DE1523211B2 - Beschleunigungsmessgeraet - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Beschleuni- Ansprechen des Pendels auf Beschleunigungskräfte gungsmeßgerät, bei dem eine Masse nach Art eines vorhanden ist, wenn die Vibration nicht mit einer Pendels von einem Paar für die Masse eine Rota- wesentlich anderen Frequenz als der Erregerfrequenz tionsachse festlegender, axial vibrierender Dreh- des Stellungsgebers eingeführt wird, und teilweise zapfenlager aufgenommen wird. Ein solches Be- 5 daher, daß keine Vibrationsanordnungen vorhanden schleunigungsmeßgerät dient zur Bestimmung der waren, die in Beschleunigungsmeßgeräten für Träg-Beschleunigung eines sich bewegenden Fahrzeuges; heitsplattformen verwendet werden konnten, ohne z. B. stellt bei der Trägheitsnavigation ein Beschleu- daß eine ein Signal erzeugende Schaltung und benigungsmeßgerät Beschleunigungskräfte fest, die sondere Schleifringe zu dem Plattformsystem erfordern Gerät in einem bestimmten Sinne zugeführt io derlich waren. Wenn Vibrationsanordnungen vorgewerden, und erzeugt in Abhängigkeit davon ein pro- schlagen wurden, war man stets davon ausgegangen, portionales Ausgangssignal. Ein Hauptanwendungs- daß die Vibration mit einer wesentlich anderen Fregebiet der Beschleunigungsmeßgeräte liegt in der quenz als der Frequenz der Erregung des Stellungs-Trägheitsnavigation und in der Raumnavigation von gebers erfolgen muß. Der Frequenzunterschied erLuft- und Raumfahrzeugen. 15 möglicht, daß eine Filterschaltung im Ausgangssignal

Da zu einer einwandfreien Führung des Fahr- des Beschleunigungsmeßgerätes einfach die durch die zeuges das Führungssystem die Geschwindigkeit und Vibrationen eingeführte Komponente von der Pendie Lage des Fahrzeuges genau berechnen muß, be- delverschiebungskomponente unterscheidet. Um beeinflussen die Empfindlichkeit und die Feststellge- kannte Vibrationsanordnungen mit einer anderen nauigkeit, mit der die Beschleunigungsmeßgeräte ar- 20 Frequenz als der Erregerfrequenz des Stellungsgebers beiten, letztlich die Genauigkeit des Führungssystems. zu betreiben, ist es notwendig, einen besonderen Satz Es wurde deshalb in letzter Zeit intensiv daran ge- von Schleifringen an den kardanischen Punkten des arbeitet, die bei Beschleunigungsmeßgeräten auftre- stabilen Plattformelementes vorzusehen. Der Satz tenden Fehlerquellen, und zwar die Reibung in von Schleifringen führt das Vibrationsfrequenzsignal Lagern, die die Pendelmasse tragen, und die Emp- 25 von der Signalerzeugungsschaltung des Plattformfindlichkeit eines Beschleunigungsmeßgerätes erheb- systems auf die Stelle des Beschleunigungsmeßgerätes lieh herabsetzen, zu beseitigen. auf dem stabilen Element über. Weil Gewicht und

Selbst bei Beschleunigungsmessern mit in einer Größe von wesentlicher Bedeutung für ein Trägheitstragenden Flüssigkeit schwebendem Pendel tritt je- navigationssystem sind, spricht die Notwendigkeit, doch eine Lagerreibung auf, die teilweise bedingt 3° ein Beschleunigungsmeßgerät mit zwei unterschiedist durch Dichteänderungen der tragenden Flüssig- liehen Signalen zu speisen, was das Vorhandensein keit auf Grund von Temperaturschwankungen und der beiden zusätzlichen Sätze von Schleifringen und die der Bewegung des Pendels auf Grund der Be- eines zusätzlichen Signalgenerators erfordert, gegen schleunigungen entgegenwirkt. Diese Reibung tritt in die Vorteile, die durch die Einführung des Vibrierens den Traglagern als statische Reibung auf, die über- 35 erzielt werden. Wie bereits oben ausgeführt worden wunden werden muß, ehe das Pendel sich um die ist, ergibt das Vibrieren bei bekannten Beschleuni-Rotationsachse zu drehen beginnt. Zusätzlich tritt die gungsmeßgeräten eine Kopplung mit anderen Kräf-Reibung als kinetische Reibung in den Lagern auf, ten, die dem Beschleunigungsmeßgerät zugeführt wenn das Pendel ausschlägt; diese kinetische Rei- werden, wodurch dem Pendel ein Drehmoment aufbung bewirkt eine Nichtlinearität des Skalenfaktors 40 gegeben wird. Das Ansprechen des Pendels auf dieses des Beschleunigungsmeßgerätes. Drehmoment wird von dem Stellungsgeber als Be-

