DE2023340B2

DE2023340B2 - Pneumodynamic bearing for a top

Info

Publication number: DE2023340B2
Application number: DE2023340A
Authority: DE
Inventors: Georffrey Cheltenham Gloucestershire Beardmore (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2023340A1; SE372324B; DE2023340C3; FR2047741A5

Description

Verschiedene Ausführungsformen von gasgeschmierten Lagern waren bereits Gegenstand praktischer und experimenteller Forschungen, aber eine besondere, nämlich die pneumodynamische Ausführungsform, findet immer mehr praktische Anwendung bei Kreiseln und anderen Präzisionsinstrumenten. Bei dieser Lagerform entsteht infolge der Drehung zwischen zwei Teilen des Lagers ein Gasdruck, der den einen der Teile vom anderen weghält. Der Druck ergibt sich aus der viskosen Scherung, die in dem Gas zwischen den beiden Lagerteilen als Folge ihrer Relativdrehung stattfindet.Various embodiments of gas-lubricated Camps have been the subject of practical and experimental research, but a special one, namely the pneumodynamic embodiment, is finding more and more practical application in gyroscopes and other precision instruments. In this form of bearing arises as a result of the rotation between two parts of the bearing is a gas pressure that keeps one of the parts away from the other. The pressure results from the viscous Shear that takes place in the gas between the two bearing parts as a result of their relative rotation.

Die sich gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Lagerteile müssen gegen Abnutzung und andere Beschädigung, die sich aus dem Kontakt zwischen ihnen, wenn keine Relativdrehung vorhanden ist, sowie aus der Reibung des einen auf dem anderen ergibt, wenn die Drehung beginnt, widerstandsfähig sein. Diese Bedingung der Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und andere Beschädigung bedingt sine entsprechende Härte-EigenschaftThe opposing surfaces of the two bearing parts must be resistant to wear and tear and others Damage resulting from the contact between them when there is no relative rotation, as well as from the Friction of one on the other results when the rotation begins to be resilient. This condition the resistance to wear and tear and other damage requires a corresponding one Hardness property

Aus »Feinwerktechnik« 1969, Heft 4, Seite 145—155, ist ein gasgeschmiertes Lager für einen Kreisel bekannt, bei dem Wolframkarbid als Gleitmaterial für ein Lagerteil verwendet wird.From "Feinwerktechnik" 1969, No. 4, pages 145-155, a gas-lubricated bearing for a gyro is known, in which tungsten carbide is used as a sliding material for a bearing part.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein pneumodynamisches Lager für Kreisel zu schaffen, bei dem durch entsprechende Werkstoffpaarung optimale Lagerverhältnisse erzielt werden.It is the object of the invention to provide a pneumodynamic bearing for gyroscopes in which by appropriate material pairing, optimal storage conditions can be achieved.

Die Erfindung geht aus von einem pneumodynamisehen Lager für einen Kreisel mit Wolframkarbid an der einen Lagerfläche und ist gekennzeichnet durch Borkarbid an der anderen Lagerfläche.The invention is based on a pneumodynamic view Bearing for a top with tungsten carbide on one bearing surface and is identified by Boron carbide on the other bearing surface.

Es hat sich herausgestellt, daß Borkarbid für die Verwendung in gasgeschmierten Lagern besonders gut geeignet ist. Es hat neben einer guten Härte eine extrem gute Beständigkeit sowohl gegenüber Korrosion als auch gegen Abnutzung. Darüber hinaus hat es eine geringe Dichte und eine gute Wärmeleitfähigkeit, Faktoren also, die aort von Bedeutung sind, wo, wie bei μ Präzisionsinstrumenten, die Gesamtmassen- und Temperatureffekte von Bedeutung sind.It has been found that boron carbide is particularly good for use in gas-lubricated bearings suitable is. In addition to good hardness, it has extremely good resistance to both corrosion and also against wear and tear. In addition, it has low density and good thermal conductivity, Factors that are important aort, where, as with μ Precision instruments that matter overall mass and temperature effects.

