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Kreiselgerät.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselgerät, dessen Kreiselläufer
durch Luftlager in einem ihn umgebenden von AuBenlagern getragenen drehbaren Körper
gelagert ist. Derartige Kreiselgeräte sind bekannt (britische Patentschrift 884
061 und deutsches Gebrauchsmuster 1 897 168). Bei diesen bekannten Geräten, bei
denen der drehbare Körper mit der Läuferdrehzahl angetrieben wird, sind die Außenlager
als Gleit- oder Wålzlager ausgebildet.
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Gleitlager bedürfen einer ständigen Schmierung, während Wälzlager,
bei denen dieser Nachteil vermieden ist, mehr Platz in Anspruch nehmen und einen
größeren baulichen Aufwand erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenlager
ebenfalls Luftlager sind, welche die Luftlager des Kreiselläufers umgeben. Die Erfindung
beruht auf der Erwägung, daß die für das Luftlager des Kreiselläufers ohnehin erforderliche
Luftpumpe besser ausgenutzt wird, wenn sie auch zur Lagerung des drehbaren Körpers
in zusätzlichen Luftlagern herangezogen wird, die sich durch große Einfachheit und
lange Lebensdauer auszeichnen.
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Vorzugsweise ist für die Luftlager des Kreiselläufers einersets und
die Außenlager andererseits ein gemeinsamer Lufteinlaß vorgesehen. Das ergibt eine
besonders einfache und gedrängte Bauart.
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Das läßt sich besonders vorteilhaft in der Weise verwirklichen, daß
zwischen den die Außenlager bildenden Luftlagern, die denselben Durchmesser haben,
ein mit ihren Luftspalten kommunizierender Ringraum liegt, in den der gemeinsame
Lufteinlaß mündet und der auch die Luftlager des Kreiselläufers speist.
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Dabei können die gleichachsigen Luftlagerspalten der Außenlager innen
mit dem Ringraum und außen mit dem Freien
in Verbindung stehen und
außerdem zwischen ihren Enden Je einen Kranz von Drosselmündungen haben, die durch
einen Speisekanal mit dem Ringraum kommunizieren. Infolgedessen fällt der Luftdruck
in den Luftlagerspalten von innen nach außen ab, steigt jedoch im Bereich jeder
Drosselmündung, und zwar um ein Maß, das wächst, wenn der Lagerspalt enger wird,
und sinkt, wenn der Lagerspalt weiter wird. Die im Bereich der Drosselmündungen
in Abhängigkeit von der jeweiligen Weite des Lagerspaltes herrschenden Drücke gewährleisten
daher die Stabilisierung der Weite der Luftlagerspalten.
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Vorzugsweise sind auch die Luftlagerspalten des Kreiselläufers mit
Kränzen von Drosselmündungen versehen, die mit dem Ringraum kommunizieren und daher
durch die diesem zugeführte Druckluft gespeist werden.
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Wie erwähnt, wird bei den bekannten Kreiselgeräten der eingangs erläuterten
Gattung der von den Außenlagern getragene drehbare Körper mit der Drehzahl des Kreiselläufere
angetrieben und bildet daher einen ußenläufer. Infolgedessen finden keine oder nur
sehr langsame Relativdrehungen zwischen den sich im Luftlager des Kreiselläufere
gegenüberstehenden Lagerflächen statt. Das hat den Vorteil, daß auf den Kreiselläufer
keine Lagerstörmomente wirken, abgesehen von tTurbinenmomenten", die durch Unsymmetrien
der Lagerdüsen bedingt sind, aber sich infolge der Drehung des Außenläufers ausmitteln.
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Es hat sich nun gezeigt, daß wenn der Außenläufer in seinem Traggestell
durch Xålzlager gelagert ist, in diesen Vibrationen entstehen, die einen nachteiligen
Einfluß auf die Luftlagerung des Läufers haben. Vermutlich ihren diese Vibrationen
zu vorübergehenden Überlastungen des den Kreiselläufer tragenden Luftfilms, so daß
sich die Lagerflächen berühren und der Kreisel gestört wird.
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Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Außenlager als Luftlager unterbunden. Die Erfindung eignet sich daher besonders
für ein Kreiselgerät, bei welchem der von den Außenlagern getragene drehbare Körper,
in dem der Kreiselläufer durch Luftlager gelagert ist, als Außenläufer dient und
dementsprechend angetrieben wird.
