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Dokumentenidentifikation DE3333306C2 19.05.1993
Titel Zitterfeder für Ringlasergyroskope
Anmelder Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, 7770 Überlingen, DE
Erfinder Langner, Klaus, 7770 Überlingen, DE;
Schwarz, Karl-Hans, Dipl.-Ing., 7776 Owingen, DE;
Bernard, Walter, Dipl.-Phys. Dr., 7758 Meersburg, DE
Vertreter Weisse, J., Dipl.-Phys.; Wolgast, R., Dipl.-Chem. Dr., Pat.-Anwälte, 5620 Velbert
DE-Anmeldedatum 15.09.1983
DE-Aktenzeichen 3333306
Offenlegungstag 04.04.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.05.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse G01C 19/70
IPC-Nebenklasse G01P 9/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Zitterfeder für Ringlasergyroskope mit stegförmigen Federgliedern, welche eine Zitterbewegung um eine Zitterachse zulassen.

Bei einem Ringlasergyroskop wird durch drei oder vier Spiegel ein in einer Ebene verlaufender Resonanzweg bestimmt, der einen Resonanzhohlraum für einen Laser bildet. Es wird in diesem Resonanzhohlraum Strahlung erzeugt und dabei tritt Strahlung auf, welche den Resonanzweg "linksherum" durchläuft, und Strahlung, welche den Resonanzweg "rechtsherum" durchläuft. Es wird Laserstrahlung angeregt, deren Frequenz von der optischen Weglänge des Resonanzweges abhängt. Bei gegenüber dem inertialen Raum unverdreht gehaltenem Ringlasergyroskop ist die optische Weglänge des Resonanzweges und damit auch die Frequenz der angeregten Laserstrahlung für beide Umlaufrichtungen der Strahlung gleich. Wenn sich aber das Ringlasergyroskop um eine zur Ebene des Resonanzweges senkrechte Achse dreht, so ändern sich, wie durch den Versuch von Sagnac bekannt ist, die effektiven optischen Weglängen für die linksherum und die rechtsherum laufende Strahlung. Das führt zu entsprechenden Frequenzänderungen der angeregten Laserstrahlung. Wenn die rechtsherum und die linksherum laufende Laserstrahlung teilweise ausgespiegelt und auf photoelektrische Detektoren geleitet wird, tritt eine Schwebungsfrequenz entsprechend dem Frequenzunterschied zwischen der rechtsherum und der linksherum laufenden Laserstrahlung auf, die der Drehgeschwindigkeit um die zur Ebene des Resonanzweges senkrechte Achse proportional ist und gemessen werden kann.

Wenn die Frequenzen der linksherum und der rechtsherum laufenden Laserstrahlung nur wenig verschieden sind, dann kann durch Streuung der einen Laserstrahlung in die andere ein Mitzieheffekt (Lock-In) eintreten, der zu gleicher Frequenz der Laserstrahlungen und zu einer Ansprechschwelle des Ringlasergyroskops führt ("Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers" Band 157 "Laser Inertial Rotation Sensors", Seite 21 bis 29). Es ist zur Vermeidung dieses Mitzieheffektes bekannt, die Frequenzen der rechtsherum und der linksherum laufenden Laserstrahlung durch geeignete Maßnahmen von vornherein hinreichend unterschiedlich zu machen und den Unterschied bei der Signalauswertung zu berücksichtigen. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, dem Ringlasergyroskop eine bekannte Zitterbewegung um eine Zitterachse zu erteilen (Seite 22 der Literaturstelle). Zu diesem Zweck wird das Ringlasergyroskop über eine Zitterfeder mit Federgliedern verbunden, welche die Zitterbewegung um die Zitterachse zulassen. Solche Zitterfedern sollen bei hoher Güte und guter Quersteifigkeit mit geringem Energieaufwand im System stabil schwingen.

