DE1268860B - Kreiselgeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIc

Deutsche KL: 42 c-25/51

1 268 860
P 12 68 860.7-52
26. Juli 1960
22. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät, dessen Rotor in der Weise gegenüber einem Tragrahmen kardanisch gelagert ist, daß eine Kardanachse normalerweise horizontal und die andere Kardanachse normalerweise vertikal verläuft, wobei die beiden Lager der vertikalen Kardanachse zwischen ihren inneren und äußeren Laufringen zusätzliche Laufringe aufweisen, die periodisch zu gegenläufigen Drehbewegungen in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden.

Die vorgenannte Lagerausbildung hat bekanntlich den Zweck, die Lagerreibung, die Anlaß zu einer unerwünschten Kreiselpräzession sein kann, zu vermindern. Durch die ständige Drehbewegung der zusätzlichen Laufringe wird erreicht, daß sich die Lager ständig im Zustand der gegenüber der Ruhereibung beträchtlich geringeren Gleitreibung befinden. Durch die Gegenläufigkeit der zusätzlichen Laufringe wird sodann erreicht, daß von den in den beiden Lagern verbleibenden Gleitreibungsmomenten allenfalls die Differenz als Störmoment wirksam werden kann. Durch die periodische Drehrichtungsumkehr wird schließlich erreicht, daß das verbleibende Störmoment periodisch seine Richtung wechselt, so daß seine Wirkung im Mittel Null ist. In bezug auf das vorgenannte bekannte Kreiselgerät bedeutet dies, daß der Kreisel allenfalls noch eine alternierende Präzession um die vorher gewählte Bezugsrichtung ausführt.

Auch diese mit nur geringer Amplitude alternierende Präzession ist bei hohen Anforderungen an die Richtungskonstanz des Kreisels störend. Wie sich aus den vorstehenden Erörterungen ergibt, könnte auch noch die alternierende Präzession vermieden werden, wenn es gelänge, die in den beiden Lagern verbleibenden Gleitreibungsmomente gleich groß zu machen, so daß ihre Differenz Null ist.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Zustand herbeizuführen.

Die Reibung in einem Lager ist bekanntlich abhängig von der Last, die das Lager tragen muß. Im vorliegenden Fall gilt es also, für die beiden axial belasteten Lager der vertikalen Kardanachse eine gleichmäßige Belastung zu erzielen.

Aus der Lagerungstechnik ist es bekannt, daß die Belastung von Axiallagem von der relativen axialen Stellung der Lager abhängig ist. In Anwendung dieser Erkenntnis wird bei einem Kreiselgerät der eingangs beschriebenen Art die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eines der Lager der vertikalen Kardanachse axial verstellbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kreiselgerät

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,

Wilmington, New Castle, Del. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

8000 München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Edgar L. Zeigler, Glen Cove, N. Y.;

Paul P. Tseng, Williston Park, N. Y. (V. St. A.)

so Lagerung wird selbstverständlich auch noch der weitere Vorteil erzielt, daß die Lager gleichmäßig abgenutzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem Kreiselgerät, bei dem die äußere Kardanachse vertikal verläuft und die inneren Lagerringe im Tragrahmen, die äußeren Lagerringe im Kardanring gehaltert sind, vorgesehen, daß der innere Lagerring des unteren Lagers von dem inneren Rand einer federnden Ringplatte getragen wird, deren äußerer Rand am Tragrahmen befestigt ist, und daß unterhalb der Ringplatte ein Stützring angeordnet ist, der mit einer Stellmutter axial verstellbar ist und zwischen inneren und äußeren Rand der Ringplatte gegen diese drückt.

Ein genaues und bequemes Verfahren zur Herbeiführung der Gleichverteilung der Last auf beide Lager bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten Kreiselgerät besteht darin, daß nach Inbetriebnahme des Gerätes die periodische Präzession um die horizontale Achse messend verfolgt und durch Verstellung des vertikal verstellbaren Lagerringes auf ein Minimum gebracht wird.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Kreiselgerät ist es nunmehr sogar zulässig, daß die in den gegenüberliegenden Lagern auftretenden Reibungskräfte relativ große Werte annehmen, denn es wird die Möglichkeit geschaffen, die durch die Reibungskräfte hervorgerufenen schädlichen Wirkungen vollständig auszuschließen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

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Während der anderen Hälfte des Zyklus werden die Relativdrehungen der Zwischenlaufringe umgekehrt. Diese zyklischen Bewegungen der Laufringe finden statt, wenn das Kreiselgerät arbeitet und der Rotor 5 des Kreiselgerätes umläuft. Der Motor 29, die Platte 30 und das Getriebe 27, 28 und 34 bilden eine zusätzliche Belastung für die den Kardanring 12 um seine senkrechte Achse 14 drehbar tragenden Lager 15,16.

