DE2828929C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bimetall-Rotor­ baugruppe für Kreiselgeräte der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die an ein Kreiselgerät mit sehr guten Betriebseigen­ schaften gestellten Forderungen beruhen hauptsächlich auf dem Winkel- oder Drehimpuls des Kreiselrotors. Ein gewünschter Drehimpuls kann durch Auswahl der Drehzahl des Rotors für eine gewünschte Rotormasse oder umgekehrt erzielt werden. Bei manchen Anwendungen ist es wünschens­ wert, die Rotormasse ohne Vergrößerung der Rotorgröße zu vergrößern, um auf diese Weise die Rotordrehzahl für einen vorgegebenen Drehimpuls zu verringern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Bimetall-Rotor verwendet wird, der einen Kranz aus einem Metall mit hoher Dichte und Lager-Radscheibenteile aus einem Metall mit niedriger Dichte aufweist. Diese Radscheibenteile können beispiels­ weise aus mit Axialabstand angeordneten, die Drehlager tragenden Radscheiben aus Metall mit geringem Gewicht be­ stehen. Trotz des Vorteils eines hohen Drehimpulses bei niedrigen Drehzahlen werden Bimetall-Rotoren jedoch nicht in dem Ausmaß verwendet, wie dies zu erwarten wäre. Dies gilt insbesondere für kleinere Kreiselgeräte, und der Grund besteht in den Schwierigkeiten hinsichtlich der un­ terschiedlichen thermischen Dehnungskoeffizienten des aus schwerem Metall mit hoher Dichte bestehenden Trägheits­ kranzes und der Radscheibe aus leichtem und eine niedri­ ge Dichte aufweisenden Metall. Diese unterschiedliche Aus­ dehnung ruft eine Verformung der Größe und/oder der Form des Trägheitskranzes und der Radscheiben sowie ggf. der darin angeordneten Drehlager hervor, wodurch die Kreisel­ betriebseigenschaften, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer verschlechtert werden. Weiterhin können bei einem Bimetall-Rotor unterschiedliche axiale Di­ mensionsänderungen und/oder Änderungen der Lagervor­ spannung aufgrund der Zentrifugalkraft und thermischer Spannungswirkungen auftreten, wenn das Kreiselgerät auf eine bestimmte Drehzahl hochgefahren wird und/oder sich ändernden Temperaturen ausgesetzt wird, wodurch eine Verwerfung oder Verwölbung der Radscheibe auftreten kann. Wenn beispielsweise der Einfluß der Änderungen von Kompressionsspannungen zwischen dem Trägheitskranz und der Radscheibe in Axialrichtung unsymmetrisch ist, d. h. auf der einen Seite der Rotorbaugruppe anders als auf der anderen Seite, so neigt die Kreiselmasse dazu, sich entlang der Drehachse zu verschieben, so daß sich ein Ungleichgewicht für die Rotor-/Rotorlagerrahmen- Baugruppe ergibt und eine unannehmbare Kreiseldrift her­ vorgerufen wird.

Es ist eine Bimetall-Rotorbaugruppe bekannt (US-PS 21 99 024), bei der Probleme aufgrund der unterschied­ lichen Dehnungskoeffizienten dadurch vermieden werden, daß die in axialem Abstand voneinander angeordneten Rad­ scheiben eine konische Schalenform aufweisen und Löcher auf einem Kreisring zwischen dem Außenumfang und der Achse der Radscheiben in einem Bereich ausgebildet sind, der bei einer thermischen Dehnung aufgrund der sich än­ dernden konischen Form der stärksten Biegung unterwor­ fen ist. Durch diese Löcher wird die Steifigkeit der ko­ nischen Radscheiben verringert. Die Radscheibe weist ei­ ne derartige thermische Dehnung auf, daß ihre durch Tem­ peraturänderungen hervorgerufene Änderung der Form an Verformungen eines Gehäuses angepaßt ist, in dem die Rotorbaugruppe über Lagerzapfen gelagert ist. Auf die­ se Weise wird die Änderung von Lagervorspannungen ver­ mieden. Hierbei ergibt sich jedoch eine komplizierte Konstruktion, die weiterhin aufgrund der Elastiziät der konischen Radscheiben in Axialrichtung gegenüber Stößen sehr empfindlich ist.

