DE1947893B2 - Einstueckiges kardanisches biegegelenk - Google Patents

Description

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Gelenkeinheit der bekannten Kreiselrotoraufhängung, radial verschoben auf jeweils gegenüberliegenden

die hauptsächlich zur Aufnahme von Torsions- und Seiten einer ersten Biege- oder Schwenkachse 30

Radialkräften geeignet sein soll, symmetrisch aus- liegen, verlaufen im wesentlichen parallel zu dieser

zubilden, d. h. unter Erhaltung ihrer Funktionen den Achse, jedoch jeweils in entgegengesetzten Rich-

Schwerpunkl und den geometrischen Mittelpunkt der 5 tungen.

Gelenkeinheit zu vereinen. Auf gleiche Weise sind die Arme 26 und 28 in

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- gleichem Abstand radial versetzt auf gegenüberlöst, daß die Verlängerungen auf unterschiedlichen Hegenden Seiten einer zweiten Biege- oder Schwenk-Seiten der zugehörigen Kippachse liegen und in achse 32 angeordnet und verlaufen im wesentlichen einem eil en Rotationssinn ausgerichtet sind, so io parallel zu dieser zweiten Achse, jeweils in entgegendaß die Biegestege einer Kippachse in unterschied- gesetzten Richtungen.

lichem Drehsinn beansprucht werden und der Die Biegeachsen 30 und 32 stehen somit senkrecht

Massenschwerpunkt in den geometrischen Mittel- aufeinander und senkrecht auf der Achse 14. wobei

punkt des Biegegelenks zu liegen kommt. Vorzugs- sich alle drei Achsen in einem gemeinsamen Punkt

weise weist dabei der mittlere Ring tangential ge- 15 schneiden, der mit 33 bezeichnet ist. Der mittlere

richtete Schlitze auf, die eine freie Beweglichkeit der Kardanteil 16 ist zusätzlich symmetrisch zu jeder der

Biegestege mit ihren Verlängerungen sicherstellen, erwähnten Biegeachsen, so daP der Schnittpunkt 33

wobei diese Schlitze um ein bestimmtes Maß über mit dem Massezentrum des Karianteils 16 und der

die jeweilige Kippachse hinausgeführt sind. Das gesamten Gelenkanordnung 10 zusammenfällt,

kardanische Biegegelenk wird vorteilhi'.fterweise 20 Ein erstes Paar sich diametral gegenüberliegender

mittels eines Verfahrens der elektrischen Entladung Biegestege 36 und 38 mit jeweils frei fliegenden Ver-

licrgestellt. Durch dies einfachere Herstellungs- länge ungen ist den entsprechenden Armen 22 und

verfahren sind die Kosten pro Einheit geringer als 24 angeformt. Die genannten Verlängerungen ver-

bei herkömmlichen Anordnungen. laufen bezüglich der Biegeachse 30 in entgegen-

Nachstehend ist eine Ausführungsform der Er- 25 gesetzten Richtungen und sind jeweils fest mit einem

findung an Hand der schematischen Zeichnungen entsprechenden Paar von diametral gegenüberliegen-

beispielsweise beschrieben. Darin zeigt den und sich nach oben erstreckenden Zwischen-

F i g. 1 eine Draufsicht auf das Biegegelenk. Stegen 40 und 42 verbunden, weiche ihrerseits ein-

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der stückig mit dem unteren Kardanteil 20 sind.

Fi g. 1. 30 Auf ähnliche Weise ist ein zweites Paar diametral

F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der gegenüberliegender Biegestege 44 und 46 vorgesehen,

F i g. 2. die entsprechenden Armen 26 und 28 angeformt sind

F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der und frei fliegende Verlängerungen tragen, die sich

Fig. 2; senkrecht zu den Armen und der Biegeachse 32 in

F i g. 5 und 6 zeigen Seitenansichten des Biege- 35 entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Die Biegegelenks: stege 44 und 46 sind über ihre Verlängerungen fest

F i g. 7 zeigt eine Abwicklung der zylindrischen rr.it einem Paar sich nach unten erstreckender und

Außenseite des Biegegelenks nach Fig. 1, sich diametral gegenüberliegender Zwischenstege 48

F i g. 8 ein Werkzeug für die Herstellung des und 50 verbunden, welche ihrersei'.s dem oberen

Biegegelenks. 40 Kardanteil 18 angeformt sind.