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Zum Zwecke dieses Antriebs laufen vorzugsweise in dem bereits erwähnten
Ringraum, der mit den Luftspalten der Außenlager kommuniziert, Turbinenschaufeln
des drehbaren Körpers um, und der gemeinsame Lufteinlaß wird von mindestens einer
tangential gerichteten, die Schaufeln beaufschlagenden Düse gebildet. Das bietet
den Vorteil, daß der den Luftlagern zugeführte Luftstrom gleichzeitig dem Zweck
dient, den Außenläufer anzutreiben. An sich ist es bei Kreiselgeräten bekannt, einen
Läufer mit Turbinenschaufeln zu versehen, die durch tangential gerichtete Düsen
beaufschlagt werden.
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Es war bereits erwähnt worden, daß bei einer bevorzugten
Ausgeßtaltung
des Geräts die Luftlagerspalten der Außenlager Je einen Kranz von I)rosselmündungen
haben, die durch einen Speisekanal mit dem Ringraum kommunizieren. Vorzugsweise
ist nun dieser Speisekanal in dem den Außenläufer umgebenden Gehäuse angeordnet.
In diesem Falle ergibt sich eine besonders einfache Bauart, wenn zwei gleichachsige
Luftlagerspalten des Kreiselläufers durch einen zweiten, den Äquator der Kreiselläuferkugel
umgebenden Ringraum getrennt sind, der mit dem Freien in Verbindung steht.
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Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt,
bei welchem der drehbare Körper, dessen Außenlager ebenfalls Luftlager sind, einen
Außenläufer bildet und dementsprechend mit der Läuferdrehzahl angetrieben wird.
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Denn das Kreiselgerät nach der Erfindung kann auch in der Weise ausgestaltet
werden, daß der drehbare Körper, dessen Luftlager die Außenlager bilden und die
Luftlager des Ereiselläufers umgeben, ein optisches Gerät umgibt und trägt und infolge
kugliger Gestalt seiner Luftlager in allen Richtungen verstellbar in einem äußeren
Gehäuse gelagert ist, aber einen nichtkugligen Luftlagerspalt mit dem ringförmigen
Kreiselläufer bildet, der ebenfalls das optische Gerät umgibt. Diese Ausgestaltung
hat zur Folge, daß die Luftlager des Kreiselläufers diesen stets gleichachsig zum
drehbaren Körper ausrichten und daß dieser daher das optische Gerät im Raum stabilisiert,
ohne dabei durch Schwenkbewegungen des
äußeren Gehäuses behindert
zu werden. Ist dieses äußere Gehäuse beispielsweise auf einem Fahrzeug angeordnet,
und handelt es sich bei dem optischen Gerät um ein Fernrohr, dann wird die Achse
dieses Fernrohrs im Raum stabilisiert, so daß man das Ziel ungestört durch die Bewegungen
des Fahrzeugs beobachten kann.
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Bei dieser Ausgestaltung des Kreiselgeräts ist der Speisekanal der
Drosselmündungen des Außenlagers vorzugsweise im Inneren des drehbaren Körpers angeordnet.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
In diesen zeigen Fig. 1 ein Ereiselgerät, bei welchem der von den Außenlagern getragene
drehbare Körper einen Außenläufer bildet, und zwar in einem die Achse des Außenläufers
aufnehmenden Schnitt und Fig. 2 ein Kreiselgerät nach der Erfindung, bei welcher
der von den Außenlagern getragene drehbare Körper ein optisches Gerät umgibt und
trägt, und zwar in einem die Achse des Außenläufers und des optischen Gerätes aufnehmenden
Schnitt.
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Das in Fig. 1 gezeigte Kreiselgerät weist einen Ereiselläufer
10
auf, der durch Luftlager 12 und 14 in einem ihn umgebenden drehbaren Körper 16 gelagert
ist. Dieser ist in einem ihn umgebenden Traggehäuse 18 durch Außenlager 20 und 22
gelagert, die denselben Durchmesser haben und gleichachsig zu den Luftlagern 12
und 14 angeordnet sind. Diese Außenlager 20 und 22 sind nun ebenfalls Luftlager,
welche die Luftlager 12, 14 des Kreiselläufere 10 umgeben.
