DE2525530B2

DE2525530B2 - Kardanfedergelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2525530B2
Application number: DE2525530A
Authority: DE
Inventors: Stanley F. Encino Calif. Wyse (V.St.A.)
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1979-02-22
Also published as: JPS5124474A; NO752335L; DE2525530C3; NO142191C; FR2277328A1; US3943778A; DK291275A; CH591028A5; NL7507096A; JPS6039963B2; FR2277328B1; IT1040744B; SE7505261L; CA1017159A; AU7916275A; NO142191B; IL47076A; SE417238B; NL164370B; DE2525530A1

Description

entsprechenden Biegeachsen von Mehrfachkardanringen gebildet wird, gleichgültig, ob der Winkel 0°, 90° oder einen anderen Wert hai- Zusätzlich ist es auch schwierig, das gewünschte Resultat zu erzielen, daß jede der Biegeachsen der Kardanelemente exakt alle anderen in einem gemeinsamen Mittelpunkt schneidet. Ferner ist es schwierig, den Schwerpunkt einer Biegeaufhängung genau in der geometrischen Mitte der Aufhängung sowohl in radialer als in axialer Richtung zu erreichen. Abweichungen von dieser hohen Präzision dieser Ausrichtungen vermindern die Leistungskennwerte und die Betriebseigenschaften, so daß die Genauigkeit des Instrumentes vermindert wird.

Zusätzlich erfordert die notwendig werdende exakte Ausrichtung für eine Aufhängung, die aus getrennten Teilen hergestellt ist, extrem komplizierte Herstell- und Montageeinrichtungen und Spezialisten, die die erforderlich werdenden Ausrichtungsvorgänge durchführen.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, die bekannten Kardanfedergelenke für die Aufhängung von Schwingrotorkreiseln weiterzuentwickeln und sie auf besonders einfache Weise mit sehr hoher Genauigkeit a'.s einem einzigen Rohling herzustellen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Kardanfedergelenk aus einem Rohling hergestellt ist, in den durch jeweils zwei parallel verlaufende radiale Bohrungen die jeweils radial hintereinander liegenden Federelemente als Biegestege gebildet und durch axiale und radiale Schlitze und Aussparungen das angetriebene, das antreibende Element sowie die Kardanringe herausgearbeitet sind, so daß die Biegestege den gleichen Winkel zur Rotationsachse des antreibenden Elementes einnehmen.

Ferner wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kardanfedergelenkes, bei dem für jedes zu bildende Federgelenk zwei benachbarte parallele Löcher in einen Rohling gebohrt werden, die durch einen ein Federgelenk bildenden Biegesteg voneinander getrennt sind, dessen Biegeachse parallel zu den zwei L ichern an der Stelle minimaler Dicke des Federgelenkes verläuft, und bei dem Schlitze und Aussparungen ausgebildet werden, die die Löcher so miteinander verbinden, daß die Schlitz-Loch-Verbindung die Kardanringe voneinander trennt, wobei die Schlitze in bekannter Weise unter Anwendung der Funkenerosionstechnik ausgebildet w -rden. vorgeschlagen, daß ein zylindrischer Rohling aus Metall in der Weise bearbeitet wird, daß durch axiale Schnitte das angetriebene, das antreibende Element sowie die Kardanringe als getrennt Körper so herausgearbeitet werden, daß die jeweils radial hintereinander liegenden Federelemente als Biegestege im gleichen Winkel zur Rotationsachse des antreibenden Elementes geformt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Antreibendes Element, angetriebenes Element, Kardanringe und Zwischenverbindungs-Biegefedergelenke sind somit Teil eines integralen Materialblockes, aus welchem sie herausgearbeitet sind. Dieses Herausarbeiten erfolgt in bekannter Weise unter Anwendung der Funkenerosionstechnik, und die Biegefedergelenke verbinden jeden von mindestens zwei Kardanringen mit einem angetriebenen Element und mit einem antreibenden Element. Die Erfindung stellt somit eine Weiterentwicklung dessen dar, was in US 36 78 764 beschrieben und dargestellt ist. Ans'ellc der Torsionsstäbe sind Biegegelenke vorgesehen, wobei jeder Kardanring zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Element über wenigstens zwei Biegefedergelenke verbunden ist, von denen jedes eine Biegeachse und eine Längsachse definiert. Jede Längsachse eines Biege's federgelenkes verläuft im rechten Winkel zur Biegeachse des Biegefedergelenks und bildet auch einen Winkel gleicher Größe mit den Rotationsachsen der antreibenden und angetriebenen Elemente, wenn diese Elemente die Nullstellung einnehmen, das heißt, wenn ihre hi Spinachstn zusammenfalten.

Das erfindungsgemäße Kardanfedergelenk weist den

Vorteil auf, daß bei der Herstellung aus einem Rohling die Schwierigkeiten der justierung der Kardanteile entfallen und die Genauigkeit der Ausrichtung erhöht

ι ϊ wird.

Wenn somit alle Teile aus einem einzigen Metaliblock herausgearbeitet werden können, und zwar in einer Weise, die vergleichbar ist mit der Arbeit eines Bildhauers, so daß nur die Verbindung in Form von JIi Biegefedergelenken verbleiben, mach', ein derartiges neues Verfahren alle anschließender. Montageschritte überflüssig.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispioien r> erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Kardanfedergelenkes gemäß der Erfindung, das ein Paar von Kardanringen mit einem antreibenden Element und mit einem angetriebenen in Element verbindet,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Ausfü'nrungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung des Kardaniedergelenkes nach den F i g. I und 2,
ι', Fig.4 eine perspektivische Teilansicht eines Details der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und 3, wobei nebeneinander liegende einteilige Anschläge an einer Überkreuzung der beiden Kardanringe vorgesehen sind.

m F i g. 5 eine Querschnittsansicht eines Krciselgerätes mit d«r Ausführungsform nach den Fig. 1-4,

Fig.Ib eine perspektivische Ansicht der Grundelemente eines idealen Kreiselgerätes nach der Theorie bekannter Kreiselgeräte.

r> Fig. 7. 8, 9 und 10 schematische Dars'ellungen, die zur Beschreibung der bevorzugten Betriebsweise eines Kreisels mit dem Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung arbeiten,

F i g. 11 und 12 Aufsichten auf eine zweite Ausfiih-Vi rungsform der Erfindung mit drei Kardanringen, mit unterschiedlichen Blickrichtungen,

F i g. 11A - 11 E Teilschnittansichtcn längs der Linien I la— 11 /"in Fi g. II.

/ig. 13 eine .Schnittansicht eines Mehrfachgebers aus ν, zwei Kreiselgeräten, wobei der Massenmittelpunkt eines der Kreiselgerute verschoben ist. und wtbci beide Kreiselgeräte das Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung aufweisen,

Fig. 14 eine Aufsicht auf eine teilweise vervollstän-Wi digte weitere Ausführungsform der Erfindung, zum Teil im Schnitt,

Fig. 15 eine Seitcnanischt der Ausführiingsfarin nach Fig. 14.

Fig. 16 eine Aufsicht auf eine Seite der vervollstän-ι-.Ί digten Ausführungsfo-m des Karclanfedergelcnkes nach den Fig. 14 und 1 5,

Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie 17-17 in F ig. 16, Fig. 18 eine Aufsicht auf die andere Seite der

vervollständigten Ausführungsform des Kardanfedergelenkes nach den Γ i g. 14 und 15.

F" i g. 19 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach I ι g. 16 längs der Linie 19-19 in F^: i g. 18 und

F-" ι g. 20 eine Seitenansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform der FMindung.

In Fig.! ist eine perspektivische Ansicht einer Ausfuhriingsform eines Kardanfedcrgelcnkes nach der Erfindung dargestellt, bei der nur die Grundelemente eines Kreiselgcrätes gezeigt sind. Das Kardanfedergelenk 10 weist zwei Kardanringe 18 und 20 auf; der Schwerpunkt eines jeden dieser Kardanringe liegt im Mittelpunkt der Aufhangung der Kardanringe. Das Kardanfedergelenk 10 weist ein antreibendes Element 12 auf einer Welle 104 mit einer Antriebsdrehachse 13. sowie ein angetriebenes Rotorelement 14. das eine Achse 15 der Rotordrehung definiert, auf. Die beiden Kardanringe 18 und 20. die eine Mittenaufhängung 19 Uhu eiiic viel/dm von ourgcicucigcicnKCTi uCSii/Cn, stellen zwei mechanisch parallel geschaltete kardanische Systeme dar. wie sie beispielsweise in US 36 78 764 erläutert sind. Das Rotorelement 14 kann eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen und wird in der Praxis innerhalb eines Trägheitsrades 106 aufgenommen. Das antreibende Element 12, das Rotorelement 14 und die Kardanringe 18 und 20 besitzen Endflächen, die parallel zueinander ausgebildet sind. Die Seitenflächen auf jeder Seite des antreibenden Elementes 12. des Roiorelementes 14. des Kardanringes 18 und des Kardanringes 20 sind im wesentlichen parallel und liegen alle in der Querebene 21, während die entgegengesetzten Seitenflächen eines jeden dieser Elemente etwa parallel in der Querebene 23 liegen. wenn das Kardanfedergelenk 10 seine Nullstellung einnimmt, d. h. nicht in Betrieb ist oder nicht beaufschlag! wird. Wenn das Rotorelement 14 seine Nullstellung nach Fig I einnimmt, verläuft die Rotorachse 15 parallel zur Antriebsachse 13 bzw. fällt mit ihr zusammen Das Antnebselement 12 besitzt eine Bohrung 22 zur Aufnahme der Antriebswelle 104. Die Ausführungsform nach F i g. 1 wird nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei die Herstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach den Fig. ■ 4 — i 9 erläutert wird. Nach diesem Verfahren werden Schlitze und Aussparungen in einem Materialrohling ausgebildet, z. B. geschnitten, damit aus einem einzigen Materialblock die Elemente 12, 14, 18 und 20 geformt άerden können, die durch eine Vielzahl von Biegefedergelenken verbunden sind, welche durch Bohren von Lochern erstellt werden.

In den Fig. I. 2 und 3 sind eine Vielzahl von Biegef^aergelenken einschließlich des Biegefedergelenkes 24 dargestellt, das eine Biegeachse 25 definiert und beim Biegen um diese Biegeachse 25 nachgiebig ist, jedoch steif um Achsen rechtwinklig zu der Biegeachse 25 ausgebildet ist. Die Ausdrücke »nachgiebig« und »Nachgiebigkeit« sind in vorliegender Beschreibung so zu versteher., daß sie den reziproken Wert der Steifheit eines Biegefedergelenkes angeben. Kardanringe 18 und 20 isolieren das Rotorelement 14 im wesentlichen gegenüber Winkeibewegungen des antreibenden Elementes 12 um empfindliche Achsen, die senkrecht zur Achse 13 verlaufen. Die weiter unten beschriebenen Biegeachsen sind solche empfindlichen senkrechten Achsen. Die Biegefedergeienke und ihre charakteristi schen Eigenschaften sind in einem Aufsatz »How to Design Flexure Hinges« von J. M. Paros und L W e i b ο r d. erschienen in Machine Design, 25. Novemher 1965. Seiten 151 - I 56, beschrieben.

Die Ausführungsform mit zwei Kardanringen nach Fig. I weist insgesamt acht derartige Bicgcfedergelen kc zur Aufhängung des Rotors, der das angetriebene Element 14 ist. an dem antreibenden Element 12 übet einen Kardanring 18 und einen Kardanring 20 auf. Jeder Kardanring ist mit dem antreibenden Element 12 übet ein Paar von Biegefedergelenken. die parallele Biege achsen, bzw. eine gemeinsame Biegeachse, da die beiden Achsen zusammenfallen, aufweisen, und mit einem Rotorelemcnt über ein weiteres Paar von Bicgefedcrgc lenken, die zusammenfallende oder parallele Biegeachsen bilden, verbunden. Bei den meisten hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielcn verlaufen die Längsachsen der Biegefedergeienke etwa parallel zueinander und zu den zusammenfallenden Rotations achsen des antreibenden und des angetriebener Elementes, wenn das Kardanfedcrgelenk die Nullstel

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Verbindung mit der Beschreibung der F-" i g. 2 definiert.

Die Geometrie des Biegefedergelenkes 24 ist irr einzelnen in F i g. 2 gezeigt. Die anderen Elemente nach den F i g. I und 3 werden weiter unten erörtert.

F i g. 2 ist eine Seitenansicht eines herausgeschnitle nen Teiles des Kardanfedergelenkes 10, und zeigt da> Biegefedergelenk 24 in einer Seitenansicht. Obgleich F i g. 2 die beiden gebohrten Löcher 30 und 36, die da-Biegefed "gelenk 24 und alle zugeordneten Achser bilden, zeigt, ist das Biegefedergelenk 24 selbst in diesel Seitenansicht nicht sichtbar, da sich das Gelenk 24 hinter dem angetriebenen Rotoreiemcnt 14 befindet Das Biegefedergelenk 24 weist eir.e Biegeachse 25 auf die in radialer Richtung von der Rotorrotationsachse 15 ausgeht und zusammen mit ihr eine Biegeebene definiert, die in vertikaler Richtung in der Darstellung nach Fig. 2 orientiert ist. Das Biegefedergelenk 24 isl um die Biegeachse 25 nachgiebig, d. h. sie lenkt um diese Achse aus. Das Biegefedergelenk 24 weist ferner eine Querachse auf. die die Querachse 26 ist sowie eine Längsachse 27. weiche beide senkrecht zur Biegeachse 25 verlaufen, in der Nullstellung des Kardanfedergelenkes 10 verläuft, wie in F i g. 2 dargestellt, die Achse 27 parallel zur Antriebsachse 13 und zur Rotorachse 15 Die Nullposition ist als die Gleichgewichlsposition definiert, die bei Fehlen einer Winkelverschiebung zwischen den Achsen 13 und 15 vorhanden ist.

Die Achsen 13 und 15 sind somit nur in det Nullstellung parallel bzw. fallen in der Nullstellung zusammen. Beim Kreiselbetrieb ist die Nullstellung ir Abhängigkeit von der Beendigung von Winkelgeschwindigkeitseingängen um empfindliche Achsen gegeben. Die verschiedenen Ausführungsformen sind ir der Zeichnung in Nullstellung dargestellt.

Die Querachse des Biegefedergelenkes verlauf senkrecht zur Biegeachse und liegt in einer Ebene, die durch die Biegeachse und durch eine der unendlicr vielen kürzesten Linien von einem Punkt auf einei Oberfläche zu einem Punkt auf der anderen Oberflächf des Biegefedergelenkes definiert ist Mit anderer Worten heißt dies, daß eine solche Linie sich von einen Punkt auf einer Oberfläche des Biegefedergelenkes 2< zu einem Punkt auf der anderen Oberfläche de; Biegefedergelenkes erstreckt, wenn das Biegefederge lenk eine minimale Dicke aufweist. Die Längsachse 2Ί des Biegefedergelenkes 24 verläuft senkrecht zui Biegeachse 25 und zur Querachse 26. Der Ausdrucl »Längsachse« eines Biegefedergelenkes, wie er zu Beschreibung der Ausführungsformen nach dei

Fig. 1 - 19 verwendet wird, bedeutet dabei cine Achse, die auch der folgenden Bedingung genügt: Die Längsachse liegt in der Biegeebene, die die Ebene ist. die durch die Biegea^hse des Biegefedergelenkes und die zusammenfallenden Rotationsachsen des antreibenden und des angetriebenen Elementes definiert ist. Beispielsweise ist in den I i g. 2 und 3 die Längsachse 27 nur eine der ur>>ndlich vielen Linien, die in einer F.bene liegen, welche lAirch die zusammenfallenden Rotationsachsen 13 und 15 und die Biegeachse 25 definiert sind, und zusätzlich verläuft die Längsachse 27 par.llcl zu den Achsen 13 und 15. die die Ruhestellung einnehmen und damit zusammenfallen bzw. parallel sind.