In den F i g. 1 bis 6 erscheint das kardanische Die Biegestege 36, 38. 44. 46 haben notwendiger-

Biegegelenk in der allgemeinen Form eines recht- weise gleiche Maße und sind in gleichen Abständen

winkligen Zylinders 10 mit einer mittleren Bohrung radial gegenüber der Achse 14 verschoben. Außer-

12 bzw. Ausnehmung, die durch den Zylinder läuft dem hat jeder Biegesteg einen eingeschnürten Mittel-

und sich koaxial zu eir-ζτ ersten Symmetrieachse 14 45 teil, dessen Längsachse mit der einen oder der

erstreckt. anderen Biegeaohse 30 oder 32 kolinear verläuft.

Das aus einem einzigen starren Stück aus Feder- Beispielsweise besitzt der Biegesteg 44 der. ein-

metall od. ä. herausgearbeitete Gelenk 10 besitzt drei geschnürten Teil 52 (Fig. 5), dessen Querschnitts-

angeformte, jedoch einzeln bewegliche Kardanteile, Längsachse mit der Biegeachse 32 gemäß der F i g. 2

die zueinander in axialem Abstand und koaxial mit 50 zusammenfällt. Die Querschnittsachse des ein-

der Achse 14 angeordnet sind. Wie es am deutlich- geschnürten Mittelteils 54 des Biegesteges 46 fällt

sten aus der F i g. 2 hervorgeht, enthält somit das ebenfalls mit der Achse 32 zusammen. Die einge-

Gelenk 10 einen mittleren Kardanteil 16. einen schnürten Mittelteile der Biegestege 36 und 38 liegen

oberen Kardanteil 18, der in axialem Abstand be- jeweils in der gleichen Weise zur Biegeachse 34.

züglich der Achse 14 oberhalb des Kardanteils 16 ₅₅ Dank der beschriebenen Konstruktion hat der

liegt, und einen unteren Kardanteil 20, der in obere Kardanteil 18 eine Schwenk- oder Kippfreiheit

axiaiem Abstand bezüglich der Achse 14 unterhalb gegenüber dem mittleren Kardanteii 16 über die ein-

des Kardanteils 16 liegt. In den Fig. 1, 3 und 4 er- geschnürten Abschnitte der Biegearme 44 und 46,

kennt man, daß jeder Kardanteil bezüglich der Achse womit ein Kippen um die Biegeachse 32 möglich ist.

14 symmetrisch ist. 60 Der mittlere Kardanteil 16 hinwiederum läßt sich

Wie insbesondere a·)·; der F i g. 3 hervorgeht, be- bezüglich des unteren Kardanteils 20 in den einsitzt der mittlere Kardanteil 16 ein erstes Paar geschnürten Teilen der Biegearme 36 und 38 um die diametral gegenüberliegender und sich nach außen Biegeachse 30 schwenken. Wie an Hand der F i g. 3 erstreckender Arme 22 und 24 sowie ein zweites gesehen werden kann, ähnelt diese zweiachsige Biege-Paar diametral gegenüberliegender, sich nach außen 65 Stegverbindung in ihrer Anordnung einem symmeerstreckender Arme 26 und 28, wobei die beiden trischen Hakenkreuz und erfüllt somit die Forderung, Paare rechtwinklig ;aieinander angeordnet sind. Die daß der mittlere Kardanteil und/oder das gesamte Arme 22 und 24, die jeweils in gleichem Abstand Gelenk völlig symmetrisch zu jeder der drei Haupt-

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achsen, nämlich der Achse 14, der Achse 30 und der schneiden. Außerdem haben alle acht Löcher gleiche

