Kreiselrotor Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Kreisel rotor, der einen Kardanteil, einen den letzteren umge benden Rotorteil, einen Nabenteil, ein Paar Schwenk verbindungen, die den Kardanteil mit dem Rotorteil um eine Achse schwenkbar verbinden, und ein weiteres Paar Schwenkverbindungen aufweist, die den Kardan- teil mit dem Nabenteil um eine zur letzterwähnten Achse rechtwinkelige Achse schwenkbar verbinden, wobei jede Schwenkverbindung mindestens eines der erwähnten Paare ein biegefederndes Schwenkelement umfasst.
Bekanntlich muss ein Kreiselrotor derart aufgebaut sein, dass keine der aus seiner Lagerung auf den Rotor wirkenden Kräfte eine störende Einwirkung auf die Drehachse des Rotors haben. In der Praxis bestehen bedeutende Schwierigkeiten bei der Stützung einer Masse auf einer Zufuhr eines Antriebes zur Rotation der Masse, ohne dass derartige Einwirkungen auftreten.
In einem Artikel in der Zeitschrift Control Engi neering von Juni 1964 ist bereits eine Aufhängung für einen Kreiselrotor vorgeschlagen worden, bei wel chem theoretisch keine Koppelung zwischen dem Rotor und dir Aufhängung besteht. Die vorgeschlagene An ordnung sieht einen kardanischen Ring zwischen :einer angetriebenen Welle und einer ringförmigen Masse, wel che den eigentlichen Kreiselrotor bildet, vor.
Bei dieser Konstruktion wird der Motor von einem Gehäuse ge tragen und eventuell auftretende radiale Unwuchten werden bei jeder Umdrehung ausgeglichen. Der Ein fluss der Trägheit des Kardanringes auf den Rotor wirkt als eine dynamische, negative, elastische Haltekraft, die eine Neigung zur Entstehung einer konischen Präzes- sion der Rotationsachse zur Folge hat, und zwar in der gleichen Richtung wie diejenige der Drehrichtung des Rotors ist. Die Grösse dieser dynamischen Haltekraft vergrössert sich mit einer Erhöhung der Drehzahl des Rotors.
Es ist anderseits möglich, elastische Aufhän gungen herzustellen, die eine positive elastische Halte kraft aufweisen, die die Entstehung einer konischen Präzession der Rotationsachse zur Folge hat, die in umgekehrter Richtung zur Drehrichtung der Rotation des Rotors verläuft. Durch eine geeignete Kombination dieser Effekte ist es möglich, diese gegenseitig aufzu heben und die Periode der Präzession theoretisch auf einen unendlichen Wert zu bringen.
Bei der Herstellung derartiger Kreiselrotoren müssen Paare von elastischen, schwenkbaren Lagern senkrecht zueinander zwischen dem Rotor und dem Kardanring sowie dem Kardanring und der Welle angeordnet wer den. Die Herstellung und der Zusammenbau der ein zelnen Teile muss sehr genau sein, da die geringste Un genauigkeit der Anordnung zwischen den Paaren der schwenkbaren Lagerstellen abnormale Spannungen in den Federn der Schwenklagerstellen zur Folge. haben würde, die nichtlineare Charakteristiken des Gyroskopes bewirken würden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun, einen neuen Kreiselrotor zu schaffen, der im Vergleich zu bekannten Rotoren verbessert ist.
Der erfindungsgemässe Kreiselrotor zeichnet sich da durch aus, dass das Schwenkelement mit den Teilen, die es jeweils verbindet, einstöckig ausgebildet ist.
Die nachfolgende Beschreibung erörtert beispiels weise bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungs gegenstandes anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer beispielsweisen Ausfüh rungsform des Kreiselrotors nach der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig.
1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III .in Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungs form des Kreiselrotors nach der Erfindung, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 und Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4.
Wie aus den Fig.l, 2 und 3 hervorgeht, weist der dargestellte Rotor Schwenkverbindungen auf, die aus einem Stück mit dem Rotor bestehen, welcher aus einer runden metallischen Scheibe hergestellt ist. Die Anordnung 100 nach den Fig. 1 bis 3 enthält einen eigentlichen Rotor 102, der durch den äusseren Umfang der ursprünglichen Scheibe !sowie durch ein Paar von Schlitzen 104, die durch die Scheibe geschnit ten sind, begrenzt ist. Zwischen den Schlitzen 104 und ,einem weiteren Paar von Schlitzen 108 erstreckt sich ein Kardanteil 106.
Das Paar von Schlitzen 108 bildet die äussere Begrenzung eines zentralen Nabenteiles 110, der mit einer Bohrung 112 versehen ist. Der Kardanteil 106 ist mit Öffnungen 114 versehen, die zur Aufnahme geeigneter Gewichte dienen.
Das äussere Paar von Schlitzen 104 hat längere Teile, die einem Kreis folgen, der konzentrisch zum Umfang der Scheibe verläuft, und jeder Schlitz erstreckt sich ein wenig über die diametrale Ebene der Scheibe hinaus, die jedes von zwei Paaren von Blattfedern 116, 117 und 118, 119 schneidet. Jeder der Schlitze 104 ist an einem Ende. mit der inneren Kante eines Federpaares und am an deren Ende mit der äusseren Kante eines anderen Feder paares versehen, derart, dass die .Federn die einzige me chanische Verbindung zwischen dem Rotorring 102 und dem Kardanteil 106 des Kreiselrotors bilden.
