DE3203423A1 - Biegsame befestigungsvorrichtung mit zwei freiheitsgraden - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 17.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine stark vereinfachte biegsame Befestigungsvorrichtung für einen dynamisch abgestimmten Kreisel, wobei diese Befestigungsvorrichtung hervorragende Betriebseigenschaften aufweist und durch vereinfachte Techniken hergestellt werden kann.

Bei dynamisch abgestimmten Kreiseln muss eine Kupplung zwischen einer Antriebswelle und einem angetriebenen rotierenden Glied, normalerweise einem Rotor, vorgesehen sein, die für den Rotor senkrecht zur Drehachse der Welle zwei Freiheitsgrade zulässt.

Eine derartige Kupplung muss einer Anzahl von Kriterien genügen. Erstens muss sie das Drehmoment von der Welle zum Rotor übertragen, während sie gleichzeitig den Rotor an einem im allgemeinen gegebenen Ort axial und radial gegenüber der Welle befestigt. Zweitens muss sie um irgendeine Achse in einer zur Drehachse senkrechten Drehebene torsionselastisch sein. Die Kupplungsanordnung muss auch einen Antifedereffekt aufweisen, der die Federkupplung in der Drehebene ausgleicht, wenn der Kreisel mit Resonanzdrehzahl arbeitet. Die Kupplung sollte im wesentlichen reibungslos und isoelatisch sein, d. h. sollte eine im wesentlichen gleichförmige Elastizität in beliebiger Torsionsrichtung senkrecht zur Drehachse haben. Es ist auch sehr erwünscht, die axiale, radiale und Torsionssteifheit der Aufhängung genau berechnen zu können, um eine Aufhängung mit den gewünschten isoelastischen Bedingungen auszulegen.

Die US-PS 3 452 608, 3 702 568 und 3 512 419 beschreiben ver-

schiedene Anordnungen zur Erzielung der angegebenen Ziele. Die US-PS 3 512 419 beschreibt ein Biegegelenk mit vier Armen, von denen jeder einen im allgemeinen V-förmigen Querschnitt hat. Die äusseren Enden der beiden Arme sind an zusammenpassenden Montageblöcken befestigt, die an der Antriebswelle befestigt sind. Die äusseren Enden der beiden anderen Arme sind an zusammenpassenden Blöcken befestigt, die an einem Rotor befestigt sind. Bei dem Befestigungssystem der US-PS 3 452 608 befestigt ein zentraler Verbindungsring vier radiale "Gelenke", von denen jedes rohrförmig ausgebildet ist. Ein diametral gegenüberliegendes Paar dieser Gelenke ist an einem Rotor befestigt, während die übrigen Gelenke an am Ende einer Antriebswelle ausgebildeten Montagehaltern befestigt sind. Die rohrförmigen Gelenke enthalten einen lokalisierten Schlitz, der ihre Biegsamkeit in der Drehebene senkrecht zur Drehachse verbessert.

Die Aufhängung nach der US-PS 3 702 568 enthält eine im allgemeinen ebene "Scheibe". Sie hat einen an einer "Nabe" befestigten zentralen Teil, an einem Kardanring befestigte "Zwischenstege" und einen am "äussersten" Rotorring oder einem Rotor befestigten äusseren "Ring". Ein Satz von ebenen "Speichen" verbindet den zentralen Teil der Scheibe mit dem äusseren Ring. Vier weitere "Speichen" verbinden die Stegteile entweder mit dem äusseren Ring oder mit dem zentralen Teil. Diametral gegenüberliegende Paare dieser Speichen verbinden den Kardanring mit dem äusseren Ring, während die anderen beiden Speichen den Kardanring mit der zentralen Nabe verbinden. Diese letzteren vier Speichen sind so verdreht, dass die Ebene jeder Speiche im allgemeinen mit der Drehachse ausgefluchtet ist. Die Nabe, der Kardanring und der äusserste Ring sind in oberen und unteren Hälften ausgebildet. Diese Bauteile haben geeignetes Spiel, wobei tragende Schlitze in ihren einander zugewandten Flächen eingearbeitet sind, die aneinander liegen oder an die Scheibe angrenzen. Die Antriebswelle ist in einer Bohrung befestigt, die in der Nabe und dem Nabenteil der Scheibe ausgebildet ist.

