Vorrichtung zum Dämpfen der Bewegung einer Masse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen der Bewegung einer Masse, bei der eine Strömungsmitteldämpfung angewendet wird, wobei Anderungen in der Viskosität des Strömungs- mittels automatisch kompensiert werden.
Präzisionsinstrumente der verschiedensten Art erfordern eine Dämpfung, damit sie genau arbeiten, so insbesondere Kreisel, Beschleunigungsmesser und dergleichen Instrumente, bei denen Massen verwendet werden, um Geschwindigkeiten oder ähnliche Grössen zu messen. Ein gutes Beispiel der Problemstellung ergibt sich bei Kreiseln, die in Gehäusen montiert werden, die mit Ol oder einer anderen Flüssigkeit gefiillt sind.
Das Vorhandensein der Flüssigkeit in dem Ge häuse macht es zweckmässig, eine Flüssigkeitsdämpfung zu benutzen. Mit Flüssigkeitsdämpfung sind eine Reihe von Vorrichtungen geschaffen worden, die üblicherweise Dämpfungsflügel oder-schaufeln umfassen, die an der bewegten Masse befestigt sind und mit dem durch die Flüssigkeit gegebenen Widerstand arbeiten. Es wurden verschiedene Kombinationen von ventilgesteuerten Durchlässen und unter sich verbundenen Kammern entwickelt, um Mittel zu schaffen, mit denen das Mass der Dämpfung beeinflusst werden kann.
Das schwierigste Problem stellt dabei die Tatsache dar, dass die Viskosität der Flüssigkeiten, z. B. von Silikonölen, sich mit der Umgebungstemperatur verändert. Beim Fehlen von Mitteln, um das Ma# der Dämpfung in Abhängigkeit von Temperaturände- rungen zu verändern, ist die Dämpfungskraft sehr hoch bei niedriger Temperatur und fällt mit steigender Temperatur nach einer nichtlinearen Kurve ab.
Um also eine Vorrichtung zu schaffen, in der die Dämpfungskraft konstant ist, wird es notwendig, Mittel zu verwenden, die in die Vorrichtung eine der Regelung zugängliche Dämpfungskraft einführen, die in entgegengesetztem Sinne zur Veränderung der natürlichen Dämpfun, gskraft und nach einer Kurve verläuft, die die Reziprokwerte der Kurve der nat#r- lichen Dämpfungskraft darstellt, so dass bei allen Tem peraturen die Summe aus natürlicher Dämpfungskraft und geregelter Dämpfungskraft die gleiche bleibt.
Es ist das Ziel dieser Erfindung : für ein Instrument eine Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die auf Bewegungen einer Masse anspricht und bei der die gesamte Dämpfungskraft über den normalen Bereich der Betriebstemperatur konstant ist, eine Vorrichtung für konstantes Dämpfen zu schaffen, die aus Elementen besteht, die in kleinstem Raumvolumen untergebracht werden können, um einen Verlust an Wirkungsgrad und Leistung- wie es sich bei zu grossem Auslegen der Einzelteile ergibt, wobei das verwendete Volumen manchmal kritisch ist, wie z.
B. bei Instrumenten für die Luftfahrt, bei der Gewichts-und Raumfragen mit an erster Stelle stehen-zu vermeiden, und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine zufrieden- stellende Dämpfung ergibt und gleichwohl robust genug ist, um erheblichen Stössen und Beschleuni gungskräften standzuhalten.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das die zu dämpfende Masse enth#lt, Wände, die einen Durchlass in dem Gehäuse bilden, ein als Dämpfungsmittel verwendetes Strömungsmittel, das Gehäuse und Durchlass füllt, mindestens ein auf das Strömungsmittel wirkendes Dämpfungsglied, das im Strömungsmittel angeordnet ist, das Gehäuse nicht berührt und f#r die Bewegung mit der Masse verbunden ist, mindestens einen Schieber, der gleitbar in dem Gehäuse angeordnet ist, um den Durchlass für das Strömungsmittel zu steuern, einen im Gehäuse hin und her beweglichen Kolben, zusammenwirkende Nockenflächen an Schieber und Kolben, so dass eine Bewegung des Kolbens das Gleiten des Schiebers bewirkt, und Mittel, die auf die Temperatur des Strömungsmittels ansprechen,
um den Kolben in Abhängigkeit von dieser hin und her zu verstellen.