Es sind bereits Pendelbeschleunigungsmesser mit schleunigung gewertet, wodurch ein Fehlersignal in

einer drehbaren Masse, die zur Lagerentlastung in das Führungssystem eingeführt wird,

einem flüssigkeitsgefüllten Gehäuse schwebend an- Ziel der Erfindung ist es deshalb, bei Beschleuni- ί j

geordnet ist, und mit einer Zentriervorrichtung für 45 gungsmeßgeräten der hier erörterten Art die Lager-

die Achsenden, die dem Schwebekörper um den reibung soweit wie möglich zu verringern und mög-

Auftriebsmittelpunkt wirksame Drehmomente erteilt, liehst auf einem konstanten Wert zu halten, wenn

bekannt, bei der Mittel vorgesehen sind, die der die Lager in Vibration versetzt werden, und Schleif-

Lagerachse innerhalb des geringfügigen Lagerspiels ringe sowie zusätzliche Signalgeneratoren bekannter

in der Weise eine ständige Vibrationsbewegung er- 50 Anordnungen zu vermeiden.

teilen, daß die Drehmomente quer zur Lagerachse in Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,

Richtung des Auftriebs und entgegengesetzt dazu daß beide Lager zusätzlich in Vibrationen mit einer

periodisch in solcher Stärke wechseln, daß durch den Richtungskomponente senkrecht zur Rotationsachse

Auftrieb nicht ausgewogene Lagerdrücke aufgehoben versetzt werden. Dadurch, daß die Drehzapfenlager

werden. Bei einem derartigen bekannten Meßgerät 55 fortgesetzt in Vibrationen versetzt werden, werden

sind alle Lagerstellen ortsfest angeordnet, und die die meisten nachteiligen Einflüsse der Reibung aufge-

gesamte Rotoranordnung einschließlich der Lager- hoben.

zapfen wird in Vibration versetzt, indem sie in einer Bei Beschleunigungsmeßgeräten gemäß der Erkleinen Rückwärts- und Vorwärtsdrehung durch findung ist die Vibrationsanordnung so aufgebaut, Aufhängung um die Achse bewegt wird. Da die 60 daß sie mit der gleichen Frequenz wie der Stellungs-Rotoranordnung eine schwere Masse darstellt, ihre geber erregt werden kann, wodurch die zusätzliche Resonanzfrequenz die aufgezwungenen Vibrationen Komplikation auf Grund von besonderen Schaltunbeeinflussen kann und die Vibrationen den Ausgang gen und ein zusätzliches Gewicht durch die Schleifverzerren, treten erhebliche Nachteile auf. ringe vermieden werden kann. Eine besonders zweck-

Bei der Entwicklung von Beschleunigungsmeß- 65 mäßige Anordnung wird gemäß der Erfindung zur

geraten sind Vibrationsanordnungen bisher nicht mit Einführung der Vibrationsbewegung in die Trag-

Erfolg verwendet worden. Dies rührt teilweise daher, lager verwendet, wobei die Vibrationsbewegung das

daß eine Kopplung zwischen der Vibration und dem Ansprechen des Beschleunigungsmeßgerätes wesent-

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lieh verbessert. Das Vibrieren wird dabei nicht in den stimmten, konstanten Wert gehalten, wird der Ska-

Beschleunigungsmeßgeräteausgang eingekoppelt, weil lenfaktor des Beschleunigungsmeßgerätes stabilisiert

es durch eine Anordnung zur Erzeugung einer Pen- und seine Linearität wesentlich verbessert,

delbewegung in einer Richtung parallel zur Achse, Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

die von den Traglagern festgelegt wird, zugeführt 5 mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbei-

wird. Entsprechend wird in einem Ausführungsbei- Spieles erläutert. Es zeigt

spiel nach der Erfindung die Fähigkeit des Pendel- F i g. 1 eine Schrägansicht eines bevorzugten Austragelementes, mit der gleichen Frequenz zu vibrie- führungsbeispiels eines mit schwebendem Pendel arren, mit der die Stellungsgeber erregt werden, da- beitenden Beschleunigungsmeßgerätes gemäß der Erdurch erreicht, daß das Tragbauteil aus eisenhaltigem io findung in auseinandergezogener Form,
Material hergestellt wird, welches in seiner Form F i g. 1 a die Orientierung von drei Betriebsachsen ähnlich einer Stimmgabel ausgebildet ist (U-förmig), des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Beschleudie eine bestimmte Resonanzfrequenz aufweist. Un- nigungsmeßgerätes nach Fig. 1,
terhalb einer jeden Zinke ist dabei ein Elektromagnet F i g. 2 eine Seitenansicht des bevorzugten Ausangeordnet, und die Gabel ist mit dem Gehäuse des 15 führungsbeispiels des Beschleunigungsmeßgerätes Beschleunigungsmeßgerätes verbunden. Die beiden nach F i g. 1 in zusammengebauter Form, wobei in Elektromagneten sind in Reihe geschaltet, so daß sie Fig. 2 verschiedene Abschnitte längs der Linie 2-2 abwechselnd ihre entsprechenden Zinken gemeinsam in F i g. 3 entfernt sind, um Teile des Beschleunianziehen und freigeben, wenn sie von einem Wechsel- gungsmeßgerätes zu zeigen, die sonst verdeckt sind, strom betätigt werden. Wie weiter unten noch im 20 Fig. 3 eine Ansicht des Grundaufbaues des Beeinzelnen ausgeführt, bewirkt nahezu die gesamte schleunigungsmeßgerätes nach den Fig. 1 und 2 von Vibration ein Angreifen der Kräfte in Richtung der oben, wobei das Element so gezeigt ist, wie es aus- »empfindlichen Achse« des Beschleunigungsmeßge- sieht, wenn es von der Beschleunigungsmeßvorrichrätes in gleicher Weise nach beiden Seiten; zwei Stel- tung entfernt ist,