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Während die obigen Aufhängungen eine Universalkupplung bilden, die sich zur Verwendung in einem dynamisch abgestimmten Kreisel eignen, hat jede von ihnen Nachteile, die ihren Nutzen beschränken. Zum Beispiel ist es nicht einfach, die Bauteile des Kreisels mit dem Aufhängesystem während der Zusammenbau- und Herstellungsvorgänge genau auszufluchten. Im allgemeinen benötigen diese bisherigen Aufhängungen verhältnismässig komplexe und teure Spannvorrichtungen zum Ausfluchten der Bauteile der Anordnung und zum Aufrechterhalten dieser Ausfluchtung während solcher Vorgänge wie des Hartlötens oder spanabhebenden Bearbeitens. Die Spannvorrichtungen enthalten auch in typischer Weise Anordnungen zur Kontrolle der Plazierung und/oder des Stroms von Hartlötmaterial, das zur Befestigung der Teile aneinander dient. Auch arbeiten diese Systeme nicht optimal. Insbesondere bezüglich der rohrförmigen Gelenke ist es in der Praxis schwierig, eine genau isoelastische Befestigungsvorrichtung zu erzielen, da die Wanddicke und Biegeeigenschaften des Rohrs bis zu extrem engen Toleranzen nicht leicht eingehalten werden. Das System nach der US-PS 3 7 02 568 erfordert eine genaue und teure spanabhebende Bearbeitung der normalerweise sehr kleinen Bauteile.

Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung für einen dynamisch abgestimmten Kreisel oder dgl., die sowohl hervorragende Arbeitscharakteristiken, wie sie für gewöhnlich mit einer stark spanabhebend bearbeitenden einteiligen Aufhängung verbunden sind, und gleichzeitig eine preiswerte Herstellung vorsieht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung, die aus nur drei Grundelementen gebildet ist, von denen zwei identisch sein können und jedes hiervon aus Blech geformt werden kann und eine verhältnismässig einfache Gestalt hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer bieg-

samen Befestigungsvorrichtung und eines Verfahrens für den Zusammenbau der Befestigungsvorrichtung, die in hohem Ausmass selbst ausfluchtend ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung, deren Biegeeigenschaften zur Erleichterung von Auslegungsänderungen verhältnismässig leicht berechnet werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung, die durch gleichzeitige mehrfache Hartlötvorgänge zusammengebaut werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung mit inneren und äusseren Ringen, die durch geradeaus erfolgende spanabhebende Bearbeitungsvorgänge hergestellt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 17.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine biegsame Befestigungsvorrichtung für einen dynamisch abgestimmten Kreisel (Gyroscop ) oder ein ähnliches Präzisionsgerät hat eine Universalkupplung, die die Drehenergie von einer Antriebswelle zu einem Rotorelement überträgt. Ein Teil der Befestigungsvorrichtung ist ein im wesentlichen ebenes sternförmiges Glied, das quer zur Drehachse des Rotorelements ausgerichtet ist. Das sternförmige Glied hat ein auf der Drehachse zentriertes Mittelteil und einige Stege, die sich radial vom Mittelteil zu einem ebenfalls auf der Drehachse zentrierten äusseren ringförmigen Teil erstrecken. Bei bevorzugten Ausführungsformen hat das sternförmige Glied vier Stege. Die äusseren beiden Teile der biegsamen Befestigungsvorrichtung sind Querbiegeglieder, die

im allgemeinen rechteckig sind mit Ausnahme von zwei im allgemeinen rechteckigen "Keilabschnitten", die an einem Längsrand ausgebildet und von der Mitte des Befestigungsglieds gleich beabstandet sind. Jeder Keilabschnitt erstreckt sich frei durch einen zugehörigen radialen Schlitz, der längs der Mitte jedes Stegs ausgebildet ist. Das sternförmige Glied und die Querbiegeglieder sind vorzugsweise aus gewalztem Blech geätzt, das gleichförmige Dicke und im wesentlichen gleichförmige Biegeeigenschaften hat.

Bei der Herstellung einer biegsamen Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung ist der zentrale Teil des sternförmigen Glieds zwischen einer oberen und unteren Hälfte einer Nabe oder inneren Rings (ein Kardanring eines Kreisels) angeordnet. In ähnlicher Weise ist der äussere Ring des sternförmigen Glieds zwischen einer oberen und unteren Hälfte eines äusseren Rings angeordnet. Der innere Ring hat eine zentrale zylindrische öffnung, die koaxial zur Drehachse ist. Der mittlere Teil des sternförmigen Glieds hat in ähnlicher Weise eine zentrale öffnung mit denselben Abmessungen wie die öffnung des inneren Rings. Die oberen und unteren Hälften der inneren und äusseren Ringe haben eine Reihe von radialen Einschnitten, die die Querbiegeglieder aufnehmen und festlegen.

Diese Bauteile sind zusammen mit den Querbiegegliedern zueinander und zum sternförmigen Glied senkrecht angeordnet. Die beiden Keilabschnitte eines Querbiegeglieds ragen nach "oben" durch zwei diametral gegenüberliegende radiale Schlitze in den Stegen, während sich zwei Keilabschnitte des anderen Querbiegeglieds nach "unten" durch die übrigen beiden Schlitze erstrecken. Die Keilabschnitte erstrecken sich senkrecht um eine ausreichende Strecke, so dass die Länge jedes Querbiegeglieds.über und unter dem "waagerechten" Steg des sternförmigen Glieds im wesentlichen gleich groß sind.

