DE1473962C3 - Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit eines Körpers - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit eines Körpers, bestehend aus einer zylindrischen Kammer, deren Bezugsachse parallel zur Drehachse des Körpers verläuft und die einen Ringkanal zwischen ihrer Außenwand und einer zylindrischen Zwischenwand mit einer Vielzahl von im wesentlichen radialen Strömungskanälen aufweist, so daß bei Zuführung von Flüssigkeit in den Ringkanal eine radiale Flüssigkeitsströmung durch die Zwischenwand zu einer im Zentrum der Kammer befindlichen Auslaßöffnung entsteht, wobei im Strömungsbereich der Auslaßöffnung ein Meßfühler angeordnet ist, der die bei einer Drehbewegung des Körpers entstehende Umlenkung der radialen Strömung in eine Wirbelströmung nach Betrag und Richtung zu messen und als Maß für die Drehbewegung des Körpers anzuzeigen gestattet.

Derartige Einrichtungen werden z. B. in automatischen Flugkontrollsystemen (Autopiloten) und in Instrumenten zur Feststellung der Drehbewegungsrichtung gehraucht.

Aus der französischen Patentschrift 1318 907 ist ein Wirbelfühler der eingangs geschilderten Art mit einer porösen zylindrischen Zwischenwand bekannt. In dieser Zwischenwand ist eine große Anzahl einzelner Durchlässe vorgesehen, die unregelmäßig entlang der Zwischenwand verteilt sind (s. dort F i g. 6). Derartige Zwischenwände können beispielsweise aus Sintcrmatcrial bestehen. Weaen der eroßen Anzahl der engen Durchlässe ergibt sich die Wirkung der Zwischenwand durch die Mittelung der Wirkung der einzelnen sehr engen Durchlässe.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Prinzip der Mittelung einer großen Anzahl von kleinen, unregelmäßig verteilten Wirkungen bei Wirbclfühlern mit kleinem Durchmesser versagt, was eine Nullwertverschiebung oder eine Nullwertinstabilität zur Folge hat. Außerdem neigen die bekannten, mit einer porösen Zwischenwand versehenen Wirbelfühler zu einer starken Geräuschbildung. So haben z. B. gesinterte Metallzwischenwände einzelne Flüssigkeitsdurchlässe, in denen die Flüssigkeitsgeschwindigkeit 2()()mal größer sein kann als die Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Kammer, so daß Geräuche im Flüssigkeitsstrom entstehen. Außerdem haben die bekannten Wirbelfühler wegen des hohen Widerstandes gegen die Flüssigkeitsströmung einen verhältnismäßig hohen Leistungsverbrauch.

Aus der USA.-Patentschrift 2 215 447 ist ein Wirbelfühler bekanntgeworden, welcher eine große Anzahl in radialer Richtung verlaufender, dicht nebeneinander liegender Durchlässe aufweist. Die einzelnen Durchlässe haben aber derart geringe Öffnungsweiten, daß sich im wesentlichen die gleichen Probleme wie Bei den oben beschriebenen, vorbekannten Wirbelfühlern ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und relativ kleinen Abmessungen sehr geräuscharm arbeitet, einen niedrigen Strömungswiderstand besitzt und eine große Nullwertkonstanz aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strömungskanäle durch in Umfangsrichtung der zylindrischen Zwischenwand verlaufende Schlitze gebildet sind, deren Länge in Radialrichtung der zylindrischen Kammer so viel größer als deren Höhe in Axialrichtung bemessen ist, daß sich bei Drehung der Kammer eine viskositätsbedingte Mitnahme der Flüssigkeit einstellt.

Dabei werden die obengenannten Vorteile erreicht, ohne daß in der Praxis ein verminderter Wirkungsgrad der Kupplungswicklung, die sich im wesentlichen aus der Viskosität der Flüssigkeit und der Haftung der Flüssigkeit in den Strömungskanalwänden ergibt, in der erfindungsgemäßen Einrichtung festgestellt werden konnte.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, daß die zylindrische Zwischenwand aus einem Stapel koaxial zueinander ausgerichteter flacher Ringe gebildet ist, zwischen denen Abstandsstücke angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann somit in sehr einfacher Weise aus einem Stapel gleichartiger flacher Ringe aufgebaut werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen Wirbelfühler für Drehgeschwindigkeiten auf der Linie 1-1 von Fig. 2 und

F i g. 2 einen Schnitt auf der Linie 2-2 von F i g. 1.

