DE1523219B1

DE1523219B1 - Beschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE1523219B1
Application number: DE1965N0026960
Authority: DE
Inventors: Doyle Ernest Wilcox
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1964-07-02
Filing date: 1965-06-29
Publication date: 1971-09-09
Also published as: FR1438068A; US3339419A; GB1070614A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Beschleunigungs- unteren zylindrischen Teil 22 auf, dessen Außenmesser mit einer biegefederartig gelagerten trägen durchmesser gleich dem Außendurchmesser der Masse und einem einen Teil der Masse bildenden Wandung 11 ist. Von der Wandung 22 aus erstreckt Stellungsgeber. sich nach oben ein zylindrischer Teil 21, dessen

Derartige Beschleunigungsmesser sind bekannt 5 Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innen-

(vgl. die USA.-Patentschrift 3 020 767). Sie besitzen durchmesser der Seitenwandung 11. Der zylindrische

eine biegefederartig gelagerte träge Masse, deren Teil 21 weist am oberen Ende einen zylindrischen

Auslenkung bzw. Bewegung elektrisch einen Servo- Flansch 23 auf mit einer oberen ringförmigen Fläche

Generator beeinflußt, so daß die träge Masse in ihre 24, die eben und waagerecht verläuft. Der obere

Ruhe- oder Normalstellung zurückgebracht werden io kreisrunde zylindrische Flansch 23 umgrenzt eine

kann. Hierbei bietet die aufgewendete Energie zylindrische Vertiefung 27 mit einem waagerecht ver-

(Strom) ein Maß für die Beschleunigung und kann laufenden kreisrunden Boden 26. Durch die Fläche

instrumenten zur Anzeige gebracht werden, wobei 24 und durch den zylindrischen Flansch 23 hindurch

der Stellungsgeber vom Ende der trägen Masse ge- erstrecken sich mehrere senkrechte Gewindebohrun-

tragen wird. 15 gen 25. Auf der oberen kreisrunden Fläche 24 ruht

Eine weitere bekannte Ausführungsform (vgl. die eine ringförmige elektrisch isolierende Dichtung 28 britische Patentschrift 813 351 [entsprechend der mit einer Anzahl von Löchern, die den Gewindedeutschen Auslegeschrift 1 026 105]) benutzt einen bohrungen 25 am Flansch 23 entsprechen,
biegefederartig gelagerten Tauchkern, welcher in Bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Beeinem Spulen- oder Kondensatorteil eines mit 20 schleunigungsmesser wird eine biegefederartig ge-Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Meß- oder lagerte träge Masse benutzt, die bei Vorliegen einer Anzeigegerätes eintaucht. Der Stellungsgeber ist bei Bescheunigung elektromagnetisch in die unausdieser bekannten Anordnung fest montiert. gelenkte Ursprungslage zurückgebracht wird. Im

Die Meßgenauigkeit derartiger bekannter Be- Gehäuse ist ein Abnehmerteil angeordnet, ein maschleunigungsmesser leidet jedoch unter der Trag- 25 gnetisch und elektrisch leitender oberer hutförmiger heit der Systeme. Sie leidet ferner darunter, daß die Teil 30 vorhanden mit zylindrischen Seitenwandunträge Masse bei verhältnismäßig kurzen Biegefedern gen 31 sowie einem Deckel 32 und einem kreisbei deren Auslenkung infolge der Krümmung des runden Flansch 33. Der Flansch 33 ragt mit einer beschriebenen Kreisbogens, auf dem sich der am runden Schulter 34 nach innen vor. Der kreisrunde Ende der Feder befestigte Tauchkern bewegt, ver- 30 Deckel 32 umschließt einen zylindrischen Permanenthältnismäßig weit aus der Mittelachse des Meß- magneten 36. Die F i g. 2 zeigt den Permanentgerätes bewegt wird. Beides führt dann zu einer magneten 36 mit einem nach unten gerichteten nicht unbeträchtlichen Meßungenauigkeit. zylindrischen Polstück 37 mit einer zylindrischen

Die Erfindung hat es sich demgegenüber zur Auf- Vertiefung 38.

gäbe gemacht, die Bewegung des Tauchkernes aus 35 Ferner ist ein umgekehrt hutförmiger Teil 40 vorder Mittelachse auf ein Minimum zu beschränken handen mit zylindrischen Seitenwandungen 41, einem und damit bessere Meßergebnisse zu erzielen. dazu senkrechten Boden 42 und einem gleichfalls

Sie löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein senkrechten, ringförmigen kreisrunden Flansch 43.

Träger, der einen zentrischen Ausschnitt aufweist, Der Flansch 43 besitzt seinerseits auch wieder eine

sich biegefederartig von einer Halterung in einer 40 nach innen vorstehende kreisrunde Schulter 44. Der

Richtung erstreckt und daß die Masse sich im Aus- Boden 42 umschließt wieder einen zylindrischen

schnitt biegefederartig vom Träger in Richtung auf Permanentmagneten 46. Die F i g. 3 zeigt die Polung

die Halterung erstreckt. beider Magneten, wonach z. B. am Boden 42 ein

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich be- Südpol liegt. Der Magnet 46 besitzt ein zylindrisches

schrieben. In den Zeichnungen ist die 45 Polstück 47 mit einer kreisrunden Vertiefung 48.

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des Ge- Die Fig. 3 zeigt am hutförmigen Teil 30 einen Luft-

häuses eines Beschleunigungsmessers nach der Er- spalt zwischen dem Polstück 37 und der nach innen

findung, vorstehenden Schulter 34. Der umgekehrt hutförmige

Fig. 2 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Teil 40 ist magnetisch leitend und durch einen Luftschaubildliche Darstellung des Meßgerätes nach der 50 spalt zwischen Polstück 47 und Schulter 44 vom Fig. 1 (nach der Linie 2-2 in der Fig. 1), Magneten getrennt.

F i g. 3 ein senkrechter Schnitt durch den Be- Der Flansch 43 besitzt zylindrische Bohrungen 45,

schleunigungsmesser nach den Fig. 1 und 2, die einen Halbkreis bilden, während der Flansch 33

Fig. 4 eine Unteransicht der trägen Masse und Bohrungen 35 aufweist, die den Bohrungen 45 ent-

deren Halterung, 55 sprechen. Die Bohrungen dienen der Aufnahme von

Fig. 5 ein Querschnitt nach der Linie 5-5 in der elektrisch isolierenden Bolzen 35.

F i g. 4 und die Die F i g. 2 und 4 zeigen die träge Masse und

Fig. 6 ein Schaltplan einer bei der Ausführungs- deren Lagerung. Nach der Fig. 4 zeigt der kreisform der Erfindung nach den Fig. 1 bis 5 benutzten runde ringförmige Träger 72 Öffnungen 85 (Fig. 5). Servoeinrichtung. 60 Den inneren kreisrunden Rand des Trägers 72 um-

Der in den Figuren dargestellte Beschleunigungs- schließt ein zentrischer Ausschnitt 74 der Scheibe

messer nach der Erfindung weist einen oberen Ge- 70. Nach F i g. 4 umfaßt der zentrische Ausschnitt 74

häuseteil 10 und einen unteren Gehäuseteil 20 auf, keinen vollen Kreis und endet in zwei zueinander

wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Der obere Ge- parallelen Schlitzen 74a, die nach außen zur Kante

häuseteil 10 besteht aus einem kreisrunden Zylinder 65 70 verlaufen. Gemäß den F i g. 3 und 4 bestehen

mit der Seitenwandung 11 und einem zu dieser zwischen den Schlitzen 74 a Material Verjüngungen

rechtwinklig verlaufenden ebenen Ende 12. Nach 73, die der trägen Masse Biegsamkeit verleihen,

der F i g. 3 weist der untere Gehäuseteil 20 einen Der kreisrunde Ausschnitt 74 umgrenzt eine biege-

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federartig gelagerte Scheibe 71 als Teil der tragen nehmung zwischen dem Polstück 47 und dem Pol-Masse. In Fig. 4 ist oben auf der Scheibe 71 nahe flansch 44. Die Spulen 52 und 62 sind gleichsinnig der Außenkante ein ringförmiger leitender Belag76 gewickelt (Fig. 3). Fließt der Strom in den in Reihe angebracht, der leitend mit einem Streifen 76 a elek- geschalteten Spulen 52 und 62 in einem Sinne, so trisch verbunden ist, welcher Segmentform besitzt 5 wird auf die träge Masse nach F i g. 3 eine nach und auf dem ringförmigen Träger 72 angebracht ist. oben wirkende Kraft ausgeübt, während bei im entin der Mitte der tragen Masse zur Kreisscheibe 71 gegengesetzten Sinne fließenden Strom eine nach konzentrisch befindet sich eine Öffnung 75. Auf der unten wirkende Kraft ausgeübt wird. Kreisscheibe 71, die Öffnung 75 umschließend, liegt Gemäß F i g. 3 und 4 ist zwischen dem Flansch 43

ein Leiterstreifen 77 im Ring zur öffnung 75 und io und dem Träger 72 ein etwa halbringförmiges Abkonzentrisch zum Belag 76. Der Belag 76 umfaßt stands- oder Beilageblech 49 angeordnet. Ebenso ist keinen vollen Kreis und besitzt einen Ausschnitt zwischen dem Flansch 33 und dem Träger 72 ein 76 b. Durch diesen Ausschnitt 76 b verbindet ein gleiches Abstandsblech 39 vorgesehen. Die im Ab-Leiter den Leiterstreifen 77 mit einem Anschlußteil standsblech 39 vorgesehenen Löcher 39a entsprechen 77a. Die Scheibe 70 besteht aus Quarz und einem 15 den Löchern 35, 85, 49a, 45, 25 und denen der elektrischen Isolator. Die Leiterteile 76, 76a, 77 und Abdichtung 28. Beim Zusammenbau werden durch 77a bestehen aus einer Goldplattierung. Quarz hat diese Öffnungen Gewindebolzen hindurchgesteckt, einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und in die Bohrungen 25 eingeschraubt, um den und eine beachtliche Elastizität. Träger 72 und die Bleche zwischen den Flanschen

Die Leiterteile 76, 76a, 77 und 77a sind allein 20 33 und 43 festzuhalten; die Bolzen bestehen wie die elektrisch leitende Teile; die Teile 77 und 77a sind Dichtung 28 aus einem nichtleitenden Material. Die von den Teilen 76 und 76a elektrisch isoliert. einander gegenüberstehenden Abstandsbleche 39 und

Entsprechend befinden sich auf der anderen Seite 49 bestehen aus Isolierstoff (Fig. 5). Die Enden der der Scheibe 70 Leiter, die den Leitern 77, 77 a, 76 Abstandsbleche 39 und 49 bestimmen eine neutrale und 76a gleichen (s. Fig. 2 als Spiegelbild zu 25 Achsel,, (vgl. die Fig. 4 und 5). Gemäß Oben-F i g. 4). Der kapazitiv wirksame Leiterteil 76 mit stehendem besitzt die Meßanordnung 70 außer den 76a steht elektrisch in Verbindung mit den Teilen halbkreisförmigen Abstandsstücken 39 und 49 in der Gegenseite 86 der Scheibe als Spiegelbild des F i g. 4 und 5 keine weiteren Auflagen für den Träger Leiterstreifens 76. Dies bewirkt ein Leiter 76c, der 72. Nach Fig. 5 kann die träge Masse 71 durch die oben auf der Scheibe 71 nahe der Kante des Trägers 30 von dem Schlitz 74 begrenzte Öffnung frei nach oben 72 vorgesehen ist. Die Leiter 76 und 86 wirken als schwingen bzw. biegefederartig um die Einschnürung beweglich veränderbare Kapazitäten eines Stellungs- 83 und 73.

gebers. Die inneren Leiter 77 und deren Spiegelbild Nach Fig. 4 und 5 verläuft die Achse A„ nicht

87 sind Leiter für Drahtspulen. genau durch die Mitte der Kreisscheibe 71, sondern

Der Spulenkörper 50 ist kreisrund. Ein Hohlraum 35 etwas daneben, da der Ring 76 einen Ausschnitt hat,