Ein Ausfluchtungsglied, vorzugsweise ein zylindrischer Stift,

ist mit engem Sitz in den ausgefluchteten zentralen öffnungen des inneren Rings und des sternförmigen Glieds ausgefluchtet. Der Stift hat einen Satz von sich in Längsrichtung erstreckenden und zueinander senkrechten Einschnitten, die die Querbiegeglieder an den zentralen öffnungen aufnehmen und halten. Der Stift hält auch die Querbiegeglieder in der gewünschten zueinander senkrechten Beziehung.

Zur Fertigstellung der Anordnung werden die oberen und unteren Hälften der inneren und äusseren Ringe auf das sternförmige Glied und die Querbiegeglieder hartgelötet. Diese Ringteile werden vorzugsweise durch einfache spanabhebene Bearbeitungsvorgänge hergestellt. Das Hartlötmaterial wird vorzugsweise in Form von scheibenförmigen Ringen eingeführt, die während des Zusammenbaus zwischen den oberen und unteren Ringteilen und dem sternförmigen Glied angeordnet werden. Sind die Bauteile in dieser Weise angeordnet, so wird die Einheit auf eine Temperatur erhitzt, die das Hartlötmaterial schmilzt. Dieser Schritt lötet die Anordnung an verschiedenen Stellen zur Bildung einer einstückigen biegsamen Befestigungsvorrichtung. Die Breite der radialen Einschnitte in den Ringen ist so gewählt, dass das flüssige Hartlötmaterial durch Kapillarwirkung in die Schlitze fliesst und die senkrechten Querbiegeglieder befestigt. Schliesslich werden der äussere Ring und der dazwischen angeordnete ringförmige teil des sternförmigen Glieds an vier in gleichen Winkeln beabstandeten Stellen durchgeschnitten zur Bildung von vier voneinander unabhängigen Sektoren des äusseren Rings, von denen jeder an einem der vier oder mehreren Biegearmen zentriert ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht einer biegsamen Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der der zentrale Ausfluchtungsstift weggelassen ist, die für einen dynamisch ab-

gestimmten Kreisel verwendet wird und die zwei Sektoren eines äusseren Rings über einen inneren Kardanring mit zwei weiteren Sektoren eines äusseren Rings verbindet;

Fig. 2 einen senkrechten teilweisen Schnitt 2-2 in Fig. 1 mit dem Ausfluchtungsstift;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Schrägansicht der Anordnung von Fig. 1 und 2 vor dem Durchschneiden des äusseren Rings in zwei Sektoren;

Fig. 4 eine Schrägansicht .einer alternativen fünfteiligen biegsamen Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 einen teilweise.weggebrochenen Schnitt 5-5 von Fig. 4.

Fig. 1 bis 3 zeigt eine Rotor- oder Biegeanordnung 12 für einen dynamisch abgestimmten Kreisel (Gyroscop ) nach der Erfindung zur übertragung von Leistung von einer nicht gezeigten, sich um eine Drehachse 14 drehenden Antriebswelle zu Teilen eines äusseren Rings 16. Der äussere Ring 16 ist in vier Abschnitte 16a bis 16d unterteilt, die um die Drehachse in gleichen Abständen angeordnet sind und im wesentlichen dieselbe träge Masse haben. Die Antriebswelle ist antriebsmässig mit einem diametral gegenüberliegenden Paar von Ringabschnitten, etwa den Abschnitten 16a und 16c, verbunden. Ein nicht gezeigter Rotor ist in typischer Weise an den verbleibenden beiden diametral gegenüberliegenden Abschnitten 16b und 16d befestigt, die in typischer Weise einen geringfügig grösseren Aussendurchmesser als die Abschnitte 16a und 16c haben. Die Biegeanordnung 12 liefert eine Universalkupplung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor über vier Biegearme 18a bis 18d, von denen jeder sich radial von einem inneren Kardanring oder Ring 20 zur Mitte eines zugehörigen Abschnitts des äusseren Rings 16 erstreckt. Da die Biegearme 18a bis 18d elastisch nachgiebig sind, liefert diese Anordnung eine Universalkupplung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor.

Das heisst, der Rotor hat gegenüber der Antriebswelle zwei Freiheitsgrade der Bewegung. Jeder Biegearm 18a bis 18d hat einen Querschnitt, der sich durch eine hohe axiale und radiale Lasttragfähigkeit auszeichnet. Diese Auslegung zeichnet sich auch für gewöhnlich durch eine niedrige Torsionsfederkonstante aus.

Die Biegeteile der Rotoranordnung 12 besteht aus drei miteinander verriegelten Bauteilen: aus einem sternförmigen Glied 22 und zwei identischen Querbiegegliedern 24 und 24'. Das sternförmige Glied 22 ist im allgemeinen quer zur Drehachse 14 der Rotoranordnung 12 ausgerichtet. Für die vorliegende Beschreibung ist die Drehachse 14 senkrecht, weshalb das sternförmige Glied im allgemeinen waagerecht ist. Die Querbiegeglieder 24 und 24' und das sternförmige Glied 22 sind zueinander senkrecht.