In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausfiih- rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschau- licht. Es zeigen :
Fig. I einen Aufriss der Dämpfungsvorrichtung, teilweise im Schnitt, teilweise in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und
Fig. 3 auseinandergezogen in perspektivischer Darstellung die wesentlichsten Teile dieser Dämp- fungsvorrichtung.
Es wird als Ausführungsbeispiel eine Dämpfungs- vorrichtung beschrieben, die sich für den Einbau in einen Kreisel eignet. Für den Fachmann ist es ein leichtes, die Vorrichtung für den Einbau in anderen Instrumenten anzupassen.
Kreisel und Dämpfungsteile sind in einem zylindrischen Metallgehäuse 11 angeordnet, von dem ein Ende mittels einer flachen Metallscheibe 12 geschlossen ist, die durch einen Wulst oder eine gewalzte Kante 10 am Rand des Gehäuses 11 gehalten wird. Der Kreisel selbst umfasst einen Rotor 14 und einen Kardanaufbau mit einem inneren zylindrischen Gehäuse 16, das an seinem oberen Ende in einer flachen Metallplatte 18 endigt, die in ihrem Zentrum mit einer Büchse 22 versehen ist, die konzentrisch mit t den Gehäusen 11 und 16 einen Drehzapfen 31 trägt.
Von der Platte 18 des Kardanaufbaues ragen vier symmetrisch angeordnete, sich radial erstreckende, keilförmige Flügel 30,30a, 30b und 30c aufwärts.
Diese Flügel dienen als Dämpfungsflügel der Dämp- fungsvorrichtung und rotieren in Abhängigkeit von der Wirkung des Rotors 14 im Gehäuse 16. Die Anordnung der segmentförmigen Flügel ist am besten am unteren Teil der Fig. 3 ersichtlich. In die Flügel 30 können Löcher gebohrt sein, um die Flügel ge wichtsmässig leichter zu machen und um das richtige statische und dynamische Gleichgewicht zu schaffen.
Auf die Platte 18 ist eine in der Hauptsache flache Metallscheibe 24 aufge, setzt, die mit vier breiten, keilförmigen Ausnehmungen 26 versehen ist, die symmetrisch um das Zentrum der Scheibe 24 angeordnet und so dimensioniert sind, dass sie mit gutem Sitz, aber mit Spiel in radialer Richtung die Flügel eng umfassen. Die keilförmigen Ausnehmungen sind breit genug gemacht, damit eine relative Verdrehung der Scheibe 24 gegenüber der Platte 18 um etwa 10 Grad möglich wird. Im Zentrum der Scheibe 24 ist ein Lager 32 vorgesehen, das mit dem Drehzapfen 31 zusammenwirkt, um die Platte 18 und die Dampfungsflügel 30,30a, 30b und 30c zur Scheibe 24 konzentrisch zu halten.
Um das Lager 32 liegt eine Verdickung 28 mit vier symmetrisch angeordneten Flächen, die die Enden von vier radialen Führungsausnehmungen 23 bilden, die durch Einschneiden von Schlitzen durch einen Teil der Scheibe 24 gebilde, sind.