Es sind verschiedene Ausführungen solcher Zitterfedern für Ringlasergyroskope bekannt. Die bekannten Zitterfedern werden entweder durch Drahterosion, durch komplizierte Fräsarbeiten oder durch andere komplizierte und aufwendige Verfahren hergestellt.

So ist es aus der DE 27 49 125B2 bekannt, bei einer Ringlaser-Gyroskopanordnung gegeneinander bewegliche Maßen durch Sätze von Blattfedern miteinander zu verbinden, so daß die Maßen gegeneinander in Schwingungen versetzt werden können.

Aus der DE 32 34 078 A1 ist ein Torsionsgelenk zur Abstützung von Ringlaser-Kreiselkörpern bekannt, das aus einem Grundkörper besteht, der eine im wesentlichen zylindrische Außenform aufweist und der durch zahlreiche im wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Einschnitte, die schwierig herzustellen sind, in im wesentlichen sektorförmige Abschnitte aufgeteilt ist, die am Kern des Zylinders angeordnet sind und über diesen miteinander in Verbindung stehen und infolge der radialen Einschnitte gegeneinander beweglich sind.

Aus der DE 31 09 789 A1 ist für einen temperaturkompensierten piezoelektrischen Wandlerantrieb ein Zittermechanismus mit einem Dreifedersystem bekannt. Dieser Mechnismus weist toroidale Ringe oder Ringabschnitte auf, die über speichenartige Federelemente mit inneren nabenartigen Teilen verbunden sind. Bei der Herstellung müssen aus zur Herstellung dienenden Rohteilen zur Freilegung der speichenförmigen Federelemente erhebliche Materialmengen entfernt werden, so daß sowohl die Herstellung der einzelnen Teile als auch deren Zusammensetzen schwierig und aufwendig ist.

Aus der DE 31 50 160 A1 ist ein Ringlaserkreisel bekannt, der stegförmige Federelemente aufweist, zwischen denen sich Ausnehmungen in Form langgestreckter, kreisringförmiger Abschnitte befinden, so daß auch hier aufwendige Herstellungsverfahren erforderlich sind.

Eine im wesentlichen gleichartige Anordnung ist auch aus der GB 21 11 297 bekannt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Fertigung einer Zitterfeder erheblich zu vereinfachen und zu verbilligen.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Zitterfeder gemäß dem Patentanspruch 1 erreicht.

Eine solche Ausbildung der Zitterfeder gestattet eine einfache, schnelle und preiswerte Herstellung. Das Federmaterial ist frei wählbar, kann z. B. auch Glas oder Keramik sein.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Endansicht der Zitterfeder in Richtung der Zitterachse gesehen.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Zitterfeder und ihre Verbindung mit einem Ringlaserblock eines Ringlasergyroskops und einer Gegenmasse.

Bei der dargestellten Zitterfeder 10, die eine Zitterbewegung um eine Zitterachse 12 zuläßt, sind die Federglieder von Stegen 14 zwischen Bohrungen 16 eines Federblocks 18 gebildet. Die Bohrungen 16 verlaufen parallel zur Zitterachse 12. Der Federblock 18 besitzt zylindrische Grundform. Die Zylinderachse fällt mit der Zitterachse zusammen. Die Bohrungen 16 sind zentralsymmetrisch und mit gleichen Winkelabständen in einem Kranz um die Zylinderachse herum angeordnet. Der zylindrische Federblock 18 ist durch Längsbohrungen 20 in durch die Achsen der Bohrungen 16 und die Zylinderachse gehenden Längsebenen von der Mantelfläche 22 des Federblocks 18 bis zu den Bohrungen aufgeschnitten.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist der zylindrische Federblock 18 um die Zylinderachse herum einen Kranz von sechs axialen Bohrungen 16 auf. Zwischen den Bohrungen sind radiale, als Federglieder wirkende Stege 14 und radial außerhalb von diesen längsverlaufende Leisten 24, 26 von im wesentlichen dreieckigem Querschnitt gebildet. Jeder der Leisten 24 und 26 ist von der zylindrischen Mantelfläche 22 des Federblocks 18, den Wandungen zweier benachbarter Bohrungen 16 und je einer Wandung zweier benachbarter Längsbohrungen 20 begrenzt. Wie aus Fig. 2 am besten ersichtlich ist, springt an einer Stirnseite des Federblocks 18 (oben in Fig. 2) ein erster Satz von drei um 120° gegeneinander winkelversetzten Leisten 24 gegenüber den dazwischenliegenden Leisten 26 eines zweiten Satzes axial vor. Auf der anderen, gegenüberliegenden Stirnseite des Federblocks 18 (unten in Fig. 2) springt der zweite Satz von drei um 120° gegeneinander winkelversetzten Leisten 26 gegenüber den dazwischenliegenden Leisten 24 des ersten Satzes axial vor. Der erste Satz von Leisten 24 ist auf der besagten einen Stirnseite mit einem Ringlaserblock 28 verbunden. Der zweite Satz von Leisten 26 ist auf der besagten anderen Stirnseite mit einer Gegenmasse 30 verbunden.

