DE2323893A1

DE2323893A1 - Kreiselgeraet

Info

Publication number: DE2323893A1
Application number: DE2323893A
Authority: DE
Inventors: Barrie Andrew Gillies; Frederick Granville Simpson
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1436941A; DE2323893C3; US3926060A; DE2323893B2; FR2184702B1; FR2184702A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselgeräte und insbesonder auf derartige Kreiselgeräte, die einen Kreiselarretiermechanismus aufweisen, d.h. eJnen Mechanismus der betätigbar ist, um zumindest einen Kardanring des Kreiselgerätes in einer vorgegebenen Stellung· zu arretieren. Der Ausdruck "Kreiselgerät" soll Kreiselgeräte an s::ch und Einrichtungen wie z.B. Trägheitsplattformen, die eine oder mehrere Kreisel einschließen, bezeichnen. Aus Zweckm£ß:.gkei begründen wird die Erfindung in ihrer Anwendung auf Kreiselgeräte an sich erläutert.

Es sind viele verschiedenartige Formen von Kreiselarretierungsmechanismen bekannt, die jedoch weitgehend den Nachteil aufweisen, daß sie in bezug auf die genaue Arretierungsstellung des oder der Kardanringe vergleichsweise ungenau sind und in vielen Fällen ein getrennter Arretierungsmechanismus für jeden Kardanring erforderlich ist. Tar Nachteil der mangelnden Genauigkeit der Kreiselarretieruig ist in vielen Fällen annehmbar, wenn der Arretierungsmechanismus während des Nichtgebrauchs oder des Transportes das Kreiscilgerätes lediglich dafür verwendet wird, um zu verhindern, daß die Kardanringe einer

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ORKSNAL INSPECTED

übermäßigen Bewegung ausgesetzt werden, die eine Beschädigung ergeben könnte und wenn er dazu verwendet wird, die Kardanringe vor der Aufrichtung des Kreiselgeräts angenähert während des InbetriebsetzungsVorgangs einzustellen, der normalerweise verwendet wird, um das Kreiselgerät betriebsbereit zu machen. Bei bestimmten Anwendungen von Kreiselgeräten, wie z.B. zur Raicetennavigation sind jedoch sehr genaue Kreiselarretierungsmechanismen erforderlich«

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kreiselgerät umfaßt zumindet' einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, dessen Meßelement in einem inneren um eine Achse drehbaren Kardanring befestigt ist, einen äußeren Kardanring, der um eine zur Achse des inneren Kardanringes orthogonale Achse drehbar ist und einen Arretierungsmechanismus mit einem Stößel, der derart lösbar ist, daß er mit einer Verlängerung der Achse des inneren Kardanringes zur Arretierung in Eingriff kommt, wobei die Wirkungslinie des Stößels durch die Achse des inneren Kardanringes und parallel zur Achse des äußeren Kardanringes verläuft.

Durch diese Ausbildung werden sowohl der innere als auch der äußere Kardanring In vorgegebenen Stellungen durch die Wirkung eines einzigen Arretierungsmechanismus arretiert und die Wirkungslinie dieses Arretierungsmechanismus ist derart, daß auf das Kreiselgerät keine Präzessionsdrehmomente infolge des Außereingriffbringens des Arretierungsmechanismus ausgeübt werden. Der Stößel kann mit einer geeignet geformten Ausnehmung in einer Scheibe oder einem anderen Teil in Eingriff kommen, das der Verlängerung der Achse des inneren Kardanringes zugeordnet ist, wobei die Ausnehmung derart angeordnet ist, daß sich die gewünschte Ausrichtung des inneren Kardanringes und . damit des äußeren Kardanringes in der arretierten Stellung ergibt. Der Stößel des Arretierungsmechanismus kann die Form eines Schiebers mit einem Hauptteil aufweisen, der in einem Gehäuse

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für eine begrenzte Bewegung gegenüber diesem befestigt 1st« wobei die Bewegung des Schiebers durch einen Vorsprung bewirkt wird, der von einem Element getragen ist» das in dem Hauptteil des Sohlebers über eine elastische Befestigung befestigt ist und das in dem Hauptteil in dem Ausmaß der Bewegung des Hauptteils beweglich 1st, das zur Durchführung der Arretierung erforderlich ist und das weiter gegenüber dem Hauptteil des Schiebers gegen die elastische Befestigung beweglich ist, wodurch der Arretierungsdruck des Stößels vergrößert ist.