Für das Gleiten in den Ausnehmungen 23 sind blockförmige Schieber 20,20a, 20b und 20c vorgesehen. Das innere Ende eines jeden Schiebers ist sorgfältig bearbeitet, wie bei 27 in Fig. 3 gezeigt ist, damit es eine Nockenfläche darbietet, die so ausgebildet ist, dass sie einer für das betreffende Instrument vorgesehenen Kurve für die Veränderung der Dämpfungskraft entspricht. Jeder der Schieber 20, 20a, 20b und 20c ist mit einem Loch 34 versehen, das von der Oberseite des Schiebers gebohrt ist und dazu dient, ein Ende der Torsionsfeder 25 aufzunehmen, die angeordnet ist, um den Schieber längs der Ausnehmung 23 einwärts gegen den Mittelpunkt der Scheibe 24 zu drücken.
Oberhalb der Schieber und der Scheibe 24 ist ein tassenförmiges Glied 38 angeordnet, das am besten in Fig. 3 sichtbar ist und eine flache ringförmige obere Platte mit einem am Umfang herabhängenden Flansch umfasst, der an vier Stellen geschlitzt ist, um zu den vier Führungsausnehmungen 42 zu passsen. Die Schlitze sind so geschnitten, dass sie radial in der Platte liegen und radial und symme trisch um die Achse des Gliedes verteilt sind, um mit den oberen Teilen der Schieber 20,20a, 20b und 20c zusammenzuarbeiten, so dass jeder Schieber oben und unten in radialen Führungsausnehmungen liegt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vier Dämpfungsflügel 30, 30a, 30b und 30c mit dem Glied 38 vier Kammern bilden, von denen jede durch die Schieber 20,20a, 20b und 20c in zwei Teile geteilt ist, die über an dem äusseren Ende der Schieber gebildete Durch lässe und uber die in dem herabhängenden Flansch des Gliedes 38 geformten Schlitze miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten dienen die Schie- ber als gleitfähige Unterteilungselemente für jede Kammer. Die radiale Lage eines jeden Schiebers bestimmt die Querschnittsfläche des Durchlasses zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Kammern.
Das Glied 38 besitzt ferner vier Segmente 40, die von der oberen Platte des Gliedes am inneren Umfange abwärts hängen. Die Segmente 40 und der Aussenflansch des Gliedes 38 bilden einen ringför- migen Kanal, in dem die Dämpfungsflügel 30 bewegt werden, wobei das Spiel zwischen den Dämpfungs- flügeln und den Wänden des Kanals in der Grössenordnung von 0,05 mm liegt, um einen Reibungskontakt zu vermeiden und doch das Lecken der Flüssig keit um die Flügel gering zu halten. Das Spiel zwischen Flügel und Innen-und Aussenwand der Dämpfungskammer ist durch das Zusammenwirken von Lagenstift 31 und Lager 32 sichergestellt.
Wie bei 46 in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt die obere Oberfläche des Gliedes 38 Ausnehmungen für einen flachen Unterlagsring 48. Die obere Platte des Gliedes 38 ist mit Schlitzen 44 versehen, die mit den Löchern 34 in den Schiebern und mit Schlitzen, die in den Unterlagsring 48 geschnitten sind, ausgerichtet sind.
Die oberen Teile der Federn 25 sind in den Schlitzen 44 und den Schlitzen im Ring 48 untergebracht, der mit Nuten versehen ist, die die oberen Enden der Federn 25 aufnehmen, um sie gegen die obere Oberfläche des Gliedes 38 zu drücken und festzuhalten.
Vier Schrauben 50 gehen durch Offnungen im Ring 48 und die Segmente 40 des Gliedes 38 und greifen in Offnungen, die in die Scheibe 24 gebohrt sind.
Die Glieder 48,38 und 24 werden so zu einem einheitlichen Ganzen zusammengefasst. Durch die Mittel öffnung des Ringes 48 und des Gliedes 38 erstreckt sich ein vertikaler Kolben 52, der einen Schaft 54 kleineren Durchmessers und einen unteren pilzför- migen Kopf 56 mit allmählich abgerundet verlaufender Peripherie 59 aufweist, die an den Nockenflächen 27 der vier Schieber in Anigriff gelangt.
