DE1573626C - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

metrischen Zahnabständen, die mit einem damit in Eingriff stehenden Zahnrad zusammenarbeiten.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht einiger der in unterschiedlichen oder asymmetrischen Abständen angeordneten Zähne des Zahnrades nach Fig. 4.

Der Höhenmesser ist in Fig. 1 in vereinfachter Form dargestellt und umfaßt eine verschlossene Druckkapsel 10, die luftleer gemacht worden ist, während die gesamte Anordnung in einem verschlossenen Gehäuse enthalten ist, das mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Daher nimmt dann, wenn der Druck in dem Meßgerät abnimmt, der Differentialdruck auf die Kapsel 10 ab, so daß sich die bewegliche Wand 11 der Kapsel 10 vorwölben kann. Die bewegliche Wand 11 ist mit einem Abgabeglied 12 verbunden, das seinerseits, beispielsweise über einen Stift 14, mit dem Kurbelarm 13 schwenkbar verbunden ist. Das obere Ende des Kurbelarms 13 ist direkt an einer drehbaren Welle 15 befestigt, die durch geeignete Schwenkunterstützungen oder Lager 16 und 17 schwenkbar unterstützt ist. Das Ende der Welle 15 ist direkt an einem Zahnradsegment 18 befestigt, das mit dem Antriebszahnrad 19 eines Zahnradgetriebes kämmt.

Das Zahnradgetriebe umfaßt die Welle 21, die sich von dem Zahnrad 19 aus erstreckt und in feststehenden Lagern 22 und 23 drehbar gelagert und mit dem Zahnrad 24 verbunden ist.

Wie im folgenden an Hand einer Ausführungsfonn der Erfindung näher erläutert wird, drehen sich der Kurbelarm 13 und die Welle 15 normalerweise um 50° oder, allgemeiner gesprochen, um weniger als 90° bei einer Bewegung der Wand 11 über ihren gesamten Bewegungsbereich. Diese Winkelbewegung der Welle 15 um 50° muß in eine Drehbewegung des Zeigers 25 übersetzt werden, die einem vollen Skalenausschlag entspricht und etwa 80 vollständige Umdrehungen umfaßt. Dies bedeutet, daß bei einem normalen Höhenmesser eine volle Umdrehung des Zeigers 25 einer Höhenveränderung von etwa 1000 Fuß entspricht, wenn das Gerät für eine Anzeige von 0 bis 80 000 Fuß eingerichtet ist. Natürlich wird das Gerät für andere Anzeigebereiche in geeigneter Weise abgeändert. Es sind hier nicht gezeigte andere Mittel vorgesehen, die in der üblichen Weise Fuß in Tausenden und Zehntausenden angeben.

Gemäß der Erfindung sind die Zahnabstände mindestens eines der Zahnräder des Zahnradgetriebes so bemessen, daß ein automatischer Ausgleich für den der Kapsel 10 (und anderen Kapseln, die in dem Gerät enthalten sein können) eigenen und bekannten Fehler geschaffen wird. Vorzugsweise wird diese Abänderung an einem Zahnrad getroffen, das eine einzige volle Umdrehung auf die Drehung der Welle 15 um 50° und auf die 80 vollständigen Umdrehungen des Zeigers 25 ausführt. Bei heute gebräuchlichen Höhenmessern macht das Zahnrad 24 ungefähr eine einzige volle Umdrehung auf den gesamten Anzeigebereich des Geräts; dieses Zahnrad könnte für die gewünschte Abänderung der Zahnabstände gewählt werden.

Das Zahnradgetriebe umfaßt im übrigen ein Zahnrad 26, das mit der Welle 27 verbunden ist, welche in feststehenden Lagern 28 und 29 drehbar gelagert ist. Die Welle 27 treibt ein großes Zahnrad 30, das mit einem kleinen Abtriebszahnrad 31 kämmt, welches an einer Abtriebswelle 32 befestigt ist, die in feststehenden Lagern 33 und 34 gelagert ist. Der drehbare Zeiger 25 ist am anderen Ende der Welle 32 befestigt.