Ein Sehnenschnitt 28 ist eine ebene Oberfläche, die durch eine flache Aussparung an der Oberfläche des Rotorelementes 14 ausgebildet ist, um die Ausbildung von öffnungen in der zylindrischen Oberfläche des Rotorelementes 14 zu erleichtern. Ein Biegefedergelenk 24 wird Hllrrh Paprp unn naraliplpn i*Vfnnnapn r>ä^nr Kardanring, das Spiegelbild des anderen, und sie sind um 90 um die Achsen 1 3 und 15 gedreht zueinander orientiert. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Seitenfläche des Kardanringes 18, die normalerweise in der Querebene 21 liegt, identisch mit der Seitenfläche des Kardanringes 20, die normalerweise in der Querebene 23 liegt, jedoch um 90" gegenüber derselben gedreht ist. Die Querebenen 21 und 23 sind in den Fi g. 1 und 2 gezeigt.

Nachstehend werden die acht Biegcfedcrgelenke betrachtet, die Schwenkverbindungen /.wischen dem Rotorelement 14 und den Kardanringen 18 und 20 sowie zwischen den Kardanringen 18 und 20 und dem antreibenden Element 12 darstellen. |edcs dieser acht Biegcfedergelenkc weist einen abgesetzten Teil zwischen einem Paar paralleler Öffnungen auf, wie dies weiter oben in Verbindung mil F i g. 2 erörtert worden ist. Aus F i g. 3 ergibt sich, daß das Biegefedergelenk 24 sirh in rurlinlpr RirhiniiCT nprh innpn hinipr rlpm

Bohrungen 30,36 gebildet, die Mittenlinien oder Achsen 31, 37 aufweisen, welche parallel zur Biegeachse 25 verlaufen und welche in gleicher Weise mit gleichen Abständen 41, 35 von der Längsachse 27 versetzt sind, wie die Fig. 2 zeigt. Die Öffnung 30 ist eine derartige Bohrung mit der Mittenlinie 31 und einem Radius 33. Die Mittenlinie 31 ist gegenüber der Längsachse 27 um den Abstand 35 versetzt. In ähnlicher Weise ist die Öffnung 36 die Bohrung mit der Mittenlinie 37 und einem Radius 39. Die Mittenlinie 37 ist von der Längsachse 27 um den Abstand 41 versetzt. Der Abstai Λ 41 ist in der Größe gleich dem Abstand 35, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Somit ist die Seitenansicht des Biegefedergelenkes 24 ein abgesetzter Teil 42 mit einer minimalen Dicke 43. Der abgesetzte Teil 42 weist einen Querschnitt auf, der symmetrisch um die Biegeebene verläuft, wenn die Biegeebene zusammenfallende Achsen 13, 15 und die Längsachse 27 besitzt, und ist ferner symmetrisch in bezug auf eine Querebene durch die Querachse 26. Das Biegefedergelenk 24 verläuft in radialer Richtung nach innen um einen Abstand, der als Funktion der gewünschten Steifheit und der Geometrie der Konstruktion ausgewählt ist. Die dreidimensionalen Gesichtspunkte des Biegefedergelenkes 24. der anderen Biegefedergelenke und anderer Merkmale des Kardanfedergelenkes 10 ergeben sich besser aus Fig. 3, die eine auseinandergezogene Darstellung des Kardanfedergelenkes 10 ist.

Zu Darstellungszwecken zeigt die auseinandergezogene Darstellung der F i g. 3 Kardanringe 18 und 20, die axial in entgegengesetzten Richtungen von dem Mittelpunkt 19 der Aufhängung des antreibenden Elementes 12 und des Rotorelementes 14 versetzt sind. Die Kardanringe 18 und 20 sind jeweils über zwei Biegefedergelenke mit dem antreibenden Element 12 und über zwei Biegefedergelenke mit dem Rotorelement 14 befestigt. In F i g. 3 ist jede der Befestigungen zwischen den Kardanringen, dem antreibenden Element und dem Rotorelement an der schmälsten Stelle der Biegefedergelenke unterbrochen dargestellt. Hierzu ist zu bemerken, daß die Zeichnung nach F i g. 3 hauptsächlich zum Verständnis des Aufbaues der dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient In Wirklichkeit sind die Kardanringe 18 und 20 räumlich durchsetzt und mit den anderen Elementen so verbunden, daß sie nicht wie in F i g. 3 gezeigt getrennt werden können, selbst wenn die Biegefedergelenke unterbrochen wären, wie dargestellt Die Kardanringe 18 und 20 weisen vorzugsweise ähnliche Gestalt und Größe auf, es ist ein

.Sehnenschlitz 28 erstreckt und das Rotorelement 14 mit dem Kardanring 20 verbindet. Das entgegengesetzt angeordnete Biegefedergclenk 44 weist eine Biegeachse 45 auf, die parallel zur Biegeachse 25 ist, d. h. mit ihr zusammenfällt, und senkrecht zu den Achsen 13 und 15 verläuft. Das Biegefedergelenk 44 weist eine Längsachse 47 auf. die parallel zu den Achsen 13 und 15 verläuft. Die Biegefedergelenke 24 und 44 haben die gleichen Nachgiebigkeitseigenschaften und stellen eine Verbindung dar, die .so beschrieben werden kann, daß sie eine äußere kardanische Achse definiert, da sie eine rotorbezogene Gelenkverbindung für die Schwenkbewegung des Kardanringes 20 um die parallelen, d. h. zusammenfallenden Achsen 25 und 45 bilden. Zu Darstellungszwecken sind die Achsen 25, 27, 45 und 47 in F i g. 3 sowohl für den Teil des Biegefedergelenkes 24, der ein Teil des Rotorelementes 14 ist, als auch für den anderen Teil des Biegefedergelenkes 24, der ein einstückiger Teil des Kardanringes 20 ist, gezeigt. Obgleich jedes der acht Biegefedergelenke eine Querachse besitzt, ist nur die Querachse 26 des Biegefedergelenkes 24 in F i g. 3 dargestellt.

Der Kardanring 20 ist mit dem antreibenden Element 12 über ein zweites Paar von Biegefedergelenken 48 und 52 verbunden, die parallele Biegeachsen und parallele Längsachsen aufweisen. Die Biegeachsen des Paares von Gelenken, die den Kardanring 20 mit dem antreibenden Element 12 verbinden, sind im Winkel, zweckmäßigerweise um 90 Winkelgrade, um die Antriebsachsen 13 und 15 gegenüber den parallelen Achsen 25 und 45 versetzt. Insbesondere weist das Biegefedergelenk 48 eine Biegeachse 49 und eine Längsachse 51 auf. Das Biegefedergelenk 52 besitzt eine Biegeachse 53, die parallel mit der Biegeachse 49 verläuft, und weist eine Längsachse 55 auf, die parallel zu den Längsachsen 51, 27 und 47 und mit den zusammenfallenden Rotations- oder Drehachsen 13 und 15 verläuft. Die Achsen 49 und 53 fallen miteinander zusammen und verlaufen im rechten Winkel zu den Achsen 25 und 45. Die Biegefedergelenke 48 und 52 haben die gleichen Nachgiebigkeitseigenschaften und stellen eine Verbindung dar, die so beschrieben werden kann, daß sie eine innere kardanische Achse definiert, da sie eine wellenbezogene nachgiebige Gelenkverbindung für die Schwenkbewegung des Kardanringes 20 um die parallelen, d. h. zusammenfallenden Achsen 49 und 53 sind.

Der Schwerpunkt des Kardanringes 20 liegt an der gemeinsamen Schnittstelle 19 der Biegeachsen 25,45,49

und 53. Bei dieser Ausfiihriingsform wird der Schnitt der Biegeachsen des Kardanringes 20 im Schwerpunkt 19 des Kardanringes 20 durch eine symmetrische Form erzielt, deren Masse in gleicher Weise auf jeder Seite einer Ebene unterteilt ist, welche durch die Biegeachsen 25 und 45,49 und 53 definiert ist.

Der Kardanring 18 ist in ähnlicher Weise mit dem Rotorelement 14 über ein Paar von Biegefedergelenken

56 und 60 und mit dem antreibenden Element 12 über ein zweites Paar von Biegefedergelenken 64 und 68 verbunden. Das Biegefedergelenk 56, das eine Biegeachse 57 und eine Längsachse 59 festlegt, ist eines der beiden Gelenke, die den Kardanring 18 mit dem Rotorelement 14 verbinden. Das Biegefedergelenk 60, das eine Biegeachse 61 und eine Längsachse 63 festlegt, ist das andere Biegefedergelenk, das den Kardanring 18 mit dem Rohrelement 14 verbindet. Die Biegeachsen 57 und 61 fallen miteinander zusammen. Die BiegefedergeicmiCc j%j üi'iu GO üiiucii eine ι OiOi uc/.OgcMc vjcici'iK'vci'- bindung für die Schwenkbewegung des Kardanringes 18 um die zusammenfallenden Achsen 47 und 61 und stellen die äußere kardanische Achse dar.

Das Biegefedergelenk 64, das eine Biegeachse 65 und eine Längsachse 67 definiert, und das Biegefedergelenk 68, das eine Biegeachse 69 und eine Längsachse 71 definiert, sind die Biegefedergelenke, die den Kardanring 18 mit dem antreibenden Element 12 verbinden. Die Biegeachsen 65 und 69 fallen miteinander zusammen und sind im Winkel um 90 Winkelgrad um die Achsen 13 und 15 gegenüber den zusammenfallenden Biegeachsen

57 und 61 versetzt. Die Längsachsen 59, 63, 67 und 71 verlaufen parallel zueinander, sie verlaufen parallel zu den Längsachsen der Biegefedergelenke des Kardanringes 20 und ferner parallel zu den Achsen 13 und 15.

Die Biegeachsen 25 und 45 verlaufen parallel zu den Biegeachsen 65 und 69, d. h. sie fallen mit ihnen zusammen. In ähnlicher Weise fallen die Biegeachsen 57 und 61 mit den Biegeachsen 49 und 53 zusammen.

Der Schwerpunkt des Kardanringes 18 liegt ferner an der gemeinsamen Schnittstelle 19 der Biegeachsen 57, 61, 65 und 69. Der Kardanring 18 ist so ausgebildet, daß er ein Spiegelbild des Kar Janringes 20 darstellt, und hat deshalb im wesentlichen die gleiche Massenverteilung wie Kardanring 20.

Zusätzlich schneiden die Biegeachsen 25, 45, 49, 53, 57, 61, 65 und 69 die Drehantriebsachse 13 und die Drehrotorachse 15 an einem gemeinsamen Punkt 19, so daß ein System von drei aufeinander senkrecht stehenden kardanischen Koordinatenachsen erhalten wird.

Die zusammenfallenden Biegeachsen einer jeden Biegegelenkverbindung eines jeden Kardanringes verlaufen im rechten Winkel zu den entsprechenden Achsen der Gelenkverbindung des anderen Kardanringes. So verlaufen die zusammenfallenden Achsen 25 und 45 des kardanischen Elementes 20 im rechten Winkel zu den zusammenfallenden Achsen 57 und 61 des Kardanringes 18 und die Achsen 49 und 53 des Kardanringes 20 im rechten Winkel zu den Achsen 65 und 69 des Kardanringes 18. Auf diese Weise ergibt sich, daß die innere kardanische Achse eines kardanischen Systems rechtwinklig zu der inneren kardanischen Achse des anderen Systems verläuft; das gleiche trifft für die äußeren kardanischen Achsen zu, und diese Bedingung ist in US 36 78 764 erläutert Die Erfindung sieht hingegen Biegefedergelenke anstelle »-on Torsionsstäben vor. Darüber hinaus sieht die Erfindung vor, daß die Biegeebenen alle einen Winkel gleicher Größe mit den Spinachs«;n 13, 15 bilden. Bei der Orientierung nach der Darstellung nach F i g. J verlaufen alle diese Biegeebenen in vertikaler Richtung, da die Biegeebene des Gelenkes 24 in F i g. 2 beispielsweise durch die vertikale Linie dargestellt wird, die ferner die Achsen 27,13undl5darstellt.

Des weiteren sind in F i g. 3 acht mit Gewinde versehene öffnungen 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 und 86 gezeigt. Vier dieser Öffnungen sind im Kardanring 18 und die anderen vier im Kardanring 20 vorgesehen. |ede dieser Öffnungen nimmt ein zugeordnetes Gegengewicht von acht einstellbaren Gegengewichten 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85 und 87 auf. Der Zweck dieser Gegengewichte wird weiter unten erläutert.

In Fig. 3 sind je zwei nebeneinander liegende Anschläge 88,90,92,98 dargestellt, die einteilig mit der Kardanringen 18 und 20 ausgebildet sind. Es sind insgesamt vier Paare von nebeneinander angeordneten

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Winkelverschiebung des Rotorelementes 14 relativ zum Antriebselement 12 begrenzen. In der perspektivischen Darstellung nach Fi g. 3 sind nicht alle diese einteiligen Anschläge sichtbar. Diese einteiligen Anschläge begrenzen die Auslenkung um die Biegeachsen des Kardanfedergelenkes. Der Hauptzweck dieser Anschläge ist, eine Beschädigung des Kardanfedergelenkes bei der Herstellung zu verhindern. An jeder Überkreuzung von Kardanringen 18 und 20 ist ein Paar von nebeneinander angeordneten einteiligen Anschlägen vorgesehen, und zwar einer auf einem Kardanring und einer auf dem anderen Kardanring, wie im einzelnen in F i g. 4 gezeigt. Wird der Rotor um einen vorbestimmten Winkel ausgelenkt, liegen die Anschläge aneinander an, wodurch eine zu große Auslenkung um eine Biegeachse verhindert wird. Zwischen jedem Paar von nebeneinander angeordneten bzw. aneinandergrenzenden einteiligen Anschlägen ist ein Spalt vorgesehen, der ausreichend groß ist, damit eine Auslenkung in der Größenordnung von 20-30 Milliwinkelgraden um eine entsprechende Biegeachse des Gelenkes möglich ist. Die Anschläge werden nicht benötigt, um i>^;e Auslenkung des Rotorelementes 14 zu begrenzen, wenn es eine Spinbewegung ausführt, weil bei der herkömmlichen Betriebsweise eines Kreiselgerätes die Spinachse des Rotorelementes in Ausrichtung mit der Spinachse des Antriebselementes über ein (nicht dargestellte) Servosteuersystem gehalten wird. Die einteiligen Anschläge haben jeweils die Form eines Zahnes, der den gegenüberliegenden Zahn berührt, wenn ein zu großer Winkel als Rotorauslenkwinkel erreicht ist. Bei einem Kreiselgerät mit einem Kardanfedergelenk mit derartigen einteiligen Anschlägen kann eine andere bekannte Vorrichtung verwendet werden, um die Auslenkung um die Biegeachsen zu begrenzen, bevor die einteiligen Anschläge aneinander anliegen. Beispielsweise kann eine übliche Anschlagplatte verwendet werden, um zu verhindern, daß die einteiligen Anschläge aneinanderreihen, und um eine übermäßige Auslenkung des Rotorelementes während des Betriebes des Kreiselgerätes zu verhindern. Die Herstellung der einteiligen Anschläge wird weiter unten erläutert

In F i g. 5 ist eine Querschnittsansicht eines lagerfreien Kreiselgerätes mit Biegeaufhängung ähnlich dem in der US 36 78 764 gezeigten dargestellt, mit der Ausnahme, daß das Kardanfedergelenk 10 anstelle des Aufhängesystems des bekannten Kreiselgerätes gesetzt wurde. Das Kreiselgerät nach Fig.5 besitzt eine Antriebswelle 104, ein Kardanfedergelenk 10 und ein

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Schwungrad 106. Das Kardanfeciergelcnk 10 verbindet die Antriebswelle 104 mit dem Schwungrad 106. Das Schwungrad 106 kann mit dem Rohrelement 14 fest verbunden, z. B. verklebt sein.