In einer ähnlichen Weise trennen die Schlitze 108 den Kardan- teil 106 von dem Nabenteil 110 und erstrecken sich um ein geringes Mass über eine diametrale Ebene hinaus, die zu der vorerwähnten diametralen Ebene senkrecht ver läuft. Zwei Paare von Federn 120, 121 und 122, 123, die diese Teile verbinden, werden durch diese zweite Ebene in der Mitte geschnitten. Die nichtdargestellte Achse, um welche schwenkbar die Federn 116, 117, 118 und 119 den Kardanteil 106 mit dem Rotorteil 102 verbinden, steht senkrecht zu der ebenfalls nicht dargestellten Achse, um welche schwenkbar die Federn 120, 121, 122 und 123 den Kardanteil 106 mit dem Nabenteil 110 verbinden.
Wie aus der Fig.3 hervorgeht, sind die Blatt federn 116, 117 mit den Teilen des gyroskopischen Rotors, welche sie verbinden, aus einem Stück herge stellt. Die Federn stehen senkrecht zueinander, obwohl auch andere geeignete Winkel gewählt werden können. Die einzelnen Federn sind durch Ausarbeitung von V-förmigen Nuten an entgegengesetzten Seiten der Scheibe hergestellt, so dass deren wirksame Breite durch Entfernung von Material bestimmt ist. Die drei anderen Paare von Federn sind in ähnlicher Weise gestaltet und ausgebildet.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä ssen Kreiselrotors, die in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist, ist der gyroskopische Rotor 300, dessen federnde Aufhängung von den kreuzweise angeordneten Federn der beschriebenen Ausführungsform abweicht. In die sem Falle enthält jede der vier Schwenkstellen der Auf- hängung vier Federstreifen 308, die aus einem Stück mit einem Rotor 302, einem Kardanring 304 und einem zentralen Nabenteil 306 hergestellt sind. Die vier Feder streifen 308 jeder Schwenkstelle der Aufhängung sind kreuzförmig zueinander angeordnet, wie dies aus der Fig. 6 besonders gut ersichtlich ist.
Jede Schwenkstelle der Aufhängung ist ursprünglich als ein volles Kreuz ausgebildet. Die Streifen 308 sind dann durch eine ra diale Bohrung 310 getrennt, die in der Achse des Kreu zes ausgeführt ist, so dass zuletzt jeder Streifen den End- teil eines Armes des Kreuzes bildet. Die drei Teile 302, 304 und 306 dieser Ausführung haben die Form von Ringen, die zueinander konzentrisch durch die Streifen 308 der Aufhängung gehalten werden. Der Rotor 302 entspricht damit mehr in der Form einer herkömmlichen kardanischen Aufhängung.
Die beiden Schwenkstellen, die die Nabe 306 mit dem Kardanring 304 verbinden, sind demzufolge näher der Achse des Rotors 302 als die Schwenkstellen, die den Kardanring 304 mit dem Rotor 302 verbinden.
Als Material zur Erzeugung der Teile aus einem einzigen Stück kann, beispielsweise, Beryllium-Kupfer verwendet werden. Es versteht sich, dass die federnden Elemente oder Schwenkstelen normalerweise so ausgebildet werden, dass sie eine grösstmögliche Tragfähigkeit und eine mög lichst niedrige Biegefestigkeit besitzen.
Die Breite jedes Federblattes sollte so gross sein, dass es den jeweiligen Erfordernissen hinsichtlich Tragfähigkeit und Biegsam keit entspricht, gleichzeitig jedoch eine kompakte Aus führung der Anordnung gewährleistet. Die Dimensionie rung der Federblattbreite ist ferner durch die Notwen digkeit begrenzt, dass auf jeder Hälfte eines Durch messers zwischen den jeweils verbundenen Teilen zwei Federn angeordnet werden müssen. In der Folge wird die Wahl eines geeigneten Verhältnisses der Dicke zur Länge getroffen,
welche das niedrigstmögliche Verhält nis der Biegefestigkeit zur Tragfähigkeit ergibt.
Die beschriebenen Kreiselrotoranordnungen können mit federnden Aufhängesystemen versehen sein, die eine elastische Symmetrie aufweisen, d. h. die isoelastisch oder wahlweise in einem gewissen Grad nicht isoelastisch sind. Diese Bedingung kann bei der vorangehend erst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung durch eine geringe Abweichung des Winkels der Federn der Federpaare von der dargestellten rechtwinkeligen An ordnung erzielt werden.
Die beschriebene Kreiselrotoranordnung vermeidet abnormale Spannungen in den Federn und kann auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden.
Obwohl die beschriebene Kreiselrotoranordnung ins besondere für dynamisch abgestimmte, freie gyrosko- pische Rotoren bestimmt ist, ist sie nicht nur auf eine Anwendung in diesem Falle beschränkt, sondern kann auch bei ähnlichen Einrichtungen, wie z. B. bei Akzele- rometern Verwendung finden.