DE2323893C3

DE2323893C3 - Arretiervorrichtung für Kreiselgeräte

Info

Publication number: DE2323893C3
Application number: DE2323893A
Authority: DE
Inventors: Barrie Andrew Crowthorne Gillies; Frederick Granville Woodley Simpson
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1979-08-23
Also published as: GB1436941A; FR2184702B1; DE2323893B2; DE2323893A1; US3926060A; FR2184702A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arretiervorrichtung für Kreiselgeräte mit mindestens einem drei Freiheitsgrade aufweisenden Kreisel, der einen Rotor aufweist, der in einem inneren, um eine erste Achse drehbaren Kardanrahmen und einem äußeren Kardanrahmen befestigt ist, der um eine Achse drehbar ist, die zur Achse des inneren Kardanrahmens orthogonal ist, wobei die Kardanrahmen mit Drehmomentgebern zur Drehung der Kardanrahmen in Arretierstellungen versehen sind und die Arretiervorrichtung einen Stößel aufweist, der lösbar mit einem Arretierelement an einer Verlängerung der Achse des inneren Kardanrahmens in Eingriff bringbar ist, um eine Arretierung beider Kardanrahmen durch den gleichen Stößel zu bewirken.

Bei einem bekannten Kreiselgerät dieser Art (US-Patentschrift 34 73 391) ist das Arretierelement durch eine auf der Achse des inneren Kardanrahnens und senkrecht durch eine auf der Achse des inneren Kardanrahmens und senkrecht zu dieser angeordnete Scheibe gebildet, in deren äuQerer Stirnfläche eine Nut angeordnet ist, in die der Stößd eingreift, der durch den Anker einer Elektromagnetspule gebildet wird. Die

Scheibe weist an einer bestimmten Stelle der kreisringrörmigen Nut weiterhin eine Bohrung auf, in die der Stößel eingreifen kann. Zur Arretierung der beiden Kardanrahmen wird zunächst mit Hilfe eines Drehmomentgebers der äußere Kardanrahmen in eine Arretier- stellung gedreht und das Erreichen dieser Arretierstellung wird durch einen Abgriff festgestellt, der die Elektromagnetspule des Stößels ansteuert Der Stößel gelangt dann in der Nut der Scheibe in Eingriff, so daß der äußere Kardanrahmen in seiner arretierten Stellung festgehalten wird. Weiterhin steuert der Abgriff einen weiteren Drehmomentgeber für den inneren Kardanrahmen an, dessen Betriebsdauer über einen Zeitgeber gesteuert ist Der innere Kardanrahmen läuft dann um und sobald der Stößel in Eingriff mit der Bohrung an der vorgegebenen die Ausrichtstellung darstellenden Stelle der kreisringförmigen Nut gelangt, fällt dieser Stößel in die Bohrung ein, so daß beide Kardanrahmen arretiert sind. Hierbei ist es schwierig, eine richtige Bemessung für die Eingriffskraft des Stößels bzw. die von der Elektromagnetspule auf den Stößel ausgeübte Kraft zu finden, da der Stößel in einer Ebene bewegt wird, die gegenüber der Ebene der Achsen des äußeren und inneren Kardanrahmens versetzt ist Der Stößel wirkt zwar in etwa parallel zur Achse des inneren Kardanrahmens, doch kann es Drehmomente um die Achse des äußeren Kardanrahmens ausüben, die zu einer Verdrehung dieses äußeren Kardanrahmens führen können. Bei zu geringer Kraft des Stößels ist einerseits ein geeignetes Einfallen in die Bohrung i;n Verlauf der ringförmigen Nut nicht sichergestellt und andererseits besteht die Gefahr, daß auf Grund der beim Drehen des inneren Kardanrahmens hervorgerufenen Präzessionskräfte der Stößel aus der Nut herausspringt. Weiterhin erfordert das Arretieren des Kreisels eine erhebliche Zeit, da die beiden Kardanrahmen nacheinander arretiert werden, und es treten während des Arretiervorganges und insbesondere beim Lösen der Arretiervorrichtung Präzessionskräfte auf, da nicht beide Kardanrahmen gleichzeitig arretiert und freigegeben werden.