Achse 32, ist. Tiefe und gleichen Durchmesser, und jeweils die

Wenn also die Gelenkanordnung 10 im Zu- beiden Löcher eines Lochpaares haben zueinander

sammenhang mit einem lagerfreien Kreisel ver- den gleichen Abstand in Axialrichtung,

wendet wird, d. h., wenn das Kreiselschwungrad fest 5 Die vier dihedrischen Schlitze 70, 72, 74 sind dann

mit dem oberen Kardanteil 18 und die Kreisel- so eingebracht, daß ihre L-förmigen Querschnitte

antriebsachse fest mit dem unteren Kardanteil 20 senkrecht zur Achse 14 liegen. Die Schlitze 70 und

verbunden ist, dann erhält man eine reibungsfreie 72 sind um 180° zueinander versetzt, iie sind ko-

kardanische biegsame Zweiachsenaufhängung, mit planar und liegen in axialem Abstand zu den

der eine kraftschlüssige Übertragung einer Dreh- io Schlitzen 74 und 76. Letztere sind ebenfalls koplanar

bewegung von der Antriebswelle zum Schwungrad und um 180° gegneinander versetzt. Außerdem sina

möglich ist und mit der gleichzeitig das Schwungrad die Schlitze 70 und 72 in umgekehrtem Sinne wie die

relativ zur Drehachse der Antriebswelle kippen kann. Schlitze 74 und 76 angelegt und zu den Schlitzen 74

Hinzu kommt, daß wegen des beschriebenen sym- und 76 um 90° versetzt.

metrischen Aufbaus oder, genauer gesagt, wegen des 15 Bei der Herstellung der Blindbohrungen ist eine

Zusammenfalls des Massezentrums des Gelenks mit große Genauigkeit wichtig, um ein Zusammenfallen

dem Schnittpunkt der Achsen 30, 32 und 14 jegliche der Längsachsen eines jeden Paares von zwei sich

Abtrift erzeugende Störung des statischen Gleich- diametral gegenüberliegenden Biegeachsen sicher-

gewichts der Kardanmasse in der Kreiselnullstellung zustellen. Das heißt, die eingeschnürten Teile zwi-

weitestgehend vermieden wird. ao sehen zusammengehörigen Lochpaaren müssen genau

Die Gelenkanordnung 10 kann aus einem einzigen koplanar und von genau dem gleichen Durchmesser soliden Stück Werkstoff hergestellt werden, welches sein. Es ist außerdem wichtig, daß die L-förmigen ursprünglich in Form eines rechtwinkligen Zylinders Schlitze genau hergestellt sind, um den Schnittpunkt vorliegt, der eine koaxial durchgehende mittlere der beiu^n Biegeachsen in das Massezentrum des Bohrung bzw. Ausnehmung aufweist. Das Her- 35 Gelenks zu legen. Um diese Ziele zu erreichen, stellungsverfahren ist im wesentlichen in zwei Grund- wendet man ein höchst genaues Bearbeitungsstufen aufgeteilt: verfahren, wie beispielsweise eine Bearbeitung mittels

1. Boliiuiig von vier in gleichmäßigem Abstand elektrischer Entladung (discharge machining), an. um zueinander angeordneten Paaren von blinden die Blindbohrungen und die L-förmigen dihedrischen Löchern in die äußere Wand des Zylinders, um 30 Schlitze einzubringen.

die eingeschnürten Mittelteile eines jeden der Neben seiner großen Genauigkeit können durch

Biegearme zu formen; das EDM-Verfahren ausgefallen gestaltete oder

2. Einbringen von zwei Paaren L-förmiger und in komplizierte Einschnitte hergestellt werden, indem axialem Abstand angeordneter dihedrischer Ein- man lediglich eine Elektrode verwendet, die der schnitte oder Schlitze in den Zylinder an seiner 35 Gestalt des gewünschten Einschnitts spiegelbildlich Mitte, um den Biegestegen Freiheit für ihre ist. Zur Bohrung der Löcher 62 bis 65 und 62' bis Biegung um ihre jeweiligen Längsachsen zu 65' kann die Elektrode aus einem zylindrischen Stift geben. bestehen, der ein Untermaß entsprechend der Größe

