DE2315216C2 - Kreiselinstrument - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselinstrument für Luftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, in dem ein Kreiselgerät mit einem ersten Querneigungs-Kardanring angeordnet ist, der einen Drehzapfen zur drehbaren Lagerung des ersten Querneigungs-Kardanringes in dem Gehäuse einschließt, mit einem in dem Gehäuse angeordneten Stellungsnnzeigeelement, das einen zweiten Querneigungs-Kardanring aufweist, der über den Drehzapfen des ersten Querneigungs-Kardanringes mit diesem verbunden ist und das Stellungsanzeigeelement in dem Gehäuse drehbar lagert, und mit Antriebselementen zum Antrieb des Stellungsanzeigeelementes durch das Kreiselgerät.

Es ist ein Kreiselgerät bekannt (GB-PS 666615), bei dem das Kreiselgerät und das Stellungsanzeigeelement in einem gemeinsamen Querneigungskardanrahmen gelagert sind, wobei das Kreiselgerät und das Stellungsanzeieelement durch Antriebselemente in Form von Zahnrädem miteinander verbunden sind. Dieses bekannte Kreiselgerät ist aufgrund der freitragenden Lagerung des Quemeigungs-Kardanringes an dem von dem Stellungsanzeigeelement abgewandten Ende sehr schwingungsempfindlich und es treten starke Festigkeitsprobleme auf, wobei weiterhin Ungenauigkeiten aufgrund des Zahnflankenspiels zwischen den Zahnrädern auftreten können.

Weiterhin ist ein Kreiselinstrument der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 3039200), bei dem die Festigkeits- und Schwingungsprobleme in gewissem Ausmaß dadurch verringert sind, daß der das Kreiselgerät tragende Querneigungs-Kardanring an seinen beiden gegenüberliegenden Enden in Lagern gelagert ist, wobei

ι; der das Stellungsanzeigeelement lagernde zweite Querneigungs-Kardanring mit dem ersten Querneigungs-Kardanring über einen hohlen Lagerzapfen verbunden ist, in dem eine Welle geführt ist, die zwei zur Verbindung des Kreiselgerätes mit dem Stellungsanzeigeelement dienende

:o Zahnräder miteinander verbindet. Hierbei sind insgesamt vier Zahnräder für die Übertragung der Drehbewegung von dem Kreiselgerät auf das Steiiungsanzeigeeiement erforderlich, was zu einer Vergrößerung der Ungenauigkeit und zu Schwingungsproblemen aufgrund des Zahnfiankenspiels zwischen den einzelnen miteinander kämmenden Zahnrädern führt.

Es ist zwar bereits bekannt (US-PS 1 930886), das Spiel in der Übertragungskette zwischen zwei Elementen durch die Verwendung von Riemen und Riemenscheiben zu vermeiden, doch ist bei dieser bekannten Anordnung lediglich ein stationär angeordnetes Kreiselgerät vorgesehen, so daß die Probleme, die sich aus der Schwenkbewegung des Kardanrahmens ergeben, nicht auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreiselinstrument der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem keine Schwingungsund Festigkeitsprobleme auftreten, die die Anzeige beeinflussen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil

41) des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kreiselgerätes ist die Verwendung von Antriebsriemen und Riemenscheiben möglich, ohne daß auf die Verwendung einer Zwischenlagerung zwischen dem Anzeigeelement und dem Kreiselgerät verzichtet werden muß. Die Zwischenlagerung ermöglicht eine hohe Festigkeit der gesamten Anordnung ohne die Verwendung von aufwendigen

s„ Lagern, wie sie bei freitragender Anordnung erforderlich wären, während die Rinnenverbindung jedes Spiel verhindert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Treibriemen achterförmig um die beiden Riemenscheiben geführt und der Drehzapfen ist höh! ausgebildet und weist Öffnungen für den Durchgang des Antriebsriemens auf, wobei der Kreuzungspunkt des Antriebsriemens innerhalb des hohlen Drehzapfens liegt. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Aufbau bei hoher