Es ist weiterhin eine Arretiervorrichtung bekannt (britische Patentschrift 9 25 441), bei der die beiden Kardanrahmen mit Hilfe eines Stößels, der nacheinander auf Nockenbahnen an dem äußeren und inneren 4 Kardanrahmen wirkt, in die Arretierstellung bewegt werden, wobei die Nockenbahn des äußeren Kardanrahmens in der Arretierstellung eine Ausnehmung aufweist durch die der Stößel hindurchtreten kann, um mit der Nockenbahn des inneren Kardanrahmens in Eingriff zu kommen. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung werden die beiden Kardanrahmen zeitlich nacheinander arretiert und freigegeben, was unerwünscht ist Weiterhin muß bei dieser Vorrichtung ebenso wie bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung ein gewisses Spiel zwischen dem Stößel und den mit diesem Stößel in Eingriff kommendenen Teilen vorhanden sein. Daher ist eine hochgenaue Arretierung der Kardanrahmen nicht möglich. Bei bestimmten Anwendungen von Kreiselgeräten, wie z. B. zur w Raketennavigation, sind jedoch sehr genaue Kreiselarretierungsvorrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arretiervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sehr schnelle und hochgenaue n> Arretierung und Laufarretierung der Kardanrahmen ohne das Auftreten von Präzessionsdrehmomenten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Arretiervorrichtung ermöglicht eine sehr schnelle Arretierung der Kardanrahmen, weil beide Kardanrahmen zum gleichen Zeitpunkt und nicht zeitlich aufeinanderfolgend arretiert werden und weiterhin besteht keine Gefahr des Auftretens von Präzessionsdrehmomenten beim Arretieren oder Entriegeln der Kardanrahmen, da eine gleichzeitige Arretierung und Entriegelung beider Kardanrahmen erfolgt Durch die konische Ausbildung der Eingriffsflächen ties Stößels und des an der Achse des inneren Kardanrahmens befestigten Arretierelementes ergibt sich weiterhin eine hochgenaue Arretierung, ohne daß es erforderlich ist, die beiden Kardanrahmen vor der Betätigung der Arretiervorrichtung mit hoher Genauigkeit auf die Arretierstellung auszurichten. Die Genauigkeit der vor der Betätigung der Arretiervorrichtung erforderlichen Ausrichtung der Kardanrahmen hängt lediglich von dem Winkel ab, den die konischen Eingriffsflächen zueinander bilden, wobei dieser Winkel jedoch nicht zu groß sein sollte, um das Auftreten von übermäßigen Kräften zu verhindern.

Durch die Verwendung eines Federelementes zwischen dem zur Betätigung des Stößels dienenden Nockenfolger und dem Stößel selbst ist es möglich, den Ncckenfolgcr über die Arretierungsstellung hinaus zu bewegen, so daß sich eine elastische Vorbelastung des Stößels gegen das Arretierelement an der Achse des inneren Kardanrahems in der vollständig arretierten Stellung ergibt Auf diese Weise treten selbst bei Krafteinwirkungen auf die Kardanrahmen keine Bewegungen zwischen dem Arretierelement und dem Stößel auf.

Durch die Führung des Hauptteils des Stößels in vorgespannten Lagern wird jedes Spiel des Stößels in seinem Gehäuse verhindert, so daß sich extrem kleine Toleranzen bei der Arretierung der Kardanrahmen ergeben.

Die Wiederholbarkeit und die Genauigkeit der Arretierung und Freigabe liegt dadurch in der Größenordnung von nur sehr wenigen Bogenminuten.

Wenn die Arretiervorrichtung für Kreiselgeräte mit zwei Kreiseln verwendet werden soll, bei denen die Achsen der äußeren Kardanrahmen um 90° gegeneinander versetzt sind, so können die den jeweiligen Kreiseln zugeordneten Arretierelemnte einander benachbart angeordnet werden, und es kann ein gemeinsamer Nocken oder zwei Nockenbahnen zur Betätigung der Nockenfolger der beiden Stößel der Arretiervorrichtungen vorgesehen sein, so daß lediglich eine Antriebsvorrichtung für den Nocken erforderlich ist.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung nach näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Raumbezugseinheit, die eine Ausführungsform der Arretiervorrichtung aufweist, wobei Teile entfernt oder fortgebrochen dargestellt sind;

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig.!;

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie Π1-1Ι1 nach F i g. 1, wobei einige Teile entfernt sind,

r ι g. ·* cmc /\iimCiu in i\iü>>iiug «er !"ciiC !V!V nach

1" i g. 2, wobei einige Teile entfernt sind;

F i g. 5 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie V-V nach F i g. 4;

Fig. 6 eine Einzelucit der Fig. 4 in größerem MaBstaH

Fig.'/ eine Ansicht in Richtung der Pfeile VII-VlI iiachFig. 2;

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

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

F i g. IO eine Vorderansicht gemäß F i g. 9; F i g. 11 eine Ansicht von unten gemäß F i g. 8;

Fig. 12 eine der Fig. 10 allgemein ähnliche jedoch teilweise geschnitten dargestellte Ansicht, die eine abgeänderte Ausführungsform eines Teils nach F i g. 1.