Zur weiteren Verdeutlichung sei auf die F i g. 7 der verwendeten Funkenstrecke besitzt. Auf ähn-

venviesen, die in aufgewickelter Darstellung die 40 liehe Weise kann zur Herstellung der L-fcVxiiigen

Mantelfläche der Gelenkaußenseite zeigt. Die vier dihedrischen Einschnitte 70 bis 76 das Werkzeug

Winden Lochpaare 62, 62'; 63, 63'; 64, 64'; 65, 65' eine Elektrode 78 gemäß der in Fig. 8 gezeigten

sind so eingebohrt, daß die beiden Achs- oder Mittel- Form sein, die ebenfalls mit einem Untermaß ent-

linien eines jeden Lochpaares parallel zueinander sprechend der Größe der verwendeten Funkenstrecke

sind und die Achse 14 (vgl. Fig. 3 und 4) senkrecht 45 gearbeitet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

dingungen nur schwer in einem Lagerelement verPatentansprüche: wirklichen lassen, wurden bei einem bekannten Kreisel zwei Gelenkeinheiten verwendet, eine innere

1. Einstückiges kardanisches Biegegelenk, ins- und eine äußere, in konzentrischer und paralleler besondere zur lagerfreien Aufhängung eines 5 Anordnung. Jede Gelenkeinheit ist aus drei Kardan-Kreisel roto-·-, bestehend aus drei koaxialen teilen zusammengesetzt, einem oberen, einem Ringen, wouci der mittlere Ring zwei Paare von mittleren und einem unteren Kardanteil, und besitz! sich diametral gegenüberliegenden Biegestegen zwei aufeinander senkrecht stehende Paare von einaufweist, die eine zur Gelenklängsachse senk- ander gegenüberliegenden Zwischenstegen zur gegenrechte erste und zweite Kippachse definieren, io seitigen Verbindung der Kardanteile, so daß ein weiche rechtwinklig zueinander verlaufen, und relatives Kippen der Kardanteile um eine beliebige, wobei die Biegestege tangential gerichtete Ver- zur Mittenachse des Gelenks senkrechte Achse möglänaerunaen aufweisen, die über parallel zur Hch ist. Jeweils die oberen Kardanteile sind fest mit-Gelenklängsachse gerichtete Zwischenstege in d"n einaiJer mit dem Kreiselrotor verbunden, wahrend oberen bzw. unteren Ring übersehen, dadurch 15 die unteren Kardanteile der beiden Gelenkeinheiten gekennzeichnet, daß die Verlängerungen fest miteinander und jeweils mit der Kreiselantnebsauf unterschiedlichen Seiten der zugehörigen welle verbunden sind.

Kippachse (30. 3?ϊ liegen und in einem einzigen Die erwähnte innere Gelenkeinheit ist zur Her-

Rotationssinn ausgerichtet sind, so daß die Biege- stellung einer hohen axialen Festigkeit längs der stege (36,38; 44,46) einer Kippachse in unter- 20 Drehachse des Kreisels ausgelegt, während die schiedlichem Drehsinn beansprucht werden und äußere Gelenkeinheit so beschaffen ist, daß für die der Massenschwerpunkt in den geometrischen biegsame Gelenkanordnung die notwendige Radial-Mittelpunkt des Biegegelenks zu liegen kommt. und Torsionssteifigkeit erhalten wird. Die Eigen-

2. Kardanisches Bieaegelenk nach Anspruch 1, schäften der beiden Gelenkeinheiten ergänzen sich dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Ring 25 auf diese Weise derart, daß bei ihrer _fcemeinsamen (16) tangential gerichtete Schlitze (70, 72, 74, 76) Verwendung in einer einzigen Anordnung eine wirkaufweist, die eine freie Beweglichkeit der Biege- same und leistungsfähige biegsame Aufhängung für stege (36. 38; 44. 46) mit ihren Verlängerungen das Kreiselschwungrad entsteht, so daß bei gleichsicherstellen, wob.i diese Schlitze um ein be- zeitiger Übertragung des Drehmomentes auch ein stimmtes Maß (,)) über die jewe^:'ige Kippachse 30 kardanisches Kippen des Schwungrades relativ zur hinausgeführt sind. Drehachse der Antriebswelle möglich ist.

3. Kardanisches Biegegelenk nac? Anspruch 1, Bei der bekannten Gelenkaufhängung ist es jegekennzeichnet durch die Herstellung mittels doch nachteilig, daß die äußere Gelenkeinheit elektrischer Entladung. asymmetrisch aufgebaut ist. Der asymmetrische Auf-

35 bau ergab sich aus der kardanischen Funktion des

Gelenks, nach der ein oberer bzw. unterer Ring

scharnierartig mit einem mittleren A\ng verbunden

Die Erfindung betrifft ein einstückiges kardanisches ist. Bei Scharnierverbindungen ist es jedoch üblich, Biegegelenk, insbesondere zur lagerfreien Auf- beide Scharnierpaare auf derselben Seite der Klapphängung eines Kreiselrotors, bestehend aus drei 40 bzw. Kippachse anzuordnen. Das führt jedoch dazu, koaxialen Ringen, wobei der mittlere Ring zwei daß der Schwerpunkt der äußeren Gelenkeinheit Paare von sich diametral gegenüberliegenden Biege- gegenüber ihrem geometrischen Zentrum versetzt ist. siegen aufwesit, die eine zur Gelenklängsachse senk- Diese Versetzung bewirkt eine Störung des statischen rechte erste und zweite Kippachse definieren, welche Gleichgewichts der Kardanrahmenmasse in der rechtwinklig zueinander verlaufen, und wobei die 45 Ebene durch die beiden Kippachsen und senkrecht Biegestege tangential gerichtete Verlängerungen auf- zur Kreiseldrallachse, wenn der Kreisel in der Nullweisen, die über parallel zur Gelenklängsachse ge- Stellung ist. Als Folge entsteht eine Drehmomentrichtete Zwischenstege in den oberen bzw. unteren komponente, die eine gleichgerichtete Trift erzeugt. Ring übergehen. wenn der Kreisel axialen Schwingungen längs einer

Derartige Biegegelenke werden zur reibungsfreien 50 Drallachse unterworfen ist, und besonders, wenn Lagerung insbesondere von Schwungmassen in diese Schwingungen mit einer Frequenz auftreten, Präzisionst'eräten verwendet, wobei erhebliche Dreh- die doppelt so groß wie die Winkelgeschwindigkeit momente übertragen werden müssen. Insbesondere des Schwungrades ist.

sind diese Biegegelenke auf dem Gebiet der Kreisel- Außerdem entsteht durch die asymmetrische Ge-

technik bekannt und werden in Kombination mit 55 stalt der bekannten äußeren Biegegelenkeinheit eine anderen Gelenken zur Aufhängung des Kreiselrotors weitere Massenverschiebung in axialer Richtung, wo- bzw. des Trägheits-Scliwungrades an einem Ende durch eine zusätzliche Störung des statischen Gleichciner motorbetriebenen Drehwelle od. ä. verwendet. gewichts des Kardanteils bezüglich jeder der beiden Die Kreisel werden hauptsächlich zur Navigation Biegeachsen entsteht. Diese Störung führt zu eingesetzt und müsesn daher höchsten Ansprüchen 60 Momenten, die eine gleichgerichtete Trift erzeugen, bezüglich Präzision und dann Genauigkeit ent- wenn der Kreisel Schwingungen senkrecht zu seiner sprechen. Da die Kreisel darüber hinaus meistens Drehachse erfährt. Diese letzterwähnte Gleichsioßartiucii Bewegungen ausgesetzt sind, muß die gewichtsstörung kann zwar durch äußere Mittel, bei-Aufhängung des Rotors in der Lage sein, einerseits spielsweise Verschieben von kleinen Ausgleichsin Richtung der Rotorachse wirkende axiale Kräfte 65 gewichten, behoben werden, was jedoch zu einer aufzunehmen, andererseits aber zur Beschleunigung fcomplizierung und Störanfälligkeit des Kreisels der _Schwungmasse des Rotors große Drehmomente führt,
zu übertragen. Da sich die beiden genannten Be- Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die äußere