Vorzugswelse ist der Schieber in dem Gehäuse auf Federn befestigt, die bei einer Bewegung des Schiebers in die Arretierungsstellung zusammengedrückt werden, wobei die Federn bei einer Freigabe des Vorsprunges automatisch den Schieber in die nicht arretierte Stellung zurückführen. Der Schieber kann auf Kugeloder Rollenlagern befestigt sein, die wirksam vorgespannt sind um ein Spiel quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers zu beseitigen, wodurch zusammen mit der Beseitigung des Spiels in der Richtung der Schieberbewegung durch die elastische Befestigung der Schlitten in extrem kleinen Toleranzen derart gehalten wird, daß das Kreiselgerät mit einem ungewöhnlich hohen Genauigkeitsgrad beispielsweise in der Größenordnung von drei Bogenminuten arretiert und freigegeben werden kann und daß eine Wiederholbarkeit sichergestellt ist.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung haben Messungen eine Wiederholbarkelt der Arretierung und Freigabe gezeigt, die besser als eine Bogenminute war.

Die Bewegung des Schiebers kann mit Hilfe eines Nockens erfolgen, wobei der Vorsprung als Nockenfolger dient. Die tatsächliche Nockenoberfläche des Nockens weist vorzugsweise die Fons einer Nockenbahn mit parallelen Seiten auf, deren Breite

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innerhalb genauer Toleranzen (beispielsweise 125/1000 mm) in bezug auf den Nookenfolger gehalten wird, der mit der Nockenbahn in Eingriff steht. Auf diese Weise wird der Bewegung des Stößels in der nicht arretierten Stellung eine Beschränkung bei Stoß- oder Schwingungsbedingungen auferlegt. Der den Nockenfolger bildende Vorsprung weist vorzugsweise einen Lagerring auf, der mit der Nockenbahn in Eingriff steht und die& ergibt zusammen mit der Verwendung des in Lagern befestigten Schiebers eine Verringerung der Reibung auf ein Minimum und ermöglicht eine zuverlässige Aufhebung der Arretierung nach langen Speicherperioden im arretierten Zustand. Der Antrieb des Nockens kann in verschiedenen Formen erfolgen, es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft herausgestellt, ein Schneckengetriebe für den Antrieb des Nockens zu verwenden, wobei der Nocken als Schneckenrad wirkt und die Schnecke selbst durch einen Motor wie z,B. einen Schrittmotor über ein Getriebe angetrieben wird.

Wenn eine Doppelkreiselanordnung verwendet wird, bei der die Achsen der inneren Kardanringe der jeweiligen Kreisel miteinander ausgerichtet sind, können die den jeweiligen Kreiseln zugeordneten Nocken Rücken an Rücken befestigt sein und es kann ein gemeinsamer Antrieb zur Drehung der Nocken verwendet werden, so daß sich sehr kompakte Arretierungsmechanismen für die Kreisel ergeben.

Das Kreiselgerät kann mit einem elektrischen Schalter versehen werden, der derart betätigbar ist,, daß angezeigt wird, ob das Kreiselgerät arretiert ist oder nicht, wobei der Schalter ein erstes, zwei elektrische Kontakte tragendes Element und ein zweites Element umfaßt, das einen elektrisch leitenden Streifen trägt, der betätigbar ist, um die beiden Kontakte in der geschlossenen Stellung des Schalters kurzzuschließen und das in diese Stellung vorgespannt ist, wobei das zweite

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Element weiterhin auf einem Träger in Richtung auf das erste Element hin und von diesem fort beweglich befestigt ist und die Anordnung derart ist, daß bei einem Wechsel von der geschlossenen in die offene Stellung des Schalters der Träger zuerst sowohl gegenüber dem ersten als auch dem zweiten Element beweglich 1st und dann mit dem zweiten Element in Eingriff kommt, um dieses Element von dem ersten Element fortzubewegen und um den Schalter zu öffnen. Der Schalter 1st vorzugsweise in den Stößel des Arretierungsmechanismus eingefügt und der Träger kann die Form eines Stabes mit einer Schulter zum Eingriff mit dem zweiten Element sein, um dessen Bewegung von dem ersten Element fort zu bewirken. Bei dieser Anordnung kann das zweite Element die Form einer Scheibe haben und der elektrisch leitende Streifen kann ringförmig sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in Form einer Raumbezugseinheit mit zwei Kreiseln mit zwei Freiheitsgraden noch näher erläutert.

Zn der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Raumbezugseinheit wobei Teile entfernt oder fortgebrochen dargestellt sind;

Fig. 2 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 1, wobei einige Teile entfernt sind;

Fig. 4 eine Ansicht der Richtung der Pfeile IV-IV nach Fig. 2, wobei einige Teile entfernt sind;

Fig. 5 ein Schnitt in vergrößertem Maßßtab entlang der Linie V-V nach Fig. 4;

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Fig. 6 eine Einzelheit der Fig. ^ in größerem Maßstab;

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung der Pfeile VII-VIX nach Fig. 2;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Einzelheit nach Fig. 2;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX nach Fig. 8;

Fig. 10 eine Vorderansicht gemäß Fig. 9;

Fig. 11 eine Ansicht von unten gemäß Fig. 8;

Flg. 12 eine der Fig. 10 allgemein ähnliche jedoch teilweise geschnitten dargestellte Ansicht, die eine abgeänderte Ausführungsform zeigt;

