DE2525530C3

DE2525530C3 - Kardanfedergelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2525530C3
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: 1979-10-11
Also published as: BE828098A; GB1514227A; NL164370B; IL47076A0; NO142191C; CA1017159A; NO142191B; SE417238B; ES436841A1; AU7916275A; NL7507096A; SE7505261L; JPS6039963B2; IT1040744B; DK291275A; IL47076A; GB1514228A; CH591028A5; DE2525530B2; NL164370C

Description

entsprechenden Biegeachsen von Mehrfachkardanringen gebildet wird, gleichgültig, ob der Winkel 0°, 90" oder einen anderen Wert hat 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 and 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 SpeziaJisten, 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 '.öchern 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 werden, 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. An iiille 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 Biegefedergelenkes 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 Spinachsen zusammenfallen.

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 wird.

Wenn somit alle Teile aus einem einzigen Metallblock herausgearbeitet v/erden können, und zwar in einer Weise, die vergleichbar ist mit der Arbeit eines Bildhauers, so daß nur die Verbindung in Form von Biegefedergelenken verbleiben, mac^h' ein derartiges neues Verfahren alle anschließenden Montageschritte überflüssig.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispialen erläutert. Es zeigt

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

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Ausführungsform nach Fig. 1,

F i g. 3 eine auseinandergezogene Darstellung des Kardanfedergelenkes nach den Fig.! und 2,

F i g. 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,

F i g. 5 eine Querschnittsansicht eines Kreiselgerätes mit r"?r Ausführungsform nach den Fig. 1—4,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht der Grundelemente eines idealen Kreiselgerätes nach der Theorie bekannter Kreiselgeräte,

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

Fig. 11 und 12 Aufsichten auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit drei Kardanringen, mit unterschiedlichen Blickrichtungen,

F i g. 1IA - 1IE Teilschnittansichten längs der Linien lla-H/inFig.ll,

F i g. 13 eine Schnittansicht eines Mehrfachgebers aus zwei Kreiselgeräten, wobei der Masseniiittelpuiikt eines der Kreiselgeräte verschoben ist und wobei beide Kreiselgeräte das Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung aufweisen,

Fig. 14 eine Au',icht auf eine teilweise vervollständigte weitere Ausführungsform der Erfindung, zum Teil im Schnitt,

F i g. 15 eine Seitenanischt der Ausführungslorm nach Fig. 14,

Fig. 16 eine Aufsicht auf eine Seite der vervollständigten Ausführungsfurm des Kardanfedergelenkes nach den Fig. 14und 15,

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

vervollständigten Ausführungsform des Kardanfeder gelenkes nach den F i g. 14 und I 5.

Fig. 19 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 16 längs der Linie 19-19 in Fig. 18 und

F i g. 20 eine Seitenansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Kardanfedergelenkes nach der Erfindung dargestellt, bei der nur die Grundelemente eines Kreiselgerätes gezeigt sind. Das Kardanfedergelenk 10 weist zwei Kardanringe 18 und 20 auf; der Schwerpunkt eines jeden dieser Kardanringe liegt im Mittelpunkt der Aufhängung der Kardanringe. Das Kardanfcdcrgetenk 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 und eine Vielzahl von Biegefedergelenken besitzen, 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 Rotorelementes 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 beaufschlagt wird. Wenn das Rotorelement 14 seine Nullstellung nach Fig. 1 einnimmt, verläuft die Rotorachse 15 parallel zur Antriebsachse 13 bzw. fällt mit ihr zusammen. Das Antriebselement 12 besitzt eine Bohrung 22 zur Aufnahme der Antriebswelle 104. Die Ausführungsform nach Fig. 1 wird nach dem nachste-

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Herstellung d js bevorzugten Ausführungsbeispiels nach den Fig. 14- 19 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 werden können, die durch eine Vielzahl von Biegefedergelenken verbunden sind, welche durch Bohren von Löchern erstellt werden.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind eine Vielzahl von Biegefedergelenken 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 verstehen, daß sie den reziproken Wert der Steifheit eines Biegefedergelenkes angeben. Kardanringe 18 und 20 isolieren das Rotorelement 14 im wesentlichen gegenüber Winkelbewegungen 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 charakteristischen 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. November 1965,Seiten 151 - 156, beschrieben.

Die Ausführungsform mit zwei Kardanringen nach Fig. I weist insgesamt acht derartige Biegefedergclen ke zur Aufhängung des Rotors, der das angetriebene Element 14 ist, an dem antreibenden Element 12 über einen Kardanring 18 und einen Kardanring 20 auf. Jeder Kardanring ist mit dem antreibenden Element 12 über ein Paar von Biegefedergelenken, die parallele Biege achsen, bzw. eine gemeinsame Biegeachse, da die beider Achsen zusammenfallen, aufweisen, und mit einerr Rotorelement über ein weiteres Paar von Biegefederge lenken, die zusammenfallende oder parallele Biegeach sen bilden, verbunden. Bei den meisten hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die Längsachsen der Biegefedergeienke etwa paralle zueinander und zu den zusammenfallenden Rotationsachsen des antreibenden und des angetriebenen Elementes, wenn das Kardanfedergelenk die Nullstellung einnimmt. Die Nullstellung wird weiter unten in 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 nacr den F i g. 1 und 3 werden weiter unten erörtert.

F i g. 2 ist eine Seitenansicht eines herausgeschnitte 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-Biegefedergelenk 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 Rotorelement 14 befindet Das Biegefedergelenk 24 weist eine 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 F i g. 2 orientiert ist. Das Biegefedergelenk 24 isi 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, welche beide senkrecht zur Biegeachse 25 verlaufen. In der Nullstellung des Kardanfedergelen

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parallel zur Antriebsachse 13 und zur Rotorachse 15 Die Nullposition ist als die Gleichgewichtspositior definiert, die bei Fehlen einer Winkelverschiebung zwischen den Achsen 13 und 15 vorhanden ist.

Die Achsen 13 und 15 sind somit nur in dei Nullstellung parallel bzw. fallen in der Nullstellung zusammen. Beim Kreiselbetrieb ist die Nullstellung ir Abhängigkeit von der Beendigung von Winklige schwindigkeitseingängen um empfindliche Achsen ge geben. Die verschiedenen Aiisführungsformen sind ir der Zeichnung in Nullstellung dargestellt.

Die Querachse des Biegefedergelenkes verläufi senkrecht zur Biegeachse und liegt in einer Ebene, die durch die Biegeachse und durch eine der unendlich vielen kürzesten Linien von einem Punkt auf einet Oberfläche zu einem Punkt auf der anderen Oberfläche des Biegefedergelenkes definiert ist. Mit anderer Worten heißt dies, daß eine solche Linie sich von einerr Punkt auf einer Oberfläche des Biegefedergelenkes 2Ί zu einem Punkt auf der anderen Oberfläche de« Biegefedergelenkes erstreckt, wenn das Biegefederge lenk eine minimale Dicke aufweist. Die Längsachse 27 des Bie^tTefeder^tTe!enkes 24 verläuft senkrecht zlü Biegeachse 25 und zur Querachse 26. Der Ausdruck »Längsachse« eines Biegefedergelenkes, wie er zui Beschreibung der Ausführungsformen nach der

Ii g. 1 - 19 verwendet v/ird, bedeutet dabei eine Achse, die auch der folgenden Bedingung genügt: Die Längsachse liegt in der Biegeebene die die Ebene ist. die durch die Biegeachse des Biegefedcrgelenkes und die zusammenfallenden Rotationsachsen des antreibenden und des nngetriebenen Elementes definiert ist. Beispielsweise ist in den F-" i g. 2 und 3 die Längsachse 27 nur eine der unendlich vielen Linien, die in einer Ebene liegen, welche durch die zusammenfallenden Rotationsachsen 13 und 15 und die liiegeachse 25 definiert sind, und zusätzlich verläuft die Längsachse 27 parallel zu den Achsen 13 und 15, die die Ruhestellung einnehmen und damit zusammenfallen bzw. parallel sind.