An seinem oberen Ende ist der Kolben durch Schweissung oder in anderer Weise an einer flachen Metallplatte 60 befestigt, die als oberstes Glied eines flexiblen metallenen Balges 62 dient, der an seinem unteren Ende in einer festen ringförmigen Metallplatte 64 endigt, die an einen verhältnismässig schweren Metall- ring 66 angeschweisst ist, der an eine in die innere Wand des Gehäuses 11 geschnittene Schulter 68 angedrückt ist.
Natürlich ist der Raum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Gehäuse 16 mit Flussigkeit gefüllt, desgleichen der gesamte Raum über der oberen Platte 18 der Umhüllung des Kreisels, ausgenommen der Raum zwischen der Platte 60 an oberen Teil des Balges und der Scheibe 12 am Kopf des Gehäuses 11.
Die Ausdrücke oben, > und unten beziehen sich dabei nur auf die Darstellung der Vorrichtung in den Fig. 1 und 3, betreffen aber in keiner Weise die wirkliche Lage der benutzten Vorrichtung im Raum.
Es kann Vorsorge getroffen werden, damit sich das Gehäuse 16 nicht in einer Richtung parallel zur Achse des Gehäuses bewegt, indem beispielsweise eine Torsionsstabaufhängung des Gehäuses 16 an der den Dämpfungsteilen entgegengesetzten Seite vorgesehen wird. Gew#nschtenfalls kann jedoch eine gesteuerte Bewegung des Gehäuses in axialer Richtung ermöglicht werden, indem das Gehäuse 16 aus einem Material mit höherem Koeffizienten der thermischen Ausdehnung als das Material des Gehäuses 11 hergestellt und bewirkt wird, dass das Ende des Gehäuses, das von den Dämpfungsteilen entfernt liegt, sich nicht axial bewegen kann.
Dabei nimmt das axiale Spiel zwischen Gehäuse 16 und Platte 18 mit zunehmender Temperatur ab, da die Axiallänge des Gehäuses 16 stärker zunimmt als die des Gehäuses 11. In gleicher Weise nimmt das Spiel zwischen der obersten Oberfläche der Flügel 30,30a, 30b und 30c und der anschliessenden flachen Fläche des D#mp- fungsgliedes 38 ab.
Umgekehrt nimmt mit abnehmender Temperatur das axiale Spiel zu und ergibt ein breiteres Leck um die Flügal 30,30a, 30b und 30c. Auf diese Weise kann ein kleines Mass von Dämpfungskompensation ermöglicht werden. Dieser Effekt kommt natürlich in Wegfall, wo das Gehäuse 16 und das Gehäuse 11 aus dem gleichen Material bestehen, also den gleichen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung besitzen, und ist in jedem Fall weniger bedeutend als der weiter unten eingehend beschriebene Effekt.
Beim praktischen Betrieb ist der Kreiselrotor 14 gewissen Eingangsgrössen unterworfen, die ein be grenztes Drehen des Gehäuses 16 mit den Flügeln 30, 30a, 30b und 30c bewirken. Wie bereits angegeben, gestattet die Vorrichtung ein Drehen der Flügel 30 innerhalb der Schlitze 26 der Scheibe 24 über etwa 10 Grad.
Die Bewegung der Flügel bewirkt einen Strömungsmittelstrom vom einen Teil der jeden Fliigel umgebenden Kammer in den anderen Teil, je nach der Richtung der Bewegung der Fl#gel. Das Strö- mungsmittel muss, durch die Öffnungen 70 am äusse- ren Ende jedes Schiebers 20 und der wirksame Wider- stand gegen den Strom ist natürlich eine Funktion der radialen Stellung des Schiebers. Es ist zu betonen, dass bei jeder Vorrichtung, deren Dämpfungsglied in einem Strömungsmittel in Form einer Flüssigkeit be wegt wird, ein beträchtliches Mass natürlicher D#mp- fung vorhanden ist, die sich aus dem Aufbau ergibt.