Fig. 13 eine abgeänderte Ausführungsform eines Teils nach Fig. 1«

Die Ausführungsform der Raumbezugseinheit wurde zur Verwendung in einer Rakete konstruiert* und die beiden Kreisel 1 und 2 mit zwei Freiheitsgraden müssen mit einem extrem hohen Genauigkeitsgrad arretiert werden. Die Kreisel 1 und 2 sind in einem Gehäuse 3 befestigt und weisen jeweils einen inneren Kardanring 10 und einen äußeren Kardanring 10' auf, die um zueinander senkrechte Achsen drehbar sind, wie es aus Fig. 3 zu erkennen ist, die einen Schnitt durch einen der Kreisel darstellt. Die Drehachse des Meßelementes oder des empfindlichen Elementes 1st bei Y angezeigt. Die Achsen der inneren Kardanringe der beiden Kreisel 1 und 2 sind so ausgerichtet, wie es bei 4 bzw. 5 in Fig. 2 ge» igt ist und die Achsen 6 -und 7 der äußeren Kardanringe sind .zueinander orthogonal. Die beiden Kreisel 1 und 2 werden zur Erzeugung von Drei-Achsen-Daten verwendet.

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Jeder Kreisel 1 und 2 weist einen Arretierungsmechanismus 8 auf, der in den Figg. 4 bis 11 ausführlicher dargestellt ist. Der Arretierungsmechanismus 8 wirkt durch die Achsen 4, 5 der inneren Kardanringe und parallel zu den Achsen 6, 7 der äußeren Kardanringe der zugehörigen Kreisel, wodurch die Schaffung einer sehr kompakten Antriebsanordnung,die allgemein mit 9 in den Flgg« 1 und 2 bezeichnet ist, ermöglicht wird, so daß die gesamte Arretierungseinrichtung für die Einheit sehr kompakt 1st.

Wie es aus den Figg. 4 bis 7 zu erkennen ist, umfaßt die Antriebsanordnung 9 für die Arretierungsmechanismen 8 einen Schrittmotor 11 (Pigg. 1 und 6) mit einer Ausgangswelle 12, an der ein Zahnrad 13 befestigt ist, das mit einem Zahnrad 14 kämmt, das an einem Ende einer Welle 15 befestigt ist, dessen anderes Ende In einem Lager 16 (Fig. 6) gelagert 1st. Die Welle 15 1st an dem das Zahnrad lh tragenden Ende in einem weiteren Lager 17 gelagert und zwischen ihren Enden trägt die Welle 15 eine Schnecke 18, die mit einem Schneckenrad 19 kämmt. Das Schneckenrad 19 ist in einem Lager 21 (Fig. 5) in einem Steg 22 drehbar gelagert, der einen Teil des Gehäuses 3 bildet, wobei das Schneckenrad für diesen Zweck eine Nabe 23 aufweist. An der Habe 23 ist ein zweites Rad 24 angeschraubt, das sich mit dem Schneckenrad 19 dreht.

In jedem der Bäder 19 und 24 ist eine Nockenbahn 25 bzw. 26 mit parallelen Seiten In den nach außen gerichteten Oberflächen der Räder ausgebildet, wodurch zwei Nocken Rücken an Rücken ausgebildet werden. Die beiden Nockenbahnen 25* 26 sind identisch, obwohl sie um 90° gegeneinander verdreht sind, wie es aus den Figg. 4 und 7 zu erkennen 1st, und zwar aus noch zu erläuternden Gründen. Jede der Bahnen 25, 26 umfaßt zwei Teile 27, 28 mit genauem Radius um den Hittelpunkt 29, wobei zwischen diesen Teilen eine Stufe 31 vorgesehen idfc.

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Der übrige Teil jeder Nockenbahn 25, 27 steigt konstant von dem Teil 27 zum Teil 28 an. Ein Nockenfolger 52 ist in jeder der Bahnen 25, 26 angeordnet, von denen lediglich eine in Pig. 5 zu erkennen ist, obwohl beide aus Fig. 2 zu erkennen sind· Eine Rolle 33 ist an dem Ende jedes Nockenfolgers 32 für den tatsächlichen Eingriff mit der zugehörigen Nockenbahn 25, 26 vorgesehen, wobei die Rolle zur Verringerung der Reibung auf einem Kugellagerring 34 befestigt ist. Das Spiel zwischen der Rolla 33 und der zugehörigen Nockenbahn 25, 26 liegt in der Groß iisordnung von 0,125 mm.