Ein Sehnenschnitt 21! ist eine ebene Oberfläche, die durch eine flache Aussparung an der Oberfläche des Rolorelemcntes 14 ausgebildet ist, um die Ausbildung von Öffnungen in der zylindrischen Oberfläche des Rotorelementes 14 zu erleichtern. Ein Biegefedergelenk 24 wird durch Paare von parallelen Öffnungen oder Bohrungen 30,36 gebildet, die Mittenlinien oder Achsen 31, 37 aufweisen, welche parallel zur Biegeachse 25 "erlaufen und welche in gleicher Weise mit gleichen Abständen 41, 35 von der Längsachse 27 versetzt sind, wie die F i g. 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 Abstand 41 ist in der Größe gleich dem Abstand 35, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Somit ist die Seitenansicht des Biegefedergelcnkes 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 /AUMdIlU. UCI dlS ruilivuutl UCI

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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 F i g. 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 Fig. 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 Kardanring, das Spiegelbild des anderen, und sie sind um 90" um die Achsen 13 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. 13ie Querebenen 21 und 23 sind in den F-" i g. 1 und 2 gezeigt.

Nachstehend werden die acht Biegefedergelenke betrachtet, die Schwenkverbindungen zwischen dem Rotorelement 14 und de,ι Kardanringen 18 und 20 sowie zwischen den Kardanringen 18 und 20 und dem antreibenden Element 12 darstellen. Jedes dieser acht Biegefedergelenke weist einen abgesetzten Teil zwischen einem Paar paralleler Öffnungen auf, wie dies weiter oben in Verbindung mit F i g. 2 erörtert worden ist. Aus F i g. 3 ergibt sich, daß das Biegeledcrgeienk 24 sich in radialer Richtung nach innen hinter dem Sehnenschlitz 28 erstreckt und das Rotorelement 14 mit dem Kardanring 20 verbindet. Das entgegengesetzt angeordnete Biegefedergelenk 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

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 Biegefedergeienk 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 Ausführungsform 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 Rotorelement 14 verbindet. Die Biegeachsen 57 mit den Spinauiisen 13, 15 bilden. Bei der Orientierung nach der Darstellung nach F i g. 3 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 27,13 und 15 darstellt.

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, jede 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 liegeHc Anschläge 88, 90,92, 98 dargestellt, die einteilig mit den Kardanringen 18 und 20 ausgebildet sind. Es sind

beneinander

gg

lenke 56 und 60 bilden eine rotorbezogene Gelenkverbindung 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, fit RS linrl fiQ Πργ Ii arn.inrincj IB is» Sn aiKcrphildpt Haß

er ein Spiegelbild des Kardanringes 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 von Torsionssüben vor. Darüber hinaus sieht die Erfindung vor, daß die Biegeebenen alle einen Winkel gleicher Größe einteiligen Anschlägen vorgesehen, die die Freiheit der Winkelverschiebung des Rotorelementes 14 relativ zum Antriebselement 12 begrenzen. In der perspektivischen Darstellung nach F i 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 Gelenke? möglich ist. Die Anschläge werden nicht benötigt, um die 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 Winke! 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 Fig.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 F i g. 5 besitzt eine Antriebsv.elle 104, ein Kardanfedergelenk 10 und ein

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

Das Arbeitsprinzip des Kreiselgerätes 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.

diesen Spulen der Elektromagnete sind die beiden Spulen 116a und 116b 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 ein Drehmoment um eine durch den Magneten 115 und den diametral gegenüberliegend angeordneten Magneten gehende Achse aufzugeben, werden diese beide.■ 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

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ringe in Abhängigkeit von einer Abstimmgleichung eingestellt .-:'ird, 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 Strahlrngsempfindlichkeit, der Strömungsmittelschichtbildung, Kardandrehlagern u. dgl. auftreten, wie sie allen strömungsmittelgefüllten Kreiselgeräten gemeinsam sind.

Aus Fig. 1 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 Tei! des empfindlichen Elementes und haben deshalb keinen 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 Kondensaterpaare 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 Wirbeistromdrehmomentes auf das Schwungrad 106 ist in F i g. 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. V,-λ Der Spinmotor kann ein Dreiphasen-Hysterese-Synchronmotcr 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. einer, Hysteresering 118 und einen Steg 119 auf.

Die Schütze '.inrj Aussparungen zwischen Hpn heiripn

Kardanringen, das Antriebselement im Mittelpunkt und das ringförmige angetriebene Element, wie sie in Fig. 1 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 Grundkonzept zeigt, kann ein Rotorelement sein, das in einem Vakuum eine Spinbewegung ausführt und das mit einer Welle durch ein unendlich nachgiebiges Gelenk befestigt ist. welches einen Wellenabsatz aufweist, wie schematisch in F i g. 6 dargestellt. Ein derartiges Gelenk ist als unendlich schwach in bezug auf Biegung anzuseilen. Das die abgesetzte Welle als unendlich nachgiebig anzusehen ist, kann sie 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 Trägheitsraum bleibt. Das ideale Kreiselgerät würde die Steifheit Null haben. Wenn beispielsweise das Rotorelement eines idealen. zweiachsigen Kreiselgerätes mit abgestimmtem Rotor 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 abzustützen. Es sei davon ausgegangen, daß die angesetzte Welle des idealen Kxeiselgerätes zuerst durch ein einstückiges Kardanfedergelenk mit wenigstens einem Paar von Kardanri.igen 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. ohne Translationsfreiheit abgestützt ist. Um Unsicherheiten in fehlerhaften Drehmomenten zu vermeiden, müssen die Schwenkverbindungen in den Kardanfedergelenken im wesentlichen reibungsfrei sein. Derartige Schwenkverbindungen werden durch Verwendung elastischer Biegefedergelenke erzielt, die biegeempfindlich sind, anstatt herkömmliche Lager verwenden. Das praktische Gerät kann jedoch noch Fehlerdrehmomente zeigen, die bewirken würden, daß ein Rotor sich selbst mit der Wellenachse ausrichtet, wenn er vorher gegenüber der Wellenachse der Drehung verschoben worden ist.

