DE1773521A1 - Druckmittelgespeistes Beschleunigungsmessgeraet - Google Patents

Description

GE Docket NO. RDCD-1476 (Kantola et al)

US.Ser.No. 642,116 Piled: May 29, 1967

General Electric Company Schenectady, N.Y. (V.St.A.)

Druckmittelgespeistes BesohiBeunigungsmeßgerät

Beschleunigungsmeßgeräte werden insbesondere in Leit- und Navigationssystemen, z.B. für Hochleistungsflugzeuge, benötigt, um andere Geräte zu steuern, Rechenoder Steuerfunktionen zu bewirken oder eine direkte Anzeige der augenblicklichen Beschleunigung zu liefern.

Die bekannten Beschleunigungsmeßgeräte sind relativ kompliziert und enthalten eine Anzahl beweglicher Teile, die gleitend gelagert und damit einem Verschleiß durch Reibung ausgesetzt sind oder anderweitig durch Reibung beeinflußt werden, was naturgemäß zu einer Beeinträchtigung der Punkt ions t licht igke it und schließlich sogar zum Ausfall des Gerätes führen kann.

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Es ist bereits ein druckmittelgespeistes Beschleunigungsmeßgerät bekannt, das einen Kolben enthält, der durch ein luftgeschmiertes Lager in einem Zylinder verschiebbar gelagert ist, welcher mit einem geeigneten Medium gefüllt ist, um Beschleunigungen wahrzunehmen, die eine Verschiebung des Kolbens bewirken. Die Druckmittelsignale, die von der den Zylinder und den Kolben enthaltenden Anordnung erzeugt werden, werden durch einen Strömungsverstärker verstärkt. Durch das lufrgeschmierte Lager wird die Reibung zwar stark verringert, es werden jedoch sehr genau bearbeitete und passende Teile benötigt, bei denen leicht Störungen durch Verschmutzung oder Verformung auftreten können. Die vorteilhaften Eigenschaften der Strömungsverstärker, nämlich ihre außergewöhnliche Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse, wie Stöße, Schwingungen, Fernstrahlung und hohe Temperaturen, und ihre wegen des Fehlens beweglicher Teile praktisch unbegrenzte Lebensdauer, kommen bei diesem bekannten Beschleunigungsmeßgerät nicht zum Tragen, da. die auf die Beschleunigungskräfte ansprechende Vorrichtung wesentlich früher als die zugehörige Störmungsverstärkeranordnung ausfällt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein druckmittelgespeistes, analog arbeitendes Beschleunigungsmeßgerät anzugeben, das eine reibungefreie beschleunigungsempfindliche Vorrichtung enthält, die

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" aus Teilen besteht, welche keine hohe Präzision erfordern, so daß die Vorteile der Ströftiungsverstärker voll ausgenutzt werden können.

Ein druckmittelgespeistes Beschleunigungsmeßgerät, insbesondere ein analog und ohne Rückkopplung arbeitendes Beschleunigungsmeßgerät ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen auf Beschleunigungskräfte ansprechenden, auf einem biegsamen Glied gelagerten Massekörper, der ein der wahrgenommenen Beschleunigung proportionales Druckmittelsignal erzeugt, und eine mit diesem gekoppelte Strömungsverstärkeranordnung, die das vom Massekörper erzeugte analoge Druckmittelsignal verstärkt.

Die Erfindung läßt sich auf Beschleunigungsmeßgeräte anwenden, die auf parallel zu einer oder zwei Koordinaten wirkende lineare Beschleunigungskräfte, oder auf eine Winkelbeschleunigung ansprechen.

Bei einer auf lineare Beschleunigungskräfte ansprechenden Ausführungsform der Erfindung ist der Massekörper durch ein hohles, längliches, auskragendes federndes Glied gelagert, dessen eines Ende in einem Punkt, bezüglich dessen sich das Federglied biegt, fest gelagert ist, während das andere freie Ende mit einem Massekörper fest verbunden ist, an dem die Beschleunigungskraft angreift. Der hohle Teil des Federgliedes dient als Strömungskanal, dem beim festen Ende ein Druckmittel zugeführt wird, das an dem den

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Massekörper tragenden Ende als Strahl austritt. In einer Ebene, die eine Achse enthält, auf deren Richtung die Biegung des Federgliedes beschränkt ist, sind zwei beabstandete Strömungsempfanger so angeordnet, daß der aus dem beschleunigungsempfindlichen Glied austretende Strahl in der Ruhelage des Federgliedes in die Mitte zwischen die beiden Strömungsempfänger gerichtet ist und sich in einem Verhältnis auf die beiden Empfänger aufteilt, das von der Größe und Richtung der längs der Achse wirksamen Beschleunigungskräfte abhängt. Das analoge Druckmittelsignal, das durch die von den beiden Empfängern aufgenommenen wechselnden Druckmittelmengen erzeugt wird, kann einer StrömungsVerstärkeranordnung zugeführt werden, um ein Signal eines für den vorgesehenen Verwendungszweck ausreichenden Druckpegels zu erzeugen. Damit das Beschleunigungsmeßgerät nur auf solche lineare Beschleunigungskräfte oder Kraftkomponenten anspricht, die parallel zu der gewünschten Achse verlaufen, ist das Federglied in seitlicher Richtung steif, so daß es sich nur in der die gewünschte Achse und die Strömungsempfänger enthaltenden Ebene biegen kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die lineare Beschleunigungskräfte längs zweier Achsen zu messen gestattet, ist noch ein zweites Paar von Strömungsempfängern vorhanden, die in der die zweite Achse enthaltenden Ebene liegt. Diese zweite Achse wird im allge-