Der Federblock weist weiterhin eine zu der Zylinderachse koaxial zentrale Bohrung 34 auf.

Die Zitterfeder kann, wie in den Figuren dargestellt ist, mit Gewindebohrungen 36 und 38 in den Leisten 24 bzw. 26 versehen und über Schrauben 40 bzw. 42 mit dem Ringlaserblock 28 bzw. der Gegenmasse 30 verbunden sein. Es ist aber auch möglich, die Zitterfeder in einen Ringlaserblock einzuarbeiten, so daß sie mit diesem aus einem Stück besteht.


Anspruch[de]
  1. 1. Zitterfeder für Ringlasergyroskope mit stegförmigen Federgliedern, welche eine Zitterbewegung um eine Zitterachse (12) zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zylindrischen Federblock (18) parallel zur Zitterachse (12) verlaufende Bohrungen (16) gebildet sind und der zylindrische Federblock (18) durch Längsbohrungen (20) in den durch die Achsen der Bohrungen (16) und die Zylinderachse (12) gehenden Längsebenen von der Mantelfläche (22) des Federblocks (18) bis zu den Bohrungen (16) derart aufgeschnitten ist, daß zwischen den Bohrungen (16) als Federglieder wirkende Stege (14) gebildet sind.
  2. 2. Zitterfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a) die Bohrungen (16) axiale Rundbohrungen sind, die kranzförmig um die Zylinderachse (12) herum angeordnet sind, wobei zwischen den Bohrungen (16) die als Federglieder wirkenden Stege (14) und radial außerhalb von diesen längsverlaufende Leisten (24, 26) von im wesentlichen dreieckigem Querschnitt gebildet sind, die jede von der zylindrischen Mantelfläche (22) des Federblocks (18), den Wandungen zweier benachbarter Bohrungen (16) und je einer Wandung zweier benachbarter Längsbohrungen (20) begrenzt sind,
    2. b) auf einer Stirnseite des Federblocks (18) ein erster Satz von n um gegeneinander winkelversetzten Leisten (24) gegenüber den dazwischenliegenden Leisten (26) eines zweiten Satzes axial vorspringt,
    3. c) auf der anderen gegenüberliegenden Stirnseite des Federblocks (18) der zweite Satz von n um gegeneinander winkelversetzten Leisten (26) gegenüber den dazwischenliegenden Leisten (24) des ersten Satzes axial vorspringt, und
    4. d) der erste Satz von Leisten (24) auf der einen Stirnseite mit einem Ringlaserblock (28) und der zweite Satz von Leisten (26) auf der anderen Stirnseite mit einer Gegenmasse (30) verbunden ist.
  3. 3. Zitterfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federblock (18) eine zu der Zylinderachse (12) koaxiale zentrale Bohrung (34) aufweist.
  4. 4. Zitterfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einen Ringlaserblock (28) eingearbeitet ist.






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