Gemäß der Erfindung ist einer der Laufringe der Lager der Achse 14 entlang der Kardanringachse bezüglich der anderen Lagerlauf ringe oder des Rahmens in eine Stellung einstellbar, bei welcher die Belastung zwischen den jeweiligen Lagern gleich verteilt ist. Der

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispieles der Erfindung, bei dem das Kreiselgerät ein Richtkreisel ist,

F i g. 2 eine geschnittene Prinzipskizze in vergrößerter Darstellung eines Kugellagerpaares, welche zur Erklärung der Verteilung der Last zwischen den senkrechten Kardanringlagern dient.

Das in der Zeichnung dargestellte Kreiselgerät ist
ein Richtkreisel mit üblichem Rahmen, Kardanring
und Rotorgehäuseteilen. Das feste Rahmenelement io
des Gerätes wird von einem oberen Teil 10 und
einem unteren Teil 11, die mit Abstand zueinander
angeordnet sind, gebildet. Die Rahmenbestandteile
können Teile eines zusammenhängenden Rahmenwerkes oder an den Innenwänden eines nicht ge- 15 axial bewegliche Lagerlaufring der Anordnung ist bei zeigten Gerätegehäuses befestigte Teile sein. 35 dargestellt. Der Laufring 35 ist durch eine Mutter

Der Kardanring 12 stellt eines der Belastungs- 36 an einem Achsstutzen 37 befestigt, der in dem elemente der vertikalen Kardanachse dar. Er ist Grundrahmen 11 entlang der Achse 14 verschiebbar durch obere und untere Kugellager 15 bzw. 16 um angebracht ist. Der Achsstutzen 37 weist einen eine senkrechte Achse 14 frei drehbar gehaltert. Das 20 Flansch 38 auf, dessen Unterfläche auf dem Innenverbleibende Reibungsstördrehmoment, das gemäß rand einer federnden Ringplatte 39 aufliegt, deren

äußerer Rand am Grundrahmen 11 befestigt ist. Die zwischen den beweglichen Laufring 35 und den Rahmen 11 geschaltete Ringplatte trägt die Be-25 lastungselemente des Gerätes.

Die Einrichtung zur Verteilung der Last zwischen den Lagern 15 und 16 wird durch einen Ring 40, Kugeln 41, eine einstellbare Mutter 42 und eine Gegenmutter 44 gebildet. Diese Teile mit dem die hält einen nicht dargestellten Kreiselrotor, der um 30 Ringplatte 39 berührenden oder mit diesem fest vereine zu der Kardanringachse 14 und der Gehäuse- bundenen Ring 40 sind entlang der Achse 14 bezüglich des Grundrahmens 11 einstellbar. Der Ring 40 paßt in eine kreisförmige Rille in dem Grundrahmen 11, die konzentrisch zu der Achse 14 liegt, 35 und berührt mit seiner oberen gekrümmten Fläche die Ringplatte 39 zwischen den beiden Punkten, wo diese mit dem Rahmen und über den Achsstutzen 37 mit dem Lagerlaufring 35 in Verbindung steht. Die Kugeln 41 sind in mit äquidistantem Abstand voneinlagerlaufring 21 auf, der an dem oberen Rahmen 10 40 ander angeordneten Taschen in dem Grundrahmen durch eine Gegenmutter 22 befestigt ist, sowie einen 11 angeordnet und berühren die Unterfläche des feststehenden, an dem Rahmen 10 befestigten Achs- Ringes 40 und die Oberfläche der Einstellmutter 42. stummel 24. Der äußere Kugellagerlaufring 25 des Die Mutter 42 ist bezüglich des Rahmens einstellbar, Lagers 15 ist an dem oberen Ende des Kardanrings um zur Verteilung der Last zwischen die Lager den 12 durch Schraubbefestigungen angebracht. Ein 45 beweglichen Lagerlaufring 35 über die federnde Zwischenkugellagerlaufring 26 des Lagers 15 wird in Ringplatte 39 in axialer Richtung einzustellen. Die bekannter Weise um die Achse 14 gedreht. Zu diesem Mutter 44 sichert die Mutter 42 in der eingestellten Zweck wird der Zwischenlaufring 26 durch den Stellung bezüglich des Rahmens.
Nabenteil eines Kegelzahnrades 27 gebildet, dessen F i g. 2 veranschaulicht in einer Prinzipskizze einen

