Kardanlåsning kan uppstå i gyroskop, teleskop och andra enheter som rör sig i flera riktningar, och orsakas när kardborrarna, eller fästena, riktas in på ett sätt som förhindrar enheten från att röra sig i önskad riktning. Ett gyroskop är ett snurrande hjul som stöds inuti en serie burar eller fästen, och som används i flygplan och fartyg för att underlätta navigeringen. Varje bur ger rörelse i en av tre riktningar, vilket gör att gyroskopet kan monteras i ett rörligt fartyg eller flygplan samtidigt som det bibehåller en jämn orientering.
Gyroskop diskuterades först i litteraturen på 18-talet och praktiska instrument för fartyg byggda på 19-talet. Elmer Sperry byggde det första gyroskopet för flygplansautopilotkontroll i början av 20-talet. Fördelen med att använda gyroskop för navigering är att det snurrande gyroskophjulet bibehåller en jämn orientering oavsett fartygets eller flygplanets rörelse. Att ansluta gyroskopet till instrument kan ge en ”konstgjord horisont” eller en instrumentvy av nivå även under stormar till havs eller flygplansturbulens.
Alla objekt i rymden kan beskrivas med en kombination av tre vinklar som definieras av en matematisk formel som kallas Euler-vinklar. Dessa tre vinklar beskrivs ofta med termerna x-, y- och z-axel. En enhet sägs ha tre frihetsgrader när den kan vridas upp eller ner, vänster eller höger och in eller ut. Gyroskop monterade i tre burar, som var och en roterar i en av de tre vinklarna, kan i teorin svänga åt alla håll som behövs för navigering.
Effekten av kardanlås kan ses i ett gyroskop, men kan uppstå i mindre komplicerade enheter. Som ett exempel kommer en tittare som följer en satellit ovanför med ett teleskop att nå en punkt där teleskopet pekar rakt upp. Vid denna tidpunkt vrider tittaren teleskopet 180° och kan fortsätta att spåra satelliten när den rör sig mot horisonten i motsatt riktning.
Kardanlås uppstår om föremålet som spåras, till exempel ett flygplan, rör sig ovanför och sedan ändrar riktning 90° och rör sig bort. Vid den tidpunkten kan teleskopet inte vända i sidled, eftersom fästena eller kardanerna förhindrar rörelse i den riktningen. Instrumentet måste roteras eller vridas på basfästet för att lösa problemet.
Människor kan anpassa sig till dessa situationer, eftersom de kanske känner att teleskopet inte kan fortsätta att spåra flygplanet om inte teleskopet vrids 90°. Problemet är att föremålsspårningen ofta går förlorad tills betraktaren kan hitta det igen i teleskopokularet. Detta kan också inträffa med radarantenner som används för att spåra flygplan som svänger när de är placerade ovanför antennen. Datorprogramvara måste skrivas för att kompensera för förlusten av spårning på grund av kardanlås.
I gyroskop finns det flera vinklar där kardanlåsning kan uppstå när burar är i linje, vilket förhindrar gyroskopet från att vrida sig. Liksom teleskopexemplet är gyroskopet nu förhindrat från att röra sig fritt och sägs vara ”gyrolåst”. Flygplan som utför konstflygning, eller svänger och snurrar i ovanliga riktningar, kan orsaka detta beteende i sina navigeringsinstrument. Piloter som utför dessa manövrar kommer ofta manuellt att låsa gyroinstrumenten före konstflygning för att förhindra kardanlåsning och stress på gyroskopen.
Rymdfarkostnavigering använder gyroskop för att upprätthålla en känd referenspunkt. Det finns ingen horisont i rymden, och positionen måste bestämmas av dess placering i förhållande till specifika stjärnor, en teknik som kallas himmelsnavigering. När en rymdfarkost tumlar eller ändrar riktning, kan gyroskopen som bibehåller orienteringen ”nivå” låsa kardan och orsaka en förlust av referens.
Astronauterna var tvungna att visuellt referera till navigationsstjärnorna och återställa gyroskopet för att förhindra navigeringsfel. Ett sätt att lösa problemet var att lägga till en fjärde frihetsgrad, en annan bur, som monterades i en annan orientering eller vinkel än de andra burarna. Detta gav rörelse även om två burar var kardanlåsta, vilket gjorde att instrumentet kunde fortsätta navigera.