51 nimmt die Drahtspulen 52 auf, Die Spulen 50, 51 was zur Unsymmetrie zwingt. Die durch die Abweisen eine Öffnung 53 mit Flansch 53 a auf, der in Standsstücke 39 und 49 bestimmte und die Achse A_n die Öffnung 75 der Scheibe 70 hineinragt. enthaltende Ebene teilt die Leiterfläche 76 in zwei

Ein zweiter Spulenkörper 60 mit Hohlraum 61 etwa gleich große Teile und ebenso die Fläche 86 enthält die Drahtspule 62. Konzentrisch zur Spule 62 40 in etwa zwei gleich große Teile. Der Innendurchim Hohlraum 61 befindet sich eine Öffnung 63 mit messer der Flächen 76 und 86 ist gleich der etwas Flansch 63 a, der in die Öffnung 75 von der ent- größer als der Durchmesser der Flansche 34 und 44 gegengesetzten Seite eintritt. In Fig. 3 wird durch und liegt konzentrisch zu diesen. Dabei können große die Öffnungen 53, 75 und 63 ein elektrisch leitender Beschleunigungskräfte auftreten mit zu den Kontakt-Bolzen 54 hindurchgeführt und mit einer Mutter 64 45 flächen des Trägers 72 und den Abstandsstücken 39 verschraubt, so daß die Anordnung nach Fig. 3 ent- und 49 parallelen und zur Ache A_n praktisch senksteht. Hierdurch werden beide Spulen 50 und 60 mit rechten Komponenten. Hierbei werden Scherkräfte der Scheibe 70 verbunden. Zwischen der Spule 50 wirksam und verursachen eine relative Bewegung, und dem Leiter 87 befindet sich ein leitendes Glied die von dem Material des Trägers 72 aufgenommen 55 (vgl. die F i g. 2 und 3). Das eine Ende der Spule 50 werden muß. Infolgedessen versuchen der Träger 72

52 ist mit dem Glied 55 verbunden, wodurch die und die träge Masse mit der Kreisscheibe 71 um die Spule 52 mit den leitenden Streifen 87 und 87a ver- neutrale Achse A_n zu schwingen.

bunden ist. Das andere Ende der Spule 52 steht mit Nach Fig. 6 besteht der Stellungsgeber aus einer der Schraube 54 in Verbindung. Ein Glied 65 ver- kapazitiven Brückenschaltung. In der gezeigten, bebindet das eine Ende der Spule 62 mit den Leitern 55 vorzugten Ausführungsform stellt der Flansch 33 mit 77 und 77a. Das andere Ende der Spule 62 steht mit dem Leiter 86 eine Kapazität und der untere Flansch der Mutter 64 in Verbindung, so daß die Spulen 52 43 mit dem Leiter 76 eine weitere Kapazität dar. und 62 miteinander in Reihe geschaltet sind (vgl. Gemäß weiterer Ausführung bilden die Spulen 50 Fig. 6). Der Leiter 87a steht mit der Klemme 97 in und der Polstückflansch 37 eine Kapazität und die Verbindung, während der Leiter 77 a mit einem De- 60 Spulen 60 mit dem Polstückflansch 44 eine zweite modulator 94 und Verstärker 93 in Verbindung steht. Kapazität. Bei bleibender Verschwenkung der Kreis-Die Leiter 77a und 87a verbinden die beiden mit- scheibe 71 um die Achsel,, wird die Einwirkung einander in Reihe geschalteten Spulen. auf die beiden Kapazitäten gering sein. Erfolgt eine Nach dem Zusammenbau gelangt die Spule 52 in solche Deformation, so vergrößert sich die Kapazität die ringförmige Ausnehmung zwischen dem Polstück 65 des Leiters 76 in bezug auf den Flansch 43, jedoch 37 und dem Polflansch 34, wobei der Kopf der verkleinert sich die Kapazität des anderen gleichen Schraube 54 in die Ausnehmung 38 verschwindet. Teiles des Leiters 76 in bezug auf den Flansch 43. Ebenso gelangt die Spule 62 in die kreisrunde Aus- Daraus folgt, da beide Teile des Leiters 76 einander

flächenmäßig gleich sind, daß die Gesamtänderung der Kapazität für viele solcher Deformationen vernachlässigt werden kann. Dies gilt auch für Änderungen der Kapazität zwischen dem Flansch 33 und dem Leiter 86.