Die Ausführungsform der Raumbezugseinheit wurde zur Verwendung in einer Rakete konstruiert, und die beiden Kreisel 1 und 2 mit drei Freiheitsgraden müssen mit einem extrem hohen Genauigkeitsgrad arretiert werden. Die Kreisel 1 und 2 sind in einem Gehäuse 3 gelagert und weisen jeweils einen inneren Kardanrahmen 10 und einen äußeren Kardanrahmen 10' auf, die um zueinander senkrechte Achsen drehbar sind, wie es aus F i g. 3 zu erkennen ist, die einen Schnitt durch einen der Kreisel darstellt Die Drehimpulsachse des Rotors ist bei K angezeigt Die Achsen der inneren Kardanrahmen der beiden Kreisel 1 und 2 sind so ausgerichtet, wie es bei 4 bzw. 5 in F i g. 2 gezeigt ist und die Achsen 6 und 7 der äußeren Kardanrahmen sind zueinander orthogonal. Die beiden Kreisel 1 und 2 werden zur Erzeugung von Drei-Achsen-Daten verwendet.

Jeder Kreisel 1 und 2 weist eine Arretiervorrichtung 8 auf, die in den F i g. 4 bis 11 ausführlicher dargestellt ist Die Arretierungsvorrichtuiig S wirkt durch die Achsen 4, 5 der inneren Kardanrahmen und parallel zu den Achsen 6, 7 der äußeren Kardanrahmen der zugehörigen Kreisel, wodurch die Schaffung einer sehr kompakten Antriebsanordnung für die Arretiervorrichtung 9 ermöglicht wird, so daß die gesamte Arretiervorrichtung für die Einheit sehr kompakt ist.

Wie es aus den F i g. 4 bis 7 zu erkennen ist, umfaßt die Antriebsanordnung 9 für die Arretiervorrichtung 8 einen Schrittmotor 11 (F i g. 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 (F i g. 6) gelagert ist Die Welle 15 ist an dem das Zahnrad 14 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 (F i g. 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 Nabe 23 ist ein zweites Rad 24 angeschraubt, das sich mit dem Schneckenrad 19 dreht

In jedem der Räder 19 und 24 ist eine Nockenbahn 25 bzw. 26 mit parallelen Seiten in den nach außen gerichteten Oberflächen der Räder ausgebildet Die beiden Nockenbahnen 25, 26 sind identisch, jedoch um 90° gegeneinander verdreht, wie es aus den F i g. 4 und 7 zu erkennen ist, und zwar aus noch zu erläuternden Gründen. Jede der Bahnen 25,26 umfaßt zwei Teile 27, 28 mit festem Radius um den Mittelpunkt 29, wobei zwischen diesen Teilen eine Stufe 31 vorgesehen ist

Der übrige Teil jeder Nockenbahn 25, 27 steigt konstant von dem Teil 27 zum Teil 28 an. Ein Nockenfolger 32 ist in jeder der Bahnen 25, 26 angeordnet. Eine Roiie 33 ist an dem Ende jedes Nockenfolgers 32 für den Ringriff in die zugehörige Nockenbahn 25, 26 vorgesehen, wobei die Rolle zur Verringerung der Reibung auf einem Kugellagerring 34 ■> befestigt ist. Das Spiel zwischen der Rolle 33 und der zugehörigen Nockenbahn 25,26 lirgt in der Größenordnung von 0,125 mm.

Die eigentlichen Arretiervorrichtungen 8 für die Kreisel sind identisch und aus diesem Grunde wird nur

in eine Vorrichtung beschrieben, die ausführlicher in den F i g. 8 bis 11 gezeigt ist. Die Vorrichtung 8 umfaßt einen zweiteiligen Stößel 35 in Form eines Schiebers, der in einem Gehäuse 36 gegenüber diesem beschränkt beweglich befestigt ist Der Stöße! 35 weist einen

'5 Hauptteil 37 in Form eines rechtwinkligen Blockes auf, in dessen gegenüberliegenden Seiten V-förmige Nuten 38 ausgebildet sind. (F i g. 8 und 9). Die beiden Nuten 38 müssen parallel zueinander ausgebildet sein. Der andere Teil des Stößels ist ein bewegliches Element 39, das in einer kreisförmigen Ausnehmung 41 in dem Hauptteil 37 gegenüber diesem beweglich befestigt ist. Das Element 39 ist genau mit Gleitspiel in der Ausnehmung 41 eingepaßt und weist einen Vorsprung unter rechten Winkeln zur Bewegungsrichtung des Stößels 35 auf.

