DE2256558A1 - Wind-messeinrichtung - Google Patents

Description

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17. November 1972 14 025 - h/Hi

Sperry Rand Limited, London / England

Wind-MeBeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wind-Meßeinrichtung, d.h.· auf ein Instrument, das zumindest eine Eigenschaft, wie z.B. die Geschwindigkeitjdes Windes messen oder anzeigen kann.

Eine erfindungsgemä'ß ausgebildete.Wind-Meßeinrichtung umfaßt ein windempfindliches Element, das von einem Befestigungsteil, getragen ist, an dem ein Anker eines induktiven Meßaufnehmerelementes befestigt ist, wobei das Befestigungsteil an einer flexiblen Halterung gehaltert ist, die im Betrieb bei einer Bewegung des windempfindlichen Elementes durch den Wind ausgelenkt wird, derart, daß ein Ausgangssignal von dem induktiven Meßaufnehmerelement abgeleitet wird, das proportional zur Geschwindigkeit des auf das windempfindliche Element wirkenden Windes ist. ·

Die flexible Halterung weist vorzugsweise die Form eines Federstabes mit* kreisförmigem Querschnitt auf, der genau geschliffen ist, um vorgegebene Biegungseigenschäften aufzuweisen. Das induktive Meßaufnehmerelement kann ein einachsiges oder doppelachsiges Element sein und im fpfe/{»»Bn Fall kann das Befesti-

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gungsteil schwenkbar befestigt sein, um eine Bewegung des Ankers um die gewünschte Achse zu ermöglichen. Das Befestigungsteil ist vorzugsweise statisch um den Schwenkpunkt ausgeglichen oder ausbalanciert, um die Empfindlichkeit des Instrumentes gegenüber Beschleunigungskräften aufgrund der Schwerkraft bei einer Neigung des Instrumentes auf einen annehmbaren Wert zu verringern. Im Fall eines zweiachsigen Elementes kann das Instrument in Kardanringen befestigt werden, um diese Empfindlichkeit zu verringern.

Die Wind-Meßeinrichtung kann auf einem beispielsweise an einem Militärfahrzeug gehalterten Mast befestigt sein, wobei der Mast teleskopartig in eine Ruhestellung oder verstaute Stellung bewegbar ist. Das Ausgangssignal von dem induktiven Me0aufnehmerelement kann in digitale Form umgewandelt werden, um durch eine digitale Verarbeitungseinrichtung verarbeitet zu werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen·

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, wobei die Ausführungsbeispiele für den Einbau £n einem Panzer bestimmt sind.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Wind-Meßeinrichtung, die ein einachsiges Element ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des induktiven

Meßaufnehmerelementes, das in der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet wird;

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Pig· 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der

ersten AusfUhrungsform nach"Pig. Ij

Fig. 4 ein Schaltbild des elektronischen Bauteils der

ersten Ausführungsform der Wind-Meßeinrichtungj ·

Fig. 5 den Fig. 1 bis 4 ähnliche Ansichten, die jedoch bis 8 eine zweite AusfUhrungsform der Wind-Me.ßeinrichtung zeigen, die eine doppelachsige Einrichtung ist;

Fig. 9 modifizierte Ausführungsformen der Wind-Meßeinbis 13 richtung, die auf verschiedene Weise an einem

Militärfahrzeug befestigt sind.

Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform der Wind-Maßeinrichtung umfaßt grundsätzlich ein windempfindliches Element in Form einer mit Löchern versehenen Hohlkugel 1 aus Kunststoff und mit geringem Gewicht, die an einem Ende eines Befestigungsteils in Fox^m einer Spindel 2 befestigt ist, die zwischen ihren Enden bei 3 schwenkbar gelagert 1st. Das andere Ende der Spindel 2 ist genau auf einen verringerten Durchmesser geschliffen, um einen Halterungs-Federstab 4 für die Spindel zu schaffen, der vorgegebene Biegungseigenschaften aufweist. Das andere Ende der Feder 4 ist mit einem Band oder Streifen verbunden, das in dem Gehäuse für die Wind-Meßeinrichtung gehaltert ist, auf das im folgenden noch näher eingegangen wird.

