DE704093C - Lagerung fuer Drehachsen an Kreiselgeraeten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung für Drehachsen an Kreiselgeräten mit Lagerabstützung durch Luft.

Solche Lagerungen sind an sich schon für einseitige Lagerung eines Kreiselkörpers bekanntgeworden, der mit seinem ganzen Gewicht auf diesem einzigen Lager ruht. Bei derartigen Anordnungen wurde auch schon, die Lagerung in einer Kugelkalotte vorgesehen. Solche Lagerungen lassen sich dann nicht ohne weiteres verwenden,. wenn der zu lagernde Körper beidseitig abgestützt ist, was z. B. bei Umlaufachsträgern von Kreiselgeräten der Fall ist.

Nach der Erfindung wird jedoch auch in diesem Falle die Luftlagerung dadurch möglich, daß die Drehachsen an ihren beiden Enden mit je einer nach einer Rotationsfläche geformten Lagerfläche versehen sind, die in entsprechend geformten Tragflächen abgestützt sind und daß die Krümmungsmittelpunkte der an den Durchstoßstellen der Drehachsen gelegenen Lagerflächenteile eines jeden Lagerpaares einen Abstand voneinander aufweisen.

Zweckmäßig ist dabei der Abstand der zusammengehörigen Lagerflächen eines jeden Lagers in der Drehachsenrichtung größer als am Lagerrande.

Bei der Verwendung derartiger Lager in Kreiselgeräten ist es vorteilhaft, nach der Erfindung zur Erzeugung der Lagerstützluft zwischen den Lagerflächen, der Antriebsluft für den Rotor und der zum Aufrichten des Kreisels dienenden Luft eine einzige Druckluftquelle vorzusehen.

Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß sämtliche Teile des Kreiselgerätes aus den gleichen, nichtmagnetischen Baustoffen bestehen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Kreiseln nichtmagnetischen Stoff zu verwenden, um dadurch magnetische Störungen zu vermeiden. Nach der Erfindung wird darüber hinaus vorgeschlagen, die nichtmagnetischen Teile aus dem gleichen Baustoff zu bilden. Auf diese Weise wird der weitere Vorteil erzielt, daß ζ. B. Änderungen des Lagerspiels bei Temperaturänderungen vermieden werden.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist ein Vertikalschnitt durch einen Kurskreisel nach der Erfindung. Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt durch das gleiche Gerät; zum Teil ist der Kreisel in Ansicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstabe eins der Lager zwischen dem Kardanring und dem j ο Kreiselumlauf achsenträger.

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 3.

Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt durch eine abgeänderte Form des Kreiselkörpers; sie zeigt die erfindungsgemäße Lagerung bei einem durch Reaktionskräfte angetriebenen Kreiselkörper.

. Fig. 6 ist ein entsprechender Schnitt durch einen Kreiselkörper mit einer anderen Form der Lager.

Fig. 7 ist ein senkrecht zur Kreiselumlaufachse durch die Mitte des Kreiselkörpers nach den Fig. 5 oder 6 gelegter Schnitt.

Fig. S zeigt einen waagerechten Schnitt durch einen Kreiselhorizont nach der Erfindung.

Fig. 9 ist ein lotrechter Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 8.