Dieser Vorsprung ist der Nockenfolger 32. Eine elastische Abstützung für das Element 39 ist in Form einer Druckfeder 43 vorgesehen, die zwischen dem Boden der Ausnehmung 41 und der Unterseite 44 des Elementes 39 wirkt, wobei ein mit dem Element 39 einstückig 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 (Fig. 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 51 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 Lagerku geln 52 sind in jedem Paar von zueinander gehöriger Nuten 38, 51 vorgesehen, wobei ein Abstandshalter 53 zwischen diesen Lagerkugeln sowie zwei Haltestifte 54 vorgesehen sind. In jedem Block 49 ist weiterhin ein« zylindrische Ausnehmung oder Bohrung 55 ausgebildet

^>0 in die eine Druckfeder 56 eingesetzt ist, die ein« niedrigere Federkonstante als die Feder 43 aufweist die dem Stößelteil 39 zugeordnet ist Die Feder 56 wirk' zwischen dem Boden der Ausnehmung 55 und einei Schulter 57, die an einem Zentrierbund 58 ausgebildet ist, der an der oberen Platte 59 befestigt ist, an die dei Stößel 35 angeschraubt Ist

Beim Zusammenbau der Arretierungsvorrichtung ί werden die Lagerkugeln vorgespannt (mit ungefähi 2,27 kg) um irgendein Spiel des Stößels 35 quer zu seine;

^b0 Bewegungsrichtung zu verhindern. Zu diesem Zweck is die Stellung jedes Blockes 49 auf der Platte 41 einstellbar. Die Federn 43 und 56 beseitigen jedes Spie auf Grund des Entstehens von Toleranzen in de Bewegungsrichtung des Stößels 35, so daß dieser Stöße

^b3 eine sehr genaue Einrichtung ist, die eine hohl Wiederholbarkeit in bezug auf die Arretierung de: zugehörigen Kreisels in einer vorgegebenen Stellunj ermöglicht Das konisch verjüngte Ende 47 des Stößel

35 wirkt mil einer komplementären Ausnehi-.-.iiüg 02 :r< einer Scheibe 63 (F^; tr 1) zusammen, '¹Ie an einer Verlängerung des inneren Kardanrahmens 10 des entsprechenden Kreisels !'«festigt ist, wobei die Verjüngung vorgesehen ist, um oine Führung für den Stößel zu bilden und wobei der Grad der Verjüngung so gewählt ist, damit sich der gewünschte Winkelbereich ergibt über den die Arretierung durchgeführt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkelbereich 3°. Die Wirkungsiinie X (Fig. 9) des jeweiligen Stößels 35 verläuft unter rechtem Winkel durch die Achsen 4, 5 der inneren Kardanrahmen und parallel zu den Achsen 6,7 der äußeren Kardanrahmen der jeweiligen Kreisel, weil auf diese Weise keine Präzessionsdrehmomente auf den Kreisel beim Herausziehen der Stößel aus den Ausnehmungen ausgeübt werden, d. h. also beim Lösen der Arretierung der Kreisel. Außerdem dient der gleiche Stößel zur Arretierung sowohl des inneren als auch des äußeren Kardanrahmens 10, 10' des zugehörigen Kreisels. Weil die Achsen 6 und 7 der äußeren Kardanrahmen der Kreisel 1 und 2 zueinander senkrecht stehen, müssen die Wirkungslinien X der Stößel der beiden Arretierungsvorrichtungen 8 ebenfalls zueinander senkrecht stehen, woraus sich die unterschiedliche Ausrichtung der Vorrichtungen nach den F i g. 1 und 2 und die Verschiebung von 90° 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 Kardanrahmen sein müssen, ist der kombinierte Arretierungsmechanismus für die beiden Kreisel 1 und 2 äußerst kompakt.

