Winkelgeschwindigkeits-Messeinrichtung
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Win kelgeschwindigkeits-Messeinrichtung, umfassend einen in einem Kardanrahmen gelagerten, mit konstanter
Drehzahl angetriebenen Kreiselrotor, welcher Kar danrahmen um seine zweite, zur Rotorachse quer orientierte Zeigerachse gegen die Rückstellkraft einer
Federung verdrehbar in einem Trägersystem gela gert ist, dessen Drehwinkelgeschwindigkeit um die zur Ebene der Rotorachse und der Zeigerachse senk rechte Empfindlichkeitsachse gemessen werden soll.
Die Empfindlichkeit eines derartigen Kreiselsystems wird in erster Linie durch den Drall des Kreiselrotors bestimmt, das heisst das Produkt Ev aus dem Träg- heitsmoment e der rotierenden Masse in bezug auf die Rotorachse und der Rotordrehzahl v. Die Träg- heit und die Anzeigetreue eines solchen Kreisel systems ist wie bei allen mechanischen Zeiger systemen ausser durch die Dämpfung im wesentlichen durch die Eigenfrequenz (,) des Systems in bezug auf Schwingungen um die Zeigerachse be stimmt, indem diese Eigenfrequenz zur Verbesserung der Anzeigetreue möglichst hoch sein sollte.
Da nun aber das Quadrat c,) 02 Eigenfrequenz Eigenfrequenz tional ist zum Quotienten, wobei der im Nenner stehende Wert J das Trägheitsmoment der um die
Zeigerachse verdrehbaren Masse in bezug auf die
Zeigerachse bedeutet, müsste der Drall 63v möglichst gross und dieses Trägheitsmoment möglichst klein gewählt werden.
Das bedeutet, dass der Kardan rahmen klein und leicht zu dimensionieren ist, und dass auch allfällige auf der Zeigerachse sitzende Ver stellorgane von Wandlern leicht und klein gebaut sein müssen, wobei solche Wandler dazu bestimmt und ausgebildet sein können, den sich als Anzeige grösse ergebenden Verdrehungswinkel a der Zeiger achse in eine dazu proportionale elektrische Messoder Steuergrösse umzuwandeln, die sich dazu eignet, auf servomotorische Korrekturorgane zur Verminderung der die Anzeigegrösse bestimmenden Drehgeschwindigkeit des Systems einzuwirken. Bei üblichen und bekannten Kreiselmesssystemen dieser Art wird zum Antrieb des Kreiselrotors ein Hysteresismotor mit innen angeordnetem Stator und peripherem, den Kreiselrotor darstellenden Drehankerring verwendet.
Ein Kreiselsystem dieser Art zeichnet sich zwar durch ein verhältnismässig grosses Rotor Trägheitsmoment O aus, so dass mit relativ geringer Drehzahl schon der gewünschte Drallimpuls erreicht werden kann. Diesem Vorteil stehen aber wesentliche Nachteile gegenüber. Ein wesentlicher Teil der Masse eines solchen Rotorringes trägt zur Vergrösserung des Trägheitsmomentes J in bezug auf die Zeigerachse bei, wodurch die Anzeigetreue des Messsystems be einträchtigt wird. Ausserdem trägt die zum Drall nichts beitragende Masse des Motorstators zur Vergrösserung dieses schädlichen Trägheitsmomentes bei und weil die beim Hochfahren des Kreiselrotors wirksamen Reaktionskräfte im Kardanrahmen aufgenommen werden müssen, ist es notwendig, diesen Kardanrahmen entsprechend massiv zu bauen.
Weiterhin muss die Grösse des Kardanrahmens dem Aussendurchmesser des Rotorringes angepasst sein.
All diese Gründe bewirken Vergrösserungen des schädlichen und unerwünschten Trägheitsmomentes in bezug auf die Zeigerachse der Messeinrichtung. In dieser Hinsicht lässt sich eine wesentliche Verbesserung gemäss vorliegender Erfindung dadurch erzielen, dass der Kreiselrotor als tonnenförmiger Drehanker im Innern des Stators eines Hysteresismotors ausgebildet ist, welcher Stator starr am Trägersystem der Messeinrichtung abgestützt ist.
Um den Durchmesser dieses Rotors möglichst klein halten zu kön- nen, wird mit Vorteil der Stator des Hysteresis motors als Magnetblech-Ringscheibenpaket ausgebildet, das nach Art eines Grammeschen Ringes mit in Axialebenen angeordneten Drahtwindungen bewickelt ist, deren innere Zweige durch axial rings um die zylindrische Statorbohrung auf einem Zylindermantel angeordnete Löcher durchgeführt sind.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in der Form eines Wendekreisels für Lenkraketen ist in der Zeichnung schaubildlich dargestellt, wobei von den feststehenden Teilen und dem Kardanrahmen nur die unter der Kardanebene gelegenen Hälften gezeichnet sind. Auf der Montageplatte 1 ist ein Trägerblock 2 montiert, in welchem ein aus Weicheisenblechringen bestehender Stator 3 eines Hysteresismotors eingebaut ist. Dieser Stator ist nach Art eines Grammeschen Ringes mit in Axialebenen angeordneten Drahtwindungen 31 bewickelt, welche durch axial gerichtete, auf einem Zylindermantel um den Innenzylinder angeordnete Löcher geführt sind. Eine derartige Wicklungsweise erlaubt, die notwendige Windungszahl auch anzubringen, wenn der Innendurchmesser so klein ist, dass die üblichen Tangentialwindungen nicht mehr eingelegt werden könnten.
Der diesem Stator 3 zugehörige, aus Ferrometall mit bestimmten Hysteresiseigenschaften bestehende, tonnenförmige Drehanker bildet zugleich den Rotor 4 eines Kreisels, dessen Welle 40 in einem Kardanrahmen 5 drehbar gelagert ist, der seinerseits um die zweite Achse seiner Ebene, mit Hilfe von Wellenzapfen 50 im Trägerblock 2 drehbar gelagert ist. Die Achse Z der Kardanlagerwellen 50 bildet dabei die Zeigerachse des Kreiselsystems, um welche sich der Kardanrahmen 5 dreht, wenn das Trägersystem 1, 2,3 um die zur Ebene der Rotorachse R und der Zeigerachse Z senkrechte Empfindlichkeitsachse E verdreht wird. Ein rückstellendes Federsystem wird durch einen Blattfederring 6 gebildet, der eine auf der Zeigerachse 50 sitzende Scheibe 51 exzentrisch umfasst und mit Hilfe von sich diametral gegenüberliegenden Schrauben 61 bzw.
62 einerseits an dieser Scheibe 51 und anderseits an der Montageplatte 1 fixiert ist. An Stelle eines solchen Federringes kann auch eine Torsionstabfederung vorgesehen werden. Der zweite Wellenzapfen 50'trägt eine Konusscheibe 52, deren konische Endfläche von einer Gegenfläche 72 eines feststehenden Dämpfungsblockes 7 durch einen Ölfilm getrennt ist, der über eine in der Zeigerachse Z gelegene Bohrung 73 mit einem geschlossenen 0lvorratsraum 74 in Verbindung steht. Der sich selbstzentrierende Ölfilm wirkt als Dämpfungsscheibe, deren Dämpfungswirkung temperaturunabhängig gemacht werden kann.
Ein derartiges Dämpfungssystem ist im schweiz.
Patent Nr. 356330 eingehend beschrieben worden.
Der tonnenförmige Kreiselrotor 4 kann die kleinen Schwenkbewegungen des Kardanrahmens um die Zeigerachse Z ungestört mitmachen, die proportional sind zur Drehgeschwindigkeit 2 des Träger- systems 1, 2,3 um die Empfindlichkeitsachse E.
Weil die Reaktionskräfte beim Anfahren des Kreiselrotors 4 durch den starr montierten Stator 3 aufgenommen werden, kann der Kardanrahmen sehr leicht konstruiert werden. Die nahe am Schwerpunkt des Kreiselsystems 4 konzentrierte Rotormasse und der leicht und klein gebaute Kardanrahmenträger tragen sehr wenig bei zu einer unerwünschten Er höhung des Trägheitsmomentes J, der um die Zeigerachse Z schwenkbaren Massen in bezug auf diese Zeigerachse, so dass die Eigenfrequenz eines solchen Messsystems ohne Schwierigkeit ausreichend hoch gehalten werden kann.