Es ist weiterhin eine Bimetall-Rotorbaugruppe bekannt (US-PS 14 26 336), bei der die Radscheibe eine erheb­ liche axiale Erstreckung an ihrem Außenumfang aufweist, wobei die am Außenumfang liegende Mantelfläche ge­ schlitzt ist, um sich axial erstreckende Zungen zu bil­ den, deren freies Ende jeweils mit dem Trägheitskranz verbunden ist. Diese sich in Axialrichtung erstrecken­ den Zungen weisen eine relativ leichte Verformbarkeit in Radialrichtung auf, so daß thermische Dehnungen leicht aufgenommen werden können. Auch hierbei ergibt sich je­ doch ein sehr komplizierter Aufbau der Radscheiben sowie der Verbindungseinrichtungen zwischen dem Trägheitskranz und den Radscheiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bimetall- Rotorbaugruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der keine Gefahr einer Verformung des Trägheitskran­ zes oder einer Verwölbung der Radscheiben aufgrund von thermischen Dehnungen oder Zentrifugalkräften besteht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bimetall- Rotorbaugruppe ergibt sich einerseits ein einfacher Auf­ bau, da die Rotorscheibenteile als ebene kreisförmige Elemente ausgebildet sein können, in denen der Außenla­ gerring des Wälzlagers direkt angeordnet ist und es be­ steht keine Gefahr des Auftretens von Verformungen des Trägheitskranzes und/oder Verwölbungen der Radscheiben oder Kompressionskräfte, die auf den Lageraußenring ein­ wirken, der in der Radscheibe selbst ausgebildet ist.

Durch die Löcher in den Radscheiben wird der Außenlager­ ring sicher von irgendwelchen Spannungen und Beanspru­ chungen isoliert, die anderenfalls eine Verformung und Dimensionsänderung aufgrund von thermischen und Zentri­ fugalkraft-Wirkungen während des Betriebes hervorrufen würden. Die Vorsprünge an den Grenzflächen zwischen dem Trägheitskranz und den Radscheiben bilden Spannungs-Kon­ zentrationseinrichtungen, die zusammen mit den in den Radscheiben ausgebildeten Löchern die tangentialen und radialen Spannungslinien in der Radscheibe umlenken, so daß geschlossene Schleifen gebildet werden, die jede der Ausnehmungen umgeben. Die in der Radscheibe hervorgeru­ fene Spannung tritt in diese von einem der die Spannung konzentrierenden Vorsprünge aus ein, wird von dem dem entsprechenden Vorsprung gegenüberliegenden Loch zum be­ nachbarten Vorsprung umgelenkt und dann von dem dem näch­ sten Vorsprung gegenüberliegenden Loch in Richtung auf den Trägheitskranz und durch den benachbarten Vorsprung hindurch umgelenkt, so daß die Ausnehmung zwischen den Vorsprüngen umkreist wird und die Spannung zu dem Vor­ sprung hin zurückgeführt wird, von dem aus die Spannung in die Radscheibe eintrat. Daher verhindern die Ausneh­ mungen zwischen den Vorsprüngen und die Löcher, daß die durch den Preßsitz und irgendeine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem Trägheitskranz und der Radscheibe hervorgerufene Spannungen den äußeren Lagerring des Lagers erreichen, der in der Radscheibe ausgebildet ist. Eine Verformung und/oder Dimensionsänderung des äußeren Lagerrings oder eine Änderung der Lagervorspannung wird dadurch sicher verhindert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen­ den anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teil einer Ausführungsform eines Kreiselgerätes,

Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungs­ form der Bimetall-Rotorbaugruppe,

Fig. 3A eine Draufsicht auf den Bimetall- Rotor nach Fig. 2,

Fig. 3B eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform des Bimetall-Rotors,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines be­ kannten Bimetall-Rotors, die ideali­ sierte tangentiale Beanspruchungs­ linien und die hierdurch hervorgeru­ fene Dimensionsänderung zeigt,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Bimetall-Rotors, die die Trennung und Isolation des Lageraußenringes durch die Umlenkung der tangentialen Beanspruchungslinien zeigt, die in der Radscheibe hervorge­ rufen werden.