Eine oder beide Lagerflächen können durch einen individuellen Lagerteil gebildet werden, der sich ganz aus Borkarbid zusammensetzt. Alternativ kann die Oberfläche auch durch eine Schicht aus Borkarbid gebildet werden, welche auf einen Träger aus irgendeinem anderen Material niedergeschlagen oder auf diesem in anderer Weise gebildet wird.One or both bearing surfaces can be formed by an individual bearing part that extends entirely composed of boron carbide. Alternatively, the surface can also be covered by a layer of boron carbide which are deposited on a support of some other material or on this is formed in a different way.

So kann entsprechend einem wesentlichen Merkmal der Erfindung, Wolframkarbid an der Lagerfläche des Rotors vorgesehen sein, oder der Rotor besteht aus Wolframkarbid, während die Tragachse aus Borkarbid bestehtThus, according to an essential feature of the invention, tungsten carbide on the bearing surface of the The rotor can be provided, or the rotor is made of tungsten carbide, while the support shaft is made of boron carbide consists

Es wurde festgestellt, daß Wolframkarbid Eigenschaften aufweist, die gut zu jenen von Borkarbid bei gasgeschmierten Lagern passen. Insbesondere entspricht der Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolframkarbid im allgemeinen mit einer maximalen Abweichung von ein bis zwei Millionstel dem entsprechenden Koeffizienten von Borkarbid.It was found to have properties of tungsten carbide which match well with those of boron carbide in gas-lubricated bearings. In particular, corresponds to the coefficient of thermal expansion of tungsten carbide in general with a maximum Deviation of one to two millionths of the corresponding coefficient of boron carbide.

Hinzu kommt noch, daß die Dichte von Wolframkarbid hoch ist während diejenige von Borkarbid niedrig ist, und dies macht das gasgeschmierte Lager nach der vorliegenden Erfindung besonders dort vorteilhaft, wo, wie bei Kreiseln, Masse- und Trägheitskraft-Erwägungen eine wichtige Rolle spielen.In addition, the density of tungsten carbide is high while that of boron carbide is low is, and this makes the gas-lubricated bearing according to the present invention particularly advantageous where, how with gyroscopes, mass and inertial force considerations play an important role.

Das gasgeschmierte Lager nach der vorliegenden Erfindung ist in letzterer Hinsicht von besonderem Vorteil für die Drehbefestigung des Rotors eines Kreisels, und zwar nicht nur wegen der vorteilhaften Eigenschaft des gasgeschmierten Lagers als solchem, sondern auch deshalb, weil es etwas im Widerspruch zueinander stehenden Bedingungen, wie hohe Rotorträgheit und geringe Gesamtkreiselmasse, gerecht wird. Insbesondere kann die Anordnung so getroffen werden, daß bei der Befestigung des Rotors an einer kardanischen Aufhängung des Kreisels die Lagerfläche mit Wolframkarbid mit dem Rotor getragen oder gehalten wird, während die Lagerfläche mit Borkarbid (von geringer Dichte) von der kardanischen Aufhängung bzw. dem Kompaßbügel getragen wird. Dadurch wird es möglich, die Masse und folglich die Trägheit des Rotors auf ein Maximum zu bringen, während gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen wird, die Masse der kardanischen Aufhängung und daher jenen Teil der Gesamt-Kreiselmasse, der zu dem Betriebswirkungsgrad nichts beiträgt, auf ein Minimum zu bringen.The gas-lubricated bearing of the present invention is particular in the latter respect Advantage for the rotary mounting of the rotor of a gyro, and not only because of the advantageous Property of the gas-lubricated bearing as such, but also because there is something contradicting it conditions related to one another, such as high rotor inertia and low total gyro mass. In particular, the arrangement can be made so that when the rotor is attached to a gimbal suspension of the gyro carried the bearing surface with the rotor or with tungsten carbide while the bearing surface with boron carbide (of low density) is held by the gimbal or the compass bracket. This makes it possible to reduce the mass and consequently the inertia of the To bring the rotor to a maximum, while at the same time creating the possibility of mass of the cardanic suspension and therefore that part of the total gyroscopic mass that contributes to the operating efficiency nothing helps to bring it to a minimum.