Bei Verwendung in einer Rakete ist die Raumbezugscinheii eine Einheit, die nur einmal verwendet wird und wenn keine Forderung nach einer Testmöglichkeit bestände, würde es vergleichsweise einfach sein, die Kreisel 1 und 2 beim Zusammenbau genau zu arretieren und die Aufhebung der Arretierung zum gewünschten Zeitpunkt zu ermöglichen. Weil es jedoch erforderlich ist, die Einheit zu testen, besteht die Notwendigkeit einer Prüfung der Arretiervorrichtung, 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 durch die beschriebene Arretiervorrichtung 8 ermöglicht.

Unter der Annahme, daß beide Kreisel 1 und 2 nicht arretiert sind, befinden sich die Nockenfolger 32 in den in den Fig.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 so weit ausgeübt, daß sich ihre Kardanrahmen vorzugsweise bis in einen Bereich von ungefähr l^c von den arretierten Stellungen bewegen. Die Arretiervorrichtungen 8 werden dann durch Inbetriebsetzen des Schrittmotors 11 betätigt wobei das Zahnrad 13 an der Ausgangswelle 12 dieses Motors das Zahnrad 14 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, so daß sich die zugehörigen Stößel 35 bewegen, wie dies aus Fig.8 zu erkennen ist Diese Bewegung wird ' fortgesetzt, bis die Nockenfolger 32 die in den F i g. 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.

Die Bewegung jedes Stößels 35 zwischen den genannten Nockenfolger-Stelhingen 64 und 65 erfolgt durch das Element 39, das sich zusammen mit dem Hauptteil 37 bewegi. Dies ergibt sich daraus, daß die Feder 43 stärker als die Federn 56 ist, so daß die letzteren zusammengedrückt werden und diese Zusammendrückung sich fortsetzt, 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 Nockenfolger 32 in der Stellung 65 (Fig.4) befinden. Obwohl die Kreisel nun arretiert sind, treibt der Schrittmotor weiterhin die Nockenräder 19 und 24 an, worauf sich jedes Stößelteil 39 nunmehr gegenüber dem Hauptteii 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 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 (F i g. 4), d. h. auf dem Teil 28 der Nockenbahn mit festem Radius. In der beschriebenen Raumbezugseinheit beträgt die Zeit zur 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 Kardanrahmenachsen 4, 5, 6 und 7 als genaue Winkelbezüge mittelbar nach der Beseitigung der Arretierung benötigt werden, und die Arretierungsvorrichtung 8 hat sich in dieser Verbindung als sehr befriedigend erwiesen.

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 zu werden.

Wenn die Stufen 31 erreicht sind, springen die Stößel 35 in ihre füheren 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 einer 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 Schwingungen keine nachteilige Störung der Freiheit der Kardanrahmen durch die Stößel ergeben können.

Es hat sich herausgestellt daß bei Auftreten von Schwingungen bei Verwendung eines elektromagnetischen Schrittmotors für den Motor 11 eine Drehung der Räder 19 und 24 auftreten kann. Entsprechend ist es

vorzuziehen, einen permanentmagnetisehen Schrittmotor /u verwenden, der diese unerwünschte Bewegung der Räder 19 und 24 bei Schwingung verhindert.

Wenn eine Anzeige der Arretierung oder Nichtarreticrung der Kreisel 1 und 2 erwünscht ist, kann der Arretierungsmech:>nismus 8 in der in Fig. 12 gezeigten Weise modifiziert werden, um einen Endschalter 67 einzufügen. Der Schalter 67 umfaßt eine Scheibe 68, die in ein Ende eines Teils eines Blockes 49 eingesetzt ist, der einen Teil des Gehäuses 36 bildet. Die Scheibe 68 trägt zwei bogenförmige elektrische Kontakte 69, an die jeweils eine elektrische Leitung 71 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. 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 ist mit einer weiteren Schulter 77 ausgebildet.