Diese natürliche Dänpfung ist in weitem Bereiche mit der Viskosität der Flüssigkeit veränderlich, so dass damit als Folge der Temperaturänderungen ein Fehler auftritt. Es ist deswegon nötig, eine zusätzliche Dämpfungskraft einzuführen, die im gleichen Masse, aber entgegengesetztem Sinne wie die natürlichen Dämpfungskräfte mit der Temperatur veränderlich ist, so dass die Summe aus natürlichen und Kompen sations-Dämpfungskräften bei allen Temperaturen gleich gro# ist. Die natürliche Dänpfungskraft ist hoch bei niedriger Temperatur und umgekehrt. Der Wert der natürlichen Dämpfungskräfte folgt einer steilen, nichtlinearen Kurve.
Der Wert der kompen sierenden Dämpfungskraft muss dem Reziprokwert dieser Kurve folgen.
Der Balg 62 pa#t sich infolge seiner federnden Nachgiebigkeit in seinem Volumen dem in ihm enthaltenen Fliissigkeitsvolumen an. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit in der Vorrichtung zunimmt, dehnt sich die Flüssigkeit aus und das Volumen des Balges 62 nimmt zu, um sich der Ausdehnung der Flüssigkeit anzupassen, wobei der Kolben 52 aufwärtsgedrückt und jeder Schieber 20-20c vom m Mittelpunkt der Vorrichtung gegen die Peripherie nach aussen bewegt wird, so dass der Querschnitt der Offnungen 70, durch die in Abhängigkeit von der Umdrehung der Flügel 30 die Flüssigkeit in einer der beiden Richtungen fliesst, vermindert wird. Die Aufgabe der Federn 25 besteht nur darin, die Schieber einwärts in Betriebsberührung mit der Nockenfläche 59 des Kolbenkopfes 56 zu drücken.
Da die Bewegung der Schieber nach au#en den Wert der kompensierenden Dämpfungskraft, die in die Vorrichtung eingeführt wird, vermehrt, ergibt sich, dass die Bewegung der Schieber nach aussen als Folge der Zunahme der Temperatur proportional sein muss der Steigung der Kurve für die Zunahme der kompensierenden Dämpfungskraft. Infolgedessen müssen die Nockenprofile an den Innenenden der Schieber die Form der gewünschten Kurve annehmen. Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Nockenflächen der Schieber so profiliert, dass anfangs eine verhältnismässig grosse Auswärtsbewegung bewirkt wird, wenn sich der Kolben hebt, und dann beim weiteren Anheben des Kolbens eine kleinere Bewegung erfolgt.
Daraus ergibt sich als Summe der natürlichen Dämpfungskraft der Vorrichtung und der beigefügten kompensierenden Dämpfungskraft bei allen Temperaturen der gleiche Wert, da die Kurve der kompensierenden Dämpfungskraft der Reziprok- wert der Kurve der natürlichen Dämpfungskraft ist.
Die vorliegende Vorrichtung ergibt eine Dämp- fung ohne Reibung zwischen den Dämpfungsflügeln und dem ringförmigen Kanal, in dem sie rotieren.
Die zylindrischen inneren und äusseren Oberflächen der Dämpfungsflügel und die zylindrischen Oberflächen des ringförmigen Kanals werden leicht mit einem hohen Grad von Genauigkeit hergestellt, da ja zylindrische Oberflächen verhältnismässig einfach zu bearbeiten sind. So kann das Spiel in äusserst engen Toleranzen gehalten werden.
Beispielsweise könnten die Schieber gegenüber den andern Elementen der Vorrichtung so angeordnet sein, dass der Flüssigkeitsdurchlass mehr beim Zentrum der Vorrichtung, statt, wie hier gezeigt, beim Aussenumfang liegt. Der flexible metallene Balg, der sich im praktischen Betrieb als zufriedenstellendes Mittel zum Ansprechen auf Volumenänderungen durch thermische Drehung gezeigt hat, kann auch durch einen Thermostaten ersetzt sein, der mit dem Kolben gekuppelt ist.
