Kreiselrotor Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Kreisel rotor, der einen Kardanteil, einen den letzteren umge benden Rotorteil, einen Nabenteil, ein Paar Schwenk verbindungen, die den Kardanteil mit dem Rotorteil um eine Achse schwenkbar verbinden, und ein weiteres Paar Schwenkverbindungen aufweist, die den Kardan- teil mit dem Nabenteil um eine zur letzterwähnten Achse rechtwinkelige Achse schwenkbar verbinden, wobei jede Schwenkverbindung mindestens eines der erwähnten Paare ein biegefederndes Schwenkelement umfasst.
Bekanntlich muss ein Kreiselrotor derart aufgebaut sein, dass keine der aus seiner Lagerung auf den Rotor wirkenden Kräfte eine störende Einwirkung auf die Drehachse des Rotors haben. In der Praxis bestehen bedeutende Schwierigkeiten bei der Stützung einer Masse auf einer Zufuhr eines Antriebes zur Rotation der Masse, ohne dass derartige Einwirkungen auftreten.
In einem Artikel in der Zeitschrift Control Engi neering von Juni 1964 ist bereits eine Aufhängung für einen Kreiselrotor vorgeschlagen worden, bei wel chem theoretisch keine Koppelung zwischen dem Rotor und dir Aufhängung besteht. Die vorgeschlagene An ordnung sieht einen kardanischen Ring zwischen :einer angetriebenen Welle und einer ringförmigen Masse, wel che den eigentlichen Kreiselrotor bildet, vor.
Bei dieser Konstruktion wird der Motor von einem Gehäuse ge tragen und eventuell auftretende radiale Unwuchten werden bei jeder Umdrehung ausgeglichen. Der Ein fluss der Trägheit des Kardanringes auf den Rotor wirkt als eine dynamische, negative, elastische Haltekraft, die eine Neigung zur Entstehung einer konischen Präzes- sion der Rotationsachse zur Folge hat, und zwar in der gleichen Richtung wie diejenige der Drehrichtung des Rotors ist. Die Grösse dieser dynamischen Haltekraft vergrössert sich mit einer Erhöhung der Drehzahl des Rotors.
Es ist anderseits möglich, elastische Aufhän gungen herzustellen, die eine positive elastische Halte kraft aufweisen, die die Entstehung einer konischen Präzession der Rotationsachse zur Folge hat, die in umgekehrter Richtung zur Drehrichtung der Rotation des Rotors verläuft. Durch eine geeignete Kombination dieser Effekte ist es möglich, diese gegenseitig aufzu heben und die Periode der Präzession theoretisch auf einen unendlichen Wert zu bringen.
Bei der Herstellung derartiger Kreiselrotoren müssen Paare von elastischen, schwenkbaren Lagern senkrecht zueinander zwischen dem Rotor und dem Kardanring sowie dem Kardanring und der Welle angeordnet wer den. Die Herstellung und der Zusammenbau der ein zelnen Teile muss sehr genau sein, da die geringste Un genauigkeit der Anordnung zwischen den Paaren der schwenkbaren Lagerstellen abnormale Spannungen in den Federn der Schwenklagerstellen zur Folge. haben würde, die nichtlineare Charakteristiken des Gyroskopes bewirken würden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun, einen neuen Kreiselrotor zu schaffen, der im Vergleich zu bekannten Rotoren verbessert ist.
Der erfindungsgemässe Kreiselrotor zeichnet sich da durch aus, dass das Schwenkelement mit den Teilen, die es jeweils verbindet, einstöckig ausgebildet ist.
Die nachfolgende Beschreibung erörtert beispiels weise bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungs gegenstandes anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer beispielsweisen Ausfüh rungsform des Kreiselrotors nach der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig.
1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III .in Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungs form des Kreiselrotors nach der Erfindung, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 und Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4.
Wie aus den Fig.l, 2 und 3 hervorgeht, weist der dargestellte Rotor Schwenkverbindungen auf, die aus einem Stück mit dem Rotor bestehen, welcher aus einer runden metallischen Scheibe hergestellt ist. Die Anordnung 100 nach den Fig. 1 bis 3 enthält einen eigentlichen Rotor 102, der durch den äusseren Umfang der ursprünglichen Scheibe !sowie durch ein Paar von Schlitzen 104, die durch die Scheibe geschnit ten sind, begrenzt ist. Zwischen den Schlitzen 104 und ,einem weiteren Paar von Schlitzen 108 erstreckt sich ein Kardanteil 106.
Das Paar von Schlitzen 108 bildet die äussere Begrenzung eines zentralen Nabenteiles 110, der mit einer Bohrung 112 versehen ist. Der Kardanteil 106 ist mit Öffnungen 114 versehen, die zur Aufnahme geeigneter Gewichte dienen.
Das äussere Paar von Schlitzen 104 hat längere Teile, die einem Kreis folgen, der konzentrisch zum Umfang der Scheibe verläuft, und jeder Schlitz erstreckt sich ein wenig über die diametrale Ebene der Scheibe hinaus, die jedes von zwei Paaren von Blattfedern 116, 117 und 118, 119 schneidet. Jeder der Schlitze 104 ist an einem Ende. mit der inneren Kante eines Federpaares und am an deren Ende mit der äusseren Kante eines anderen Feder paares versehen, derart, dass die .Federn die einzige me chanische Verbindung zwischen dem Rotorring 102 und dem Kardanteil 106 des Kreiselrotors bilden.
In einer ähnlichen Weise trennen die Schlitze 108 den Kardan- teil 106 von dem Nabenteil 110 und erstrecken sich um ein geringes Mass über eine diametrale Ebene hinaus, die zu der vorerwähnten diametralen Ebene senkrecht ver läuft. Zwei Paare von Federn 120, 121 und 122, 123, die diese Teile verbinden, werden durch diese zweite Ebene in der Mitte geschnitten. Die nichtdargestellte Achse, um welche schwenkbar die Federn 116, 117, 118 und 119 den Kardanteil 106 mit dem Rotorteil 102 verbinden, steht senkrecht zu der ebenfalls nicht dargestellten Achse, um welche schwenkbar die Federn 120, 121, 122 und 123 den Kardanteil 106 mit dem Nabenteil 110 verbinden.
Wie aus der Fig.3 hervorgeht, sind die Blatt federn 116, 117 mit den Teilen des gyroskopischen Rotors, welche sie verbinden, aus einem Stück herge stellt. Die Federn stehen senkrecht zueinander, obwohl auch andere geeignete Winkel gewählt werden können. Die einzelnen Federn sind durch Ausarbeitung von V-förmigen Nuten an entgegengesetzten Seiten der Scheibe hergestellt, so dass deren wirksame Breite durch Entfernung von Material bestimmt ist. Die drei anderen Paare von Federn sind in ähnlicher Weise gestaltet und ausgebildet.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä ssen Kreiselrotors, die in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist, ist der gyroskopische Rotor 300, dessen federnde Aufhängung von den kreuzweise angeordneten Federn der beschriebenen Ausführungsform abweicht. In die sem Falle enthält jede der vier Schwenkstellen der Auf- hängung vier Federstreifen 308, die aus einem Stück mit einem Rotor 302, einem Kardanring 304 und einem zentralen Nabenteil 306 hergestellt sind. Die vier Feder streifen 308 jeder Schwenkstelle der Aufhängung sind kreuzförmig zueinander angeordnet, wie dies aus der Fig. 6 besonders gut ersichtlich ist.
Jede Schwenkstelle der Aufhängung ist ursprünglich als ein volles Kreuz ausgebildet. Die Streifen 308 sind dann durch eine ra diale Bohrung 310 getrennt, die in der Achse des Kreu zes ausgeführt ist, so dass zuletzt jeder Streifen den End- teil eines Armes des Kreuzes bildet. Die drei Teile 302, 304 und 306 dieser Ausführung haben die Form von Ringen, die zueinander konzentrisch durch die Streifen 308 der Aufhängung gehalten werden. Der Rotor 302 entspricht damit mehr in der Form einer herkömmlichen kardanischen Aufhängung.
Die beiden Schwenkstellen, die die Nabe 306 mit dem Kardanring 304 verbinden, sind demzufolge näher der Achse des Rotors 302 als die Schwenkstellen, die den Kardanring 304 mit dem Rotor 302 verbinden.
Als Material zur Erzeugung der Teile aus einem einzigen Stück kann, beispielsweise, Beryllium-Kupfer verwendet werden. Es versteht sich, dass die federnden Elemente oder Schwenkstelen normalerweise so ausgebildet werden, dass sie eine grösstmögliche Tragfähigkeit und eine mög lichst niedrige Biegefestigkeit besitzen.
Die Breite jedes Federblattes sollte so gross sein, dass es den jeweiligen Erfordernissen hinsichtlich Tragfähigkeit und Biegsam keit entspricht, gleichzeitig jedoch eine kompakte Aus führung der Anordnung gewährleistet. Die Dimensionie rung der Federblattbreite ist ferner durch die Notwen digkeit begrenzt, dass auf jeder Hälfte eines Durch messers zwischen den jeweils verbundenen Teilen zwei Federn angeordnet werden müssen. In der Folge wird die Wahl eines geeigneten Verhältnisses der Dicke zur Länge getroffen,
welche das niedrigstmögliche Verhält nis der Biegefestigkeit zur Tragfähigkeit ergibt.
Die beschriebenen Kreiselrotoranordnungen können mit federnden Aufhängesystemen versehen sein, die eine elastische Symmetrie aufweisen, d. h. die isoelastisch oder wahlweise in einem gewissen Grad nicht isoelastisch sind. Diese Bedingung kann bei der vorangehend erst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung durch eine geringe Abweichung des Winkels der Federn der Federpaare von der dargestellten rechtwinkeligen An ordnung erzielt werden.
Die beschriebene Kreiselrotoranordnung vermeidet abnormale Spannungen in den Federn und kann auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden.
Obwohl die beschriebene Kreiselrotoranordnung ins besondere für dynamisch abgestimmte, freie gyrosko- pische Rotoren bestimmt ist, ist sie nicht nur auf eine Anwendung in diesem Falle beschränkt, sondern kann auch bei ähnlichen Einrichtungen, wie z. B. bei Akzele- rometern Verwendung finden.
Gyroscopic rotor The subject of the present invention is a gyroscopic rotor, which has a cardan part, a rotor part surrounding the latter, a hub part, a pair of pivot connections that connect the cardan part with the rotor part pivotably about an axis, and another pair of pivot connections that have the cardan - Connect part to the hub part pivotably about an axis at right angles to the last-mentioned axis, each pivot connection comprising at least one of the pairs mentioned a flexurally resilient pivot element.
It is known that a gyro rotor must be constructed in such a way that none of the forces acting on the rotor from its mounting have a disruptive effect on the axis of rotation of the rotor. In practice, there are significant difficulties in supporting a mass on a supply of a drive for rotating the mass without such effects occurring.
In an article in the journal Control Engineering from June 1964, a suspension for a gyro rotor has already been proposed in which there is theoretically no coupling between the rotor and the suspension. The proposed arrangement provides a cardanic ring between: a driven shaft and an annular mass, wel che forms the actual gyro rotor.
In this construction, the motor is carried by a housing and any radial imbalances that may occur are compensated for with every revolution. The influence of the inertia of the gimbal on the rotor acts as a dynamic, negative, elastic holding force, which tends to produce a conical precession of the axis of rotation in the same direction as that of the direction of rotation of the rotor. The magnitude of this dynamic holding force increases with an increase in the speed of the rotor.
On the other hand, it is possible to produce elastic suspensions that have a positive elastic holding force that results in the formation of a conical precession of the axis of rotation that runs in the opposite direction to the direction of rotation of the rotation of the rotor. A suitable combination of these effects makes it possible to cancel them out and theoretically bring the period of precession to an infinite value.
In the manufacture of such gyro rotors, pairs of elastic, pivotable bearings must be arranged perpendicular to each other between the rotor and the gimbal and the gimbal and the shaft. The manufacture and assembly of the individual parts must be very precise, since the slightest inaccuracy in the arrangement between the pairs of pivotable bearing points results in abnormal stresses in the springs of the pivot bearing points. that would cause non-linear characteristics of the gyroscope.
The aim of the present invention is now to create a new gyro rotor which is improved in comparison with known rotors.
The gyro rotor according to the invention is characterized in that the swivel element is designed in one piece with the parts that it connects.
The following description discusses example, preferred embodiments of the subject invention with reference to the drawing. 1 shows a view of an exemplary embodiment of the gyro rotor according to the invention, FIG. 2 shows a side view of the embodiment according to FIG.
1, Fig. 3 is a section along the line III-III. In Fig. 1, Fig. 4 is a view of a further embodiment of the gyro rotor according to the invention, Fig. 5 is a section along the line VV of Fig. 4 and Fig. 6 shows a partial section along the line VI-VI in FIG. 4.
As can be seen from FIGS. 1, 2 and 3, the illustrated rotor has pivot connections which consist of one piece with the rotor, which is made from a round metallic disc. The arrangement 100 according to FIGS. 1 to 3 contains an actual rotor 102 which is delimited by the outer circumference of the original disk and by a pair of slots 104 which are cut through the disk. A card component 106 extends between the slots 104 and another pair of slots 108.
The pair of slots 108 form the outer delimitation of a central hub part 110 which is provided with a bore 112. The cardboard portion 106 is provided with openings 114 which are used to accommodate suitable weights.
The outer pair of slots 104 have longer portions that follow a circle concentric to the circumference of the disc, and each slot extends slightly beyond the diametrical plane of the disc, each of two pairs of leaf springs 116, 117 and 118 , 119 cuts. Each of the slots 104 is at one end. provided with the inner edge of a pair of springs and at their end with the outer edge of another pair of springs, in such a way that the springs form the only mechanical connection between the rotor ring 102 and the cardan portion 106 of the gyro rotor.
In a similar manner, the slots 108 separate the cardan portion 106 from the hub portion 110 and extend a small amount beyond a diametrical plane that is perpendicular to the aforementioned diametrical plane. Two pairs of springs 120, 121 and 122, 123 connecting these parts are cut through this second plane in the middle. The axis, not shown, around which the springs 116, 117, 118 and 119 pivotably connect the cardan part 106 to the rotor part 102, is perpendicular to the axis, also not shown, around which the springs 120, 121, 122 and 123 can pivot with the cardan part 106 connect the hub part 110.
As can be seen from Figure 3, the leaf springs 116, 117 with the parts of the gyroscopic rotor that connect them, Herge is one piece. The springs are perpendicular to one another, although other suitable angles can be selected. The individual springs are made by machining V-shaped grooves on opposite sides of the disc, so that their effective width is determined by removing material. The three other pairs of springs are designed and constructed in a similar manner.
Another embodiment of the gyroscopic rotor according to the invention, which is shown in FIGS. 4, 5 and 6, is the gyroscopic rotor 300, the resilient suspension of which differs from the crosswise arranged springs of the embodiment described. In this case, each of the four pivot points of the suspension contains four spring strips 308, which are made in one piece with a rotor 302, a cardan ring 304 and a central hub part 306. The four spring strips 308 of each pivot point of the suspension are arranged in a cross shape to one another, as can be seen particularly clearly from FIG.
Each pivot point of the suspension is originally designed as a full cross. The strips 308 are then separated by a radial bore 310 which is made in the axis of the cross, so that ultimately each strip forms the end part of an arm of the cross. The three parts 302, 304 and 306 of this embodiment are in the form of rings which are held concentrically with one another by the strips 308 of the suspension. The rotor 302 thus corresponds more in the form of a conventional cardanic suspension.
The two pivot points that connect the hub 306 to the gimbal ring 304 are accordingly closer to the axis of the rotor 302 than the pivot points that connect the gimbal ring 304 to the rotor 302.
Beryllium-copper, for example, can be used as the material for producing the parts from a single piece. It goes without saying that the resilient elements or pivot steles are normally designed in such a way that they have the greatest possible load-bearing capacity and the lowest possible flexural strength.
The width of each spring leaf should be so large that it meets the respective requirements in terms of load-bearing capacity and flexibility, but at the same time ensures a compact execution of the arrangement. The dimensioning of the spring leaf width is also limited by the necessity that two springs must be arranged on each half of a diameter between the connected parts. As a result, a suitable ratio of thickness to length is selected,
which results in the lowest possible ratio of flexural strength to load-bearing capacity.
The gyro rotor assemblies described can be provided with resilient suspension systems which have elastic symmetry, i. H. which are isoelastic or, optionally, to some degree non-isoelastic. This condition can be achieved in the embodiment of the invention only described above by a slight deviation of the angle of the springs of the spring pairs from the illustrated right-angled order.
The gyro rotor assembly described avoids abnormal stresses in the springs and can be manufactured in an economical manner.
Although the gyro rotor arrangement described is intended in particular for dynamically tuned, free gyroscopic rotors, it is not only limited to an application in this case, but can also be used in similar devices such as B. found in Akzele- rometern use.