Bei einer Bewegung des Stößels 35 in die Arretierungsstellung bewegt sich der Stab 76 nach unten, wie dies ;"us Fig ' 2 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 Schcibenelcmente 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 Präzoüsionsdrehmomenten bei hohen Drehgeschwindigkeiten um die eine oder die andere der inneren Kardanrahmenachscii 4,5 bei rotierendem Meßelenieiit 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 verjünten 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 ist. Bei dieser Anordnung steht der Stößel 35 mit der Scheibe 79 über einen größeren Weg als in F i g. 1 in Eingriff und insbesondere erstreckt sich die Eingriffslinie auf jeder Seite der Scheibe über die Laufachse Kdes zugehörigen Kreisels hinaus, die durch die Scheibe hinduiciiiauft, wodurch das oben beschriebene Problem der unbeabsichtigten Beseitigung der Arretierung vermieden wird. Auch in diesem Fall ergibi die Verjünung des Schlitzes 78 und der Scheibe 79 die erforderliche Einführung des Stößels und der Grad 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.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Arretiervorrichtung für Kreiselgeräte mit mindestens einem drei Freiheitsgrade aufweisenden Kreisel, der einen Rotor aufweist, der in einem s inneren, um eine erste Achse drehbaren Kardanrahmen und einem äußeren Kardanrahmen befestigt ist, der um eine Achse drehbar ist, die zur Achse des inneren Kardanrahmens orthogonal ist, wobei die Kardanrahmen mit Drehmomentgebern zur Drebung der Kradanrahmen in Arretierstellungen versehen sind und die Arretiervorrichtung einen Stößel aufweist, der lösbar mit einem Arretierelement an einer Verlängerung der Achse des inneren Kardanrahmens in Eingriff bringbar ist. um eine Arretierung beider Kardanrahmen durch den' gleichen Stößel zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung des Stößels in die Arretierstellung senkrecht durch die Achse (5) des inneren Kardanrahmens (10) und parallel zur Achse des äußeren Kardanrahmens (10') des Kreisels verläuft, daß der Stößel (35) und das Arretierelement (63) zusammenwirkende komplementäre konische Eingriffsoberflächen (47, 62) aufweisen, daß bei Eingriff des Stößels (35) mit dem Arretierelement (63) an der Achse (5) des inneren Kardanrahmens die inneren und äußeren Kardanrahmen (10,10') zum gleichen Zeitpunkt arretierbar bzw. bei Lösen des Stößels (35) entarretierbar sind, daß der Stößel (35) die Form eines in einem Gehäuse

(36) beweglichen Schiebers mit einem Hauptteil (37) aufweist, daß die Bewegung des Schiebers mit Hilfe eines Nockenfolgers (32, 33) erfolgt, der auf einem Element (39) angeordnet ist, das in dem Hauptteil

(37) beweglich ist und gegenüber diesem über ein Federelement (43) vorgespannt ist, und 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.

2. Arretiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Arretierelement in Eingriff bringbare Teil des Stößels (35) eine konische Form (47) aufweist und daß in dem Arretierelement (63) eine komplementär geformte Ausnehmung (62) vorgesehen ist.

3. Arretiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierelement eine so Scheibe (79) mit im wesentlichen keilförmiger Form ist und daß der Stößel (35) ein gabelförmiges Ende mit einem sich verjüngenden Schlitz (78) aufweist.

4. Arretiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber auf vorbelasteten Lagern (52) befestigt ist, um ein Spiel quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers zu beseitigen.

5. Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schiebers über einen Nocken (19,24) erfolgt und «> daß der Vorsprung (32) als Nockenfolger dient.

6. Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Nockenoberfläche des Nockens (19, 24) die Form einer Nockenbahn (25, 26) mit parallelen Seiten aufweist und daß h^r) die Breite der Nockenbahn innerhalb enger Toleranzen gegenüber dem Nockenfolger (32) gehalten ist, der mit der Nockenbahn (25,26) in Eingriff steht.

7. Arretiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (59,24) 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 and daß der übrige Teil der Nockenbahn (25, 26) einen konstanten Anstieg aufweist

8. Arretiervorrichtung nach Anspruch 7, 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

9. Arretiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) ein Schrittmotor ist

10. Arretiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (U) ein Permanentmagnetmotor ist

11. Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 mit zwei Kreiseln mit drei Freiheitsgraden, bei denen die Achsen der inneren Kardanrahmen jeweils miteinander ausgerichtet sind und bei denen die Achsen der äußeren Kardanrahmen orthogonal zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen Kreiseln (1, 2) zugeordneten Nocken (19,24) Rücken an Rücken angeordnet sind, daß die Nockenbahnen (25,26) der jeweiligen Nocken (19, 24) um 90⁰C gegeneinander verschoben sind und daß ein gemeinsamer Antrieb (11, 13, 14, 18) zur Drehung der Nocken (19, 24) vorgesehen ist.

12. Arretiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Antrieb eine von einem Motor (11) über ein Getriebe (13,14) angetriebene Getriebeschnecke (18) umfaßt die mit dem Nocken (19) eines der Kreisel (2) kämmt, wobei der Nocken (19) die Form eines Schneckenrades aufweist und antriebsmäßig mit dem Nocken (24) des anderen Kreisels (1) verbunden ist