lungsgeber (die so aufgebaut sind, daß sie nicht auf 25 F i g. 4 eine Querschnittsansicht des zusammengereine Translationsverschiebung des Pendelelementes bauten bevorzugten Ausführungsbeispieles des Beansprechen) erzeugen keine fehlerhaften Signale in schleunigungsmeßgerätes nach den F i g. 1 und 2, Abhängigkeit von der Vibrationsbewegung. Die Vi- und

brationsbewegung, die eine Komponente in Richtung F i g. 5 teilweise im Blockdiagramm und teilweise

der Schwenkachse sowie eine Komponente senkrecht 30 im Schaltdiagramm die elektrischen Verbindungen

dazu, d. h. in radialer Richtung aufweist, und die in zwischen den Einheiten der Beschleunigungsmeßvor-

die Pendeltraglager durch die Zinken des U-förmigen richtung gemäß der Erfindung.

Pendeltragbauteiles eingeführt wird, überwindet je- In den Zeichnungen sind gleiche oder entspredoch die Lagerreibung so weitgehend, daß die Stel- chende Teile in allen Ansichten gleich beziffert; in lungsgeber zuverlässig eine Pendelverschiebung auf 35 F i g. 1 ist in auseinandergezogener Form eine Schräg-Grund von Beschleunigungen in der Größenordnung ansicht eines pendelartigen Beschleunigungsmeßgevon 1 X 10~⁵ g oder besser anzeigen. Um dies in den rätes 10 gezeigt, das gemäß der Erfindung so ausge-Beschleunigungsmeßgeräten gemäß der Erfindung zu legt ist, daß es einen niedrigen Ansprechschwellwert erreichen, wird das Vibrieren des Pendeltragbauteiles besitzt. Das Beschleunigungsmeßgerät 10 weist ein im erfindungsgemäßen Beschleunigungsmeßgerät so 40 Unterteil 11 auf, auf welchem ein U-förmiges Bauteil gewählt, daß es jeden Schwenkzapfen (zweier edel- 15 befestigt ist, das als »Stimmgabel« bezeichnet wersteingelagerter Pendeltraglager, deren jedes einen den soll und das ein schwebendes, pendelartiges EIe-Drehzapfen und eine entsprechende Edelsteinkappe ment 19 aufnimmt. Zwei Edelsteinkappen 25 (von besitzt) in Bewegung hält. Jeder Drehzapfen ist dy- denen nur eine gezeigt ist) und zwei Drehzapfen 23, namisch in der entsprechenden Edelsteinkappe auf 45 die als ein Edelsteinlagerpaar wirken, nehmen drehbar Grund des periodisch auftretenden radialen Druckes das pendelartige Element 19 innerhalb des Raumes auf jedes der beiden Lager zentriert. Bei dem Aus- zwischen den Armen des U-förmigen Bauteiles auf. In führungsbeispiel des Beschleunigungsmeßgerätes ge- Abhängigkeit von Beschleunigungskräften, die parmäß der Erfindung tritt das Vibrationsmoment, ob- allel zu einer empfindlichen Achse des Beschleunigleich es in einem Sinne senkrecht zur Rotations- so gungsmeßgerätes aufgebracht werden, und senkrecht oder Drehachse des Pendelelementes, wie es durch zur Rotationsachse, wie sie durch die beiden Edeldie Pendeltraglager bestimmt wird, eingeführt wird, steinlager festgelegt ist, versucht das pendelartige etwa in einer Richtung auf, die in zwei Komponenten Element 19 auf Grund des Massenungleichgewichtes zerlegt werden kann, d. h., sie besitzt eine Kompo- sich um die Rotationsachse zu drehen. Mit Hilfe nente parallel zur Drehachse und eine radiale Korn- 55 zweier Stellungsgeber 21 und 22, die auf dem Unterponente, so daß die statische Reibung zwischen den teil 11 in der Nähe des einen und des anderen Endes Edelsteinen und den Drehzapfen vollständig ausge- des pendelartigen Elementes 19 befestigt sind, wird schaltet wird. Durch Aufhebung der statischen Rei- das Bestreben des pendelartigen Elementes 19, sich bung in den Pendeltraglagern wird das Beschleuni- zu drehen, in ein proportionales Stellungsfehlersignal gungsmeßgerät besonders empfindlich gegenüber sehr 60 umgewandelt. Ein Demodulatorverstärker 37 spricht kleinen aufgebrachten Beschleunigungen. Wenn dar- auf das Stellungsfehlersignal an und erzeugt davon über hinaus eine Drehbewegung zwischen den Edel- ein Drehmomentsignal, das zwei Drehmomentgebern steinen und ihren Drehzapfen durch aufgebrachte 29 und 30 aufgegeben wird. Jeder Drehmomentgeber Beschleunigungen vorhanden ist, wird die kinetische enthält einen Drehmomentmagnet 33 und eine Dreh-Reibungskraft zwischen den Edelsteinen und den 65 momentspule 35, die auf dem Unterteil 11 und dem Lagerkappen wesentlich vermindert und auf einem pendelartigen Element 19 in einer solchen Weise beweitgehend konstanten, niedrigen Wert gehalten. festigt sind, daß sie miteinander in Deckung kom-Wird die kinetische Reibungskraft auf einem vorbe- men, wenn das Beschleunigungsmeßgerät 10 fertig

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zusammengebaut ist. Die Drehmomentgeber 29 und empfindlichen als auch der Rotationsachse liegt. 30 arbeiten in der Weise, daß sie dem pendelartigen Dementsprechend könnte man nach dem ersten EinElement 19 ein Rückstellmoment aufgeben, um die- druck vermuten, daß das Pendelelement 19 dadurch, ses in einer neutralen Lage zu halten, die hier als daß die Antriebskräfte parallel zu der empfindlichen Pendelachse PA bezeichnet ist. Damit das pendel- 5 Achse SA des Beschleunigungsmeßgerätes 10 aufgeartige Element 19 sich durch die aufgebrachten Be- bracht werden, von dem vibrierenden U-förmigen schleunigungskräfte ohne Reibungsverzögerung in Bauteil 15 ungünstigt beeinflußt würde und dadurch den Edelsteinstützlagern frei drehen oder verschwen- die Erzeugung von fehlerhaften Beschleunigungsken kann, sind zwei Elektromagneten 13 und 17 in Signalen ergeben würde, insbesondere, da die Vibradem Unterteil 11 befestigt, und zwar je einer unter- io tion die gleiche Frequenz haben kann, mit der die halb einer jeden Zinke der Gabel 15. Die Elektro- Stellungsgeber erregt werden. Bei dem Beschleunimagneten 13 und 17 sind in Reihe geschaltet und gungsmeßgerät gemäß der Erfindung tritt dieser Zunehmen beide ein Wechselstrombezugssignal auf, das stand wegen der Trägheit der Pendelmasse nicht auf. auch den Stellungsgebern 21 und 22 zugeführt wird. Ferner sind die Stellungsgeber 21 und 22 so ausge-In Abhängigkeit von dem angelegten Wechselstrom- 15 legt, daß sie gegenüber einer reinen Translationsbebezugssignal bewirken die beiden Elektromagneten wegung unempfindlich sind, so daß unerwünschte 13 und 17, daß die Gabel 15 mit ihrer Resonanz- kleine Translationsbewegungen des Pendelelementes frequenz vibriert. Die Vibrationsbewegung, die als 19 nicht mit einer durch die Beschleunigung hervor- »Zittern« bezeichnet wird, besitzt eine Komponente gebrachten Pendelbewegung vermischt werden,
in Richtung der Drehachse sowie eine Komponente 20 Zum besseren Verständnis des inneren Aufbaues dazu, so daß die Drehzapfen 23 keine merkliche Be- des Beschleunigungsmeßgerätes 10 wird auf die rührung mit ihren entsprechenden Edelsteinkappen F i g. 2 und 3 Bezug genommen. In F i g. 2 ist das 25 ergeben. Die dazwischen erzeugten Reibungskräfte Beschleunigungsmeßgerät 10 teilweise im Querwerden dadurch wesentlich vermindert. schnitt in seitlicher Ansicht gezeigt, wobei das Pen-

Das pendelartige Element 19 des vorliegenden Be- 25 delelement 19 seine neutrale Stellung einnimmt. Teile schleunigungsmeßgerätes ist so aufgebaut, daß sein des Oberteils 12 sind weggenommen gezeichnet, da-Auftriebsmittelpunkt und sein Massenmittelpunkt um mit einer der beiden darin enthaltenen Expansionsbestimmte Abstände von der Rotationsachse auf bälge 38 sichtbar wird. Der freie Raum zwischen dem jeder, Seite versetzt sind. Dieses Merkmal ergibt Unterteil 11 und dem Oberteil 12 wird mit einer trasolche Änderungen im Skalenfaktor, die durch Tem- 30 genden Flüssigkeit geringer Viskosität gefüllt, so daß peraturänderungen in der Feldstärke der Permanent- das Pendelelement 19 schwebt und damit die von magneten 33 der Drehmomentgeber 29 und 30 her- den Pendelstützlagern aufgenommene Belastung vervorgerufen werden. Dadurch wird den Änderungen ringertwird.

des Skalenfaktors entgegengewirkt, die den tempera- Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die Vibrationsanordnung

turbedingten Auftriebskräfteänderungen der tragen- 35 (die die Gabel 15 und die Elektromagneten 13 und

den Flüssigkeit zuzuschreiben sind, welche die 17 enthält) in der Nähe des Mittelpunktes des Be-

Räume zwischen dem Unterteil 11 und einem Ober- schleunigungsmeßgerätes 10 angeordnet. Aus den

teil 12 füllt. Somit wird ein Beschleunigungsmeßgerät F i g. 2 und 3 ergibt sich, daß der Elektromagnet 17

erhalten, das extrem genau arbeitet, weil erstens die innerhalb eines zylindrischen Raumes 18 im Unterteil

statische Reibung in den Pendelstützlagern aufge- 40 11 untergebracht ist. In ähnlicher Weise ist der Elek-

hoben und die kinetische Reibung vermindert, sowie tromagnet 13 in einem Raum 14 vorgesehen; der

konstant gehalten worden ist, anstatt daß sie sich Elektromagnet 13 und der Raum 14 sind in F i g. 2

nichtlinear ändert, und zweitens, weil das Beschleu- nicht sichtbar, sie sind jedoch in F i g. 3 zu erkennen,

nigungsmeßgerät in Betrieb gegenüber Einflüssen der Die Ausnehmung der Elektromagneten innerhalb der Π :

Umgebungstemperatur unempfindlich ist. 45 Räume hindert bei einer geeigneten Materialauswahl L?

Wie bereits erwähnt, ist das pendelartige Element für das Unterteil 11 die entsprechenden magne- j 19 so befestigt, daß es sich frei um seine Drehachse tischen Felder daran, daß sie nur auf die Zinken der | in Abhängigkeit von Beschleunigungskräften, die Gabel 15 einwirken, so daß sie nicht mit dem ma- \ senkrecht zu dieser Achse aufgebracht werden, bewe- gnetischen Feld der Drehmomentmagneten 33 oder j gen kann. Die verschiedenen Betriebsachsen des vor- 50 der Stellungsgeber 21 und 22 zusammenarbeiten. Wie liegenden Beschleunigungsmeßgerätes lassen sich mit ferner in F i g. 2 gezeigt ist, wird das Pendelelement j Hilfe der Fig. 1 a erkennen. In dieser Fig. la sind 19 durch die Gabel 15, deren Zinken die Drehzapfen : die drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen 23 aufnehmen, in seiner Drehstellung gehalten. Wenn i eines pendelartigen Beschleunigungsmeßgerätes dar- das Pendelelement 19 seine neutrale Stellung eingestellt, die parallel zu entsprechenden Achsen des 55 nimmt, ist eine Abnahmespule 26 eines jeden Stel-Beschleunigungsmeßgerätes 10 nach Fig. 1 gezeich- lungsgebers gleich weit von jeder von vier einen Satz J net sind. Insbesondere werden Beschleunigungen, die bildenden Erregerspulen 40, 41, 42 und 43 entfernt. ! von einem derartigen Beschleunigungsmeßgerät fest- Jeder Satz von vier Erregerspulen ist in zwei Spulengestellt werden sollen, parallel zu einer empfindlichen paare aufgeteilt, jedes Spulenpaar erzeugt ein Ma-Achse SA aufgebracht. Diese zugeführten Beschleu- 60 gnetfeld in Abhängigkeit von dem angelegten Wechnigungen bewirken, daß sich die Pendelmasse des Be- selstrombezugssignal, das in seiner Größe gleich, in i schleunigungsmeßgerätes um eine Rotationsachse RA seiner Polarität jedoch entgegengesetzt dem Feld des dreht, die durch die Pendelstützlager bestimmt ist anderen Paares ist (vgl. Fig. 5). Wenn die Abnahme- ι und die senkrecht zu der empfindlichen Achse hegt. spule 26 in der neutralen Stellung steht, wird deshalb i In der neutralen Stellung (d. h., wenn keine unab- 65 eine Nullspannung an der Spule 26 erzeugt. Zum I geglichenen Kräfte auf das Pendelelement einwirken) Zwecke der besseren Darstellung der Lage der anbestimmt die Ruhestellung des Pendelelementes eine deren Teile des Stellungsgebers 22 sind die Erreger- '' Pendelachse PA, die rechtwinklig sowohl zu der spulen 42 und 43 nicht gezeigt.

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Die Einführung von Beschleunigungskräften in das schalteten Elektromagnete 13 und 17 parallel zu den Beschleunigungsmeßgerät 10 parallel zur empfind- Erregerspulen gelegt, um die Gabel 15 in Vibrationen liehen Achse SVl versucht das Pendelelement 19 von zu versetzen. Wie in F i g. 4 gezeigt, wird diese Vibrader Pendelachse PA um die Rotationsachse RA weg- tionsbewegung der Gabel 15 auf die Edelsteinlager zudrehen. Dies wird durch die Stellungsgeber 21 und 5 übertragen, so daß der 'Drehzapfen 25 in Richtung 22 angezeigt. Wenn das Pendelelement sich zu dre- der Drehachse in der Edelsteinkappe 23 vibriert; hen versucht, geht eine Abnahmespule 26 von der diese Vibration wirkt in der Weise, daß der Zapfen neutralen Stellung nach oben und die andere Ab- 25 seinen Schwebezustand in der tragenden Flüssignahmespule 26 von der neutralen Stellung nach keit zentrisch zu der Edelsteinkappe 23 beibehält, unten. Von dem Fluß, der mit den Erregerspulen io wodurch die statische Reibung im wesentlichen begekoppelt ist, wird eine Spannung in den Abnahme- seitigt und die kinetische Reibung in den Lagern verspulen 26 induziert, und diese induzierte Spannung mindert und etwa konstant gehalten wird,
wird dem Demodulatorverstärker 37 aufgegeben. Aus Aus F i g. 5 ergibt sich, daß die Erregerspulen 43, der induzierten Spannung wird ein Verschiebungs- 42, 41 und 40 eines jeden Stellungsgebers in der anfehlersignal von dem Demodulatorverstärker 37 er- 15 gegebenen Reihenfolge in Serie an eine Wechselzeugt. Durch Vergleich der Größe und Phasenlage strombezugssignalquelle gelegt sind. In Abhängigkeit des Fehlersignals mit dem des Wechselstrombezugs- von der Zufuhr des Wechselstrombezugsignals ersignals können die Größe und die Richtung der zeugen die Spulen 40 und 43 des Stellungsgebers 21 Verschiebung des Pendelelementes 19 bestimmt wer- Felder, die die gleiche Polarität (im Hinblick auf die den. Das Fehlersignal wird über elektrische Leiter 20 Abnahmespule) wie die Felder aufweisen, die von auf die Drehmomentspulen 35 der Drehmoment- den Spulen 41 und 42 im Stellungsgeber 32 am entgeber übertragen. Jede Drehmomentspule 35 ist um gegengesetzten Ende des Pendelelementes erzeugt eine Spulenform 36 (F i g. 2) gewickelt, die an dem werden. In ähnlicher Weise erzeugen die Erreger-Pendelelement 19 befestigt ist. In Abhängigkeit vom spulen 41 und 42 des Stellungsgebers 21 ein Feld in Aufbringen des Fehlersignals erzeugt jede Dreh- 25 der gleichen Richtung wie die Erregerspulen 40 und momentspule 35 ein elektromagnetisches Feld, das 43 des Stellungsgebers 22. Zwischen den verschiedemit dem magnetischen Feld des zugeordneten Per- nen Erregerspulen sind in F i g. 5 Pfeile angegeben, manentmagneten 33 zusammenwirkt und eine Kraft um die Polarität des erzeugten magnetischen Feldes auf das Pendelelement 19 ausübt, um letzteres wieder sichtbar zu machen. Somit sind die Abnahmespulen in die neutrale Stellung zurückzuführen. Wie in den 30 26 gegenüber einer reinen Translationsverschiebung F i g. 2 und 3 angezeigt, ist der Permanentmagnet 33, des Pendelelementes 19 in bezug auf bzw. in Richder innerhalb des Unterteiles 11 angeordnet ist und tung der Rotationsachse unempfindlich, ebenso gedessen einer magnetischer Pol dem Pendelelement 19 genüber einer Rotationsbewegung des Pendelelemenzugewandt ist, mit einer hochpermeablen Kappe 52 tes um andere Achsen als die Rotationsachse RA. versehen, die über dem Ende des Magneten 33 liegt. 35 Diese Tatsache ist möglich, weil während einer sol-Der Permanentmagnet 33 weist auch einen hochper- chen Bewegung die Abnahmespulen 26 gleiche Bemeablen Ring 54 auf, der den Magneten 33 umgibt. träge des Magnetflusses koppeln, und weil der durch Die Drehmomentspule 35 ist in dem Ringraum zwi- eine Abnahmespule 26 gekoppelte Fluß in seiner sehen der Kappe 52 und dem Ring 54 angeordnet. Polarität entgegengesetzt dem Fluß ist, der mit der Die letzteren beiden Elemente versuchen einen we- 40 anderen Abnahmespule gekoppelt ist. Wie weiter in sentlichen Teil des von dem Magneten 33 erzeugten F i g. 5 gezeigt, ist ein Anschluß der in Reihe geschal-Magnetfeldes in radialer Richtung durch den Spalt teten Abnahmespulen 26 an Erde und ein weiterer zu führen, wo die Drehmomentspule 35 ihre normale Anschluß an einen Demodulatorverstärker 37 gelegt. Stellung einnimmt. Eine magnetisch polarisierte Der Demodulatorverstärker 37 spricht auf das AnScheibe 50 ist der Oberseite der Kappe 52 benach- 45 legen des induzierten Spannungssignals, das von den bart angeordnet, um zu verhindern, daß das von dem Stellungsgebern 21 und 22 erzeugt ist, an, um dieses Magneten 33 erzeugte Magnetfeld die Arbeitsweise induzierte Signal mit dem Wechselstrombezugssignal der Stellungsgeber beeinflußt. zu vergleichen und das resultierende Vergleichssignal