Das sternförmige Glied hat ein Mittelteil 26, das auf der Drehachse 14 zentriert ist. Das Mittelteil 26 hat eine im allgemeinen kreisförmige öffnung 28, die ihrerseits auf der Drehachse 14 zentriert ist. Das sternförmige Glied hat vier radiale Stege 30a bis 3Od, die in einem äusseren ringförmigen Teil enden, der zur Drehachse 14 konzentrisch ist. Die Stege 30a bis 3Od sind in gleichen Winkeln angeordnet. Jeder Steg hat einen radialen Schlitz 34, der sich vom Mittelteil 26 in den äusseren Ring 32 erstreckt und im allgemeinen mit der radialen Mittellinie des zugehörigen Stegs zusammenfällt. Das sternförmige Glied 22 ist insgesamt so ausgelegt, dass es eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der trägen Masse um die Drehachse 14 aufweist.

Die Querbiegeglieder 24, 24' sind jeweils rechteckig, wobei sich aber zwei Keilabschnitte 36. von einer Längskante jedes Querbiegeglieds aus erstrecken. Die Keilabschnitte sind ihrerseits rechteckig und erstrecken sich frei mit Spiel an allen Seiten durch einen zugehörigen Schlitz 34. Die mit dem Querbiegeglied 24 verbundenen beiden Keilabschnitte ragen nach unten, während die mit dem Querbiegeglied 24' verbundenen Keil-

abschnitte 36 sich im allgemeinen nach oben erstrecken. Die Höhe der Keilabschnitte und der Querbiegeglieder in senkrechter Richtung ist so gewählt, dass bei ihrem vollen Sitz in den radialen Schlitzen (wobei die angrenzende Längskante des Querbiegeglieds am sternförmigen Glied 22 anstösst) sich die Querbiegeglieder um dieselbe Strecke über und unter das sternförmige Glied erstrecken. Die Länge jedes Keilabschnitts 36 ist so gewählt, dass sich die Keilabschnitte von inneren Ring 20 zum äusseren Ring 16 erstrecken, jedoch nicht in der vollen Länge des zugehörigen Schlitzes 34. Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Glieder 22, 24 und 24' geätzt, gestanzt oder in anderer Weise aus Präzisionswalzblech geformt werden können und im wesentlichen gleichmässige Dicke gemeinsam mit den gewünschten strukturellen und thermoelastischen Eigenschaften haben. Die Öffnung 28 kann beim selben Vorgang geätzt und gestanzt oder in einem nachfolgenden Vorgang geräumt oder gebohrt werden. Ein geeignetes Material ist ein kaltaushärtender nichtrostender Stahl der Serie 300. Die Richtung des Materialkorns oder des Walzvorgangs wird vorzugsweise so gewählt, dass sie mit der Längsachse der Querbiegeglieder oder in der Mitte zwischen benachbarten Stegen des sternförmigen Glieds verläuft. Es sei angegeben, dass jedes dieser drei Bauteile der biebsamen Befestigungsvorrichtung im wesentlichen eben ist.

Der innere Ring 20 ist durch zwei identische Bauteile gebildet, nämlich durch eine obere Hälfte 20· und eine untere Hälfte 20", die jeweils eine im allgemeinen zylindrische Form haben. Jede Häflte 20' und 20" hat eine zentrale senkrechte Öffnung 38, die mit der Öffnung 28 fluchtet und im wesentlichen denselben Durchmesser hat. Jede Hälfte 20" und 20" hat auch zwei zueinander senkrechte Einschnitte 40, die sich quer über die gegenüberliegenden Flächen jeder Ringhälfte erstrecken. Die Querbiegeglieder passen eng in die entsprechenden Schlitze 4 0 und unterstützen das Halten und Festlegen der Querbiegeglieder in der gewünschten senkrechten Ausrichtung gegenüber dem sternförmigen Glied. Die Schlitze 40 sind jedoch geringfügig breiter als die Dicke der

Querbiegeglieder, um den Strom eines Hartlötmaterials durch Kapillarwirkung zu den angrenzenden Flächen dieser Elemente zu erleichtern. Der innere Ring 20 kann zur Veränderung seiner Trägheit natürlich beschnitten werden, wodurch die abgestimmte Drehzahl des Kreisels verändert wird. Alternativ können gesonderte Trimmglieder der Anordnung, hinzugefügt werden.

Gleich dem inneren Ring 20 ist auch der äussere Ring 16 aus oberen und unteren Hälften 16' und 16" gebildet. Diese Hälften sind im wesentlichen identisch und durch gerade nach vorn erfolgende spanabhebende Bearbeitungsvorgänge gebildet. Die Hälften 16' und 16" bestehen jeweils aus einem durchlaufenden Ring mit einem im allgemeinen rechteckigen Querschnitt. Jede äussere Hälfte 16' und 16" enthält auch einen Satz von zueinander senkrechten waagerechten Einschnitten 46. Diese Einschnitte sind so positioniert, dass sie die äusseren Enden 24a, 24a¹ der senkrechten Querbiegeglieder 24, 24' mit im allgemeinen engem Paßsitz aufnehmen. Die Schlitze 40 und 46 können die Enden der Keilabschnitte 36 aufnehmen. Ähnlich den Schlitzen 40 sind auch die Schlitze 46 für gewöhnlich etwas weiter als die Dicke der Querbiegeglieder, wodurch der Strom von Hartlötmaterial zu diesen Flächen erleichtert wird.

Die Rotoranordnung 12 enthält einen Ausfluchtungsstift 48, der in den ausgefluchteten Öffnungen 28 und 38 eng gehalten wird, vgl. Fig. 2. Der Ausfluchtungsstift hat einen im allgemeinen runden Querschnitt und zwei sich in Längsrichtung erstreckende und zueinander senkrechte Einschnitte 48'. Die Einschnitte empfangen, halten und fluchten die Querbiegeglieder 24, 24' gegenüber der Drehachse und gegenüber dem sternförmigen Glied sowie dem inneren Ring. Die Haltefunktion des Ausfluchtungsstifts macht auch teilweise die Anordnung in hohem Ausmass selbstklemmend.

Ring- oder scheibenförmige Arten von Hartlötmaterial, etwa die Hartlötelemente 52 und 54 von Fig. 3 sind zwischen den inneren

und äusseren Ringhälften und dem sternförmigen Glied angeordnet. Wahlweise kann das Hartlötmaterial in eine Reihe von nicht gezeigten Hartlötbohrungen in den Ringhälften als stangenförmiger Rohling eingesetzt werden.

Wenn das Hartlötmaterial die Schmelztemperatur erreicht, fliesst es zu den angrenzenden Flächen der Ringe und des sternförmigen Glieds einschliesslich der Schlitze der senkrechten Querbiegeglieder und der Ringe und befestigt diese Glieder aneinander.

Es ist auch möglich, die Hartlötbohrungen in Verbindung mit in den Ringhälften ausgebildeten ringförmigen Hartlötausnehmungen zu verwenden.

Die oben beschriebenen Bauteile nach der Erfindung eignen sich besonders für eine schnelle und preiswerte Zusammenbautechnik, die nur wenig oder kein Geschick erfordert. Der Zusammenbau nach der Erfindung verwendet vorzugsweise nur eine nicht gezeigte einfache Einspannvorrichtung, die die Ringe trägt, zur Aufnahme des Stifts 48 eine zentrale Bohrung aufweist und zu den äusseren Ringen konzentrisch ist.

Für den Zusammenbau der Bestandteile werden die untere äussere Ringhälfte 16" und die untere innere Ringhälfte 20" durch das untere Querbiegeglied 24' miteinander verbunden, das in zwei Einschnitte 4 0 des inneren Rings und zwei Einschnitte 46 des äusseren Rings eingesetzt wird. Das sternförmige Glied 22 wird dann auf diese Bestandteile gepasst, wobei die nach oben ragenden Keilabschnitte 36 des Querbiegeglieds 24' in die beiden Schlitze 34 eingreift. Das obere Querglied wird zusammengebaut durch Einsetzen der nach unten ragenden Keilabschnitte 36 in die verbleibenden beiden Schlitze 34. Der Ausfluchtungsstift 48 wird in die ausgefluchteten öffnungen und 38 des inneren Rings und des sternförmigen Glieds eingesetzt, wobei jeder Schlitz an einer Ecke des gekreuzten Paars von senkrechten Querbiegegliedern liegt. Das Hartlötmaterial

52 und 54 wird an beiden Seiten des sternförmigen Glieds zwischen den inneren und äusseren Ringteilen 22 eingesetzt. Als nächstes werden die oberen Ringhälften 20' und 16' des inneren bzw. äusseren Rings auf dem sternförmigen Glied angeordnet, wobei das obere senkrechte Querbiegeglied 24 in den verbleibenden senkrechten Einschnitten der inneren und äusseren Ringe befestigt wird. Die Endteile der nach oben ragenden beiden Keilabschnitte 36 werden auch in Einschnitten der oberen Ringhälften 20' und 16' befestigt.

Diese biegsame Befestigungsanordnung verwendet verhältnismässig einfache Bauteile und Bearbeitungstechniken, ist aber nichtsdestoweniger in grossem Ausmass selbstausfluchtend und selbstklemmend. Die Ausfluchtungen des inneren Rings und des sternförmigen Glieds gegenüber der Drehachse und zueinander erfolgen durch den Ausfluchtungsstift 48 zusammen mit den Querbiegegliedern 24, 24' in der beschriebenen Weise. Die Querbiegeglieder werden in der gewünschten räumlichen Ausrichtung durch den Stift und die Einschnitte in den inneren und äusseren Ringen befestigt.

Die zusammengebauten Bauteile werden in der gewünschten Beziehung aneinander befestigt durch Erhitzen der Anordnung bis zu einem Punkt, bei dem das Hartlötmaterial schmilzt und die inneren und äusseren Ringhälften an das dazwischenliegende sternförmige Glied befestigt. Das Hartlöten befestigt auch die Enden und die Mitte der Querbiegeglieder 24, 24" an den inneren und äusseren Ringen und an den angrenzenden Teilen des sternförmigen Glieds. Die Erfindung gestattet daher das gleichzeitige Hartlöten aller Bauteile der Anordnung mit Hartlötvorgängen, die an mehreren Stellen gleichzeitig erfolgen.

Jedes übliche Hartlötmaterial und alle Techniken für das gewählte Material können angewendet werden. Ein für geeignet befundenes Material ist eine Silberlegierung mit einem Schmelzpunkt von etwa 704° C. Während des Hartlötens wird die Anord-

nung ebenfalls wärmebehandelt und gealtert durch ihr Erhitzen auf 982° C, langsames Abkühlen auf Raumtemperatur, anschliessendes Abkühlen auf -7 3,3° C und Wiedererwärmen auf Raumtemperatur. Das Hartlöten erfolgt vorzugsweise im Vakuum ohne Flussmittel. Während des Hartlötens fliesst überschüssiges Lötmaterial zu einer an der Aussenkante des äusseren Rings 16 und den Einschnitten des Ausfluchtungsstifts 48 gebildeten Hohlkehle, wo es sich von selbst gleichmässig verteilt. Da zwischen den Keilabschnitten und den radialen Schlitzen 34 ein bedeutendes Spiel besteht, fliesst das Hartlötmaterial nicht in die Schlitze 34 nach unten. Dies gewährleistet, dass das sternförmige Glied und die senkrechten Biegeglieder sich voneinander unabhängig durchbiegen. Einmal hartgelötet und abgekühlt können der äussere Ring und die zwischengelegten Teile des äusseren ringförmigen Abschnitts 32 des sternförmigen Glieds und des äusseren Rings in vier voneinander unabhängige Sektoren 16a bis 16d zerschnitten werden, vgl. Fig. 1.

Die folgenden Abmessungen sind als Beispiel repräsentativ für eine Rotoranordnung der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Art. Das sternförmige Glied und die senkrechten Querbiegeglieder 24, 24' sind aus Stahlblech mit einer Dicke von etwa 0,076 mm gebildet. Das sternförmige Glied hat einen Aussendurchmesser von etwa 11,18 mm, während die radialen Schlitze eine Breite von etwa 0,437 mm haben. Die Querbiegeglieder haben eine Gesamtlänge von etwa 10,92 mm und eine Höhe (ausschliesslich der Keilabschnitte 36) von etwa 9,78 mm. Die Keilabschnitte 36 haben jeweils eine Höhe von 1 ,054 mm und eine Länge von 4,064 mm. Jede äussere Ringhälfte hat einen Aussendurchmesser von 11,42 mm und einen Innendurchmesser von 8,895 mm, wobei sich die senkrechten Einschnitte 46 radial bis zu einer Tiefe von etwa 1,016 mm bei einer Breite von 0,127 mm erstrecken. Jede Hälfte 16', 16" hat eine Höhe von etwa 3,048 mm. Der innere Ring hat vorzugsweise einen maximalen Aussendurchmesser von 3,81 mm, einen minimalen Aussen-

durchmesser von 1,65 rom, wobei jede Hälfte eine Höhe von etwa 1,473 mm hat. Der Ausfluchtungsstift 48 erstreckt sich um 8,64 mm bei einem Durchmesser von 1,59 mm. Die Schlitze 48" erstrecken sich um 5,66 mm und haben eine Breite von 0,127 mm.

Fig. 4 und 5 zeigt eine alternative fünfteilige Ausführungsform der Erfindung (gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet), die die Grundmerkmale der Erfindung verwendet. Ein innerer Ring 20 ist durch vier Biegearme 18a-18d mit einem äusseren Ring 16 verbunden. Jeder Biegearm hat einen Steg eines waagerechten sternförmigen Glieds 22. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die senkrechten Biegeglieder 24 jedes Biegearms jeweils gesonderte Teile sind, was gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 bis 3 die Gesamtzahl der Biegeelemente von drei auf fünf erhöht. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die senkrechten Biegeglieder 24 mit den Ringen 16 und 20 in senkrechten Einschnitten in Eingriff stehen, die an den radialen Flächen des Rings ausgebildet sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass kein zentraler Ausfluchtungsstift vorhanden ist. Stattdessen fixieren und fluchten die Längen der senkrechten Biegeglieder, die fest in die aufnehmenden Ringschlitze eingesetzt sind, die Bestandteile zueinander. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 bis 3 haben jedoch die senkrechten Biegeglieder jeweils Keilabschnitte, die sich mit Spiel frei durch die zugehörigen Stege erstrecken und eine unabhängige Wirkung der senkrechten und waagerechten Biegeelemente der Befestigungsvorrichtung gestatten.

