DE2751034A1

DE2751034A1 - Kreiselgeraet

Info

Publication number: DE2751034A1
Application number: DE19772751034
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Quermann
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2370957B1; DE2751034C2; CA1082956A; US4438655A; GB1589790A; IT1143615B; SE440556B; NL7711693A; JPS5362075A; JPS6214762B2; FR2370957A1; SE7712821L

Description

Patentanwälte

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Dipl.-lng. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · KaufingerstraBe 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 15· November 1977 Unser Zeichen: 16 053 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Kreiselgerät

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Patentanwälte Dip:.-Ing. Curt Wallach

Diol.-lng. Günther Koch

, Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

275 1 UoA Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 15- November 1977

Unser Zeichen: l6 053 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Kreiselgerät

Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselgeräte und insbesondere auf Kreiselgeräte mit einem lagerfreien Rotor, der mit Hilfe von biegsamen Tragelementen aufgehängt ist und zwei Freiheitsgrade aufweist.

Mit biegsamen Tragelementen aufgehängte, einen lagerfreien Rotor aufweisende Kreiselgeräte sind beispielsweise aus der britischen Patentschrift 722 492 und den deutschen Offenlegungsschriften 20 24 593, 20 24 606 und 22 10 591 bekannt. Diese Veröffentlichungen zeigen Grundgedanken, die typisch für das fortgesetzte Streben bei der Konstruktion an Kreiselgeräten sind, kleinere, weniger aufwendige und zuverlässigere Kreiselgeräte zur Verwendung bei Flugsteuer- und anderen Präzis ions-Navigations- und Stabilisierungs-Anwendungen zu schaffen.

Die oben erwähnten Patentschriften zeigen beispielsweise, daß verschiedene Möglichkeiten zur Befestigung eines Kreisel-

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rotors an einer motorgetriebenen Welle bestehen, um eine Winkelauslenlcung des Kreiselrotors bezüglich seiner Antriebsachse und eine entsprechende Messung der Auslenkung für Steuerzwecke zu ermöglichen. Wünschenswerte Eigenschaften für das Aufhängungssystem schließen eine Festigkeit und Steifigkeit in allen Translationsrichtungen ein, so daß das Kreiselgerät gegenüber Schäden auf Grund von Beschleunigungen, Schwingungen und Stößen relativ sicher ist. Weiterhin ist eine geringe Federeinspannkraft für das die Winkelbewegung ermöglichende System um die Eingangsachsen erwünscht, damit die Empfindlichkeit ausreichend hoch ist. Weitere gewünschte Eigenschaften beziehen sich auf die Isoelastizität, die Empfindlichkeit gegenüber synchronen Schwingungen und die Anpaßbarke it an die Einfügung einer Trägheitsabstimmung. Bei Konstruktionen, diejein einfaches radiales Armkreuz-Tragelement und ein axiales zylindrisches Streben-Tragelement verwenden, ist es möglich, relativ niedrige Kosten und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber unerwünschten Wirkungen zu erzielen, insbesondere hinsichtlich der Schwingungen bei der doppelten Rotordrehzahl, doch ergibt sich hierbei eine relativ hohe Federeinspannkraft. Alternativ erfordern andere Aufhängungssysteme, die geringe Federeinspannkräfte und eine hohe Translationssteif igkeit ergeben, komplizierte und kostspielig bearbeitete Teile und redundante Aufhängung. Weiterhin erfordern derartige Konstruktionen eine genaue Ausgleichseinstellung, um eine geringe Empfindlichkeit insbesondere gegenüber Schwingungen bei der doppelten Rotordrehzahl zu erzielen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreiselgerät der vorstehend gerauten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau eine hohe Empfindlichkeit aufweist, wobei die Aufhängung von der Rotordrehzahl nicht abhängig ist, so daß keine Rotordrehzahl- oder Frequenzsteuerung erforderlich ist. Weiterhin sollen die vorstehend genannten Nachteile bekannter Kreiselgeräte beseitigt werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem Kreiselgerät mit einem an biegsamen Tragelementen aufgehängten lagerfreien Rotor, der mit Hilfe von Antriebswellenelementen um eine Drehachse drehbar ist und an den Antriebswellenelementen über Tragelemente befestigt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tragelemente erste Biegungs-Tragelemente, die den Rotor in Radialrichtung für eine Drehung mit den Antriebswellenelementen und universell um Achsen im wesentlichen senkrecht zur Drehachse kippbar lagern, und zweite Biegungs-Tragelemente einschließen, die mit den Antriebswellenelementen mit diesen im wesentlichen um die Drehachse drehbar verbunden sind und den Rotor in Axialrichtung universell kippbar um im wesentlichen senkrecht zur Drehachse verlaufende Achsen haltern, daß die zweiten Biegungstragelemente eine zylindrische Strebe mit einem ersten biegsamen ebenen Abschnitt einschließen, der in einer diametralen Ebene der Strebe liegt, und daß die zweiten Biegungstragelemente sich durch eine öffnung in den ersten Biegungstragelementen hindurch erstrecken, wobei im wesentlichen gleiche Teile hiervon auf jeder Seite der öffnung liegen.

