DE1673894A1

DE1673894A1 - Kreiselrotoranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1673894A1
Application number: DE19661673894
Authority: DE
Inventors: Duck Ivan Alfred; Douglas Barnett
Original assignee: Brown Ltd S G; SG Brown Ltd
Current assignee: Brown Ltd S G; SG Brown Ltd
Priority date: 1965-02-24
Filing date: 1966-02-23
Publication date: 1971-10-21
Also published as: SE337937B; DE1500652A1; US3543301A; NO120906B; CH483620A; US3515006A; DE1673893A1

Description

B 85 928 XII/V7a, Tr.A. I

S. G. Brown Ltd.
D . B ar nett
I.A. Duck

Kreiselrotoranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Kreiselrotoranordnung mit einem Rotorkranz, einer Nabe und einem beide verbindenden Kardanring, zwischen denen sich je zwei elastische Gelenke befinden, deren Achsen senkrecht zueinander stehen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kreiselrotor anordnung mit großer Genauigkeit.

Ein Kreiselrotor soll ideal so aufgehängt sein, daß irgendwelche Drehungen oder Verschiebungen seines Gehäuses oder sonstigen Trägers keine Störwirkung auf die Ausrichtung der Kreiselachse haben könrai.Der Antrieb eines Kreiselrotors derart, daß diese Bedingungen erfüllt sind, bietet erhebliche Schwierigkeiten. Aus dem Aufsatz "The Dynamically Tuned Free Rotor Gyro" von Edwin W. Howe und Paul H. Savet in der Seitschrift "Control Engineering" vom Juni I964 ist eine Kreiselaufhängung grundsätzlich bekannt, mit deren Hilfe sich der Rotor theoretisch gegen seinen Träger entkoppeln läßt. Die dort vorgeschlagene Anordnung verwendet einen Kardanring zwischen einer Kreiselantriebs-

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-z-

welle und einer Schwungmasse, welche den Kreiselrotor darstellt. Der Motor ist hierbei am Gehäuse befestigt und etwaige radiale Unwuchten werden bei jeder Umdrehung ausgemittelt. Die Trägheitseffekte des Kardanringes auf den Rotor wirken als dynamische negative Federkonstante, die eine konische Präzession der Kreiselachse in gleicher Richtung wie die Drehrichtung des Rotors hervorzurufen sucht. Die Größe dieser dynamischen Fesselung wächst mit der Zunahme der Rotordrehzahl. Andererseits können ^ federnde Aufhängungen konstruiert werden, die eine positive

Federkonstante haben, wodurch also eine konische Präzession der Kreiselachse in entgegengesetzter Richtung wie der Rotordrehsinn erzeugt wird. Durch passende Kombination dieser Effekte kann eine gegenseitige Aufhebung derselben erzielt werden, so daß die Präzessionsperiode theoretisch ins Unendliche wächst.

Bei der Herstellung einer Kreiselanordnung dieser Art müssen je zwei federnde Aufhängungen paarweise mit zueinander senkrechten Achsen zwischen dem Rotor und dem Kardanring, sowie zwischen dem Kardanring und der Antriebswelle angebracht werden. W Die Bearbeitung und der Zusammenbau der verschiedenen Teile

erfordern höchste Präzision, da schon eine außerordentlich kleine Abweichung zwischen den Aufhängungsachsen unerwünschte Spannungen in den Aufhängefedern hervorrufen würde, was zu einer nichtlinearen Kennlinie der Aufhängung und damit ai Abweichungen vom erstrebten idealen Verhalten führen würde.

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Sdöäung einer eirfachen federnden Aufhängung der angegebenen Art, sowie eines einfachen und zuverlässigen Verfahrens zur Herstellung einer solchen Auf—

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hängung.

Eine solche Kreiselrotorcinordnung mit einem Rotorkranz, einer Nabe und einem beide verbindenden Kardanring, zwischen denen sich je zwei elastische Gelenke befinden, deren Achsen senkrecht zueinander stehen, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gelenk aus zwei gekreuzten Blattfedern besteht, deren Ränder mittels Klemmleisten unmittelbar an den zu verbindenden Teilen befestigt sind.

Anstelle der vorgeformten elastischen Gelenke gemäß der erwähnten Vorveröffentlichung werden also erfindungsgemäß die diese Gelenke bildenden Blattfedern mittels Klemmleisten unmittelbar an den zu verbindenden Teilen befestigt. Durch die Anbringung der Klemmleisten kann die Breite der einzelnen Blattfedern genau auf den gewünschten Wert festgelegt werden.^ Die Federgelenke können also ohne andere Rücksichten derart ausgebildet werden, daß die Blattfedern eine große Länge im Verhältnis zur wirksamen Breite haben. Dadurch, daß die Ränder der Blattfedern zwischen den zu verbindenden Teilen und den Klemmleisten liegen, können

die Blattfedern genau an die richtige Stelle gebracht werden, auch A

wenn die Klemmleisten und die Blattfedern einfach eingesetzt und dann verschweißt werden. Vorzugsweise wird jedoch zunächst ein Teil jeder Klemmleiste unmittelbar an demjenigen Teil befestigt, mit dem die von der betreffenden Klemmleiste festgehaltene Blattfeder verbunden ist; anschließend wird die Blattfeder zwischen diesen Teil und den freien Teil der Klemmleiste eingeschoben und dann verschweißt. Hierdurch läßt sich eine außerordentlich hohe Präzision erzielen, insbesondere wenn gemäß einer Weiter-

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bildung die Kanten der Klemmleisten, welche die wirksame Breite der Blattfedern bestimmen, durch Materialabtragung von den Klemmleisten nach Befestigung derselben an den zu verbindenden Teilen genau festgelegt werden.

Erfindungsgemäß können Eigenspannungen der Federn weitgehend vermieden werden, wodurch die Präzision weiter gesteigert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 eine Axialansicht einer erfindungsgemäßen Kreiselrotoranordnung und

Fig. 2 ein Teilschnitt derselben in größerem Maßstab längs der Linie II-11 in Fig. 1.

Fig. 1 und 2 -zeigen eine Kreiselrotoranordnung 10 in der allgemeinen Form einer flachen runden Scheibe mit einem äußeren Rotorkranz 12, der einen Kardanring Ii+ und eine Nabe 16 umschließt. Ein äußerer Spalt 18 zwischen dem Rotorkranz und dem Kardanring befindet sich größtenteils auf einem mit der Scheibe 10 konzentrischen Kreisj zwei Abschnitte 20 dieses Spalts verlaufen längs eines Durchmessers der Scheibe. Ein Innerer Spalt 22 zwischen dem Kardanring und der Nabe besitzt ebenfalls zwei Abschnitte 20, die längs eines Scheibendurchmessers verlaufen, der auf dem Durchmesser der beiden Abschnitte 20 des äußeren Spaltes senkrecht steht. Ein

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Mittelloch Zk dient zur Aufnahme einer Antriebswelle, auf der de ganze Anordnung montiert ist,· äußere Löcher 26 dienen zur Aufnahme passender Schwungmassen. Die vier Abschnitte 20 sind gleich lang und gleich weit vom Mittelpunkt der Scheibe 10 entfernt. Sie dienen je zur Aufnahme zweier Blattfedern, welche die einzigen Verbindungen zwischen dem Rotorkranz, dem Kardanring und der Nabe darstellen. Nachstehend wird nur eine solche Verbindung geschildert, da alle vier Abschnitte 20 gleich ausgebildet sind. 4|

Längs der beiden radial verlaufenden Abschnitte 2O jedes Spaltes sind die Kanten beiderseits symmetrisch gebrochen. Wie im einzelnen aus Fig. 2 hervorgeht, verlaufen die Schrägflächen 30 und 32 an der Oberseite der Teile 12 und Ik rechtwinklig zueinander und sind je parallel zu den gegenüberliegenden Schrägflächen 34 und 36 an der Unterseite der Scheibe, d.h. an der anderen Seite des betreffenden Spaltes.

Klemmleisten 50, 52, 5k und 56 , vorzugsweise aus Edelstahl, sind beispielsweise durch Punktschweißen an den Schrägflächen 30, 32, 3k bzw. 36 befestigt. So ist die Klemmleiste 50 am radial äußeren Ende der Scheibe 10 mit drei Schweißpunkten unmittelbar an der Fläche 30 befestigt, während die Klemmleiste 52 am radial inneren Ende der Schrägfläche 32 mit drei weiteren Schweißpunkten befestigt ist. Die Klemmleiste 5k ist am inneren Ende der unteren Schrägfläche 3k und die Klemmleiste 56 am äußeren Ende der unteren Schrägfläche 36 befestigt. Die Klemmleisten können selbstverständlich auch in anderer Weise befestigt werden.

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Durch Materialabtrag, z.B. durch Gravieren, kann derjenige Teil jeder Klemmleiste, der dem betreffenden Spaltabschnitt zugekehrt ist, mehr oder weniger entfernt werden, wodurch den Kanten der Klemmleisten genau die gewünschte Lage erteilt werden kann. Der Abstand dieser Kanten bestimmt die effektive Breite der Blattfedern, die für das Funktionieren der Anordnung entscheidend ist.

Nach dem Befestigen der Klemmleisten wird eine Blattfeder 58 zwischer. die Klemmleiste 50 und die Schrägfläche 30 vom radial inneren Ende her eingeschoben und verläuft über den Spaltabschnitt SO, so daß sie zwischen die Schrägfläche 3k und die Klemmleiste 5k eintritt. Ebenso wird eine Blattfeder 6O vom radial äußeren Ende her zwischen Schrägfläche 32 und Klemmleiste 52, sowie zwischen Schrägfläche 36 und Klemmleiste 56 eingeschoben, so daß sie die äußere Hälfte des Abschnitts 2O überbrückt. Die Blattfeder-βη werden dann (am einfachsten wieder mit Schweißpunkten 62 und 64) befestigt. Entsprechende Schweißpunkte sind selbstverständlich an der Unterseite der Scheibe 10 vorgesehen. Die herausragenden Enden der Blattfedern 58 und 60 können dann z.B. durch Schleifen entfernt werden.

Anstatt jede Klemmleiste getrennt anzubringen , können die beiden oberen Klemmleisten 50 und 52 auch aus einem rechtwinklig abgebogenen Metallstreifen gebildet werden, der an die Schrägflächen 30 und 32 angeschweißt wird. Dasselbe gilt für die beiden unteren Klemmleisten 5k und 26. Wird der Mittelteil dieser Metallstreifen anschließend z.B. durch Gravieren entfernt, so entstehen unmittelbar die beiden getrennten Klemmleisten, deren Kantenlage genau bestimmt werden kann.

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Die dargestellte Kreiselanordnung kann auch einfach so hergestellt werden, daß die Blattfedern und die Klemmleisten möglichst genau an den vorgesehenen Ort gebracht und dann miteinander verschweißt werden. Diese Herstellungsart führt allerdings zu einer etwas geringeren Präzision der Kantenlage als das oben geschil-derte Verfahren mit Materialabtrag.

Die Trennspalte zwischen dem Rotorkranz, dem Kardanring und

der Nabe brauchen während der beschriebenen Arbeitsgänge noch Λ

nicht vollständig ausgebildet zu sein. Die Herstellungspräasion wird erhöht, wenn Teile der Spalte, z.B. die in Fig. 1 punktiert gezeigten Abschnitte 62, erst durchgeschnitten werden, wenn die Biegegelenke fertiggestellt sind. Die einzelnen Teile können aber auch durch eine entsprechende Lehre in der richtigen Lage festgehalten werden, beispielsweise durch Stifte, die in die Löcher 22+ und 26 eingreifen. Auch in diesem Falle läßt sich die vorteilhafte Ausbildung der Kanten, welche die effektive Breite der Blattfedern bestimmen, durch Materialabtrag durchführen.

Selbstverständlich wird man die Federelemente im allgemeinen f

so ausbilden, daß sie eine möglichst hohe Belastbarkeit und eine möglichst geringe Biegesteifigkeit aufweisen. Die Breite jeder Blattfeder soll groß sein, ist aber durch den Wunsch nach einer kompaktes Anordnung und die Notwendigkeit beschränkt, zwei Blattfedern auf jeder Durchmesserhälfte zwischen den beiden zu verbindenden Teilen unterzubringen. Somit muß ein passendes Verhältnis der Dicke zur Länge gewählt werden, das ein möglichst kleines Verhältnis der Biegesteifigkeit zur Belastungsfähigkeit ergibt.

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Erfindungsgemäß kann die federnde Aufhängung elastische Symmetrie aufweisen, d.h. isoelastisch sein, oder auch um einen bestimmten Betrag nicht isoelastisch sein. Dies kann dadurch erreicht werdofi, daß der Winkel zwischen den beiden Blattfedern eines Paars gegenüber der dargestellten rechtwinkligen Anordnung leicht abgeändert wird.

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Claims

München, dem ~ t B 301a- Dr.Hk/P B 85 928 XIl/2f7as Tr .A S.G. Brown Ltd. D*. Barnett I.A.. Duck Patentansprüche

1. K reiselrotor anordnung mit einem Rotorkranz, einer Nabe und einem beide verbindenden Kardanring, zwischen denen sich je zwei elastische Gelenke befinden, deren Achsen senkrecht zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gelenk aus zwei gekreuzten Blattfedern (58, 6O) besteht, deren Ränder mittels Klemmleisten (50,52,54,56) unmittelbar an den zu verbindenden Teilen befestigt sind.

Z. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jeder Klemmleiste unmittelbar an demjenigen Teil befestigt ist, mit dem die von der betreffenden Klemmleiste festgehaltene Blattfeder verbunden ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Kreiselrotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Klemmleisten, welche die wirksame Breite der Blattfedern bestimmen, durch Materialabtragung von den Klemmleisten nach Befestigung derselben an den. zu verbindenden Teilen genau festgelegt werden.

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h. Verfahren zur Herstellung einer Kreiselrotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorkranz (12) , Kardanring (11) und Rcfcornabe (16) aus einem einzigen Werkstück (IO) hergestellt werden,· das mit Schlitzen (28)

- versehen wird, in welchen die Blattfedern befestigt werden, und daß anschließend die Schlitze so erweitert werden, daß das Werkstück in die verschiedenen Teile zerfällt.

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