Das Arbeitsprinzip des Kreiselgcrätes basiert auf einer Winkelentkopplung eines eine Spinbewegung ausführenden Kreiselrotors, z. B. des Schwungrades 106, von einer Antriebswelle 104. Um das Verständnis hierfür zu erleichtern, sei darauf hingewiesen, daß die Verbindung zwischen dem Schwungrad und der Welle ein reibungsfreies Kardanfedergelenk ist. Bei einem solchen Kardanfedergelenk ist eine minimale Behinderung der Winkelbewegung zwischen Schwungrad und Welle vorhanden. Zusätzlich ergibt ein solches Kardanfedergelenk einen hohen Widerstand des Rotors gegen Translationsbewegungen in bezug auf die Welle parallel und senkrecht zur Spinachse.

Wann das Trägheitsmoment eines jeden der Kardan-

nfigc in Abhängigkeit VOn c'mcT AuSuiniVigiciCriui'ig eingestellt wird, kann der eine Spinbewegung ausführende Rotor sich frei um kleine Winkel auslenken, ohne daß Reaktionsdrehmomente auftreten. Somit wird ein im wesentlichen reibungsfreies Kardanfedergelenk erzielt. Dies ist im einzelnen weiter unten und in US 36 78 764 erläutert. Das Merkmal des strömungsmittelfreien, abgestimmten Rotors vermeidet alle Nachteile, die in Verbindung mit Anschlußlitzenzuführungen, der Massenstabilität, der Strahlungsempfindlichkeit, der Strömungsmittelschichtbildung, Kardandrehlagern u dgl. auftreten, wie sie allen strömungsmittelgefüllten Kreiselgeräten gemeinsam sind.

Aus Fig. I ergibt sich, daß das Schwungrad 106 mit dem Rotorelement 14 befestigt ist, das seinerseits über die Biegefedergelenke mit den beiden Kardanringen 18 und 20 befestigt ist. Die Kardanringe 18 und 20 sind mit dem antreibenden Element mittels Biegefedergelenken befestigt. Das empfindliche Element weist das Schwungrad 106 und das Kardanfedergelenk 10 auf. F i g. 5 zeigt, daß die Welle 104 von einem Gehäuse 108 mit einem Paar vorbelasteter Kugellager 110 abgestützt ist. Die Kugellager bei diesem Gerät sind nicht Teil des empfindlichen Elementes und haben deshalb kernen Einfluß auf das Massenungleichgewicht des Schwungrades 106.

Kapazitätsabgriffe, die eine Vielzahl von Platten 112 enthalten, welche in Verbindung mit dem Flansch 113 des Schwungrades 106 vier Kondensatorpaare bilden, sind zum Abfühlen der Winkelbewegung des Kreiselgehäuses relativ zum Rotorelement vorgesehen. Die abgegriffenen Signale können dann durch Drehmomentgeber in einer Servoschleife (nicht dargestellt) aufgehoben werden, wodurch zwei Achsen der Trägheitsstabilisierung oder Winkelgeschwindigkeitsmessungen erhalten werden. Die vier Kapazitätsabgriffe sind im gleichen Winkel um den Flansch 113 versetzt, und es ist in F i g. 5 nur ein Abgriff sichtbar.

Eine Anordnung zum Aufgeben eines Wirbelstromdrehmomentes auf das Schwungrad 106 ist in Fig.5 gezeigt Ein zweiter stromleitender Flansch 114 ist um das Schwungrad 106 herum und auf der anderen Seite dieses Schwungrades angeordnet. Der Flansch 114 paßt in die Spalte von vier in Umfangsrichtung symmetrisch versetzt angeordneten Elektromagneten, von denen einer, nämlich der Magnet 115, in Fig.5 sichtbar ist Jeder dieser Elektromagneten besitzt eine elektrische Spule, die so geschaltet ist, daß sie beispielsweise durch einen Computer oder eine Servoeinrichtung (nicht dargestellt) in gesteuerter Weise erregt wird. Von diesen Spulen der Elcktromagnete sind die beiden Spulen 116a und 1166 in F i g. 5 sichtbar. Die Elektromagnete werden auf einem mit dem Gehäuse 108 befestigten Tragarm aufgenommen. Wenn es erwünscht ist, dem .Schwungradflansch 114 ei"¹ Drehmoment um eine durch den Magneten 115 und den diametral gegenüberliegend angeordneten Magneten gehende Achse aufzugeben, werden diese beiden Magnete erregt. Die Wirbelströme, die im Flansch 114 induziert werden, wirken mit dem Flußfeld zur Erzeugung dieses Drehmomentes zusammen. Wenn es erwünscht ist, dem Flansch 114 ein Drehmoment um eine Achse aufzugeben, die durch die beiden anderen Magnete geht, werden die diese anderen Magnete erregt.

Eine Isolierung gegen äußere Magnetfelder wird durch das Gehäuse 108 erzielt, das aus Stahl hoher Permeabilität besteht.

L/ci' jpiiiiViOiur lidnil cii'l Ufi'cipl'läScn-i iySicfcSc- jyl'i-

chronmotor sein, der die Welle 104, das Kardanfedergelenk 10 und das Schwungrad 106 mit einer gewünschten Geschwindigkeit, die die Spinfrequenz N genannt wird, antreibt. Der Spinmotor weist Statorwindungen 117, einen Hysteresering 118 und einen Steg 119 auf.

Die Schlitze und Aussparungen zwischen den beiden Kardanringen, das Antriebselement im Mittelpunkt und das ringförmige angetriebene Element, wie sie in F i g. I enthalten sind und in Fig.3 ersichtlich wären, wenn diese F i g. 3 nicht eine auseinandergezogene Darstellung wäre, werden so hergestellt, wie nachstehend in Verbindung mit den Fig. 14—19 beschrieben.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Kardanfedergelenkes nach vorliegender Erfindung erläutert. Das Verständnis dieser Arbeitsweise kann durch die Bezugnahme auf ein theoretisch ideales, abgestimmtes Rotorelement eines Kreiselgerätes vereinfacht werden. Ein idealisiertes Kreiselgerät, das das Grundknnzept zeigt, kann ein Rotorelement sein, das in einem Vakuum eine Spinbewegung ausfüh.u und das mit einer Welle durch ein unendlich nachgiebiges Gelenk befestigt ist. welches einen Wellenabsatz aufweist, wie schematisch in Fig. 6 dargestellt. Ein derartiges Gelenk ist als unendlich schwach in bezug auf Biegung anzuseh ~n. Das die abgesetzte Welle als unendlich nachgiebig anzusehen ist, kann bie keine Drehmomente auf den Rotor ausüben. Wenn der Schwerpunkt des Rotorelementes im Mittelpunkt der Abstützung des Gelenkes liegt. können ferner keine Drehmomente auf den Rotor aufgrund der Beschleunigung oder Vibration aufgegeben werden. Nimmt man an, daß das Rotorelement in einem Vakuum betrieben wird und magnetisch vollständig abgeschirmt ist, ist keine Drehmomentquelle vorhanden. Somit kann das Rotorelement frei und ungestört eine Spinbewegung ausführen und wandert

> nicht aus. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Rotorachse starr in bezug auf den Trägheitsrarm bleibt. Das ideale Kreiselgerät würde die Steifheit Null haben. Wenn beispielsweise das Rotorelement eines idealen, zweiachsigen Kreiselgerätes mit abgestimmtem Rotor

ι im Winkel gegenüber der Spinachse der Antriebswelle versetzt würde, würde das Rotorelement weiter eine Spinbewegung in der neuen Position ausführen, ohne daß eine Tendenz zur erneuten Selbstausrichtung in bezug auf die Wellenachse der Drehung besteht.

Eine Annäherung an dieses ideale Kreiselgerät bringt in der Praxis eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich. Eine Bedingung ist, daß ein unendlich nachgiebiges Gelenk vorhanden sein muß, das auch kräftig genug ist.

einen Rotor gegen lineare Beschleunigungen abzustutzen. Es sei davon ausgegangen, daß die angesetzte Welle des idealen Kreiselgerätes zuerst durch ein einstückiges Kardanfedergelenk mit wenigstens einem Paar von Kardanringen ersetzt wird, sonst aber wie in den F i g. 1 und 5 dargestellt aufgebaut ist.

Dies würde dem Rotorelement eine völlige Winkelfreiheit erteilen, während es gegen Beschleunigung, d. h. onne Translauonsfreiheit abgestützt ist. Um Unsicherheiten in fehlerhaften Drehmomenten zu vermeiden, müssen die Schwenkverbindungen in den Kardanfedergelenken im wesentlichen reibungsfrei sein. Derartige Schwenkverbindungen werden durch Verwendung einstischer Biegefedergelenke erzielt, die biegeempfindlich sind, anstatt herkömmliche Lager verwenden. Das praktische Gerät kann jedoch noch Fehlerdrehmomente zeigen, d^r.t bewirken würden, daß ein Rotor sich selbst mit der Wellenachse ausrichtet, wenn er vorher gegenüber der Wellenachse der Drehung verschoben worden ist.

F.in solches unerwünschtes Fehlerdrehmoment würde entstehen, wenn die Richtung der Spinachsen des Rotorelementes und der Antriebselemente nicht zusammenfallen, falls das Kreiselgerät einen gefesselten Zustand einnirrmt.

Eine derartige Fehlausrichtung tritt beispielsweise auf. wenn kein·: Versetzung in den Abgriffen verwendet wird, um die Orientierung der Spinachse des Rotors anzuzeigen. Nimmt man an. daß andere auf den Rotor einwirkende Drehmomentquellen fehlen, würde eine Versetzung in den Abgriffen eines gefesselten Kreiselgerätes ein Ausbiegen der Biegefedergelenke ergeben. Ein Ausbiegen der Biegefedergelenke wiederum würde ein Drehmoment auf das Rotorelement ergeben und versuchen, das Rotorelement mit der Antriebswelle auszurichten Da das Rotorelement ein Winkelmoment besitzt, würde dieses Drehmoment den bekannten Effekt der Präzession der Spinachse des Rotorelementes in einem Konus ergeben. Dieses Drehmoment, das durch die Biegefedergelenke erzeugt wird, ist als phasengleiche Steifheit bekannt.

Wenn die Spinachsen des Rotorelementes und der Antriebswelle nicht ausgerichtet sind, muß jeder Kardanring nach rückwärts und vorwärts vibrieren, um die Relativbewegung aufzunehmen. Du ein Ka-danring eine endliche Masse und ein endliches Trägheitsmoment besitzt muß es von Drehmomenten beaufschlagt werden, damit diese Bewegung erzielt wird, und diese Drehmomente werden teilweise durch Reaktionen auf die Antriebswelle und teilweise durch Reaktionen auf das Rotorelement erzeugt. Die Reaktionsdrehmomente auf das Rohrelement ergeben einen Kompensationsmechanismus. Mathematisch sind diese Drehmomente der Kardanringe Identisch mit einer negativen phasengleichen Steifheit. Sie körnen so eingestellt werden, daß das Rotorelement eine Präzessionsbewegung in einem Konus ausführt, jedoch i:n entgegengesetzter Richiung zur Präzessicnsbewegung, die durch die Biegewirkung der Biegefedergclcnkc erzeugt wird. Eine Einstellung der kardanischen negativen Steifheit zur Aufhebung der positiven Torsions-Fedemeifheit bei einer bestimmten Spingeschwindigkeit des Rotors ist als »Abstimmen« des Kreiselgerätes bekannt. Die Bedingungen für die Abstimmung eines lagerfreien Kreiselgerätes mit einem ein/igen, zwischengeschalteten Kardanring, der zwischen einem Rotor und einer Welle aufgehängt ist, sind in einem Aufsat/ »Dynamically Tuned Free Rotor Gyroscope«, erschienen in Control Fngineering. )iini 1964, Seiten 67 - 72 beschrieben.

Die Steifheit dieser negativen Feder wird durch die Trägheitsmomente des Kardanringes bestimmit. Der allgemeine Ausdruck für das Drehmoment ergibt sich > durch die Steifheit der negativen Feder:

Dynamische Steifheit für

jeden Kardanring = /V= (C-A-B)

wobei N = die Spinfrequenz und A, β und C = die

ίο kardanischen Hauptträgheitsmomente um die Biegeachsen und um die Spinachse. Die Größe der effektiven Steifheit bzw. Federkonstante ist somit proportional dem Trägheitsmoment des Kardanringes um die Spinachse, vermindert um die Trägheitsmomente um

ι "i die beiden Schwenk-, d. h. Biegeachsen. Wenn der Kardanring unendlich dünn wäre, würde dieser Ausdruck gegen Null gehen, da die negative Federkonstante proportional der Höhe des Kardanringes in Richtung der Spinachse ist. In der Praxis sind die positiven

Jn Federkonstanten der einzelnen Biegefedergelenke vorzugsweise einander innerhalb einer Genauigkeit von etwa 5% angepaßt, und die effektive Höhe eines jeden Kardanringes wird mit Hilfe von Einstellschrauben eingestellt, so daß die gesamte Steifheit bzw. Federkon-

-'i stante im wesentlichen Null ist.

Für ein Kreiselgerät im freien Betrieb (nicht gefesselt) bewirkt eine direkte, d. h. phasengleiche, nutzbare Steifheit bzw. Federkonstante eine Nutation des Rotors {eine langsame Konusbewegung) direkt proportional

in dem Betrag, um den die Rotorachse von der Spinachse versetzt ist. Beispielsweise ergibt sich eine gleichphasige Steifheit bzw. Federkonstante, wenn die Spinfrequenz unterschiedlich von der abgestimmten Frequenz der kardanischen Aufhängung ist, d. h„ wenn die Aufhän-

(> gung nicht exakt abgestimmt ist. Es wird ein Drehmoment um die gleiche Achse wie die Anfangsverschiebung erzeugt, was wiederum bewirkt, daß der Rotor eine Präzessionsbewegung um eine Achse rechtwinklig zur Verschiebungsachse ausführt. Da keine

·"> Energieableitung in dieser Feder auftritt, kehrt die Rotorspinachse nicht zu der Wellenspinachse zurück, sondern lährt fort, eine Prä:zessionsbewegung in einem Konus um die Wellenachse durchzuführen.

Die Größe der gleichphasigen Steifheit bzw. Feder-

i. konstante für Verstimmungsbedingungcn ist:

Θ/Θ = (AN)ZF_n,

wobei ΔΝ die Differenz zwischen der abgestimmten Frequenz und der tatsächlichen Spinfrequenz und F_n, die

.η Güteziffer ist. F_n, für ein bestimmtes Gerät ist gleich HN/Kt, wobei H das Winkelmoment des Rotors, /Vdie Spinfrequenz und Ktdie Summe aller Federkonstanten der Gelenkaufhängung ist. Eine nutzbare, gleichphasige Federkonstante aufgrund der Verstimmung wird da-

ΊΊ durch eliminiert, daß die Trägkeitsmomente der Kardanringe in der weiter unten angegebenen Weise eingestellt werden. Das Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung kann in einem Kreisel verwendet werden, der weitgehend Fehlerdrehmomente

'•ι eliminiert, die aufgrund der Gleichrichtung von Vibrationen stehen, welche bei einer Frequenz auftreten, die gleich der doppelten Spinfrequenz des Rotorelemcntcs ist. Derartige gleichgerichtete Fchlerdrehmomente können auch weitgehend dadurch elimi-

h'· niert werden, daß die Trägheitsmomente der Kardanringe eingestellt werden. Kugellager, die zur Lagerung der Welle verwendet wurden, ergeben Vibrationen mit Harmonischen der Spinfrcqucn/. Wenn keine konipcn-

sierenden Einstellungen vorgenommen werden, richten Kreiselgeräte mit abgestimmtem Rotor solche Vibrationen bei der doppelten Spinfrequenz gleich. Der Effekt kann erheblich sein, insbesondere in der Größenordnung von 5°/hr/sec der Vibrationsamplitude bei einer Frequenz vom Doppelten der Spinfrequenz, wenn keine Kompensation erfolgt.

Um dies zu erläutern, wird auf ein Beispiel hingewiesen, bei dem die Biegefedergelenke längs einer Achse eines Kardanringes verhältnismäßig steif im Vergleich zu Biegefedergelenken längs der anderen Achse des Kardanringes sind. Wenn das Kreiselgerät einer Winkelvibration ausgesetzt wird, müssen die Gelenke um einen Wert gleich der Amplitude der Vibration auslenken bzw. sich ausbiegen, so daß ein direktes Federdrehmoment auf das Rotorelement erzeugt wird. Normalerweise ergeben diese Federdrehmomente gemittelt über jeden Vibrationszyklus den Wert Null, jedoch nicht im Falle einer synchronen Vibration bei der Frequenz 2/V, d. h. beim Doppelten der Spinfrequenz, irn schlimmsten Fall biegen die positiven Halbzyklen der Winkelverschiebung ein steifes Biegefedergelenk, während die negativen Halbzyklen ein schwaches, d. h. weniger steifes Biegegelenk biegen. Das Ergebnis ist ein auf das Rotorelement einwirkendes mittleres Drehmoment. Für Biegefedergelenke kann dieser Einfluß praktisch durch sorgfältige Anpassung der Federkonstanten der Biegefedergelenke eliminiert werden.

Die negative dynamische Federkonstante, die durch die Bewegung der Kardanringe hervorgerufen wird, ist in hohem Maße asymmetrisch. Um dieses Phänomen vollständig zu erläutern, sei angenommen, daß, d. h. die Geschwindigkeit dem Gehäuse des Instrumentes aufgegeben wird. Das auf das Rotorelement zu einem beliebigen Zeitpunkt übertragene Drehmoment ist eine Funktion der Position des Rotorelementes in diesem Zeitpunkt. Für einen einzelnen Kardanring ergibt sich, daß der Kardanring gezwungen wird, der Geschwindigkeit zu folgen, wenn die wellenbczogene Biegeachse rechtwinklig zur Richtung der Eingabegeschwindigkeit verläuft, jedoch nicht gezwungen wird, der Welle zu folgen, wenn sie in dieser Richtung liegt, und zwar aufgrund der geringen Steifigkeit, d. h. des geringen Widerstandes gegen Verbiegen. Dann wird das Rotorelement wechselweise mit hohen gyroskopischen Drehmomenten beaufschlagt, wenn die Eingabegeschwindigkeit quer zu der »harten« Achse des Kardanringes wirkt, es erfolgt jedoch keine Beaufschlagung mit hohen gyroskopischen Drehmomenten, wenn die Eingabegeschwindigkeit auf die »weiche« Achse wirkt. Wenn eine Bedingung so getroffen werden kann, daß die hohen Winkelgeschwindigkeiten in einer Richtung auftreten, wenn eine starke gyroskopische Kopplung mit dem Rotor vorhanden ist, für die hohen Winkelgeschwindigkeiten in der entgegengesetzten Richtung die übertragenen Drehmomente jedoch schwach sind, ergibt sich eine nutzbare Gleichrichtung zugunsten der Richtung hoher Kopplung. Diese Bedingung gilt nicht für Winkclvibrationscingabcn bei der doppelten Spinfrequenz, und nur bei dieser Frequenz. Eine Analyse hai jedoch ergeben, daß dieser Gleichrichtungseffekt von den Drehmomenten aufgehoben wird, die dem Rohrelement durch einen in geeigneter Weise angepaßten /weilen Kardanring aufgegeben werden, der rechtwinklig zu dem ersten befestigt ist, oder durch zweite und dritte Kardanringe, die im gleichen Winkel um die Spinachsc von dem ersten Kardanring versetzt und so angepaßt sind, daß sie in wirksamer Weise die Drehmomentvektoren der drei Kardanringe aufheben, usw. für Kardanfedergelenke mit vier oder fünf Kardanringen.

Berücksichtigt man dies, weist das Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung wenigstens zwei mechanisch parallel geschaltete Kardanringe auf, deren kardanische Trägheiten so eingestellt sind, daß sie eine Aufhebung der Federkonstanten und eine Aufhebung der Drehmomente aufgrund von Vibrationen um gehäusebezogene Eingabeachsen bei doppelter Spinfrequenz ergeben. Jeder der Kardanringe richtet eine 2N-Vibration gleich, die Gleichrichtungsdrehmomente sind jedoch gleich und entgegengesetzt gerichtet, vorausgesetzt, dali die Kardanringe für diese charakteristische Eigenschaft sorgfältig angepaßt sind. Die Anpassung wird mit den gleichen Abgleichgewishten erzielt, die zur Abstimmung des Kreisels auf die Null-Federkonstante bei der Betriebsfrequenz verwendet werden.

i-taCnStciicfiu Wim rtüi uic Lciirc IläCii u6r uo

36 78 764 eingegangen und es werden die Bewegungsgleichungen eines solchen Kreisels, die Abstimmbedingungen und die Bedingungen für die Unterdrückung von Fehlern, die durch aufgebrachte Drehmomente mit der Frequenz 2/V'auftreten, erläutert.

In Fig.7 ist ein vereinfachtes Diagramm des Rotors 120. der Welle 122 and des Kardanringes 124 dargestellt, wobei zur Vereinfachung der Erläuterung und Darstellung der Gleichungen Koordinatenachsen vorgesehen sind. In ähnlicher Weise ist in Fig.8 ein vereinfachtes Diagramm des Rotors 120, der Welle 122 und eines anderen Kardanringes 126 mit Kardanachsen dargestellt, die die Erläuterung vereinfachen und die zu vereinfachten Gleichungen führen. Die Koordinatenachsen sind wie folgt definiert:

Ein rechtsdrehender Satz von orthogonalen Koordinatenachsen A'. Y. Z ist auf dem Traggehäuse definiert (in den F i g. 7 und 8 nicht dargestellt).

In der drehbaren Welle 122 ist ein rechtsdrehender Satz von orthogonalen Koordinatenachsen x, y, ζ definiert, wobei die Koordinate 7. mit der Koordinate Z des gehäusebezogenen Satzes von Koordinaten X, Y, Z zusammenfällt. Die x-, y- Koordinaten laufen mit der Welle 122 um und legen eine Ebene fest, die rechtwinklig zur AntricbsweHenachsc fliegt.

Ein rechtsdrehender orthogonaler Satz von Koordinaten .Vi, y\, Z\ ist in dem Kardanelemcnt 124 definiert, wobei die .vi-Achse mit der x-Achse der Welle 122 zusammenfällt, wie insbesondere in F i g. 7 gezeigt.

Ein rechtsdrehender orthogonaler Satz von Koordinaten Xi, )'ί, Z₂ ist in dem Kardanelcment 126 definiert, wie insbesondere in F i g. 8 gezeigt, wobei die j^-Achse mit dery-Achse der Welle 122 zusammenfällt.

Ein rechtsdrehendes orthogonales System von Koordinaten x'.y', 7.'ist. wie insbesondere in den F i g. 7 und 8 gezeigt, auf dem Rotor 120 definiert, wobei die α'-Achse mit der ArAchsc zusammenfällt. Die ^'-Achse fäll! mil dcr/i-Achse zusammen.

Die Fcdcrkonslanten der Federn. Hie die Welle 122 und den Kardanring 124 lungs ώ·Γ ν-, λί-Achsen verbinden, sind mit K',, und K'\\ bezeichnet. Die Federkonstanten der Federn, die die Welle 122 und ilen Knrdanring 126 längs der v^-, V-AcIr₁Cn verbinden, sind mit K ',2 und K", 2 bezeichnet. Die Federkonstanten der ledern, die den Kardanring 124 mit dem Rotor 120 längs der \|-Achse verbinden, sind mil K'_}\ und K'\, bezeichnet. Die I cderkoiisianlcn der Federn, die das

Kardanelement 126 und den Rotor 120 längs der Xr Achse verbinden,sind mit K',₂und K",₂ bezeichnet

In den folgenden Gleichungen ist K, die gesamte positive Federkonstante, die längs der x-Achsen wirkt, und Ky die gesamte positive Federkonstante, die längs der y-Achsen wirkt:

K_x — K'_xl -f- K'_x\ + K'_xi -f- K'_X2

K „ — K „ι ~\~ K .. ι + K .ο -\" K _v 1

(I)

Der Dämpfungskoeffizient D_x \ ist für den Kardanring 124 für die Drehung um die xpAchse definiert Der Dämpfungskoeffizient D_y\ ist für den Kardanring 124 für die Drehung um die yi-Achse definiert In ähnlicher Weise sind die Dämpfungskoeffizienten D_X2 und Dy₂ für den Kardanring 126 für die Drehung um die xr- und die j'2-Achsen definiert. In den folgenden Gleichungen ist angenommen, daß die Dämpfungskoeffizienten Null sind. Die Wirkung eines Dämpfungskoeffiziemen besteht darin, ale Zeitkonstante der Einrichtung zu verkürzen. Der V/crt des Dämpfungskoeffizienten muß somit klein genug gehalten werden, damit er nicht die Arbeitsweise der Einrichtung beeinflußt.

Die Hauptträgheitsmomente für den Kardanring 124 sind mit/ti, B], C₁ um die X\-,y\-,z\-Achsen definiert. Die Hauptträgheitsmomente für den Kardanring 126 sind als Ai, B₂, C₂ um die χι-, yi-, Z₂-Achsen definiert Wegen der Symmetrie der Kardanringe 124 und 126 und des Rotors 120 sind die Produkte der Trägheitsmomente Null.

Die Hauptträgh°!tsmomeiHe für den Rotor 120 sind als A, B, Cum die x'-,y'-, z'-Achsen definiert

Die F i g. 9 und 10 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen den gehäusebezogenen Koordinaten X, Y, Z und den rotorbezogenen Koordinaten x,y,zzum Zweck der Erläuterung der Auflösung von Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten und Drehmomenten zeigen, die um die gehäusebezogenen Achsen X, Ym die rotorbezogenen Achsen x,y, ζ aufgegeben werden. Die Winkeigeschwindigkeit der Welle ist die Spinfrequenz Λ». Die in Winkelgeschwindigkeiten, die dem Gehäuse senkrecht zur Z-Achse aufgegeben werden, können in die Komponenten Φ χ und Φ γ um die gehäusebezogenen Achsen X und Y aufgelöst werden. Die Winkelgeschwindigkeiten Φα· und Φykönnen dann in Winkelgesc >.windigkeiten um die gehäusebezogenen Achsen x, y, ζ aufgelöst werden. In ähnlicher Weise kann das auf die Kardanringe (oder den Rotor) von dem Gehäuse um eine Achse senkrecht zur Z-Achse wirkende D;ehmoment in Komponenten Μχ und Μγ um die X- und K-Achsen aufgelöst werden. Die Μχ- und My-Komponenten können um die gehäusebezogenen Achsen at und /aufgelöst werden.

Die Spinachse z' des Rotors 120 muß nicht notwendigerweise mit den Achsen ζ und Zzusammenfallen. Der Rotor 120 kann als im Winke! relativ zur Welle 122 um die x- und y-Achsen versetzt betrachtet werden. Die Winkeiverschiebungen des Rotors 120 relativ zur Welle 122 um die x- und y-Achsen der Welle 122 sind mit Θ, und ©,bezeichnet.

Für die vorstehenden Definitionen sind die Bewegungsgleichungen des Rotors 120 relativ zur Welle 122:

(/I + A₁)O_x -r [K_x + /V-(C -t C, -I)- Bj)]O_x f /V(C -A- Β)'),= ~{A -f- /l,)[0_vcosM + </>_ys\n Nt] + /V(C t C₁ + A-Bv /I₁ - W₁) Γ'/'_Λ sin Nl - 'Λ, cos/Vr ] t- Λ/ ν cos Ni t A/,.sinM
und
(B -t- /I₂)O₁ f- \K_V f /V²(C f- C₂ - A - W₂)]O₁.

- /V(C- Λ - B)O_x= t (B l· .l₂)f'/'_Asin/Vi - »/*, cos /V/ ] ι- /V(C γ C₂ I Ii - A l· A₂ - «,)['/»,-cos Ni t- '/',sin /V; ]

- Λ/, sin/Vf -i .W_vcosM

Aus diesen Gleichungen ergibt sich, daß dann, wenn die Fedcrkonstanlen und die Trägheitsmomente eingestellt sind, der Roior im wesentlichen als freier Rotor wirkt, während gleichrichtende Drehmomente von dem Rotor eliminiert werden, die durch Oszillationen mit der doppelten Spinfrequenz N verursacht werden. Die allgemeinen Bedingungen für solche Umstellungen sind:

IKI./ H/1 * Ii C)|
K N-(A t Ii C)

für die (ilddirichiunizsimlcrdrückuni!. und

N²

(A ι Il C) I (A ι Il CHI I

l ι Ii

S)'

Deshalb hissen sich die Gleichungen (.1| und (4) in uiiler Annäherung reduzieren auf:

für eine perfekte Abstimmung, wobei

./ I 2|(,l, l· Ii₁ C₁) H/l, f Ii₁ - C₁)] (5)

I./ 1/2(1/1, I Ii₁ C₁) -(.'I₁(H, C₁)I (M _h„ λ ./ = K /V' (l()|

K I 2[K₁ } K₁I (71 und

IK - 1'2[K, K₁] (X) ./ - K /V² . (Ill

und /V gleich der Winkelgeschwindigkeit der Welle 122 Mine UinMcllung der Gleichungen (H)) und (II)

in Hogenwinkel see. ist. »,-> und ein lisal/ der Gleichungen (5). (6). (7) und (X) I iir ein praktisches Gerät gilt ergibt die folgenden Gleichungen:

(9) (K, K,I ,V²L-I₂ ' Ii₁ C₁ A₁ Ii_x ί C₁I (12)

IK K -«· I uikIM i Il C) ■ ./

für eine 2/V-Gleichrichiungsunterdrüekung, und
(K₁ + K₁J=W²M₁ + A₂ + B₁ + B₂-C_} -Ci). I'³)

Durch Addieren der Gleichungen (12) und (13) ergibt sich

K_x = N¹IA₂ +B₂-C₁)

(14)

und durch Subtrahieren der Gleichungen (12) und (13) die Gleichung

K₁.= M²M₁+ B₁-C₁). (15)

Für einen gegebenen Satz von Federn mit Federkonstanten K, und Ky entsprechend der Definition in Gleichung (1) ist es möglich, die Trägheitsmomente der Kardanringe durch Abgleichgewichte so einzustellen, daß die gewünschten Bedingungen sowohl für die einwandfreie Abstimmung als auch für die Null-2/V-Gleichrichtung erzielt wird.

Wird die vorstehende Analyse bei einer praktischen Ausführungsform angewendet, kann der Rote· 120 als das dynamische Äquivalent des Rotorelementes 14 und des Schwungrades 106 angesehen werden. In ännlicher Weise kann die Welle 122 als das dynamische Äquivalent des Antriebselementes 12 und der Welle 104 angesehen werden.

Bei der Auslegung der Ausführungsform des Kardanfedergelenkes gemäß vorliegender Erfindung nach den Fig. 1—5 werden eine Anzahl von Parametern berücksichtigt. Zu Zwecken der Erläuterung können diese Konstruktionsparameter in folgende Gruppen eingeteilt werden: Konstruktionsauswahl, Trägheitscharakteristiken der Mehrfachkardanringe, Steifheit der Biegefedergelenke, die Kardanringe Elemente mit dem Rotorelement und dem Antriebselement verbinden, und Geometrie des Aufhängungssystems der Kardanringe und Biegefedergelenke.

Mit bei der ersten Auswahl für die Konstruktion ist die Auswahl eines Materials, aus welchem düs einstückige Kardanfedergelenk hergestellt werden soll. Dieses Material soll eine niedrige Hysterese besitzen. Die Verwendung eines Materials mit niedriger Hysterese trägt dazu bei, die durch Oszillationen und die Biegeachsen verursachte Dämpfung so gering wie möglich zu halten.

Eine weitere grundsätzliche Auswahl bei der Konstruktion und der Herstellung eines Kreisels mit dem Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung ist die Auswahl der Spindrehza!;¹ des Motors, der die Welle und das Schwungrad antreibt. Die Auswahl einer Spindrehzahl ist auf spezifische Konstruktionen für diese rotierenden Elemente eines Kreisels bezogen und ist nicht Teil vorliegender Erfindung. Zu Zwecken der folgenden Erläuterung sei angenommen, daß eine entsprechende Spindrehzahl des Kreisels ausgewählt worden ist.