Die Erfindung ist auf ein Kreiselgerät anwendbar, bei dem der Rotor um eine Drehachse mit Hilfe einer Antriebswelle und einem damit zusammenwirkenden Motor in Drehung versetzbar ist, wobei das erste biegsame Tragelement den Kreiselrotor in Radialrichtung koaxial an der Antriebswelle haltert, um eine universelle Kippbewegung über kleine Winkelbereiche um Achsen zu ermöglichen, die senkrecht zur Drehachse verlaufen. Weiterhin ist die Lage des Kreiselrotors in Axialrichtung durch das zweite Biegeelement festgelegt, das sich koaxial durch das erste Biegeelement erstreckt und ebenfalls eine universelle Kippbewegung um Achsen unter rechten Winkeln zur Drehachse ermöglicht. Die Strebe zur Erzielung dieser letzteren Funktion des axialen Biegeelementes schließt vorzugsweise eine Reihe von aufeinanderfolgenden mit Abstand

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angeordneten dünnen flachen Abschnitten ein, die in einem zylindrischen Stab ausgebildet sind, wobei die Ebene des mittleren ebenen Biegeabschnittes senkrecht zur gemeinsamen Ebene der beiden übrigen ebenen Biegeabschnitte liegt. Zur Erzielung der radialen Tragfunktion kann ein kreuzförmiges Bauteil oder ein Armstern vorgesehen sein, der aus sehr dünnem Metallblech gebildet ist. Ein Paar der diametral gegenüberliegenden Enden der kreuzförmigen Arme kann an der motorgetriebenen Antriebswelle befestigt sein, während das andere Paar an dem Kreiselrotor befestigt werden kann. Ein in der Mitte angeordnetes ein ausreichendes Spiel aufweisendes Loch kann in dem biegsamen kreuzförmigen Bauteil vorgesehen sein, so daß die Strebe frei durch diese Bohrung oder dieses Loch hindurchlaufen kann. Die Erfindung ist auf Kreiselgeräte sowohl mit Wellenbezug als auch mit Gehäusebezug anwendbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform

des Kreiselgerätes vom Typ mit Drehachsenbezug;

Fig. 2 eine bruchstückhafte Querschnittsansiht unter

90° zum Schnitt nach Fig. 1;

Fig. 3 eine bruchstückhafte Querschnittsansicht

unter 45° zu den Figuren 1 und 2;

Fig. 4a eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines Teils der Fig. 1;

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Fig. 4B eine vergrößerte perspektivische Ansicht

eines Teils der Fig. 4A;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe

der Teile nach Fig. 4A;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer abgeänderten

Ausführungsform des Kreiselgerätes mit Gehäusebezug;

Fig. 7 eine bruchstückhafte Querschnittsansicht unter

90°zum Schnitt nach Fig. 6.