In Fig. 1 ist die Längsneigungs-Kardanrahmenbaugruppe eines typischen an einem Armaturenbrett zu befestigenden Kreisel­ gerätes 10 gezeigt, wie es für Luftfahrzeug-Anzeige­ instrumente verwendet wird, beispielsweise für ein Luftfahrzeug- Fluglagenanzeigegerät, wie es in der DE-OS 23 15 216 gezeigt ist. Das Kreiselgerät 10 schließt ein Rotorgehäuse oder einen Kardanrahmen 11, Kardan­ rahmenlagerzapfen 12 und eine Rotorbaugruppe mit einem Rotor 13 ein, der in dem Gehäuse für eine Drehung um eine Spin- oder Drehachse 14 gelagert ist. Der Querneigungskardanrahmen ist aus Vereinfachungsgründen fortgelassen.

Die konstruktiven Einzelheiten des Rotors 13 sind in den Fig. 2 und 3A gezeigt. Der Rotor 13 schließt einen äußeren Träg­ heitskranz 15 (der aus einem Metall mit hoher Dichte wie z. B. einer Wolfram-Silberlegierung hergestellt ist) ein, der über zwei mit axialem Abstand angeordnete Radscheiben 16 (die aus einem Metall mit niedrigerer Dichte, wie z. B. üblichem Lagerungsstahl) mit den Rotorlagereinrichtungen 17 verbun­ den ist. Die Lagereinrichtungen 17 umfassen innere und äußere Lagerlaufringe, die noch näher erläutert werden und die den Rotor 13 für eine Drehung um die Spin- oder Drehachse 14 lagern. In dem kreisringförmigen Raum zwischen der Drehachse 14 und dem Trägheitskranz 15 ist ein üblicher Antriebs­ motor 18 angeordnet, der den Rotor 13 in Drehung versetzt.

Der Bimetallrotor 13 ist so aufgebaut, daß er ein großes Trägheits-/Gewichtsverhältnis und ein großes Trägheits-/Größen­ verhältnis aufweist, um einen hohen Drehimpuls bei verringer­ ter Rotordrehzahl zu erzielen, wobei die Probleme vermieden werden sollen, die sich aus den noch zu erläuternden ther­ mischen Wirkungen ergeben. Das große Trägheits-/Gewichts- oder Trägheits-/Größenverhälntis wird dadurch erzielt, daß die maximale Menge an Masse in Richtung auf den Umfang des Rotors 13 hin verteilt wird. Der aus schwerem Metall bestehen­ de äußere Trägheitskranz 15 dient als Umfangsmasse und ergibt die gewünschte große Trägheit, während die ein geringes Ge­ wicht aufweisenden Radscheiben 16 nicht nur den schweren Träg­ heitskranz 15 für eine Drehung lagern, sondern mit diesem derart kombiniert sind, daß sich ein Bimetall-Rotor ergibt, bei dem die maximale Menge an Masse in Richtung auf den Umfang des Rotors hin verteilt ist.

An jedem Ende des Rotors weisen die Lagereinrichtungen 17 Kugeln 25 auf, die zwischen den obenerwähnten inneren und äußeren Lagerlaufringen 23 und 24 angeordnet sind. Der innere Lagerlaufring 23 ist durch einen Lagerring 21 gebildet, wäh­ rend der äußere Lagerlaufring 24 maschinell in die entsprechende Radscheibe 16 eingearbeitet ist oder alternativ in Form eines getrennten Lagerringes ausgebildet sein kann, der in den Innen­ umfang der Radscheibe 16 eingelassen ist. Die Lagereinrich­ tungen 17 können dynamisch stabilisierte Kugelkäfige ein­ schließen, wie dies in der DE-OS 25 25 104 beschrieben ist, um die Kreiselgeräusche und Schwin­ gungen zu verringern und um die Zuverlässigkeit der Baugruppe zu vergrößern.