Die eigentlichen iirretierungsmechanismen 8 für die Kreisel sind identisch und aus diesem Grunde wird nur ein Mechanismus beschrieben,, der ausführlicher in den Figg. 8 bis 11 gezeigt ist· Der Hechanismus 8 umfaßt einen zweiteiligen Stößel 35 in Form eines linearen Schiebers, der in einem Gehäuse 36 gegenüber diesem beschränkt beweglich befestigt ist. Der Stößel 35 weist einen Hauptteil 37 in Form eines rechtwinkeligen Blockes auf, in dessen gegenüberliegenden Seiten V-förmige Hüten 38 ausgebildet sind« (Figg. 8 und 9) * Die beiden Nuten ^r58 müssen parallel zueinander ausgebildet sein und hierbei "*;ritt die einzige Forderung nach sehr hoher Präzision bei der Herstellung des Mechanismus auf. Derandere Teil des Stößels weist die Form eines Elementes 39 auf, das in einer kreisförmigen Ausnehmung 41 In dem Hauptteil 37 gegenüber diesem beweglich befestigt 1st. Das Element 39 ist genau mit Gleitapiel in der Ausnehmung 4l eingepaßt und weist einen Vorsprung unter rechten Winkeln zur Bewegungsrichtung des Stößels 35 auf, wobei dieser Vorsprung tatsächlich der Nockenf olger 32 list. Eine elastische Befestigung für das Element 39 ist in Form einer Druckfeder 43 vorgesehen, die zwischen dem Boden der Ausnehmung 4i und der Unterseite 44 des Elementes s9 ίί-rkt, wobei ein mit dem Element 39 ein-

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stückig ausgebildeter Rand 45 zur Aufnahme der Feder dient. Damit eine relative Bewegung zwischen dem Element 39 und dem Hauptteil 37 für den Nockenfolger 32 möglich ist, ist eine langgestreckte öffnung 46 (Pig. 10) durch den Hauptteil und das Gehäuse 36 ausgebildet und der Nockenfolger erstreckt sich durch diese öffnung 46, Der Hauptteil 37 ist bei 47 konisch verjüngt.

Das Gehäuse 36 besteht aus einer Platte 48, an der zwei Blöcke 49 angeschraubt sind, zwischen denen der Stößel 35 gleiten kann. Die Blöcke 49 sind jeweils mit einer V-förmigen Nut ausgebildet, die den V-förmigen Nuten 38 des Hauptteils 37 gleich ist, wobei jede Nut 51 so angeordnet ist, daß sie mit einer entsprechenden Nut 38 zusammenwirkt. Zwei Lagerkugeln 52 sind in jedem Paar von zueinander gehörigen Nuten 38, 51 vorgesehen, wobei ein Abstandshalter 53 zwischen diesen Lagerkugeln sowie zwei Haltestifte 54 vorgesehen sind. Xn jedem Block 49 ist weiterhin eine zylindrische Ausnehmung oder Bohrung 55 ausgebildet, in die eine Druckfeder 56 eingesetzt 1st, die -iine niedrigere Federkonstante als die Feder 43 aufweist, die dem Stößelteil 39 zugeordnet ist. Die Feder 56 wirkt zwischen dem Boden der Ausnehmung 55 und einer Schulter 57_{ die an einem Zentrierbund 58 ausgebildet ist, der an der oberen Platte 59 befestigt ist, an die der Stößel 35 angeschraubt ist.

Beim Zusammenbau !es Arretierungsmechanismus 8 werden die Lagerkugeln vorgespannt (mit ungefähr 2,27 kg) um irgendein Spiel des Stößels 35 quer zu seiner Bewegungsrichtung zu verhindern. Zu diesem Zweck ist die Stellung jedes Blockes 49 auf der Platte 48 einstellbar. Die Federn 43 und 56 beseitigen jedes Spiel auf Grund des Entstehens von Toleranzen in der Bewegungsrichtung des Stößels 35, so daß dieser Stößel eine sehr genaue Einrichtung 1st, die eine hohe Wiederholbarkeit

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in bezug auf die Arretierung des zugehörigen Kreisels in einer vorgegebenen Stellung ermöglicht. Das konisch verjüngte Ende 47 des Stößels 35 wirkt mit einer komplementären Ausnehmung 62 in einer Scheibe 63 (Fig. 1) zusammen, die an einer Verlängerung des inneren Kardanringes 10 des entsprechenden Kreisels befestigt ist, wobei die Verjüngung vorgesehen ist, um eine Einführung für den Stößel zu bilden und wobei der Grad der Verjüngung so gewählt ist, damit sich der gewünschte Winkelbereich der relativen Verschiebung des Stößels und der Ausnehmung, über die eine Arretierung durchgeführt werden kann, ergibt, In dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel beträgt dieser Winkelbereich 3°« Die Lage der Ausnehmung Ö2 in der Scheibe ist so gewählt, daß sich die gewünschten relativen Stellungen der inneren und äußeren Kardanringe des Kreisels im arretierten Zustand ergeben. Die Wirkungslinie X (Pig. 9) des Stößels 35 verläuft durch die Achsen 4, 5 der inneren Kardanringe und parallel zu den Achsen 6, 7 der äußeren Kardanringe der zugehörigen Kreisel,,veil auf diese Weise keine Präzessbnsdrehmomente auf den Kreisel beim Herausziehen des Stößels 35 aus der Ausnehmung 62 ausgeübt werden, d.h. also beim Lösen der Arretierung des Kreisels. Außerdem dient ein Arretierungsmechanismus zur Arretierung sowohl des inneren als auch des äußeren Kardanrings 10, 10* des zugehörigen Kreisels. Weil die Achsen 6 und 7 der äußeren Kardanringe der Kreisel 1 und 2 zueinander senkrecht stehen, müssen die Wirkungslinien X der Stößel 35 der beiden Arretierungsmechanismen 8 ebenfalls zueinander senkrecht stehen, woraus sich die unterschiedliche Ausrichtung der Mechanismen nach den Fig. 1 und 2 und die Phasenverschiebung von 90⁰ zwischen den Nockenbahnen 25 und 26 ergibt» Trotz dieser Notwendigkeit, daß die Wirkungslinien X der Stößel 35 parallel zu den Achsen 6 und 7 der jeweiligen äußeren Kardanringe sein müssen, ist der kombinierte Arretierungsmechanismus für die beiden Kreisel 1 und 2 äußerst kompakt.