Gegenzahnrad 28 durch einen umkehrbaren Motor 5° unausgeglichenen Belastungszustand für Lager einer 29 angetrieben wird. Der Motor 29 und das Zahnrad senkrechten Achse, wo das obere Lager 15' stärker 28 werden auf dem Kardanring 12 von einer festen, belastet ist als das untere Lager 16'. Um diesen Zuaus einem Teil des Kardanringes bestehenden Be- stand darzustellen, ist der am Kardanring befestigte festigungsplatte 30 getragen. Laufring 25' des Kugellagers 15' bezüglich des an

Der feste äußere Kugellagerlaufring 31 des unteren 55 dem Rahmen befestigten Laufringes 21' etwas nach Lagers 16 ist an dem unteren Ende des Kardanringes unten verschoben gezeigt. Um die Belastung zwischen 12 befestigt. Der Zwischenlaufring 32 des Lagers 16 den Lagern auszugleichen, muß in diesem Fall der wird durch den Nabenteil eines zweiten Kegelzahn- einstellbare Laufring 35' des unteren Kugellagers 16' rades 34 gebildet, das ebenfalls mit dem Antriebs- in der Richtung des Pfeiles 45 angehoben werden, so zahnrad 28 im Eingriff steht. Der Motor 29 wird in 60 daß die relative Stellung der Laufringe der jeweiligen bekannter Weise so gesteuert, daß die Zwischenlauf- Lager die gleiche wird. Das ergibt eine geringfügige ringe 26 und 32 um einen vorbestimmten Drehwinkel Änderung in der Stellung des am Kardanring bein entgegengesetzten Richtungen gedreht werden und festigten Laufringes 31', welche über den Kardanring der Drehsinn der Kugellagerlaufringe periodisch um- 12' die Belastung des oberen Lagers 15' auf das gekehrt wird. Demgemäß wird während eines halben 65 wünschte Maß vermindert. Wenn die Belastungszu-Arbeitszyklus der Laufring 26 im Uhrzeigersinn um stände umgekehrt wie in dieser Darstellung sind, wird die Achse 14 angetrieben, während der Laufring 32 der einstellbare Laufring 35' entgegen der Pfeilrichentgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird. tung bewegt, um das Lager 16' zu entlasten und den

der Lehre der Erfindung vermindert oder beseitigt wird, entsteht um die Achse 14 bei einer Relativbewegung zwischen dem Rahmen und dem senkrechten Kardanring 12 in den Lagern 15 und 16.

Ein Rotorgehäuse 17 ist auf dem Kardanring 12 um eine normalerweise horizontale Achse 18 durch mit Abstand zueinander angeordnete Lager 19 und 20 frei drehbar gehaltert. Das Rotorgehäuse 17 ent-

achse 18 senkrechte Achse in Umlauf versetzt wird. Der Rotor und das Rotorgehäuse 17 bilden ebenfalls Belastungselemente für die Lager 15 und 16 der senkrechten Achse.

Die in der Zeichnung dargestellten, die Belastung tragenden Kugellager 15 und 16 sind in bekannter Weise als reibungsarme Schwinglager ausgebildet. Das obere Kugellager 15 weist einen inneren Kugel-

Kardanring 12' zu senken, bis das obere Lager 15' den richtigen Anteil an der Belastung trägt. In F i g. 1 wird dasselbe Ergebnis auch bei Vorhandensein der Zwischenlagerringe 32 und 26 der Lager 16 bzw. 15 herbeigeführt. Bei der axialen Stellung des bewegliehen Laufringes 35, bei der die Belastung gleich verteilt ist, wird die Einstellmutter 42 durch Drehen der Feststellmutter44 an dem Grundrahmenil gegen die Mutter 42 gesichert.