Zwischen den Enden der Spindel 2 ist ein Anker 5 eines induktiven Meßaufnehmerelementes befestigt, das allgemein mit 6 bezeichnet ist. Der Anker ist in der Draufsicht rechteckig und ist aus einem Stapel von Mickei-Eisen-Schiehten gebildet, der genau zwischen zwei entgegengesetzt U-förmigen Statorkernen f (Fig. 2)

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angeordnet ist, die ebenfalls aus geschichtetem Nickeleisen bestehen. Jeder Stator 7 trägt eine Primärwicklung 8 und eine Sekundltrwiaklung 9, wobei die beiden Primärwicklungen in Reihe an eine 26 V-400 Hz-Versorgung angeschaltet sind, während die Sekundärwicklungen In Serie gegeneinander geschaltet sind. Es ist wesentlich* daß der Anker 5 die Statorkerne 7 nlhht berührt und daß der Federstab 4 keiner übermäßigen Bewegung ausgesetzt wird, die eine bleibende Verformung hervorruft, und aus diesem Grunde sind einstellbare BegrenzungBanschlage 11 ftlr die Spindel 2 vorgesehen. Damit die Betriebsfähigkeit des Instrumentes geprüft werden kann* ist ein elektromagnetisches Eigentest-Element 12 eingefügt, das auf die'Spindel 2 wirkt.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie die bereits erläuterten Bauteile in einem zweiteiligen Gehäuse 15 befestigt sind, dessen oberer Teil 1% als Ummantelung für die Spindel 2 dient, die die Hohlkugel 1 außerhalb des Gehäuses trägt. Der untere Gehäuseteil umgibt das Meßaufnehmerelement 6, das Eigentest-Element 12 und einen eingekapselten Demodulator und Verstärker 16, der mit dem Meßaufnehmerelement verbunden 1st und der im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 5 noch näher erläutert wird. Die Kugel 1 weist Auslaßlöcher 17 auf und ist in einer auf dem Ende der Spindel 2 ausgebildeten Gewindehülse 18 mit Hilfe einer Gewindemuffe 19 befestigt, die an der Kugel befestigt 1st und eine einstellbare Schraube 21 trägt. Die einstellbare Schraube 21 1st zum statischen Ausgleich der Kugel 1 um die Achse des Schwenklagers 5 vorgesehen, damit die Auswirkungen von Neigungskräften und seitlichen Beßchleunigungskräften auf die Betriebseigenschaften der Wind-Maßeinrichtung beseitigt werden.

Das Schwenklager 3 ist ao ausgebildet, daß es niedrige Reibungseigenschaften und eine vernachlässigbare Hysterese aufweist und ist durch eine balgförmige metallische Abdichtung 22 umgeben, die sich von einem Bund 23 an der Spindel 2 zum Gehäuse 13 er-

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streckt. Die Abdichtung 22 weist eine geringe Steifigkeit und Hysterese auf und schützt das Schwenklager 3 sowie alle Bauteile, die in dem unteren Gehäuseteil 15 angeordnet-sind, gegen das Eindringen von Wasser und Fremdkörpern, die die Betriebsweise des Instrumentes beeinträchtigen könnten. Das Schwenklager 3 ist in einem Befestigungsblock 24 gehaltert, der an einer Befestigungsplatte 25 befestigt ist, die zwischen den Gehäuseteilen 14 und 15 liegt» Eine elektrische Heizeinrichtung 26 umgibt den Block 24 und ist einschaltbar, um sicherzustellen, daß die Kugel 1 und die Abdichtung 22 von Eis freigehalten werden. Zu diesem Zweck ist die Kugel 1 metallisiert und wird durch Wärmeleitung und Konvektion erwärmt. Die Heizeinrichtung 26 wird durch einen Thermostatenschalter 27 gesteuert. Der untere Gehäuseteil 15 ist flüssigkeitsdicht ausgeführt und mit einer Silikonfi&sigkeit; gefüllt, um eine Däiiipfungswirkung zu erzielen, durch die eine übermäßige Auslenkung der Spindel 2. und damit des Ankers 5 unterResonanzbedingungen vermieden werden. Es ist ein Hillstopfen 28 für die Dämpfungsflüssigkeit vorgesehen. Um eine Ausdehnung und Zusammenziehung der Dämpfungsflüssigkeit aufzunehmen, schließt die Wand des unteren Gehäuseteils 15 ein Ausdehnungselement 29 ein.

Elektrische Verbindungen für das Meßaufnehmerelement 6, das : Eigentest-Eleraent 12 und die Heizeinrichtung 26 werden über ein mit Hilfe einer Stopfbüchse 31 abgedichtete* Kabel 30 aus dem Gehäuse 13 herausgeführt.