Device for damping the movement of a mass
The present invention relates to a device for damping the movement of a mass, in which fluid damping is applied, changes in the viscosity of the fluid being automatically compensated for.
Precision instruments of the most varied of types require damping in order to operate accurately, in particular gyroscopes, accelerometers and the like instruments in which masses are used to measure speeds or similar quantities. A good example of the problem arises in the case of gyroscopes which are mounted in housings that are filled with oil or another liquid.
The presence of the liquid in the housing makes it convenient to use liquid damping. With liquid damping, a number of devices have been created, usually comprising damping vanes or vanes which are attached to the moving mass and operate with the resistance provided by the liquid. Various combinations of valve gated ports and interconnected chambers have been developed to provide means by which the amount of damping can be influenced.
The most difficult problem is the fact that the viscosity of the liquids, e.g. B. of silicone oils, changes with the ambient temperature. In the absence of means to change the degree of damping as a function of temperature changes, the damping force is very high at low temperatures and decreases with increasing temperature according to a non-linear curve.
In order to create a device in which the damping force is constant, it is necessary to use means which introduce a damping force accessible to the regulation into the device, which runs in the opposite sense to the change in the natural damping force and follows a curve, which represents the reciprocal values of the curve of the natural damping force, so that the sum of the natural damping force and the regulated damping force remains the same at all temperatures.
It is the object of this invention: to provide a damping device for an instrument which is responsive to movements of a mass and in which the total damping force is constant over the normal range of operating temperature; to provide a constant damping device which consists of elements which can be accommodated in the smallest volume of space to avoid a loss of efficiency and performance - as is the case with too large design of the individual parts, the volume used is sometimes critical, such as.
B. in instruments for aviation, where weight and space issues are paramount, and to create a device that provides satisfactory damping and is nevertheless robust enough to withstand considerable impacts and acceleration forces.
The device according to the invention is characterized by a housing which contains the mass to be damped, walls which form a passage in the housing, a fluid used as damping means which fills the housing and passage, at least one damping element acting on the fluid, which is arranged in the fluid, does not contact the housing and is connected for movement to the mass, at least one slide which is slidably arranged in the housing to control the passage for the fluid, a slide reciprocable in the housing Pistons, cooperating cam surfaces on the slide and piston so that movement of the piston causes the slide to slide, and means responsive to the temperature of the fluid,
to move the piston back and forth as a function of this.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is illustrated in the attached drawing. Show it :
Fig. I is an elevation of the damping device, partly in section, partly in perspective,
Fig. 2 is a section along the line 2-2 in Fig. 1 and
3 shows the most essential parts of this damping device in an exploded perspective view.
As an exemplary embodiment, a damping device is described which is suitable for installation in a gyro. For those skilled in the art it is easy to adapt the device for installation in other instruments.
The gyroscope and damping parts are arranged in a cylindrical metal housing 11, one end of which is closed by means of a flat metal disk 12 which is held by a bead or a rolled edge 10 on the edge of the housing 11. The gyro itself comprises a rotor 14 and a cardan structure with an inner cylindrical housing 16 which ends at its upper end in a flat metal plate 18 which is provided in its center with a sleeve 22 which is concentric with the housings 11 and 16 a Pivot 31 carries.
Four symmetrically arranged, radially extending, wedge-shaped wings 30, 30a, 30b and 30c protrude upwards from the plate 18 of the cardan structure.
These vanes serve as damping vanes of the damping device and rotate as a function of the action of the rotor 14 in the housing 16. The arrangement of the segment-shaped vanes is best seen in the lower part of FIG. Holes may be drilled in the wings 30 to make the wings lighter in weight and to create the correct static and dynamic balance.
On the plate 18 a mainly flat metal disc 24 is placed, which is provided with four wide, wedge-shaped recesses 26 which are arranged symmetrically around the center of the disc 24 and are dimensioned so that they are seated well, but with play tightly embrace the wings in the radial direction. The wedge-shaped recesses are made wide enough so that a relative rotation of the disk 24 relative to the plate 18 by about 10 degrees is possible. A bearing 32 is provided in the center of the disk 24 and cooperates with the pivot 31 to keep the plate 18 and the damping vanes 30, 30a, 30b and 30c concentric with the disk 24.
Around the bearing 32 there is a thickening 28 with four symmetrically arranged surfaces which form the ends of four radial guide recesses 23 which are formed by cutting slots through part of the disk 24.
Block-shaped slides 20, 20a, 20b and 20c are provided for sliding in the recesses 23. The inner end of each slide is carefully machined, as shown at 27 in Figure 3, to present a cam surface that is shaped to conform to a damping force variation curve for the instrument concerned. Each of the sliders 20, 20a, 20b and 20c is provided with a hole 34 drilled from the top of the slider and used to receive one end of the torsion spring 25 which is arranged to bias the slider inwardly along the recess 23 against the Press the center of the disc 24.
Above the slides and disc 24 is a cup-shaped member 38, best seen in FIG. 3, which includes a flat annular top plate with a peripheral flange that is slotted at four locations to access the four guide recesses 42 to pass. The slots are cut to lie radially in the plate and are distributed radially and symmetrically about the axis of the link to cooperate with the upper portions of sliders 20, 20a, 20b and 20c so that each slider is in radial guide recesses.
It should be noted that the four damping vanes 30, 30a, 30b and 30c with the member 38 form four chambers, each of which is divided into two parts by the sliders 20, 20a, 20b and 20c, which are over at the outer end of the Passages formed by slides and connected to one another via the slots formed in the depending flange of the member 38. In other words, the slides serve as slidable dividing elements for each chamber. The radial position of each slide determines the cross-sectional area of the passage between the two adjacent chambers.
The link 38 also has four segments 40 which hang down from the top plate of the link at the inner periphery. The segments 40 and the outer flange of the link 38 form an annular channel in which the damping vanes 30 are moved, the play between the damping vanes and the walls of the channel being in the order of magnitude of 0.05 mm, around frictional contact to avoid and yet leak the liquid to keep the wings small. The play between the wing and the inner and outer wall of the damping chamber is ensured by the interaction of the position pin 31 and bearing 32.
As shown at 46 in Fig. 1, the top surface of the link 38 has recesses for a flat washer 48. The top plate of the link 38 is provided with slots 44 that correspond to the holes 34 in the slides and with slots that cut into the washer 48 are cut, are aligned.
The upper portions of the springs 25 are housed in the slots 44 and the slots in the ring 48 which is grooved which receive the upper ends of the springs 25 for pressing and holding them against the upper surface of the member 38.
Four screws 50 pass through openings in ring 48 and segments 40 of link 38 and engage openings drilled in disk 24.
The links 48, 38 and 24 are thus combined into a unified whole. A vertical piston 52 extends through the central opening of the ring 48 and the member 38 and has a shaft 54 of smaller diameter and a lower mushroom-shaped head 56 with a gradually rounded periphery 59, which engages the cam surfaces 27 of the four slides got.
At its upper end, the piston is attached by welding or in some other way to a flat metal plate 60, which serves as the uppermost member of a flexible metal bellows 62, which ends at its lower end in a solid annular metal plate 64 which is attached to a relatively heavy metal - Ring 66 is welded on, which is pressed against a shoulder 68 cut into the inner wall of the housing 11.
Of course, the space between the housing 11 and the housing 16 is filled with liquid, as is the entire space above the top plate 18 of the shell of the gyroscope, except for the space between the plate 60 at the top of the bellows and the disk 12 at the top of the housing 11.
The terms above,> and below relate only to the representation of the device in FIGS. 1 and 3, but in no way relate to the actual position of the device used in space.
Provision can be made so that the housing 16 does not move in a direction parallel to the axis of the housing, for example by providing a torsion bar suspension of the housing 16 on the side opposite the damping parts. If desired, however, a controlled movement of the housing in the axial direction can be made possible in that the housing 16 is made of a material with a higher coefficient of thermal expansion than the material of the housing 11 and that the end of the housing that is covered by the damping parts away, cannot move axially.
The axial play between the housing 16 and plate 18 decreases with increasing temperature, since the axial length of the housing 16 increases more than that of the housing 11. In the same way, the play between the uppermost surface of the wings 30,30a, 30b and 30c and the adjoining flat surface of the attenuator 38.
Conversely, the axial play increases with decreasing temperature and results in a wider leak around the wings 30,30a, 30b and 30c. In this way, a small amount of attenuation compensation can be made possible. This effect is of course omitted where the housing 16 and the housing 11 are made of the same material, that is to say have the same coefficient of thermal expansion, and is in any case less important than the effect described in detail below.
In practical operation, the gyro rotor 14 is subject to certain input variables which cause a limited rotation of the housing 16 with the blades 30, 30a, 30b and 30c. As previously indicated, the device allows the blades 30 to rotate within the slots 26 of the disc 24 through about 10 degrees.
The movement of the blades causes a flow of fluid from one part of the chamber surrounding each blade to the other part, depending on the direction of movement of the blades. The fluid must pass through the openings 70 at the outer end of each slide 20 and the effective resistance to the flow is of course a function of the radial position of the slide. It should be emphasized that in any device whose attenuator is moved in a fluid in the form of a liquid, there is a considerable amount of natural attenuation that results from the structure.
This natural attenuation varies widely with the viscosity of the liquid, so that an error occurs as a result of the temperature changes. It is therefore necessary to introduce an additional damping force that changes with temperature in the same way but in the opposite sense as the natural damping forces, so that the sum of natural and compensatory damping forces is the same at all temperatures. The natural damping force is high at low temperatures and vice versa. The value of the natural damping forces follows a steep, non-linear curve.
The value of the compensating damping force must follow the reciprocal of this curve.
Due to its resilient resilience, the volume of the bellows 62 adapts to the volume of liquid it contains. As the temperature of the liquid in the device increases, the liquid expands and the volume of the bellows 62 increases to accommodate the expansion of the liquid, with the piston 52 pushed up and each slide 20-20c from the center of the device against the Periphery is moved outwards, so that the cross section of the openings 70, through which the liquid flows in one of the two directions as a function of the rotation of the blades 30, is reduced. The function of the springs 25 is only to urge the slides inwardly into operative contact with the cam surface 59 of the piston head 56.
Since the outward movement of the slide increases the value of the compensating damping force introduced into the device, it follows that the outward movement of the slide as a result of the increase in temperature must be proportional to the slope of the curve for the increase the compensating damping force. As a result, the cam profiles on the inner ends of the slides must take the shape of the desired curve. As can best be seen from FIG. 1, the cam surfaces of the slides are profiled in such a way that initially a relatively large outward movement is caused when the piston rises, and then a smaller movement occurs when the piston is raised further.
This results in the sum of the natural damping force of the device and the accompanying compensating damping force at all temperatures, the same value, since the curve of the compensating damping force is the reciprocal of the curve of the natural damping force.
The present device provides damping without friction between the damping vanes and the annular channel in which they rotate.
The cylindrical inner and outer surfaces of the damping vanes and the cylindrical surfaces of the annular channel are easily manufactured with a high degree of accuracy, since cylindrical surfaces are relatively easy to machine. In this way, the game can be kept within extremely tight tolerances.
For example, the slides could be arranged with respect to the other elements of the device in such a way that the liquid passage is more at the center of the device than, as shown here, at the outer circumference. The flexible metal bellows, which in practical use has been shown to be a satisfactory means of responding to changes in volume by thermal rotation, can also be replaced by a thermostat which is coupled to the piston.