Für den Antrieb des Kreiselkörpers wird zweckmäßig Unterdruck verwendet, obgleich der Antrieb natürlich auch mit Hilfe von Überdruck erfolgen könnte. Bei dem in den Fig. ι bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kurskreisel in ein luftdichtes Gehäuse ι eingeschlossen, von dem aus die Luft durch eine Leitung 2 hindurch abgesaugt wird. Der in diesem Gehäuse untergebrachte Kurskreisel ist auf dem Kardanring 3 abgestützt, der in Lagern 4 und 5 des Gehäuses um eine lotrechte Achse umläuft. Jedes der Lager hat eine sphärische Form; indessen fällt der Mittelpunkt der Krümmung der Lager nicht mit dem Mittelpunkt ο des Gerätes zusammen, da im anderen Falle das ganze Gerät überkippen und nicht im Gehäuse geführt werden würde. Jedes Lager weist in einer Schale 6, die in einer Aussparung des Bodens und der Decke des Gehäuses ι befestigt ist, eine konkave Fläche auf. Jede Lagerschale weist eine mittlere Bohrung 7 auf, durch die hindurch Luft von außen her durch einen Schirm 8 hindurch in das Gerät eintritt. Wenn es erforderlich sein sollte, könnte ein Schutzschild 9 vorgesehen sein. In der Schale ist ein Kopf 10 gelagert, der mit einem zylindrischen Schaft 11 versehen ist. Dieser ist in einer mittleren Bohrung 12 des Kardanringes befestigt. Der Kopf 10 hat eine mittlere Bohrung 13, die normalerweise gleichachsig mit der Bohrung 7 der Schale 6 liegt. Die Bohrung 13 des Kopfes 10 steht bei 14 mit einem Ringkanal 15 des Schaftes in Verbindung, der seinerseits mit Kanälen 16 und 16' des Kardanringes in Verbindung steht. Zweckmäßig haben die Schale und der Kopf eine solche Form, daß Ö5 der Spielraum am Rand der Schale geringer ist als in ihrer Mitte, so daß ein allzu leichtes Entweichen der Luft verhindert und an der Stelle der größten Belastung ein stärkeres Luftkissen gebildet ist. Wenn die Schale und der Kopf eine im wesentlichen halbkugelige Form aufweisen sollen, dann können die Krümmungsradien der Schale und des Kopfes genau die gleichen sein, da der Spalt zwischen den Flächen in der Mitte ⁷S größer wird als am Rand, sobald sich die Lufthaut ausbildet. Wenn dagegen die Schale und der Kopf flach ausgebildet sind (s. beispielsweise die Ausführungsform nach Fig. 6), dann ist zweckmäßig der Krümmungsradius der Schale etwas kleiner als der des Kopfes, damit der Zwischenraum an den Rändern klein genug bleibt. Zur besseren Ausbildung des Luftpolsters sind zusätzliche radiale Kanäle 17 und 18 vorgesehen, die von außerhalb des Gehäuses her an entgegengesetzte Stellen der Lagerschalen führen.

Die Lufteintrittskanäle 16, 16' und die entsprechenden Kanäle 20, 20' führen in das Innere der Lager 21 und 21' für die innere 9» Kardanachse. Jedes dieser Lager besteht aus einem Kopf 22, der innen am Kardanring mit Hilfe von Stellschrauben 23 befestigt ist. Der Ringkanal 24 innerhalb eines jeden Kopfes steht mit den Kanälen in dem Kardanring in Verbindung. Von hier aus wird die Luft zwecks Ausbildung der Lufthaut für das Lager in radiale Kanäle" 25, 25' und zwecks Heranführung von zusätzlicher Luft zu dem Lager und auch zu den Lagern für die Kreiselumlaufachsen sowie zwecks Antrieb des Kreiselkörpers in zusätzliche, mit einem gemeinsamen Kanal 27 in Verbindung stehende Kanäle 26, 26' geleitet. Ein großer Teil der aus dem Kanal 27 austretenden Luft tritt in «05 den Kanal 28 der Lagerschale 21 ein; ein Teil davon gelangt in den Ringkanal 29, der. mit den Kanälen 30 in dem Kreiselumlauf achsenträger 31 in Verbindung steht. Die aus den Kanälen austretende Luft gelangt in den no Ringkanal 32 der Schafte der die Lager für die Kreiselumlaufachse bildenden Köpfe 33. Die Luft strömt durch eine mittlere Bohrung hindurch, von wo aus sie zwischen dem Kopf 33 und einer konvexen Vertiefung 35 im Kreiselkörper 38 austritt.

Die Luftdüsen 36 und 36' (Fig. 1 und 3) für den Antrieb des Kreiselkörpers sind an die Kanäle 28 angeschlossen; sie lenken die Luft tangential gegen die Schaufeln 37 am iao Umfang des Kreiselkörpers 38. Da die Düsen 36,36' einen Teil des Kreiselumlaufachsen-

trägers bilden, so ist dieser um die innere Kardanachse frei verschwenkbar, so daß bei beliebigen Längs- und Querneigungen des Flugzeuges sowie beim- Ausführen von Loopings der Kreisel ungestört in Tätigkeit bleibt.

Zur Erhaltung oder Wiederherstellung der senkrechten Lage der Kreiselumlaufachse zu der in der Bahrung 13 liegenden äußeren

ίο Kardanachse sind an dem Umfang des Kopfes 22 (Fig. ι und 4) kleine einander gegenüberliegende Bohrungen 39 und 39' vorgesehen, die beide zum Teil durch den Rand 40 der Ausfräsung in der Lagerschale 21 verdeckt sind, wenn sich die Kreiselumlauf achse in der Normalstelhmg befindet. Nimmt jedoch die Kreiselumlaufachse eine abweichende Lage ein, dann wird der eine Kanal mehr verdeckt als der andere. Er kann sogar vollständig geschlossen werden, während der andere vollständig geöffnet wird. Durch die austretenden Luftstrahlen wird um die lotrechte Achse ein Reakticmsmöment ausgeübt, das 'eine Präzession des Kreisels um seine horizontale Achse auslöst, so daß die Kreiselumlaufachse ihre horizontale Lage wieder einnimmt. Daraus ergibt sich, daß der Kreisel ebenso gut arbeitet, wenn der Ring 31 gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Lage umgekehrt wird. Die Abdeckkanten 40 an der Lagerschale 21 werden dann um i8o° gedreht, so daß sie im umgekehrten Sinne wirken; diese Wirkung wird jedoch dadurch ausgeglichen, daß die Richtung der Kreiselumlaufbewegung ebenfalls umgekehrt wird, so daß die Wirkung die gleiche bleibt.