Somit ergibt sich im Gesamtbetrieb, daß ein ge- in ein Gleichstromverschiebungsfehlersignal umzunaues Ansprechen des Pendelelementes 19 auf einge- 50 wandeln, dessen Größe die Größe der Verschiebung führte Beschleunigungskräfte von ausschlaggebender des Pendelelementes aus der neutralen Stellung und Bedeutung ist, da das Ausgangssignal des Beschleuni- dessen Polarität die Richtung der Verschiebung dargungsmeßgerätes von der Größe des Stromes ab- stellt. Die Auslegung des Demodulatorverstärkers, hängt, der den Drehmomentspulen 35 zugeführt der in Verbindung mit dem Beschleunigungsmeßwird, welcher seinerseits von dem Ansprechen des 55 gerät gemäß der Erfindung verwendet wird, ist durch Pendelelementes auf eingeführte Beschleunigungen die elektrischen und mechanischen Parameter des abhängig ist. Wird ein Beschleunigungsgerät getestet, Beschleunigungsmeßgerätes selbst und durch die wird es einer bekannten Beschleunigung ausgesetzt, Parameter des Systems, in welchem das Beschleunidamit festgestellt werden kann, wie diese bekannte gungsmeßgerät eingesetzt wird, bestimmt. Es können Beschleunigung richtig angezeigt wird. Wenn in Ver- 60 zahlreiche Ausführungsformen eines Demodulatorsuchsreihen mit dem Beschleunigungsmeßgerät bei Verstärkers in einem Pendelbeschleunigungsmeßgerät ein und demselben Beschleunigungswert unter- verwendet werden, ein bevorzugter Demodulatorverschiedliche Meßergebnisse erhalten werden, arbeitet stärker 37 soll jedoch eine Stabilisierschaltung zur das Beschleunigungsmeßgerät nicht einwandfrei, und Verhinderung einer Pendelung in dem Servokreis dies ist durch die in den Edelsteinlagern vorhandene 65 enthalten. Ein Widerstand 70 ist von einer Ausgangs-Reibung bedingt, selbst wenn das Pendel in einer klemme 68 des Demodulatorverstärkers 37 an Erde Flüssigkeit schwebend aufgehängt ist. Um diese gelegt. Der Widerstand 70 wird als »Skalenfaktor-Schwierigkeit zu vermeiden, sind die in Reihe ge- widerstand« bezeichnet, dessen Wert während des

Endzusammenbaues des Beschleunigungsmeßgerätes bestimmt wird.

Das Stellungsgebersignal wird durch den Demodulatorverstärker 37 in die in Reihe geschalteten Drehmomentspulen 35 eingeführt. Wie bereits erläutert, erzeugen die Drehmomentspulen 35 elektromagnetische Felder, die in Verbindung mit dem Magnetfeld der Permanentmagneten 33 ein Kräftepaar auf das Pendelelement erzeugen, das dieses Pendelelement 19 in seine neutrale Stellung zurückführt. Wie in F i g. 5 gezeigt, sind die Elektromagneten 13 und 17 in Serie geschaltet, wobei ein Anschluß des Elektromagneten 17 an Erde und ein Anschluß des Elektromagneten 13 an die Stromquelle des Wechselstrombezugssignals gelegt ist. Im Gegensatz zu dem in Reihe geschalteten Paar Drehmomentspulen 35, die so geschaltet sind, daß die beiden Drehmomentgeber stets eine entgegengesetzt gerichtete, jedoch gleich große Kraft zur Betätigung der Drehmomentgeber im Gegentakt erzeugen, sind die Wicklungen der Elektromagneten 13 und 17 so geschaltet, daß sie gleichzeitig gleiche parallele Kräfte in gleicher Richtung, d. h. senkrecht in bezug auf die Drehachse auf ihre entsprechenden, zusammenwirkenden Zinken der Gabel 15 aufbringen.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den zugeordneten Teilen des Beschleunigungsmeßgerätes sind über elektrische Leiter vorgenommen, die an entsprechenden Stellen innerhalb des Gerätegehäuses geführt sind. Aus den Fig. 1, 2 und 3 läßt sich entnehmen, daß eine Vielzahl von Klemmen 61 auf einer Seite des Unterteils 11 vorgesehen ist, die die Signale führen, welche durch die elektrischen Leiter übertragen werden, die die Einheiten des Beschleunigungsmeßgerätes 10 von der Innenseite des Gerätegehäuses mit zwei Öffnungen 60 verbinden, in welchen äußere Verbindungen zu dem Beschleunigungsmeßgerät hergestellt werden können. Zur Herstellung der elektrischen Verbindung an die Abnahmespulen 26 und die Drehmomentspulen 35, die mit dem Pendelelement 19 befestigt sind, können flexible Drähte verwendet werden. Zum Beispiel ist eine flexible Leitung 24 in Fig. 2 dargestellt, die eine Klemme31 und eine Klemme 34 auf dem Pendelelement 19 miteinander verbindet. Der einfacheren zeichnerischen Darstellung wegen sind die übrigen flexiblen Drähte und anderen Leitungen aus den Figuren weggelassen worden, da die Herstellung solcher Verbindungen an sich bekannt ist.

Betrachtet man in Verbindung mit F i g. 4 noch einmal den Mechanismus, der eine Vibration in die Stützlager des Pendelelementes einführt, so werden die Spulen der Elektromagneten 13 und 17 mit dem Wechselstrombezugssignal gespeist, damit die entsprechenden Zinken der Gabel 15 gleichzeitig angezogen und abgestoßen werden und damit bewirken, daß die Enden der Zinken sich in einer Richtung parallel zur Rotationsachse RA des Pendelelementes 19 nach hinten und vorne bewegen. Wenn das Beschleunigungsmeßgerät um 90° gedreht wird, so daß die Rotationsachse RA senkrecht und die empfindliche Achse SA horizontal steht, ist das Pendelelement 19 nach Art einer Schranke aufgehängt. Bei bekannten Beschleunigungsmeßgeräten mit schwebendem Pendel versucht eine solche Orientierung des Pendelelementes sowohl die statische als auch die kinetische Reibung in den Pendelstützlagern zu vergrößern, weil das Gewicht des Pendelelementes über einen wirksamen Hebelarm in einer Richtung wirkt, in der das Pendel nicht dreht. Die Empfindlichkeit bekannter Instrumente ist durch eine solche Orientierung natürlich sehr beschränkt.

Andererseits tritt bei dem Beschleunigungsmeßgerät gemäß der Erfindung, wie es z. B. in Fig. 4 im Prinzip dargestellt ist, kein Verlust an Empfindlichkeit und keine Nichtlinearität des Ansprechens auf, wenn das Pendel 19 nach Art einer Schranke aufgehängt ist. Es wird vorgeschlagen, daß in Verbindung mit der Dämpfung der Translationspendelbewegung durch die tragende Flüssigkeit und auf Grund der kugelförmigen Ausbildung der Drehzapfenspitzen und der Edelsteinkappen die Vibration, die bei einer hohen Frequenz (z. B. 5 kHz) in die Edelsteinlager eingeführt wird, nicht erlaubt, daß das Kräftepaar (auf Grund der schrankenartigen Befestigung) den Drehzapfen 23 von seiner zentrischen Stellung in der Edelsteinkappe 25 merklich verschiebt. Die Vibrationsamplitude eines jeden Zinkens der Gabel 15 liegt in der Größenordnung von 25 X 10~³ cm. Es ist deshalb klar, daß eine merkliche Verringerung der kinetischen Reibung in Drehzapfenlagern zusammen mit einer wesentlichen Herabsetzung der statischen Reibung durch Vibrieren des Drehzapfens gegenüber der Edelsteinkappe erzielt werden kann, wenn solche Drehzapfenlager zur Abstützung eines Bauteiles verwendet werden, dessen Bewegung gedämpft wird.

Die Elektromagneten 13 und 17 können auch in den Seitenwandungen des Beschleunigungsmeßgerätegehäuses 12 angeordnet werden, damit sie direkt auf die Zinken in einer Richtung parallel zur Rotationsachse RA einwirken, welche von den Pendelstützlagern festgelegt wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsmeßgerät, bei dem eine Masse nach Art eines Pendels von einem Paar für die Masse eine Rotationsachse festlegender, axial vibrierender Drehzapfenlager aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lager (23, 25) zusätzlich in Vibrationen mit einer Richtungskomponente senkrecht zur Rotationsachse versetzt werden.

2. Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager in einer tragenden Flüssigkeit angeordnet sind.

3. Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Elemente eines jeden Lagers, z. B. die den Drehzapfen (23) aufnehmende Kappe (25) auf einem der beiden Zinken einer stimmgabelähnlichen Halterung (15) befestigt ist, die mit einer ihrer Resonanzfrequenzen in eine Vibration versetzt wird, welche Richtungskomponenten in axialer und radialer Richtung besitzt.

4. Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinken durch Elektromagneten (13, 17) in Vibration versetzt werden und diese Magneten von dem für den Stellungsgeber (21, 22) des Beschleunigungsmeßgerätes verwendeten Wechselstrom erregt werden.

5. Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lager im Gleichtakt in Vibrationen versetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen