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Dämpfungsvorrichtung für ein drehbares Organ eines Meßgerätes oder
feinmechanischen Steuergerätes, insbesondere eines Kreiselsystems Die Erfindung
bezieht sich auf eine Dämpfungsvorrichtung für ein drehbares Organ eines Meßgerätes
oder feinmechanischen Steuergerätes, insbesondere eines Kreiselsystems, das in einem
mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Gehäuse angeordnet ist, mit mehreren über Strömungsöffnungen
miteinander in Verbindung stehenden, sektorartigen Kammern innerhalb des zylindrisch
ausgebildeten Gehäuses, ferner mit an dem drehbaren Organ angebrachten radialen
Schaufeln, die bei einer Drehung Dämpfungsflüssigkeit aus einer Kammer durch die
Strömungsöffnungen in die benachbarte Kammer drücken, sowie mit Stellgliedern, die
ein auf die Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeitsviskosität derart abgestimmtes
Profil aufweisen, daß sie bei ansteigender Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit die
Strömungsöffnungen verengen und bei sinkender Temperatur vergrößern, so daß die
Dämpfung bei allen Betriebstemperaturen etwa gleich ist.
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Bei einer bekannten Dämpfungsvorrichtung der vorstehend genannten
Art ist das drehbare Organ mit zwei radialen Schaufeln versehen, die zusammen mit
einer feststehenden Trennwand drei sektorartige Kammern im zylindrischen Gehäuse
begrenzen. Die Strömungsöffnungen zwischen benachbarten Kammern werden durch Blendenlöcher
in den Schaufeln gebildet. Die mit einem Profil versehenen Stellorgane werden von
Bimetallstreifen getragen, die an den Schaufeln gehaltert sind. Weiterhin sind Rückschlagklappen
vorgesehen, die bewirken, daß die Strömungsöffnungen jeweils nur bei einer Drehrichtung
wirksam werden, so daß die Bimetallstreifen nicht beschädigt werden.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Dämpfungsvorrichtung besteht
zunächst darin, daß jedem Stellorgan ein gesondertes Temperaturglied (Bimetallstreifen)
zugeordnet ist, was ebenso wie die Verwendung von Rückschlagklappen einen unerwünscht
großen Aufwand darstellt. Nachteilig ist weiterhin die Vergrößerung der Masse des
drehbaren Organs, die sich durch die Anordnung der Stellorgane und der Temperaturglieder
an den Schaufeln des drehbaren Organs ergibt.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Dämpfungsvorrichtung
besteht in der mangelnden Genauigkeit der Dämpfung bei kleinen Abmessungen der Vorrichtung.
Bei der bekannten Ausführung ist jeweils nur eine einzige, vom Stellorgan beeinflußte
Strömungsöffnung wirksam. Diese Öffnung müßte daher, wenn eine hinreichende Genauigkeit
gewährleistet sein soll, außerordentlich exakt gesteuert werden, was jedoch bei
kleinen Abmessungen der Dämpfungs-
vorrichtung, wie sie beispielsweise bei Kreiselkompassen
erforderlich sind, sehr schwierig wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
dieser Mängel eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß bei einfachem konstruktiven Aufbau und kleinen Abmessungen eine hohe Genauigkeit
der Dämpfung gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zwischen
je zwei Schaufeln des drehbaren Organs in gleichbleibender radialer Winkellage gegenüber
der Drehachse des drehbaren Organs angeordneten, zusammen mit einem in das Gehäuse
eingesetzten, feststehenden Teil die Strömungsöffnung zwischen benachbarten Kammern
begrenzenden Stellglieder durch einen zentral angeordneten, durch temperaturbedingte
Volumenänderungen der Dämpfungsfiüssigkeit bewegten Kolben über das Profil, das
die der Drehachse zugewandte Innenfläche der Stellglieder bildet, gegen die Kraft
von Rückführfedern in radialen Führungsnuten gemeinsam verstellbar sind.
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Da bei der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung die Stellorgane
zwischen zwei Schaufeln in gleichbleibender radialer Winkellage angeordnet sind,
ergibt sich eine Wirksamkeit der Stellorgane in beiden Drehrichtungen. Dadurch erübrigen
sich nicht nur besondere Rückschlagorgane, sondern es wird vor allem auch bei jeder
Drehrichtung das gesamte Kammervolumen der Dämpfungsvorrichtung ausgenützt. Die
ortsfeste Anordnung des temperaturabhängig bewegten Kolbens sowie die drehfeste
Anordnung der Stellglieder vermeidet die unerwünschte Vergrößerung
der
Masse des drehbaren Organs durch die genannten Elemente. Die Verwendung eines gemeinsamen
temperaturabhängig bewegten Kolbens zur Steuerung aller Stellorgane vereinfacht
den konstruktiven Aufbau und führt zu kleinen Abmessungen der Dämpfungsvorrichtung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt durch die erfindungsgemäß Dämpfungsvorrichtung
(in perspektivischer Darstellung), Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2
der Fig. 1, F i g. 3 eine Schemadarstellung der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen
Dämpfungsvorrichtung im auseinandergezogenen Zustand.
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Die Dämpfungsvorrichtung des dargestellten Ausführungsbeispieles
dient zur Dämpfung des drehbaren Organs (Kompaßring 16) eines Kreiselkompasses.
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Sie ist in einem zugleich das Gehäuse des Kreiselkompasses bildenden
zylindrischen metallischen Gehäuse 11 untergebracht, dessen eine Stirnwand durch
eine flache Metallscheibe 12 gebildet wird. Die Metallscheibe 12 ist durch Umbordeln
des Randes 10 des Gehäuses an diesem festgelegt. Von dem Kreiselsystem ist lediglich
derKreisel 14 und derKompaßring 16 angedeutet. Dieser Kompaßring 16 bildet innerhalb
des Gehäuses 11 ein weiteres zylindrisches Gehäuse, das an seinem der Dämpfungsvorrichtung
zugekehrten oberen Ende durch -eine metallische Kreisscheibe 18 abgeschlossen ist.
In der Mitte weist die Kreisscheibe 18 eine Buchse 22 auf, die einen axial zum Kompaßring
16 nach außen ragenden Lagerbolzen 31 trägt, der seinerseits im Gehäuse 11 axial
geführt ist.
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An der Außenfläche der Kreisscheib e 18 sind entlang deren Umfang
gleichmäßig verteilt vier Schaufeln 30, 30a, 30 b und 30 c angeordnet, die einstückig
mit der Kreisscheibe 18 ausgebildet sind. Die einzelnen Schaufein können mit einer
Anzahl von in Längsrichtung des Kompaßringes 16 verlaufenden Bohrungen versehen
sein, die zur Gewichtserleichterung sowie zum statischen und dynamischen Auswuchten
des drehbaren Organs (Kompaßring 16) dienen.
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Über der Kreissoheibe 18 befindet sich eine weitere flache Kreisscheibe
24, die im Bereich der Schaufeln 30, 30 a, 30 b, 30 c vier entsprechende Durchbrüche
26 aufweist, die die Schaufeln unter Freilassung eines gewissen Spieles umgeben.
Das Spiel wird beispielsweise so groß gewählt, daß sich das drehbare Organ (Kompaßring
16) mit den Schaufeln 30, 30 a, 30 b, 30c um etwa 100 gegenüber der feststehenden
Kreisscheibe 4 drehen kann. Die Scheibe 24 weist in ihrer Mitte eine Lagerbuchse
32 auf, in der der Lagerbolzen 31 axial zur Kreisscheibe 24 geführt ist, während
diese Scheibe 24 ihrerseits im Gehäuse 11 konzentrisch angeordnet ist. An der Stelle
der Lagerbuchse 32 weist die Kreisscheibe 24 eine Erhöhung 28 auf, an die radiale
Führungsnuten 23, die zwischen den Durchbrüchen 26 angeordnet sind, anschließen.
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In jeder Führungsnut 23 ist ein Stellglied 20, 20a, 20 b, 20 c in
radialer Richtung verschiebbar gelagert.
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Die Innenfläche dieser Stellglieder bildet ein Profil 27, das in noch
näher erläuterter Weise auf die Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeitsviskosität
abgestimmt ist. Die Stellglieder 20, 20a, 20 b und 20c enthalten an ihrer der Kreisscheibe
24 abgekehrten Außenseite eine Sackbohrung34, die zur Aufnahme des einen
Endes einer
Torsionsschraubenfeder 25 dient, die das betreffende Stellglied radial nach innen
zu drücken sucht.
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Oberhalb der Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c ist eine Kappe 38
vorgesehen, deren Form besonders deutlich aus F i g. 3 (oben) hervorgeht. Diese
Kappe 38 enthält eine Deckfläche, an deren Unterseite radiale Führungsnuten 42 vorgesehen
sind, die den bereits erwähnten Führungsnuten 23 der Kreisscheibe 24 entsprechen
und gleichfalls zur radialen Führung der Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c dienen.
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Wie insbesondere Fig.2 erkennen läßt, werden zwischen den einzelnen
Schaufeln 30, 30a, 30b, 30c und Stellgliedern 20, 20 a, 20 b, 20 c Kammern gebildet,
wobei je zwei zu beiden Seiten eines Stellgliedes liegende Kammern durch einen Strömungskanal
70 miteinander verbunden sind, der durch die Kappe 38 und das betreffende Stellglied
begrenzt wird. Die Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c bestimmen daher durch ihre
radiale Lage die Größe dieser Strömungskanäle zwischen benachbarten Kammern.
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Wie insbesondere aus Fig.3 (oben) hervorgeht, weist die Kappe 38
an der Unterseite ihrer Deckfläche zwischen benachbarten radialen Führungsnuten
42 Ansätze 40 auf, die die Form von Kreisringabschnitten besitzen und die erwähnten
Kammern zwischen den Schaufeln und Stellgliedern nach innen begrenzen.