Die beschriebenen Aufrichtemittel für die Kreiselumlaufachse verursachen einen geringeren Abtrieb im Azimut während des Aufrichtens, als es bei den bekannten Richtungskreiseln möglich ist, da das Aufrichtmoment stets ein reines Drehmoment um die äußere Kardanachse ist und da ferner wegen der reibungslosen Luftlagerung des Umlaufachsenträgers die übliche geringe, jedoch, sehr störende Auswanderung um die das Präzessionsmoment aufnehmende Achse ausbleibt.

Anstatt den Kreiselkörper durch unmittelbare Düseneinwirkung anzutreiben, könnte er auch durch die Reaktionskräfte der Luftstrahlen angetrieben werden, die tangential aus dem Umfang des Kreiselkörpers austreten. Diese Abänderungsform ist in den Fig. S und 7 dargestellt. Bei dieser Abänderungsform wird die Luft durch eine mittlere Bohrung 24 des Kopfes 33' hindurch in eine axiale Bohrung 48 des Kreiselkörpers 38' geführt. Die axiale Bohrung steht mit mehreren radialen Bohrungen 49, 50 in Verbindung.

Diese sind an ihren Enden verschlossen; sie stehen jedoch mit tangentialen Bohrungen 51 in Verbindung. Die tangential austretende Luft treibt die Kugel durch Reaktionskräfte <Γη.

Die Lagerschalen und Lagerköpfe können an dem äußeren bzw. inneren Körper oder auch umgekehrt angeordnet sein. So haben bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Lagerköpfe für die äußere Kardanachse ihre Krümmungsmittelpunkte zwischen den beide» Lagern, während die Krümmungsmittelpunkte der Lager für die innere Kardanachse außerhalb des Gerätes liegen. Das gleiche trifft zu für die Lager des Kreiselkörpers nach den Fig. 2 und 5. In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Krümmungsmittelpurikte der Lager für den Kreiselkörper innerhalb dieses Kreiselkörpers liegen. In diesem Falle ist der mittlere Teil des Kreiselkörpers ausgespart, so daß auf jeder Seite eine konvexe Fläche 52 und 52' entsteht. Die Lagerschalen 53 und 53' sind mit konkaven Stützflächen versehen.

Sämtliche Metallteile des Gerätes könnten aus dem gleichen Metall hergestellt sein, so z. B. aus einer Aluminiumlegierung oder Bronze, da keine Kugellager verwendet zu werden brauchen, die aus Stahl bestehen müssen. Dadurch sind zwei Schwierigkeiten vermieden, nämlich diejenigen, die durch ungleiche Wärmeausdehnung der verschiedenen Metalle entstehen, und ferner diejenigen, die sich aus den Abweichungen des magnetischen Kompasses infolge der Magnetisierung der in den Lagern verwendeten Stahlkugeln ergeben. Die Reibungsverringerung gibt ferner die Möglichkeit, mit leichteren Kreiselkörpern ebenso gute Ergebnisse zu erhalten wie mit den bisherigen schwerer ausgeführten, die zur Überwindung der Kugellagerreibung bei den bekannten Geräten notwendig waren.

Die Fig. 8 und 9 zeigen, wie die gleichen Grundsätze auf den Kreiselhorizont angewendet werden können. In diesem Falle ist der Kardanring 60 ebenfalls im äußeren Gehäuseoi abgestützt. Die durch Köpfe 63 des Kardanringes gebildeten Lager 62, 62' für die äußere Kardanachse wirken mit Lagerschalen 64 zusammen, die am Gehäuse befestigt sind. Jede Lagerschale weist Luftkanäle auf, durch no die hindurch die Tragluft für die Lager sowie zusätzliche Luft zugeführt wird, die durch die mittleren Aussparungen 65 der Lagerköpfe in Kanäle 66 des Kardanringes abströmt. Diese Kanäle führen zu den Lagern 67, 67' für die innere Kardanachse, welche den Kreiselumlaufachsenträger 68 abstützen. Jedes dieser Lager ist in ähnlicher Weise ausgebildet wie die horizontalen Lager 21, 21' bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Beide Lager sind auf Luft abgestützt, und durch mindestens eins dieser Lager strömt Luft in den Kanal

6g des Umlaufachsenträgers zum Zwecke des Antriebes des Kreiselkörpers mit Hilfe von ; durch die Düse 70 austretenden Luftstrahlen , und ebenfalls zum Zwecke der Zuführung > von Luft zu den oberen und unteren Lagern 71 und 72 des Kreiselkörpers 73. Für diesen zuletzt erwähnten Zweck ist ein Kanal 75 vorgesehen, der von dem Kanal 69 in dem Kreiselgehäuse ausgeht und durch das Gehäuse hindurch nach unten und sodann längs des Bodens des Gehäuses zu den Kanälen 76' des zum Lager 72 gehörigen Kopfes 77 führt. Der mittlere Kanal 76 steht in Verbindung mit einer Bohrung 78, die in axialer Richtung durch die Mitte des Kreiselkörpers hindurchgeführt ist; durch diese Bohrung wird Luft für den oberen Lagerkopf 77' geleitet. Zweckmäßig ist der untere Lagerkopf : 77 mit einem Flansch 90 versehen, der eine flache obere Fläche aufweist. Auf dieser I Fläche ruht die untere Fläche des Kreiselkörpers 73, wenn keine Luft zugeführt wird. ' Bei laufendem Kreisel fließt indessen die zwischen dem Lagerkopf 77 und der Lagerschale 72 austretende Luft zwischen dem Flansch und dem Kreiselkörper ab. Dadurch wird das Gewicht des Kreiselkörpers auf dem so geschaffenen Lufthäutchen mit abgestützt.

Alle Lager sind im Vergleich zu den üb- . 3< > liehen Öl- oder Kugellagern verhältnismäßig ^: groß, um den spezifischen Flächendruck niedrig zu halten und dadurch mit mäßigen Luftdrücken auszukommen.

In den in Fig. 9 dargestellten Lagern für die innere Kardanachse sind lediglich jeweils die oberen Leitungen 90,90' vorgesehen, so daß der im wesentlichen nach oben gerichtete ■ Luftdruck dem nach unten gerichteten Lager- ' druck entgegenwirkt.

Die aus den Antriebsdüsen und den Lagern j austretende Luft gelangt innerhalb des Kreiselgehäuses nach unten durch Aussparun- ! gen 80 hindurch in einen hohlen Ansatz 81, \ der vier einander gegenüberliegende Schlitze ' aufweist, von denen in Fig. 9 nur die beiden i mit 82 bezeichneten und der mit 83 bezeichnete sichtbar ist. Vor jedem Schlitz sind j kleine Pendelverschlüsse 84 schwenkbar, die : den Kreisel in bekannter Weise aufrichten. Der zur Anzeige dienende Horizontalbalken 85 ist in bekannter Weise an dem Kardanring 60 bei 86 drehbar gelagert und mit Hilfe des Stiftes 87 in der üblichen Weise mit dem Kreiselgehäusc verbunden. Die Luft für das vordere Lager 62' wird von einem seitlich verlaufenden Kanal 88 aus in die Bohrung 7 geleitet. Die Leitung 88 führt in die Atmosphäre.

Claims (6)

Patentansprüche: 6i)

1. Lagerung für Drehachsen an Kreiselgeräten mit Lagerabstützung durch Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen an ihren beiden Enden mit je einer nach einer Rotationsfläche geformten Lagerfläche versehen sind, die in entsprechend geformten Tragflächen abgestützt sind, und daß die Krümmungsmittelpunkte der an den Durchstoßstellen der Drehachsen gelegenen Lagerflächenteile eines jeden Lagerpaares einen Abstand voneinander aufweisen.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der zusammengehörigen Lagerflächen eines jeden Lagers in der Drehachsenrichtung größer ist als am Lagerrande.

3. Lagerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Lagerkörper eines Lagers symmetrisch zur Drehachse und schräg auf diese zu verlaufende Zentrierkanäle (17, 18,25,25') vorgesehen sind.

4. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines auf den L'mlaufachsenträger wirkenden Drehmomentes, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager zwischen dem Kardanring und dem Umlaufachsenträger seitliche Öffnungen (39, 39') aufweisen, aus denen ein Teil der Lagerluft entweicht, und daß ferner die Öffnungen mit Hilfe eines am Kardanring sitzenden Abdeckgliedes (21) unterschiedlich abdeckbar sind.

5. Lagerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur · Erzeugung der Lagerstützluft zwischen den Lagerflächen, der Antriebsluft für den Rotor und der zum Aufrichten des Kreisels dienenden Luft eine einzige Druckluftquelle dient.

6. Lagerung nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile aus den gleichen nichtmagnetischen Baustoffen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen