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Wendekreisel Die Erfindung bezieht sich auf Wendekreisel mit einer
das Rotorgehäuse tragenden und die Fesselungsfeder bildenden drehelastislehen Auffiängung.
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Wendekreisel sind bekannt, bei welchen die drehelastische Aufhängung;
einen wesentlichen Teil des Gewichtes des Rotorgehäuses aufnimmt. Wenn geringe Drehgeschwindigkeiten
(z. B. 0,0051 pro Sekunde) mit solchen Wendekreiseln ermittelt werden sollen,
muß die Torsionssteifigkeit der Aufhängung klein sein. Dies bringt den Nachteil
mit sich, daß durch die Erzielung der erforderlichen geringen Torsionssteifigkeit
normalerweise die seitliche Steifigkeit der Aufhängung verringert wird, so daß der
Wendekreisel stoßempfindlicher wird. Dadurch erhöht sich die Gefahr einer Beschädigung
des Wendekreisels infolge einer seitlichen Ausbiegung der Aufhängung durch Stöße,
die entweder während des Betriebs oder während des Transports auftreten. Die seitliche
Ausbiegung könnte zwar gemäß einem Vorschlag, der in Verbindung mit Torsionsbandauffiängungen
gemacht worden ist, welche bei einer anderen Instumentenform verwendet werden, auf
einen sicheren Wert begrenzt werden, wobei einfach ein Anschlag vorgesehen ist,
den die Aufhängung nur berührt, wenn ein unerwünscht starker Stoß auftritt. Ein
Anschlag gemäß diesem Vorschlag hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß der
Wendekreisel ein falsches Drehgeschwindigkeitssignal liefern würde, falls durch
einen Stoß oder eine länger dauernde Beschleunigung die Auffiängung veranlaßt würde,
seitlich in Berührung mit den Anschlägen ausgebogen zu werden.
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Die vorstehend behandelten Nachteile fallen dann besonders ins Gewicht,
wenn Wendekreisel von kleinen Abmessungen und mit einer Empfindlichkeit über einen
weitenBereich vonDrehgeschwindigkeiten, beispielsweise von 0,005 bis
6' pro Sekunde, konstruiert werden sollen.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Wendekreisels der vorstehend
umrissenen Gattung, der geringe Drehgeschwindigkeiten ermitteln kann, ohne daß die
Genauigket von seitlichen Stößen oder Beschleunigungen nennenswert beeinflußt wird.
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Der erfindungsgemäße Wendekreisel der umrissenen Gattung ist dadurch
gekennzeichnet, daß für das Rotorgehäuse koaxial zur drehelastischen Auffiängung
eine zusätzliche reibungsarme Lagerung vorgesehen ist, die jedoch ein solches Lagerspiel
hat, daß sie bei Abwesenheit von seitlichen Ausbiegungen der drehelastischen Aufhängung
nicht zum Tragen kommt.
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Die reibungsarine Lagerung kann in an sich bekannter Weise durch Kugel-
oder Zapfenlager gebildet sein, und das Lagerspiel kann im Bereich von
0,013 bis 0,076 mm liegen. Die Aufhängung kann in an sich bekannter
Weise durch Torsionsstäbe oder Blattfedern gebildet sein, und in diesem Zusammenhang
soll darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung sowohl dort anwendbar ist, wo
das Rotorgehäuse nur an einem Ende durch eine drehelastische Aufhängung und am anderen
Ende durch ein herkömmliches Lager abgestützt wird, als auch dort, wo sie an beiden
Enden durch drehelastische Auffiängungen abgestützt ist.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt F i g. 1 eine schematische
Schnittansicht eines Wendekreisels, während F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform
eines Teiles der F i g. 1 wiedergibt.
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Gemäß F i g. 1 weist der Kreiselmotor 1, der ein üblicherDrehstrom-Induktionsmotor
ist, einen Rotor 2 auf, der sich um eine Drallachse 3 in einem Rotorträger
4 dreht. Die Dreiphasenstatorwicklung 5 des Motors 1 wird durch den
Rotorträger 4 getragen, und der Rotor 2 dreht sich um die Statorwelle
6 auf Kugellagern 7. Der Rotor 2, der aus Messing bestehen kann, ist
mit einem Wirbelstrom 8, beispielsweise aus Kobaltstahl, versehen. Der Rotorträger
4 selbst ist an gegenüberliegenden Enden eines äußeren flüssigkeitsdichten Gehäuses
9 in zwei Lagern 10 gelagert, wobei die Lagerachse 11 die Ausgangsachse
des Wendekreisels bildet. Beide Lager 10 sind am äußeren Ende an dem Gehäuse
9 befestigt und weisen einendünnen Torsionsstab 12, beispielsweise aus sehr
dehnbarem Stahl oder Berylliumkupfer, auf, der
als Fesselungsfeder
für den sich um die Ausgangsachse 11 drehenden Rotorträger wirkt. Beide Lager
10 weisen außerdem an einer näher dem inneren Gehäuse als dem Torsionsstab
12 gelegenen Stelle einen Wellenstumpf 13 auf, der von der Innenfläche eines
üblichen zylindrischen Kugellagers 14 umgeben ist, welches auf dem Teil
15 bzw. 16 des Gehäuses 9
sitzt. Die Innenflächen der Kugellageri4
haben einen Radius, der 0,013 bis 0,076 mm größer als der Radius der
Wellenstümpfe 13 ist, so daß die Lager bei Abwesenheit von seitlichen Ausbiegungen
der drehelastischen Aufhängung nicht zum Tragen kommen.