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Für die die Außenlager 20, 22 bildenden Luftlager und für die Luftlager
12, 14 des Kreiselläufere 10 ist ein gemeinsamer Lufteinlaß 24 vorgesehen. Zwischen
den die Außenlager 20 und 22 bildenden Luftlagern, die denselben Durchmesser haben,
liegt ein Ringraum 26, der die Achse des drehbaren Körpers 16 gleichachsig umgibt
und mit den die Außenlager 20 und 22 bildenden Luftspalten kommuniziert. In diesen
Ringraum 26 mündet der gemeinsame Lufteinlaß 24. Auch speist der Ringraum 26 die
Luftlager 12 und 14 des Kreiselläufers.
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Die die Außenlager 20 und 22 bildenden Luftspalten sind im Atialschnitt
betrachtet eo profiliert, daß sie den drehbaren Körper 16 im Gehäuse 18 sowohl gegen
radiale als auch gegen axiale Kräfte abstützen. Jeder dieser Luftlagerspalten steht
innen bei 30 mit dem Ringraum 26 und außen bei 32 mit dem Freien in Verbindung.
Außerdem hat Jeder dieser Spalten zwischen seinen Enden 30 und 32 einen Kranz von
Drosselmündungen
34, die durch einen Speisekanal 36 mit dem Ringraum
26 kommunizieren. Die durch den Einlaß 24 dem Ringraum 26 zugeführte Druckluft erleidet
beim Durchfließen der Lager spalten vom inneren Ende 30 bis zum äußeren Ende 32
einen Druckabfall vom Anfangsdruck bis zu atmosphärischem Druck.
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Im Bereich der Drosselmündungen 34 wird der im Lagerspalt herrschende
Druck jedoch durch die durch den Speisekanal 36 strömende Druckluft um ein Maß x
erhöht, das von der Stärke der Drosselung abhängt, welches der Druckluftstrom in
der Drosselmündung 34 erfährt. Ist der Lagerspalt an einer Drosselmündung 34 infolge
exentrischer Lage des drehbaren Körpers 16 im Gehäuse 18 enger als an der in Durchmesserrichtung
gegenüberliegenden Drosselmündung 34, dann fließt ein verhältnismäßig schwacher
Strom durch den betreffenden Speisekanal 36. Dementsprechend ist der Druckabfall
dieses Stromes in der Drosselmündung 34 gering. Das führt aber dazu, daß im Bereich
dieser Drosselmündung das Maß x sehr hoch ist, jedenfalls höher als im Bereich der
in Vurchmesserrichtung gegen überliegenden Drosselmündung 34. Es entsteht also dort,
wo der Spalt eng ist, ein höherer Druck in diesem. Das hat aber zur Folge, daß die
Weite der Lagerspalten, welche die Außenlager 20 und 22 bilden, durch die Druckluft
stabilisiert wird.
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Auch die Spalten der Luftlager 12 und 14 des Kreiselläufers 10 sind
mit Kränzen von Drosselmündungen 38 versehen,
die mit dem Ringraum
26 durch Kanäle kommunizieren und in den Lagerapalten 12 und 14 einen Druck erzeugen,
durch den der EreisellWuier 10 in dem ihn umgebenden drehbaren körper 16 zentriert
wird.
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Da die vielen engen DrosselmUndungen 34 und 38 der Lagerspalten parallel
vom Ringraum 26 aus mit Druckluft beschickt werden genüt ein vergleichsweise geringer
Speisedruck.
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Die obige Beschreibung paßt wörtlich auch auf die in Fig. 2 gezeigte
Ausführuingsform, sofern man die Bezugszahlen durch Hinzuaddieren von Hundert erhöht.
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Nunmehr seien die Unterschiede der beiden Ausführungsformen der Erfindung
erläutert, und zwar zunächst mit Bezug auf die ausführungsform der Fig. 1: Der Kreiselläufer
10 ist kugelförmig gestaltet und hat eine in Durchmesserrichtung verlaufende Bohrung,
durch welche die Lage der bevorzugten Trägheitsachse bestimmt wird.
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Der drehbare Körper 16 bildet einen Außenläufer, der angetrieben wird
und seinerseits durch die in den Iagerspalten 2 und 14 herrschende Duftreibung den
ICufer 10 mitnimmt.