Wie dies in den Fig. 2 und 3A gezeigt ist, ist der Träg­ heitskranz 15 allgemein zylindrisch und die Endflächen dieses Trägheitskranzes sind durch maschinelle Bearbeitung entfernt oder ausgenommen, um bogenförmige Ausnehmungen 32 zu bilden, die sich über eine erhebliche Tiefe sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung derart erstrecken, daß an jeder Endfläche des Rotors 3 sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 33 (Fig. 3A) verbleiben, die unter gleichen Winkel­ abständen um die Achse 14 herum angeordnet sind. Die Ausneh­ mungen 32 können als Spannungs- oder Beanspruchungs-Entlastungs­ bereiche oder -volumen bezeichnet werden. Die Vorsprünge 33 an einer Endfläche des Trägheitskranzes 15 sind derart unter Winkelabständen angeordnet, daß sie sich bei 0°, 120° und 240° befinden, während die Vorsprünge 33 an der anderen Endfläche des Trägheitskranzes 15 unter 60°, 180° und 300° angeordnet sind. Diese Vorsprünge 33 können als Trägheitskranz-Spannungs- Konzentriervorsprünge bezeichnet werden. Jede Radscheibe 16 ist allgemein scheibenförmig und weist eine Dicke auf, die kleiner als die axiale Tiefe der Ausschnitte oder Ausnehmungen 32 des Trägheitskranzes ist. In jede scheibenförmige Radscheibe 16 sind drei relativ große unter gleichen Winkelabständen ange­ ordnete Löcher 34 geradlinig hindurchgebohrt und zwar relativ nahe am Außenumfang der Radscheibe. Die Radscheiben 16 werden so in den Trägheitskranz 15 eingebaut, daß die Löcher 34 genau in Radialrichtung mit den Vorsprüngen 33 ausgerichtet sind. Dieser Einbau erfolgt mit einem Preßsitz, so daß die Vorsprünge 33 nach dem Zusammenbau eine Anfangsspannung in den Radscheiben 16 in noch zu erläuternder Weise hervorrufen. Die Vorsprünge 33 stehen mit den Radscheiben 16 an Grenzflächen 31 in Berührung und konzentrieren alle inneren Rotor-/Radscheiben-Spannungen an diesen unter Winkelabständen angeordneten Grenzflächen 31. Die Größe der Löcher 34 bezogen auf die radialen und axialen Abmessungen jedes Vorsprungs 33 ist eine Funktion der Größe und der Beanspruchung und Spannung, die in dem Kreiselrotor über den Betriebs-Umgebungsbereich hervorgerufen wird, wie dies ausführlicher erläutert wird. Die Löcher 34 in der oberen Rad­ scheibe 16 nach Fig. 2 sind in Fig. 3A mit voll durchgezo­ genen Linien gezeigt, während die Löcher 34 in der unteren Radscheibe 16 nach Fig. 2 in Fig. 3A gestrichelt gezeigt sind.

Es ist selbstverständlich, daß der Bimetallrotor eine größere Anzahl von Vorsprüngen und Löchern 34 in Abhängigkeit von der rela­ tiven Bemessung und den Proportionen seiner Bauteile aufweisen kann; die drei Kissen 33 und die drei Löcher 34, die in den Zeichnungen gezeigt sind, ergeben einen optimalen Wert für die dargestellten Rotorproportionen.

In den Fig. 4 und 5 ist schematisch das Spannungslinien- Muster eines Bimetallrotors bekannter Art bzw. gem. der Ausführungs­ form nach Fig. 3A gezeigt. In Fig. 4 ist ein idealisierter Kreiselrotor­ kranz 40 mit Preßsitz (thermisch) auf eine Radscheibe 39 auf­ gepaßt, wodurch eine anfängliche Rotor-/Lager-Grenzflächen­ spannung hervorgerufen wird, die zu den idealisierten tangen­ tialen Spannungslinien führt, die bei 43 dargestellt sind und die bei einer Drehgeschwindigkeit von 0 und einer normalen Betriebstemperatur eine radiale Kompressions-Grenzflächen­ spannung hervorrufen, die die Teile des Rotors zusammenhält. Diese radiale Spannung oder Beanspruchung führt zu tangentialer Beanspruchung sowohl in dem Kranz als auch der Radscheibe, wie dies durch die idealisierten konzentrischen Linien 43 nach Fig. 5 angedeutet ist. Die Größe der radialen Bean­ spruchung oder Spannung ist derart, daß bei einer Drehge­ schwindigkeit von 0 und bei der niedrigsten Betriebstemperatur keine Trennung des Kranzes von der Radscheibe erfolgt.