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Bei Verwendung in einer Rakete ist die Raumbezugseinheit eine Einheit, die nur einmal verwendet wird und wenn keine Forderung nach einer Testmögliehkeit bestände, würde es vergleichsweise einfach sein, die Kreisel 1 und 2 beim Zusammen-

Aufhebung der bau genau au arretieren und diefArretierung zum gewünschten Zeitpunkt zu ermöglichen. Weil es jedoch erforderlich ist, die Einheit zu testen, besteht die Notwendigkeit einer Prüfung des ArretJerungsmechanismus, woraus sich das Problem ergibt, daß die Kreisel 1 und 2 erneut wieder mit der gleichen Größenordnung der Genauigkeit arretiert werden müssen, wie dies bei ihrem ersten Zusammenbau der Fall war. Dies wird erfindungsgemäß durch den Arretierungsmechanismus 8 ermöglicht.

Unter der Annahme, daß beide Kreisel 1 und 2 nicht arretiert sind, befinden sich die Nockenfolger 32 in den in den Figg. 4 und 6 gezeigten Stellungen 64 bezüglich ihrer jeweiligen Nockenbahnen 25, 26. Wenn die Kreisel nun arretiert werden sollen, wird auf sie unter Verwendung üblicher (nicht gezeigter) Drehmomentgebermotoren ein Drehmoment soweit ausgeübt, daß sich ihre Kardanringe vorzugsweise bis in einen Bereich von ungefähr 1° von den arretierten Stellungen bewegen. Die Arretierungsmechanismen δ werden dann durch Inbetriebsetzen öes Schrittmotors 11 betätigt, wobei das Zahnrad IJ an der Ausgangswelle 12 dieses Motors das Zahnrad und dann die Schnecke 18 antreibt, die ihrerseits die Nockenräder 19 und 24 antreibt. Bei einer Drehung der Nockenräder 19 und 24 beginnen die jeweiligen Nockenfolger 32, den Teilen der Nockenbahnen 25, 26 mit konstantem Anstieg zu folgen, mit dem Ergebnis, daß sich die zugehörigen Stößel 35 nach unten zu bewegen beginnen, wie dies aus Fig. 8 zu erkennen ist. Diese Bewegung wird fortgesetzt, bis die Nockenfolger 32 die in den Figg« 4 und 7 dargestellten Stellungen 65 erreichen, in denen die Stößel 35 mit den jeweiligen Ausnehmungen 62 in den Scheiben 63 in Eingriff gekommen sind.

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Die Bewegung Jedes Stößels 35 zwischen den genannten Nockenfolger-Stellungen 64 und 65 erfolgt durch das Element 39, das sich zusammen mit dem Hauptteil 37 bewegt. Dies ergibt sich daraus, daß die Feder 43 stärker als die Federn 56 ist, so daß die letzteren zusammengedrückt werden und diese Zusammendrückung sich forsetzt, bis der verjüngte Teil 47 des Stößels 35 mit der Ausnehmung 62 in der Scheibe 63 in Eingriff kommt, wobei dieser Zustand ungefähr dann erreicht wird, wenn sich die Noekenfolger 32 in der Stellung 65 befinden. Obwohl die Kreisel nun arretiert sind, treibt der Schrittmotor weiterhin die Noekenräder I9 und 24 an, worauf sich jedes Stößelteil 39 nunmehr gegenüber dem Hauptteil 37 gegen die Feder 43 bewegt. Auf diese Weise wird der von jedem Stößel 35 ausgeübte Arretierungsdruck durch diesen zusätzlichen Weg vergrößert und irgendein Spiel auf Grund des Entstehens von Toleranzen wird in dem Mechanismus beseitigt, so daß eine extrem genaue Arretierung durchgeführt wird. In der beschriebenen Raumbezugseinheit wurde eine Arretierung in einem Bereich von einer Bogenminute erzielt. Die Nockenfolger 32 befinden sich am Ende dieser weiteren Bewegung in der Stellung 66, d.h. auf dem Teil 28 der Nockenbahn mit wahrem Radius.