Die in den Figuren 1, 2 und 5 dargestellte Ausführungsform des Kreiselgerätes mit Drehachsenbezug ist allgemein mit 10 bezeichnet . und umfaßt ein Gehäuse 11, in dem Wälzlager 12 und IJ> befestigt sind, die die Antriebswelle 14 um ihre geometrische Drehachse lagern. Die Antriebswelle 14 wird durch einen allgemein üblichen synchronen Drehmotor mit einem Stator 16 und einem Rotor 17 in Drehung versetzt, wie er beispielsweise in den obengenannten Patent- und Offenlegungsschriften beschrieben ist. Ein Kreiselrotorrad 20 ist in Radialrichtung durch ein biegsames Tragelement in Form eines Armkreuzes 21 gehaltert, das ausführlicher in Fig. 4a gezeigt ist. Dieses Armkreuz 21 weist vier unter gleichen Winkeln angeordnete elastische dünne ebene Arme auf, die den Kreiselrotor 20 um die normale Drehachse drehbar und flexibel haltern. Der Kreiselrotor 20 ist in Richtung der Drehachse durch ein weiteres biegsames Tragelement oder eine Strebe 22 gehaltert, die sich durch eine öffnung 2J in dem radialen Biegungs-Armkreuz 21 erstreckt. Die Strebe 22 weist eine sich durch die hohle Antriebswelle 14 erstreckende Verlängerung in Form eines Stabes 24 auf, der am Mittelpunkt einer elastischen Membran 25 befestigt ist, wobei die Funktion des Stabes 24 und der Membran 25 ausführlich in der oben erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 20 24 593 erläutert ist. Es ist weiterhin

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ein Wlnkelabgriffsystem vorgesehen, das allgemein mit 18 bezeichnet ist und das zur Feststellung einer Kippbewegung oder eine Neigung des Kreiselrotorrades 20 um eine von zwei zur Drehachse des Kreiselgerätes senkrechte Achsen vorgesehen ist. Der Abgriff 18 kann von der allgemeinen Art sein, wie sie in den oben erwähnten Patent- und Offenlegungsschriften beschrieben ist.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 4A werden im folgenden die Bauteile des Aufhängungssystem gemäß dem Grundgedanken der Erfindung beschrieben. Hierbei wird weiterhin auf die Figuren 1, 2 und 3 bezug genommen, damit die spezielle Anordnung der Elemente nach Flg. 4A bezüglich des bereits beschriebenen Teils des Kreiselgerätes besser verständlich wird. Die auseinandergezogene Darstellung nach Fig. 4A zeigt die allgemeine Beziehung der verschiedenen Teile des Aufhängungssysteins unter Einschluß der biegsamen Tragstrebe 22, einer Brücke 65, des biegsamen Trag-Armkreuzes 31, der Klebeplatten 50, 51» des Kreiselrotorrades 20 und des Kopfes 84 der Drehoder Antriebswelle 14.

Das radiale Trag-Armkreuz 21 1st aus einem dünnen elastischen ebenen Metallblech als kreuzförmiges Teil mit einer in der Mitte angeordneten einen Freiraum aufweisenden Öffnung 23 und vier etwas vergrößerten Lappen 69, 70, 71# 72 an den gegenüberliegenden Enden der Arme des Kreuzes ausgebildet. Bei einer kompakten Versuchsaus führung des Kreiselgerätes, dessen Außenmantel oder Gehäuse II¹ (Fig. 6) einen Durchmesser von 20,2 mm (0,795 Zoll) und eine Länge von 21,8 mm (0,858 Zoll) aufwies, hatte der biegsame Trag-Armstern die Abmessungen (siehe Flg. 4A) von a « 1,37 bm (0,054 Zoll) und b = 0,94 mm (0,037 Zoll) und bestand aus einem Metallblech mit einer Stärke von 0,025 mm (0,001 Zoll), wobei die Herstellung durch Photoätzverfahren erfolgte. Ein Paar 69, 70 der diametral gegenüberliegenden Lappen wird beim Zusammenbau an dazu passenden Vorsprüngen 86 und 87 des Wellenkopfes 84 befestigt. In diesem Fall und an vielen anderen Stellen

