DE3931609A1 - Vorrichtung zum verbinden eines basisobjekts mit einem rotierenden objekt durch eine flexible leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Baisobjekts mit einem rotierenden Objekt durch eine flexible Leitung, wobei unter Leitung jede längliche Verbindung und unter einer flexiblen Leitung im Sinne der Erfindung jede in sich verdrehbare Leitung zu verstehen ist.

Leitungen zwischen zwei Objekten als solche sind in einer Vielzahl bekannt. Schwierigkeiten als solche ergeben sich aber insbesondere bei der Verbindung zweier Objekte mit einer Leitung, wenn eines der Objekte relativ zu dem anderen Objekt eine Rotationsbewegung ausführt.

Die bekannten Lösungen dieses Problems verwenden schleifende Verbindungen, z. B. einen Schleifring. Diese stellen wartungsintensive Lösungen dar, welche insbesondere bei elektrischen Leitungen die Gefahr beinhalten, daß auf Analogsignale unkontrollierte Störimpulse durch Kontaktunterbrechungen aufgeprägt werden. Diese Störimpulse begrenzen die Genauigkeit der Meßauswertungen in den nachfolgenden Signalverarbeitungseinrichtungen.

Ein weiteres Problem bei schleifenden Verbindungen besteht in der Gefahr der Funkenbildung. Soll durch die Verbindung ein explosives Medium (Gas oder Flüssigkeit) geleitet werden, so kann die Konstruktion die Verwendung nicht optimalster Werkstoffe bedingen.

Insbesondere zur Signalübertragung kann auch elektro­ magnetische Strahlung verwendet werden, welche von dem rotierenden Objekt ausgestrahlt und dann empfangen wird. Dies bedingt jedoch je nach der benötigten Qualität der Signale eine sehr aufwendige Vorverarbeitung und Umsetzung der Signale im rotierenden Objekt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Verbinden eines Basisobjekts als Bezugsbasis und einem rotierenden Objekt zu schaffen, ohne daß schleifende Teile benötigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs gelöst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Enden der flexiblen Verbindungsleitung sowohl am Basisobjekt als auch am rotierenden Objekt starr befestigt werden können und sich diese Leitung auch bei einer unendlichen Anzahl von Umdrehungen nicht abdreht. Dieser zunächst verblüffende Effekt resultiert aus der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Befestigung der Leitungsenden sowie aus der Nachführung der flexiblen Leitung mit der halben Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Objekts durch eine Zwangsnachführungseinrichtung. Es ist dabei vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Leitungsenden an Basisobjekt und rotierendem Objekt jeweils an den Durchstoßpunkten der Drehachse befestigt sind, da dann die notwendige Länge der flexiblen Leitung in jeder Drehstellung fast konstant ist.

Die Zwangsnachführungseinrichtung kann vorteilhafterweise aus einem rotierenden Zwischenring zwischen dem Basisobjekt und dem rotierenden Objekt bestehen, so daß alle Objekte zueinander einen festen Halt haben.

Die flexible Leitung kann sowohl zum Materialtransport von Gasen und Flüssigkeiten (Leitung Schlauch) als auch zum Signaltransport elektrischer oder elektromagnetischer Signale (z. B. Strom, Licht usw.) (Leitung Kabel) ausgebildet sein. Steckelemente an den zu verbindenden Objekten und an der flexiblen Leitung erlauben einen schnellen Auf- und Abbau der Verbindung bzw. auch den schnellen Austausch von Teilen. Sowohl das rotierende Objekt als auch die Zwangsnachführungs­ einrichtung für die flexible Leitung werden vorteilhaft über eine gemeinsame Antriebseinrichtung angetrieben, um eine einwandfreie Nachführung der flexiblen Leitung auch bei sich verändernden Winkelgeschwindigkeiten des rotierenden Objekts sicherzustellen. Dies ist insbesondere bei der Anbringung des Antriebs auf der Zwangsnachführungseinrichtung relativ einfach zu realisieren.

Eine vorteilhafte Anwendung findet die Vorrichtung nach der Erfindung in einem Kreiselkompaß zur störungsfreien Signalübertragung aus der Hüllkugel nach außen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen, unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 ein als Kreiselanordnung ausgebildetes Ausführungsbeispiel in seitlicher Ansicht;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Kreiselanordnung aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein körperliches Funktionsmodell der Vorrichtung nach der Erfindung. Eine erste quadratische Scheibe dient als Basisobjekt (1). Das Basisobjekt (1) bildet ein feststehendes Bezugsobjekt hinsichtlich einer zweiten Scheibe, im folgenden rotierendes Objekt (2) genannt. Das rotierende Objekt (2) dreht sich relativ zum Basisobjekt (1) um eine Rotationsachse (6), welche hier senkrecht auf der planen Basisobjektoberfläche (1a) steht. Das Basisobjekt (1) und das rotierende Objekt (2) sind verbunden durch eine flexible Leitung (3). Für diese flexible Leitung (3) ist es wesentlich, daß ein begrenztes Insichverdrehen möglich ist.

Die Befestigung der flexiblen Leitung (3) auf dem Basisobjekt (1) erfolgt auf der dem rotierenden Objekt (2) zugewandten Seite (1a), während die dem rotierenden Objekt (2) abgewandte Seite (1b) flach auf eine Unterlage gelegt werden kann. Dann wird die flexible Leitung (3) um das rotierende Objekt (2) herumgeführt und ihr noch freies Ende auf der dem Basisobjekt (1) abgewandten Seite (2a) des rotierenden Objekts (2) starr befestigt.

Die flexible Leitung (3) wird dem mit der Winkelgeschwindigkeit (2W) rotierenden Objekts (2) mit der halben Winkelgeschwindigkeit W in derselben Richtung locker nachgeführt. Obwohl die flexible Leitung (3) sowohl an einem Punkt (5) auf dem Basisobjekt (1) als auch an einem Punkt (4) auf dem rotierenden Objekt (2) starr befestigt ist, kommt es bei der Drehung des rotierenden Objekts (2) um seine Rotationsachse (6) nicht zu einer verbleibenden Verdrehung der flexiblen Leitung (3) nach mehreren Umdrehungen und damit letztendlich zu einem Abdrehen. Vielmehr bleibt die Verbindung zwischen den Objekten (1 und 2) ungestört erhalten.

Die geringstmögliche Verwindung der flexiblen Leitung (3) tritt ein, wenn bei gleichzeitiger Drehung des rotierenden Objekts (2) und der Leitung (3) die Leitung senkrecht zur Rotationsachse (6) aus dem rotierenden Objekt (2) und dem Basisobjekt (1) heraustritt. Legt man die Befestigungspunkte (4, 5) der Leitung (3) nicht in die Mitte der beiden Objekte (1, 2) und/oder außerhalb der Rotationsachse (6), so muß die Länge der Leitung (3) entsprechend vergrößert werden. Die Rotationsachse (6) selber kann im konkreten Anwendungsfall sogar eine Eigenbewegung besitzen und muß nicht starr senkrecht auf der Basisobjektoberfläche (1a) stehen.

Wesentlich bei der Befestigung der Leitung (3) an den beiden Objekten (1, 2) ist, daß die Befestigung des einen Endes auf einer Seite (1a) zwischen den beiden Objekten (1, 2) liegt und die Befestigung des anderen Endes auf der dem anderen Objekt (2) entgegengesetzten Seite (2a) erfolgt, so daß die Leitung (3) um das Objekt (2) herumgeführt wird. Dann ist es egal, ob sich das obere oder das untere Objekt (1, 2) mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit relativ zur Winkelgeschwindigkeit der Leitung (3) bewegt.

Eine vorteilhafte Anwendung findet die in Fig. 1 erläuterte Vorrichtung nach der Erfindung beim Bau eines Kreiselkompaß, wobei die flexible Leitung eine störungsfreie Signalübertragung aus der Hüllkugel nach außen sicherstellt. Die dabei wesentlichen Teile sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt und werden im folgenden erläutert.

Eine Hüllkugel (9) wird über einen quatorial angebrachten Tragring (13) in einem Zwischenring (10) über ein Kugellager (12) drehbar gelagert. Dieser Zwischenring (10) ist wiederum über ein weiteres Kugellager (11) in einem Gehäuseunterteil (7) drehbar gelagert. Dieses Gehäuseunterteil (7) ist zusammen mit dem Gehäuseoberteil (8) ein Teil einer kardanischen Aufhängung in einem Kreiselkompaß-Gehäuse, welches hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist.

Im Zwischenring (10) befindet sich an einer Stelle eine Öffnung (15), durch welche eine flexible elektrische Leitung (14) hindurchgeht. Der Durchmesser der Öffnung (15) ist dabei so bemessen, daß die Leitung (14) bei einer Bewegung des Zwischenringes (10) dessen Bewegung zwangsweise folgt und sich dabei noch frei in der Öffnung (15) leicht verwinden kann.

Die Leitung (14) verbindet das obere Ende (9a) der Kugel (9), welches zum Gehäuseoberteil (8) hinweist, mit dem inneren Boden (7a) des Gehäuseunterteils (7). An den beiden Enden der Leitung (14) sind Steckerelemente (16, 18) angebracht, welche in entsprechend geformte Buchsenelemente (17, 19) gesteckt sind. Dadurch erhält man eine mechanische stabile Verbindung zwischen den Steckerelementen (17, 19) und den Buchsenelementen (16, 18), wobei es zwischen beiden zu einer Lagefixierung kommt so, daß bei Drehbewegungen der Kugel (9) die jeweils zueinanderpassenden Stecker- und Buchsenelemente (16, 17; 18, 19) keine Rotation zueinander ausführen. Die Leitung (14) tritt senkrecht aus den Steckerelementen (16, 18) aus, wobei die jeweils dazuge­ hörigen Buchsenelemente (17, 19) in der Rotationsachse (20) an der Kugel (9) und am Gehäuseunterteil (7) angebracht sind. Von dem unteren Buchsenelement (17) werden die Signale aus der Kugel (9) dann über eine weitere Leitung (27) aus dem Gehäuse (7, 8) geführt.

Auf dem Zwischenring (10) ist auf der der Öffnung (15) für die elektrische Leitung (14) gegenüberliegenden Seite ein Getriebe (21) angebracht.

Dieses Getriebe (21) hat eine Antriebswelle (22, 25), welche zu beiden Seiten aus dem Getriebe (21) hinausragt. An dem einen Ende der Antriebswelle (22) befindet sich ein Zahnrad (23), welches in eine Verzahnung (12a) auf dem Tragring (13) greift und so die Kugel (9) antreibt. Auf dem anderen Ende der Antriebswelle (25) befindet sich ein weiteres Zahnrad (24), welches in eine Verzahnung (11a) auf dem Tragrahmen (26) des Gehäuseunterteils (7) greift und so den Zwischenring (10) antreibt.

Die Verzahnungen (11a, 12a) und die Zahnräder (23, 24) sind konstruktiv so ausgelegt, daß die Kugel (9) sich mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit des Zwischenringes (10) relativ zum Gehäuse (7, 8) bewegt. Diese starre Kopplung der Winkelgeschwindigkeit der Kugel (9) an die Winkelgeschwindigkeit des Zwischenringes (10) stellt sicher, daß sich die Kugel (9) relativ zum Zwischenring (10) immer mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit bewegt, egal wie groß die Winkelgeschwindigkeit des Zwischenringes (10) ist. Damit ist dann auch sichergestellt, daß sich die elektrische Leitung (14) nicht so verwindet, daß es im Laufe der Zeit zu Spannungen in der elektrischen Leitung (14) kommt.

Der Zwischenring (10) und somit auch die Hüllkugel (9) werden durch den Motor (M1) über das Ritzel (29), welches in das unter dem Zwischenring (10) angebrachte Zahnrad (30) greift, angetrieben. Der Motor (M1) ist dabei fest am Gehäuse (7) befestigt. Durch die Lagerung des Zwischenringes (10) und der Kugel (9) auf zwei Kugellagern (11, 12) sind die auftretenden Reibungsverluste beim Betrieb des Kreislkompasses sehr ge­ ring und damit auch die notwendige Energieaufnahme des Motors (M1).

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Verbinden eines Basisobjekts mit einem rotierenden Objekt durch eine flexible Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der flexiblen Leitung (3, 14) an der dem Basisobjekt (1, 7) abgewandten Seite des rotierenden Objekts (2, 9) an diesem befestigt ist, das andere Leitungsende am Basisobjekt (1, 7) an der dem rotierenden Objekt (2, 9) zugewandten Seite (1a, 7a) befestigt ist, daß die flexible Leitung (3, 4) um das rotierende Objekt (2, 9) herumgeführt und in einer Zwangsnachführungseinrichtung (10) gehaltert ist, welche die flexible Leitung (3, 14) der Drehbewegung des rotierenden Objekts (2, 9) mit der halben Winkelgeschwindigkeit nachführt, ohne die Eigenbewegung der flexiblen Leitung (3, 14) in sich zu stören, und daß mindestens eine Antriebseinrichtung vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsenden an den Objekten (1, 2; 7, 9) an den Durchstoßpunkten (4, 5) der Drehachse (6, 20) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsnachführungseinrichtung (10) aus einem Zwischenring zwischen dem Basisobjekt (7) und dem rotierenden Objekt (9) besteht, wobei sich der Zwischenring (10) mit der halben Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Objekts (9) in dessen Drehrichtung bewegt und die flexible Leitung (14) durch eine Öffnung (15) im Zwischenring (10) geführt ist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der flexiblen Leitung (14).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible Leitung (3, 14) ein Schlauch ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible Leitung (3, 14) ein Kabel ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible Leitung (3, 14) ein Licht­ leiter (Bündel) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Enden der flexiblen Leitung (3, 14) Steckelemente (16, 18) befestigt sind, die zu korrespondierenden Steckelement (17, 19) an den Objekten (1, 2; 7, 9) passen und durch welche eine starre Anbringung der Leitungsenden an den Objekten (1, 2; 7, 9) erfolgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Getriebe (21) und Motor (M1) vorhanden ist, um sowohl das rotierende Objekt (2, 9) als auch die Zwangsnachführungseinrichtung (10) anzutreiben.

9. Vorrichtung nach einem der Anprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Getriebe (21) auf der Zwangsnachführungseinrichtung (10) angebracht ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Objekt (9) eine Hüllkugel eines Kreiselkompasses, das Basisobjekt (7) ein Teil einer kardanischen Aufhängung und die flexible Leitung (14) ein elektrisches Kabel zur Signalübertragung ist.