Zeit

In der beschriebenen Raumbezugseinheit beträgt dieyzur Arretierung der Kreisel (von der Stellung 64 bis 66 der Nockenfolger 32) ungefähr 4 Sekunden. Der Grund dafür, daß diese genaue Arretierung erforderlich ist, besteht darin, daß die Kardanringachsen 4, 5, 6 und 7 als genaue Winkelbezüge mittelbar nach der Beseitigung der Arretierung benötigt werden, und der Arretierungsmechanismus 8 hat sich in dieser Verbindung als sehr befriedigend erwiesen. y

Die Beseitigung der Arretierung erfordert 0,1 Sekunden, was der Zeit entspricht, die die Nockenfolger 32 benötigen, um über den kurzen Weg von der Stellung 66 bis zu den Stufen 31 in den jeweiligen Nockenbahnen 25, 26 angetrieben aa werden.

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Wenn die Stufen 3I erreicht sind, springen die Stößel 35 in ihre früheren nicht arretierten Stellungen unter der Wirkung der Federn 56 zurück. Die Arretierung und Beseitigung der Arretierung kann so oft wiederholt werden wie dies erwünscht ist, ohne daß sich eine Verringerung der Genauigkeit der arretierten Stellungen der Kreisel 1 und 2 ergibt, und zwar auf Grund der sehr genauen Stößel 35· Wie es bereits erwähnt wurde, übt die Bewegung der Stößel 35 zur Beseitigung der Arretierung nur geringe oder keine Präzessions-Drehmomente auf die Kreisel aus, was ein wesentliches Merkmal beispielsweise bei Raketenanwendungen ist* Die Verwendung von Lagerkugeln in den Stößeln 35 und den Nockenfolger-Rollen 33 verringert die Reibung auf ein Minimum, so daß eine schnelle und zuverlässige Beseitigung der Arretierung selbst nach edner langen Speicherdauer durchgeführt werden kann. Wenn die Einheit ohne Arretierung der Kreisel 1 und 2 Stößen oder Schwingungen unterworfen wird, bewirkt das sehr begrenzte Spiel zwischen den Nockenfolger-Rollen 33 und den Nockenbahnen 25 und 26, daß die Bewegung der Stößel 35 auf einen sehr kleinen Wert begrenzt ist, so daß derartige Stöße oder Schvringungen keine nachteilige Störung der Freiheit der Karclanringe durch die Stößel ergeben können.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Schwingungsbedingungen die Verwendung eines elektromagnetischen Schrittmotors für den Motor 11 ein unbefriedigendes Ergebnis ergeben kann, weil eine Drehung der Räder 19 und 24 auftreten kann. Entsprechend ist es vorzuziehen, einen ρ Birmanen tmagne ti sehen Schrittmotor zu verwenden, der diese unerwünschte Bewegung der Räder I9 und 24 bei Schwjngungsbedingungen verhindert.

Wtnn eine Anzeige der Arretierung oder Nichtarretierung der Kreisel 1 und 2 erwünscht ist, kann der Arretierungsmechanismus 8 in der· la Fig. 12 gezeigten Weise modifiziert wer-

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den« um einen Endschalter &J einzufügen. Der Schalter 67 umfaßt eine Scheibe 68, die in ein Ende eines Teils eines Blockes ^ eingesetzt ist, der einen Teil des Gehäuses 36 bildet. Die Scheibe 68 trägt zwei bogenförmige elektrische Kontakte 69, an die jeweils eine elektrische Leitung 7I geführt ist. Eine zweite Scheibe 72, die einen ringförmigen elektrisch leitenden Streifen 73 trägt, wird durch eine Feder 74 in Eingriff mit den Kontakten 69 gedrückt. Die Feder 74 wirkt zwischen der Scheibe 72 und einer Schulter 75 an einem Stab 76, der durch beide Scheiben 68 und 72 hindurchläuft β Der Streifen 73 verbindet die Kontakte 69 wenn er mit diesem in Berührung steht und dies stellt die geschlossene Stellung des Schalters dar, wie es aus Fig. 12 zu erkennen ist. Der Stab 76 wird von einem der Zentrierbunde 58 getragen und 1st mit einer weiteren Schulter 77 ausgebildet.