_w, Festigkeit, der gegenüber Schwingungs- und Stoßkräften unempfindlich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Aufrißansicht einer Ausführungsform des Kreiselinstrumentes, wobei das Gehäuse teilweise weggeschnitten ist und einige Bauteile im Querschnitt gezeigt sind,

Fig. leinen Horizontalschnitt durch das Gehäuse, der die Anordnung der inneren Bauteile zeigt, wobei einige der Bauteile im Querschnitt gezeigt sind.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Kreiselinstrumentes 10 schließt ein Gehäuse 11 ein, das fest in einem Luftfahrzeug befestigbar ist, wobei die X— Jf-Längsachse vorzugsweise (jedoch nicht notwendigerweise) im wesentlichen mit der Längsachse des Luftfahrzeuges ausgerichtet ist, so daß die X— X-Achse gleichzeitig die Q-xsrneigungsachse des Luftfahrzeuges ist. Das Gehäuse 11 schließt einen Instrumenten-Frontring 1Γ mit einer Betrachtungsöffnung 12 ein, die normalerweise auf den Piloten gerichtet ist und eine geeignete Bezugsmarkierung aufweist, die eine Horizontallinie oder das übliche Miniatur-Flugzeug-Symbol einschließen oder umfassen kann, das fest auf dem Gehäuse angeordnet ist und die Längs- und Querachsen des Luftfahrzeuges definiert. Weiterhin schließt das Gehäuse 11 Instrumenten-Traganordnungen oder Trennwände ein, wie z.B. eine erste, an dem Frontring 11' befestigte Befestigungsplatte 14, eine zweite Befestigungsplatte 15, eine dritte Befestigüiigspiattc 16 und Absiar.dsstücke 17, die zwischen den Platten 14, 15 und 16 angeordnet sin''.

Eine Querneigungs-Kardanring-Lagerung 20, die im wesentlichen in der Mitte der dritten Befestigungsplatte 16 angeordnet ist, lagert ein Ende oder den hinteren Drehzapfen eines geschlossenen Querneigungs-Kardanringes 21 eines Vertikalkreisels 19. Eine zweite oder vordere Querneigungs-Kardanring-Lagerung 22, die im wesentlichen in der Mitte der zweiten Befestigungsplatte 15 angeordnet ist, lagert einen Drehzapfen 23 mit vergrößertem Durchmesser des anderen Endes des Querneigungs-Kardanringes 21 des Kreisels. Zwei Längsneigungsachsen-Lager 25 (Fig. 2) auf dem Kardanring 21 lagernden Längsneigungs-Kardanring oder das Rotorgehäuse 26 auf dem Querneiguugs-Kardanring 21 über Stummelwellen 42. Ein Kreiselrotor 27 ist in geeigneten (nicht gezeigten) Lauflagern auf einer Vertikalwelle 30 drehbar gelagert, die in dem inneren Längsneigungs-Kardanring 26 gehaltert ist. Die Welle 30 kann selbstverständlich elektwsche Antriebseinrichtungen zum Drehen des Rotors 27 einschließen. Der innere Längsneigungs-Kardanring oder das Rotorgehäuse 26 trägt eine erste Antriebsriemenscheibe 31 derart, daß ihre Achse der Längsneigungsachse Y— Y des Kreisels (Fig. 2) entspricht, und daß ihre Antriebsoberfläche im wesentlichen in der Ebene lLigt, die ciie Querneigungsü disc des Kreisels einschließt, die senkrecht zur Längsneigungsachse steht.

An dem vergrößerten vorderen Drehzapfen 23 des Querneigungs-Kardanringes 21 ist ein allgemein U-förmiger Kardanring 24 freitragend befestigt, der so ausgerichtet ist, daß seine Ebene im wesentlichen mit der Ebene des Quenieigungs Kardanringes 21 zusammenfällt. An oder in der Nähe der Enden der mit Abstand angeordneten Arme des Kardanringes 24 befinden sich Lager 28 zur Lagerung einer Welle 43.