Der Wirbelfühler 10 hat eine kreisförmige Platte 11

mit einer ebenen Oberfläche 12, in der zentrisch eine kreisförmige Mittelbohrung 13 vorgesehen ist. Eine zweite kreisförmige Platte 15 hat eine ebene Oberfläche 16 mit einer kreisförmigen Mittelbohrung 17. Eine Zwischenwand 20 besteht aus mehreren fla-

chen Ringen 21, die um ihre gemeinsame Mittelachse 19 übereinander geschichtet sind und durch kleine Abstandsstücke 22 auf ungefähr gleichem Abstand gehalten werden. Die Abstandsstücke 22 sind in gleichen Wmkelabständen verteilt und werden von Befestigungsstücken 23 in ihrer Lage gehalten. Auf diese Weise sind in der Zwischenwand 20 eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 24 mit der Höhe H in Axialrichtung des Wirbelfühlers und der Länge L in seiner Radialrichtung gebildet, durch die eine Flüssigkeit mit einer solchen Drosselung durchströmen kann, die notwendig ist, um die Drehkraft des Fühlers mit der Flüssigkeit zu kuppeln. Der Wirkungsgrad der Kupplung ist eine Funktion der Höhe und der Länge der Öffnungen und der Reynoldschen Zahl R_e der Flüssigkeit. Die exakte Beziehung ist sehr komplex. In dem Ausführungsbeispiel sind folgende Werte für L, H und R_e vorgesehen: L = 0,475 cm; H = 0,0125 cm; R_e = e, 5. Der Durchmesser der Ringe beträgt 6,35 cm.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Dicke der Ringe 21 Grenzen gesetzt, denn ein zu dünner Ring wirft sich und behält nicht die erforderliche ebene Oberfläche. Ein Ring von zu großer Dicke setzt die viskose Kupplungswirkung herunter und erzeugt deshalb Geräusch und Nullwertverschiebung.

Im Ausführungsbeispiel sind die Ringe 0,0127 cm dick.

Die Zwischenwand 20 ist zwischen den Platten 11 und 15 so angeordnet, daß die ebenen Oberflächen 12 und 16 parallel zueinander sind. Die Mittelachse 19 der Zwischenwand 20 steht senkrecht auf den ebenen Flächen 12 und 16. Zusammen mit den Platten 11 und 15 schließt die Zwischenwand 20 eine zylindrische Wirbelkammer 30 ein.

Die Ringe 21 sind von einer zylindrischen Wand 25 umgeben. Die Wand 25 ist fest an den Platten 11 und 15, beispielsweise mittels Schrauben oder Klebstoff befestigt. Die Wand 25 umschließt mit der Zwischenwand 20 einen Ringkanal 26 zwischen den Außenrändern der Platten 11 und 15. Diesem Ringkanal 26 wird durch eine Einlaßöffnung 27, die mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden ist, Flüssigkeit zugeführt.

Eine Auslaßöffnung 35 besteht aus einem Leitungsstück 36 mit einem Kanal 37. Zu dem Leitungsstück 36 gehört ein Radialflansch 38, der in die Öffnung 17 der Platte 15 paßt, so daß der Kanal 37 des Auslasses 35 genau mittig zur Achse 19 liegt. Die Endfläche 39 der Auslaßöffnung 35 liegt in der gleichen Ebene mit der ebenen Oberfläche 16 der Platte 15. Auch die Auslaßöffnung 35 ist mit geeigneten Mitteln wie Klebstoff oder Schrauben an der Platte 15 befestigt. Eine zweite Auslaßöffnung 42 hat ein Leitungsstück 43 mit einem Kanal 44. Das Leitungsstück 43 steckt mit seinem Radtalflansch 45 in der Öffnung 13 der Platte 11 des Wirbelfühlers, so daß der Kanal 44 genau koaxial zur Mittelachse 19 verläuft. Die Endfläche 46 der zweiten Auslaßöffnung42 liegt in einer Ebene mit der ebenen Oberfläche 12 der Platte 11. Die Auslaßöffnung 42 ist an der Platte 11 starr befestigt.

In einer Seitenbohrung 47 der Wand der Auslaßöffnung 42 ist eine Ablesevorrichtung 52 eingesetzt,

ίο die die Wirkung der Drehkraft auf den Flüssigkeitsstrom anzeigt.

Bei Betrieb des Wirbelfühlers fließt ein Flüssigkeitsstrom von der Flüssigkeitsquelle in den Ringkanal 26. Zwischen dem Ringkanal 26 und den Ka-

nälen 37 und 44 der Auslaßöffnungen 35 und 42 besteht ein Druckunterschied. Infolgedessen fließt die Flüssigkeit von dem Ringkanal aus einwärts durch die Zwischenwand 20 und die Kammer 30 und strömt durch die Kanäle 37 und 44 ab. Wenn keine Winkelgeschwindigkeit um die Mittelachse 19 vorhanden ist, sind in dem Feld des Flüssigkeitsstroms nur Radialgeschwindigkeiten vorhanden, die durch die Radialgeschwindigkeits-Vektoren V_R in F i g. 1 dargestellt sind. Wenn der Wirbelfühler Antrieb durch eine Drehkraft erhält, wird die Zwischenwand 20 ebenfalls dieser Drehkraft unterworfen, wie durch den Pfeil außen in F i g. 1 dargestellt. Der Flüssigkeit innerhalb der Zwischenwand 20 wird durch den Schleppeffekt auf Grund der Viskosität der Flüssigkeit eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente mitgeteilt, wenn sie durch die engen Passagen der Zwischenwand hindurchtritt. Diese Geschwindigkeitskomponente wird durch die Vektoren VT in F i g. 1 versinnbildlicht. Durch die Überlagerung der Radialgeschwindigkeit mit eimer Tangentialgeschwindigkeit entsteht ein Flüssigkeitsströmfeld, in dem die Strömungslinie der Flüssigkeit einer Spirale V_c folgt. Die auf einer Spirale durch die Kammer 30 strömende Flüssigkeit verläßt diese durch die Kanäle 37 und 44. Der Flüssigkeitsstrom in den Kanälen 37 und 44 hat die Form einer Schraubenlinie, d. h., eine Komponente der Flüssigkeitsströmung hat eine Geschwindigkeit in Längsrichtung parallel zu der Mittelachse 19, und eine andere Komponente der Flüssigkeitsströmung hat eine Rotatronsgeschwindigkeit in der Ebene, die senkrecht auf der Achse 19 steht.

Die tangentiale Drehgeschwindigkeit V_T, die der

- Flüssigkeit durch die Zwischenwand 20 mitgeteilt wird, wenn der Wirbelfühler 10 einen Drehantrieb erhält, erscheint in dem Kanal 44 als eine Komponente des Flüssigkeitsstroms, die eine Geschwindigkeit hat, die senkrecht zur Mittelachse 19 steht. Der Wert der Tangentialgeschwindigkeit wird in dem Wirbelfühler vergrößert und mittels der Ablesevorrichtung 50 angezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit eines Körpers, bestehend aus einer zylindrischen Kammer, deren Bezugsachse parallel zur Drehachse des Körpers verläuft und die einen Ringkanal zwischen ihrer Außenwand und einer zylindrischen Zwischenwand mit einer Vielzahl von im wesentlichen radialen Strömungskanälen aufweist, so daß bei Zuführung von Flüssigkeit in den Ringkanal eine radiale Flüssigkeitsströmung durch die Zwischenwand zu einer im Zentrum der Kammer befindlichen Auslaßöffnung entsteht, wobei im Strömungsbereich der Auslaßöffnung ein Meßfühler angeordnet ist, der die bei einer Drehbewegung des Körpers entstehende Umlenkung der radialen Strömung in eine Wirbelströmung nach Betrag und Richtung zu messen und als Maß für die Drehbewegung des Körpers anzuzeigen gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle durch in Umfangsrichtung der zylindrischen Zwischenwand verlaufende Schlitze (24) gebildet sind, deren Länge (L) in Radialrichtung der zylindrischen Kammer so viel größer als deren Höhe (H) in Axialrichtung bemessen ist, daß sich bei Drehung der Kammer eine viskositätsbedingte Mitnahme der Flüssigkeit einstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Zwischenwand (20) aus einem Stapel koaxial zueinander ausgerichteter flacher Ringe (21) gebildet ist, denen Zwischenstücke (22) angeordnet sind.