Das Wolframkarbid-Rotorteilstück kann um eine Tragachse aus Borkarbid herum angeordnet sein, welche von der kardanischen Aufhängung getragen wird, wobei die Tragachse eine äußere zylindrische Oberfläche aufweist, die durch einen kleinen Spalt von einer inneren zylindrischen Oberfläche des Rotorteils getrennt ist, derart, daß durch Drehung des Rotorteilstücks ein Gasdruck in diesem Spalt erzeugt wird, um das Rotorteilstück von der Tragachse wegzuhalten. Die Oberfläche der Tragachse kann mit Nuten versehen werden, um die geschaffene Abstützung zu verbessern und zu stabilisieren. Außerdem kann das gasgeschmierte Lager zwei Druckbauteile aufweisen, die beide genutet sein können, aus dem gleichen Material wie dem der Tragachse bestehen und an ihren entgegengesetzten Enden festgeklemmt sind, um Spalten zwischen den Endflächen des Rotorteilstücks und der Druckbauteile zu bilden, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch Drehung des Rotorstücks ein Gasdruck in jedem dieser Spalten erzeugt wird, um eine axiale Abstützung, frei von den Druckbauteilen, für das Rotorteilstück vorzusehen.The tungsten carbide rotor section can be arranged around a bearing axis made of boron carbide, which is carried by the gimbal, the support axis being an outer cylindrical Has surface defined by a small gap from an inner cylindrical surface of the rotor part is separated, such that a gas pressure is generated in this gap by rotation of the rotor section to to keep the rotor section away from the support axis. The surface of the support axle can be provided with grooves to improve and stabilize the support created. In addition, the gas-lubricated Bearings have two pressure components, both of which can be grooved, made of the same material as that of the Axis exist and are clamped at their opposite ends to create gaps between the To form end faces of the rotor section and the pressure members, the arrangement being such that by rotating the rotor piece, a gas pressure is generated in each of these gaps in order to provide axial support, free of the pressure components, to be provided for the rotor section.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigenThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawing reproducing it, for example, namely shows or show

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt durch einen Kreisel, dieFig. 1 is a side view in section through a gyroscope, the

Fig.2 und 3 jeweils geschnittene Endansichten und eine geschnittene Draufsicht auf eine Kompaßbügel-Bauteilgruppe bzw. eine kardanische Aufhängung, welche das gasgeschmierte Lager im Geschwindigkeitskreisel enthält, wobei der Schnitt der Fig.2 nach der Linie II-1I der F i g. 1 und derjenige der F i g. 3 nach derFig. 2 and 3 each sectional end views and a sectional top view of a compass bracket component group or a cardanic suspension, which contains the gas-lubricated bearing in the speed gyro, the section of Fig.2 according to the Line II-1I of FIG. 1 and that of FIG. 3 after the

Linie III-III der F i g. 2 verläuft,Line III-III of FIG. 2 runs,

F i g. 4 eine Draufsicht auf eine von zwei genuteten Druckplatten, die einen Teil des gasgeschmierten Lagers bilden, währendF i g. Figure 4 is a top plan view of one of two grooved pressure plates forming part of the gas-lubricated Form bearing while

F i g. 5 eine geschnittene Endansicht des Geschwindigkeitskreisels wiedergibt, wobei eine Außenansicht der kardanischen Aufhängung aufgebrochen ist, um eine genutete Welle zu zeigen, die einen anderen Tei! des gasgeschmierten Lagers bildetF i g. Figure 5 is a sectional end view of the speed gyro shows with an exterior view of the gimbal broken away to show a grooved shaft to show that another part! of the gas-lubricated bearing

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine kardanische Aufhängung 1 des Geschwindigkeitskreisels in einem zylindrischen Gehäuse 2 zur Ausführung einer Winkelverlagerung einer Achse 3 gelagert, die in einer Linie mit der Längsachse des Gehäuses 2 verläuft. Das Gehäuse 2, weiches durch einen äußeren, in der Zeichnung nicht dargestellten Umhüllungskasten hermetisch abgedichtet ist, wird im vorliegenden Fall mit trockener Luft gefüllt, kann aber andererseits auch mit Helium oder Stickstoff gefüllt werden.As can be seen from Fig. 1, a cardanic suspension 1 of the speed gyro is in one cylindrical housing 2 for performing an angular displacement of an axis 3 mounted in a line runs with the longitudinal axis of the housing 2. The housing 2, soft by an outer, in the Drawings, not shown envelope box is hermetically sealed, is in the present case with filled with dry air, but can also be filled with helium or nitrogen.