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meinen senkrecht zur ersten Achse verlaufen, in der das erste Paar von Empfängern angeordnet ist.

Eine auf Winkelbeschleunigungen ansprechende Ausführungsform der Erfindung enthält einen zylindrischen Massekörper, der in seiner Längsachse mit zwei Torsionsfedern verbunden ist, deren dem Massekörper abgewancten Enden fest gelagert sind, so daß sich der zylindrische Massekörper unter dem Einfluß von Winkelbeschleunigungen drehen kann. Der zylindrische Massekörper beeinflußt einen Druckmittelstrahl, der durch zwei Empfänger aufgenommen wird, die ein analoges Druckdifferenzsignal liefern, das wie bei den auf lineare Beschleunigungskräfte ansprechenden Ausfuhrungsformen der Erfindung Betrag und Vorzeichen der Winkelbeschleunigung darstellt.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen:

Fig. la eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Beschleunigungsmeßgerätes gemäß der Erfindung, das auf parallel zu einer lineraren Koordinate gerichtete Beschleunigungskräfte anspricht;

Fig. Ib eine perspektivische Ansicht eines anderen AusfUhrungsbeispiels, das ebenfalls nur auf Beschleunigungskräfte anspricht, die längs einer linearen Koordinate (Achse) gerichtet sind;

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Pig, 2 eine schematische Darstellung der in Fig. la und Ib teilweise dargestellten Beschleunigungsmeßgeräte;

Pig. ^a ein Beschleunigungsmeßgerät, das län^s zweier zueinander senkrechter Achsen wirkende Komponenten von Beschleunigungskräften zu messen gestattet;

Fig. yo und j5c zwei verschiedene Strömungsempfängeranordnungen, die bei dem Beschleunigungsmeßgerät gemäß Fig. ^a verwendet werden können;

Fig. 4a ein Beschleunigungsmeßgerät gemäß der Erfingung, das auf Winkelbeschleunigungen anspricht, und

Fig. 4b eine weitere Ausführungsform eines auf Winkelbeschleunigungen ansprechenden Beschleunigungsmeßgerätes,

Fig. la zeigt eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht der beschleunigungsempfindlichen Vorrichtung eines Beschleunigungsmeßgerätes, das auf Beschleunigungskräfte bzw. Beschleunigungskraftkomponenten anspricht, die in einer bestimmten Richtung verlaufen. Die Vorrichtung enthält eine aus einem Federglied und einem Massekörper bestehende Anordnung mit einem federnd biegsamen länglichen, auskragenden Körper 11, dessen eines Ende 12 fest gelagert ist, während das andere freitragende Ende 1} einen Massekörper 16 trägt. Die Körper 11 und 16 können verschiedene Bauteile sein oder aus einem einzigen Bauteil bestehen. Der

Körper 11, der auch als. Federglied bezeichnet werden kann, weist einen hohlen, in seiner Längsrichtung verlaufenden Mittelteil auf, der einen durchgehenden Strömungskanal 14 bildet. Für den Massekörper 16 gibt es eine ganze Reihe möglicher Formen, er ist jedoch vorzugsweise symmetrisch zur Bewegungsebene. Am gehalterten Ende ist der Strömungskanal 14 mit einer Quelle für ein Druckmittel P₀ verbunden, dessen Druck über dem Umgebungsdruck liegt. Als Druckmittel können Flüssigkeiten oder Gase einschließlich Luft verwendet werden. Das andere Ende 15 des Strömungskanals 14 ist verengt und bildet eine Düse, aus der ein Druckmittelstrahl austritt, der die Richtung der Längsachse des Kanales 15 beim düsenseitigen Ende 15 hat. Der Massekörper 16 liegt in einer zur Achse des Strömungskanales 14 senkrechten Ebene, wenn das Federglied 11 sich im nicht gebogenen Zustand befindet. Der Massekörper kann, wie dargestellt, in der Nähe des freien Endes 13 des Federgliedes 11 angeordnet sein oder sich am äußersten Ende des Federgliedes befinden und dieses bilden. Bei der beschleunigungsempfindlichen Vorrichtung, die ausschließlich auf lineare, längs einer einzigen Achse gerichtete Beschleunigungen anspricht, weist das Federglied 17 außerdem noch eine rippen- oder flossenartige Anordnung 17 auf, die einstückig mit dem den Strömungskanal 14 bildenden hohlen Bauteil und gegebenenfalls dem Massekörper 16 ausgebildet sein kann und am Ende 12 ebenfalls befestigt ist, so daß das Federglied 11 in seitlicher Richtung steif ist und

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sich nur in einer Ebene biegen kann, die senkrecht auf der die rippenartige Anordnung 17 enthaltenden Ebene steht, wenn sich das .Federglied im Ruhezustand befindet. Das freie Ende 1J> des Pedergliedes und dementsprechend auch der Massekörper 16 können sich also offensichtlich nur längs eines Bogensegmentes bewegen, dessen Tangente im Nullpunkt in Richtung der Achse verläuft, in deren Richtung die Beschleunigungskräfte zu messen sind. Das Ausmaß der Auswanderung des freien Endes Γ5 und des Massekörpers 16 ist jedoch verhältnismäßig klein und das Federglied 11 ist so lang, daß die Bewegung des Massekörpers mit guter Annäherung als lineare Bewegung längs der Meßachse angesehen werden kann.

Die aus dem Federglied und dem Massekörper bestehende Anordnung ist in einem steifen offenen Rahmen 18 gelagert, der mit der Einrichtung, z.B. dem Flugzeug^ dessen Beschleunigung gemessen werden soll, fest derart verbunden ist, daß das Federglied 11 im Ruhezustand senkrecht zu der Achse, in deren Richtung die Beschleunigungen zu messen sind, verläuft. Bei der in Fig. la dargestellten Vorrichtung ist der Rahmen 18 also so angeordnet, daß das Federglied H im ungebogenen Zustand senkrecht zu der durch einen Doppelpfeil 19 angeordneten Achse verläuft, längs derer die beschleunigten Linearbewegungen gemessen werden sollen.

Das Federglied 11 ist um das gehalterte Ehde 12 entsprechend den parallel zur Achse I9 gerichteten Komponenten der Beschleunigungskräfte elastisch biegsanij Was

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hler bedeuten soll, daß sich das Federglied 11 wie ein einseitig eingespannter belasteter Träger unter der Einwirkung von Beschleunigungskräi'ten biegt und beim Verschwinden der Beschleunigungskräfte wieder in den ungebogenen Ruhezustand zurückkehrt. Der Rahmen lO enthält einen zweiten Teil 20, in dem zwei beabstandete Strömungsempfänger 21 und 22 angeordnet sind, die in einer die Achse 19 enthaltenden Ebene stromabwärts von der üüse 15 so angeordnet sind, daß der aus der Düse 15 austretende Druckmittelstrahl bei ungebogenem Federglied 15 auf die Mitte zwischen die beiden Empfänger gerichtet ist und dabei dann in zwei Strömungskanälen 23 und 24, die mit den Ausgängen der Empfänger 21 bzw. 22 verbunden sind, Drucksignale gleicher Größe erzeugt. Der Abstand zwischen der Düse 15 und den stromabwärts von ihr angeordneten Empfängern 21, 22 bestimmt die Empfindlichkeit der Vorrichtung und kann in der Praxis das Ein- bis Zwanzigfache der kleinsten Abmessung der Düsenöffnung betragen. Bei einem Abstand in diesem Bereich dürfte der Druckmittelstrahl auf seinem Weg von der Düse zu den Empfängern die kleinste Divergenz aufweise^ und die Empfindlichkeit nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen Düse und Empfängern ab. Wenn als^; keine Beschleunigungskräfte vorhanden sind, die eine Komponente parallel zur Achse 19 aufweisen, ist der Druckunterschied in den Kanälen 2-j und 24 gleich Hull. Die Kanäle 2.3 und 24 und alle anderen verbindenden Strömungskanäle der vorliegenden Beschleunigungsmeßgeräte können einen kreisförmigen oder

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auch einen beliebigen anderen Querschnitt haben und sie bestehen aus einem mit dem Druckmittel und den Umgebungsbedingungen verträglichen Werkstoff. Keines der Bauteile des vorliegenden Beschleunigungsmeßgerätes erfordert enge Toleranzen.

Es sei nun angenommen, daß eine Linearbeschleunigung parallel zur Achse 19, oder eine Beschleunigimg mit einer parallel zur Achse 19 verlaufenden Komponente auftrete. Bei einer solchen Linearbeschleunigung, selbstverständlich auch bei Winkelbeschleunigungen, die eine parallel zur Achse 19 gerichtete Tangentla!komponente aufweisen, biegt sich das Federglied 11 wie ein belasteter, einseitig eingespannter Träger, d.h. daß das freie Ende Ij5 infolge der auf den Massekörper l6 einwirkenden Beschleunigungskraft f=mb (m=Massc des Massekörpers 16j b - Beschleunqgangskomponente parallel zur Achse 19) parallel zur Beschleunigung des liahrnens, jedoch in entgegengesetzter Richtung bezüglich des Nullpunktes in der Mitte zwischen den Empfängern ausgelenkt wird. Dieser Beschleunigungskraft wirkt die Federkraft des Gliedes 11 entgegen, die den Massekörper l6 wieder in die der Beschleunigung 0 entsprechende Ruhelage zurückzubringen strebt und die sich einstellende Gleichgewichtslage des Massekörpers 16 wird durch das sich ergebende Massegleichgewicht bestimmt. Die Größe der Auslenkung des Endes I3 und der Masse Io aus der Ruhelage ist eine direkte, lineare Funktion der parallel zur Achse 19 gerichteten Beschleunigungskomponente. Bei gleichbleibender Be-