In Fig. 4 ist der Demodulatorteil des Demodulator-Verstärkers dargestellt, der zwei Halbweg-Siliziumdiodengleichrichter 32 umfaßt, die mit der jeweiligen Sekundärwicklung 9 verbunden . sind. Die Welligkeit der gleichgerichteten Signale wird durch Kondensatoren 33 beseitigt oder auf einen annehmbar niedrigen Wert verringert und ein Heißleiter 34 kompensiert Temperaturänderungsbedingte Änderungen der Eigenschaften des Ausgangs von

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den Sekundärwicklungen 9· Der mit 35 bezeichnete Verstärkerteil des Demodulator-Verstärkers 16 1st in üblicher Welse ausgeführt und wird daher nicht ausführlich beschrieben· Er let so aufgebaut, dal er den gewünschten HaBstabsfaktor ergibt. In die in Pig· 5 gezeigte Qesamtschaltung 1st die Heizeinrichtung 26 und der Steuerschalter 27 hierfür sowie das Eigen test-Element -Λ9.- ■ eingefügt, das durch einen zweipoligen in die Ruhestellung vor«·, gespannten Auslöseschalter 36 betätigt wird. Eine 15 V-Qleichspannungsversorgung ist für den Verstärker 35* die Heizeinrichtung 27 und das Eigentest"Element 12 vorgesehen*

Bei Verwendung wird die Wind-Meß einrichtung auf einem Militärfahrzeug so ausgerichtet» daß die Achse des Sohwenklagers 3 unter einem rechten Winkel zur Richtung liegt, in der der Wind gemessen werden soll. Der Wind wirkt auf die Kugel 1, die Durchbrechungen aufweist, um eine Turbulenz der Luft tau die Kugel über den gewünschten Windgeachwindigkeitabereich sicherzustellen, und der Wind kippt die Spindel 2 in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit in größerem oder kleinerem Ausmaß. Die Bewegung der Spindel 2 bewirkt eine Bewegung des Ankere 5, wodurch der Luftspalt zwischen dem Anker 5 und einem Stator 7 vergrößert und der Luftspalt zwischen diesem Anker und dem anderen Stator verringert wird, und zwar gegenüber der Nullstellung« in der beide Spalte gleich sind. Somit steigt die in der einen Sekundärwicklung 9 induzierte Spannung an, während die in der anderen Sekundärwicklung induzierte Spannung abfällt« wobei die Öesnmtspannung proportional zur ftröße der Verschiebung dee Ankers 5 ist. Wenn die Spannung in der oberen Sekundärwicklung 9 nach Fig. 5 die Spannung in der anderen Sekundärwicklung überstiigt, so 1st das Ausgangssignal positiv gegenüber Masse. Wenn umgekehrt der Anker 5 in der entgegengesetzten Richtung ausgelenkt wird, ist das Ausgangesignal negativ gegenüber Masse. Somit liefert das Meßaufnehmerfclement 6 ein Signal» das nicht nur proportional zur Windgeschwindigkeit ist, sondern auch die Windrichtung anzeigt. Das Ausgangssignal wird durch den

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Demodulator ^lelehgerichtet, in dem 1^r£tiirker.i5i=> und meiner geeigneten Vorrichtung ^

sein kann, wenn die liiiud^ FeuerleitgerSt verwendet wfcrd. Wenn der Rechner oder. irgend-:

eine andere .TTerarieitimgsei^irienfeiing eine digitale EfLnricMaang

ist» so kann der Ausgang; des .MeBäufneta^^ ._.

einer geeigneten Einrichtung in Digitalfom .umgewandelt^ ,_, den, um die Notwendigkeit einerspeziellen :^ter£ace^AuBrilstmng-

zu vermeiden.

Wenn das Eisentest^Element 12 betätigt wird, wird .die Spindel , durch das elektromagnetische Element geschwenkt-so daß der Anker 5 verschoben und ein Ausgang von den Sekundä^ickl^gen erzeugt "wirdj der einer {nicht gezeigten) Anzeigeeinrichtung zugeführt wird. Sie Auslenkung, des; Ankers 5- durch das Eigente^t-Blement !^entspricht ungefShr dem; vjollen SkalenausBchlag*

Die ,beschriebene Wind^IIeßeinrichtung Ist relativ elnifach und robust, kann Jedoch die Windgeschwindigkeit und tdie Windrichtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad messen* Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Meßetoriohtung besteht In der Einfach· heirtdes Ersatzes oder der Auswechselbarkeit aller Bauteile, und zwar .«insbesondere der ICugel 1, die am stirksten freillegt*

Durch Yerwendung von zwei einaohsigen Wind-MeßBinrlchtungen,, _r die Windgeschwindigkeitskomponenten um zwei zueinander senkrechte Achsen, d*hv Querwind und LSngswind liefern und durcM Auflösen dieser Komponenten können sowohl die Winägesehwindigkeit als auch die Windrichtung abgeleitet ,werden. Eine zweiachsige Wind-Meßeinrichtung kann anstelle von zwei einachsigen Einrichtungen verwendet werden und eine derartige Einrichtung ist in den Fig. 5 bis 8 der Zeichnungen dargestellt.