Ein allgemein kugelförmiges Element 32 stellt das Stellungsanzeigeelement des Instrumentes dar. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Stellungsanzeigeelement 32 an seinen Seiten teilweise abgestumpft, so daß es zwischen die mit Abstand angeordneten Arme des Kardanringes 24 passen kann, wobei der kugelförmige Oberflächertanteil sich durch eine öffnung in der vorderen Trennwand 14 erstreckt. Geeignete (nicht gezeigte) Abdeckelemente können auf der Trennwand 14 vorgesehen sein, wobei auf diesen Abdeckelementen Querneigungs- und Längsneigungs-Lagenindizes angeordnet sein können, wie es üblich ist. Das StellungsanzeV.eelement 32 ist fest an der Welle 43 befestigt, so daß es sich um eine zur Längsneigungsachse Y— Y des Kreisels 19 und um die Querneigungsachse A'- X des Kreisels drehen kann. Das Stellungsanzeigeelement 32 weist eine Äquatorlinie 32' auf, die die oberen und unteren Hälften der Kugel in den Himmel bzw. den Boden darstellende Teile unterteilt.

An der Welle 43 ist eine zweite Riemenscheibe 33 befestigt, die in der Mitte der Welle in der gleichen Ebene wie die erste Riemenscheibe 31 angeordnet ist, d. h. sie

in liegt in einer Ebene, die die Querneigungsachse X— Jfund die Lauf- oder Drehachse des Kreisels 19 einschließt.

Ein Riemen oder ein Seil 34 ist um die Riemenscheiben 31, 32 achterförmig gelegt, d.h. der Riemen ist so verbunden, daß er sich von der Oberseite der Riemenscheibe 31 zur Unterseite der Riemenscheibe 33 und umgekehrt erstreckt, wobei der Überkreuzungspunkt in oder sehr nahe an dem Dreiizapfen 23 liegt. Der Drehzapfen 23 weist zwei Öffnungen 35 und 36 auf, die das Hindurchlaufen des Antriebsseiles 34 und dessen Überkreuzung in der Nähe des Drehzapfens 23 und im wesentlichen auf der Querneigungsach?? X— X ermöglichen. Das kugelförmige StellungsanzeigeMement 32 weist einen Schlitz 37 mit ausreichender Breite und Länge auf, damit das Antriebsseil 34 frei hindurchlaufen kann, so daß die Bewegung des Längsneigungs-Kardanringei 26 dem Stellungsanzeigeelement 32 eine proportionale und entgegengesetzte Bewegung um die Längsneigungsachse Y- Y über einen Winkel von angenähert ±90 erteilt. Der Antriebsriemen 34 ist an der Antriebsriemenscheibe 31 über Federn 40 und 41 (oder äquivalente Elemente) befestigt, die sicherstellen, daß sich eine geeignete Größe der Zugspannung zwischen dem Antriebsriemen 34 und der Antriebsriemenscheibe 31 ergibt. Diese Zugspannung muß sorgfältig ausgesucht und so eingestellt werden, daß die Belastung der Längsneigungs-Lager 25 des Kreisels so weit wie möglich verringert ist, und daß dennoch Umgebungstemperaturänderungen kompensiert sind.

Ein zusätzliches wünschenswertes Merkmal der Erzielung einer optischen Warnung des Piloten bei hohen (±) Längsneigungslagen kann dadurch eingefügt werden, daß eine eingefärbte Platte 38 an dem Kardanring 24 konzentrisch in dem Stellungsanzeigeelement 32 in der gezeigten Weise befestigt wird. Bei größeren Längsneigungs-Lagen ist diese Platte durch den Schlitz 37 sichtbar.