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r-;calcuni,;;un^' vorharrt das Glied 11 dann In der ausgelenlcte-n stellung, vvoiDoi die Auslenkung proportional dein Betrag der ^oschleunigung ist. Die Bewegung des Massekorpers 16 von ier ITuIl-LaGO in die der konstanten Beschleunigung entsprediocKio Arbeitslage kann von einer üinschwing- und Überschwingbevegunj; begleitet sein, was von der mechanischen Dämpfung der ^edernde.M Anordnung abhängt. Für die in Fig. la dargestellte Vorrichtung wird bei Verwendung in einem nicht rückgekoppelten (mit oi'feuer Schleife arbeitenden ) Besehleuiiigungs- ::;ei3gerät ein mechanischer Dämpfungsfaktor im Bereich zwischen 0,2 bis 0,7 bevorzugt. Die Masse des den Kanal 14 bildenden Tolles und der Hippen 17 wird so klein wie möglich gemacht, so daß der in erster Linie auf die Bescnleunicun^ ansprechende Üassekürpor 16 mindestens das Fünffache der Gesamtmasse des den Kanal Ik bildenden Teiles und der Rippen 17 beträgt.

Der Strb'mungckanal ist in Fi^. la mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, er kann jedoch auch einen anderen Querschnitt haben, z.B. einen rechteckigen oder elliptischen Querschnitt, wie in Fig. Ib dargestellt ist. Der elliptische Querschnitt des den Strömungskanal bildenden Bauteils 14'kann so gewählt sein, daß dieses Bauteil hierdurch in Verrichtung so steif wird, daß die Rippen 17 (Fig. la) entfaller können.

Die Strömungsempfänger können ebenfalls einen anderen querschnitt als den in Fig. la dargestellten lere is-

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förmigen Querschnitt haben, z.B. einen rechteckigen Querschnitt, wie in der in vergrößertem Maßstab gezeichneten Pig, Ib. Es kann ferner ein in der Mitte zwischen den Empfängern 21, 22 angeordneter Entlastungs- oder Entlüftungskanal 25 vorgesehen sein.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel einer auf linearbeschleunigungen ansprechenden Vorrichtung der vorliegenden Art wurde das Federglied 11 durch einen Hohlstab rechteckige 1 Querschnitts aus 0,127 mm dickem Stahl gebildet. Der Stab war 50,8 mm lang und seine Außenabmessungen betrugen in der Höhe 0,7β2 mm und in der Breite 5,2J5 mm. Der Abstand zwischen Düse und Empfänger betrug 5>O8 mm,, was etwa dem Zehnfachen der inneren Höhe entspricht. Die Empfänger hatten jedenfalls eine Höhe, die gleich der inneren Höhe des Hohlstabes war und sie waren durch eine mittlere Entlüftungsöffnung getrennt, wie in Fig. Ib dargestellt ist, deren Höhe gleich der halben Empfängerhöhe war. Der Massekörper 16 hatte eine Masse von etwa Ij5,6g, während, die Masse des Hohlstabes allein nur etwa 5 % dieses Betrages ausmachte. Die Ablenkung des Strahles bei den Empfängern betrug bei dieser speziellen Vorrichtung 0,2^ mm (0,00905 Zoll) pro Erdbeschleunigung G (98I cm/see ) und die Änderung der Ausgangsdruckdifferenz pro Einheit der Ablenkung änderte sich bei inkompressibler Strömung' linear mit dem Speisedruck, die Druckänderung betrug 16,5 psid/ inch/psi, wobei psid die Druckdifferenz bedeutet. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung beträgt also 0,281 psid/G/psi und

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kann in vernünftigen Grenzen durch Erhöhung des Speisedruckes P leicht erhöht werden.

Das vorliegende, ohne Gegenkopplung arbeitende Beschleunigungsmeßgerät eignet sich gut zur Messung von Beschleunigungen, solange die Beschleunigung nicht übermäßige Werte annimmt und keine Nichtlinearitäten in der Abhängigkeit des erzeugten Differenzdrucksignales von der Auslenkung des Massekörpers 16 bezüglich der Null-Lage auftreten. Das Ausmaß der Auslenkung des Massekörpers 16 kann selbstverständlich durch Verringerung der Masse oder Erhöhung der Steife des Gliedes 11 bezüglich Biegungen in Richtung der Achse 90 verringert werden, was jedoch einen gewissen Empfindlichkeitsverlust mit sich bringt.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des vorliegenden, mit offener Schleife arbeitenden Beschleunigungsmeßgerätes. Durch ein Strömungs-Tiefpaßfilter 26 werden hochfrequente Komponenten entfernt, die durch ein ungedämpftes Ansprechen des federnd gelagerten Massekörpers 16 in den Analogsignalen in den Leitungen 2j5 und 24 auftreten können. Bei Verwendung eines kompressiblen Druckmittels enthält das Tiefpaßfilter 26 in jeder Leitung 2j5, 24 einen Strömungswiderstand R, dem eine Strömungskapazität C in Reihe geschaltet ist. Bei inkompressiblen Druckmitteln wird e±E aus einer Strömungsinduktivität und einem Strömungswiderstand bestehende Anordnung als Filter verwendet. Vorzugsweise ist noch mindestens eine analog arbeitende Strömungsverstärkerstufe 27 vorgesehen, um

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das gefilterte Signal auf einen für die Weiterverwendung ausreichenden Druckpegel Δρ zu verstärken.

Das einachsige Beschleunigungsmeßgerät gemäß Fig. 1 und 2 kann in ein zweiachsiges Linearbeschleunigungsmeßgerät umgewandelt werden, wie es in Fig. Ja dargestellt ist.. Bei dem in Fig. 3a dargestellten Beschleunigungsmeßgerät fehlen die Rippen 17 (Fig. la), die das Federglied 11 in der seitlichen Richtung versteifen und als Federglied wird eine elastisch biegsame Röhre 14' verwendet, die vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat. Das eine Ende 12 der Röhre 14' ist im Rahmenteil 18 so eingespannt, daß sich die Röhre in allen Richtungen gleichmäßig biegen kann. In einer eine zweite gewünschte Achse enthaltenden Ebene sind zwei weitere, im Abstand voneinander angeordnete Strömungsempfänger 30 und 3I angeordnet. Die zweite, mit χ bezeichnete Achse steht bei diesem AuÄführungsbeispiel senkrecht auf der mit y bezeichneten ersten Achse 19, die parallel zur Verbindungslinie der ersten beiden Empfänger 21 und 22 verläuft. Bie Abstände der Empfänger in den beiden Paaren 21, 22 und 30, jjl sind jeweils gleich und sie definieren die beiden Achsen χ und y,längs derer Beschleunigungskomponenten wahrgenommen werden. Die vier Empfänger sind so angeordnet, daß der Druckmittelstrahl im unausgelenkten Ruhezustand des Federgliedes 14' auf die Mitte zwischen die vier Empfänger auftrifft und sich gleichmäßig auf diese aufteilt. Es kann jedoch auch zusätzlich noch ein nichtdargestellter mittlerer Abflußkanal vorhanden sein. Wenn also auf das Gerät keine Beschleunigung

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einwirkt, die eine in der x-y-Ebene liegende Komponente aufweist, sind die Drücke in den vier Ausgangsleitungen 23, 24, 32 und 33, die mit den Ausgängen der Empfänger verbunden sind, gleich und die der x- und y-Achse entsprechenden, zwischen den Leitungen 32 und 33 bzw. 23 und 24 auftretenden Differenzdrucksignale sind Null. Mit den Leitungen 23 und 24 ist eine Filter- und Verstärkeranordnung 26 und 27 verbunden, die entsprechend Fig. 2 ausgebildet sein kann und ein Differenzdruck-Ausgangssignal ΔΡ liefert, das der in der y-Richtung wirkenden Beschleunigungskompnente entspricht. In entsprechender Weise sind die Leitungen 32 und 33 mit einer zweiten Filter- und Verstärkera-iordnung 34, 35 verbunden, die der Anordnung 26, 27 entspricht und ein Differenzdruck- AusgangssignalAp^_v liefert, das der parallel zur x-Achse gerichteten Beschleunigungskomponente entspricht.

Anstelle der in Fig. 3a dargestellten kreisförmigen Strömungsempfänger 21, 22, 30 und 3I können auch Strömungsempfänger anderer Form verwendet werden. Beispielsweise sind in Fig. 3b Strömungsempfänger dargestellt, die jeweils die Form von Ringsektoren haben. Diese Form hat den Vorteil, daß sich eine geringere Ausgangs-Strömungsimpedanz und dementsprechend ein größerer Druckmitteldurchsatz ergeben, da die Empfänger jeweils einen größeren Teil des Druckmittelstrahles aufnehmen.

Die in Fig. 3c als weiteres Beispiel dargestellte Strömungsempfängerancrdnung enthält zwölf kreuzförmig angeordnete Strömungsempfänger. Die zwölf Strömungsempfänger bilden

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vier Gruppen zu drei Empfängern, deren Ausgänge jeweils mit ' einer der vier Ausgangsleitungen verbunden sind, die zu den Filtern 26 und.^4 führen. Die jeweils zusammengeschalteten Empfängeröffnungen sind in Fig. ;5c jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die einzelnen Empfängeröffnungen in Fig. 3a und j5b.

Bei den in Fig. Jb und ^c dargestellten Empfängpranordnungen kann jeweils gewünschtenfalls in der Mitte ein Abflußkanal 25 vorgesehen sein.

In Fig. 4a und 4b sind zwei Ausführungsbeispiele von druckmittelgespeisten Beschleunigungsmeßgeräten dargestellt, die auf Winkelbeschleunigungen ansprechen, reibungsfrei arbeiten und aus Teilen bestehen, die zur Herstellung keine besonders hohe Genauigkeit erfordern. Bei den in den Fig. 4a und 4b dargestellten Beschleunigungsmeßgeräten besteht der beschleunigungsempfindliche Teil des Gerätes wie bei den auf Linearbeschleunigungen ansprechenden, eingangs beschriebenen Ausführungsbeispielen aus einem federnd gelagerten Massekörper. Bei den auf Winkelbeschleunigungen ansprechenden Meßgeräten ist der Massekörper 16 zylInderförmig und in seiner Längsachse durchzwei fluchtende Torsionsfederglieder 40, 41 gelagert, deren dem Massekörper abgewandten Enden am Rahmen 18 befestigt sind. Die Torsionsfederglieder 40 und 41 können röhrenförmige Teile,wie die Röhre 14' in Fig. ^a, enthalten, die vorzugsweise so bemessen sind, daß sie Biegebeanspruchungen einen höheren Widerstand entgegensetzen als Torsionsbeanspruchungen.

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Beim Auftreten einer Winkelbeschleunigung mit einer parallel zur Achse des Massekörpers gerichteten Komponente wird der Massekörper 16 also gegen die Wirkung der Federkraft der Torsionsglieder um seine Achse gedreht.

Bei der in Fig. 4a dargestellten Ausführungsform weist der Massekörper 16 in der Mitte eine Ausnehmung 42 auf, die einen im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Strömungskanal bildet, der vom unteren Ende des Körpers 16 entlang der Längsachse dieses Körpers bis etwa in dessen Mitte und von dort radial nach außen zu einer Düse 15 verläuft. In der Rotationsebene des Massekörpers 16 sind zwei beabstandete Strömungsempfänger 21, 22 derart angeordnet, daß der aus der Düse 15 austretende Druckmittelstrahl in die Mitte zwischen die beiden Empfänger gerichtet ist und in den mit diesen verbundenen Ausgangsleitungen 2J> und 24 gleiche Drücke erzeugt, wenn die Federglieder 40, 41 unverdreht sind, also sich im Ruhezustand befinden. Das Federglied 41 ist hohl und im Bereich 44 dicht mit der Ausnehmung 42 verbunden, so daß in letztere ein Druckmittel ρ eingespeist werden kann.

Die Drucksignale in den Leitungen 23 und 24 werden wieder einem Filter 26 und einem Analog-Strörnungsverstärker 27 zugeführt, die wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert wurde, ausgebildet sein können.

Das beschriebene· auf Winkelbeschleunigungen ansprechende Gerät arbeitet folgendermaßen: Wenn keine parallel zur Drehachse des Massekörpers 16 gerichtete Beschleunigungs-

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komponente vorhanden ist, sind die Drücke in den Empfängern 21 und 22 gleich und der Druckunterschied zwischen den Leitungen 25 und 24 sowie das Differenzdruck-Ausgangssignal AP . Wenn auf den Rahmen 18 eine längs des Doppelpfeiles 19 wirkende Winkelbeschleunigung einwirkt, werden die Federglieder 40, 41 durch die auf den Massekörper 16 wirkende Beschleunigungskraft vercreht. Die Verdrehung der Federglieder 40, 41 und die Winkelauslenkung des Massekörpers 16 bezüglich des Rahmens l8 ist dabei direkt proportional der Winkelbeschleunigung.

Fig. 4b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines auf Winkelbeschleunigungen ansprechenden Beschleunigungsmeßgerätes. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 4a und Fig. 4b unterscheiden sich in der Art der Erzeugung der Differenzdrucksignale in den Leitungen 23 und 24, die mit dem Eingang des Filters 26 verbunden sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4b bildet das Federglied 41 keinen Strömungskanal wie bei Fig. 4a, auch im Massekörper 16 braucht bei Fig. 4b keine Ausnehmung vorgesehen zu werden.

Das in Fig. 4b dargestellte Gerät enthält zwei Druckmittelleitungen 50, 51, denen Druckmittel P_e zugeführt ist. Die Leitungen 50, 5I enthalten jeweils eine Verengung 53 und enden in miteinander fluchtenden Düsen 54 bzw. 55, die in der Rotationsebene des Massekörpers 16 liegen und senkrecht zu einer vom Massekörper 16 radial vorspringenden Platte 49 verlaufen. Die Abstände zwischen den Düsen 54, 55 einerseits und der Platte 49 andererseits din im Ruhezustand des Massekörpers

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1β gleich. Die Ausgangsleitungen 2J und 24 sind mit den Leitungen 50 bzw. 51 jeweils zwischen der Verengung 53 und der Düse 54 bzw. 55 verbunden.

Die in Fig. 4b dargestellte Anordnung arbeitet folgendermaßen: Im Ruhezustand haben die Düsen 54, 55 gleiche Abstände von der Platte 49 und die in den Leitungen 23, 24 durch die auf die Platte 49 auftreffenden Druckmittelstrahlen erzeugten Rückdrücke sind gleich, so daß die Druckdifferenz den Wert Null hat. Beim Auftreten einer Winkelbeschleunigung wird der Massekörper l6 um seine Achse verdreht, wobei eine dieser Verdrehung proportionale Gegenkraft durch die Federglieder auftritt. Durch die Verdrehung des Massekörpers 16 nähert sich die Platte 49 der einen der beiden Düsen 54, 55. Bei einer in Uhrzeigerrichtung wirkenden Winkelbeschleunigung verdreht sich also der Massekörper I9 bezüglich des Rahmens in Gegenuhrzeigerrichtung und der Rückdruck in der Leitung 2^ steigt an, während der Rückdruck in der Leitung 24 entsprechend kleiner wird. Es entsteht also ein Differenzdrucksignal, das in dem in Fig. 4b nichtdargestellten Filter 26 gefiltert und durch eine oder mehrere Strömlings verstärker stuf en zu einem Ausgangssignal^P_o (Fig. 4a) verstärkt wird.

Durch die vorliegende Erfindung wird also ein druckmittelgespeistes Beschleunigungsmeßgerät, das in einer offenen Schleife arbeitet, angegeben, das reibungsfrei ist und aus Teilen besteht, für die keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, so daß also die hohe Zuverlässigkeit der ver-

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wendeten Strömungsverstärker und Strömungsschaltungen voll ausgenutzt werden kann.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können in der verschiedensten Weise abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. So können z.B. zusätzliche oder andere Strömungsverstärkeranordnungen als die Anordnungen 26 und 27 verwendet werden. Das Beschleunigungsmeßgerät kann auch als Schwingungsaufnehmer verwendet werden, der Rahmen l8 wird dann mit der schwingenden Einrichtung verbunden. Bei Verwendung als Schwingungsaufnehmer kann das gefilterte Ausgangssignal vom mittleren Abflußkanal 25 als Nutzausgangssignal verwendet werden. Die Amplitude dieses Ausgangssignales nimmt im Arbeitsbereich des Gerätes proportional zur Schwingungsamplitude ab. Dies Prinzip kann zur Wahrnehmung von Linearbeschleunigungen längs einer oder zweier Achsen oder von Torsionsbeschleunigungen unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung dienen. Selbstverständlich wird man die Konstruktionsparameter wie das Dämpfungsverhältnis und die speziellen Abmessungen anders wählen, wenn die Vorrichtung als Schwingungsaufnehmer arbeiten soll, das körperliche Aussehen kann jedoch das gleiche sein und die Arbeitsweise entspricht der beschriebenen mit der Ausnahme, daß nun daß Druckmittelsignal von der mittleren Abflußöffnung nutzbar gemacht wird. Der Begriff Beschleunigungsmeßgerät soll hier also auch Schwingungsaufnehmer umfassen. Selbstverständlich können auch die Federglieder und Massekörper anders gestaltet sein

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als es bei den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, und man kann entsprechend den Umgebungsbedingungen die verschiedensten Werkstoffe verwenden.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   (l.y Druckmittelgespeistes Beschleunigungsmeßgerät , gekennzeichnet durch einen aufnBeschleunigungskräfte ansprechenden, biegsam gelagerten Massekörper (16), der ein der wahrgenommenen Beschleunigung proportionales Druckmittel-Analogsignal erzeugt und durch eine mit dem Massekörper gekoppelte Analog-Strömungsverstärkeranordnung (21 bis 27, 30 bis 35, 50, 51, 53 bis 55) zur Verstärkung des erzeugten Analogsignals.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die träge Masse bildenden Teil des Massekörpers (16) in Abwesenheit von Beschleunigungskräften in einer bestimmten Null-Lage verbleibt, auX der er durch eine Beschleunigungskraft auslenkbar ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (l6) durch ein Federglied (11, 14', 40, 41) gelagert ist, das bei der Einwirkung einer Trägheitskraft auf den Massekörper derart verspannt wird, daß bei konstanter Beschleunigungskraft die Auswanderung des Massekörpers gegenüber einer Null-Lage im Gleichgewichtszustand proportional der Beschleunigungskraft ist.

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4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch

   gekennzeichnet, daß das Federglied (11, 14') ein reibungsfreies, einseitig eingespanntes, trägerartiges Bauteil ist, das längs mindestens einer Achse derart biegsam ist, daß die Auswanderung des Massekörpers ( 16) wenigstens annähernd linear ist und das Gerät auf Linearbescnleunigungen anspricht.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch

   gekennzeichnet, daß das trägerartige Element (11, 14·') eine Anordnung (15) zum Erzeugen eines Druckmittelstrahles aufweist, daß die Strömungsverstärkeranordnung zwei im Abstand voneinander angeordnete Druckmittelempfänger (21, 22) aufweist, die koplanar mit einer vorgegebenen Achse und stromabwärts von der den Druckmittelstrahl liefernden Anordnung so angeordnet sind, daß der Strahl im Ruhezustand des Massekörpers (l6) auf die Mitte zwischen die Empfänger gerichtet ist und der Druckmittelstrahl sich beim Auftreten eines Beschleunigungsvorganges längs der Achse in einem Verhältnis auf die Empfänger (21, 22) aufteilt, das durch die Größe der Beschleunigungskraft bestimmt wird, und daß das trägerartige Element (11) nur in Richtung der vorgegebenen Achse (I9) biegsam ist, so daß die Bewegungsfreiheit des Massekörpers (l6) ebenfalls auf die Richtung der Achse (19) beschränkt ist und das Gerät auf Linearbeschleunigungen oder Beschleunigungskomponenten parallel zur vorgegebenen Achse anspricht.

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6. 6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied eine reibungsfreie Torsionsfederanordnung (40, 41) enthält, durch die der auf Winkelbeschleunigungen ansprechende Massekörper (16) drehbar gelagert ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch

   gekennze lehnet, daß der Massekörper eine Vorrichtung (15) zum Erzeugen eines Druckmittelstrahles aufweist, daß die Analogströmungsverstärkeranordnung zwei im Abstand voneinander angeordnete Druckmittelempfänger (21, 22) umfaßt, die in der Rotationsebene des Massekörpers und stromabwärts von der den Druckmittelstrahl liefernden Vorrichtung derart angeordnet sind, daß der Druckmittelstrahl in der Ruhelage des Massekörpers auf die Mitte zwischen die Empfänger (21, 22) gerichtet ist und beim Auftreten eines äußeren Beschleunigungs-■Vorganges in der Rotationsebene sich in einem Verhältnis auf die Empfänger aufteilt, das von der Größe der Beschleunigung und dem Torsionsmodul der praktisch nur einer Torsion fähigen Federanordnung (40, 41) bestimmt ist und daß die Bewegungsfreiheit des Massekörpers auf die Rotationsebene beschränkt ist und das Gerät auf äußere Winkelbeschleunigungen in der Rotationsebene des Massekörpers anspricht,
8. 8. Gerät nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (16) mit einem vorspringenden Bauteil (49) versehen ist, auf das von beiden

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   Seiten Druckmittelstrahlen auftreten, so daß in den die Druckmittelstrahlen liefernden Vorrichtungen (23, 54; 24, 55) Rückdrücke auftreten, daß die die Druckmittelstrahlen liefernden Vorrichtungen in der Rotationsebene des Massekörpers derart angeordnet sind, daß das vorspringende Bauteil (49) in der Ruhelage des Massekörpers in der Mitte zwischen den Austrittsöffnungen der Druckmittelstrahlen liegt und sich bei Beschleunigungen in der Rotationsebene in eine Lage bewegt, in der die Abstände zu den Austrittsöffnungen in einem Maße ungleich sind, das _Von der Größe der Beschleunigung abhängt (Fig. 4b).
9. 9. Gerät nach Anspruch J>, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Massekörper ein Bauteil enthält, das in Richtung mindestens einer vorgegebenen Achse, längs derer Beschleunigungen zu messen sind, in Abhängigkeit dieser Beschleunigungen beweglich ist, daß das Federglied ein elastisch biegsames Bauteil enthält, dessen eines Ende fest an einem Ort angebracht ist, um den sich das Federglied biegt, und dessen anderes Ende einen fest angebrachten, be-Bchleunigungsempfindlichen Massekörper trägt, daß das Federglied von einem Strömungskanal durchsetzt wird, dessen einem Ende ein Druckmittel zugeführt ist und dessen anderes Ende einen Druckmittelstrahl liefert, und daß eine fest angebrachte Anordnung vorgesehen ist, die einen ersten Teil, der eine

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   starre Halterung für das Federglied bildet, um die sich letzteres biegt, und einen zweiten Teil aufweist, der mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Druckmittelempfänger enthält, die jeweils paarweise in einer Ebene liegen, die eine Achse enthält, längs derer Beschleunigungen zu messen sind, und daß die Empfänger ferner stromabwärts von der den Druckmittelstrahl liefernden Anordnung so angeordnet sind, daß der Druckmittelstrahl auf die Mitte zwischen die Empfänger gerichtet ist, solange das Federglied nicht gebogen ist, während sich beim Vorhandensein einer Beschleunigung längs der entsprechenden Achse der Druckmittelstrahl auf die beiden Empfänger in einem Verhältnis aufteilt, das von der Größe der Beschleunigung abhängt, wobei in den Empfängern ein analoges Drucksignal erzeugt wird.

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