Einer der wichtigsten normalen Betriebsumgebungseinflüsse für einen Kreiselrotor ist der thermische Umgebungseinfluß. Wenn der Rotor nach Fig. 4 einer Temperaturerhöhung ausge­ setzt wird, ist der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des Materials des Trägheitskranzes, das beispielsweise eine Wolfram-Stahllegierung sein kann, beträchtlich kleiner als der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des weniger dichten Radscheibenmaterials, das beispielsweise üblicher Lagerstahl ist, so daß sich das Material des Trägheitskranzes weniger ausdehnt als das Material der Radscheibe und sich eine Ver­ ringerung des Innendurchmessers 41 des Trägheitskranzes 40 gegenüber dem Außendurchmesser der Radscheibe 39 ergibt. Die resultierende Vergrößerung der radialen Kompressionsspannung führt zu einer vergrößerten radialen Beanspruchung in der Radscheibe, wodurch der Innendurchmesser 44 des Lagerlauf­ ringes verringert wird, wie dies schematisch durch die ge­ strichelten Linien in Fig. 4 angezeigt ist, so daß die Lager­ vorspannung und die Kugelbelastung und damit schließlich die Kreiselbetriebseigenschaften und Lebensdauer in schwerwiegender Weise beeinflußt wird. Weiterhin sind die idealisierten Bean­ spruchungslinien in der Praxis nicht erzielbar weil die nicht vollständig perfekten Abmessungen des Kranzes 40 und der Rad­ scheiben 39 nicht nur zu einer Änderung des Durchmessers des Lagerlaufringes sondern auch seiner Rundheit führen. Ein wei­ teres schwerwiegendes Ergebnis der vergrößerten Beanspruchung in den Radscheiben besteht in der Neigung der Radscheiben zu einer Verwerfung oder Auswölbung, d. h., die Radscheiben neigen dazu, den Beanspruchungen nachzugeben und ihre axialen Posi­ tionen an dem Lagerlaufring zu ändern. Weil die Radscheiben in ihrer Form und in ihrem Ansprechverhalten auf diese inneren Beanspruchungen nicht perfekt ausgebildet werden können, neigen sie dazu, sich unsymmetrisch auszuwölben, was nicht nur zu einer weiteren Beeinflussung der Lagervorspannung führt, son­ dern tatsächlich eine Verschiebung des Schwerpunktes der Rotor­ masse und eine entsprechende Vergrößerung der Kreiseldrift­ rate hervorruft.

Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, werden bei der Ausführungsform des Bimetallrotors die vorstehenden Probleme dadurch vermie­ den, daß die durch den Grenzflächendruck oder die Spannung an der Grenzfläche zwischen dem Trägheitskranz und der Rad­ scheibe erzeugten Beanspruchungslinien derart umgelenkt werden, daß die tangentiale und die sich daraus ergebende radiale Bean­ spruchung, die durch den äußeren Trägheitskranz erzeugt wird, von der Radialrichtung abgelenkt werden und sich daher nicht innerhalb der Radscheibe an dem äußeren Lagerlaufring konzen­ trieren. Das heißt, daß, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, der Grenzflächendruck oder die Beanspruchung, die als Kraftprofil bei 45 gezeigt ist, an getrennten, bezogen auf den Umfang kleinen Grenzflächen 31 erzeugt wird, an denen der Trägheits­ kranz 15 mit der Radscheibe 16 in Berührung steht. Daher ist die Beanspruchung, die durch den von dem Trägheitskranz her­ vorgerufenen Druck erzeugt wird, nunmehr in diskreten Bereichen konzentriert, so daß die Auswirkungen irgendeiner Unrundheit des Trägheitskranzes 15 verringert werden. Die Löcher 34 in den Radscheiben 16 lenken den direkten radialen Beanspruchungs­ weg zum Lagerlaufring 44 um und führen tatsächlich die Bean­ spruchungslinien 43′, die in der Radscheibe 16 erzeugt werden, von dem Lagerlaufring fort. Entsprechend bilden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, die Beanspruchungslinien in der Radscheibe 16 und im Trägheitskranz 15 geschlossene Schleifen um die Beanspruchungs-Entlastungsausnehmungen 32 herum, so daß ein allgemein dreieckförmiges Muster in dem radial äußeren Teil der Radscheibe 16 und des Trägheitskranzes 15 gebildet wird, so daß die Beanspruchungslinien sich nicht den Innenbereichen der Radscheibe und insbesondere dem äußeren Lagerlaufring 24 nähern können. Das Endergebnis besteht darin, daß die Rund­ heit des Lagerlaufringes 24, die Ebenheit der Radscheibe 16, die gesamte Lagervorspannung und die Axialposition des Schwer­ punktes des Trägheitskranzes 15 im wesentlichen unabhängig von Grenzflächendruckänderungen zwischen der Radscheibe 16 und dem Trägheitskranz 15 werden, die sich auf Grund von Änderungen der Zentrifugalkräfte und der Betriebstemperaturen ergeben.