Wenn si^h im Betrieb die Lage des Luftfahrzeuges in bezug auf die Längsneigungsachse ändert, beispielsweise dadurch, daß ein Steigflug eingeleitet wird, so hält das Kreiselrotorgehäuse 26 selbstverständlich seine Laufoder Drehachse vertikal, während sich das Luftfahrzeug um dieses dreht (die Querneigungsachse X— Xbäumt sich auf)- Weil die Antriebs-Riemenscheibe 31 an dem Rotorgehäuse 26 befestigt ist, wird sie im Uhrzeigersinn in bezug auf die X— -Y-Achse gedreht. Die Drehung der Antriebs-Riemenscheibe 3i im Uhrzeigersinn wird durch den Dreiizapfen 23 mit Hilfe des Antriebsriemens 34 zur Riemenscheibe 33 übertragen, um eine Drehung d;s kugelförmigen Stellungsanzeigeelements 32 in Gtgenuhrzeigersinn und eine nach unten gerichtete Bewegung der Horizontlinie 32' in bezug auf das Bezugs-Luftfahrzeug-

_N) symbol 13 zu erzeugen, wobei das Luftfahrzeugsymbol in den oberen oder Himmel-Teil der Kugel liegt und dadurch eine Steigflug-Lage anzeigt. Die Winkeldrehung des kugelförmigen Stellungsanzeigeelementes 32 ist durch die folgende Gleichung auf die Winkeldrehung der Antriebs-Riemenscheibe 31 bezogen:

O_n R,

Dabei ist I)_n der angezeigte Längsneigungswinkel. 0_Λ der Längsneigungswinkel des Luftfahrzeuges. R\ der Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe 33 und Λι der Durchmesser der Antriebs-Riemenscheibe 31.

Wenn der Durchmesser der Antriebs-Riemenscheibe 31 gleich dem Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe 33 ist, so ist der angezeigte Längsneigungswinkel gleich dem Längsneigunigswinkel des Luftfahrzeuges, wobei dies das normale und bevorzugte Vr.hältnis ist. Es ist jedoch in einfacher Weise erkennbar, daß die relativen Durchmesser der Antriebs-Riemenscheibe 31 und der angetriebenen Riemenscheibe 33 so gewählt werden können, daß sich ein Antriebs-Vergrößerungsverhältnis ergibt, und zwar indem der Durchmesser der Antriebs-Riemenscheibe 31 größer als der Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe 33 gemacht wird, und umgekehrt.

Die Längsneigungsachsen-Lager 28 des Stellungsanzei-

noalamnnlec L· jf%.r»r»**r» r*»li»l ilv L* ΙέΜη im \7prcr|ptr*K 711 Hi*Π

^ννιι,κι^ι··«^ nviixwii *«■*·.«· · ·*■■*■·■ ···· · «_e·>■··... —— —- — Längsneigungsachsen-Lagern 25 des Kreiselgerätes 19 sein, weil das Gewicht des Stellungsanzeigeelementes sehr gering ist. Aus demselben Grund kann der gabelförmige Kardanring 24 eine Konstruktion mit geringem Gewicht sein. Weiterhin wird in das Kreisel-Kardanringsystem keine Reibung durch den Antriebsriemen 34 eingeführt, weil keine Gleitreibung auftritt. Ein Gleiten oder eine Reibung des Antriebsriemens 34 an dem Überkreuzungspunkt im Inneren des Drehzapfens 23 kann dadurch verhindert werden, daß entweder die Riemenscheiben 31 und 33 etwas aus '!er Ebene zueinander versetzt werden, um einen ausreichenden Abstand zu erzielen, oder es können in geeigneter Wdse mit axialem Abstand angeordnete Nuten in einer oder beiden Riemenscheiben vorgesehen werden, wie dies in Fig. 2 für die Riemenscheibe 31 gezeigt ist.

Zusätzlich können für die entfernte Anzeige der Luftfahr7eug!age Ahnehrnereinrichtungen in geeigneter Weise innerhalb des Stellungiianzeigeelementes 32 oder auf den Kardanringachsen des Vertikalkreisels befestigt werden, um Ausgangssignale zu liefern, die die Ausrichtung des Luftfahrzeuges in bezug auf die Längsneigungs- und Quemeigungsachscn des Instrumentes anzeigen, ohne daß der Kreis-.rotor 23 unzulässig belastet wird.