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Das radiale Spiel zwischen den Schaufeln 30, 30a, 30 b, 30c und der
Kappe 38 beträgt etwa 0,05 mm, so daß einerseits eine metallische Berührung ausgeschlossen,
andererseits aber ein übertritt der in den Kammern befindlichen Dämpfungsflüssigkeit
durch diesen Spalt weitestgehend ausgeschlossen ist. Das genannte Spiel von etwa
0,05 mm läßt sich ohne Schwierigkeit einhalten, da die die Schaufeln tragende Kreisscheibe
18 und die Kappe 38 über den Lagerbolzen 31 genau koaxial zueinander angeordnet
sind.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist die Seitenwand der Kappe 38 über
die Deckfläche noch etwas nach oben gezogen und dient zur Halterung einerRingscheibe
48.
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Die Deckfläche der Kappe 38 sowie die Ringscheibe 48 weisen vier über
den Umfang gleichmäßig verteilte, radiale Schlitze 44 auf, die in Anordnung und
Abmessungen etwa den Bohrungen 34 der Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c angepaßt
sind.
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Die Schlitze 44 sind so lang, daß die Bohrungen 34 bei allen praktisch
vorkommenden radialen Stellungen der Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c noch praktisch
vollständig in sie einmünden. Innehalb der Schlitze 44 ist je eine der bereits erwähnten
Federn 25 gelagert, deren außerhalb der Bohrung 34 befindliches Ende in einer radial
verlaufenden unteren Nut der Ringscheibe 48 festgelegt ist. An den jeweils innerhalb
der Gruppe der Schaufeln30, 30a, 30 b, 30c gelegenen Stellen der Ansätze 40 der
Kuppe 38 sind die Ringscheibe 48, die Kappe 38 und die Kreisscheibe 24 mit je einer
axialen Bohrung versehen, durch die Verbindungsschrauben 50 hindurchgreifen, die
in Gewindebohrungen der Kreisscheibe 24 eingreifen.
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Duroh die axialen Öffnungen der Ringscheibe 48 und der Kappe 38 greift
ein Kolben 52, der unterhalb eines eingeschnürten Mittelteiles 54 einen im Bereich
des Profils 27 der einzelnen Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20c liegenden pilzförmigen
Teller56 trägt. Dieser Teller 56 weist an seinem mit dem Profil 27 der Stellglieder
zusammenwirkenden Rand 59 ein abgerundetes Profil auf, an dem die durch die Sohraubenfedern
25 nach innen gedrückten Stellglieder anliegen. Der
Kolben 52 ist
mit seinem oberen Ende an einer im Gehäuse 11 oberhalb der Ringscheibe 48 befindlichen
Kreisscheibe 60 befestigt, die die obere Abschlußwand eines in axialer Richtung
des Gehäuses 11 ausweitbaren Metallbalges 62 bildet. Die untere Abschlußwand des
Balges 62 besteht aus einer Ringscheibe 64, die an einem zylindrischen Metallring
66 befestigt ist.
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Dieser Metallring 66 ist am Gehäuse 11 zwischen einer Ringschulter
68 und der Abschlußwand 12 festgelegt.
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Der Raum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Kompaßring 16 ist mit einer
Flüssigkeit, beispielsweise einem Silikonöl, ausgefüllt, das zugleich auch alle
oberhalb der Kreisscheibe 18 befindlichen Räume (bis auf den oberhalb desMetallbalges
62 befindlichen Raum) ausfüllt. Die axialen Bewegungen des Metallbalges 62 erfolgen
beispielsweise gegenüber dem Atmosphärendruck, wozu die stirnseitige Abschlußwand
12 des Gehäuses 11 mit einer kleinen Entlüftungsbohrung versehen ist.
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Beim Betrieb der Vorrichtung treten begrenzte Bewegungen des mit
den Schaufeln 30, 3(Pa, 30b und 30 c versehenen Kompaßringes 16 in Abhängigkeit
von den Bewegungen des Kreisels 14 auf. Hierdurch wird die Dämpfungsflüssigkeit
aus der sich bei dieser Drehbewegung verengenden Kammer über den betreffenden Strömungskanal
70 in die benachbarte, sich vergrößernde Kammer gedrückt. Der dabei auftretende
Dämpfungswiderstand hängt vom Querschnitt des Strömungskanals 70 und damit von der
radialen Stellung der Stellglieder 20,20 a, 20 b, 20 c ab.
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Die radiale Stellung dieser Stellglieder wird durch den Kolben 52
gesteuert, der sich entsprechend der Ausdehnung des Balges 62 einstellt. Steigt
beispielsweise die Temperatur der Dämpfungsflüssigkeit an, so dehnt sich die Flüssigkeit
und damit auch das Volumen des Balges 62 aus, so daß sich der Kolben 52 nach oben
bewegt, was eine Bewegung der Stellglieder 20, 20 a, 20 b, 20 c nach außen zur Folge
hat. Das Profil 27 dieser Stellglieder ist auf die Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeitsviskosität
so abgestimmt, daß die Dämpfung bei allen Betriebstemperaturen etwa gleich ist.