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

Eine derartige Fehlausrichtung tritt beispielsweise auf, wenn keine Versetzung in den Abgriffen verwendet wid. 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. Da ein Kardanring 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 Rotorelement ergeben einen Kompensationsmecha/iismus. Mathematisch sind diese Drehmomente der Kardanringe identisch mit einer negativen phasengleichcn Steifheit. Sie können so eingestellt werden, daß das Rotorelement eine Präzessionsbewegung in einem Konus ausführt, jedoch in entgegengesetzter Richtung zur Präzessionsbewegung, die durch die Biegewirkung der Biegefcdergelenke erzeugt wird. Eine Einstellung der kardänischen negativen Steifheit zur Aufhebung der positiven Torsions-Federsteifheit bei einer bestimmten Spingeschwindigkeit des Rotors ist als »Abstimmen« des Krcisclgcrätes bekannt. Die Bedingungen für die Abstimmung eines lagerfreien Krciselgcrätcs mit einem einzigen, zwisthengesehallcten Kardanring, der /wischen einem Rotor und einer Welle aufgehängt ist. sind in einem Aufsatz »Dynamically Tuned Frei· Rotor Gyroscope«, erschienen in Control Engineering. |uni 1964, Seiten 67-72 beschrieben.

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

Dynamische Steifheit für

jeden Kardanring = ΙΨ (C-A-B)

wobei N = die Spinfrequenz und A, B und C = die 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 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 Federkonstanten der einzelnen Biegefedergelenke vorzugsweise einander innerhalb einer Genauigkeit von etwa 5% angepaßt, und die effektive Höhe eines jeden Kardanringes wird mit Hilfe von Einsteilschrauben eingestellt, so daß die gesamte Steifheit bzw. Federkonstante im wesentlichen Null ist

Für ein Kreiselgerät im freien Betrieb (nicht gefesselt) bewirkt eine direkte, d. h. phasengleiche, nutzbare Steifheit bzw. Fede· konstante eine Nutation des Rotors (eine langsame Konusbewegung) direkt proportional 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 Aufhängung 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 fährt fort, eine Präzessionsbewegung in einem Konus um die Wellenachse durchzuführen.

Die Größe der gleichphasigen Steifheit bzw. Federkonstante für Verstimmungsbedingungen ist:

Θ/Θ = [AN)ZF_n,

wobei ΔΝ die Differenz zwischen der abgestimmten Frequenz und der tatsächlichen Spinfrequenz und F_n, die Güteziffer ist. F_n, für ein bestimmtes Gerät ist gleich HN/Kt, wobei H das Winkelmoment des Rotors, /VdIe Spinfrequenz und Kτ die Summe aller Federkonstanten der Gelenkaufhängung ist. Eine nutzbare, gleichphasige Federkonstante aufgrund der Verstimmung wird dadurch eliminiert, daß die Trägkeitsmomente der Kardanringe in der weiter unten angegebenen Weise eingestellt werden. Das Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung kann in einem Kreisel verwen-Hpt werden, der weitgehend Fehlerdrehmomcnte eliminiert, die aufgrund der Gleichrichtung von Vibrationen stehen, welche bei einer Frequenz auftreten, die gleich der doppelten Spinfrequenz des Rotorelemcntes ist. Derartige gleichgerichtete Fchlcrdrehmomente können auch weitgehend dadurch eliminiert werden, daß die Trägheitsmomente der Karclanringe eingestellt werden. Kugellager, die zur Lagerung der Welle verwendet wurden, ergeben Vibrationen mn Harmonischen tier Spinircqucn/. Wenn keine kompen

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 Biegafedergelenken längs der anderen Achse des Kardanringes sind. Wenn das Kreiselgerät einer Winkelvibration ausgesetzt wird, müssen tue 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 2N, d. h. beim Doppelten der Spinfrequenz. im schlimmsten Fan 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.

Dia 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 wellenbezogene 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 r<otorelemeni wechselweise mit hohen gyroskopischen Drehmomenten beaufschlagt, wenn die Eingabcgeschwindigkeit 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 Rolor 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 gill nicht für Winkclvibnitionseingabcn bei der doppelten .Spinfrequenz. und nur bei dieser Frequenz, l'.ine Analyse hat jedoch ergeben, dal.! dieser (ileichi k'liiunj.'Ni'flck! von ilen Drehmomenten aufgehoben wird, dir dem Rolorclcmenl durch einen in geeigneter Weise angepaßten zweiten Kardanring aulpegeheri werden, der rechtwinklig zu dem ersten helcslij-'t ist. odei durch zueile und dritte Knrdiinringe. ilic im i'ii'H hen Winkel um die Spinachse \oti 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

in der Drehmomente aufgrund von Vibrationen um gehäusebezogene Eingabeachsen bei doppelter Spinfrequenz ergeben. Jeder Jer Kardanringe richtet eine 2A/-Vibration gleich, die Gleichrichtungsdrehmomente sind jedoch gleich und entgegengesetzt gerichtet,

ι; vorausgesetzt, daß die Kardanringe für diese charakteristische Eigenschaft sorgfältig angepaßt sind. Die Anpassung wird mit den gleichen Abgleichgew-chten erzielt, die zur Abstimmung des Kreisels auf die Null-Federkonstante bei der Betriebsfrequenz verwen-

Jn det werden.

Nachstehend wird auf die Lehre nach der US 36 78 764 eingegangen und es werden die Bewegungsgleichungen eines solchen Kreisels, die Abstimmbedingungen und die Bedingungen für die Unterdrückung von

r. Fehlern, die durch aufgebrachte Drehmomente mit der Frequenz 2/Vauftreten. erläutert.

In Fig. 7 ist ein vereinfachtes Diagramm des Rotors 120, der Welle 122 und des Kardanringes 124 dargestellt, wobei zur Vereinfachung der Erläuterung und Darstel-

«I lung 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 dargesiellt, die die Erläuterung vereinfachen und die zu

r. vereinfachten Gleichungen führen. Die Koordinatenachsen sind wie folgt definiert:

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

in In der drehbaren Welle 122 ist ein rechtsdrehender Satz von orthogonalen Koordinatenachsen x, y, ζ definiert, wobei die Koordinate ζ mit der Koordinate Z des gehäusebezogenen Satzes von Koordinaten X. Y, Z zusammenfällt. Die x-, »-Koordinaten laufen mit der

i"· Welle 122 um und legen eine Ebene fest, die rechtwinklig zur Antriebswellenachse fliegt.

Ein rechtsdrehender orthogonaler Satz von Koordinaten Ai. _>i. Zi ist in dem Kardanelement 124 definiert, wobei die V|-Achse mit der .v-Achse de¹" Welle 122

·" zusammenfällt, wie insbesondere in F i g. 7 gezeigt.

Ein ^reehtsdrehcndcr orthogonaler Satz von Koordinaten Aj₁ )2, Zi ist in dem Kardanelcment 126 definiert, wie insbesondere in F i g. 8 gezeigt, wobei die »'2-Achsc mit der ν-Achse der Welle 122 zusammenfällt.

Ein rechtsdrehendes orthogonales System von Koordinaten x'.y'. /'ist. wie insbesondere in den F i g. 7 und 8 gezeigt, auf dem Rotor 120 definiert, wobei die λ '-Achse mit der xrAchse zusammenfällt. Die v'Achse fällt mit der.n-Achse zusammen.

'■" Die Fedcrkonslantcn der Federn, die die Welle 122 und den Kardanring 124 lungs der v, Xi-Achsen verbinden, sind mit λ",, und K",\ bezeichnet. Die Federkonstanten der ledern, die die Welle 122 und den Kardanring 126 längs der \>-, »-Achsen verbinden, sind mil Λ", .· und K'\ , bezeichnet. Die Federkonstanten der Federn, die den kardanring 124 mit dem Rolor 120 lang·- der 1, Achse verbinden, sind nut K\\ und K'\\ bezeichnet Die 1 cderkoiistanlen der Federn, die das

Kardanelement 126 und den Rotor 120 längs der ATi-Achse verbinden, sind mit K'«2und K'\2bezeichnet.

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

K_x — K_xi + K_xi + K _vi ~~t~ K _x 2

K y = Λ yl "ι" K J, J -(" Λ- y2 4" Λ. J. 1

(I)

Der Dämpfungskoeffizient D₁1 ist für den Kardanring 124 für die Drehung um die Xi-Achse definiert. Der Dämpfungskoeffizient D_y\ ist für den Kardanring 124 für die Drehung um die y,-Achse definiert In ähnlicher Weise sind die Dämpfungskoeffizienten D₁₂ und D_yi für den Kardanring 126 für die Drehung um die xi- und die yrAchsen definiert In den folgenden Gleichungen ist angenommen, daß die Dämpfungskoeffizienten Null sind. Die Wirkung eines Dämpfungskoeffizienten besteht darin, iie Zeitkonstante der Einrichtung zu verkürzen. Der Wert des Dämpfungskoeffizienten muß somit klein genug gehalten werden, damit er nicht die Arbeitsweise der Einrichtung beeinflußt.

Die Hauptträgheitsmomente für den Kardanring 124 sind mit A\, B\, C₁ um die x\-,y\-, Zi-Achsen definiert. Die Hauptträgheitsmomente für den Kardanring 126 sind als A₁, B₂, d um die xj-, y₂-, Z₂-Achsen definiert. Wegen der Symmetrie der Kardanringe 124 und 126 und des Rotors 120 sind die Produkte der Trägheitsmomente Null.

Die Hauptträ>hcitsmomente 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, ζ zum Zweck der Erläuterung der Auflösung von Winkeln, Winkelgeschwindigkeiten und Drehmomenteii zeigen, die um die gehäusebezogenen Achsen X, Y\n die rotorbezogenen Achsen x, y, ζ aufgegeben werden. Die Winkelgeschwindigkeit der Welle ist die Spinfrequenz .V. Die 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 Φχ\χηά Φ γ können dann in Winkelgeschwindigkeiten um die gehäusebezogenen Achsen *, 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 Drehmoment in Komponenten Μχ und My um die X- und K-Achsen aufgelöst werden. Die Μχ- und Ai>~Komponenten können um die gehäusebezogenen Achsen .vund y aufgelöst werden.

Die Spinachse z' des Rotors 120 muß nicht notwendigerweise mit den Achsen ζ und Z zusammenfallen. Der Rotor 120 kann als im Winkel relativ zur Welle 122 um die x- und j-Achsen versetzt betrachtet werden. Die Wink-'.-lverschiebungen des Rotors 120 relativ zur Welle 122 um die x- und y-Achsen der Welle 122 sind mit 6_Tund 0_>bezeichnet.

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

(A + A_x)O_x + [K_x+ N²[C + C₁-B-O₁)] O_x

+ N(C - A - B)C)₁. = -(/)+ A₁ )['Λ_Λ cos /Vi + '/',.sin Nt']

t N(C + C₁ + A-B ¥ /I₁ - ß,)[0_vsin Nt - '/»,-cos M]

+ Λ/.vCosM + .V/,.sinM

und

(B + A₁)O', + LX₁. + N¹ (C VC₂-A- B₂(JO₁.

- ,V(C - A - B)O_x = \ (H H /l₂)['/i_iVsin Nt - '/', cos M] + /V(C + C₁ )- B - /1 t- ,:_, - B₂)[<h_xcos Nt + Φ_γϋ'ιη Nt]

- Λ/ γ sin Nt + Λ/jXos /Vi

Aus diesen Gleichungen ergibt sich, daß dann, wenn die Federkonstanten und die Trägheitsmomente eingestellt sind, der Rotor 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 Einstellungen sind:

IJ =

K- N²{A + B-C)
für die Gleichriclitungsunterdrückung, und

j -

N¹

-[A + B C) I (,-I f- B -C) I + ( IAC + N² U)²
N⁴[A + B-C)¹

für eine perfekte Abstimmung, wobei

J= 1 2[1/1, + B₂- C₁) V
IJ = I 2[l/l, V Ii, Q

K - I 2[K, t M₁.1
IK = I 2[K_x - K₁.1

1 B₁ -C₁)]
i t B₁ - C₁)]

Deshalb lassen sich die Gleichungen (3) und (4) in guter Annäherung reduzieren auf:

und /V gleich der Winkelgeschwindigkeit der Welle 122 in Dogenwinkel:see. ist.

liir ein praktisches Gerät gill

IK K r I und ( I · /i C) -· J I¹Jl

J = Kz/V' .

(10)

(Ml

l-.ine Umstellung der Gleichungen (10) und (II) und ein Hrsatz der Gleichungen (5). (6). (7) und (K) ergibt die folgenden Gleichungen:

(K, K₁.)= N-(A₁ I Ii, C,

B₁ 1 C₁) 112)

Tür eine I/V-Gleichrichlungsunterdrückung, und
(K_x + K_y)= N¹IA, + A₁ + 0, +B₂-C₁-C₂). (13)

Durch Addieren der Gleichungen il2) und (13) ergibt sich

K_x =

B₂-C₂)

1141

und durch Subtrahieren der Gleichungen (12) und(l3| die Gleichung

K= N¹IA₁ + S₁-C₁).

(15)

Für einen gegebenen Satz von Federn mit Federkonstanten K_x 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-2N-Gleichrichtung erzielt wird.

Wird die vorstehende Analyse bei einer praktischen Ausführungsform angewendet, kann der Rotor 120 als das dynamische Äquivalent des Rotorelementes 14 und des Schwungrades 106 angesehen werden. In ahnlicher 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 das 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 zv halten.

Eine weitere grundsätzliche Auswahl bei der Konstruktion und der Herstellung eines Kreisels mit dem Kardanfedergelenk nach vorliegender Erfindung ist die Auswahl der Spindreh/ahl des Motors, der die Welle und das Schwungrad antreibt. Die Auswahl einer Spindrehzahl ist auf sppzifische 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 ausgewäiilt 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 Glsichrichtung von Vibrationen der Welle erzeugt werden, welche bei der doppelten Spinfrequenz auftreten, zu erzielen. Die Bedingungen, um eine einwandfreie Abstimmung und auch eine Null-2A/-Gleichrichtung 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 Eingangsadisen gleichzeitig wirksam werden. Beispielsweise ergibt sich eine gleiche Elastin.it der Aufhängung dadurch, daß die U-förmigen Abschnitte Jer Kardanringe 18 und 20 (F i g. 3) so dick gewählt werden, daß die axiale Nachgiebigkeit gleich der radialen Nachgiebigkeit wird.

Nac!. dem nächsten Konstruktionsparameter ist der Schwerpunkt der Kardanringe vorzugsweise der Aufhängungsmittelpunkt des Kardanfedergelenkes. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, trägt das Kardanfedergelenk zum Massenungleichgewicht der Spir.achse und zu einem radialen Ungleichgewicht des kombinierten Kardanfedergelenkes und des Schwungradsystems bei, wobei das Schwungrad als in radialer und in axialer Richtung abgeglichen angenommer, 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 Aufhär.gungsmittelpunkt mit sehr engen Toleranzen unter Verwendung üblicher Bearbeitungstechniken erzielt werden. Bei der Ausführungsform des Kardanfedergelenkes nach den F i g. 1 bis 5 wird der Massenmittelpunkt durch eine symmetrische Konstruktion erreicht und kann in axialer Richtung mit Hilfe von Kardan^egengewichten 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 versetzt. Beispielsweise sind die koinzidenten Biegeachsen 49 und 53 der rotorbezog=- nen Biegefedergelenke 48 und 52 in Fig. 3, die eine ^iegiachse, nämlich die innere Kardanachse des Kardanringes 20 definieren, vorzugsweise 90° gegenüber den koinzioenten Biegeachsen 65 und 69 der rotorbezogenen Biegefedergelenke 64 und 68, die die innere Kardanachse des Kardanfedergelenkes 18 definieren, vernetzt. Die Einfachheit der Erzielung dieses Konstruktionsparameters ist ebenfalls einer der Hauptvorteiie des Kardanfedergelenkes nach vorlie= gender Erfindung. Weil das Kardanfedergeienk aus einem einzigen Stück Material hergestellt ist. kann die Winkelversetzung der Biegeachsen exakt mit herkömmlichen Bea-beitungstechniken vorgenommen werden. Eine Abweichung von der rechtwinkligen Zuordnung zwischen der Biegeachse eines Kardanringes relativ zur Biegeachse des anderen Kardanringes

ergibt einen Effekt, der als Winkel- oder Rotationsver Schiebung um 90" für Vibrationen bei der doppelten Spinfrequcn/ bekannt ist. Dieser !Effekt ist eine Vorspannversehiebung, die bei Winkclvibralionen der doppelten Spinfrequen/ auftritt, welche durch Einstel hingen von Trägermomenten allein nicht vollständig beseitigt werden können. Das Drehmoment wird als um 90" versetzt bezeichnet, weil es um 90" gegenüber dem 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 /wischen den Fiefestigungsachseri der Kardanring«: auf.

Hei einem weiteren Konstruktionsparameter schnei den sich die Biegeachsen der Kardanringe gegenseitig Beispielsweise schneiden die parallelen Biegeachsen 49 und 53 die parallelen Bicgcachscn 25 und 45. Die [■Einfachheit der Erzielung dieses Konstruktionsparame tcrs ist ebenfalls ein wesentlicher Vorteil des Kardaniedergelenkes nach vorliegender !'Erfindung. (Eine Schrägstellung der Biegeachse, die als die Bedingung tlefiniert ist. daß keine gemeinsame [Ebene vorhanden ist. ergibt eine unterschiedliche l'cndcliing des Rotors um eine Achse des Kardanfedergelenkes relativ zu der der anderen Achse. Diese Trennung der Achsen bewirkt, daß eine Vorspannversehiebung für eine lineare Vibration auftritt, die längs der gehäusebezogenen [Eingangsachsen bei der doppelten Spinfrccjuen/ wirkt. IEs ist möglich, den nachteiligen (Einfluß der Schrägstellung durch Einstellung auszuschalten, wie dies beispielsweise in US 35 38 776 erläutert ist. Die weitgehend vollständige !Erzielung dieses Konstruktionsparameters des Kardanfedergclcnkcs nach vorliegender Erfindung macht jedoch solche [Einstellungen praktisch nicht erforderlich. Wenn eine derartige Verschiebung in dem Kardanfedergelenk nach vorliegender [Erfindung auftritt, kann sie dadurch eliminier! werden, daß die Schwerpunkte der Kardanringe differential dadurch eingestellt werden, daß die Position ihrer Gegengewichte eingestellt wird, (ede Verringc rung des Wer'cs der hinstcllung der Nardanpenueiung, die zur Aufhellung dieser Fehlerquelle benötigt wird, ist günstig. Für einen gegebenen Einstcllbercich der Gegengewichte in den Kardanringen bedeutet ein verringerter Bedarf zur lEliminicning der Kardanpendelung bei der doppelten Spinfrcquenz. daß ein größerer Anteil des Bereiches von Einstellungen für andere /wecke zur Verfügung steht.

Nach einem weiteren Konstruktionsparameter stehen dii beiden Biege?chsen eines jeden Kardanringes ViHViIg',weise rechtwinklig aufeinander. Stehen sie nicht rechtwinklig aufeinander, sondern ist eine Schrägsteliung \orhar.den, f reibt sich eine Vorspannverschiebung proportional den stetigen Beschleunigungen in einer radialen Richtung, da ein Drehmoment um die gleiche Achse wie die aufgebrachte Beschleunigung auftritt. lEliesci Effekt wird »Quadraturungleichgewicht« ge-Tiaiiii'. weil das Drehmoment aus dieser Fehlerquelle rechtwinklig zu einem Drehmoment steht, das sich aus de:·] Massenungleichgewicht ergibt. Ein Kreiselgerät mn eniwede· emeni Quadratur-Ungleichgewicht oder einem Massm i ngleichgewicht spricht auf Schwerkraft odc Beschleunigungen an. die rechtwinklig zur .S[Hl!.H liSc W ii ks.iiVi UCIuCM.

l),is Quadtaiur-l !ngleichgewicht kann auch nicht nur i!u:eh Abweichung der rechtwinkligen Anordnung /u "«i'hen der roiorbe/ogenen Biegeachse und der wellcnbc/.ogenen Biegeachse eines jeden Kardanringes verursacht werden, sondern auch durch eine Schrägstellung in der oben erörterten Weise in Verbindung mil einer Abweichung von der rechtwinkligen Anordnung entsprechender Achsen der beiden Kardanringe.

In den E i g. Il und 12 ist eine /weile Ausführungsform der [Erfindung mit drei Kardanringen dargestellt. Das Prinzip nach vorliegender Erfindung gilt jedoch allgemein und die Konstruktion der Kardanringe kann sich in weitem Maße ändern.

Beispielsweise kann die Form der Kardanringe verändert werden. Kardanringe brauchen nicht symmetrisch ausgebildet zu sein, sondern können sich überkreuzen oder auch nicht;die Kardanringe brauchen nicht in gleichem Winkel versetz! zu sein, und sie brauchen auch keine identischen Trägheitsmomente aufzuweisen.

Die fig. Il und 12 zeigen drei Kardanringe, die in gleichem Winkel um eine Drehachse versetzt, d. Iv verteilt sind, wohei jeder Kardanring einen Winkel von 90 um diese Achse umspannt. Ei g. 11 ist eine Aufsicht von einer Seite und zeigt im wesentlichen das Rotorelement des Kardanfedergelcnkcs, E i g. 12 ist eine Aufsicht von der anderen Seite, die ebenfalls das Antriebselcnicnt des Kardanfedergelcnkcs zeigt.

Das K ardanfedergelenk 200 nach den E i g. 11 und 12 ist ein einstückiges Kardanfedergelcnk, das nach den Grundsätzen des Verfahrens vorliegender [Erfindung hergestellt ist und das ein im wesentlichen sternförmiges Antriebselement 202. welches drei in radialer Richtung von einer gemeinsamen Nabe ausgehende Arme, die drehbar um eine Achse 203 befestigt sind, ein Rohrelement 204 mit einer Rotationsachse 205. drei identische Kardanringe 206, 208 und 210. und zwölf Biegefedergelenkc aufweist, die jeweils zwei in radialer Richtung getrennte, eine gemeinsame Biegeachsc definierende Teile besitzt. Das Antriebselement 202 weist eine Bohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle (nicht dargestellt) auf. Das Kardanfedergclenk 200 kann in einem abgestimmten Kreiselgerät, z. B. dem Kreiselgerät nach F i g. 5. verwendet werden. Mit anderen wone.ll Kann uic* /\usiuni ungMui im iidcii ucit ι ι g. Ϊ !

und 12 an Stelle des Kardanfedergelenkes 10 nach den Fig. 1. 2 und 3 in einem solchen Anwcndungsfall, der den oben erwähnten und im abgestimmten Kreiselgerät nach F i g. 5 gezeigten Anwendungsfall mit einschließt ersetzt werden. Das Kardanfedergelenk 200 wird nach den weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Aiisführiingsforni nach den Fig. 14 bis 19 beschriebenen Verfahren hergestellt.

Bei der .Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 sind die drei Kardanringe 206, 208, 210 jeweils mit dem Antriebsclement 202 über ein Biegegelenk eine; Biegefedergelenkpaares und mit dem Rotorelement 204 über das andere Biegegelenk des Paares verbunden. Die Biegefedergelenke des Universalgelenkes 200 sind vor der gleichen Art wie die Biegegelenke des Kardanfedergelenkes 10. wobei jedes Biegefedergelenk eine Biegeachse und eine Längsachse definiert. Bei diesel Ausführungsform weist ferner jedes Biegefedergelenl· ein Paar von abgesetzten Teilen im Material auf. Jedei Biegefedergelenk wird in der Weise ausgebildet, daß eir Paar von parallelen Löchern in gleicher Weise wie füi das erste Ausführungsbeispiel nach den E i g. 1 bis ^: beschrieben vorgesehen werden. Das Biegefedergelenk das von dem Material zwischen dem Paar bcnachbartei 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 Biegefedergelenke des Kardanfedergelenkes 200 nach der Aiisführungsform nach den F i g. 1 bis 5 und anderer Aiisführiingsformen nach v< fliegender Rrfindung körnen dadurch hergestellt werden, daß parallele Löcher gebohrt werden, oder daß tür Technik der Funkenerosionsbearbeitung (Elektro-erosion) oder eine andere hierfür geeignete Technik zur Anwendung kommt. Der Querschnitt eines jeden Loches braucht nicht ein voller Kreis zu sein, wenn die Funkencrosionstechnik angewendet wird. Auch braucht die Krümmung einer jeden der beiden Oberflächen des abgesetzten Teils eines jeden Gelenkes nicht die eines Zylinders zu sein.

Das Biegefedergelcnk 212 verbindet den Kardanring 206 und das Rotorelement 204 mit einem in radialer Richtung nach innen verlaufenden Ansatz des Rotorelements, ähnlich wie die Verbindungsstelle für die beiden anderen Kardanringe, Das Bicgefedergelenk 212 weist zwei radial getrennte Teile, nämlich die Biegefedergelenke 212a und 2126 (Fig. 1IA 11B) auf. Die Biegefedergelenke 212a und 2126 definieren eine gemeinsame Biegeachse 213 und zueinander parallele Längsachsen 215a und 2156. Die Längsachse 215a ist in F i g. Il A 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 \Vinkelverschiebung 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, n_umlich den Biegefedergelenken 216a und 2166 verbunden. Die Biegefedergelenke 216a und 2166 definieren eine gemeinsame Biegeachse 217 und zueinander parallele Längsachsen 219a und 2196. Wenn udb Karuanieuergeienk 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 2236.

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 über ein Biegefedergelenk mit einem Kardanring verbunden. Beispielsweise verbindet das Biegefedergelenk 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 224a und 2246 besitzen Längsachsen 227a und 2276, die parallel zueinander und auch parallel zu den Achsen 203 und 205 verlaufen, wenn das Rotorelement die Nullstellung einnimmt.

Das Biegefedergelenk 228 verbindet das Antriebselemenl 202 und den Kardanring 208 miteinander. Das Biegefedergelenk 228 weist zwei Teile auf, nämlich die Biegefedergelenke 228a und 2286. Die Biegefedergelenke 228a und 2286 definieren eine gemeinsame Biegeachse 229 und parallele Längsachsen 231a und 2316. Die Längsachsen ?31a und 2316 verlaufen parallel zu den Rotationsachse 203 und 205, wenn das Kardanfedergelenk seine Nullstellung einnimmt.

Das Biegefedergelenk 232 verbindet den Kardanring 210 mit dem Antriebselement 202. Das Biegefedergelenk 232 besitzt zwei Teile, nämlich die Biegefedergelenke 232a und 2326 (F i g. 11C, 11 D). Die Biegefedergelenke 232a und 2326 definieren eine gemeinsame Biegeachse 233 und zueinander parallele Längsachsen 235a und 2356. Die Längsachsen 235a und 2356 verlaufen parallel zu den Rotationsachsen 203 und 205, wenn das Rotorelement seine Nullstellung einnimmt. Die Längsachse 235a ist in F i g. 11C gezeigt.

Alle Biegeachsen 213, 217, 221, die drei äußere Kardanachsen definieren, und 225, 229, 233, die drei innere Kardanachsen definieren, schneiden die Rotationsachsen 203 und 205 in einem gemeinsamen Punkt. Alle Längsachsen 215a und 2156, 219a und 2196. 223a und 2236. 227a und 2276. 231a und 2316 und 235a und 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 F i g. 11 und 12 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 Öffnung 238 und in dieser ein Paar von Gegengewichten 240a und 2406.

Größe, die in der mit Schraubgewinde versehenen öffnung zur axialen Verschiebung drehbar ist. Der Kardanring 208 weist eine mit Schraubgewinde versehene Öffnung 242 und in ihr ein Paar von Gegengewichten 244a und 2446 auf. In ähnlicher Weise besitzt der Kardanring 210 eine mit Schraubgewinde versehene öffnung 246 und in ihr ein Paar von Gegengewichten 248a und 2486. Die Einstellung der Porition eines der Gewichte in jeder Öffnung wird durch 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 Roiorelerneni 204 und die Kardanringe 206, 208 und 210 jeweils ein Paar von Querflächen auf, die in axialer Richtung voneinander verschoben sind. Eine Querfläche des Antriebselementes 202, des Rotorelementes 204, des Kardanringes 206, des Kardanringes 208 und des Kardanringes 210 liegt 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. 11E gezeigt. Mit anderen Worten heißt dies, daß keine axiale Versetzung zwischen Querflächen des Antriebselementes 202, des Rotörelementes 204 und des Kardanringes 206, 208 und 210, die in einer Richtung gerichtet sind.

2b

vorhanden ist, v/eil sie die gleiche axiale Ebene 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 Biegeachsen mit den Rotationsachsen. Der Schnittpunkt der Biegeachsen mit den Rotationsachsen ist als A.ifhängungsmittelpunkt bekannt.