Es wurde gefunden, dass die beschriebene biegsame Befestigungsvorrichtung, insbesondere bei Verwendung in einem dynamisch abgestimmten Kreisel, die strukturellen und thermoelastischen Eigenschaften einer teuren, stark bearbeiteten, einteiligen biegsamen Befestigungsvorrichtung jedoch mit

merklich niedrigeren Herstellungskosten aufweist. Die biegsame Befestigungsvorrichtung besteht vorzugsweise aus drei verhältnismässig einfach geformten Elementen, die aus verhältnismässig preiswertem Blech hergestellt werden können. Bei Verwendung zur Befestigung der Bauteile des dynamisch abgestimmten Kreisels können die zugehörigen inneren und äusseren Ringe mit einfachen spanabhebenden Bearbeitungsvorgängen hergestellt werden. Die Erfindung schafft auch eine Anordnung, die die verschiedenen Bauteile zu einer einzigen integralen Einheit durch gleichzeitige Hartlötvorgänge an mehreren Stellen befestigt. Der HartlötVorgang erfordert keine komplizierten und teuren Befestigungselemente, die normalerweise bei den bisherigen Konstruktionstechniken verwendet werden.

Claims (22)

1. Patentanwälte

   BEETZ & PARTNER 65-33.29oP (33.29 IH) 2. Febr. 1982

   SleJnsdcaisfrli>.fiQQQ München 22

   NORTHROP CORPORATION
   Los Angeles, California 9oo67 V.St.A.

   Biegsame Befestigungsvorrichtung mit zwei Freiheitsgraden

   Ansprüche

   f IT") Biegsame Befestigungsvorrichtung mit zwei Freiheitsgraden

   - zur Verbindung einer Antriebswelle mit einem äusseren Trägheitselement, das mit einem äusseren Ring verbunden ist, der sich um eine Drehachse mittels eines inneren Rings dreht, der vom äusseren Ring umgeben und hierzu konzentrisch ist,

   gekennzeichnet

   - durch mehrere in gleichen Winkeln beabstandete Biegearme (18a-18d), von denen sich jeder zwischen dem inneren Ring (20) und dem äusseren Ring (16) erstreckt und daran befestigt ist und von denen jeder aufweist: einen Steg (30a-30d), der sich im wesentlichen quer zur Drehachse (14) erstreckt, und ein senkrechtes Biegeglied (24, 24'), das im wesentlichen zum waagerechten Steg (3a-3d) senkrecht ausgerichtet ist und obere sowie untere Teile (24a, 24a', 36) aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten des Stegs (30a-30d) angeordnet sind,

   65-(79.10O)

   - wobei der Steg (30a-30d) und das Biegeglied (24, 24') aus einem elastischen Konstruktions blech von im wesentlichen gleichmässiger Dicke gebildet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass sich von den waagerechten Stegen (30a-30d) jeder von einem zentralen Teil (26) aus erstreckt, das zusammen mit den Stegen (30a-30d) ein im wesentlichen ebenes und um die Drehachse (14) symmetrisches sternförmiges Glied (22) bildet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass das sternförmige Glied (22) vier in gleichen Winkeln beabstandete Stege (30a-30d) aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass in jedem der Stege (30a-30d) ein radialer Schlitz

   (34) ausgebildet ist,

   - dass die senkrechten Biegeglieder (24, 24') aus ersten und zweiten senkrechten Biegegliedern bestehen, von denen jedes zwei Keilabschnitte (36) aufweist, die sich durch zwei der beiden diametral auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse (14) angeordneten Schlitze (34) erstrecken,

   - dass die Keilabschnitte (36) eines (24¹) der beiden Biegeglieder (24, 24') die Oberteile zweier Biegearme (18a, 18c.) bilden und

   - dass die Keilabschnitte (36) des anderen (24) der beiden Biegeglieder (24, 24') die Unterteile der übrigen beiden Biegearme (18b, 18d) bilden.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass das sternförmige Glied (22) eine auf der Drehachse

   (14) zentrierte im wesentlichen kreisförmige öffnung (28) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass der innere Ring (20) eine zentrale öffnung aufweist, die mit der zentralen öffnung (28) des sternförmigen Glieds (22) ausgefluchtet ist und im wesentlichen denselben Durchmesser wie die letztere öffnung (28) aufweist, und

   - dass in den ausgefluchteten öffnungen ein Ausfluchtungsglied (48) gehalten wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass das Ausfluchtungsglied (48) ein im allgemeinen zylindrischer Stift ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass das Ausfluchtungsglied (48) einen Satz von zueinander senkrechten Schlitzen (48") aufweist, die sich in Richtung der Drehachse (14) erstrecken und die Biegeglieder (24, 24') aufnehmen, ausfluchten und halten.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass die inneren und äusseren Ringe (20; 16) jeweils einen oberen und unteren Ringteil (20', 20"; 16", 16") aufweisen, die am sternförmigen Glied (22) befestigt sind und dieses zwischen sich aufnehmen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass die inneren und äusseren Ringteile (16¹, 16"; 20', 20") jeweils einen Satz von Einschnitten (40, 46) aufweisen, die an ihren dem sternförmigen Glied gegenüberliegenden Stirnseiten ausgebildet sind und die Biegeglieder (24, 24') aufnehmen.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass die Einschnitte (40, 46) in geringem Abstand von den Biegegliedern (24, 24') angeordnet sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass die Befestigung des sternförmigen Glieds einen äusseren Ringteil (32) aufweist, der wenigstens teilweise zwischen den oberen und unteren Ringteilen (16"; 16') des äusseren Rings (16) befestigt ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass vier Biegearme (18a, 18d) vorgesehen sind und

    - dass der äussere Ring (16) in vier Abschnitte (16a-16d) unterteilt ist, von denen jeder an einem der Biegearme (18a-18d) befestigt und ausschlxesslxch einem einzigen Biegearm (18a-18d) zugeordnet ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass die Antriebswelle antriebsmässig mit einem ersten diametral gegenüberliegenden Paar der äusseren Ringteile (16a-16d) verbunden ist und

    - dass ein Rotor antriebsmässig mit den anderen äusseren Ringteilen des äusseren Rings (16) verbunden ist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass sich die Schlitze (34) wenigstens vom Aussendurchmesser des inneren Rings (20) zum Innendurchmesser des äusseren Rings (16) erstrecken und eine grössere Breite als die Dicke der Keilabschnitte (36) haben.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,

    - dass die Keilabschnitte (36) der Biegeglieder (24, 24') sich radial wenigstens vom Aussendurchmesser des inneren Rings (20) bis wenigstens zum Innendurchmesser des äusseren Rings (16) erstrecken.
17. 17. Verfahren zur Herstellung einer biegsamen Anordnung, gekennzeichnet

    - durch Formen eines sternförmigen Glieds aus einem Konstruktionsblech von im wesentlichen gleichmässiger Dicke, wobei das sternförmige Glied einen zentralen Nabenteil und mehrere in gleichen Winkeln beabstandete Stege aufweist, von denen sich jeder radial vom Nabenteil aus erstreckt/ wobei sich im wesentlichen über die Länge der Stege ein zentraler radialer Schlitz erstreckt ,

    - durch Formen von mehreren Querbiegegliedern aus einem Konstruktionsblech von im wesentlichen gleichmässiger Dicke, wobei jedes Querbiegeglied im allgemeinen rechteckig ausgebildet ist, wobei sich von einer seiner Längskanten zwei im allgemeinen rechteckige Keilabschnitte erstrecken,

    - durch Anordnen von oberen und unteren Hälften eines inneren Rings,

    - durch Anordnen von oberen und unteren Hälften eines äusseren Rings,

    - durch Verriegeln der Querbiegeglieder mit dem stern-

    förmigen Glied durch Einsetzen der Keilabschnitte in die radialen Schlitze,

    - durch Positionieren der inneren Ringhälften auf gegenüberliegenden Seiten des zentralen Sternteils,

    - durch Positionieren der äusseren Ringhälften an gegenüberliegenden Seiten der äusseren Enden der Stege und

    - durch gleichzeitiges Hartlöten der inneren Ringhälften an das sternförmige Glied, der äusseren Ringhälften an das sternförmige Glied und der Querbiegeglieder an die inneren und äusseren Ringhälften.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17
    gekennzeichnet

    - durch Formen einer zentralen öffnung im sternförmigen Glied,

    - durch Formen einer zentralen öffnung in den inneren Ringhälften,

    - durch Anordnen eines Ausfluchtungsglieds, das mit den öffnungen in Eingriff kommen kann und

    - durch Einsetzen des Ausfluchtungsglieds in die öffnungen zum Ausfluchten der inneren Ringhälften mit dem sternförmigen Glied.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 17,
    gekennzeichnet

    - durch Formen eines Satzes von Einschnitten in den inneren und äusseren Ringhälften zur Aufnahme der Enden der Querbiegeglieder und der Keilabschnitte.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 18,
    gekennzeichnet

    - durch Formen von zwei sich in Längsrichtung erstreckenden und zueinander senkrechten Einschnitten im Ausfluchtungsglied und

    - durch Einsetzen der Querglieder in die Einschnitte.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 17
    gekennzeichnet

    - durch Anordnen von ringförmigen Hartlötmaterial zwischen den inneren Ringhälften und dem sternförmigen Glied und zwischen den äusseren Ringhälften und dem sternförmigen Glied und

    - durch Erhitzen der Rotoranordnung auf eine Temperatur, bei der das Hartlötmaterial schmilzt.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 17,
    gekennzeichnet

    - durch Unterteilen der äusseren Ringhälften und der Zwischenteile des sternförmigen Glieds in Sektoren, von denen jeder auf einem Biegearm zentriert ist, der durch einen der Schenkel und dem zugehörigen Teil eines der Querglieder und eines von dessen Keilabschnitten gebildet ist.