Bei einer Bewegung des Stößels 35 in die Arretierungsstellung bewegt sich der Stab 76 nach unten, wie dies aus Fig. 12 zu erkennen ist, der Kontakt zwischen dem Streifen 73 und den Kontakten 69 wird jedoch nicht unterbrochen bis die Schulter 77 mit der Scheibe 72 in Eingriff kommt. Dieser zusätzliche Weg nimmt wiederum jedes Entstehen von Toleranzen auf» Wenn die Scheibe 72 mit der Schulter 77 in Eingriff gekommen ist, wird sie von den Kontakten 69 fortbewegt, worauf der Schalter geöffnet ist. Somit zeigt der geschlossene Zustand des Schalters an, daß der zugehörige Kreisel nicht arretiert ist, während der offene Zustand des Schalters anzeigt, daß der Kreisel arretiert ist. Die koaxiale Anordnung der beiden Scheibenelemente 68 und 72 des Schalters sowie das Merkmal des zusätzlichen Weges machen den Schalter für die beschriebene Raumbezugseinheit besonders vorteilhaft.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Auftreten von bei hohen Drehgeschwindigkeiten 11m die e.^sine oder die andere der inneren

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Kardanringachsen 4, 5 bei rotierenden empfindlichen oder Meßelementen erzeugten Präzessions-Drehmomenten die Neigung besteht« daß der dem betroffenen Kreisel zugeordnete Stößel 35 außer Eingriff mit der Ausnehmung 62 in der Scheibe 63 gedrückt wird, wodurch ein unbeabsichtigtes Beseitigen der Arretierung des Kreisels hervorgerufen wird. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, kann ein Stößel 35 mit einem verjüngten Schlitz 78, der dem Stößel ein gabelförmiges Ende gibt, zusammen mit einer Scheibe 79 in Form eines Keils verwendet werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt 1st. Bei dieser Anordnung steht der Stößel 35 mit der Scheibe 79 über einen größeren Weg als in Fig. 1 in Eingriff und insbesondere erstreckt sich die Eingriffslinie auf jeder Seite der Scheibe über die Laufachse Y des zugehörigen Kreisels hinaus, die durch die Scheibe hindurchläuft, wodurch das oben beschriebene Problem der unbeabsichtigten Beseitigung der Arretierung vermieden wird. Auch in diesem Fall ergibt die Verjüngung des Schlitzes 78 und der Scheibe 79 die erforderliche Einführung des Stößels und der Orad der Verjüngung ist so gewählt, daß der gewünschte Winkelbereich erreicht wird, über den die Arretierung erfolgen kann. In Fig. 13 ist lediglich ein Teil des Schalters 67 zu erkennen, weil bei dieser Modifikation die Kontakte 69 in einer Ausnehmung in dem Hauptteil des Stößels angeordnet sind.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1J Kreiselgerät mit zumindest einem Kreisel mit zwei Freiheits^v graden, der ein in einem inneren, um eine Achse drehbaren Kardanring befestigtes Meßelement.,, einen um eine zur Achse des inneren Kardanringes orthogonale Achse drehbaren äußeren Kardanring und einen Arretierungsmechanismus aufweist, der einen derart lösbar betätigbaren Stößel einschließt, daß er mit einer Verlängerung der Achse des inneren Kardanringes zur Erzielung der Arretierung in Eingriff kommt, dadurch gekennzei chnet, daß die Wirkungslinie X des Stößels (35) durch die Achse (4, 5) des inneren Kardanringes und parallel zur Achse (6, 7) des äußeren Kardanringes des Kreisels (1, 2) verläuft.

2, Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeieh net, daß der Stößel (35) mit einer Ausnehmung (62) in Eingriff kommt, die in einem mit der Verlängerung der Achse (^* 5) des inneren Kardanringes verbundenen Element (63) ausgebildet ist und daß die Ausnehmung so angeordnet ist, daß sich die gewünschte Ausrichtung des inneren Kardanringes (4, 5) und weiterhin des äußeren Kardanringes (6, 7) in der arretierten Stellung ergibt.

3. Kreiselgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeieh net, daß der mit der Ausnehmung (62) in Eingriff kommende Teil des Stößels (35) eine verjüngte Form (47) aufweist, daß die Ausnehmung (62) eine entsprechende Form aufweist und daß die Verjüngung eine Einführung für den Stößel (35) ergibt, wobei der Grad der Verjüngung so gewählt ist, daß sich der gewünschte Winkelbereich der relativen Versetzung des Stößels (35) und der Ausnehmung (62) ergibt, über den eine Arretierung erfolgen kann.

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4. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (35) des Arretierungsraechanisraus (8) die Form eines Schiebers mit einem Hauptteil (JfJ) aufweist, der in einem Gehäuse (56) für eine begrenzte Bewegung gegenüber diesem befestigt ist, daß die Bewegung des Schiebers mit Hilfe eines Vorsprunges (32) erfolgt, der auf einem Element (39) angeordnet ist, das über eine elastische Befestigung (43) an dem Hauptteil (37) befestigt ist und in dem Hauptteil (37) über den Bereich der Bewegung des Hauptteils (37) beweglich ist, der zur Durchführung der Arretierung erforderlich ist und daß das Element £9) weiterhin gegenüber dem Hauptteil (37) des Schiebers gegen die elastische Befestigung (43) beweglich 1st, wodurch der Arretierungsdruck des Stößels (35) vergrößert wird.

5> Kreiselgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber in dem Gehäuse (36) auf Federn (56) befestigt ist, die bei einer Bewegung des Schiebers in die arretierte Stellung zusammengedrückt werden und daß die Federn (56) den Schieber bei Freigabe des Vorsprungs (32) automatisch in die nicht arretierte Stellung zurückführen.

Kreiselgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sohieber auf vorbelasteten Lagern (52) befestigt ist, um ein Spiel quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers zu beseitigen.

7c Kreiselgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schiebers über einen Nocken (I9, 24) erfolgt und daß der Vorsprung (32) als Nockenfolger dient«

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8. Kreiselgerät nach Anspruch 7» dadurch gekennzei c h · net, daß die wirksame Nockenoberfläche des Nockens (19, 24) die Form einer Nockenbahn (25, 26) mit parallelen Seiten aufweist und daß die Breite der Nockenbahn innerhalb enger Toleranzen gegenüber dem Nockenfolger (32) gehalten ist, der mit der Neckenbahn (25, 26) in Eingriff steht.

9. Kreiselgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (I9, 24) kreisförmig ist und daß die Nockenbahn (25, 26) zwei mit Abstand angeordnete Teile (27* 28) mit echtem Radius um den Mittelpunkt des Nockens sowie einen Stufenteil (31) aufweist, der zwischen den beiden Teilen (27, 28) angeordnet ist und daß der übrige Teil der Nockenbahn (25* 26) einen konstanten Anstieg aufweist.

ΙΟ« Kreiselgerät nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken die Form eines Schneckenrades (19, 24·) aufweist und durch eine Schnecke (18) angetrieben ist, die ihrerseits über ein Getriebe (13# 14) von einem Motor (11) angetrieben ist.

11. Kreiselgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzei ch net, daß der Motor (11) ein Schrittmotor ist.

12« Kreiselgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzei ch net, daß der Schrittmotor (11) ein Permanentmagnetmotor ist.

13° Kreiselgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit zwei Kreiseln mit zwei Freiheitsgraden, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (4, 5) der Jeweiligen inneren Kardanringe miteinander ausgerichtet sind, daß die der* Jeweiligen Kreiseln (1, 2) zugeordneten Nocken (I9, 24) Rücken

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an Rücken angeordnet sind und daß ein gemeinsamer Antrieb (11, 12, 14, 16) zur Drehung der Nocken (19, 24) vorgesehen ist.

14. Kreiselgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Achsen (6, 7) der äußeren Kardanringe der Kreisel (1, 2) zueinander orthogonal angeordnet sind und daß die Nockenbahnen (25 # 26) der Jeweiligen Nocken (19, 24) um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

15. Kreiselgerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Antrieb eine von einem Motor (11) über ein Getriebe (13, 14) angetriebene Getriebeschnecke (18) umfaßt, die mit dem Nocken (I9) eines der Kreisel (2) kämmt, wobei der Nocken (I9) die Form eines Schneckenrades aufweist und antriebsmäßig mit dem Nocken (24) des anderen Kreisels (1) verbunden ist.

16. Kreiselgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder Jeder Kreisel (1, 2) weiterhin einen elektrischen Schalter (67) einschließt, der zur Anzeige des arretierten oder nicht arretierten Zustandes des Kreisels (1, 2) betätigbar ist, daß der oder jeder Schalter (67) ein erstes, ewei elektrische Kontakte (69) tragendes Element (68) und ein zweites, einen elektrisch leitenden Streifen (73) tragendes Element (72) umfaßt, das betätigbar ist, um die beiden Kontakte (69) in der geschlossenen Stellung des Schalters miteinander zu verbinden und das in diese letztere Stellung vorgespannt 1st, daß das zweite Element (72) auf einem Träger (76) für eine Bewegung in Richtung auf das erste Element (68) und von diesem fort befestigt ist und daß die Anordnung derart gewählt 1st, daß bei einem Wechsel von der geschlossenen zur offenen Stellung des Schalters der Träger (76) zunächst sowohl gegenüber dem ersten als auch

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dem zweiten Element (68, 72) beweglich ist und dann mit dem zweiten Element (72) in Eingriff kommt, um das letztere Element von dem ersten Element (68) zum Offnen des Schalters fortzubewegen.

17. Kreiselgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeieh net, daß der Schalter (67) in dem Stößel (35) des Arretierungsmechanismus (8) des zugehörigen Kreisels (1, 2) eingefügt 1st und daß der Träger (76) die Form eines Stabes mit einer Schulter (77) für den Eingriff mit dem zweiten Element (72) aufweist, um dieses Element (72) von dem ersten Element (68) fortzubewegen.

Kreiselgerät nach Anspruch 17* dadurch gekennzeich net, daß das zweite Element (72) die Form einer Scheibe aufweist und daß der elektrisch leitende Streifen (73) ringförmig ist.

19. Kreiselgerät nach einem der Ansprüche 16 bis l8, dadurch gekennzei ohnet, daß Jeder Kontakt (69) der beiden Kontakte des ersten Elementes bogenförmig ist.

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