Es ist ferner davon ausgegangen, daß das Schwungrad kein Massenungleichgewicht und kein radiales Ungleichgewicht besitzt, oder daß es so eingestellt werden kann, daß derartige Ungleichgewichte beseitigt werden.

Es gibt zwei aufeinander bezogene Konstruktionsparameter, die betrachtet werden sollen, um einen abgestimmten Zustand (d. h. eine Aufhebung der Federkonstanten des Aufhängungssystems) und eine Aufhebung konstanter Drehmomente, die auf den Rotor wirken und durch Gleichrichtung von Vibrationen der Welle erzeugt werden, welche bei der doppelten Spinfrequenz auftreten, zu erzielen. Die Bedingungen, um eine einwandfreie Abstimmung und auch eine. Null-2JV-Glcichrichtung zu erreichen, sind in den Gleichungen (14) und (15) angegeben. Die Bedingungen der Gleichungen (14) und (15) werden dadurch erfüllt, daß Abgleichgewichte eingestellt werden, die die Trägheitsmomente der Kardanelemente verändern. Die Auswahl der gleichen Trägheitsmomente der Kardanringe und die Steifheit für die Biegefedergelenke bringen den Bereich der Abgleicheinstellung, der zur Erzielung dieser beiden Bedingungen erforderlich ist, auf ein Minimum.

Nach einem weiteren Konstruktionsparameter sind die radiale und die axiale Steifheit des Kardanfedergelenkes 10 etwa gleich. Verschiedenheit der Elastizität der Aufhängung (d. h. im wesentlichen ungleiche Steifheit) in den radialen und axialen Richtungen ergibt ein Drehmoment auf den Rotor, wenn Beschleunigungen längs sowohl der Spinachse als auch der Eingangsachsen gleichzeitig wirksam werden. Beispielsweise ergibt sich eine gleiche Elastizität der Aufhängung dadurch, daß die U-förmigen Abschnitte der Kardanringe 18 und 20 (Fi g. 3) 50 dick gewählt werden, daß die axiale Nachgiebigkeit gleich der radialen Nachgiebigkeit wird.

Nach Jem nächsten Konstruktionsparameter ist der Schwerpunkt der Kardanringe vorzugsweise der Aufhängungsmittelpunkt des Kardanfedergelcnkes. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, trägt das Kardanfcdcrgelenk zum Massenungleichgewicht der Spinachse und zu einem radialen Ungleichgewicht des kombinierten Kardanfedergelenkes und des Schwungradsyslems bei, wobei das Schwungrad als in radialer und in axialer Richtung abgeglichen angenommen wird. Die Einfachheit der Erzielung dieses Konstruktionsparameters ist einer der maßgeblichen Vorteile des Kardanfedergelenkes nach vorliegender Erfindung. Weil das Kardanfedergelenk nach der Erfindung aus einem einzigen Stück Material hergestellt ist. kann der Aufhüngungsmittelpunkt mit sehr engen Toleranzen unter Verwendung üblicher Bearbeitungsteehniken erzielt werden. Bei der Ausführungsform des Kardanfedergelenkes nach den F i g. I bis 5 wird der Massenmittelpunkt durch eine symmetrische Konstruktion erreicht und kann in axialer Richtung mit Hilfe von Kardange^engewichten eingestellt werden.

Nach einem anderen Konstruktionsparameter für Ausführungsformen mit zwei Kardanringen ist die Achse eines Kardanringes im Winkel gegenüber der Spinachse um 90° relativ zur entsprechenden Achse des anderen Kardanring.-s versetzt. Beispielsweise sind die koinzidenten Biegeachsen 49 und 5] der rotorbczoge nen Biegefedergelenke -*8 und 52 in F i g. J, die eine Bi'-geachse, nämlich die innere Kardanachse des Kardanringes 20 definieren, vorzugsweise 90° gegenüber den koinzidenten Biegeachsen 65 unu 69 der rotorbezogenen Biegefedergelenke 64 und 68, die die innere Kardanachse des Kardanfedergelenkes 18 definieren, versetz' Die Einfachheil der Erzielung dieses Konstruktionsparameters ist ebenfalls einer der Hauptvorteile des Kardanfedergelenkes nach vorliegender Erfindung. Weil das Kardanfcdergelenk aus einem einzigen Stück Material hergestellt ist, kann die Winkelversetzung der Biegeachsen exakt mit herkömmlichen Bearb-itungstcchnikcn vorgenommen werden. Eine Abweichung von der rechtwinkligen Zuordnung zwischen der Bicgcachsc eines Kardanringes relativ zur Biegeachse des anderen Kardanringes

ergibt einen Effekt, der als Winkel· oder Rotationsverschiebung um 90' für Vibrationen bei der doppelten Spinirequcnz bekannt ist. Dieser Effekt ist eine Vorspannverschiebung. die bei Winkelvibnitioncn der doppelten Spinfrequenz auftritt, welche durch Einstellungen von Tragermomenten allein nicht vollständig br-.eitigt werden können. Das Drehmoment wird als um 90 versetzt bezeichnet, weil es um 90" gegenüber dein Drehmoment versetzt wirkt, das erzeugt wird, wenn die Trägheitsmomente des Kardanringes nicht nach den Gleichungen (14) und (15) eingestellt werden. Dieses Drehmoment, das um 90 verschoben wirkt, tritt auf Grund der fehlenden rechtwinkligen Anordnung zwischen den Befestiglingsachsen der Kardanringe auf.

Bei einem weiteren Konstruktionsparameter schneiden sich die Biegeachsen der Kardanringe gegenseitig. Beispielsweise schneiden die parallelen Biegeachsen 49 und 53 die parallelen Biegeachsen 25 und 45. Die Einfachheit der Erzielung dieses Konstruktionsparameiers ist ebenfalls ein wesentlicher Vorteil des Kardanfedergclenkes nach vorliegender Erfindung. Eine Schrägstellung der Biegeachse, die als die Bedingung definiert ist. dall keine gemeinsame Ebene vorhanden ist. ergibt eine unterschiedliche Pcndelung des Rotors ijm eine Achse des Kardanfedergelenkes relativ zu der der anderen Achse. Diese Trennung der Achsen bewirkt, dali eine Vorspannverschiebung für eine lineare Vibration auftritt, die längs der gehäusebezogenen F.ingangsachsen bei der doppelten Spinfrequenz wirkt. Es ist möglich, den nachteiligen Einfluß der Schrägstcllung durch Einstellung auszuschalten, wie dies beispielsweise in IiS 35 W 776 erläutert ist. Die ■.weitgehend vollständige Erzielung dieses Konstrukiionsparameters des Kardanfedergelcnkes nach vorliegender Erfindung macht jedoch solche Einstellungen praktisch nicht erforderlich. Wenn eine derartige Verschiebung in dem Kardanfcdergtienk nach vorliesenrier Erfindung auftritt, kann sie dadurch eliminiert ■.■.erden, daß die Schwerpunkte der Kardanringe differential dadurch eingestellt werden, daß die Position ihrer Gegengewichte eingestellt wird. |ede Verringerung des Wertes der Einstellung der Kardanpendelung. die /::r Aufhebung dieser Fehlerquelle benötigt wird, ist günsng Eiir einen gegebenen Einstellbereich der Gegerge'.'. ;chte in den Kardanringen bedeutet ein ·. err:r.ger:er Bedarf zur F.liminierung der Kardanpendeiiing hei der doppelten Spinfrequenz, daß ein größerer Anteil des Bereiches von Einstellungen für andere /.'.«.ecke zur Verfugung steht.

Nach einem weiteren Konstruktionsparameter stehen die beiden BLgeachsen eines jeden Kardanringes vorzugsweise rechtwinklig aufeinander. Stehen sie nicht rechtwinklig aufeinander, sondern ist eine Schrägstellung vorhanden, ergibt sich eine Vorspannverschiebung proportional den stetigen Beschleunigungen in einer radialen Richtung, da ein Drehmoment um die gleiche Achse wie die aufgebrachte Beschleunigung auftritt. Dieser Effekt wird »Quadraturungleichgewicht« genannt, weil das Drehmoment aus dieser Fehlerquelle rechtwinklig zu einem Drehmoment steht, das sich aus dem Massenungleichgewicht ergibt. Ein Kreiselgerät mit entweder einem Quadratur-Ungleichgewicht oder einem Massen-Ungleichgewicht spricht auf Schwerkraft oder Beschleunigungen an, die rechtwinklig zur Spinachse wirksam werden.

Das Quadratur-Ungleichgewicht kann auch nicht nur durch Abweichung der rechtwinkligen Anordnung zwischen der rotorbezogenen Biegeachse und der wellcnbc/ogenen Biegeachse eines jeden Kardanringe verursacht werden, sondern auch durch eine Schrägstel lung in der oben erörterten Weise in Verbindung mi einer Abweichung von der rechtwinkligen Anordnung entsprechender Achsen der beiden Kardanringe.

In den 1 ' g. Il und 12 ist eine zweite Ausführungs form der Erfindung mit drei Kardanringen dargestellt Das Prinzip nach vorliegender Erfindung gilt jcdocl allgemein und die Konstruktion der Kardanringe kanr sich in weitem Maße ändern.

Beispielsweise kann die F-'orm der Kardanringe verändert werden. Kardanringe brauchen nicht symmc frisch ausgebildet zu sein, sondern können siel überkreuzen oder auch nicht; die Kardanringe brauchet nicht in gleichem Winkel versetzt zu sein, und sii brauchen auch keine identischen Trägheitsmomente aufzuweisen.

Die Fig. Il und 12 zeigen drei Kardanringe, die it gleichem Winkel um eine Drehachse versetzt, d. h verteilt sind, wobei jeder Kardanring einen Winkel voi 90° um diese Achse umspannt. Fig. 11 ist eine Aufsich von einer Seite und zeigt im wesentlichen da: Rotorelement des Kardanfedergelenkcs, Fig. 12 is eine Aufsicht von der anderen Seite, die ebenfalls da: Antriebselement des Kardanfedergelenkes zeigt.

Das Kardanfedergelenk 200 nach den F i g. 11 und 1; ist ein einstückiges Kardanfedergelenk, das nach dei Grundsätzen des Verfahrens vorliegender Erfindung hergestellt ist und das ein im wesentlichen sternförmige! Antriebselement 202, welches drei in radialer Richtung von einer gemeinsamen Nabe ausgehende Arme, die drehbar um eine Achse 203 befestigt sind, eir Rotorelement 204 mit einer Rotationsachse 205, dre identische Kardanringe 206, 208 und 210, und zwöl Biegefedergelenke aufweist, die jeweils zwei in radialci Richtung getrennte, eine gemeinsame Biegeachsc definierende Teile besitzt. Das Antriebselement 20; weist eine Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelk (nicht dargestellt) auf. Das Kardanfedergelenk 200 kanr in einem abgestimmten Kreiselgerät, z. B. dem Kreisel gerät nach F i g. 5, verwendet werden. Mit anderer Worten kann die Ausführungsform nach den F i g. I I und 12 an Stelle des Kardanfedergelenkes 10 niich der Fig. I. 2 und 3 in einem solchen Anwendungsfall, der den oben erwähnten und im abgestimmten Kreiselgerä nach Fig. 5 gezeigten Anwendungsfall mit einschließt ersetzt werden. Das Kardanfedergelenk 200 wird nacr den weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Ausführungsform nach den Fig. 14 bis
beschriebenen Verfahren hergestellt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 uno
sind die drei Kardanringe 206, 208, 210 jeweils mit derr Antriebselement 202 über ein Biegegelenk eine: Biegefedergelenkpaares und mit dem Rotorelement 20/ über das andere Biegegelenk des Paares verbunden. Die Biegefedergelenke des Universalgelenkes 200 sind vor der gleichen Art wie die Biegegelenke des Kardanfeder gelenkes 10. wobei jedes Biegefedergelenlt eine Biegeachse und eine Längsachse definiert. Bei diesel Ausführungsform weist ferner jedes Biegefedergelenk ein Paar von abgesetzten Teilen im Material auf. Jede: Biegefedergelenk wird in der Weise ausgebildet, daß eil Paar von parallelen Löchern in gleicher Weise wie fü; das erste Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis i beschrieben vorgesehen werden. Das Biegefedergelenk das von dem Material zwischen dem Paar benachbarte paralleler Löcher geformt wird, wird dann in zwei radia getrennte Teile während des Herstellvorganges durcl

einen Schnitt mit Hilfe einer Funkcnerosionsmaschinc geteilt. Dieser Trennschnitt wird weiter unten näher erläutert.

Die Biegefcdergelenkc des Kardanfedcrgelenkes 200 nach der Ausführiingsform nach den Cig. 1 bis 5 und anderer Ausführungsformen nach vorliegender Erfindung können dadurch hergestellt werden, daß parallele Locht/ gebohrt werden, oder daß die Technik der Funkenerosionsbearbeitung (Elektroerosion) oder eine andere hierfür geeignete Technik zur Anwendung kommt. Der Querschnitt eines jeden l.ociics braucht nicht ein voller Kreis /u sein, wenn die Funkenerosionstechnik angewendet wird. Auch braucht die Krümmung einer jeden der beiden Oberflachen des abgesetzten Teils eines jeden Gelenkes nicht die eines Zylinders zu sein.

Das Biegefedergelenk 212 verbindet den Kardanring 206 und das Rotorclcmcnt 204 mit einem in radialer Richtung iiülIi innen verlaufenden Ansatz des Roiureiements, ähnlich wie die Verbindungsstelle für die beiden anderen Kardanringe. Das Biegefedergelenk 212 weist zwei radial getrennte Teile, nämlich die Biegefederge lenke 212a und 2126 (Fig. 11A HB) auf. Die Biegefedergelenke 212a und 2126 definieren eine gemeinsame Biegeachse 213 und zueinander parallele Längsachsen 215a und 2156. Die Längsachse 215a ist in Fig. 1IA gezeigt. Die Achsen 215a und 2156 verlaufen parallel zueinander und parallel zu den Rotationsachsen 203 und 205, wenn das Kardanfedergelenk seine Nullstellung einnimmt. In der Nullstellung tritt dabei keine ' \'inkelverschiebung eines Kardanringes um seine Biegeachse auf. Die Biegefedergelenke 212a und 2126 besitzen jeweils eine Querachse, wie sie weiter oben für das Biegefedergelenk 24 definiert ist, in den F i g. 11 und 12 aber nicht gezeigt ist.

In ähnlicher Weise ist der Kardanring 208 mit dem Rotorelement 204 über ein Biegefedergelenk 216 mit zwei Teilen, nämlich den Biegefedergelenken 216a und 2166 verbunden. Die Biegefedergelenke 216a und 2166 definieren eine gemeinsame Biegeachse 217 und zueinander parallele Längsachsen 219a und 2196. Wenn das Kardanfedergelenk seine Nullstellung einnimmt, liegen die Achsen 219a und 2196 parallel zu den Achsen 203 und 205 und zu den Längsachsen der anderen Gelenke.

Das Biegefedergelenk 220 ist ein drittes Biegefedergelenk. das das dritte Kardansystem betrifft, da es den Kardanring 210 mit dem Rotorelement 204 verbindet. Das Biegefedergelenk 220 weist ebenfalls zwei Teile, nämlich die Biegefedergelenke 220a und 2206 auf. Die Biegefedergelenke 220a und 2206 definieren eine gemeinsame Biegeachse 221 und ein Paar von zueinander parallelen Längsachsen 223a und 223b.