Der Kreiselrotor 27 kann durch mechanische Einrichtungen in üblicher Weise aufgerichtet werden, wie dies in der DE-PS 863422 gezeigt ist. Alternativ können übliche elektrische Aufrichtungseinrichtungen verwendet werden, die übliche elektrisch« Drehmomentgeber einschließen, die von ringförmigen elektrolytischen Meßeinrichtungen gesteuert werden, wie sie in der DE-OS 1953473 beschrieben sind. Es ist verständlich, daß bestimmte Elemente des elektrischen Aufrichtungssystems außerdem innerhalb des Stellungsanzeigeelementes 32 eingeschlossen sein können.

Es ist zu erkennen, daß die Anordnung des beschriebenen Ausfühnrungsbeispiels die Größe des für den freitragenden Querneigungs-Kardanring 24 erforderlichen Schwenkradius verringert, weil der komplizierte Mechanismus, der zur Umkehr der Längsneigungsanzeige bei bekannten Instrumenten erforderlich war, entfällt. Dies ergibt einen größeren zur Verfügung stehenden Raum am Umfang des Schwenkradi us für die Einfügung von Flugdirektor-Zeigern, Wamflaggen und ähnlichem. Dies ergibt außerdem eine gleichiieitige Verringerung der Längsneigungsachsen-Reibung, die außerdem die Betriebseigenschaften und die Genauigkeit des Instrumentes verbessert.

Ein zusätzliches Merkmal dieser Anordnung des Ausführungsbeispiels ermöglicht eine einfache Änderung des O -Längsneigungsbezuges, so daß das Instrument in Armalurenbrettern befestigt werden kann, die unterschiedliche Neigungswinkel haben, d.h. die Winkelstellung des Stellungsanzeigeelementes 32 kann in bcvug auf die Winkelstellung der Antriebs-Riemenscheibe 31 vor dem Einbau durch Ändern des Punktes auf den Umfang der Antriebs-Riemenscheibe 31 geändert werden, an dem der Antriebsriemen 34 befestigt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselinstrument für Luftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, in dem ein Kreiselgerät mit einem ersten Querneigungs-Kardanring angeordnet ist, der einen Drehzapfen zur drehbaren Lagerung des ersten Querneigungs-Kardanringes in dem Gehäuse einschließt, mit einem in dem Gehäuse angeordneten Stellungsanzeigeelement, das einen zweiten Querneigungskardanring aufweist, der über den Drehzapfen des ersten Querneigungs-Kardanringes mit diesem verbunden ist und das Stellungsanzeigeelement in dem Gehäuse drehbar lagert, und mit Antriebselementen zum Antrieb des Stellungsanzeigeelementes durch das Kreiselgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente zwei* Riemenscheiben (31, 35), von denen eine mit dem Kreiselgerät (19) und die andere mit dem Stellungsanzeigeelement (32) gekoppelt ist, und einen Treibriemen (34) einschließen, der die beiden Riemenscheiben (31, 33) verbindet.

2. Kreiselinstrument nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibriemen achterförmig um die beiden Riemenscheiben (31, 33) geführt ist, und daß der Drehzapfen (33) hohl ist und Öffnungen für den Durchgang des Antriebsriemens (34) aufweist, wobei der Kreuzungspunkt de .5 Antriebsriemens (34) innerhalb des hohlen Drehzapfens (23) liegt.

3. Kreiselinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsriemen (34) auf einer oder beiden Riemenscheiben (31, 33) festgelegt ist.

4. Kreiselinstrumert nachr-nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Querneigungs-Kardanrinr (21) ein geschlossener Kardanring ist, der an entgegengesetzten Punkten in dem Gehäuse (11) mit Hilfe von Lagerzapfen drehbar gelagert ist, daß in dem ersten Quemeigungsring ein Längsneigungs-Kardanring (26) über Zapfenlager drehbar gelagert ist und daß der zweite Querneigungs-Kardanring (24) ein U-förmiger Kardanring ist, zwischen dessen Armen das Stellungsanzeigeelement (32) drehbar gelagert ist.

5. Kreise Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselgerät (19) ein Vertikalkreisel ist.