Wie bereits erläutert, hat es sich gezeigt, daß ein großer Teil des Fehlers bei Höhenmessern der in F i g. 1 gezeigten Art beim gleichen Instrumententyp den gleichen Verlauf zeigt, der durch die allgemein sinus- oder wellenförmige Linie 40 in Fig. 2 dargestellt ist. Gemäß Fig. 2 und infolge der naturgegebenen nichtlinearen Charakteristik der mit den beschriebenen Teilen und Kurbelarmen verbundenen Kapsel 10, die nicht dem absolut linearen Verlauf der Druckfunktion als Funktion der Ausdehnung der Kapsel 10 folgt, zeigt die Kurve des Ausgangssignals gewöhnlich zwei maximale positive Abweichungen bei 8000 Fuß und 45 000 Fuß und eine maximale negative Abweichung bei 22 000 Fuß.

Addiert man die restlichen Fehler, die auf Herstellungsunterschieden u. dgl. beruhen, zu dem Hauptfehler der Kapsel, so erhält die Höhenmessercharakteristik Fehler in der Größenordnung von 0,5 % der Höhenablesung plus etwa 30 Fuß. Die Hüllkurven dieses Fehlers sind in Fig. 2 in Form der positiven Hüllkurve 41 und der negativen Hüllkurve 42 gezeigt.

Das Prinzip der Erfindung besteht darin, eines der Zahnräder des Zahnradgetriebes nach Fig. 1, und zwar vorzugsweise dasjenige Zahnrad, das für den gesamten Anzeigebereich des Geräts eine einzige Umdrehung macht, nämlich das Zahnrad 24, mit unterschiedlichen Zahnabständen zu versehen, die den durch die Kurve 40 gezeigten bekannten Fehler ausgleichen.

Durch die Verwendung bekannter Präzisions-Zahnradherstellungsverfahren hat es sich als möglich und praktisch durchführbar erwiesen, die Zähne des Zahnrades 24 mit unregelmäßigen, der Charakteristik 40 gemäß F i g. 2 entsprechenden Abständen zu versehen und dadurch die normale kinematische Fehlerquelle auszugleichen. Man beachte, daß das Zahnrad 24 in der Praxis als Zahnrad mit feiner Teilung ausgebildet wird, daß es etwa 200 Zähne und einen Teilkreisdurchmesser von etwa 25 mm besitzt. Beim Bestimmen der Zahnabstände wird die Zahndicke des normalen Zahnrades so abgeändert, daß die Vorderflanken der kämmenden Zähne asymmetrische Abstände voneinander erhalten. Vorzugsweise ändern sich diese Abstände zwischen benachbarten Zähnen um nicht mehr als etwa 3 °/o.
Diese Anordnung ist in Fig. 4 schematisch für das Zahnrad 24 dargestellt, das mit dem Zahnrad 26 kämmt. Gemäß F i g. 4 haben die Zähne 50 und 51 abgeänderte Abstände, so daß eine veränderte Drehgeschwindigkeit der Achse 21 erforderlich wird, um das Zahnrad 24 um die gleiche Strecke zu drehen, als wenn das Zahnrad gleichmäßige Zahnabstände besäße. Daher werden, wenn die Zähne 50 und 51 in das Zahnrad 26 eingreifen, die positiven Fehler beispielsweise zwischen 32 000 und 70 000 Fuß in Fig. 2 ausgeschaltet. Man beachte, daß in dieser Zone zwischen 32 000 und 70 000 Fuß die Zahnabstände des entsprechenden Segments von 126° des Zahnrades 24, das in das Zahnrad 26 eingreift, von den Enden des Segments zu seiner Mitte hin ständig größer werden.

