DE1500652A1

DE1500652A1 - Verfahren zur gelenkigen Verbindung zweier Metallteile

Info

Publication number: DE1500652A1
Application number: DE19661500652
Authority: DE
Inventors: Duck Ivan Alfred; Douglas Barnett
Original assignee: Brown Ltd S G; SG Brown Ltd
Current assignee: Brown Ltd S G; SG Brown Ltd
Priority date: 1965-02-24
Filing date: 1966-02-23
Publication date: 1969-09-25
Also published as: DE1673893A1; NO120906B; DE1673894A1; CH483620A; US3515006A; US3543301A; SE337937B

Description

S.G. Brown Limited, Douglas Barnett und Ivan Alfred Duck, alle in Watford, County of Hertford/Großbritannien

Verfahren zur gelenkigen Verbindung zweier Metallteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gelenkigen Verbindung zweier Metallteile, das Verwendung finden kann, wenn große Präzision erforderlich ist, z.B· bei Kreiselaufhängungen.

Ein Kreiselrotor soll ideal so aufgehängt sein, daß irgendwelche Drehungen oder Verschiebungen seines Gehäuses oder sonstigen Trägers keine Störwirkung auf die Auerichtung der Kreisel« achse haben können. Der Antrieb eines Kreiselrotors derart, daß diese Bedingungen erfüllt sind, bietet erhebliche Schwierigkeiten. Aus dem Aufsatz "The Dynamically Tuned Free Hotor Gyro" von Edwin W. Howe und Paul H. Savet in der Zeitschrift "Control Engineering" vom Juni 1964 ist eine Kreiselaufhängung grundsätzlich bekannt, mit deren Hilfe sich der Hotor theoretisch gegen seinen Träger entkoppeln läßt. Die dort vorgeschlagene Anordnung verwendet einen Kardanring zwischen einer Kreiselantriebswelle

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und einer Schwungmasse, welche den Kreiselrotor darstellt« Der Motor ist hierbei am Gehäuse befestigt,und etwaige radiale Unwuchten werden bei jeder Umdrehung ausgemittelt. Die Trägheitseffekte des Kardanringes auf den Rotor wirken als dynamische negative Federkonstante, die eine konische Präzession der Kreiselachse in gleicher Richtung wie die Drehrichtung des Rotors hervorzurufen sucht. Die Größe dieser dynamischen Fesselung wächst mit der Zunahme der Rotordrehzahl. Andererseits können federnde Aufhängungen konstruiert werden, die eine positive Federkonstante haben, wodurch also eine konische präzession der Kreiselachse in entgegengesetzter, Richtung wie der Rotordrehsinn erzeugt wird. Durch passende Kombination dieser Effekte kann eine gegenseitige Aufhebung derselben erzielt werden, so daß die Präzessionsperiode theoretisch ins unendliche wächst.

Bei der Herstellung einer Kreiselanordnung dieser Art müssen je zwei federnde Aufhängungen paarweise mit zueinander senkrechten Achsen zwischen dem Rotor und dem Kardanring, sowie zwischen dem Kardanring und der Antriebswelle angebracht werden. Die Bearbeitung und der Zusammenbau der verschiedenen Teile erfordern höchste Präzision, da schon eine außerordentlich kleine Abweichung zwischen den Aufhängungsachsen unerwünschte Spannungen in den Aufhängefedern hervorrufen würde, was zu einer nichtlinearen Kennlinie der Aufhängung und damit zu Abweichungen vom erstrebten idealen Verhalten führen würde.

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaffung eines einfachen und zuverlässigen Verfahrens zur gelenkigen Verbindung

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zweier Metallteile mittels einer Blattfeder, welche die Metallteile in genau vorgeschriebener relativer Lage hält. Die Erfindung ist besonders nützlich für dynamisch abgestimmte freie Kreisel, kann aber auch für andere Präzisionsgeräte Verwendung finden, z.B. für Beschleunigungsmesser oder andere Meßinstrumente.

Das erfindungsgemäße Verfahren der angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Metallteil eine Klemmleiste aus Metall befestigt wird, die teilweise einen Oberflächenteil des Metallteils, an welchem die Blattfeder befestigt werden soll, überdeckt, daß so lange Material von einer oder beiden Klemmleisten abgetragen wird, bis die Lage der einander gegenüberliegenden Bänder derselben genau den vorgeschriebenen Wert hat, daß die Blattfeder zwischen die überdeckten Teile der Metallteile und die sie überdeckenden Teile der Klemmleisten eingeschoben und anschließend an den Klemmleisten und den Metallteilen befestigt wird.

Die Befestigung der Blattfedern geschieht beispielsweise durch Punktschweißen. Bestehen die Blattfedern aus dem gleichen Werkstoff wie die Teile, so wird hierzu beispielsweise Berylliumkupfer verwendet.

Auf diese Weise kann auch ein ganzer Kreiselrotor mit Kardanring und Nabe aus einem einzigen Stück herausgearbeitet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können anomale Vorspannungen der Federn vollständig vermieden werden, so daß sich

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eine Rotoranordnung sehr hoher Genauigkeit rasch und billig herstellen läßt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin sind:

Fig. 1 und 2 eine Axialansicht und eine Seitenansicht einer zur Herstellung einer Kreiselrotoranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten scheibe nach dem ersten Herstellungsschritt,

Fig. 3 eine** Schnitt in größerem Maßstab längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. ^ und 5 Ansichten entsprechend Fig. 1 und 2 in einem späteren Herstellungsstadium,

Fig. 6 und 7 Ansichten enTs^r^oh^nttr"Pigv~t~üSLS J~In~eXnenr

dritten Herstellungsstadium, Fig. 8 und 9 Ansichten entsprechend Fig. 1 und 3 in einem vierten Herstellungsstadium,,

In Fig. 1 und 2 ist dargestellt, wie eine anfangs flache runde Scheibe 10 in einen Rotor 12, einen Kardanring Ik und eine Nabe 16 aufgeteilt wird. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Herstellungsstufe ist der größte Teil von inneren und äußeren Spalten 18 und 20 in der Scheibe 10 ausgeschnitten, z.B. durch Gravieren. Der größte Teil des äußeren Spaltes 20 befindet sich auf einem mit der Scheibe 10 konzentrischen Kreis, Diese Spalte soll später noch erweitert werden, indem die Teile 22, die sich rechtwinkelig zu einem Durchmesser der Scheibe erstrecken, durchge-

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schnitten werden. Auf diesen Durchmesser von den noch nicht durchgetrennten Teilen 22 nach innen verlaufende Abschnitte 28 des äußeren Spaltes erstrecken sich bis zu Abschnitten, die den Teilen 22 parallel sind und mit den anderen Enden der Hauptteile der Spalte 20 in Verbindung stehen. Der innere Spalt 18 besitzt ebenfalls Abschnitte 28, die sich längs eines Durchmessers erstrecken, der zum soeben erwähnten Durchmesser senkrecht steht, und in Abschnitten mündet, die senkrecht zu diesem zweiten Durchmesser verlaufen. Der äußere der letzteren Abschnitte ist ebenfalls mit 22 bezeichnet und in diesem Stadium noch nicht durchgetrennt. Die vier Abschnitte 28 sind gleich lang und gleich weit vom Mittelpunkt der Scheibe 10 entfernt. Die Hauptteile des Spaltes 18 verlaufen parallel, zmsl zweiten Durchmesser

sind an ihren Enden-flt±t~~"äen hierzu senkrechten Abschnitten

verbunden. Weil die beiden Teile 22 noch entfernt werden müssen, um jeden Spalt ringförmig zu schließen, stellt die Scheibe noch einen einheitlichen Teil dar. Ein Mittelloch 24 zur Aufnahme einer Antriebswelle, auf der die ganze Anordnung montiert ist, und äußere Löcher 26 sind bereits ausgeschnitten. Die Löcher 26 dienen zur Aufnahme von Schwungmaseen.

Längs der beiden radial verlaufenden Abschnitte 28 jedes Spaltes 18,20 sind die Kanten beiderseits symmetrisch gebrochen. Wie deutlicher aus Fig. 3 hervorgeht, verlaufen die Schrägfläohen 30 und 32 an der Oberseite der Teile 12 und 14 rechtwinkelig zueinander und sind je parallel zu den gegenüberliegenden Schrägflächen 34 und 36 an der Unterseite des Spalts. Zwischen

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den abgeschrägten Flächen bleiben die senkrechten Mittelteile 38 und 40 der ursprünglichen Spaltwände stehen.

Jeder der vier Abschnitte 28 nimmt zwei Blattfedern auf, welche die einzigen Verbindungen zwischen dem Hotor 12, dem Kardanring 14 und der Nabe 16 darstellen.sollen. Nachstehend wird nur die Bildung einer solchen Verbindung geschildert, wobei jedoch im Auge zu behalten ist, daß vorzugsweise die einzelnen r Herstellungsschritte an allen vier Abschnitten vorgenommen werden, bevor zum nächsten Schritt übergegangen wird.

Gemäß Fig. 4 und 5 besteht der zweite Schritt darin, daß Klemmplatten 42 und 44 an den Schrägflächen 30 bis 36 befestigt werden. Jede Klemmplatte besteht aus einem rechtwinkelig abgebogenen Metallstreifen, vorzugsweise aus Edelstahl. Die Klemmplatte 42 wird durch Punktschweißen bei 46 an der oberen Schrägfläche am radial äußeren Ende der Scheibe 10 und am inneren Ende der Schrägfläche 32 Hurch Punktschweißen bei 48 befestigt. Ebenso wird die untere Klemmplatte 44 am inneren Ende der Schrägfläche 36 und am äußeren Ende der Schrägfläche 34 befestigt. Die dargestellten drei Schweißpunkte sind nur beispielshalber gezeichnet. Wesentlich ist nur,, daß jeweils mindestens die halbe Länge der Klemmplatte noch unbefestigt bleibt.

Beim nächsten Schritt werden gemäß Fig. 6 und 7 die beiden Schenkel jeder Klemmplatte 42 und 44 getrennt, indem z.B. durch Gravieren der mittlere, gebogene Teil entfernt wird. Die Platte 42 ist so in zwei Klemmstreifen 50 und 52 und die Platte 44 in

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zwei Klemmstreifen $h und 56 aufgeteilt, die je an einer Schrägfläche befestigt sind. Der Materialabtrag geschieht von der Biegungsstelle nach außen, bis die neu gebildeten Kanten der getrennten Klemmstreifen mit den parallelen gegenüberliegenden Wandteilen 38 und 40 des Spaltes 28 fluchten. Der Abstand dieser Kanten bestimmt die effektive Breite der Blattfedern, die für das Funktionieren der Anordnung entscheidend ist. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Lage dieser Kanten durch Materialabtrag von festen Klemmplatten bestimmt werden kann, nicht aber durch die Position eines fertigen Teils. Das erstere Verfahren kann mit weit größerer Genauigkeit durchgeführt werden.

Nun folgt gemäß Fig. 8 und 9 der Einsatz der Blattfedern 58 und 60. Die Feder 58 wird zwischen den Streifen 50 und die Schrägfläche 30 vom radial inneren Ende her eingeschoben und verläuft über den Spalt 28, so daß sie~z~wi sehen die Schrägfläche 3^ und den Klemmstreifen 54 eintritt. Ebenso wird die Blattfeder 60 vom radial äußeren Ende her zwischen Schrägfläche 32 und Klemmstreifen 52 sowie zwischen Schrägfläche 36 und Klemmstreifen 56 eingeschoben, so daß sie die äußere Hälfte des Spaltes 28 überbrückt. Die Blattfedern werden dann (am einfachsten wieder mit Schweißpunkten 62 und 64) befestigt. Entsprechende Schweißpunkte sind selbstverständlich an der Unterseite der Scheibe 10 vorgesehen. Die herausragenden Enden der Blattfedern 58 und 60 werden dann z.B. durch Schleifen entfernt.

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Schließlich werden die Abschnitte 22 durchgetrennt, um so die Eingspalte 18 und 20 zu vervollständigen, so daß der Rotor " 12, der Kardanring Ik und die Nabe 16 allein durch die vier Paare von Blattfedern 58 und 60 verbunden sind.

Jeder Klemmstreifen kann natürlich auch ursprünglich bereits als getrennter Teil ausgebildet sein, anstatt aus der einen Hälfte eines abgewinkelten Streifens ausgeschnitten zu werden, bevor seine genau der Lage nach bestimmte Kante gebildet wird. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend abgeändert werden, daß die Spaltenl8 und 20 vor dem Verschweißen fertiggestellt werden. Die einzelnen Teile werden dann durch eine entsprechende Lehre in der richtigen Lage zueinander festgehalten, beispielsweise durch Stifte, die in die Löcher 24 und 26 eingreifen. Auch bei diesem abgeänderten Verfahren wird aber die vorteilhafte Ausbildung der Kanten, welche die effektive Breite der Blattfedern bestimmen, durch Materialabtrag beibehalten.