In den Fig. 5 his 8 ist eine zweite Ausführungsform der Wind-

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Meßeinrichtung dargestellt» die so ausgelegt 1st, daß sie die Windgeschwindigkeit und Windrichtung um zwei Achsen mißt, die jedoch, grundsätzlich der ersten Ausführungsform der Wind-Meßeinrichtung ähnllih 1st, wie sie vorstehend beschrieben wurde, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet wurden* Das induktive Meßaufnehmerelement 6 ist von ähnlicher Konstruktion, jedoch mit der Ausnahme, daß es zwei Statorpaare aufweist, die in den jeweiligen Achsen angeordnet sind, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen 8, 9 nur für eine Achse In Flg. 6 dargestellt sind· Die Betriebsweise des Meßaufnehmerelementes 6 ist der vorstehend beschriebenen gleich, obwohl zwei Demodulator«! und yers±Ärker 16, jeweils einer für Jede Achse, vorgesehen sind% Ein*Schwenklager für die Spindel 2 ist.nicht vorgesehen, sondern das Instrument 1st In Kardanfitoe·* yj aufgehängt, um die Empfindlichkeit gegenüber Beschleunigungskräften aufgrund der Schwerkraft zu verringern, wie sie auftreten, wenn sich das Militärfahrzeug, an dem die Meßeinrichtung befestigt ist, auf einem Befalle befindet.

Die Form des Ankers 5 sowie der Statorkerne 7 ißt derart, daß übereinstimmende Betriebseigenschaften der Wind-Meßeinrichtung für irgendeine Neigungslage der Spindel 2 sichergestellt sind. Die Wirkungsrichtung des Eigentest-Elementes 12 1st in Fig. 6 mit 56 bezeichnet und ist so gewählt, d-aß die Betriebsweise des Instruments um beide Achsen geprüft werden kann. Der Ausgang des Meßaufnehmerelementes 6 kann wiederum in Digitalfora umgewandelt werden, wenn dies erwünscht ist.

Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden zur Verwendung mit einer Feuerleitausrüstung für ein Milltärfahrzeug, wie z.B. einen Panzer, ausgelegt, die erfindungsgemäßen Wind-Meßeinrichtungen sind jedoch natürlich nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern können beispielsweise für metereplogische Zwecke verwendet werden*

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In den Fig. 9 bis 12 sind verschiedene Befestigungsa^ten für ^r die Wind-Meßeinrichtung auf ein ent Panzer dargestellt·, der : - -'■-lediglich teilweise und schematisch'bei 38 injeder Figur dargestellt ist* Die Wind-Meßeinrichtung 39 weist ein abgeändertes äußeres Aussehen gegenüber den in Fig. 1 oder 5 gezeigten Ausführungsbeispielen auf. In Fig. 9 ist^: die Wind-Meßeinrichtung direkt auf dem Panzer 38 befestigt undin Fig. 10 ist die Wind-Meßeinrichtung an dem Ende eines teleskopartig einzieh- -"' baren oder ausfahrbaren Mastes 40 befestigt» Dar Mast 40 kann von Hand ader auf andere Weise ausgefahren und eingezogen werden Im eingezogenen Zustand ist die Wind-Meßeinrichtung 39 außer Betrieb und ist in dieser Stellung stärker gegen eine Beschädigung geschützt, als in der ausgefahrenen Betriebssteilung.

Fig. 11 zeigt einen zerlegbaren Mäöt 411 d^r einen Verlängerungö teil 42 nach Fig* 12 aufweisen kannj wobei der Mast und die Verlängerung in eine elektrische Steckbuchse 43 an dem Fahrzeug einsteckbar sind und die Verlängerung in gleicher Weise durch eine Verbindung 44 mit dem Mast verbindbar ist.

Fig. 13 zeigt einen gelenkig befestigten Mast 45, der irr ausgezogenen Linien in der Betriebsstellung und gestrichelt in der zusammengelegten oder verstauten Stellung gezeigt ist. Es hat sichaals wünschenswert iheräüsgestellt, die Wind-Meßeinrichtung an einem Mast Hu befestigen, so daß sie nicht durch die Luft·" strömung Über dem Panzer beeinflußt wird, was falsche Ablesungen ergeben würde. .