Wie dies im vorstehenden erwähnt wurde, sind die Größen der Spannungs-Entlastungsausnehmungen 32 und der Löcher 34 derart bemessen, daß verhindert wird, daß in dem Rotor 13 erzeugte Spannungen den äußeren Lagerlaufring 24 beeinflussen. Weiter­ hin wurde festgestellt, daß drei unter gleichen Winkelabständen angeordnete Vorsprünge 33, die in dem Trägheitskranz ausgebildet sind, und drei ebenfalls unter gleichen Winkelabständen aus­ gebildete Löcher 34, die in der Radscheibe 16 ausgebildet sind und in Radialrichtung mit den Vorsprüngen 33 ausgerichtet sind, eine optimale und wirtschaftliche Baugruppe sowie optimale Ergebnisse bezüglich der in der Radscheibe erzeugten Bean­ spruchungen und Spannungen und bezüglich der Axialbewegung des Rotors bezüglich der Rotorbaugruppenlagerung ergeben. Im Ergebnis unterteilen die Spannungsentlastungsausnehmungen 32 den Trägheitskranz in eine Anzahl von unter gleichen Ab­ ständen angeordneten radial wirkenden federartigen Teilen zwischen den Vorsprüngen, die im Sinne einer Verringerung der Feder­ steifigkeit zwischen dem Trägheitskranz und der Radscheibe an den Vorsprüngen 33 wirken und die die Beanspruchungs- oder Spannungslinien entlang genau kontrollierter Wege von dem äußeren Lagerlaufring 24 fort konzentrieren. Weiterhin wird, wenn mehr als drei Spannungsentlastungsbereiche 32 vorgesehen werden, die wirksame Länge dieser radial wirkenden Feder des Trägheitskranzes verringert, wodurch die Federsteifigkeit zwischen dem Trägheitskranz und den Vorsprüngen vergrößert wird und im Ergebnis die in der Radscheibe hervorgerufene Span­ nung oder Beanspruchung vergrößert wird. Obwohl bei dem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel kreisrunde Löcher in den Rad­ scheiben ausgebildet sind, wurde festgestellt, daß, wenn die Breite jedes Vorsprunges 33 größer als der Durchmesser eines kreis­ runden in der Radscheibe auszubildenden Loches ist (wobei dieses Loch genügend Radscheibenmaterial zwischen dem Vorsprung und dem Loch und dem äußeren Lagerlaufring und dem Loch ver­ bleiben lassen muß) das Loch mit einer von der kreisförmigen Form abweichenden Form ausgebildet werden kann und beispiels­ weise eine elliptische Form aufweisen kann. Die Größe des in der Radscheibe ausgebildeten Loches ist wiederum eine Funk­ tion der Wirtschaftlichkeit als auch der dynamischen Eigen­ schaften. Kreisrunde Löcher können leichter ausgebildet werden als nicht kreisförmige Löcher und bei der Auswahl der Form und Größe der Löcher muß mit Sorgfalt vorgegangen werden, damit sie der Spannungs- und Beanspruchungskonzentration an den Kissen widerstehen können.

Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, schließt das bevorzugte Aus­ führungsbeispiel des Rotors weiterhin eine Abdeckung 50 aus dünnem Material wie z. B. aus Unterlegscheibenmaterial ein, die über der Stirnfläche des Bimetallrotors angeordnet ist, um die Beanspruchungs-Entlastungsausnehmungen 32 und die Löcher 34 abzudecken. Diese Abdeckung ist zur Verringerung von Luftreibungsverlust-Drehmomenten auf den rotierenden Rotor vorgesehen, so daß die Rotorantriebsleistung verringert wird. Alternativ kann der durch den rotierenden Kreisel her­ vorgerufene Luftreibungsverlust auch dadurch verhindert werden, daß die Ausnehmungen 32 und die Löcher 34 mit einem geeigneten elastischen Material gefüllt werden. Die Abdeckung 50 ist in Fig. 3A aus Gründen der Klarheit fortgelassen.

Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3A die Spannungs- oder Beanspruchungs-Entlastungsausnehmungen 32 durch maschinelle Bearbeitung des Innendurchmessers des Trägheitskranzes 15 hergestellt werden, ist es verständlich, daß gemäß dem abgeänderten Rotor 13′ nach Fig. 3B auch der Außenumfang der Radscheibe 16′ maschinell bearbeitet werden kann, um Ausnehmungen 32′ zur Bildung von Vorsprüngen 31′ zu er­ zeugen, wobei Löcher 34′ in den Radscheiben 16 in radialer Ausrichtung mit den Vorsprüngen 31′ gebohrt sind. In diesem Fall ist der Trägheitskranz 15′ ohne Ausnehmungen ausgebildet. Alternativ kann der Durchmesser des Außenumfanges der Rad­ scheibe 16′ einfach verringert werden, so daß die Vorsprünge 31′ an den ursprünglichen Durchmessern verbleiben.

Claims (6)

1. Bimetall-Rotorbaugruppe für Kreiselgeräte, die um eine Achse in Drehung versetzbar ist, und einen all­ gemein zylindrischen Trägheitskranz aus einem Mate­ rial mit hoher Dichte und einem ersten thermischen Dehnungskoeffizienten, allgemein kreisförmige Rad­ scheibenteile, die aus einem Material mit relativ niedrigerer Dichte und mit einem zweiten relativ höheren thermischen Dehnungskoeffizienten als der Trägheitskranz hergestellt sind und Löcher in radi­ alem Abstand von der Achse aufweisen, mit den Rad­ scheibenteilen verbundene Wälzlagereinrichtungen mit einer vorgegebenen Lagervorspannung zur Lagerung der Rotorbaugruppe um die Achse, und Grenzflächenein­ richtungen zwischen dem Trägheitskranz und den Rad­ scheibenteilen umfaßt, um den Trägheitskranz und die Radscheibenteile mechanisch über einen vorgegebenen Betriebsbereich einstückig zu erhalten, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Radscheibenteile (16) allgemein eben ausgebildet sind, daß die Grenzflächen­ einrichtungen (31) eine Anzahl von unter Winkelabstän­ den angeordneten Grenzflächenvorsprüngen (33) ein­ schließen, die an dem Trägheitskranz (15) oder den Radscheibenteilen (16) durch Entfernen von Material zwischen den Vorsprüngen (33) ausgebildet sind, daß die Vorsprünge (33) durch thermische Dehnung des Träg­ heitskranzes (15) und der Radscheibenteile (16) an den Vorsprüngen hervorgerufene Spannungskräfte konzentrie­ ren, und daß die Anzahl der Löcher (34, 34′) in den Rad­ scheibenteilen (16) der Anzahl der Vorsprünge (33) ent­ spricht und die Löcher in radialer Ausrichtung mit den Vorsprüngen (33) derart angeordnet sind, daß sie die Spannungskräfte in Richtung auf die benachbarten Vorsprünge (33) und von den neben den Radscheiben­ teilen (16) angeordneten Lagereinrichtungen (17) fort umlenken, so daß eine Verformung der Lagereinrichtun­ gen (17) und eine Änderung der Lagervorspannung über den Betriebstemperaturbereich verhindert ist.

2. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grenzflächenvorsprünge (33) an einem Innendurchmesser des Trägheitskranzes (15) ausgebildet sind.

3. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grenzflächenvorsprünge (33) an einem Außendurchmesser der Radscheibenteile (16) ausgebildet sind.

4. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor zumindest zwei ent­ lang der Achse (14) mit Abstand voneinander angeordne­ te Grenzflächeneinrichtungen aufweist, und daß die un­ ter Winkelabständen angeordneten Grenzflächenvorsprün­ ge (33) eines Grenzflächenteils gegenüber denen des anderen Grenzflächenteils versetzt sind.

5. Rotorbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer jedes Loches (4) in dem Radscheibenteil (16) an­ genähert gleich der Umfangslänge der Grenzflächenvor­ sprünge (33) ist.

6. Rotorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in den Rad­ scheibenteilen (16) ausgebildeten Löcher (34) kreisförmig sind.