Man wird die einzelnen Blattfedern so konstruieren, daß sie eine möglichst hohe Belastungsfähigkeit und eine möglichst geringe Federsteifigkeit aufweisen. Die Breite jeder Blattfeder soll recht groß sein, wird aber durch den Platzbedarf und dadurch begrenzt, daß zwei Blattfedern auf jeder Durchmesserhälfte zwischen den beiden zu verbindenden Teilen untergebracht werden müssen. Somit muß ein passendes Verhältnis der Dicke zur Länge gewählt werden, das ein möglichst kleines Verhältnis der Biegungssteif igkeit zur Belastungsfähigkeit ergibt.

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Erfindungsgentäß kann die federnde Aufhängung elastische Symmetrie aufweisen, d.h. isoelastisch sein, oder auch um einen bestimmten Betrag nicht isoelastisch sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Winkel zwischen den beiden Blattfedern eines Paares gegenüber der dargestellten rechtwinkeligen Anordnung leicht abgeändert wird.

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Claims

1. Verfahren zur gelenkigen Verbindung zweier Metallteile mittels einer Blattfeder, welche ,die !Metallteile;in genau vorgeschriebener relativer Lage hält, .dadurch ,gekennzeichnet, ,daß an jedem Metallteil (12,14)jeine ,Klemmleiste (50,54) aus Metall befestigt wird, die teilweise tarnen jQfeer^Mchenteil des Metallteils, an welchem die Blattißeä:er.;b6fesfe|;gt ^werden soll, überdeckt, daß so lange MaterMlviira^^

abgetragen wird, bis die Lage !derneinander -gegenüberliegenden Bänder derselben genau den>vo^geseterlebeBen Wert hat, daß die Blattfeder (58) zwischen .d&euübeödeskfeenTfeile'(30,3¹I-) ider Metallteile und die sie überdeßken&en τ Seile ader Klemmleisten eingeschoben und anschließend an den Klemöileisfeentind den 'Metallteilen befestigt wird.

Z, Verfahren nach Anspruch 1, idfitduucht^kenn^eichnet, daß die Metallteile an den Befesti;gun;gsste^llenr.mit: symmetrisch abgeschrägten Kanten (30,32,34,36) iie^ejehen^werden, aan^welche zwei Blattfedern (58,60) ;k»eu»wetseia^gesßhweißt,werden, um eine toreionselastische Verbindang3iswleoh«ndi.finwbeiden Teilen zu ergeben,

3. Verfahren nach Anspruch ; 2,läÄdprgh gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der KlemmliiisteniseweiÄabgewinkelte Streifen (42, 44) an die Schrägflächen beideffseits 4er zu verbindenden Teile angeschweißt werden und daß angehließjiiidjder Mittelteil der

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Unterlagen ΙΛι·:. l k \ Abs. 2 Nr. I Se*; isb* Äi*i»fut>asfl»s* «. 4.9,Λ*ύ/1

Streifen entfernt wird, so daß diese je in zwei Klemmleisten aufgeteilt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile durch zwei gleichachsige torsionselastische Aufhängungen mit gekreuzten Blattfedern verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zu verbindenden Teile anfangs ein zusammenhängendes Werkstück bilden, daß in dem Werkstück ein schlitz angebracht wird, daß der Schlitz durch eine oder mehrere Blattfedern überbrückt wird und daß anschließend der Schlitz soweit erweitert wird, daß das Werkstück in die beiden Teile zerfällt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verwendenden Teile Rotor- und Kardanring oder Kardanring und Nabe einer Kreiselrotoranordnung sind, und daß die beiden anderen Teile längs einer zu der Verbindungsachse senkrechten Achse gelenkig miteinander verbunden werden.

7« Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß längs der erwähnten senkrechten Achse zwei gleichartige Aufhängungen auf gekreuzten Blattfedern ausgebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß Iotor, Kardanring und Nabe aus einer anfänglich zusammenhängenden Metallscheibe (10) gebildet werden.

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