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Zug Zwecke dieses Antriebes ist der drehbare Körper 16 auf
seinem
Umfang mit Turbinenschaufeln 40 versehen, und der gemeinsame Lufteinlaß 24 wird
von mindestens einer tangential gerichteten, die Schaufeln beaufschlagenden Dilse
gebildet.
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Der Ringraum 26 wird von einer inneren Aussparung des zylindrischen
Gehäuses 18 und von einer damit zur Deckung kommenden äußeren Aussparung des drehbaren
Körpers 16 gebildet. Seine Verbindung mit den Drosselmündungen 38 wird durch radiale
Kanäle 41 des den Außenläufer bildenden Körpers 16 hergestellt, während die zu den
Drosselmndungen 34 ftthrenden Kanäle 36 im äußeren Gehäuse 18 vorgesehen sind. Die
die Außenlager 20 und 22 bildenden Lagerspalten werden innen von zylindrischen Flächen
des Körpers 16 und des Gehäuses 18 gebildet und weiter außen von den Stirnflächen
des Gehäuses 18 und von Flanschringen 28 begrenzt, die am drehbaren Körper 16 befestigt
sind.
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Die beiden gleichachsigen Luftlagerspalten 12 und 14 des Ereiselläufers
1C sind durch einen zweiten Ringraum 42 getrennt, der den Äquator der den Kreiselläufer
10 bildenden Kuagel umgibt und durch einen nicht näher dargestellten Kanal mit dem
Freien verbunden ist. Dieser Kanal führt durch den Körper 16 hindurch. Die aus den
Drosselmündungen 38 ausstrdmende Luft fließt daher teils nach innen in den Raum
42 und teils nach außen unmittelbar ins Freie.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform bildet der drehbare Körper
116 keinen Iußenläufer. Er wird daher nicht
durch einen Antrieb
in Umlauf versetzt. Er ist vielmehr auf einem im Raum zu stabilisierenden optischen
Gerät, zum Beiepiel einem Fernrohr 50 oder einer Kamera, befestigt und ungefahr
tonnenförmig gestaltet, wobei seine Außenfläche, welche die Außenlager 120 und 122
bildet, mit einer Kugelfläche zusammenfällt. Infolgedessen ist der drehbare Körper
116 in dem ihn umgebenden, beispielsweise an einem Fahrzeug befestigten Gehäuse
118 in allen Richtungen schwenkbar, und zwar infolge der Luftlagerung reibungsfrei.
Der läufer 110 hingegen hat im Gegensatz zu der Ausfthrungsform der Fig. 1 keine
kuglig gestaltete Umfangsfläche. Die Luftlager 112 und 114 werden vielmehr von Kegelflächen
gebildet. Infolgedessen dienen die Luftlager 112 und 114 dazu, den drehbaren Körper
1.16 gleichachsig auf dem Läufer 110 zu lagern. Da der Läufer seine Achse im Raum
stabilisiert, wird daher auch das optieche Gerät 50 im Raum stabilisiert.
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Der drehbare Körper 116 besteht aus zwei Hälften, die durch. eine
das optische Gerät 50 umgebende Xbstandsbuchse 52 starr miteinander verbunden sind
und zwischen sich den Ringraum 126 begrenzen. Der Speisekanal 136 verläuft bei dieser
AusfUhrungBform in dem drehbaren Körper 116, und er dient auch dazu, die DrosselmUndungen
138 der inneren Luftlager 112 und 114 mit Druckluft zu beliefern. Innen wird der
Ringraum 126 vom Läufer 110 begrenzt, der dort mit Einfräsungen 54 versehen ist,
welche als Turbinenschaufeln
wirken. Diese werden von der Linströmdüse
beaufschlagt. die von dem Einlaß 124 bildet wird. i)ie Lagerspalten @ @@@ tind 114
werden ebenso von innen nach aumen Gurchströmt wie die die @ußenlager 120, 122 bildenden
Spalten.
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Mangels besonderer Vorkehrungen köunte der drehbare Körper 110 durch
die Strömung in Ringraum 126 und durch die Luftreibung in deil Iagerspaiteii 112
ilt Drehung versetzt werden und dabei das optische Gerät 50 mitnehmen. Um das zu
verhindern, empfiehlt es sich, den gemeinsamen schwerpunkt der Elekmente 110 und
50 unter die @mlaufac@se an verlegen.