Die kardanische Aufhängung 1 sitzt auf einer Achse 3 mittels Kugellager 4 und 5, die nach gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 2 hin angeordnet sind, und ist mit dem Gehäuse 2 in der Nähe des Lagers 5 über einen Torsionsstab 6 gekuppelt, der einen federnd nachgiebigen Widerstand gegen Winkelverlagerung der Aufhängung 1 um die Achse 3 bildet. Ein elektromagnetischer Abgriff, der einen elektromagnetischen State- 7, vom Gehäuse 2 getragen, sowie einen ferromagnetischen Rotor 8, von der Aufhängung 1 getragen, aufweist, wird mit elektrischem Wechselstrom erregt, um ein Signal in Abhängigkeit von irgendeiner Winkelverlagerung der Aufhängung 1 um die Achse 3 abzuleiten. Eine Dämpfung der Bewegung der kardanischen Aufhängung t um die Achse 3 ist durch eine viskose Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, die durch zwei koaxiale, dicht bcabstandctc zylindrische Hülsen 9 und 10 gebildet wird, die jeweils von der Aufhängung 1 bzw. vom Gehäuse 2 getragen werden, wobei Flüssigkeit im Ringraum zwischen diesen eingefangen ist.The cardanic suspension 1 sits on an axle 3 by means of ball bearings 4 and 5, which are arranged towards opposite ends of the housing 2, and is coupled to the housing 2 in the vicinity of the bearing 5 via a torsion bar 6 which has a resilient resistance against Angular displacement of the suspension 1 about the axis 3 forms. An electromagnetic pick-up, which has an electromagnetic state 7 carried by the housing 2 and a ferromagnetic rotor 8 carried by the suspension 1, is excited with alternating electrical current to generate a signal in response to any angular displacement of the suspension 1 about the axis 3 to be derived. Damping of the movement of the cardanic suspension t about the axis 3 is provided by a viscous damping device which is formed by two coaxial, tightly bc spaced cylindrical sleeves 9 and 10, which are each carried by the suspension 1 and by the housing 2 , with liquid is trapped in the annulus between them.

Indem nunmehr auch auf die übrigen Figuren Bezug genommen wird, sei darauf hingewiesen, daß ein ringförmiger Wolframkarbidrotor 11 des Kreisels innerhalb eines rechteckigen Kardanrahmens 12 der Aufhängung 1 zur Ausführung einer Drehung um eine Achse 13 getragen wird, die senkrecht zur Achse 3 verläuft. Der Antrieb zum Drehen des Rotors 11 um die Achse 13 wird durch einen elektrischen Dreiphasen-Hysteresismotor geliefert. Ein Ankerring 14, der den Stator dieses Motors bildet, trägt elektrische Dreiphasen-Wicklungen 15 und sitzt im Rahmen 12, um den Rotor 11 zu umgeben. Der Rotor 11 selbst bildet den Rotor des Hysteresismotors, und wo er innerhalb des Ankerrings 14 liegt, ist in seinem Außenumfang ein Antriebsband 16 aus Wolframstahl eingesetzt. Die Erregung des Motors für den Antrieb des Rotors 11 um die Achse 13 wird über elektrische Adern bewirkt, welche die Wicklungen 15 mit elektrischen Anschlüssen 17 verbinden, die außerhalb des Gehäuses 2 angebracht sind.By now also referring to the other figures, it should be noted that a annular tungsten carbide rotor 11 of the top within a rectangular cardan frame 12 of the Suspension 1 is carried for rotation about an axis 13 which is perpendicular to axis 3 runs. The drive for rotating the rotor 11 to the Axis 13 is supplied by a three-phase electric hysteresis motor. An armature ring 14, which the stator this motor forms, carries electrical three-phase windings 15 and sits in the frame 12 around the rotor 11 to surround. The rotor 11 itself forms the rotor of the hysteresis motor, and where it is inside the armature ring 14, a drive belt 16 made of tungsten steel is used in its outer circumference. The excitation of the engine for driving the rotor 11 about the axis 13 is about causes electrical wires, which connect the windings 15 to electrical connections 17, the outside of the housing 2 are attached.

Der Rotor ist innerhalb des Rahmens 12 durch ein aerodynamisches Lager montiert und umgibt eine hohle, aber starre Tragachse 18 aus Borkarbid, die einen Teil dieser Lageranordnung bildet. Wie insbesondere in Fig. 2 angedeutet, hat die zylindrische Oberfläche 19 der Achse 18 einen kleineren Durchmesser als die innere zylindrische Oberfläche 20 des Rotors 11, wobei ein kleiner Luftspalt zwischen diesen verbleibt. Dieser kleine Luftspalt setzt sich nach außen über beide flachen ringförmigen Endflächen des Rotors 11 fort, wo denThe rotor is mounted within the frame 12 by an aerodynamic bearing and surrounds a hollow, but rigid support shaft 18 made of boron carbide, which forms part of this bearing arrangement. As in particular in Fig. 2 indicated, the cylindrical surface 19 of the axis 18 has a smaller diameter than that inner cylindrical surface 20 of rotor 11, wherein a small air gap remains between them. This small air gap extends outward across both flat ones annular end surfaces of the rotor 11 continued where the

Flächen 21 die flachen Seiten 22 zweier ringförmiger Borkarbid-Druckplatten 23 gegenüberliegen, welche an jedem Ende der Achse 18 festgeklemmt sind. Die Druckplatten 23, deren Seiten 22 senkrecht zur Achte 18 verlaufen, sind an jedem Ende durch Bundschrauben 24 festgeklemmt, die in eine Innengewindebuchse 25 eingeschraubt sind, welche in der hohlen Achse 18 sitztFaces 21 opposed to the flat sides 22 of two annular boron carbide pressure plates 23 which abut each end of the axle 18 are clamped. The pressure plates 23, the sides 22 of which are perpendicular to the eighth 18 are clamped at each end by collar screws 24 which are inserted into an internally threaded bushing 25 are screwed in, which sits in the hollow shaft 18

Die Seite bzw. Fläche 22 jeder Druckplatte 23, wie auch die zylindrische Oberfläche 19 der Achse 18, ist spiralig genutet, um die aerodynamische Erzeugung eines abstützenden Luftdruckes zwischen den sich gegenüberliegenden Lagerflächen zu begünstigen und zu stabilisieren. Jede Räche 22, wie klarer aus Fig.4 hervorgeht, ist mit einer Reihe von zwölf flachen Nuten 26 versehen, die ein logarithmisches Spiralmuster aufweisen und sich nach innen von der Außenkante der jeweiligen Druckplatte 23 nach einer zentralen Nabe erstrecken. Die Oberfläche 19 der Achse 18 andererseits ist, wie klar aus F i g. 5 hervorgeht, über ein Drittel ihrer Länge an jedem Ende mit einer Reihe von 12 flachen Nuten 27 versehen, die ein Fischgrätenmuster bilden, welches ringsum auf der Oberfläche der Achse 18 verteilt ist.The side or surface 22 of each pressure plate 23, as well as the cylindrical surface 19 of the axle 18, is spirally grooved to aerodynamically generate a supporting air pressure between them to favor and stabilize opposing storage areas. Each area 22, as is clearer from Fig. 4 is shown is provided with a series of twelve shallow grooves 26 which form a logarithmic spiral pattern have and inwardly from the outer edge of the respective pressure plate 23 to a central hub extend. The surface 19 of the axle 18, on the other hand, is, as is clear from FIG. 5 shows over a third of their Length at each end provided with a series of 12 shallow grooves 27 forming a herringbone pattern, which is distributed all around on the surface of the axle 18.

Die Achse 18 bildet die Dreh- oder Kreiselachse 13 des Rotors 11 und bildet mit den an ihren beiden Enden durch die Schrauben 24 starr festgeklemmten beiden Druckplatten 23 die komplette Lager-Bauteilgruppe der Rotor-Lageranordnung. Der Kardanrahmen 12 ist an dieser Lager-Bauteilgruppe mittels zweier Schrauben 28 festgeklemmt, die in die mit Innengewinde versehenen Schrauben 24 eingeschraubt sind. In dieser Hinsicht ist der Kardanrahmen 12 parallel zur Achse 3 aufgeteilt, wobei er aus zwei ungleichen Aluminiumteilen 29 und 30 gebildet ist, die einzeln an der Lager-Bauteilgruppe durch die Schrauben 28 befestigt sind. Die beiden Teile 29 und 30, die auf diese Weise einzeln an der Lager-Bauteilgruppe festgeklemmt sind, werden außerdem noch durch zwei Paare von Schrauben 31 an jedem Ende des Rahmens 12 aneinandergeklemmt Jeder Teil 29 und 30 weist eine Innenschulter 32 (s. F i g. 1) auf, die unmittelbar am Rand des Rings 14 anliegt, so daß die beiden Teile 29 und 30, die durch die Schrauben 31 fest auf den Ring 14 gedrückt werden, diesen innerhalb des Rahmens 12 in ihrer Lage fixieren.The axis 18 forms the axis of rotation or gyroscopic axis 13 of the rotor 11 and forms with the at both ends by the screws 24 rigidly clamped two pressure plates 23 the complete bearing component group of Rotor bearing assembly. The cardan frame 12 is attached to this bearing component group by means of two screws 28 clamped, which are screwed into the internally threaded screws 24. In this Regarding the gimbal frame 12 is divided parallel to the axis 3, whereby it is made of two dissimilar aluminum parts 29 and 30, which are individually fastened to the bearing assembly by the screws 28 are. The two parts 29 and 30, which are individually clamped to the bearing assembly in this way, are also secured by two pairs of screws 31 at each end of the frame 12 clamped together Each part 29 and 30 has an inner shoulder 32 (see FIG. 1), which is immediately at the edge of the ring 14 rests so that the two parts 29 and 30, which are fixed by the screws 31 on the ring 14 be pressed, fix this within the frame 12 in their position.

Die Funktion des Geschwindigkeitskreisels besteht darin, ein Maß für die Geschwindigkeit jeglicher Winkelbewegung des Gehäuses 2 um eine Achse 33 senkrecht zu beiden Achsen 3 und 13 zu liefern. Während die Wicklungen 15 des Motorständers erregt werden, um den Rotor 11 um die Kreiselachse 13 zu drehen, verursacht eine Winkelbewegung des Gehäuses 2 um die Achse 33 ein Präzessionsmoment, welches auf die kardanische Aufhängung 1 um die Achse 3 zur Einwirkung gebracht wird. Der Präzession der Aufhängung 1 um die Achse 3 wirkt der Torsionsstab 6 federnd entgegen, so daß die resultierende Winkelverlagerung um die Präzessionsachse 3 in Übereinstimmung mit der Winkelgeschwindigkeit um die Eingangsachse 33 erfolgt. Ein Maß für diese Winkelgeschwindigkeit wird dementsprechend durch das elektrische Signal geliefert, welches im Stator 7 des elektromagnetischen Abgriffs abgeleitet und über elektrische Adern den elektrischen Anschlüssen 34 zugeführt wird, die außerhalb des Gehäuses 2 angebracht sind.The function of the speed gyro is to be a measure of the speed of any Angular movement of the housing 2 about an axis 33 perpendicular to both axes 3 and 13 to provide. While the windings 15 of the motor stator are excited to the rotor 11 about the gyro axis 13 to rotate, an angular movement of the housing 2 about the axis 33 causes a precession moment, which on the cardanic suspension 1 is brought into action about the axis 3. The precession of the suspension 1 about the axis 3, the torsion bar 6 counteracts resiliently, so that the resulting angular displacement about the precession axis 3 in accordance with the angular velocity about the input axis 33 he follows. A measure of this angular velocity is accordingly provided by the electrical signal, which is derived in the stator 7 of the electromagnetic pick-up and via electrical wires the electrical Connections 34 is supplied, which are attached outside of the housing 2.

Der am Rotor Il zur Einwirkung gebrachte Drehantrieb um die Kreiselachse 13 erfolgt in einem solchen Richtungssinn, daß der Rotor 11 Luft nach innenThe rotary drive about the gyro axis 13 brought into action on the rotor II takes place in one such a sense of direction that the rotor 11 air inwards

entlang sowohl den Nuten 27 der Achse 18 als auch den Nuten 26 der Druckplatten 23 zieht. Der Luftdruck, der als Folge davon zwischen den sich gegenüberliegenden Lagerflächen 19 und 20 und zwischen den beiden Paaren von Lagerflächen 21 und 22 erzeugt wird, stützt den Rotor U in radialer Richtung frei von der Achse 18 und in axialer Richtung frei von den beiden Druckplatten 23 ab. Das hier in Betrachi kommende Spiel zwischen den sich gegenüberliegenden Lagerflächen beträgt in jedem Falle nur wenige Zehntel eines Tausendstel Zoll.along both the grooves 27 of the axis 18 and the grooves 26 of the pressure plates 23. The air pressure that as a result, between the opposing bearing surfaces 19 and 20 and between the two pairs is generated by bearing surfaces 21 and 22, supports the rotor U in the radial direction free of the axis 18 and free from the two pressure plates 23 in the axial direction. The game between the opposing storage areas is in each case only a few tenths of a thousandth of an inch.

Die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts bzw. der Auswuchtung, die bei der Abstützung des Rotors 11 über jede Betriebsperiode des Geschwindigkeitskreisels hinweg und auf wiederholte Betriebsunterbrechungen während der Lebensdauer des Geschwindigkeitskreisels eine Rolle spielt, ist abhängig von der gegenseitigen Anpassung der Materialien der sich gegenüberliegenden Lagerflächen. Sie ist außerdem abhängig von deren Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, Abnutzung und andere Beschädigungen, die sich aus dem Kontakt zwischen ihnen während der Betriebsunterbrechungen und der unvermeidlichen Reibung der einen Fläche auf der anderen beim Beginn der Drehung ergeben. Die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Werkstoffe Borkarbid und Wolframkarbid haben sich in all diesen Hinsichten als gut zueinander passend herausgestellt. Beide Materialien sind sehr hart, insbesondere das Borkarbid (eine Härte von etwa 3000 Vickers Diamantpyramidenhärte), und dieses hat eine äußerst gute Beständigkeit gegen Abnutzung und Korrosion; Wolframkarbid hat, wenn es auch nicht so hart ist (etwa 1700 Vickers Diamantpyramidenhärte), eine sehr gute Beständigkeit sowohl gegen Abnutzung als auch gegen Korrosion. Jedes weist einen hohen Schmelzpunkt und eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, und ihre Wärmeausdehnungskoeffizienten,Maintaining the equilibrium or balancing that occurs when supporting the rotor 11 over each period of operation of the speed gyro and for repeated service interruptions during the life of the speed gyro plays a role is dependent on the mutual Adaptation of the materials of the opposing storage areas. It is also dependent on them Resistance to corrosion, wear and tear and other damage resulting from contact between them during the business interruption and the inevitable friction of one surface of the other at the start of the spin. The ones used in the present embodiment The materials boron carbide and tungsten carbide have proven to be a good match in all these respects exposed. Both materials are very hard, especially the boron carbide (a hardness of around 3000 Vickers diamond pyramid hardness), and this has an extremely good resistance to wear and tear Corrosion; Has tungsten carbide, although it is not that hard (about 1700 Vickers diamond pyramid hardness), very good resistance to both wear and corrosion. Each has a high Melting point and good thermal conductivity, and their coefficient of thermal expansion,

5,8 χ 10-'/⁰C für Borkarbid und 4,88 χ 10-"/⁰C für Wolframkarbid, sind gut abgestimmt, um sicherzustellen, daß eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der gegenüberliegenden Lagerflächen nur eine unbedeuten de Wirkung auf den Betrieb des Lagers hat.5.8 10 - '/ ⁰ C for boron carbide and 4.88 χ 10 - "/ ⁰ C for tungsten carbide, are well matched to ensure that different thermal expansion of the opposing bearing surfaces has only an insignificant effect on the operation of the bearing Has.

