DE2116585A1 - Kreisel - Google Patents

Description

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München

5. April 1971

Lear Siegler Inc,, 4141 Eastern Avenue, S.E., Grand Rapids, Michigan 49508/USA

Kreisel

Die Erfindung bezieht sich auf Kreisel oder Gyroskope und richtet sich insbesondere auf Endscheiben oder Endplatten für die Gyroskoprotoren.

Gyroskope sind bekannt. Es ist auch bekannt, Gyroskope zu konstruieren, in denen der Rotor aus einem massiven Rand, ähnlieh einem Sehwungrad besteht. Dieser Rand ist drehbar auf einer Welle mit Hilfe eines Paares von Endscheiben oder Endplatten gelagert, die in ihrer Mitte durch geeignete Wälzlager gelagert sind. Die Endplatten werden allgemein durch Pressitz oder in anderer Weise mit dem Rand verbunden. Die Konstruktion ist hohl und die Statorwioklungen bilden einen integralen Bestandteil der Welle innerhalb des hohlen Rotors, Die Endplatten in Verbindung mit den Wälzlagern liefern, sowohl eine axiale als auch eine radiale Fesselung des Rotorrandes, Wenn jedoch thermische Expansion oder Kontraktion., Zentrifugalkräfte oder ein äusserer Schlag auf den massiven land des Gyroskoprotors wirken, können die EncLplatten ihre radialen Druckkräfte ändern und die sich daraus ergebende

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Auslenkung erfolgt längs der Welle und kann diese zum Ausbiegen bringen. Dieses Ausbiegen, allgemein bekannt als Querkopplung, ändert die Belastung des Wälzlagers, was zu vorzeitigem Ausfall führt.

Es gehört zum Stande der Technik (US«PS 2 771 778), die Endplatten mit einem dazwischenliegenden stark biegsamen Teil in Form eines Steges zu versehen, der den Randteil der Endplatte oder Scheibe und die Nabe der Endplatte verbindet, so daß die Durchbiegung im Steg aufgenommen wird. Während diese Maßnahme die Konstruktion der Endplatten oder Endscheiben wesentlich verbessert, ergibt sich trotzdem noch ein gewisses Ausbeulen des Bandteiles des Rotorrandes,das auf die Nabe übertragen wird, so daß es immer noch zur Querkopplung kommt,

©emäß der vorliegenden Erfindung kommt eine Endplatte oder Endscheibe für den Rotor eines Kreisels oder Gyroskops zum Einsatz, deren Randkantenteil mit mehreren Ausschnitten versehen ist, so daß biegsame Elemente oder Glieder entstehen, die sieh in der Ebene des Randkantenteiles durchbiegen können, wenn sie radialen Druckkräften ausgesetzt sind. Die biegsamen Elemente der Endplatz te werden reiner Biegung mit Knickung ausgesetzt und die sich ergebenden Querkopplungsseiteneffekte sind vollständig vermieden. Die Endplatten gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl eine Radi al druckkraft und eine axiale Ycirbelastungskraft ohne Wechselwirkung der Kräfte aufnehmen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Randkant eilt eil von kreisförmiger Gestalt ^{und di}e biegsamen Elemente sind durph Ausschnitte 4» form von Öffnungen, langestreckten Sehlitzen und bogenförmigen Ausschnitten dazwischen gebildet,, welche zusammen mit der Dicke des Randkantenteiles die biegsanien Elemente definieren, die vorzugsweise in der Ebene des Randkantenteiles elastisch nachgeben, _t

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Kreisel mit einem Rotor mit Endplatten, die.gemäß der Erfindung hergestellt sind;

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. 2 eine Draufsicht auf eine Endplatte gemäß der Erfindung; und in

Fig. 3 eine Seitenansicht der Endplatte.

Nach den Zeichnungen enthält der Kreisel 10 einen Tragkörper 12, der eine feste Welle 14 lagert. Auf der Welle 14 sitzt ein Rotor 16 mit einem schweren Rand 18, um die umlaufende Masse auf den praktischten Abstand von der Achse zu verlagern, wodurch man ein maximales Winkelmoment erhält. Ferner ist ein Paar von Endscheiben 20 vorgesehen. Die Endscheiben 20 sind kreisförmig und am Rand 18 sowie an den Wälzlagern 22 auf der Welle 14 befestigt. Die Lage des Rotors 16 1st längs der Achse 14 dadurch fixiert, daß man die inneren Lagerkäfige der Wälzlager 22 festlegt. Zwischen den Endplatten 20 und den konzentrischen Hohlräumen 28 des schweren Randes 18 ist Passitz vorgesehen. Die Welle 14 trägt ferner eine feste Wicklung 24 als Bestandteil des Stators und der Rand 18 weist als Bestandteil des Rotors das Lamellenpaket 26 in an sieh bekannter Weise auf.

Der Rand 18 vermag den auf ihn wirkenden Zentrifugalkräften zu widerstehen. Im Betrieb wird im Stator Wärme erzeugt und durch Leitung, Konvektion und Strahlung abgeleitet, die entsprechende Wärmegradienten durch den Rotor 16 aufbauen. Die Wärmegradienten erzeugen Belastungsbeteiche und im Zusammenhang mit den durch die Zentrifugalkraft eingeleiteten Belastungen ergeben sich ohne die durch die Erfindung vorgeschlagene Verbesserung Deformationen an den Endscheiben 20 längs der Achse der Welle 14, die hier als Querkopplung bezeichnet sind. Solche Deformationen können entweder innerhalb oder ausserhalb austreten, sind jedoch hinsichtlich ihres Ausmaßes und ihrer Gestalt nicht voraussehbar. Eine Auswärtsdeformation der Endscheiben 20 kann in einigen Fällen wegen der Lagerhalterung aufgefangen werden, jedoch ist die vergrösserte Belastung der Lager für Wärmeerzeugung verantwortlich, die rasch die Lagertemperatur bis zum Festfressen steigert. Eine Einwärtsdeformation der Endscheiben 20 erlaubt eine jßufallsbestiminte Axialverschie- ' bung des Randes 13, was zu unregelmässiger und nicht annehmbarer Arbeitsweise führt*

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Es hat sich herausgestellt, daß die hauptsächliche, wenn nicht ■ ausschliessliche Kraft, die für die Querkopplung verantwortlich ist, im wesentlichen senkrecht zur Drehachse ausgeübt wird und vermutlich allein auf den vom Rand ausgeübten" Kräften beruht. Diese Kräfte können das Ergebnis unterschiedlicher Zentrifugalkräfte und/oder der Wärmeausdehnung sein. Es ist auch möglich, daß, da der Rand an seinen Kanten befestigt ist, die radiale Ausbiegung in der Mitte maximal ist, und es daher zur Ausbiegung der »Endscheiben kommt.

Gemäß der Erfindung sind an dem Rand der Endscheiben 20 Einrichtungen vorgesehen, die in der Ebene des Randes ausbiegen und damit Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Randes aufnehmen können, ohne dass es zur Querkopplung an den Endscheiben w selbst kommt. Insbesondere ist der Randkantenteil 30 der End· scheibe 20, der an der Nabe 32 über einen Steg 34 befestigt ist, mit einer Vielzahl von Ausschnitten versehen, so daß der Rand 30 eine Vielzahl kurzer biegsamer Elemente oder Federarme 36 aufweist, die jeweils in der Ebene des Randes 30 statt senkrecht dazu ausweichen können. Wie man nach der Zeichnung erkennt ist die Nabe 32 mit einer Öffnung 38 versehen, die beispielsweise über Pressitz ein Lager 22 aufnimmt, um die Endplatte 20 am entsprechenden lager zu befestigen.

Aus Fig. 2 erkennt man, daß der Rand 30 der Endplatte 20 eine Vielzahl biegsamer Elemente 36 (im vorliegenden Fall 48 ^ solcher Elemente) durch eine Reihe von Ausschnitten in Form kreisförmiger Öffnungen 40, Schlitzen 42, die sich von den Öffnungen zur Aussenkante des Randes erstrecken, und bogenförmigen Ausschnitten 44, die zwischen den Schlitzen 4.2 sitzen, aufweist. Der Durchmesser der Öffnungen 40, die Breite der Schlitze 42 und das Ausmaß des Eindringens der bogenförmigen Ausschnitte 44 in den Rand sind so gewählt, daß sie zusammen mit der Dicke des Randes 30 die biegsamen Elemente 36 ergeben, so daß, wenn sie einer Kraft ausgesetzt werden, die radial zur Endscheibe 20 verläuft der Federarm in der Ebene des Randes sich durchbiegt und damit die Schlitze 42 verengt. Das Durch^x biegen der Federarme oder biegsamen Elemente 36 erfolgt nur in der Ebene der aufgebrachten Kraft und hat keine Normalkomponente

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um die Nabe 32 unter Spannung zu setzen oder irgendeine Querkopplung hervorzurufen.

Es ist für den Fachmann erkennbar, daß die Einrichtungen zur Bildung der biegsamen Elemente 36, nämlich die Öffnungen 40, die Schlitze 42 und die Ausschnitte 44 alle gleichzeitig durch einen einzigen Stanzvorgang aus einer Stahlscheibe hergestellt werden können. Die Scheibe selbst kann in eine abgeänderte Konkave oder schalenartige Form geformt werden, beispielsweise durch Schmieden o. dgl.. Anstatt zu stanzen, kann man zur Herstellung der Endscheibe 20 auch räumen, schleifen oder in anderer Weise maschinell arbeiten..

Der Fachmann erkennt auch, daß die biegsamen Elemente 36 nicht unbedingt durch runde Löcher 40, gerade Radialschlitze 42 und bogerh förmige Ausschnitte 44 gebildet werden müssen. Jede Maßnahme zur Formung des Randes 30 derart, daß biegsame Elemente entstehen, die sich in der Ebene des Randes 30 durchbiegen, wenn sie radialen Kräfte ausgesetzt werden, liegen im Rahmen der Erfindung. Es ist wünschenswert, daß die biegsamen Elemente so ausgebildet werden, daß ein Teil radialen Kräften ausgesetzt werden kann, beispielsweise der Teil 46 und daß der Rand 30 so geformt ist, daß die biegsamen Elemente im wesentlichen unabhängig voneinander zur Wirkung kommen. Unter Berücksichtigung dieser Kriterien ist es für den Fachmann möglich die besondere Ausführungsform für die biegsamen Elemente 36 zu wählen.

Eine Endscheibe mit den nachstehend aufgeführten Abmessungen, bezüglich der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders zufriedenstellend erwiesen:

A 65,15 mm (2,565»)

B 50,43 mm (1,950")

C 42,26 mm (1,66 »)

D 2,41 mm (0,095")

E 2.41 mm (0,095")

F 7,89 mm (0,311")

G. 2,60 mm (0,125») .

H, 0,76 mm (0,030»)

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I ... , 3,81 mm (0,150»)

J 1,27 mm (0,050»)

K 9,52 mm (0,375")

15°

Vorzugsweise sind 24 kreisförmige Öffnungen 40 im Winkelabstand Ton 15° vorgesehen. Die bogenförmigen Ausschnitte 44 liegen zwischen benachbarten Öffnungen 40. Darüber hinaus verlaufen alle Schlitze 42 radial und mit ihren Hauptachsen durch die Mitte der Öffnung 40, mit der der jeweilige Schlitz in Verbindung steht. Es ist erkennbar, daß es sich hier um eine be-, sondere und ausserordentiich wirkungsvolle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt, daß jedoch die oben angegebenen Messungen keineswegs eine Beschränkung darstellen, sondern lediglich ein Ausführungsbeispiel für eine besonders vorteilhafte Ausführungsform.

Zum Zusammenbau des Rotors 16 werden die Endscheiben 20 im Rand 18 hereingepresst, um zu einem Pressitz zu kommen. Die drei Bauteile werden durch die federnden Eigenschaften der biegsamen Elemente 36 zusammengehalten. Die Lager 22 werden in die Öffnungen 38 in den Naben 32 der Scheiben 20 eingepresst und der Rotor ist zusammengebaut. Bei einer solchen Anordnung ist erkennbar, daß der Rand 18 die grösste Konzentration des Gewichtes des Rotors 16 aufnimmt und daß der ganze Rotor frei auf dem vergleichsweise reibungslosen Kugellagern 22 rotieren kann.

-Patentansprüche:-

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Kreisel, dessen rotierende Masse im wesentlichen in dem ringförmigen Rand eines, umlaufenden Gliedes in Form eines hohlen Kreiselrades konzentriert ist und hei dem dieses Glied als Rotor bezüglich eines festen, innerhalb des Rotors montierten Stators dient, g e k e η η ζ e i c h net durch eine Scheibe (20) zur Lagerung des Randes (18)· auf der Drehachse (14) mit einem im wesentlichen ebenen Randkantenteil (30) mit einer Vielzahl von biegbaren Elementen (36), die sieh in der Ebene des Randkantenteiles (30) bei radialen Druckkräften durchbiegen.
2. 2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch g ekenn ζ eichene t , daß der Randkantenteil (30) ein Ring ist, an dem die biegbaren Elemente (36) durch Ausschnitte (40, 42, 44) gebildet sind.
3. 3. Kreisel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausschnitte aus einer Vielzahl im gleichen Abstand angeordneter Öffnungen (40), einer Vielzahl von jeweils einer Öffnung (40) zugeordneten Radialschlitzen (42) die sich von der Öffnung (40) zum Scheibenrand erstrecken und aus einer Vielzahl von im gleichen Winkelabstand und jeweils zwischen den Öffnungen (40) angeordneten bogenförmigen Ausschnitten (44) bestehen.
4. 4. Kreisel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß die Scheibe (20) eine Nabe (32) aufweist, die im wesentlichen in einer zum Randkantenteil (30) parallelen Ebene verläuft und mit ihm durch einen Steg (34) verbunden ist.
5. 5. Kreisel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Randkantenteil (30), Steg (34) und Nabe (32) einstückig ausgebildet sind.

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