Jedes Biegefedergelenk, das einen Kardanring mit dem antreibenden Element 202 verbindet, ist ähnlich dem rotorbezogenen Biegefedergelenk für diesen Kardanring aufgebaut, ist jedoch um einen Winkel von 90° um die Achsen 205 und 203 versetzt Das Antriebselement besitzt drei im gleichen Winkel Λ gegeneinander versetzte Arme. Jeder dieser Arme ist Ober ein Biegefedergelenk mit einem Kardanring verbunden. Beispielsweise verbindet das Biegefederge lenk 224 den Kardanring 206 mit einem Arm des Antriebselements 202 und definiert eine Biegeachse 225, die um 90° gegenüber der Biegeachse 213 um die Rotationsachsen 203 und 205 versetzt ist Das Biegefedergelenk 224 weist zwei Teile, nämlich die Biegefedergelenke 224a und 2246 auf. Die Biegefedergelenke 224,-f und 224h besM/en Längsachsen 227a und 2276. die parallel zueinander und auch parallel zu den Achsen 203 und 205 verlaufen, wenn das Rotorclcmcnt die Nullsiellting einnimmt.

Das Biegcfedi-rgclenk 228 verbindet das Anlriebselement 202 und den Kardanring 208 miteinander. Das Biegcfedcrgelcrik 228 weist zwei Teile auf. nämlich die Biegefedergelenke 228a und 2286. Die Biegefedcrgelenke 228;; und 2286 definieren eine gemeinsame Biegeachse 229 und parallele Längsachsen 231a und 2316. Die Längsachsen 231 a und 2316 verlaufen parallel /u den Rotationsachsen 203 und 205. wenn das Kardanfedergelenk seine Nullstellung einnimmt.

Das Biegefedergelenk 232 verbindet den Kardanring 210 mit dem Antriebselcmcnt 202. Das Biegefedergelenk 232 besitzt zwei Teile, nämlich die Biegcfcdergelenke 232.) und 2326(F i g. 1 IC, 11 D). Die Biegefedergelenke 232,7 und 2326 definieren eine gemeinsame megeaxiise 23,3 und zueinander parasitic Längsachsen " 2 55,-i und 2)56. Die Längsachsen 235a und 2356 verlaufen parallel zu den Rotationsachsen 203 und 205, wenn das Rotorclemcnt seine Nullstellung einnimmt. Die Längsachse 235a ist in F i g. 1 IC gezeigt.
Alle Biegeachsen 213, 217, 221, die drei äußere

■. Kardanachsen definieren, und 225. 229, 233, die drei innere Kardanachsen definieren, schneiden die Rotationsachsen 20Ϊ iind 205 in einem gemeinsamen Punkt. Alle Längsachsen 215a und 2156, 219a und 2196, 223a und 2236. 227;) und 2276, 231a und 2316 und 235a und

«ι 2356 verlaufen parallel zueinander und parallel zu den Rotationsachsen 203 und 205, wenn das Rotorelement seine Nullstellung einnimmt.

Nachstehend werden bestimmte andere Eigenschaften der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12

r> betrachtet, jeder Kardanring weist eine mit Schraubgewinde versehene öffnung und zwei Gegengewichte auf, die einschraubbar in jeder öffnung aufgenommen werden, um das Trägheitsmoment der Kardanringe einstellen zu können. Der Kardanring 206 besitzt eine

ici Öffnung 238 und in dieser ein Paar von Gegengewichten 240a und 2406.

Jedes Gegengewicht ist eine Schraube gleicher Größe, die in der mit Schraubgewinde versehenen öffnung zur axialen Verschiebung drehbar ist. Der

ι-. Kardanring 208 weist eine mit Schraubgewinde versehene Öffnung 242 und in ihr ein Paar von Gegengewichten 244.7 und 2446 auf. In ähnlicher Weise besitzt der Kardanring 210 eine mit Schraubgewinde versehene öffnung 246 und in ihr ein Paar von

vi Gegengewichten 248a und 2486. Die Einstellung der Position eines der Gewichte in jeder öffnung wird durcn ein Zugriffsloch durch das andere Gewicht erzielt. Beispielsweise ist ein Zugang zum Gegengewicht 2406 durch ein Loch im Gegengewicht 240a möglich.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 weisen das Antriebselement 202, das Rotorelement 204 und die Kardanringe 206, 208 und 210 jeweils ein Paar von Querflächen auf, die in axialer Richtung voneinander verschoben sind. Eine Querfläche des Antriebsele-

bo mentes 202, des Rotorelementes 204, des Kardanringes 206, des Kardanringes 208 und des Kardanringes 210 Hegt in der Querebene 251, und die andere Querfläche eines jeden dieser Elemente liegt in der Querebene 253. Die Querebenen 251 und 253 sind in F i g. Π Ε gezeigt.

b5 Mit anderen Worten heißt dies, daß keine axiale Versetzung zwischen Querfiächen des Antriebselemen te 202, des Rotorelementes 204 und des Kardanringes 206, 208 und 210, die in einer Richtung gerichtet sind,

vorhanden ist, weil sie die gleiche axiale F.hene einnehmen.

Aus den F i g. 11 und 12 ergibt sich, daß der Schwerpunkt des Kardanfedergelenkes 200 im geometrischen Mittelpunkt liegt, d. h. an der gemeinsamen Schnittstelle der Siegeachsen mit den Rotationsachsen. Der Schnittpunkt der Biegeachsen mit den Rotationsachsen ist als Aijfhängungsmittelpunkt bekannt.

Für ein Kardanfedergelenk mit drei Kardanringen, wie sie beispielsweise in den Fig. Il und 12 dargestellt sind, beträgt der bevorzugte Winkelabstand /wischen den Biegeachsen der Biegcfcdergelenke, die jeden Kardanring mit dem Antriebselcment verbinden, 120'. Bei einem solchen Kardanfedergelenk beträgt der bevorzugte Winkelabstand zwischen der Biegeachse des Biegefedergelenkes, das jeden speziellen Kardanring mit dem Antriebselcment verbindet, und der Winkelachse des Biegefedergelenkes, das den gleichen

Grund dieser bevorzugten Winkel zwischen Biegeachsen sind die Biegeachsen der Biegefedergelenke, die jeden Kardanring mit dem Rotorelement verbinden, um 120° um die Spinachsen, d. h. die Rotationsachsen, des Rotorelementes und des Antriebselementes versetzt.

Wie weiter oben ausgeführt, besitzt jedes Biegefedergelenk bei der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform zwei in radialer Richtung getrennte Teile. )edes Biegefedergelenk der Ausführungsform mit drei Kardanringen wird durch Bohren eines Paares paralleler öffnungen in der vorbeschriebenen Weise und nach dem weiter unten erörterten und beispielsweise in den F i g. 2 und 11A - 11 F dargestellten Verfahren ausgebildet. Das Schneiden von Schlitzen, die Aussparungen ergeben, erfolgt nach diesem Verfahren, um einen mittleren Abschnitt des abgesetzten Teiles des Materials zu entfernen, der jedes Biegefedergelenk ausbildet. Das Entfernen eines Abschnittes des abgesetzten Teiles des Materials verringert die Torsionssteifigkeit des Biegefedergelenkes auf einen gewünschten Wert. Die beiden Teile eines jeden Biegefedergelenkes, die nach dem Schneiden eines Schlitzes verbleiben, sind vorzugsweise in radialer Richtung durch einen möglichst großen Abstand voneinander getrennt, damit das Kardanfedergelenk mit hoher axialer Steifigkeit erhalten wird.

Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 ist analog der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5. Insbesondere wird auch vorzugsweise ein Kreiselgerät mit der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 als abgestimmter, lagefreier Kreisel betrieben und vorzugsweise so eingestellt, daß Fehler auf Grund der Empfindlichkeit gegen Wellenvibrationen eliminiert werden, die bei einer Frequenz gleich dem Doppelten der Spinfrequenz auftreten. Mit anderen Worten heißt dies, daß ein Kreiselgerät mit drei Kardanringen in einer Weise betrieben wird, die Gleichungen ähnlich den Gleichungen (12) und (13) genügt Bei einem Mehrfachkardanfedergelenk ergibt jeder Kardanring ein Fehlermoment mit einer Größe und Richtung. Wenn die Kardanringe symmetrisch sind, werden die Werte für die Fehlennomente identisch. Deshalb der Winkelabstand der Kardanringe um die Rotorspinachse so ausgewählt und eingestellt werden, daß die Resultierende aller dieser Momente, die von den einzelnen Kardanringen erzeugt werden, gleich Null wird. Ein Kardanfedergelenk mit drei Kardanringen ist in US 36 78 764 beschrieben. Die charakteristischen Eigen

schalten einer solchen Einrichtung sind in einem Aufsatz mit dem Titel »Dynamically Tunes Gyros in Strapdown Systems«, herausgegeben von Advisory Group for Aerospace Research and Development Conference on Inertial Navigation Components and Systems, 2. bis 5. Oktober 1972, und in einem Aufsatz mit dem Titel »Theory of Errors of a Multigimbal-Elastically Supported, Tuned Gyroscope« veröffentlicht in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-9, Nr. J, Mai 1972 erläutert; in beiden Aufsätzen ist der Autor Robert J. G. Craig. Bei der Ausfiihrungsiorni nach den Fig. 11 und 12 werden die Trägheitsmomente der Kardanringe durch Einstellung der Axialstellung der Gegengewichte 240, 244 und 248 gesteuert, nämlich durch Drehen eines Gegengewichtes mit Hilfe eines Schraubenziehers.

In Fig. 13 ist ein Mehrfachsensor300zum Feststellen sowohl linearer Beschleunigungen als auch von

sor besitzt zwei Kardanfedergelenke. In den vorstehend beschriebenen Kreiseln weist jedes Kardanfedergelenk ein Rotorelernent auf, das auf lineare Beschleunigung nicht anspricht. Das Rotorelement kann auf lineare Beschleunigung ansprechend gemacht werden, indem es pendeiförmig ausgebildet wird, d. h. so ausgelegt wird, daß es eine Verschiebung des Massenmittelpunktes auf eine Seite der Befestigungsebene mit der Welle ausführen kann. Mehrfachsensoren sind in den US-Patentschriften 36 78 764 und 33 82 726 näher beschrieben. Der Mehrl'achsensor 300 weist zwei Kreiselgeräte auf, nämlich ein pendeiförmiges Kreiselgerät und ein nicht pendeiförmiges Kreiselgerät, die beide auf der gleichen Antriebswelle befestigt sind. Das pendeiförmige Kreiselgerät weist ein Kardanfedergelenk 10a auf, das identisch mit dem vorbeschriebenen Kardanfedergelenk 10 ist, dessen Schwerpunkt 301 jedoch auf einem Punkt längs der Achse der Antriebswelle 302 in einem Abstand vom Aufhängungsmittelpunkt 303a verschoben ist. Der Schwerpunkt des nicht pendeiförmigen Kreiselgerätes ist in der Aufhängungsmitte 303 des Kardanfedergelenkes 10 angeordnet, d. h., das nicht pendeiförmige Kreiselgerät weist ein Kardanfedergelenk 10 auf, das oben in Verbindung mit den F i g. 1 bis 5 beschrieben ist. Das pendeiförmige Kreiselgerät mißt sowohl die Winkel- als auch die linearen Beschleunigungen. Alle anderen Einstellungen der Gegengewichte des Kardanfedergelenkes 10a sind identisch mit den Einstellungen des Kardanfedergelenkes 10, wie vorstehend beschrieben. Das nicht pendeiförmige Kreiselgelenk mißt nur die Winkelverschiebungen. Das Signal, das nur Winkelverschiebungen darstellt, wird von dem Signal subtrahiert, das sowohl lineare Beschleunigungen als Winkelverschiebungen darstellt, wodurch ein Signal erzeugt wird, das ein Maß nur der Winkelverschiebungen ist und diese repräsentiert Der Mehrfachsensor nach Fig. 13 weist Schwungräder auf und ist im allgemeinen ähnlich dem Kreiselgerät nach Fig.5 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß er ein doppeltes Ende besitzt, d.h. zwei Schwungräder, zwei Sätze von Drehmomentgebern und zwei Sätze von Meßwertgebern usw. jedoch nur einen einzigen Antriebsmotor.

Ein pendeiförmiges Kreiselgerät am einen Ende eines Mehrfachsensors kann einfach dadurch erhalten werden, daß die Positionen der Rotorgewichte im Schwungrad (nicht gezeigt) eingestellt werden, und ferner bis zu einem gewissen Grad die Position der Gegengewichte des Kardanfedergelenkes 10a in Richtung der Spinachse der Antriebswelle 302 eingestellt

wird. Wenn beispielsweise alle Rotorgewichtc in axialer Richtung in Richtung der Spinachse versetzt sind, wird der Schwerpunkt von der AufhängungsmittR weg bewegt, wodurch das Kreiselgerät pendelförmig wird.

Der Mehrfachsensor 300 ist ein Gerät, das Winkelgeschwindigkeiten um jede von zwei empfindlichen Achsen wie auch eine lineare Beschleunigung längs derselben empfindlichen Achsen messen kann. Dies wird durch zwei Rotoren mit Schwungrädern 304 und 306 erreicht, die frei an einer einzigen motorgetriebenen Welle 302 aufgehängt sind, wobei einer abgeglichen ist und ein hohes Winkelmoment zur Messung von Geschwindigkeiten besitzt, während der andere pendelförmig ausgebildet ist, und ein geringes Winkelmoment zur Messung der Beschleunigung aufweist. Bei jedem Schwungrad sind die zugeordneten Meßwertgeber und Drehmomentgeber um zwei Hauptachsen empfindlich. Eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) kann clet. Die positiven Federkonstanten der Biegefedergelenke und die Gegenkräfte, die durch die Trägheitsmomente der Kardanringe dargestellt werden, welche effektiv negative Federkonstanten sind, bewirken eine gegenseitige Aufhebung nach dem Vorgang, der als »Abstimmung« des Kreisels bezeichnet worden ist.

Ein einstückiges Kardanfedergebnk kann aus eimern runden Stangenmaterial aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder anderem ähnlichem Material hoher Festigkeit hergestellt werden. Der Durchmesser der Stange wird natürlich nach dem Außendurchmesser des angetriebenen Elementes des Kardanfedergelenkes, mit dem ein Schwungrad befestigt wird, bestimmt.

Nach Fig. 14 und 15 wird ein Rohling 400 aus metallischem Material in Form einer kreisförmigen Scheibe aus dem Stangenmaterial abgeschnitten. Die Dicke des Rohlings bestimmt sich nach den Konstruktionsdaten für die letztliche Verwendung des Kardan-

Zür i^rZiCiüng viCr τ CrSiärKüMg uCi pwrci.Sci-rtüS^dngS-

signale und eine geschlossene zweiachsige Servoschleife für den BeSvhleunigerrotor verwendet werden. Drehmomentgeberströme, die außerhalb des Mehrfachsensors überwacht werden, stellen ein Maß für die Beschleunigungen dar.

Der Mehrfachsensor kann so aufgebaut sein, daß der Stator des Motors zwischen zwei Gehäusehälften eingeschlossen ist und die Teile miteinander verschweißt sind. Präzisionskugellager 310 nehmen die Welle 302 auf, die sowohl da^r Kreiselgerät als den Beschleunigungsmesser mit den Schwungrädern und dem Hysteresering 312 trägt. Mit jedem Rotorelement ist eine Platte 314, die einen Begrenzungsanschluß und einen dynamischen Abgleich bildet, befestigt, und die Platte läuft mit jedem Rotorelement um. Meßwertgeber und Drehmomentgeber (in Fig. 13 nicht gezeigt) sind direkt mit dem Gehäuse in der in F i g. 5 gezeigten Weise befestigt. Jedes Schwungrad kann Schraubeinstellungen für andere UngleichgewicHtsquellen, z. B. ein radiales Ungleichgewicht und ein Massenunglcichgewicht besitzen. Die Kardanringe weisen Schraubeinstellungen für die Resonanzfrequenz und die Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen bei der doppelten Spinfrequenz, sowohl in Translations- als auch in Rotationsrichtung auf. Abdeckungen 320 und 322 stellen eine Vakuumabdichtung und eine magnetische Abschirmung dar.

Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform mit zwei Kardansystemen erläutert und das Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Obgleich das Verfahren zur Herstellung des Kardanfedergelenkes für die nachstehend erörterte Ausführungsform beschrieben wird, kann dieses Verfahren auch auf die Herstellung der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 5, der Ausführungsform nacn den Fig. 11 und 12 und die Herstellungsform anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kardanfedergelenkes angewendet werden. Einige der nachstehend beschriebenen Verfahrensschritte sind wahlweise, und die Reihenfolge der verschiedenen Schritte kann geändert werden, ohne daß vom Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Die hier beschriebene Ausführungsform, die in den Fig. 14 bis 19 dargestellt ist, weist Biegefedergelenke auf, die in der Nähe des Umfanges des Rotorelementes angeordnet sind, damit die Dicke der abgesetzten Teile des Materials an den Biegefedergelenken leichter gemessen werden kann. Messungen dieser Dicken werden bei der Auslegung der positiven Federkonstante der Kardanverbindung für jeden Kardanring verwenmesser der Antriebswelle und die Größe des Schwungrades Haupifaktoren für die Bestimmung der Dicke und des Durchmessers des Rohlings 400, aus dem das Kardanfedergelenk hergestellt wird.

Ein Loch 402 mit einer Mittelachse 403, die parallel zur Mittelachse des zylindrisch geformten Rohlings 400 verläuft, wird durch den Rohling gebohrt. Der Durchmesser des Loches 402 wird so gewählt, daß der Rohling 400 später auf einer (nicht dargestellten) Antriebswelle mit vorgegebenem Durchmesser befestigtwerden kann.

Sehnenschlitze 404a. 404i>. 404c und 404c/, die als Aussparungen geringer Tiefe sichtbar sind, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt, werden in einem Abstand von 90° gegeneinander um die Mittenachse 403 herausgearbeitet, z. B. gefräst. Die vier Sehnenschlitze 404 ergeben planare Oberflächen, um das Bohren paralleler Löcher zu erleichtern.

Im Anschluß daran werden vier Paare von paralleien Löchern in den Bereichen der Sehnenschlitze des ι Rohlings 400 gebohrt. Ein Paar von Löchern 408 und 410 beläßt dazwischen einen Biegesteg 406 aus Material, der letztlich zwei in radialer Richtung getrennte Biegefedergelenke mit einer gemeinsamen Bie^eachse

407 bildet. Die Löcher 408 und 410 sind beispielsweise in , den Fig. 14 ut.d 15 in einer Ausführungsform mit zwei Kardanringen gezeigt. Die Mittenlinien zwischen, d. h. die Biegeachsen der verbleibenden drei Paare von parallelen Löchern sind vorzugsweise im gleichen Winkel um 90° um die Miitenachse 403 gegenüber der

ι Biegeachse 407 zwischen Löchern 408 und 410 versetzt. Die Mittenlinien aller acht einzelnen Löcher verlaufen in einer Ebene, die quer zur Achse 403 verläuft. Die Mittenlinie eines jeden einzelnen Loches eines jeden Paares von Löchern erstreckt sich im gleichen Abstand

i von der Biegeachse des Biegefedergelenkes. Beispielsweise liegen die Mittelpunkte 409 und 411 aller Löcher

408 und 410 in gleichen Abständen von der Biegeachse 407 des Biegefedergelenkes, das in Fig. 15 sichtbar ist. Die Querachse 412 verläuft senkrecht zur Biegeachse

ι 407. Jeder Biegesteg des Materials weist eine Längsachse auf, die senkrecht zur entsprechenden Biegeachse verläuft und parallel zur Rotationsachse 403, d. h. der Spinachse ist Beispielsweise besitzt der Biegesteg 406 eine Längsachse 413.

Jedes Paar von Löchern, z. B. die Löcher 408, 410, wird bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den Rohling 400 gebohrt, kann jedoch auch ganz durch den Rohling hindurchgebohrt werden. Wenn die Löcher vollständig

durch den Rohling hindurchgebohrt werden, wobei sie um 90° um die Mittenachse 403 versetzt sind, sind nur zwei Paare von Löchern erforderlich, damit die vier Biegestege erhalten werden. Die Tiefe der Löcher wird nach der jeweiligen Konstruktion gewählt, und die gewünschte Steifigkeit für das Biegefedergelenk ist ein Hauptmerkmal bei der Bestimmung der Tiefe, da die Tiefe wiederum Teil der radialen Dimension des Biegesteges ist.

Drei zusätzliche Biegestege 414, 416 und 418 (Fig. 14) sind identisch mit dem Biegesteg 406 und sind in der vorbeschriebenen Weise geformt. Jeder abgesetzte Teil des Materials, der in dieser Weise geformt ist, ivird später in zwei Biegefedergelenke durch Schnitte unterteilt, die mit einer Funkenerosionsmaschine geführt werden. Beispielsweise wird der Biegesteg 406 später in ein Biegefedergelenk geschnitten, das einen Kardanring mit dem antreibenden Element verbindet, und ein weiteres Biegefedergelenk. das den anderen Kardanring mit dem Rotorelement des Kardanfedergeienkes vorbindet.

Beirr, nächsten Verfahrensschriu werden acht Löcher 420,422, 424, 426, 428, 430, 432 und 434 im Rohling 400 gebohrt und Gewinde geschnitten. Der Mittelpunkt eines jeden dieser Löcher ist in gleichem Abstand von der Achse 403 angeordnet, und die Löcher weisen Mittellinien parallel zur Achse 403 auf. Der Zweck d'eser Löcher besteht darin, Gegengewichte aufzunehmen, deren Axialstellung einstellbar ist. wie oben erörtert. Die Lage der Löcher ist als Funktion der Konstruktion eines bestimmten, herzustellenden Ausführungsbeispiels ausgewählt.

Dann wird der Rohling 400 einer Wärmebehandlung ausgesetzt, uin seine Härte zu erhöhen.

Nach der bevorzugten Reihenfolge von Verfahrensschritten wird der Rohling 400 als nächstes exakt dimensioniert. Die zylindrische Oberfläche des Rohlings kann auf einen genauen Außendurchmesser geschliffen werden. Die Seiten des Rohlings können geläppt werden, so daß sie genau parallel verlaufen. Die Öffnung 402 kann auf einen genauen Innendurchmesser geschliffen werden, jedes Paar von Löchern zur Ausbildung eines Biegefedergelenkes kann geschliffen v.erden, damit das Biegefedf rgelenk. das hergestellt werden soll, exakter definiert wird. Beispielsweise können die Löcher 408 und 410 auf einen größeren Durchmesser und/oder die Löcher 408 und 410 so geschliffen werden, daß der Abstand zwischen ihren Mittenlinien 409 und 411 verringert wird.

Dann wird nach dem Funkenerosionsverfahren gearbeitet, damit zusätzlich Material von dem Rohling in Forn von Schnitten abgenommen wird.

Wie sich aus der detaillierten Beschreibung des Verfahrens und aus nachstehenden Ausführungen ergibt, umfaßt das Entfernen von Material vom Rohling 400 unter Verwendung eier Technik der Funkenerosion unterschiedliche Arten von Schritten. Bei einer derartigen Form eines Verfahrensschrittes wird das Abtrennen des Materials in der Weise vorgenommen, daß axiale Schlitze durch den Rohling 400 gelegt werden, der zu Beginn ein massiver Metallblock ist. Der Ausdruck »Schlitz« soll dabei einen Schnitt von einer Seite des Rohlings durch diesen hindurch zur anderen Seite bezeichnen. Zusätzlich schließen die Bearbeitungsschritte das Schneiden axialer Aussparungen mit ein, die, obgleich sie als Schlitze angesehen werden können, nicht ganz durch den Flohling hindurchgehen. Diese Aussparungen erstrecken sich nur teilweise in axialer Richtung in den Block von einer Seite aus. Andere Verfahrensschritte umfassen andere axiale Aussparungen, die sich ebenfalls nur teilweise in axialer Richtung in den Block 400 hinein erstrecken, jedoch von dei anderen Seite ausgehen. Bei wiederum anderer Schritten -rstrecken sich Aussparungen von dem Umfang in radialer Richtung nach innen in den Rohling 400.

Die Fig. 16, 17, 18 und 19 zeigen drei Ansichten des Aufbaues der Ausführungsform, die sich aus dem Rohling nach den F i g. 14 und 15 ergibt, indem Materia' unter Ausführung von Schnitten nach der Funkenero sionstechnik fortlaufend entfernt wird. Die Schlitze 433a, 4336, 433c und 433c/, die ganz durch den Rohlinf 400 gehen, werden mit Hilfe einer Elektrode einei Funkenerosionsmaschine hergestellt Die Aussparunger 435a und 4350 werden mit einer anderen Elektrodf ausgeführt Aus Fig. 16 ergibt sich, daß die Aussparun gen 435a und 4356 sich nicht ganz durch den Rohlinj 400 erstrecken. Die relative Tiefe bestimmter Schnitte die als »Aussparungen« bezeichnet werden, von der Endflächen sind in Fig. 17 dargestellt. Die Folge dei Ausführung der Schnitte läßt sich natürlich variieren Ferner ist es auch möglich, den Aufbau der Elektroder zu verändern. Beispielsweise können alle sechs Schnitte 433 und 435 mit einer einteiligen Elektrode vorgenom men werden. Die Seite des Rohlings 400, aus dei Aussparungen 43¹? geschnitten werden, d. h. die ir Fig. 16 sichtbare Seite, wird anschließend als die erst« Seite bezeichnet.

In Fig. 18 ist der Rohling umgedreht dargestellt, se daß er die Position einnimmt, in der Schnitte von dei entgegengesetzten Seite geführt werden, d. h. von dei Seite, die in F i g. 18 sichtbar ist, und die nachstehend al; die zweite Seite des Rohlings 400 bezeichnet wird Aussparungen 437a und 4376, die Aussparungen 435; und 4356 auf der ersten Seite entsprechen, werden se durchgeführt, daß sie sich teilweise durch den Rohlinj 400 in einer axialen Richtung erstrecken. Wi< dargestellt, können diese vier Aussparungen s( dargestellt werden, daß sie Verbindungskanäle zwi sehen Paaren der viertelkreisförmigen, ringförmiger Schlitze 433a-433c/bilden.

Schlitze 439,3. 4396, 439c und 439c/ weiden in Forn von vier identischen, in gleichem Winkel versetzter bogenförmigen Schlitzen durchgeführt, die ganz durcl den Rohling 400 in der axialen Richtung geschnittei sind und die konzentrisch mit den Schlitzen 43: angeordnet sind. Ähnlich geformte und angeordnet! Schlitze 441 a, 441 6. 441 cund 441 c/sind vollständig durcl den Rohling 400 in der axialen Richtung geschnitten um weisen konzentrische Wandungen in radialer Richtunf auf. Darüber hinaus sind im wesentlichen radia verlaufende Schlitze 443a, 4436, 443c, 445c/, 443c, 443i 443# und 443Λ ganz durch den Rohling 400 geschnitten und zwar von der einen zur anderen Seite. In der Praxi: wird die Gesamtheit der acht Schlitze 443 in einen einzigen Schneidschritt durch eine Elektrode de Funkenerosionsmaschine ausgebildet.

Dann wird der Rohling 400 wiederum mit der erstei Seite nach oben angeordnet, wie in F i g. 16 gezeigt, un< es werden vier radiale Aussparungen 445a, 4456, 445< und 445c/ teilweise durch den Rohling 400 in der axialei Richtung geschnitten. In ähnlicher Weise werden vie entsprechende Aussparungen 447a, 4476, 447cund 447« von der anderen, d. h. der zweiten Seite geschnitten, dii in Fig. 18 dargestellt ist. Die Aussparungen 441 entsprechen den Aussparungen 445, sind jedoch von dei

Aussparungen 445 im Winkel um 90° um die Achse 403 versetzt und liegen auf der entgegengesetzten Seite des Rohlings 400. Jede Aussparung 447, die sich nur zum Teil durch den Rohling 400 und in axialer Richtung erstreckt, verbindet einen Schlitz 443 mit einem Schlitz 439.

Dann werden Aussparungen in den Richtungen von Sehnen erstellt, die als Aussparungen 449 gezeigt sind und die auch teilweise durch den Rohling 400 in axialer Richtung und von der ersten Seite geführt werden (F i g. 16); durch diesen Schnitt werden zwei geringfügig unterschiedliche Formen von Aussparungen geschnitten, nämlich die Aussparungen 449a, 4496, 449c, 449c/ einer Form und Schlitze 449c, 449£ 449^ und 449Λ anderer Form.

Wie sich aus Fig. 18 ergibt, werden acht weitere Aussparungen 451a, 4516, 451c, 451c/, 45Ie, 451/, 45ig und 451 h entsprechend den Aussparungen 449a, 4496, 449c. 449c/, 449e, 449i 449^und 449Λ hergestellt, jedoch von der zweiten Seite des Rohlings 400 geschnitten und im Winkel um 90° gegenüber den Aussparungen 449 versetzt. Die Aussparung 451 ist auch von der Art eines Schlitzkanals, da sie nur teilweise in den Rohling 400 in axialer Richtung eindringt.

Weitere Aussparungen werden mit einer Elektrode von der ersten Seite (Fig. 16) geschnitten, diese Aussparungen sind die vier Schlitze 453a, 4536,453cund 453c/, die jeweils teilweise durch den den Rohling 400 in einer axialen Richtung verlaufen. Entsprechende Aussparungen 455a. 4550, 455c und 455c/ werden von der zweiten Seite des Rohlings (Fig. 18) geschnitten und sind im Winkel um 90° gegenüber den Aussparungen 453 versetzt. Die vier Aussparungen 455a, 4556, 455c und 455c/ sind nur teilweise durch den Rohling 400 in einer axialen Richtung geschnitten.

Dann wird der Rohling noch einmal gewendet und es werden zwei Aussparungen 457a und 4576 von der ersten Seite geschnitten, deren jede sich nur teilweise durch den Rohling 400 in einer axialen Richtung erstreckt. Dann werden entsprechende Aussparungen 459a und 4596 ähnlich den Aussparungen 457a und 4576 von der zweiten Seite des Rohlings geschnitten, die im Winkel um 90° um die Achse 403 in bezug auf die Aussparungen 457a und 4576 versetzt sind.

Vier radial verlaufende Schlitze 46Ia. 4616, 461c und 461c/werden ganz durch den Rohling 400 geschnitten und sind somit, wie alle Schlitze, in beiden Fig. 16 und 18 sichtbar, während jede der bisher erwähnten Aussparungen in nur einer dieser beiden Figuren sichtbar ist.

Der Rohling 400 ist nunmehr in einem Zustand, in welchem die Kardanringe durch Schlitze und Aussparungen voneinander getrennt sind, und /war beide von dem zentrischen Antriebselement 402 und beide von dem ringförmigen Rotorelement, mit Ausnahme der integralen Biegefedergelenke, die die verschiedenen Elemente miteinander verbinden, und mit Ausnahme des Materials an den Bereichen, in denen die Kardanringe einander kreuzen, d. h. übereinanderliegen.

Wenn integrale Anschläge, wie z. R. die Anschläge 88, 90 (Fig. 3) in der Konstruktion weggelassen werden, kann eine Anschlagplatte vorübergehend mit dem Rohling 400 befestigt werden, damit zu hohe Beanspruchungen während des Herstellvorganges vermieden werden, insbesondere während des Schrittes, bei dem die Kardanringe voneinander getrennt werden. Wenn integrale Anschläge zur Verhinderung übermäßig hoher Beanspruchungen verwendet werden, kann die Anschlagplatte entfallen.

Weiter oben wurde ausgeführt, daß die Isoelastizität der Aufhängung, die mit dem Kardanfedergelenk erzielt wird, ein erwünschtes Merkmal ist. So sollen die axialen und radialen Translationssteifigkeiten, d. h. die Nachgie-ϊ bigkeit des Hardanfedergelenkes soweit wie möglich gleich sein. Um diese Isoelastizität in axialen und radialen Richtungen zu erzielen, wird die Steifigkeit der gesamten Aufhängungsanordnung, die das Rotorelement mit dem Antriebselement koppelt, betrachtet Für

ι» die Kardanfedergelenke nach vorliegender Erfindung ist die Translationssteifigkeit üblicherweise größer in der axialen Richtung, d. h. längs der Rotationsachsen des antreibenden Elementes und des angetriebenen Elementes, nämlich des Rotorelementes. Deshalb kann die Aufhängungscharakteristik in axialer Richtung geschwächt werden, wodurch die axiale Steifigkeit so gewählt wird, daß sie der radialen Steifigr. .it gleich wird. Beispielsweise kann die axiale Steifigkeit durch Formung von Aussparungen in dem Abschnitt eines

:■' Kardanringes entweder entgegengesetzt zu einem rotorbezogenen oder entgegengesetzt zu einem wcllenbezogenen Biegefedergelenk geschwächt werden. Die Aussparungen 463a und 4636 (Fig. !6) schwächen die axiale Steifigkeit eines Kardanringes. Diese Aussparun-

j- gen werden von der ersten Seite des Rohlings 400 geformt und verlaufen teilweise durch den Rohling auf die Biegefedergelenke zu, die durch Biegestege 406 und 416 gebildet sind (vgl. Fig. 14). In ähnlicher Weise werden die Aussparungen 465a und 4656 in der zweiten

κ, Seite des Rohlings 400 geformt (Fig. 18). Die Aussparungen 465a und 4656 (Fig. 18) erstrecken sich in ähnlicher Weise von der zweiten Seite teilweise durch den Rohling und sind entgegengesetzt zu den Biegefedergelenken angeordnet, die durch Biegestege

r. 418 und 414 geformt sind. Die Aussparungen 463a und 4636 sowie die Aussparungen 465a und 4656 schwächen die Aufhängungscharakteristik in der axialen Richtung dadurch, daß die Steifigkeit der Verbindungen zwischen dem antreibenden Element und dem angetriebenen

■i'i Element verringert wird. Andererseits können andere Aussparungen verwendet werden, um die Translationssteifigkeit dieser Verbindungen zu schwächen.

Nach F i g. 3 können ähnliche schlitzförmige Schnitte, die Aussparungen ergeben, in den U-förmigen Ab-

>, schnitten der Kardanringe 18 und 20 durchgeführt werden, um die axiale Nachgiebigkeit der Aufhängungscharaktcristik zn schwächen. Ein derartiger Schlitzschnitt würde im mittleren Bereich des U-förmigen Teils entgegengesetzt zu den Biegefedergel ,iken 48, 52, 64

ν-, und 68 durchgeführt werden, um die Verbindung zum antreibenden Element 12 zu schwächen.

Die Größenabmessung der Aussparungen zur Erzielung der Isoelastizität kann nach bekannten Grundsätzen berechnet werden und kann empirisch bestimmt

r> werden, um die axiale Nachgiebigkeit so einzustellen, daß sie gleich der radialen Nachgiebigkeit des Universalgelenkes wird.

Die Schnitte zur Erzielung der Isoelastizität können durch Entfernen von Material vorgenommen werden.

ni. und zwar nach herkömmlichen ikarheitungsverfahren wie Bohren. Fräsen, i urikenerosionsbcarbcitung oder durch Anwendung der i.aserslrahltechnik.

l;i den Fij:. Ib und Ds ist gestrichelt die Form einer Elektrode gezeigt, νν··ηη sii· eine der vier Positionen

-■■. zum Schneiden von ■■ ·τ radialen Aussparungen 46/,j. 4676. 467c und 467i/ iirinimmt. Diese Aussparungen trennen die Kardanring voneinander. Fig. 19 zeigt eine solche Aussparung 467. Für ein Kardanfedcrpelenk

mit zwei Kardanringen werden vier Aussparungen in im gleichen Winkel versetzten Abständen um die Achse 403 geschnitten, um die Kardanringe voneinander zu trennen.

Die Fig. 16 und 18 zeigen gestrichelt die Tiefe der ϊ vier Schlitze 467a, 4676,467c und 467d Die Gestalt der Elektrode kann so gewählt sein, daß sie eine Säule beläßt, die gestrichelt in F i g. 16 und deutlich in F i g. 19 gezeigt ist Ein feiner Schlitz 469 wird dann mit einer dünnen Elektrode geschnitten, damit jede Säule in zwei Teile 466 und 468 getrennt wird, wobei jeder Teil einstückig mit einem anderen Kardanring ausgebildet und deshalb mit diesem starr befestigt ist. Die beiden radialen Schlitze, nämlich eine radiale Aussparung 467, die eine Säule beläßt, und der dünne, die Säule r> trennende Schlitz 469 werden in Intervallen von 90° um die Achse 403 wiederholt, wodurch die Ausbildung der beiden Kardanringe 470 und 472 beendet wird. Die Abgleicheinstellschrauben sind in den Fig. 16 und 18 nicht dargestelk.

Auf Grand der verschiedenen Schritte nach vorliegender Erfindung ist ein Kardanring 470, flexibel mit dem antreibenden Element 474 über zwei Biegefedergelenke, die kolineare, d. h. gemeinsame Biegeachsen aufweisen, und mit dem Rotor, d.h. dem antreibenden 2> Element 476 über zwei Biegegelenke, die ebenfalls gemeinsame Biegeachsen aufweisen, verbunden. In ähnlicher Weise ist der Kardanring 472 flexibel mit dem antreibenden Element 474 über zwei Biegefedergelenke mit gemeinsamen Biegeachsen, und mit dem Rotorele- so ment 476 über ζ vai Biegefedergelenke, die ebenfalls koinzidente Biegeachsen besitzen, verbunden. Die Biegefedergelenke sind gestrichel; in den Fig. 16 und 18 dargestellt.

Die bisher beschriebenen Ausfü ..rungsformen des π Kardanfedergelenkes nach vorliegender Erfindung besitzen jeweils eingebaute Biegefedergelenke mit Längsachsen, die etwa parallel zur Rotationsachse des antreibenden Elementes verlaufen, wenn das Rotorelement-Kardanfedergelenk die Nullposition einnimmt. Im Rahmen vorliegender Erfindung können jedoch die Mittenlinien eines jeden Paares von parallelen Löchern, die einen Biegesteg des Materials bilden, so positioniert sein, daß die Mittenlinien in axialer Richtung versetzt sind. Dann verlaufen die Mittenlinien in einer gemeinsa- r> men Ebene, die die Rotationsachse des antreibenden Elementes einschließt. Wenn die Mittenlinien eines jeden Paares von Löchern, die ein Biegefedergelenk bilden, in axialer Richtung versetzt sind, sind insbesondere die Biegeachsen aller Biegefedergelenke nach wie ίο vor in einer gemeinsamen Ebene quer zur Rotationsachse des antreibenden Elementes angeordnet Der abgesetzte Teil eines jeden Bjegefedergelenkes besitzt eine Längsachse, die in einer Ebene liegt, welche etwa senkrecht zur Rotationsachse des antreibenden Elementes verläuft, wenn das Kardanfedergelenk seine Nullposition einnimmt Dieses vierte Ausführungsbeispiel nach vorliegender Erfindung kann unter Anwendung von Techniken, die in vorliegender Anmeldung erläutert und in Verbindung mit der Ausfühmn^sform nach den Fig. 16 bis 19 beschrieben sind, hergestellt werden.

In Fig.20 ist herausgebrochen ein Kardanfedergelenk 500 gezeigt, bei dem die Längsachse eines jeden Biegefedergelenkes in einer Ebene etwa senkrecht zur Rotationsachse des Antriebselementes und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse des angetriebenen Elementes verläuft In F i g. 20 ist nur ein Biegefedergelenk dargestellt es kann aber jede der drei Ausführungsformen, die weiter oben beschrieben sind (und auch andere Ausführungsformen) mit Biegefedergelenken verseben werden, deren jedes die Orientierung in bezug auf die Spinachsen nach F i g. 20 besitzt

In Fig.20 weist ein Kardanfedergelenk 500 eine Antriebsrotationsachse 501 entsprechend der Achse 13 des Kardanfedergelenkes 10 nach Fig.! sowie eine angetriebene Rotationsachse 503 entsprechend der Achse 15 in Fig. 1 auf. Es ist ein Biegefedergelenk 504 gezeigt, das eine Biegefederachse 505 und eine Längsachse 507 definiert, die beide in einer Ebene etwa senkrecht zu den Achsen 501 und 503 liegen, wenn das Biegegelenk 504 seine Nullposition, d. h. seine nicht ausgelenkte Position einnimmt. Das Biegefedergelenk 504 wird in der Weise geformt, daß ein Paar von öffnungen 508 und 510 gebohrt oder in sonstiger Weise erstellt werden. Die Mittenlinien 509 und 511 sind gegenüber der Biegeachse 505 um einen gleichen Abstand versetzt, und sie verlaufen parallel zur Biegeachse 505. Das Biegefedergelenk 504 weist eine Querachse 513 parallel zu den Achsrn 501 und 503 auf, wenn das Rotorelement des Kardanfedergelenkes 500 die Nullposition einnimmt. Die Längsachsen des Kardanfedergelenkes, dessen Biegefedergelenke alle in bezug auf die angetriebenen und antreibenden Rotationsachsen in der in F i g. 20 gezeigten Weise orientiert sind. Hegen in einer gemeinsamen Ebene. Das bedeutet, daß die Längsachsen alle in einer Ebene senkrecht zu den angetriebenen und antreibenden Rotationsachsen liegen, wobei angenommen wird, daß die Mittenlinicn der öffnungen, die die Biegefedergelenke bilden, alle in einem Paar paralleler Ebenen liegen.

llicr/u 10 Uhitl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Karclanfedergelenk zur Verwendung als Aufhängung eines Schwingkreiselrotors mit einem drehbar antreibenden Element, einem angetriebenen Element mit wenigstens zwei zwischengeschalteten Kardanringen und mindestens acht Federelementen, wobei jeder zwischengeschaltete Kardanring durch wenigstens ein erstes Federelement mit dem antreibenden Element und über wenigstens ein weiteres, gegenüber dem ersten Federelement versetzt angeordnetes Federelement mit dem angetriebenen Element verbunden ist, so daß jeweils zwei Federelemente radial hintereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Biegeachse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kardanfedergelenk aus einem Rohling hergestellt ist, in den durch jeweils zwei parallel verlaufende radiale Bohrungen (30, 36) die jeweils radial hintereinander liegenden Ftderelemente (24, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68) als Biegestege gebildet und durch axiale und radiale Schlitze und Aussparungen das angetriebene (14), das antreibende (12) Element sowie die Kardanringe (18, 20) herausgearbeitet sind, so daß die Biegestege den gleichen Winkel zur Rotationsachse des antreibenden Elementes (12) einnehmen.

2. Kardanfedergelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Winkels null Winkelgrade beträgt, wobei alle Biegeebenen normalerweise die koinzidenten Rotationsachsen (13,15) einschießen.

3. Kardanfedergelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Große des Winkels 90 Winkelgrade beträgt, wobei alle Biegeebenen normalerweise eine gemeinsame Ebene einnehmen, die einen Winkel von 90 Winkelgraden mit den koinzidenten Rotationsachsen (13, 15) bildet (F ig. 29).

4. Kardanfedergelenk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kardanringe (206, 208, 210) über Doppelfederverbindungen (224, 228, 232; 212, 216, 220) mit dem antreibenden Element (202) und dem angetriebenen Element (204) verbunden sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kardanfeder· gelenkcs nach einem der Ansprüche 1 -4, bei dem für jedes zu bildende Federgelenk zwei benachbarte parallele Löcher in einen Rohling gebohrt werden, die durch einen ein Federgelenk bildenden Biegesteg voneinander getrennt sind, dessen Biegeachse parallel zu den zwei Löchern an der Stelle minimaler Dicke des Federgelenkes verläuft, und bei dem Schlitze und Aussparungen ausgebildet werden, die die Löcher so miteinander verbinden, daß die Schlitz-Loch-Verbindung die Kardanringe voneinander trennt, wobei die Schlitze unter Anwendung der Funkenerosionstechnik ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Rohling aus Metall in der Weise bearbeitet wird, daß durch axiale Schnitte das angetriebene, das antreibende Element sowie die Kardanringe als getrennte Körper so herausgearbeitet werden, daß die jeweils radial hintereinander liegenden Fedcrelcmente als Biegestege im gleichen Winkel zur Rotationsachse des antreibenden Elementes geformt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf Kardanfedergelenke und die Herstellung von Kardanfedergelenken, wie sie als kardanische Aufhängung für das Rotorelement eines Kreisels an einem antreibenden Element oder einer

ί Welle verwendet werden, und insbesondere auf ein Kardanfedergelenk zur Verwendung als Aufhängung eines Schwingrotorkreisels mit einem drehbar antreibenden Element, einem angetriebenen EJement mit wenigstens zwei zwischengeschalteten Karda-riringen und mindestens acht Federelementen, wobei jeder zwischengeschaltete Kardanring durch wenigstens ein erstes Federelement mit dem antreibenden Element und über wenigstens ein weiteres, gegenüber dem ersten Federelement versetzt angeordnetes Federelement mit

is dsm angetriebenen Element verbunden ist, so daß jeweils zwei Federelemente radial hintereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Biegeachse aufweisen.

Ein bekanntes Kardanfedergelenk dieser Art (US-PS

in 36 78 764) weist getrennt hergestellte Kardanringe und Torsionsstäbe auf, wobei die entsprechenden Torsionsachsen im Winkel in bezug aufeinander versetzt sind. Aus US 37 09 045 ist auch eine zweiteilige Aufhängung bekannt, bei der ein Paar von Kardanringen entspre-

>■> chende Torsionsachsen besitzt, die im Winkel gegeneinander versetzt sind.

Ein Beispiel für eine innere Gelenkeinheit, die mit einer äußeren Gelenkeinheit befestigt ist, ist der US 35 85 866 zu entnehmen. Hierbei sind zwei unterschied-

)o liehe Kardanringe mit einer Welle und mit einem Rotor symmetrisch und parallel befestigt, d. h„ die wellenbezogenen Torsionsachsen, nämlich die inneren kardanischen Achsen der Kardanringe, sind in bezug aufeinander ausgerichtet, und ebenso sind die rotorbezogenen

Γι Torsionsachsen, nämlich die äußeren kardanischen Achsen der Kardanringe in bezug aufeinander ausgerichtet. Die Ausdrücke »innere kardanische Achse« und »äußere kardanische Achse« sollen die Schwenkachsen bezeichnen, die die wellenbezogener, oder rotorbezogenen Schwenkverbindungen definieren.

Des weiteren ist ein einstückiges kardanisches Biegegelenk bekannt, das aus drei koaxialen Ringen besteht (DE-AS 19 47 893). Der mittlere Ring weist zwei Paare von sich diametral gegenüberliegenden Biegeste-

r> gen auf, und die Biegestege einer Kippachse werden in unterschiedlichem Drehsinn beansprucht; dabei kommt der Massenschwerpunkt in den geometrischen Mittelpunkt des Biegegelenkes zu liegen.

Bei anderen bekannten kardanischen Biegegelenken

!(.- (US 35 43 301) weist jedes der Biegegelenke ein Paar Federstreifen auf, die sich in der Biegeachsc kreuzen und sich über einen Trennspalt erstrecken, der in einem einstückigen Metallblock als Schlitz ausgebildet ist.

Der Zusammenbau von einzelnen Teilen zur Ausbil-

Vi dung der Biegeaufhängungen nach der bekannten Technik erfordert eine außergewöhnliche Präzision und sehr enge Toleranzen bei der Herstellung einer Aufhängungseinheit mit guten Betriebseigenschaften. Die Fehlausrichtung einer Achse oder mehrerer Achsen

mi einer Biegeaufhängung in einem Präzisionselement. /. B. einem Kreisel, ist eine der Ursachen von Ungenauigkeiten in der Arbeitsweise des Kreisels. Der Zusammenbau der einzelnen Teile, z. B. durch Schweißen, Löten usw., stellt eine störende Beeinflussung der Teile während des

hi Zusammenbaus und/oder eine Abweichung der Teile voneinander dar. Beispielsweise ist es bei Biegeaufhängungen der bekannten Art schwierig, in exakter Weise einen vorbestimmten Winkel zu erreichen, der zwischen