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erfolgt die Befestigung mit Hilfe von üblichen schnell härtenden Klebemitteln, wie beispielsweise Epoxy-Harzen oder ähnlichem. Das andere Paar 71, 72 von Lappen an dem zweiten Paar von Armen des Armkreuzes 21 ist durch Klebemittel an einem ähnlichen Paar von Vorsprüngen 76, 77 befestigt, die von einer einzigen Speiche 78 des Kreiselrotorrades 20 vorspringen. Obwohl die Lage der Enden der Arme des ArmkrOEes 21 auf diese Weise durch die jeweiligen Vorsprünge 76, 77, 86,87 festgelegt ist, wird der Mittelteil des Trag-Armkreuzes 21 im übrigen keinen Einspannkräften unterworfen. Im Gegensatz zu bekannten radialen Aufhängungen, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 20 24 593 beschrieben sind, ist die Federrückführkraft der vorstehend beschriebenen Aufhängung im wesentlichen unabhängig von der Spannung in den Aufhängungsarmen. Dieser Vorteil ist ein Ergebnis der Beseitigung im wesentlichen der gesamten Biegeauslenkung wie sie bei bekannten Aufhängungen auftritt, d.h. eine Biegung, die an einer Stelle auftritt, die in Radialrichtung gegenüber dem Mittelpunkt des Trag-Armkreuzes ersetzt ist. Es ist für den Fachmann zu erkennen, daß andere bekannte mechanische Befestigungseinrichtungen oder Befestigungsverfahren anstelle von Klebemitteln verwendet werden können.

Die axiale Tragstrebe 22 besteht aus einem maschinell bearbeiteten runden zylindrischen Stab, der ausführlicher in der vergrößerten Ansicht nach Fig. 4B gezeigt ist. Diese Tragstrebe 22 weist, wie dies aus Fig. 4B zu erkennen ist, drei ebene Biegeelemente 5^» 56, 58 auf, die in dem aktiven Biegebereich eingefräst sind. Der zylindrische Teil 53 der Strebe ist an der Brücke 65 in der Mittelbohrung 68 befestigt, während der gegenüberliegende zylindrische Teil 59 in einer Bohrung 80 der Speiche 78 des Kreiselrotorrades 20 befestigt ist. Die End-Biegeelemente 54 und 58 liegen in der gleichen diametralen Ebene der Strebe 22, wobei diese Ebene senkrecht zur diametralen Ebene des in der Mitte liegenden Biegeelementes 56 liegt. Das ebene Biegeelement 56 weist vorzugs-

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weise die doppelte Länge auf, wie die eine gleiche Länge aufweisenden Biegeelemente 54, 58. Von der Stirnfläche des Wellenkopfes 54 aus springen vier unter gleichen Abständen angeordnete Säulen, wie z.B. die Säule 85 nach Fig. 3 vor, die eine einfache Halterung für eine Anschlagplatte 91 und einen kreisringförmigen Mantel oder eine Schale 90 zur Verringerung von Luftreibungsverlusten ergeben. Wenn dieser Mantel oder diese Schalte 90 aus üblichem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität wie z.B. aus Inconel hergestellt ist, ist eine Wechselwirkung zwischen den Teilen des Abgriffs l8 möglich, während gleichzeitig eine Strömungsmittelkopplung zwischen dem Rotor 20 und dem Gehäuse 11 beseitigtwird.

Es ist für den Fachmann erkennbar, daß in den Figuren 1 und bestimmte Teile, die in anderen Figuren gezeigt sind, fortgelassen sLnd, wie z.B. die Säulen 85 des Wellenkopfes nach Fig. 3. Weiterhin sind bestimmte Teile in Fig. j5 fortgelassen, um deutlicher erkennen zu lassen, wie der Mantel 90 und die Grenzanschläge 91 gehaltert sind.

Das Aufhängungssystem oder Tragsystem ergibt eine Translationssteif igke it um JJ zueinander senkrechte Achsen sowie eine sehr geringe Torsionsrückführkraft bei einer einfachen billigen Anordnung, die von Natur aus eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen mit der doppelten Rotordrehzahl aufweist. Die Verwendung der Reihe von drei ebenen' Biegeelementen 54, 56, 58 in der Strebe 22 anstelle eines einzigen runden zylindrischen Biegeelementes bekannter Art führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Biegesteifigkeit der Tragstrebe 22. Bei einer bestimmten jedoch repräsentativen Aufhängung und für eine vorgegebene axiale Lastkapazität ergab die Anordnung mit mehreren flachen Biegeelementen eine Verringerung der Steifigkeit um einen Faktor von 6 gegenüber dem bisher verwendeten rundzylindrischen Biegeelement. Die Verwendung der drei ebenen Biegeelemente 54, 56, 58 hält

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in vorteilhafter Weise den Biegemittelpunkt konstant und zwar unabhängig vonder Richtung der Auslenkung des Kreiselrotorrades 20. Wie dies in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, liegt der Mittelpunkt des mittleren ebenen Biegeelementes 56 in der Öffnung 23 des biegsamen radialen Armkreuzes 21.

Im Betrieb werden alle radialen und Antriebsmotor-Drehmomentlasten des rotierenden Systems von dem Trag-Armstern 21 aufgenommen, der eine Kippbewegung des Kreiselrotorrades 21 gegenüber der Antriebswelle 14 durch eine Drehauslenkung seiner Arme aufnimmt. Tatsächlich kann der Mittelteil des Armsterns

21 mit dem Zwischenkardanring eines Hooke'sehen Universalgelenkes vergleichen werden. Weil dieser effektive Kardanrahmen aus äußerst dünnem Metallblech geformt ist, ist er von Natur aus bezüglich der beiden zueinander senkrechten SchwenkachsenMassen^ausgeglichen und das Kreiselgerät weist daher eine sehr geringe Eigenempfindlichkeit gegenüber Schwingungen mit der doppelten Rotordrehzahl auf.

Im Betrieb werden alle auf das rotierende System einwirkenden Axiallasten von der die drei Biegeelemente aufweisenden Strebe

22 aufgenommen. Wie es weiter oben erwähnt wurde, ist die Strebe 22 so bemessen, daß das ebene mittlere Biegeelement 56 doppelt so lang ist, wie die beiden ebenen End-Biegeelemente 54, 58. Eine derartige Anordnung weist eine gleiche Biegesteifigkeit in jeder Auslenkrichtung sowie eine gleiche Säulenfestigkeit auf. Obwohl die axiale Halterung des effektiven mittleren Kardanrahmenteils der radialen Aufhängung weich ist, verhindert die extrem niedrige Masse des effektiven Kardanringes eine übermäßige anisoelastische Beschleunigungsempfindlichkeit. Wenn jedoch eine Masse diesem Teil der Aufhängung hinzugefügt werden muß, um eine Trägheitsabstimmung zu erzielen, so kann sich eine übermäßige Anisoelastizität ergeben. Entsprechend ist beabsichtigt, daß die Aufhängung in Verbindung mit einem Federkompensationssystem verwendet wird, wie z.B. dem bei 95 iⁿ den Figuren 1 und 2 gezeigten Kippstrebensystem, das auch in der oben erwähnten

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deutschen Offenlegungsschrift 20 24 595 beschrieben ist. Alternativ kann ein bekanntes permanentmagnetisches Kippsystem, wie es beispielsweise in der oben erwähnten britischen Patentschrift 722 492 gezeigt ist, verwendet werden.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Kreiselgerätes mit Wellenbezug in der vorstehend beschriebenen Art ist insbesondere bei Kreiselgeräten vorteilhaft, die ihre Eichung über lange Zeltperioden aufrechterhalten müssen, selbst wenn sie bei der Handhabung Stößen und Temperatüränderungen unterworfen werden, die eine sehr geringe Verschiebung der relativen Positionen der verschiedenen Teile hervorrufen können. Die mit Wellenbezug arbeitende Anordnung nach den Figuren 1 bis 5 ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil hierdurch die Auswirkungen irgendeiner (Instabilität der Lage der Drehachse des Kreiselrotors vermieden werden, weil keine konstante Änderung der Abgriffsystem-Nullsteilung bezüglich der die Drehmomente hervorrufenden Zwangskräfte auf den Kreiselrotor durch derartige Instabilitäten hervorgerufen wird.

Für bestimmte andere Anwendungen kann der Aufbau des Kreiselgerätes so vereinfacht werden, «le dies in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, so daß die Größe und die Kosten des Kreiselgerätes weiter verringert werden. Wenn ein unerwünschtes Vorspannungssignal im elektrischen Ausgang des Abgriffsystems 18* auftritt, können diese Fehler extern aufgehoben werden, wie dies beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 20 24 6o6 vorgesehen ist.

Das Kreiselgerät nach den Figuren 6 und 7 1st ein Kreiselgerät mit GehKusebezug und Teile, die dm Teilen in den vorstehenden Figuren entsprechen, tragen gleiche Bezugsziffern. Es ist zu erkennen, daß die Antriebswelle 14' ein Joch oder eine Brücke 65' trägt, an der die Endlappen 69^f, 70' eines Armes des kreuzförmigen Trag-Armsterns 21' befestigt sind. Eine rohrförmige Nabe 92 trägt nunmehr die Speiche 78* des

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Kreiselrotorrades 20', das an seinem Umfang ein mit veränderlicher Reluktanz arbeitendes Auslenk:-Abgrenzsystem 18' trägt, wie es in der Kreiseltechnik gut bekannt ist.

In den Figuren 6 und7 ist das in Axialrichtung angeordnete, drei Biegeelemente aufweisende Strebensystem 22 an einem Ende in der Nabe 92 befestigt, die einstückig mit der Speiche 78' ausgebildet ist, während es am gegenüberliegenden Ende in einer Bohrung in der hohlen Antriebswelle 14' befestigt ist. Das gegenüberliegende Ende der hohlen Welle 14* ist mit einer Maschinenschraube 93 versehen, die in ein Innengewinde der Hohlwelle 14' eingeschraubt ist. Die Lagerringe der Kugellager 12 und 13 sind zwischen einem Flanschteil 94, von dem aus sich die Brücke 65* erstreckt und dem Kopf der Maschinenschraube 93 eingespannt, wenn diese angezogen ist. Die Betriebsweise des Kreiselgerätes ist allgemein ähnlich zu der Betriebsweise des Kreiselgerätes nach den Figuren 1 bis 5· Das (nicht gezeigte) Aufhängungsfeder-Kompensationssystem kann vom Typ mit magnetischer Kippwirkung sein, wie sie in der britischen Patentschrift 722 492 beschrieben ist.

Es ist zu erkennen, daß das den Grundgedanken der Erfindung bildende Tragsystem wesentliche Nachteile bekannter Anordnungen vermeidet und eine Anordnung ergibt, die bei äußerst kleinen und kompakten Kreiselgeräten Verwendung finden kann, wobei die Teile durch wenig aufwendige Techniken unter Einschluß von Photoätzverfahren hergestellt werden können. Die Teile können durch wenig aufwendige Klebemittel miteinander verbunden werden, so daß Arbeitsvorgänge, die bei der Verwendung üblicher Befestigungseinrichtungen erforderlich sind, entfallen können. Die Teile können ausreichend stark ausgebildet sein, so daß komplizierte Elemente, wie z.B. die bei bekannten Kreiselgeräten erforderlichen Anschläge beispielsweise gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 22 10 39I nicht mehr erforderlich sind und das Tragsystem bleibt dennoch ausreichend flexibel, damit sich eine ausreichende Empfindlichkeit des Kreiselgerätes ergibt. Das Kreiselgerät kann

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weiterhin mit einer Vielzahl von bekannten Abgriff-Drehmomenterzeuger-Konstruktionen verwendet werden. Das Problem der Schwingungen bei der doppelten Rotorfrequenz wird beseitigt, ohne daß die bisher bekannten Maßnahmen der Verwendung mehrerer redundanter abgestimmter Kardanrahmensysteme verwendet werden müssen. Die Aufhängung 1st In vorteilhafter Weise nicht von der Rotordrehzahl abhängig, so daß eine Rotordrehzahl- oder Frequenzsteuerung nicht erforderlich 1st. Insbesondere ist diese Aufhängung bei Systemen nützlich, bei denen das Vorhandensein einer Möglichkeit zur Η-Modulation erforderlich ist. Die gesamte Kreiselkonstruktion 1st weiterhin bei Anwendungen zweckmäßig, die ein zusammenwirkendes Paar von mit biegsamen Tragelementen gelagerten Kreiseln erfordern, weil die Rotoren bei versetzten Frequenzen betrieben werden, so daß die Möglichkeit unerwünschter mechanischer Kopplungen zwischen Paaren von Kreiselgeräten vermieden werden, wie sie bei bekannten Kreiselgeräten auftraten, wenn diese injdemselben Kardanrahmensystem verwendet wurden. Eine geringe Biegerückführkraft und eine hohe Empfindlichkeit können so leicht erreicht werden.

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Claims

J?ateatar\w*lte Dipt.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D -8000 München 2 - Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 15· November 1977 Unser Zeichen: 16 053 - Fk/Ne Patentansprüche :

1.!Kreiselgerät mit einem an biegsamen Tragelementen aufgehängten lagerfreien Rotor, der mit Hilfe von AntriebsveLlenelementen um eine Drehachse drehbar ist und an den Antriebswellenelementen über Tragelemente befestigt ist, dadurch gekennzeichne t, daß die Tragelemente erste Biegungs-Tragelemente (21), die den Rotor (20) in Radialrichtung für eine Drehung mit den Antriebswellenelementen (14) und universell um Achsen im wesentlichen senkrecht zur Drehachse kippbar lagern, und zweite Biegungs-Tragelemente (22) einschließen, die mit den Antriebswellenelementen mit diesen im wesentlichen um die Drehachse drehbar verbunden sind und den Rotor in Axialrichtung universell kippbar um im wesentlichen senkrecht zur Drehachse verlaufende Achsen haltern, daß die zweiten Biegungstragelemente eine zylindrische Strebe (22) mit einem ersten biegsamen ebenen Abschnitt (56) einschließen, der in einer diametralen Ebene der Strebe liegt, undöaß die zweiten Biegungstragelemente (22) sich durch eine öffnung (23) in den ersten Biegungstragelementen (21) hindurch erstrecken, wobei im wesentlichen gleiche Teile hiervon auf jeder Seite der öffnungjliegen.

2. Kreiselgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß die ersten Biegungstragelemente ein symmetrisches kreuzförmiges elastisches Teil (21) einschließen, das im

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wesentlichen gleiche Längen aufweisende Arme mit äußeren Enden (69, 70, 71, 72) zur Ankopplung des Rotors (20) an die Antriebswellenelemente (14) aufweist, und daß das erste Biegungstragelement im übrigen benachbart zur Drehachse keinen Einspannkräften unterworfen ist.

3. Kreiselgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Strebe (22) zweite und dritte biegsame ebene Abschnitte (54, 58) aufweist, die in einer diametralen Ebene der Strebe liegen und jeweils symmetrisch auf beiden Seiten des ersten biegsamen ebenen Abschnittes (56) angeordnet sind.

4. Kreiselgerät nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -

ze lehne t , daß der erste biegsame ebene Abschnitt (56) in Richtung der Längsachse der Strebe (22) doppelt so lang ist, wie der zweite oder dritte biegsame ebene Abschnitt (54, 58).

5. Kreiselgerät nach Anspruch j5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste flexible ebene Abschnitt (56) unter rechten Winkeln zu den zweiten und dritten biegsamen ebenen Abschnitten (54, 58) verläuft.

6. Kreiselgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennze lehne t , daß die äußeren Enden (7I, 72) der ersten und zweiten diametral gegenüberliegenden Arme des kreuzförmigen Teils (21) mit dem Rotor (20) verbunden sind, während die äußeren Enden (69, 70) der dritten und vierten diametral gegenüberliegenden Arme des kreuzförmigen Teils (21) mit den Antriebswellenelementen (14) verbunden sind, so daß sich eine Gelenkverbindung des Rotors gegenüber den Antriebswellenelementen (14) im wesentlichen lediglich durch zyklisches Verdrehen der ersten, zweiten, dritten und vierten gegenüberliegenden Arme ergibt.

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