Eine ähnliche Gruppe von Zähnen 52 und 53 wird in einer geeigneten Winkellage an dem Zahnrad 24 so angeordnet, daß sie mit dem Zahnrad 26 in der

5 6

Zone zwischen 0 und 12 000 Fuß kämmen und da- nes 60 bis zur Vorderflanke 61 α des Zahnes 61 ist durch wiederum die positive Abweichung in diesem allmählich vergrößert worden, da die vordere AnBereich vom linearen Wert infolge der zu großen griffsfiäche des Zahnes 61 von der gestrichelten Linie Ausdehnungsgeschwindigkeit der Kapsel 10 ver- bis zu der vollen Linie zurückgesetzt worden ist. Damindern. 5 her wird, wenn der Zahn 61 in Eingriff mit dem

Die abgeänderten Abstände zwischen den Zäh- Zahnrad 26 kommt, eine kleinere, aber immer noch

nen 54 und 55 schalten beim Eingreifen in das Zahn- negative Fehlerkorrektur bewirkt,

rad 26 den vollen negativen Fehler aus, der in dem Werden die Zahnabstände schließlich immer grö-

Bereich zwischen 12 000 und 32 00.0 Fuß in F i g. 2 ßer, wie bei dem Zahn 62, so wird der Abstand von

, auftritt. Dies bedeutet, daß durch Abändern der io der vorderen Angriffsfläche 61 α des Zahnes 61 bis

Zahnabstände auf einen minimalen Zahnabstand zur Angriffsfläche 62 α des Zahnes 62 groß genug,

übergegangen wird, so daß eine verhältnismäßig um mit dem Ausgleichen positiver Fehler in der

kleine Drehung der Welle 21 zum Anzeigen einer . Höhencharakteristik zu beginnen,

bestimmten Druckänderung stattfindet. Ist. jedoch Es ist ersichtlich, daß wegen der Änderung der

der Fehler gleich Null, wie bei 12 000, 32 000 und 15 Zahndicke das zugehörige Zahnrad oder Ritzel 26

70 000 Fuß, so wird der Zahnabstand etwas vermin- zur ständigen Berührung mit nur einer Seite der

dert, so daß die gleiche Druckänderungseinheit keine Zähne des Zahnrades 24 vorgespannt sein muß, um

so große Drehung der Welle 27 bewirkt. ein lockeres Eingreifen der Zahnräder und damit

Der größte Zahnabstand, wie der zwischen den vergrößerte Zufallsfehler auszuschalten. Zu diesem

Zähne 50 bis 53, wird schließlich dort vorgesehen, 20 Zweck ist ein zusätzliches Zahnrad 70 vorgesehen,

wo der maximale positive Fehler gemäß F i g. 2 aus- das mit dem Zahnrad 26 kämmt; das Zahnrad 70

geglichen werden soll. sitzt auf einer Welle 71, die durch die Lager 72 und

Dies ergibt sich auch aus Fig. 5, in der drei 73 drehbar unterstützt wird. Eine Spiralfeder 74,

Zähne 60, 61 und 62 mit normalen Abständen und deren eines Ende an dem Punkt 75 festliegt, ist an

auch mit abgeänderten Abständen gezeigt sind, um 35 dem anderen Ende der Welle 71 befestigt; hierdurch

positive Fehler auszugleichen. wird das Zahnrad 70 vorgespannt und bringt das

Die Zähne des mit dem Zahnrad 24 kämmenden Zahnrad 26 in ständige Berührung mit dem Zahn-Zahnrades 26 sind zum Eingreifen in Zähne von der rad 24. .

vollen Dicke des Zahnes 60 eingerichtet. Das Zahn- Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der oben

rad 24 ist jedoch so konstruiert, daß, wenn alle seine 30 beschriebenen abgeänderten Zahnabstände die frü-

Zähne die Dicke des Zahnes 60 besäßen, in der here Toleranz von 0,5 % der Höhenablesung plus

Kurve nach Fig. 2 eine normale Abweichung ent- etwa 30 Fuß auf 0,16% der Höhenablesung plus

stände, da eine Druckänderungseinheit sonst eine zu oder minus etwa 20 Fuß herabgesetzt werden kann,

große Drehung des Zeigers 25 bewirken würde. Dieser Wechsel ist in F i g. 3 gezeigt, wo die Hüll-

_· Gemäß der Erfindung werden die geringeren 35 kurven 80 und 81 der neuen Toleranz gegenüber den