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Eines der Lager 10, nämlich das rechts in F i g. 1
dargestellte,
nimmt außerdem an einer zwischen dem Torsionsstab 12 und dem Rotorträger 4 gelegenen
Stelle den Rotor 17 eines elektromagnetischen Abgriffs auf, der ein zu der
Drehung des Rotorträgers 4 um die Ausgangsachse 11 gegen das äußere Gehäuse
9 proportionales elektrisches Signal erzeugt. Der Stator 18 des Abgriffs
wird durch das Teilstück 16 des Gehäuses 9 gehalten.
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Die beiden Lager 10 haben normalerweise nicht das Gesamtgewicht
des Rotorträgers 4 und der auf ihm gelagerten Teile aufzunehmen, da der Raum im
äußeren Gehäuse 9 mit einer Flüssigkeit, beispielsweise einem sogenannten
»Silikonöl« gefüllt ist, das so ausgewählt ist, daß es eine möglichst geringe Viskosität-Temperatur-Änderung
hat.
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Im Betrieb ist, wie bei bekannten Wendekreiseln, der Wendekreisel
mit seiner Eingangsachse (d. h. der Achse des Wendekreisels, die senkrecht
zur Drallachse 3 und zur Ausgangsachse 11 verläuft) koinzident mit
der Achse, um die die Drehung zu messen ist, aus- " erichtet. Der Wendekreisel
präzediert um die Ausgangsachse 11 um einen Winkel, der proportional der
Drehgeschwindigkeit um die Eingangsachse ist, wobei ein Ausgangssignal durch den
Abgriff -erzeugt wird, das dem Präzisionswinkel des Wendekreisels und daher der
Drehgeschwindigkeit proportional ist.
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Dadurch, daß die Kugellager 14 vorhanden sind, deren Innenfläche die
Teilstücke 13 der La,-er 10, die sie umgeben, nicht berührt, können
dieTorsionsstäbe 12 eine verhältnismäßig geringe Seitensteifigkeit haben. Eine Berührung
der Wellenstümpfe 13 mit den Innenflächen der La-er 14 verhindert eine unzulässige
seitliche Ausbiegung der drehelastischen Aufhängung, wie sie beispielsweise durch
unnormale seitliche Beschleunigungen des Wendekreisels entweder im Betrieb (z. B.
10 G) oder während des Transportes (z. B. 50 G) entstehen kann. Da
die Lager 14 jedoch weiterhin eine Drehung der Wellenstümpfe 13 gegen das
Gehäuse 9 ermöglichen, kann der Wendekreisel nahezu ungehindert weiterarbeiten,
obgleich natürlich eine geringe Hemmung der Präzessionsdrehung infolge der Reibung
in den Lagern 14 auftritt. Da die Torsions- und Biegesteifigkeit eines Torsionsstabes
voneinander abhängig sind, ist ersichtlich, daß diese Anordnung die Verwendung von
Torsionsstäben geringer Drehsteifigkeit ermöglicht, wodurch die Konstruktion von
Wendekreiseln ermöglicht wird, die auf sehr geringe Drehgeschwindigkeiten (beispielsweise
0,0005' pro Sekunde oder noch weniger) um die Eingangsachse ansprechen, die
aber auch Drehungen bis zu mehreren (z. B. 60 pro Sekunde messen können.
Die Torsionsstäbe 12 müssen natürlich in der Lage sein, den- Teil des Gewichtes
des Rotorträgers 4 und der auf ihm gelagerten Teile aufnehmen zu können der nicht
durch den Auftrieb der Flüssigkeit aufgenommen wird, damit die Flächen der Lager
die Lagerungen nicht berühren, wenn keine seitliche Beschleunigung auftritt. Wenn
eine seitliche Ausbiegung der Lager 10 genügend groß ist, um eine Berührung
mit den Lagerflächen herbeizuführen, so sind die entstehenden Ausgangssignale keine
so genaue Wiedergabe der Drehgeschwindigkeit des Körpers, an dem der Wendekreisel
angebracht ist, wie es der Fall ist, wenn keine Berührung stattfindet. Jedoch ermöglicht
die Erfindung die Konstruktion von Wendekreiseln, die so empfindlich gemacht werden
können, daß sie ein Ausgangssignal liefern, das unter allen Umständen eine geringe
Drehgeschwindigkeit wiedergibt, wobei der Ausgang genau proportional der Drehgeschwindigkeit
ist, wenn keine seitliche Ausbiegung auftritt, die ausreicht, um eine Berührung
mit den Lagern herbeizuführen.
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Natürlich kann ein Torsionsstab auch nur an einem Ende der Lagerachse
11 des Rotorträgers 4 vorgesehen werden, während das andere Ende als starre
Welle 20 ausgebildet ist, die mit Hilfe eines Kugellagers 21 gelagert ist, wie es
in F i g. 2 dargestellt ist, die die entsprechenden Teile dieser abgeänderten
Ausführungsform wiedergibt. Außerdem können die Torsionsstäbe 12 durch andere Ausführungsformen
von Fesselungsfedern, beispielsweise durch Blattfederabstützungen, ersetzt werden.
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Die Kugellager 14 können durch andere Lager ersetzt werden, vorausgesetzt,
daß die Reibungsverluste bei Berührung nicht allzusehr die Ungenauigkeit des Ausgangssignals
des Wendekreisels erhöhen. Beispielsweise kann auch ein Zapfenlager, das mit Polytetrafluoräthylen
ausgekleidet ist, verwendet werden.