Für ein Kardanfedergelenk mit drei Kardanringen, wie sie beispielsweise in den Fig. 11 und 12 dargestellt sind, beträgt der bevorzugte Winkelabstand zwischen den Biegeachsen der Biegefedergelenke, die jeden Kardanring mit dem Antriebselement verbinden, 120°. Bei einem solchen Kardanfedergelenk beträgt der bevorzugte Winkelabstand zwischen der Biegeachse des Biegefedergelenkes, das jeden speziellen Kardanring mit dem Antriebselement verbindet, und der Winkelachse des Biegefedergelenkes, das den gleichen Kürdunring mit dem Rotorelcrn?"* vprhinHpt 90°. Auf 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 F i g. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform zwei in radialer Richtung getrennte Teile. Jedes 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 — 11F 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 radiale: 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 F i g. 1 bis 5. Insbesondere wird auch vorzugsweise ein Kreiselgerät mit der Ausführungsform nach den Fig. 11 und Ί2 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 Fehlermomente 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, hin Kardanfedergelenk mit drei Kardanringen ist in US 36 78 764 beschrieben. Die charakteristischen Eigenschaften einer solchen Einrichtung sind in einem Aufsatz mit dem Titel »fynamically 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. 3, Mai 1972 erläutert; in beiden Aufsätzen ist der Autor Robert J. G. Craig. Bei der Ausführungsform nach den F" i g. 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 F i g. 13 ist ein Mehrfachsensor 300 zum Feststelleil sowohl linearer Beschleunigungen als auch von Winkelverschiebungen dargestellt, dieser Mehrfachsensor besitzt zwei Kardanfedergelenke. In den vorstehend beschriebenen Kreiseln weist jedes Kardanfedergelenk ein Rohrelement 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 Mehrfachsensor 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 mii den F i g. Ί ul» 3 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 F i g. 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 Rotorgewichte in axialer Richtung in Richtung der Spinachs;: versetzt sind, wird der Schwerpunkt von der Aufhängungsmitte wig bewegt, wodurch das Kreiselgerät pendeiförmig 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 pendeiförmig ausgebildet ist, und ein geringes Winkelmoment zur Messung icr Beschleunigung aufweist. Bei jedem Schwungrad sind die zugeordneten Meßwertgeber und Drehmomentgeber um zwei Hauptachsen empfindlich. Eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) kann zur Erzielung der Verstärkung der Kreisel-Ausgangssignale und eint geschlossene zweiachsige Servoschleife für den Besrhleunigerrotor verwendet we-den. Drehmomentgeberströme, die außerhalb des Mehrfachsensors überwacht werden, stellen ein Maß für die Beschleunigungen dar.

Der Mehrfachsensor kann «;o aufgebaut sein. HiR Her Stator des Motors zwischen zwei Gehäusehälften eingeschlossen ist und die Teile miteinander verschweißt sind. Präzisionskugellager 310 nehmen die Welle 302 auf, die sowohl das 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 Massenungieichgewicht besitzen. Die Kardanringe weisen Schraubeinstellungen für die Resonanzfrequenz und die Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen bei der doppelten Spinfrequenz, sowohl in Translations- ais auch in RuiaiiuiiM ii_iitung 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 Kardanfedergeienkes 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 Ausfühmngsform na^h den F i g. 11 und 12 und die Herstellungsform anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kardanfedergeienkes 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 Ausfühmngsform, 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 gernessen werden kann. Messungen dieser Dicken werden bei der Auslegung der pqsitiven Federkonstante der Kardanverbindung für jeden Kardanring verwendet. 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 wor ien ist.

Ein einstückiges Kardanfedergeler.k kann aus einem 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 Kardanfedergeienkes. 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 Kardanfedergeienkes. Bei einem Kreiselgerät sind der Durchmesser der Antriebswelle und die Grobe des Schwungrades Hauptfaktoren 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 7ur Mittelachse des zylindrisch geformten Rohlinps 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 befestigt werden kann.

Sehnenschlitze 404a, 404b, 404c und 404d 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 parallelen Löchern in den Bereichen der Sehnenschlitze des Rohlings 400 gebohrt. Ein Paar von Löchern 408 und 410 beläßt dazwischen einen Biegesteg 406 aus Material, der letztlich zwei in radialer Richtung getrennte

66 ^{ll l} *'"^t*'¹ gLIIIXilllJUiiivii uiwgvuviuv

407 bildet. Die Löcher 408 und 410 sind beispiels-. ?ise in den Fig. 14 und 15 in einer Ausfühmngsform 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 Mittenachse 403 gegenüber der 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 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 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 (F ig. 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, wird 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 Kardanfedergelenkes verbindet.

Beim nächsten Verfahrensschritt 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 N'ittellinien parallel zur Achse 403 auf. Der Zweck dieser Löcher besteht darin, Gegengewichte aufzunehmen, deren Axialstellung einstellbar ist, wie oben erörtert. Die Lage der Löcher ist "als Funktion der Konstruktion eines bestimmten, herzustellenden Ausfühiungsbeispiels ausgewählt.

Dann wird der Rohling 400 einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um 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, 'edes Paar von Löchern zur Ausbildung eines Biegefedergelenkes kann geschliffen werden, damit das Biegefedergelenk, 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 Form 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 der Technik der Funkenerosion unterschiedliche Arten von Schritten. Bei einer derartigen Form eines Verfahrensschrittes wird das Abtrennen des Matciials 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 Bearbeitungs schritte das Schneiden axialer Aussparungen mit ein. die. obgleich sie als Schlitze angesehen werden könneri. nicht ganz durch den Rohling 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 der ϊ anderen Seite ausgehen. Bei wiederum anderen Schritten erstrecken 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

ίο Aufbaues der Ausführungsform, die sich aus dem Rohling nach den F i g. 14 und 15 ergibt, indem Material unter Ausführung von Schnitten nach der Funkenerosionstechnik fortlaufend entfernt wird. Die Schlitze 433a, 4336, 433c und 4334 die ganz durch den Rohling 400 gehen, werden mit Hilfe einer Elektrode einer Funkenerosionsmaschine hergestellt Die Aussparungen 435a und 4356 werden mit einer anderen Elektrode ausgeführt. Aus Fig. 16 ergibt sich, daß die Aussparungen 435a und 435Z) sich nicht ganz durch den Rohling

:ii 400 erstrecken. Die relative Tiefe bestimmter Schnitte, die als »Aussparungen« bezeichnet werden, von den Endflächen sind in Fig. 17 dargestellt Die Folge der Ausführung der Schnitte läßt sich natürlich variieren. Ferner ist es auch möglich, den Aufbau der Elektroden

r> zu verändern. Beispielsweise können alle sechs Schnitte 433 und 435 mit einer einteiligen Elektrode vorgenommen werden. Di'* Seite des Rohlings 400, aus der Aussparungen 435 geschnitten werden, d. h. die in Fig. 16 sichtbare Seite, wird anschließend als die erste

in Seite bezeichnet.

In Fig. 18 ist der Rohling umgedreht dargestellt, so daß er die Position einnimmt, in der Schnitte von der entgegengesetzten Seite geführt werden, d. h. von der Seite, die in F i g. 18 sichtbar ist, und die nachstehend als

i'i die zweite Seite des Rohlings 400 bezeichnet wird. Aussparungen 437a und 4376, die Aussparungen 435a und 4356 auf der ersten Seite entsprechen, werden so durchgeführt, daß sie sich teilweise durch den Rohling 400 in einer axialen Richtung erstrecken. Wie

4u dargestellt, können diese vier Aussparungen so dargestellt werden, daß sie Verbindungskanäle zwischen Paaren der viertelkreisförmigen, ringförmigen Schlitze 433a-433</bilden.

Schlitze 439a. 439Z>. 439c und 439t/ werden in Form

i", von vier identischen, in gleichem Winkel versetzten, bogenförmigen Schlitzen durchgeführt, die ganz durch den Rohling 400 in der axialen Richtung geschnitten sind und die konzentrisch mit den Schlitzen 433 angeordnet sind. Ähnlich geformte und angeordnete

vi Schlitze 441 a, 441 b, 441 cund 441 (/sind vollständig durch den Rohling 400 in der axialen Richtung geschnitten und weisen konzentrische Wandungen in radialer Richtung auf. Darüber hinaus sind im wesentlichen radial verlaufende Schlitze 443a, 443b, 443c, 443d, 443e. 443f.

ν. 443g und 443Λ ganz durch den Rohling 400 geschnitten, und zwar von der einen zur anderen Seite. In der Praxis wird die Gesamtheit der acht Schlitze 443 in einem einzigen Schneidschritt durch eine Elektrode der Funkenerosionsmaschine ausgebildet,

mi Dann wird der Rohling 400 wiederum mit der ersten Seite nach oben angeordnet, wie in Fig. 16 gezeigt, und es werden vier radiale Aussparungen 445.1. 445b. 445c und 445c/ teilweise durch den Rohling 400 in der axialen Richtung geschnitten. In ähnlicher Weise werden vier

>. ι entsprechende Aussparungen 447a. 447b. 447c und 447c von der anderen, d. h. der zweiten Seite geschnitten, die in Fig. 18 dargestellt ist. Die Aussparungen 447 entsprechen den Aussparungen 445, sind jedoch von den

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 449e, 449/; 449g und 449Λ anderer Form.

Wie sich aus Fig. 18 ergibt, werden acht weitere Aussparungen 451a, 4516, 451c, 451c/, 451e, 45U 451^ und 451Λ entsprechend den Aussparungen 449a, 4496, 449c. 449c/. 449e. 449/i 449^und 449Λ hergestellt, jedoch von der zweiten Seite des Rohlings 400 geschnitten und im Winke! 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. 4556. 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, 455b, 455c und *55d 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 461a, 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 zwar beide von dem ».erfrischen Antricbselement 402 und beide von dem ringförmigen Rotorelement, mit Ausnahme der integralen liiegefedergelenke, die die verschiedenen Elemente miteinander verbinden, und mit Ausnahme des Materials an den Bereichen, in denen die Kardannngc einander kreuzen, d. h. übereinanderliegen.

Wenn integrale Anschläge, wie z. B. die Anschläge 88, Ή) (Fig. }) in der Konstruktion weggelassen werden, kann eine Anschlagplattc vorübergehend mit dem Rohling 400 befestigt werden, damit zu hohe Beanspruchungen wahrend des Herstellvorgangcs vermieden werden, insbesondere während des Schrittes, bei dem die Karclanringe 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 Nachgiebigkeit des Kardanfedergelenkes soweit wie möglich gleich sein. Um diese Isoelastizität in axialen und radialen Richtungen zu erzielen, wird die Steifigke-t der gesamten Aufhängungsanordnung, die das Rot >relc ment mit dem Antriebselement koppelt, betrachtet Für die Kardanfedergelenke nach vorliegender Erfincung 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 Steifigkeit 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 wellenbezogenen Biegefedergelenk geschwächt werden. Die Aussparungen 463a und 4636 (Fig. 16) schwächen die axiale Steifigkeit eines Kardanringes. Diese Aussparungen 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 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 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 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 Abschnitten der Kardanringe 18 und 20 durchgeführt werden, um die axiale Nachgiebigkeit der Aufhängungscharakteristik zu schwächen. Ein derartiger Schlitzschnitt würde im mittleren Bereich des U-förmigen Teils entgegengesetzt zu den Biegefedergelc ,ken 48, 52, 64 und 68 durchgeführt werden, um die Verbindung zum antr-Hbenden Element 12 zu schwächen.

Die Größenabr.iessung der Aussparungen zur Erzielung der Isoelastizität kann nach bekannten Grundsätzen berechnet werden und kann empirisch bestimmt 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, und zwar nach herkömmlichen Bearbeitungsverfahren wie Bohren, Fräsen, Funkenerosionsbearbeitung oder durch Anwendung der Laserstrahltechnik.

In den Fig. 16 und 18 ist gestrichelt die Form einer Elektrode gezeigt, wenn sie eine der vier Positionen zum Schneiden von vier radialen Aussparungen 467a, 4676, 467c und 467r/ annimmt. Diese Aussparungen trennen die Kardanringe voneinander. Fig. 19 zeigt eine solche Aussparung 467. Für ein Kardanfedergelcnk

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 vier Schlitze 467a, 4676, 467c und 467ei 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 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 13 nicht dargestellt

Auf Grund 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 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- jo ment 476 über zwei Biegefedergelenke, die ebenfalls koinzidente Biegeachsen besitzen, verbunden. Die Biegefedergelenke sind gestachelt L den Fig. 16 und 18 dargestellt

Die bisher beschriebenen Ausfuhr ingsformen des 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- 4-. 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 vor in einer gemeinsamen Ebene quer zur Rotationsachse des antreibenden Elementes angeordnet. Der abgesetzte Teil eines jeden Biegefedergelenkes 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 AusführungsJOrm 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 Ausfühpjngsformen, die weiter oben beschrieben sind (und auch andere Ausführungsformen) mit Biegefedergelenken versehen 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. 1 sowie eine angetriebene Rotationsachse 503 entsprechend der Achse 15 in Fig. 1 auf. es ist ein Biegefedergelenk504 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 Achsen 501 und 503 auf, wenn das Rohrelement 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, liegen 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 Mittenlinien der Öffnungen, die die Biegefedergelenke bilden, alle in einem Paar paralleler Ebenen liegen.

Hierzu lOBIiitt Zcichnuimen

Claims

Patentansprüche:

1. Kardanfedergelenk 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 and 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 Fetlerelemente (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 Grcwe des Winkels 90 Winkelgrade beträgt, wobei alle Biegeebenen normalerweise eine gemeinsame ^bene einnehmen, die einen Winkel von 90 Winkelgraden mit den koinzidenten Rotationsachsen (13, 15) bildet (Fig. 20).

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 Kardanfedergelenkes 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 Federelemente 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 Welle verwendet werden, und insbesondere auf ein Kardanfedergelenk zur Verwendung als Aufhängung eines Schwingrotorkreisels mit einem drehbar antreibenden Element, einem angetriebenen Element mit wenigstens zwei zwischengeschalteten Kardanringen

in 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 d?m 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 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 entsprechende Torsionsachsen besitzt, die im Winkel gegeneinander versetzt sind.

Ein Beispiel für eh:e innere Gelenkeinheit, die mit einer äußeren Gelenkeinheit befestigt ist, ist der US 35 85 866 zu entnehmen. Hierbei sind zwei unterschiedliehe Kardanringe mit einer Welle und mit e,inem 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

Ji 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 wellenbezogenen -der 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 Biegestej 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

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

Der Zusammenbau von einzelnen Teilen zur Ausbil-

■Ί) 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, z. 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

h^r, 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