Zahnabstände in den Bereichen negativer Fehler ursprünglichen Hüllkurven 41 bzw. 42 aufgetragen

nach Fig. 2 zwischen 12 000 und 32 000 Fuß und sind. Die schraffierten Bereiche verdeutlichen die

ab 70 000 Fuß verwendet, so daß die Druckände- bisherige Grenzzone des Flugbetriebes im Vergleich

rungseinheit keine so große Drehung des Zeigers 25 mit derjenigen bei Verwendung der erfindungsgemä-

in allen Bereichen außer denen des maximalen nega- 40 ßen Höhenmesser,

tiven Fehlers bewirkt. So beträgt beispielsweise gemäß der Erfindung die

Es ist ersichtlich, daß der für eine Höhe, die einer neue Toleranz in einer Höhe von etwa 35 000 Fuß bestimmten Winkeldrehung des Zahnrades 24 ent- ± 75 Fuß gegenüber der ursprünglichen Abweispricht, erforderliche Ausgleich dadurch geschaffen chung von + 205 Fuß. Dies entspricht einer Ersparwird, daß man die'Zahnabstände allmählich kleiner 45 nis von etwa 260 Fuß Höhenunterschied zwischen macht, wobei die maximale Änderung der einzelnen zwei Flugzeugen, die mit erfindungsgemäßen Gerä-Abstände etwa 3 % beträgt. ' · ten ausgerüstet sind, und vermindert erheblich die . Der Abstand von der Vorderflanke 60 α des Zah- Gefahr von Flugzeugzusammenstößen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 triebezahnräder die Zähne einzeln oder gruppen- Patentansprüche: weise verschiebbar und feststellbar sind. Hierdurch sollen die infolge von Fertigungstoleranzen auftre-

1. Zahnradgetriebe zur Verbindung einer eine tenden zufälligen Fehler durch Abgleich jedes einnichtlineare kontinuierliche Ansprechcharakteri- 5 zelnen Getriebes beseitigt werden.

stik aufweisenden Druckmeßkapsel mit einer Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 601612 linearen Anzeigevorrichtung, gekennzeich- ein Prüfgerät für Zahnräder - bekannt, bei dem das net durch ein Paar kämmender, kreisförmiger Prüfzahnrad aus gegeneinander federnden Teilhälf-Zahnräder (24, 26), wobei eines dieser Zahn- ten besteht, die sich bei der Prüfung zu vollständigen räder (24) eine derart kontinuierlich sich io Zähnen ergänzen, um einen spielfreien Eingriff zu ändernde Zahneinteilung aufweist, daß sich zwi- ermöglichen. .
sehen den Stellbewegungen der Zahnräder (24, Bis jetzt bekannte Höhenmesser werden mit Feh-26) eine solche nichtlineare Abhängigkeit ergibt, lertoleranzen von 0,5 % der Höhenablesungen plus daß die nichtlineare Ansprechcharakteristik der etwa 10 m hergestellt. Dies Toleranz besteht zum Druckmeßkapsel (10) kompensiert wird und 15 Teil in zufälligen, bei der Herstellung des Geräts wobei sich eines der kämmenden Zahnräder (24, entstandenen Fehlern, während der größere Teil auf 26) um etwa 360° innerhalb des gesamten Be- einen grundsätzlichen Fehler zurückgeht, der dieser wegungsbereiches der Anzeigevorrichtung (25) speziellen Konstruktion der Druckkapsel anhaftet. Es dreht, und durch eine Feder (74) zur Auf- läßt sich beweisen, daß der Hauptfehler der Druckhebung des toten Ganges, die die Vorderflanken ao höhenmesser die Form einer hochgradig wiederholeines der Zahnräder (26) zur Berührung mit den baren Sinuskurve um eine lineare Charakteristik Zähnen des anderen Zahnrades (24) vorspannt. besitzt; dies ist auf die naturgegebenen Eigenschaf-

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ten der Druckkapsel zurückzuführen. Das heißt, alle gekennzeichnet, daß die Zahnabstände des Zahn- gleichartigen Druckhöhenmesser, die gleichartige rades (24) sich maximal um 3 % voneinander 25 Druckkapseln besitzen, zeigen im wesentlichen die unterscheiden, wobei dieses Verändern der Ab- gleiche sinusförmige Fehlercharakteristik.