Bei dem bereits genannten Verfahren zur genauen und endgültigen Einstellung des beweglichen Laufringes 35 entlang der Achse 14 werden die Auswirkungen einer ungleichen Belastung als Präzession des Rotorgehäuses 17 um seine horizontale Achse gegenüber einem Nullzustand beobachtet. Störende restliche Reibungsdrehmomente um die Achse 14 entstehen als Folge der Differenz der Reibungswerte der Lager 15 und 16, wenn dieselben ungleich belastet sind. Während der Drehung der Zwischenlaufringe 26,32 in einem Teil ihrer zyklischen Bewegungen, wenn z. B. der Laufring 26 sich im Uhrzeigersinn und der Laufring 32 sich entgegen dem Uhrzeigersinn bewegen, verursacht das Restdrehmoment eine Präzession des Gehäuses 17 gegenüber Null um die Achse 18 in einer gegebenen Richtung. Die Richtung und das Ausmaß einer derartigen Präzession werden durch die Bedienungsperson beobachtet, die die Einstellung auf einem Schreiber 46 (mit bewegtem Band 47 und Schreibstift 48) abliest; der Schreiber zeichnet einen Kurvenzug der Ausgangsgröße eines üblichen elektrischen Gebers 49 an der Achse 18 des Gerätes auf. Der Geber 49 ist mit dem Schreiber 46 durch Leitungen 50, einen Verstärker 51 und Leitungen 52 verbunden. Bei derselben Belastung und bei dem Teil des Arbeitszyklus der Zwischenlaufringe, wo die Bewegungsrichtungen gegenüber den vorerwähnten Richtungen umgekehrt sind, kehrt sich das Restdrehmoment um die Achse 14 in seiner Richtung um, und das Gehäuse 17 ändert den Richtungssinn seiner Präzession um die Achse 18. Die Schreibspur auf dem durch ein Uhrwerk angetriebenen Band ist demgemäß eine Kurve, welche gegenüber einer Bezugslinie der Präzession des Gehäuses 17 folgt, wenn dieses sich winkelmäßig von einem Nullstand ausgehend nach Größe und Riehtung des Winkels um die Achse 18 bewegt. Das Justierverfahren wird demgemäß bei dem Gerät im Arbeitszustand verwendet, während der Rotor umläuft und sich die Zwischenlaufringe der Kugellager zyklisch um die senkrechte Kardanringachse 14 drehen. Bei gleichen Belastungen der Lager 15 bzw. ist die Reibung der Lager nahezu dieselbe, und die Drehmomente der sich entgegengesetzt drehenden Zwischenkugellagerringe heben sich während ihrer zyklischen Bewegungen im wesentlichen auf. Demgemäß stellt die Bedienungsperson bei der Durchführung der Justierung das verstellbare Lager entlang der Achse des Kardanringes in eine Stellung ein, bei welcher die beobachtete Aufzeichnung der alternierenden Präzession ein Minimum erreicht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kreiselgerät, dessen Rotor in der Weise gegenüber einem Tragrahmen kardanisch gelagert ist, daß eine Kardanachse normalerweise horizontal und die andere Kardanachse normalerweise vertikal verläuft, wobei die beiden Lager der vertikalen Kardanachse zwischen ihren inneren und äußeren Laufringen zusätzliche Laufringe aufweisen, die periodisch zu gegenläufigen Drehbewegungen in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lager (15,16) der vertikalen Kardanachse axial verstellbar ist.

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, bei dem die äußere Kardanachse vertikal verläuft und die inneren Lagerringe im Tragrahmen, die äußeren Lagerringe im Kardanring gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring (35) des unteren Lagers (16) von dem inneren Rand einer federnden Ringplatte (39) getragen wird, deren äußerer Rand am Tragrahmen (11) befestigt ist, und daß unterhalb der Ringplatte (39) ein Stützring (40) angeordnet ist, der mit einer Stellmutter (42) axial verstellbar ist und zwischen inneren und äußeren Rand der Ringplatte (39) gegen diese drückt.

3. Verfahren zur Gleichverteilung der Last auf beide Lager bei einem Kreiselgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Inbetriebnahme des Gerätes die periodische Präzession um die horizontale Achse (18) messend verfolgt und durch Verstellung des vertikal verstellbaren Lagerringes (35) auf ein Minimum gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 719 588;
britische Patentschrift Nr. 601 547;
USA.-Patentschriften Nr. 2 577 942, 2 970 480.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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