Patentansprüchet

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Claims (20)

Patentansprüche:

1. Wind-Meßeinrichtung, gekennzeichnet durch ein windempfindliches, von einem Befestigungsteil (2) gehaltertes Element (I), ein an dem Befestigungsteil (2) gehaltertes induktives Meßaufnehmerelement (6), und eine flexible Halterung (4) für das Befestigungsteil (2), wobei im Betrieb die flexible Halterung (4) auslenkbar 1st und ein Ausgangssignal von dem induktiven Aufnehmerelement (6) ableitbar ist, das proportional zur Geschwindigkeit des auf das windempfindliche Element (1) wirkenden Windes ist.

2. Wind-Meß einrfefclMkiisung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ohne t , daß die flexible Halterung die Form eines FederStabes (4) mit kreisförmigem Querschnitt und vorgegebenen Biegungseigenschaften aufweist.

3. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennze 1 c h η β t , daß die flexible Halterung (4) einstückig mit dem Befestigungstell (2) ausgebildet ist.

4· Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t , daß das induktive Meßaufnehmerelement ein einachsiger Meßaufnehmer ist und daß das Befestigung»teil schwenkbar für eine Bewegung um die gewünschte Achse befestigt 1st.

5· Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzei c h η e t , daß das Befestigungstell (2) um seine Schwenkachse (3) statisch ausgeglichen ist;·

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- ii-

6* Wind-Meßeinrichtung nach einein.der Ansprüche 1. bis-3» dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das induktive Meß aufnehmerei ement (6) ein zweiachsiger Meßäufhehmer ist und daß das Befestigungsteil (2) in Kardanringen (37) befestigt

7. Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden , Ansprüche, dadurch g e- k e η,η ζ e 1 c h η e t y daß Anschläge (11) zur Begrenzung der Bewegung des Befestigungsteils (2)"vorgesehen sind. - - -·.·-. -■■ ,

8. Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e h ri ζ e i c h h et ,daß ein Eigentest-Element (12) vorgesehen ist, das bei Betätigung die flexible Halterung (Ψ) auslenkt·:--,;[:-·.■< . ; ■

9. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 8 ·-, dadurch g e -■ k e η η ζ e i c h ti^M'e t , daß das Eigenfeest-Element ί 12) dieflexible Halterung mit einer vorgegebenen Größe auslenkt*

10. Wind*^Meßeinriehtung nach Anspruch 8 oder 9> dadurch g e k e h η ζ e i ö h η e t , daß das Eigentest-Element ein elektromagnetisches Element (12) ist. '

Hi Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η ή ζ e i: e hn e t .* daß-"üfts wind· empfinäliche Element die Form eiiier init Durchbrechungen ver^ sehenen Hohlkugel (1) aufwelsl»*

12. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e,-k e η η ζ e i c h n. e t'"; daß die Hohlkugel (1) mit. löchern (17) versehen ist· - ^

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13. Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil (2) die Form einer Spindel aufweist, die in der Hauptsache in einem Gehäuse (13) untergebracht,ist, sich jedoch aus diesem heraus erstreckt, um das windempfindIiehe Element (1) außerhalb des Gehäuses (13) zu haltern, wobei eine Abdichtung (22) zwischen der Spindel (2) und der Innenwand des Gehäuses (13) vprgesehen ist.

14. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (12) aus Metall besteht und eine balgfö'rmige Konstruktion bildet.

15· Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch

gekennzeichnet, daß eine Heizvorrichtung (26) vorgesehen ist, um die metallische Abdichtung (22) eisfrei zu halten.

16. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch

gekennzeichnet, daß das windempfindliehe Element (l) metallisiert ist und daß die Heizeinrichtung (2§) das windempfindIiehe Element (l) durch Wärmeleitung und Konvektion eisfrei hält.

17· Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Ankers (5) des induktiven Meß aufnehme re leinen te s (6) gedämpft ist.

18. Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennze lehne t, daß der Ausgang des induktiven Meßaufnehmerelementes (6) in Digitalform umgewandelt ist.

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19. Wind-Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t ,- daß. die Meßeinrichtung auf einem Mast (40, 4.1 > 42, 45) befestigt ist.,, der von einem Fahrzeug (38) getragen wird.

20. Wind-Meßeinrichtung nach Anspruch 19* dadurch

g e k e η η ζ e lehnet , daß der Mast (4o, 4l, 42, 45) einziehbar oder aus einer Betriebsstellung der V/ind-Meßeinrichtung in eine verstaute oder Ruhestellung der Wind-Meßeinrichtung bewegbar ist.

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Le.Äit.