Die Achse 18 und die Druckplatten 23 werden untei Verwendung herkömmlicher Techniken bearbeitet, unc ^r> zwar aus praktisch reinem Borkarbid, welches ir heißgepreßter Form vorgesehen ist. Der Rotor 11 wire in der gleichen Weise aus Wolframkarbid bearbeitet welches in gesinterter Form mit einem Kobaltgehal von etwa 4% vorgesehen ist. Die Oberflächen 19 bis 2\ The axis 18 and the printing plates 23 are processed untei using conventional techniques, unc ^r> namely of practically pure boron carbide, which is provided ir hot pressed form. The rotor 11 is machined in the same way from tungsten carbide which is provided in sintered form with a cobalt content of about 4%. The surfaces 19 to 2 \

in werden bis auf eine Oberflächengüte bearbeitet, di< kleiner als ein Mikrozoll C. L. A. (Centre Line Average ist, bei einer Rundungsgenauigkeit bzw. Toleranz dei Oberflächen 19 und 20 von weniger als fünf Mikrozol und der.Toleranz von Ebenheit der Oberflächen 21 umin are processed down to a surface quality, di < is smaller than one microinch C. L. A. (Center Line Average, with a rounding accuracy or tolerance dei Surfaces 19 and 20 of less than five microzoles and the tolerance of flatness of the surfaces 21 µm

ι ■> 22 bis auf weniger als zehn iviikrozoii (ein Lichtband).ι ■> 22 to less than ten iviikrozoii (a band of light).

Die Materialkombination von Borkarbid mit Wolf ramkarbid für die gasgeschmierte Lageranordnung ir dem Geschwindigkeitskreisel hat Vorteile neben jener der Abstimmung, wie oben beschrieben. Insbesondere ist die Verwendung von Wolframkarbid für den Rotoi 11 insofern vorteilhaft, als dieses Material eine hohe Dichte, nämlich 14,97 g/cm³, aufweist und daher eine hohe Rotorträgheit erzielen läßt. Borkarbid hat irr Gegensatz zu Wolframkarbid eine geringe Dichte nämlich 2,51 g/cm³, und dies ist ebenfalls insofern vor Vorteil, als die sich nicht drehenden Teile, welche die Lager-Bauteilgruppe der Lageranordnung bilden, näm lieh die Welle 18 und die Druckplatten 23, wenig zui Masse der kardanischen Aufhängung 1 und des Kreisel;The material combination of boron carbide with tungsten carbide for the gas-lubricated bearing arrangement in the speed gyro has advantages in addition to the coordination, as described above. In particular, the use of tungsten carbide for the Rotoi 11 is advantageous insofar as this material has a high density, namely 14.97 g / cm ³ , and therefore allows a high rotor inertia to be achieved. In contrast to tungsten carbide, boron carbide has a low density, namely 2.51 g / cm ³ , and this is also advantageous in that the non-rotating parts that form the bearing component group of the bearing arrangement, namely the shaft 18 and the pressure plates 23, little to the mass of the cardanic suspension 1 and the top;

³⁽¹ insgesamt beitragen. ^{3 (} contribute 1 total.

Die Erfindung ist nicht nur anwendbar bei dei Schaffung eines gasgeschmierten Lagers dei »H«-Form (wie oben als Beispiel durch die Lageran Ordnung mit der Lagerwelle 18 und den Druckplatten 21 an jedem Ende angeführt), sondern ist auch bei anderer Lagerformen anwendbar; insbesondere kann sie be gasgeschmierten Lagern von Kugel-, Doppelhalbkugel und Kegelformen angewandt werden.The invention is not only applicable to the creation of a gas-lubricated bearing of the "H" shape (as exemplified above by the bearing arrangement with the bearing shaft 18 and the pressure plates 21 at each end), but is also applicable to other forms of bearings; in particular, it can be used for gas-lubricated bearings of spherical, double hemispheres and cone shapes.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Pneumodynamic bearing for a top with tungsten carbide on one bearing surface, characterized by boron carbide on the other bearing surface.

2. Bearing according to claim 1, characterized by tungsten carbide on the bearing surface (20, 21) of the Rotor (11).

3. Bearing according to claim 2, characterized in that the rotor (11) made of tungsten carbide and the Tragachsc (18,23) consists of boron carbide