Die Fig. 6 zeigt den Schaltplan einer Servoeinrichtung. Wenn die Kreisscheibe 71 um den von den Vertiefungen 73 und 83 gebildeten Gelenkteil in Richtung zum Flansch 33 oder von diesem hinweg schwingt, wird die von den beiden Kapazitäten und der in der Mitte angezapften Primärwicklung 91 des Abgleichübertragers gebildete Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht. Da zwischen eine Anzapfung 91 α der Primärwicklung des Übertragers und die Leiter 76 und 86 ein Trägerwellenoszillator 96 geschaltet ist, tritt bei einer Änderung der Kapazität zwischen dem Leiter 86 und dem Flansch 33 und dem Leiter 76 und dem Flansch 43 an der Sekundärwicklung 92 des Übertragers ein Ausgangssignal auf. Dieses Ausgangssignal wird zum Verstärker 93 und zu einem Demodulator 94 geleitet. Der Oszillator 96 steht mit dem Demodulator 94 in Verbindung und erzeugt ein Ausgangssignal, das das Ausgangssignal des Verstärkers 93 demoduliert. Das Ausgangssignal des Demodulators 94 bewirkt mittels der miteinander in Reihe geschalteten Spulen 52 und 62 eine Anzeige über den Widerstand 95 an dessen Klemmen 97 ein Meßwert entsteht, der die träge Masse rückstellt. Der Meßwert ist ein Maß für die am Beschleunigungsmesser wirksam werdende Beschleunigung.

Werden die Leiter 86 und 76 um den von den Vertiefungen 73 und 83 gebildeten Gelenkteil infolge der Beschleunigung verschwenkt und ändern sich die beiden Kapazitäten, so wird in den Spulen 52 und 62 vom Demodulator 94 ein Stromfluß mit einer PoIarität und einer Amplitude bewirkt, bei denen auf die Kreisscheibe 71 ein Drehmoment ausgeübt wird, das die träge Masse unausgelenkt zu halten sucht.

Die Servoeinrichtung nach der F i g. 6 ist an sich bekannt und wird nicht weiter beschrieben.

Die hutförmigen Teile 30 und 40 wirken sowohl als Polstücke als auch als Stromabnehmer. Hierdurch werden wesentliche Einsparungen an Raum und Gewicht erzielt, die bei Flugkörpern und Flugzeugen höchst wichtig sind. Auf Grund des dreiteiligen Aufbaues (d. h. die Kreisscheibe 70 mit den beiden Spulen zusammen mit den Teilen 30 und 40) kann das Meßgerät in gleichen Ausführungen und in großen Stückzahlen hergestellt werden.

Im besonderen wird darauf hingewiesen, daß die Spulen die gleichen Abmessungen und Windungszahlen aufweisen müssen, um gleiche EMK'e aufzuweisen. Die Abstands- oder Beilageteile 39 und 49 müssen symmetrisch sein. Die Enden der Abstandsteile 39 und 49 müssen quer zur Richtung der Schlitze 74 a verlaufen (s. F i g. 4).

Claims

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsmesser mit einer biegefederartig gelagerten tragen Masse und einem einen Teil der Masse bildenden Stellungsgeber, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (72), der einen zentrischen Ausschnitt (74) aufweist, sich biegefederartig von einer Halterung (35, 39, 49) in eine Richtung erstreckt und daß die Masse (71) sich im Ausschnitt (74) biegefederartig vom Träger (72) in Richtung auf die Halterung (35, 39, 49) erstreckt.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (72) kreisringförmig ist und die Masse (71) eine biegefedergelagerte Kreisscheibe ist, die vom Träger (72) mit geringem Zwischenraum umschlossen wird.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 und 2 mit einer elektromagnetischen Rückführeinrichtung für die träge Masse, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführspule aus zwei Teilen (50, 60) besteht, die auf beiden Seiten der Masse (71) angeordnet sind.

4. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (71) beiderseits ringförmige leitende Beläge (76, 86) aufweist, die Teile eines kapazitiven Stellungsgebers bilden.

5. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (71) beiderseits weitere ringförmige Beläge (77, 87) als Zuleitung für die Rückführspulen (50, 60) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen