä̈ndert in dieser Form gebaut wird.

Der Kenyon-Kreisel sieht aus wie ein großes schwarzes Ü̈berraschungs-Ei und außer der Befestigungsschraube, wahlweise mit 1⁄4-Zoll- oder 3/8-Zoll-Gewinde und einem Stromkabel gibt es an diesem Gerät nichts zu bedienen. Im Inneren des Stabili­sators befin den sich zwei in je einer Ebene schwenkbare Gyroskope, die identisch gebaut sind und in Ruhestellung eine Rotationsachse parallel zur lä̈ngsten Seite des Stabilisators haben (18 –18a). Die beiden Kreiselkä̈fige sind je in einer zur Rotationsachse senkrecht stehen den Ebene schwenkbar, wobei die Schwenkachsen (13, 13a) der Käfige (Gimbal) zur Senkrechten (V) des Stabilisators symmetrisch links und rechts um einen Gesamt winkel (A + Aa) von deutlich kleiner als 90° und ungefähr 75° gegen einander versetzt sind.

Diese Anordnung hat sich bei vielen Versuchen als die beste herausgestellt, auch weil so die Schwenkachsen der Käfige nicht mit der horizontalen und vertikalen Stabilisierungs achse zusammenfallen. Die Schwenkbewegung der Kreiselkä̈fige wird durch ein Stoßblech (20, 20a) begrenzt, das beim Erreichen der maximalen Drehung auf einen Gummipuffer stö̈ßt. Drei Spiralfedern (38a) halten den Kreiselkä̈fig spannungsfrei in der Null-Lage. Durch rutschend gelagerte Befestigung der Federn werden diese auch bei maximaler Auslenkung des Kä̈figs nicht ü̈bermä̈ßig gedehnt oder verdreht. Die Federn dienen gleichzeitig zur Spannungsversorgung des im Kreiselkö̈rper befindlichen elektrischen Rotors. Die beiden Rotoren drehen sich gegenlä̈ufig damit sich Kräfte aus der Präzession aufheben. Die Beschleunigung auf circa 22.000 Umdrehungen pro Minute dauert zehn Minuten; nach der Anlaufphase reduziert sich die Spannungsaufnahme um ein Drittel. Die genauen Leistungsdaten sind fü̈r die unterschiedlichen Modelle in einer Tabelle unten aufgefü̈hrt. Der Stabilisator ist wartungsfrei aufgebaut und das Gehä̈use ist hermetisch abgeschlossen und wird im Innern mit Helium gefü̈llt.

Der Kenyon-Stabilisator wird in fü̈nf Ausfü̈hrungen und drei Baugrößen geliefert. Der KS12 mit 7,7 kg ist nur fü̈r Einbauten an Rigs und Schwenkkö̈pfen gedacht und für den Handbetrieb nicht geeignet. Die Typen KS8 und KS6 sind so wie auch KS4/KS2 von der Grö̈ße her baugleich, unterscheiden sich aber durch das Gewicht der Kreisel und somit durch ihre Wirkung. Weil der Kenyon-Stabilisator zunächst hauptsä̈ch lich in Flugzeugen eingesetzt wurde, um Fern glä̈ser oder Kameras bei der Aufklä̈rung oder Luftbildfotografie zu stabilisieren, wurde die ü̈bliche Bord spannung von 115 V mit 400 Hz verwendet. Die hohe Hertz-Zahl reduziert in der Luftfahrttechnik die Baugrö̈ße von Transformatoren und die Spannung von 115 V hat bei grö̈ßerer Leistungsaufnahme Vorteile gegen ü̈ber Spannungen von 24 V reduziert Kabel dicken und stellt einen gü̈nstigen Kompromiss hinsichtlich des Isolationsaufwandes dar.

Wer den Kenyon-Stabilisator außerhalb eines Flugzeuges verwendet, braucht einen entsprechenden Konverter, den es fü̈r Batterie­spannungen von 12 V oder 24 V gibt und der diese in 115 V 400 Hz umwandelt. Den Stabilisator niemals an anderen Spannungsquellen betrieben, das kann die internen Motoren zerstö̈ren. Fü̈r den Einsatz mehrerer Stabilisatoren werden auch Spannungswandler mit zwei oder vier Anschlü̈ssen geliefert. Die aktuellen Konverter sind fü̈r alle Stabilisatoren KS2 bis KS8 gleich.

Foto oben: Zeichnungen aus der Patentanmeldung von Kenyon
zusammengestellt von Hans Albrecht Lusznat