stände durch Verändern der Dicke der Zähne Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

des Zahnrades bewirkt ist. Zahnradgetriebe zur Verbindung einer eine nicht-

3. Zahnradgetriebe nach einem der An- lineare kontinuierliche Ansprechcharakteristik aufsprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 30 weisenden Druckmeßkapsel mit einer linearen Ansich eines der kämmenden Zahnräder (24, 26) Zeigevorrichtung anzugeben, das die nichtlineare um etwa 360° innerhalb des gesamten Bewe- Charakteristik der Druckmeßkapsel ausgleicht und gungsbereiches der Anzeigevorrichtung (25) damit die Anzeigegenauigkeit erhöht.

dreht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

35 ein Paar kämmender, kreisförmiger Zahnräder, wobei eines dieser Zahnräder eine derart kontinuierlich

sich ändernde Zahneinteilung aufweist, daß sich zwi-

chen den Stellbewegungen der Zahnräder eine solche

nichtlineare Abhängigkeit ergibt, daß die nicht-

40 lineare Ansprechcharakteristik der Druckmeßkapsel

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnrad- kompensiert wird und wobei sich eines der kämmengetriebe zur Verbindung einer eine nichtlineare kon- den Zahnräder um etwa 360° innerhalb des gesamtinuierliche Ansprechcharakteristik aufweisenden ten Bewegungsbereiches der Anzeigevorrichtung Druckmeßkapsel mit einer linearen Anzeigevorrich-' dreht, und durch eine Feder zur Aufhebung des toten tung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Zahn- 45 Ganges, die die Vorderflanken eines der Zahnräder radgetriebe für einen barometrischen Höhenmesser. zur Berührung mit den Zähnen des anderen Zahn-Das deutsche Gebrauchsmuster 1739 731 betrifft rades vorspannt.

ein Getriebe, für Anzeige-, Meß- und Steuergeräte, Durch ein solches Zahnradgetriebe kann also ins-

bei denen die in Eingriff stehenden Zahnräder kur- besondere die sinusförmigeCharakteristikderDruckvenförmig, z. B. elliptisch gestaltet sind, um eine ver- 50 meßkapsel eines Höhenmessers kompensiert weränderliche Übersetzung zu erzielen, die dazu ver- den. Es verbleiben dann nur die zufälligen Fehler, wendet werden kann, Unproportionalitäten des die von Fertigungstoleranzen herrühren. Konnte man Meßwertgebers in Abhängigkeit vom Meßwert aus- bisher die Fehler auf etwa 0,5 %> beschränken, so zugleichen. Elliptische Zahnräder sind jedoch nicht gelingt es durch die Erfindung, die Fehler bis auf nur unbeliebte Konstruktionselemente, sondern auch 55 etwa 0,16 % zu vermindern.

nur in ganz begrenztem Umfang zur Lösung dieses Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

Problems geeignet, da die kämmenden Zahnräder folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels immer ein mittleres Übersetzungsverhältnis von 1:1 an Hand der Zeichnungen:
aufweisen müssen. Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer

Aus der USA.-Patentschrift2 585 971 ist ein Zahn- 60 bekannten Bauart eines Druckhöhenmessers, der geradgetriebe bekannt, mit einem Zahnrad, das einen maß der Erfindung abgeändert werden kann,
exzentrischen Teilkreis aufweist, um bei Antrieb Fig. 2 zeigt die sinusförmige Fehlercharakteristik

durch ein Antriebsritzel eine variable Winkel- des Höhenmessers als Funktion der Höhe,
geschwindigkeit des Zahnrades zu erzielen. Fig. 3 zeigt die Hüllkurve nach Fig. 2, die

Aus der deutschen Auslegeschrift 1172 860 ist 65 durch Verwendung der neuartigen, in geeigneten Abferner ein Meßgerät bekannt, bei dem zur Kompen- ständen angeordneten Zahnradzähne gemäß der sation von durch die Getriebeglieder verursachten Erfindung abgeändert ist.
Ubertragungsfehlern bei mindestens einem der Ge- Fig. 4 zeigt schematisch ein Zahnrad mit asym-