DE2005124A1 - Begrenzungsanordnung für einen Kreisel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Begrenzungsanordnung für einen Kreisel und insbesondere auf eine Anordnung, durch welche die relative Neigungsbewegung des Drehkörpers eines Kreiselgeräts in bezug auf seine Antriebswelle begrenzt wird.

Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, bei denen ein verhältnismäßig großer und schwerer Rotor oder Drehkörper vorgesehen ist und die außerdem eine Universalgelenkverbindung zwischen dem Drehkörper und seiner Antriebswelle aufweisen, so daß hierdurch eine Neigungsbewegung dieser beiden Organe in bezug aufeinander ermöglicht wird, sind nach dem Stand der Technik bekannt. Rotiert der Drehkörper bei einer solchen Anordnung mit hoher Drehzahl, so dient er in wirksamer Weise als Kreisel, der seine Lage im Raum unverändert beibehält, auch wenn er in bezug auf die Antriebswelle eine relative Neigungsbewegung um eine der beiden zur Kreiseldrehachse senkrechten Koordinatenachsen ausführt, die hervorgerufen wird durch eine Richtungs- und/oder Lageänderung des Fahrzeugs, in das das Kreiselgerät eingebaut ist. Es sind Universalgelenkverbindungen verschiedener Art eingesetzt worden, so etwa eine zweiteilige Kugelge-

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lenkverbindung, eine einteilige biegsame Vollwelle mit eingeschnürter Mittelpartie, eine dreiteilige Kardananordnung und eine biegsame, vollkardanisehe Verbindungsanordnung.

Bei vielen dieser Anordnungen ist eine Anschlageinrichtung vorgesehen, um die relative Neigungsbewegung des Drehkörpers gegen seine Antriebswelle zu begrenzen. So ist beispielsweise eine Begrenzungsanordnung mit nur einem Anschlag bekannt geworden, der entweder in bezug auf den Drehkörper oder in bezug auf die Antriebswelle fest montiert ist und an dem das jeweils andere dieser beiden Teile beim Erreichen eines vorbestimmten Neigungsgrades angreift, wodurch die Neigungsbewegung begrenzt wird. Es liegt nun aber auf der Hand, daß beim Anschlagen ein Drehmoment erzeugt wird, das von einem Punkt an dem Anschlag aufgenommen werden muß und das die Universalgelenkverbindung zwischen dem Drehkörper und der Antriebswelle belastet, so daß diese Verbindung unter Umständen beschädigt oder gar zerstört werden kann.

In dem Bemühen, diese Schwierigkeit zu umgehen, wurde gemäß dem an die Anmelderin zedierten US-amerikanischen Patent 3 354 726 vorgeschlagen, eine Doppelanschlagseinrichtung vorzusehen, durch welche die Bewegungsfreiheit des Drehkörpers an zwei diametral entgegengesetzten punkten begrenzt und somit dem Auftreten von Belastungskräften an der Universalgelenkverbindung vorgebeugt wird. Doch weist diese Doppelanschlagseinrichtung acht in Abständen angeordnete Finger auf, die nacheinander an dem Drehkörper angreifen, wenn er durch die Drehmomentbelastung gegen die Anschläge geführt wird; und wenn der Drehkörper dann von Finger zu Finger präzediert, bewegt er sich vibrierend über die durch die Finger gebildete durchbrochene Fläche hinweg. Da der Drehkörper mit sehr hoher Drehzahl umläuft, ist die Frequenz bei diesen Vibrationserscheinungen recht hoch und sie sind daher sehr unerwünscht.

Die Erfindung hat demgemäß zur Aufgabe, eine Anschlagvorrichtung oder Begrenzungsanordnung für einen Kreisel zu schaffen, welche die durch die Doppelanschlagseinrichtung vermittelten Vorteile mit einem hervorragenden Vibrationsverhalten verbindet.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine Begrenzungsanordnung der vorbezeichneten Art zu schaffen, bei der die Dämp-

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- 5 -fungswirkung möglichst weitgehend ausgeschaltet ist.

Auf eine kurze Formel gebracht, weist die durch die Erfindung geschaffene Begrenzungsanordnung eine Anschlageinrichtung auf, die in bezug auf den Drehkörper, die Antriebswelle oder das Verbindungsorgan eines Kreisels fest montiert ist und die beim Erreichen eines vorbestimmten Neigungsgrades zwischen dem Drehkörper und der Antriebswelle zu einem Angreifen an einem anderen dieser Organe betätigbar ist, wodurch die Neigungsbewegung begrenzt wird. Die Anschlageinrichtung weist mindestens eine durchgehende kreisförmige Berührungsfläche auf, an der das betreffende andere Organ angreifen kann, wobei dieses Angreifen in Form einer linearen Berührung der Fläche erfolgt.

Zum besseren Verständnis der Beschaffenheit und der Wirkweise der durch die Erfindung geschaffenen Begrenzungsanordnung soll nun auf die beigegebenen Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen veranschaulicht ist, wie die Erfindungsziele und -prinzipien nach derzeitiger Auffassung am besten zu verwirklichen sind, was jedoch nicht in einen die Erfindung einschränkenden Sinn aufzufassen ist. In den Zeichnungen zeigent

Figur 1 eine Querschnittsansicht in einem in senkrechter Richtung duroh die erfindungsgemäße Begrenzungsanordnung gelegten Sohnitti

Figur 2 eine Schnittansicht ähnlich der Figur 1, wobei jedoch die Schrägstellung bei der relativen Neigungsbewegung der Antriebswelle gegen den Drehkörper dargestellt ist; und

Figur 3 eine Schnittansicht in einem in Querrichtung entlang der Linie'3-3 der Figur 1 gelegten Schnitt.

In einzelnen ist in den Zeichnungen mit der Bezugszahl 10 ein Hotor oder Drehkörper bezeichnet, der allgemein kreisrund ausgebildet ist und von einer Antriebswelle 12 zu Drehbewegungen um die Kreiseldrehachse SA angetrieben wird. Am unterteil weist der Drehkörper einen sich nach innen erstreckenden Flansch 14 auf, so daß der Drehkörper eine biegsame Welle 16 allgemein umschließt, die ihrerseits eine Universalgelenkverbindung zwischen dem Drehkörper und der Antriebswelle 12 darstellt. Es braucht nicht besonders er-

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wähnt zu werden, daß die Antriebewelle normalerweise in einer auf ein Kreiselgehäuse bezogenen Anordnung gelagert sein wird und hierbei durch einen Elektromotor oder dergleichen zu Drehbewegungen in geeigneten Lagern antreibbar ist, wenngleich dieses Gehäuse und die Lager in den Zeichnungen der besseren Übersichtlichkeit halber fortgelassen sind.

Die biegsame Welle 16 kann in Form eines einstückigen Vollzylinders aus einem elastischen Material ausgebildet sein, der ein in beliebiger bekannter Weise fest mit der Antriebewelle verbundenes Endteil 16a und ein auf maschinellem Wege zu symmetrischer Ausbildung verformtes oder in sonstiger Weise mit einer Einschnürung versehenes Teil 16b aufweist, das sich zwischen dem Endteil 16a und einem oberen Endteil 16c erstreckt, welches in den Drehkörper 10 eingepreßt oder mit diesem in anderer Weise fest verbunden ist. Man erhält hierdurch also ein leistungsfähiges Kreiselgerät, bei dem der Drehkörper 10 bei einem schnellen Kotieren trotz etwaiger Neigungsbewegungen des Kreiselgehauses und demzufolge auch der Antriebswelle 12, hervorgerufen durch Riohtungs- oder Lageänderung·η des Fahrzeugs, in dem das Kreiselgerät eingebaut ist, eine fest« Lage im Raum beibehält. Es sei betont, daß die biegsame Welle 16 nicht zum Erfindungsbestand gehört und daß zwischen der Antriebswelle 12 und dem Drehkörper 10 auch eine beliebig andere bekannte Univerealverbindung vorgesehen sein kann, sofern diese nur die Gewähr dafür bietet, daß die beiden Organe mit zwei Freiheitsgraden gegeneinander beweglich sind. So kann beispielsweise die in der vorerwähnten US-Patentschrift gezeigte Gelenkverbindung hier Verwendung finden, oder auch die in der am 23. September.Ι96Θ hinterlegten und gleichfalls an die Anmelderin zedierten US-amerikanischen Patentanmeldung mit der Seriennummer 762 514 geoffenbarte Verbindungsanordnung.

Gemäß der Erfindung wird eine allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnete Begrenzungeanordnung geschaffen, die mit eines Nabenteil 22 auf das Endteil 16a der biegsamen Welle 16 aufgepreßt und an diesem befestigt ist. Ein kreisscheibenförmiges Teil 24 erstreckt sich von dem Nabenteil aus radial nach außen und weist an seinem Außenrand einen Kreisflansch 26 auf, der sich parallel zur Kreiseldrehachse SA erstreckt. An diesem Flansch sind an dem in der Betrachtungsriohtung der Figur 1 oberen und unteren Ende zwei

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sehneidkantenartige Berührungsstellen 28 beziehungsweise 30 vorgesehen .

Die Begrenzungsanordnung 20 ist in bezug auf die Innenflächen des Drehkörpers IO und des Flansches 14 so angeordnet, daß die schneidkantenartigen Berührung,steile 28 und 30 hei einem vorbestimmten Neigungsgrad der Antriebswelle 12 gegen den Drehkörper 10, wie er bei einer Neigungsbewegung gegen die Kreiseldrehachse erreicht wird, in der Weise an diametral entgegengesetzten Stellen an einer Innenfläche des Drehkörpers 10 und des Flansches 14 angreifen, wie dies beispielhaft in Figur 2 dargestellt ist. Die schneidkantenartigen Berührungsteile 28 und 30 gestatten also das Herbeiführen einer linearen Berührung einer Fläche zwischen der Begrenzungsanordnung und dem Drehkörper und infolge dieser verringerten Berührungsfläche wird die Dämpfung der Neigungsbewegung auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Durch dieses doppelte Angreifen an diametral entgegengesetzten Stellen wird natürlich eine Verteilung des Drehmoments um die biegsame Welle 16 und eine Kompensation der auftretenden Belastungskräfte erreicht, so daß einer Beschädigung und einem eventuellen Bruch der Welle vorgebeugt wird, während gleichzeitig die mechanische Festigkeit der Gesamtanordnung erhöht wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die durch die Bandkanten 28 und 30 gebildeten schneidkantenartigen Berührungsflächen die Form eines durchgehenden Kreises haben, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, so daß der Drehkörper nach einer einleitenden Berührung zwischen diesen Flächen und den entsprechenden Flächen des Drehkörpers 10 und des Flansches 14 unter dem Einfluß der resultierenden Präzession stetig entlang der Kreislinie abrollt, und zwar ohne jegliche Bewegungsdiskontinuität und die damit verbundenen Vibrationserscheinungen.

Da es erwünscht sein kann, die im obigen erwähnten Bauteile in einer nach dem Stand der Technik bekannten Weise in ein gasgefülltes, abgedichtetes Gehäuse einzuschließen, ist das Scheibenteil 24 der Begrenzungsanordnung mit einer Vielzahl von Löchern 32 ausgebildet, wie dies übersichtlicher in Figur 3 gezeigt ist, so daß die Neigungsbewegung der Welle 12 durch das in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Bauteilen befindliche Gas nicht gedämpft wird, da sieh ja kein Druck entwickeln kann, weil die Löoher 32

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einen sofortigen Druckausgleich vermitteln. Durch eine geeignete Größenauslegung der Löcher 32 kann aber natürlich eine exakte Einstellung der Dämpfungscharakteristik erreicht werden.

Wenngleich bei dem obigen Ausführungsbeispiel von der Annahme ausgegangen wurde, daß der Drehkörper bei der Drehbewegung eine feste Lage im Raum beibehält, während das Gehäuse und die Antriebswelle eine durch die Bewegung des Fahrzeugs hervorgerufene Neigungsbewegung in bezug auf den Drehkörper ausführen, so ist dies jedoch nicht als unabdingbare gedankliche Voraussetzung zu betrachten. Vielmehr ist im Rahmen der Erfindung auch jede andere, bekannten Prinzipien entsprechende Relativbewegung von zweien der obigen drei Hauptbauteile denkbar.

Auch kann die erfindungsgemäße Begrenzungsanordnung für Organe beliebig anderer Art, die durch eine Universalgelenkverbindung aneinandergekuppelt sind, Verwendung finden, falls es erwünscht ist, eine wechselseitige Neigungsbewegung dieser Organe zu begrenzen.

Dem Fachmann erschließen sich aber natürlich ohne weiteres auch noch andere Abänderungsmöglichkeiten in der Auslegung und im Gesamtaufbau der im obigen beschriebenen Begrenzungsanordnung, die ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fallen.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. ireieel nit einem einstückig ausgebildeten Hassenorgan, einem als Welle ausgebildeten, zum Antreiben des liassenorgans zu Drehbewegungen um eine Drehachse betätigbaren Organ und einem das Massenorgan auf dem als Welle ausgebildeten Organ tragenden und dabei allseitige Neigungsbewegungen gegen die Drehachse zwischen dem Massenorgan und dem als Welle ausgebildeten Organ zulassenden Verbindungsorgan, gekennzeichnet durch eine in einer auf mindestens eines dieser Organe (10, 12, 16) bezogenen Anordnung gelagerte und nach Erreichen eines vorbestimmten Neigungsgrades bei der Neigungsbewegung im Sinne einer Begrenzung derselben zu einem Angreifen an einem anderen dieser Organe (10, 12, 16) betätigbare Anschlageinrichtung (20), wobei es sich bei dem Angreifen der Anschlageinrichtung (20) an dem anderen Organ um eine lineare Berührung einer Fläche handelt.

2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (20) mit mindestens einem durchgehenden, kreisförmigen Kontaktbereioh für das Angreifen des anderen Organs ausgebildet ist.

3* Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (20) zwei zu einem Angreifen an dem anderen Organ in linearer Berührung einer Fläche betätigbare, schneidkantenartige Kontaktpartien (28, 30) aufweist.

4· Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Massenorgan um einen Drehkörper (10) handelt, der einen das Verbindungsorgan (16) enthaltenden Hohlraum aufweist,, und die Ansohlageinrichtung (20) mit einer in einer auf das Verbindungsorgan (16) bezogenen Anordnung montierten, ein in einer Erstreckung parallel zur Drehachse vorgesehenes Flanschteil (26) aufweisenden und sum Angreifen an dem anderen Organ betätigbaren Scheibe (24) ausgebildet ist.

5. Kreisel nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (26) mit zwei durchgehenden, kreisförmigen Kontaktbereichen (28, 30) für das Angreifen der Innenflächen des Drehkörpers (lO) bei der Neigungebewegung ausgebildet ist, wobei die Scheibe (24) in bezug auf den Drehkörper (lo) in einer ein Angreifen an zwei diametral entgegengesetzten Stellen gestattenden Lage angeordnet ist.

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6. Kreisel mit einem einstückig ausgebildeten Massenorgan, einem als Welle ausgebildeten, zum Antreiben des Massenorgans zu Drehbewegungen um eine Drehachse betätigbaren Organ und einem das Massenorgan auf dem als Welle ausgebildeten Organ tragenden und dabei allseitige Neigungsbewegungen gegen die Drehachse zwischen dem Massenorgan und dem als Welle ausgebildeten Organ zulassenden Verbindungsorgan, gekennzeichnet durch eine in einer auf mindestens eines dieser Organe (101 12, 16) bezogenen Anordnung gelagerte und nach Erreichen eines vorbestimmten Neigungsgrades bei der Neigungsbewegung im Sinne einer Begrenzung derselben zu einem Angreifen an einem anderen dieser Organe (10, 12, 16) betätigbare Anschlageinrichtung (20), wobei die Anschlageinrichtung mit mindestens einem durchgehenden, kreisförmigen Kontaktbereich für das Angreifen des anderen Organs ausgebildet * ist.

7· Kreisel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (20) zwei zu einem Angreifen an dem anderen Organ in linearer Berührung einer Fläche betätigbare, schneidkantenartige Kontaktpartien (28, 30) aufweist.

8. Kreisel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei

dem Massenorgan um einen Drehkörper (lO) handelt, der einen das Verbindungsorgan (16) enthaltenden Hohlraum aufweist, und die Anschlageinrichtung (20) mit einer in einer auf das Verbindungsorgan (l6) bezogenen Anordnung montierten und ein in einer Erstreckung parallel zur Drehachse vorgesehenes und den Kontaktbereich bildendes Flansch- ^ teil (26) aufweisenden Scheibe (24) ausgebildet ist.

9· Kreisel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil (26) mit zwei durchgehenden, kreisförmigen Kontaktbereichen (28, 30) für das Angreifen der Innenflächen des Drehkörpers (lO) bei der Neigungebewegung ausgebildet ist, wobei die Scheibe (24) in bezug auf den Drehkörper (lO) in einer ein Angreifen an zwei diametral entgegengesetzten Stellen gestattenden Lage angeordnet ist.

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