DE2705795A1 - Fluidisches winkelgeschwindigkeitsmessgeraet - Google Patents

Description

Fluidlsches Winke· Ujeschwindigkeitsmessgerät

Die Erfindung bezieht uich auf ein fluidisches Winkelgeschwindig- ' keitsmessgerät und sie betrifft insbesondere Verbesserungen des , mechanischen und elektrischen Aufbaues eines solchen Gerätes. i

l'luidische Winke lgeschwindiyke L tsmessgerate sind bekannt und z.B. in den US Patentschriften 3,^87,328 und 3,626,765 beschrieben. Bei den fluidischen Winkelgeschwindigkeitsmessgeräten strömt ein geeignetes Fluid, wie z.B. ein inertes Gas, durch eine Düse zur Erzeugung eines Strahles oder einer Strömung, welche auf zwei temperaturempfindliche Widerstände gerichtet ist, die durch den Strahl unterschiedlich gekühlt v/erden falLs derselbe in einer Messebene bewegt wird, (z.B. bei einet Winke 1 beschleunigung). Die Messelemente κι rid üblicherweise feine Wr. I t raindrähte, welche auf gegenüberliegen- <len Seiten der Mittellinie der Düsenjustierung liegen. Bei der US Patentschrift J,b87,J2ö ist eine Förderpumpe mit Schwingmembran vorgesehen zum Komprimieren des Gases, wobei die Membran ein piezoelektrisches Hoppe 1 plattenkristall ist.

l'luidische Winkelgeschwindigkeitsmessgeräte dieser Bauart haben mit} Ausnahme der Schwingmembran keine bewegliche Teile und überhaupt keine drehbare Teile. Sie sind deshalb theoretisch preisgünstig herzustellen, sie können schneJ1 in Betrieb genommen werden und sind betriebssicher nach einer längeren Lagerzeit. Ihr schwieriger Zusammenbau und komplizierte Ausrichtung ihrer Bauteile aufeinander, sowie die Veränderungen ihrer Betriebseigenschaften während ihrer Lebensdauer bei veränderlichen Temperaturen hat jedoch verhindert, dass sie in grösserem Umfange benützt werden. Die gewünschte wirtschaftliche Herstellung lässt sich nicht vollständig erreichen, da fehlerhafte Geräte nient auJ dem Fliessband wiederbearbeitet werden können. Solche fehlerhafte Geräte sind zum Teil durch Aggregation von Herstel lungsungenauigk!'it en bestimmt und werden durch die vielen übjLidB

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Anschlüsse, Ausrichtungen und Kalibrierungen hervorgerufen, welche bei dem bekannten (Ίοrät erforderlich sind. *

Ij it· Aufgabe Jci Ki findung liegt darin ein fluldisches Wlnkelgeschwind iqkeitsniessgcr.'ii zu schaffen, das vor dem hermetischen Einschlies-i sen in einom Gehäuse getestet werden kann, wobei das hermetisch verscliLossene Gehäuse später wieder zu öffnen ist zur Reparation oder Überarbeitung, und wobei das Gerät sich verhältni»massig einfach zusammenbauen lausen soll; ausserdem sollen Kallbrierechwierigkei- ' ten und Fehler in Folge der mechanischen Anordnung der elektrischen Teile herabgesetzt werden, die Schwierigkeiten zur Ausrichtung einer Fluidstrahldüse in einer Fluidstrahlkammer in welcher die Messelemente angeordnet sind sollen beseitigt werden und die Ausrichtung der Messelemente in bezug auf die Fluidstrahldüse soll vereinfacht wet den.

Entsprechend dei Erfindung hat das fluidische Winkelgeschwindigkeitsmessgerät eine unitäre Messvorrichtung bestehend aus einem Düsenblock mit einer in demselben eingearbeiteten Fluidstrahldüse und aus einem Messstopren, der genau in den Düsenblock eingepasst und Φ demselben befestigt ist. Diese unitäre Vorrichtung vereinfacht die Ausrichtung der Düse in bezug auf die Fluidstrahlkammer und die Ausrichtung der Messelemente in bezug auf den aus der Düse strömenden Fluidstrahl. Die unitäre Vorrichtung gestattet ebenfalls das Testen und/oder die Ausrichtung der Vorrichtung vor dem Einbau in ein Gehäuse. Tn weiicrvr Übereinstimmung mit der Erfindung sind die Bauteile des ί 1uidisehen Wmkelgeschwindigkeitsmessgerätes durch eine Spannmutter Festgehalten, die einen gleichförmigen Druck auf die Gerätebauteile ausübt. Auf diese Weise können die Gerätebauteile in das Gehäuse eingebaut werden, damit das Gerät vor dem hermetischen Abdichten des Gehäuses getestet werden kann. Dies vereinfacht das vorherige Testen und die Wiederbearbeitung auf dem Fliessband und erlaubt ebenfalls ein späteres öffnen des Gehäuses und eine Reparatur des fluidischon Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes entsprechend der Erfindung. Der durch die Spannmutter hervorgerufene Druck wird auf die Gerätebauteile in dem Gehäuse Ober eine Feder übertragen, damit eine ungleichförmige Druckkraft vermieden wird, welche durch Herstellungstoleranzen bedingt sein könnte. In weiterer über-, clnstimmung mit der Erfindung hat das fluidische Winkelgeschwindigkeitsmessgerät eine Spannmutter, um die Gerätebauteile in dem Gehäuse mechanisch festgehalten. Die hermetische Abdichtung ist dement-

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tipiechend jusschliesslich zum Abdichten des Gehäuses vorgesehen und hat keine Kräfte zu übertragen. Zum hermetischen Verschliessen des Gehäuses werden schmale Schweissränder mit einem schmalen SchweisswulsL versehen, der später zum Herausnehmen der Hauteile aus dem Inneren des Gehäuses einfach zu entfernen ist, damit man das erfindunqsijemässe fluidische Winkelgeschwindigkcitsmessgerät reparieren kdnn.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung sind alle Elemente einer elektrischen Brückenschaltung zum Messen der Unterschiede der Messelemente, um eine elektrische Angabe der gemessenen Winkelgeschwindigkeit zu schaffen, unmittelbar neben den Messelementen vorgesehen. Dadurch werden Veränderungen in langen Drähten verhindert, welche sonst zur Herstellung der Brückenschaltung erforderlich wären. Ausserdem sind keine Lötstellen oder andere Verbindungen zwischen den inneren elektrischen Bauteilen und den äusseren elektrischen Bauteilen der Brückenschaltung erforderlich. Auf diese Weise verhindert man Herstellungsungenaulgkeiten und temperaturabhängige Veränderungen in Folge der Lötstellen, der unterschiedlichen Drahtlän«jen und der Herstellungstoleranzen der Leitungsdrähte und ausserdem werden auch Veränderliche der Schaltung vermindert, welche durch Temperaturänderungen zwischen den Bezugswiderständen und den Messelementen der Brückenschaltung bedingt sein könnten. Es ist auch möglich die vollständige Brückenschaltung zu testen, bevor sie in dem Gehäuse hermetisch eingeschlossen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht in Perspektive in auseinandergezogener Darstelr lung, der mechanischen Bauteile des fluidischen Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes entsprechend der Erfindung.

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt und teilweise weg- . gebrochen, des fluidischen Winkel gcschwindigkeltsmessgerätes nach Fig. 1.

Fig. 3 eine teilweise Ansicht, zum Teil im Schnitt und wegggebrochen des fluidischen Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes nach Fig. 1. Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt des Gerätes längs der Linie 4-4 nach Fig. 3.

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Dio Schnittansieht nach Fiq. 2 verläuft nicht genau radial, und sie¹ qibt .mob nicht die r iehtiqe l,a<|e der Teile im Vergleich zu Fig. 1 wu'iIlm , um 1.1 Lo bauteile für die tolqende Beschreibung des erfindungjsqemässen derates dent L i rher dar /ust e 1 I en . Entsprechend den Figuren 1 und 2 hai das Il indische Wi nkt· I <|is.hw indiykeitsmessgerät, oder

(.jiL'utikop, entsprechend der Erf iiiduiuj innere Bauteile/ die sich in j

einem Gehäuse 10 befinden, das ein erstes Zugangsende 11 und ein qeschlossenes Linde IJ hat. Das Gehäuse besteht aus einem im wesent-j liehen dünnwandiqeii Zylinder, der zwei verschiedene Durchmesser undj eine Schulter 11 aufweist. Tin inneren ist die Kante der Schulter 13' bei 14 gebrochen, damit durch diese Kante keine Beschädigungen der ! isolierten Drähte hervurgeruien weiden können. In der Nähe des Zu- j ganqsendes 11 hat das Gehäuse 10 ein inneres Gewinde 15 zum Ein- ' schrauben einer Spannmutter, die die Bauteile in dem Gehäuse festhalten soll. An dem qeschlossenen Ende 12 hat das Gehäuse einen Deckel 16 (siele FIq. 2 ) in welchen eine Nut eingearbeitet ist zur bildung eines Schweissrandes M₁ der sich längs dem Umfang des Deckels ersti eckt. Dies vereinfacht das l'estschweissen des Deckels 16 an der zylindrischen Wand des Gehäuses 12 bei minimaler Erwärmung und einem qerinqen Werkst· r fvei brauch, /.ur Herstellung der hermetischen Abdichtuiij. An deiu offenen Ende 11 ist der äussere Durchmesser des Gehäuses etwas verkleinert zur Herstellung eines ähnlichen SchweissimihIi's IH. IVis ';<·!ι'ΐ·!ϊ·ρ und die andere llaupthauteile bestehen vorzugs-.A'isi. Hu, .jaii:.ι ■) ■...' t ι:.,, hem, η i cht ioü t end. λ Werkstoff, der einfach zu vetschweissen ist bei verhä ltnismässiq sicheren Temperaturen. Als Weikstoff kann /.ß. rostfreier Stahl benutzt werden . Der Schweisswul.iL 19 an dt_n Enden 11 und 12 lässt sich zum öffnen des Gehäuses eintach entfernen. ι

Der Hauptbauteil des Gerätes ist ein Düsenblock 20, der bei diesem Ausf ührungsbe ispi el im wesentlichen zylindrisch ist und im wesentlichen zwei veisehieuene Durchmesser aufweist, die den beiden inneren Durchmessern des Gehäuses 10 angepasst sind. Eine in Umfangsrichtunq verlaufende Aussparung 21 hinterlässt zwei in Umfangsrichtung verlaufende Aul layer 22 mit genauem Durchmesser zum Ausrichten des . Düsenblockes 20 in dem Gehäuse 10. Der Düsenblock 20 hat eine Haupfumfnngsnut 23, die v.sammen mit dem Gehäuse 10 eine Verteilerkammer 24 bildet, welche da.·· Fluid unter Druck au_s einer Fluideinlassöff- j nung 25 enthält, die m eine Wand der Ringnut 23 eingearbeitet ist.' Die Ringnut 23 hat f-r·-- Schulter, welche mit der inneren Wand der

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.'»■Im I t «Μ IJ zusammengewirkt, um den Düsenblock 20 in dem Gehäuse .il./ii.-.i iit/.on. IVr Düsenblock 20 ist mit. mehreren Bohrungen versehen, weJrhe Leituntjon 2f> bilden zur ZuI üh tuny des Fluides unter Druck aus dom Verteiler ?4 in eine Ein lassk.immer 27, welche sich zwischen dem Düsenbloek 22 und dem Deckel 16 befindet. Der Düsenblock 20 hat eine Düse 28, durch welche eine Strömung oder ein Fluidstrahl (üblicherweise? ein inertes Gas, wie z.B. Helium) nach links in eine Strahlk.immei 29 strömt, die als axiale Bohrung in dem Düsenblock 20 ausijobi idot ist. In der Nähe der Düse 22 befinden sich meherere (z.B. 4 oder mehr) Bohrungen 30, durch welche Fluidströmungen in die Kammer eintreten, welche eine Fluidumhüllung,oder einen Vorhang, um den aus der Düse 28 austretenden Strahl bilden, damit Oberflächeneinwirkumjen des strömenden Fluides des Strahles herabgesetzt werden.

Der Düsenblock 20 hat vier isolierte Durchführungsklammen 31 bis .T»-cU» dieser Klammen (siehe Fig. 2) hat einen Glasisolator 35, der /wischen die Klemme und eine metallische Traghülse 36 eingegossen ist. Die Traghülse 36 ist vorgesehen damit man die Klemme einfach in Jen Düsenblock 20 einführen kann und an demselben, z.B. mittels eines Klebemittels, festkleben kann. Der Düsenblock 20 hat eine Hülse 37 mit einer inneren Bohrung 38, ein Drahtdurchfuhrungsloch und mehrere eingefräste Schlitze 40 bis 43, welche zur Durchführung von mähten oder zum Einsetzen eines Aust ichtschlüssels dienen, wie noch später boschrieben wird. Die Hülse 37 hat ausserdem eine EinkerbiiiHj 84 (siehe Fig.l) zur Aufnahme eines Vorsprunges 78, wie ebenialJs noch später beschrieben wird.

Det Düsenblock 20 hat eine genau bearbeitete Versenkbohrung 45, die qenau die gleiche Achse hat als die Düse 28. Die Versenkbohrung 45 dient zur Aufnahme eines Messstopfen 50 zur Herstellung einer unitären D'usenbiockvorrrichtung für die genaue Ausrichtung der Düse und der Messelemente in der Strahlkammer 29. Der Messstopfen hat mehrere' Aus Lassbohrungen 51,durch welche das Fluid aus der Strahlkammer 29 in die Auslasskammer 56 (siehe Fig.2) entweichen kann,welche sich in der Hülse 37 befindet.

Die Messelemente des fluidischen Winkeioeschwindigkeitsmessgerätes nach der Erfindung sind zwei temperaturempfindliche Widerstände, δ.ti. feine Wolframdrähte 53, 54, welche metallurgisch bei 55 an, Kovar-

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stäben 5(.,^r)7 be/, iehuncjswei ho 58, üy befestigt, sind. Die Kovarstäbe ! !S(> bis '>') ti I ml in dem Messstopten 50 befestigt und durch Glashülsein (!•'iij. A) i sol U'it. Die Messeleinen te sind durch Drähte (vorzugsweise isoliiMlo Dr.'iliit!, wie z.H. bl) an die Ourchführungsklemmen 31 bis ,34 aiiqeschlubstin. uiese Drähte (z.B. 61) sind an den Kovarstäben 59 j festgelötet und sie werden durch eine Epoxydmasse 61 festgehalten, wie noch späti-i .lusführl icher beschrieben wird. j

Es ist eine Pumpe 70 vorgesehen, die ein piezoelektrisches Doppelplattenkristai I 71 mit· einer Pumpenöffnung 72 aufweist. Das Doppelplattenkristall ist durch ein Klebemittel an einem Tragflansch 73 einer biegsamen Kristalltraghülse 74 festgeklebt, die einen weiter an in entgegengesetzter Richtung weisenden Tragflansch 75 aufweist, der sich in der Bohrung 38 des Düsenblockes 20 abstützt. Wie in dep US Patentschrift 3,587,328 beschrieben ist wird durch Zuführung eihes Wechselstromes an die gegenüberliegenden Selten des piezoelektrischen Doppelplattenkristalles 70 derselbe in Schwingung versetzt, um starke Druckscliwunkungen in einer Kammer 76 zu erzeugen, welche sich im Inneren der flexiblen Kristalltraghülse 74 befindet. Die Druckschwimkungen setzen sich durch die Pumpenöffnung 7 3 fort und erzeugen eine Druckkonzentration in der Auslasskammer 52, wodurch das Fluid untef Druck durch die' Fiuideinlassöffnung 25 in die Verteilerkammer 24 gepumpt wird. Auf diese Weise gelangt das Fluid unter Druck durch die Leitungen 26 in die Einlasskammer 27 zur Speisung der Düse 28 und der Bohrunijen JO.

Ein Amboss 80 lieqt an dem Tragflansch 25 der flexiblen Kristal1traghülse 74 an. Der Amboss 80 hat eine ausreichende Dicke, um den starken Iiruckschwankungen zu widerstehen, welche in der Pumpenkammer 7t auftreten, die sich zwischen dem Amboss 80 und dem Kristall 71 der Pumpe 70 befindet. Der Amboss hat eine Drahtdurchführungsbohrung 8i zur Durchίühiung eines Leitungsdrahtes, der an das Kristall 71 anzuschliessen ist., wie noch im späteren beschrieben wird. Der Amboss 80 hat auch mohrore cingefräste Drahtdurchführungsnuten 82 bis 85,ι weiche als Verlängerung der eingefrästen Nuten 40 bis 43 des Düsen*

t blockes 20 dienen. Der Amboss 80 hat dchliesslich einen Ansatz 86, der zum Ausrichten einer kegelstumpfförmigen Feder 88 dient. Die ^: Pumpe 70 un.1 der Amboss 80 dienen somit als Pumpvorrichtung. ;

L>i<; kegelstumpf ff'-'-mi'je Feder 88 wird durch eine ringförmige Spann-»

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mut tor' ^{)0 belastet, welche in das innere Gewinde 58 des Gehäuses einzuHchiaubon ist, und dutch einen Schlüssel angezogen werden kann, der in Löcher 'J 2 eingreifen kann. Die kegelstumpf förmige Feder 88 dient zur Übertragung eines hohen Druckes auf den Amboss 80 durch die Spannmuttor 90, um den Amboss und die Pumpe fest gegen den Düsenblock zu kii-mmen, sogar falls die Ausrichtung zwischen dem inneren Gewinde 1!} und der Schulter 13 ungenau ist, wodurch andernfalls ein einsoiriqer Druck auf die Gerätebauteile ausgeübt werden könnte. Die Spannmutter 90 und die kegelstumpfförmige Feder 88 dienen somit als Spannvorrichtung, um die Gerätebauteile in dem Gehäuse festzuklemmen.

Das Gehäuse 10 kann an dem Zugangsende 11 vollständig abgedichtet sein mittels eines geeigneten metallischen Deckels, z.B. einer Platte 94 mit qlasisolierten Klemmen. Diese Platte 94 hat einen Schweissiand 95, um dieselbe durch eine Schweissraupe 19 an dem Schweissjand 18 des Gehäuses 10 zu befestigen. Zur Herstellung der Schweissverbindung ist nur eine minimale Schweisswärme erforderlich, da die beiden .Schwoi ssränder einegeringeie Masse haben als die gesamte Dicke dos Gehäuses oder dor Platte. Die Schweissraupe kann man auch einfach ontfotnen, dann L man das Gehäuse 10 zur Reperatur wieder öffnen kann. Diο ΓΙ art.» 94 hat mehrere isolierte Durchführungskiemmen ')b. Jode diosei Klammen besteht aus einem Leitungsstück das durch rine «ilashülse 47 ge<jen die Platte 94 isoliert ist. Es ist auch ein Füllrohr 98 vorgesehen, das auch in der Platte 94 durch eine Glashülse 99 isoliert ist.Eine solche Isolierung des Rohres 93 ist iedoch nicht immer erforderlich. Das Füllrohr 98 ist an sich bekannt und dient zum Füllen eines fertigen Messgerätes nach der Erfindung mit einem inerten Gas, wie z.B. Helium. Nach dem Füllen wird das Rohr in einfacher Weise abgedichtet. Vorzugsweise besteht das Rohr 98 aus einem geeigneten Werkstoff, wie z.B. Silber, damit gleichzeitig beim Abtrennen des Rohres (siehe Fig.2) die Rohrwände durch Kompression zu verschweissen sind. Man kann auch zusätzlich zu dem Κοηιρτ essionsverschweissen der Rorhrwände auch noch das Rohr zulöten, um eine einwandfreie Abdichtung während der gesamten Lagerzeit und Betriebsdauer des Gerätes zu gewährleisten.

Die Fi<j. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel dei Erfindung wobei die Bauteile des Getätes in ihrer richtigen Lage eingezeichnet sind.

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Uezu'jiiwi.ki :: L. ι η 11«■ K)I, 102 s i rul in dut Hauptringnut 23 des Dü-> ri< rib t ockes Ι) i)i'it.'iit iqt. liioiio W i del stände sind an der linken Wand I:i ι«.·Ικ.' 1·' ϊvj. !) lei Nut .M durch ein Epoxydharz oder ein anderes K I t:l)cini LU-I in; ι ist .jek Iobt . I) i ο Bezuqswiderstände 101, 102 sind .in i!ie feinen Wo ι11amdiähte '> 3, 51 angeschlossen, die als temperat ui empi hui 1 iche Messelemente in einet bekannten Brückenschaltung \ dienen, welche zut genauen Messung des Unterschiedes der Wolfram- j draht widerstände dient, um eine Anzeige für die gemessene Winkel- j geschwindigkeit zu »-rhaltcn, wie noch später beschrieben wird. Die j Brückeiischultuiu) doi. Winkelqesrhwindigkeitsmessgerätee ist aus den I Figuren 3 und 4 ersichtlich. Elektrische Leitungen führen von den Wo I f L iriklt ähten ^[> 3, 54 und den Uezugswiderständen 101, 102 zu den j isolierten Duivhfühi unqsk lominen 31 bis 34. Ein Ende des Wolframdrahjros 5 1 ist durch einen isolierten Draht 106 an die Durchführungs- ' klenuno 33 anqcschlossen, die seinerseits durch einen isolierten Draht 107 an ein F.iule rU-s Wolframdrahtes 54 angeschlossen ist. Damit bildet die Klemme Π einen der Nullpunkte der Brückenschaltung. ru.-ide Widerstünde 101, 102 sind an die Durchführungsklemme 31 angeschlossen, welche dementsprechend den anderen Nullpunkt der Drückeasrhaltunq bildet. Zwei isolierte Drähte 108, 109 sind durch den einqi-f rasten :*chlit./ 11 in der Hülse 37 und den eingefrästen Schlitz 83 lh dem Amboss f.ο ic'.iilu t zum Anschluss der Nullpunkfe 31, 33 über zuqeordnt'Lc l>ui. 1.1 ütn un.|: k 1 emnien 96 der Platte 94 (die Verbindung mit di.'uen Durr-ht iihrunqsr·. li.-jumon ist in dar Fiq. 3 durch die Spannmutter verdeckt) in ino Mfs^V" >rr i chtung (z.U. einen Verstärker), die sich aiisserhalb ilt...· 'Uiäti- !«findet, um ein elektrisches Signal in Abhänqiqkeit der qemetii-.ent π WLnkelqes>.hwi ndigkei t zu erzeugen. Dieser AuLbau der Rri'ic-kr«n«ch I at tincj ist bekannt aus den erwähnten US Patentschriiten. ijac -.icqeni'ibor 1 ieqenden Enden der Wolframdrähte 53,54 sind durch isolierte Drähte 110 beziehungsweise 111 an zugeordnete Durcht uhr uri'jsk I enimen V2, 14 zusammen mit den gegenüberliegenden Enden der RezuqswLderstände 101, 102 angeschlossen. Die Durchführungsklemmen \2, M sind dementsprechend «lie Stromzuführungsstellen der Urückeni-jchaltung und rliestj Klemmen sind durch Drähte 112, 113, die durch die eingeträste Nut Ii in -1er Hülse 37 und die eingefräste Nut 85 in dem Amboss HO vet lau t en, .in zugeordnete Durchf ührungsklemme η 96 in der Platte 94 angeschlossen, zur Verbindung mit einer geeigneten Wephselstromque I Ie, ilio si'h aussorha lh des Gerätes befindet, wie in den oben erwähnten Ui: P ; 11 nt si-hri f ten beschrieben ist.

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!n.'iii«-"!typi-e<"lnMiil befindet sich di» «.ji -.^irnt t· HrUckenschal tung mit den Mt 'ssi'lementen S3, 54 und den Hozuguw iderstiinden 101, 102 vollständi«i innerhalb des derates , so da ms Vei änderungen (Abmessung, Länge und 'l'eiupei .it tu e i.jeiisclicjf ten) der l.e i tungsdrähte und Anschlussstellen an die Platte M4 die Nullung der Hi ückenschaltung nicht beeinflussen, im Gegnsatz zu «lon bekannten Winkelgeschwindigkeitsmessgeräten.

i'iUin Antiiob der Pumpe 70 sind zwei Drähte 114, 115 an gegenüberliegende Seiten des Kristalles 71 festgelötet, damit dadurch nur eine minimale Dämpfung der Schwingungen des Kristalles71 hervorgerufen wird. Der Draht 114 ist durch die Öffnung 81 in dem Amboss 80 geführt, und (siehe Fig. 3) die öffnung 81 ist derart gemessen, dass sie durch den isolierten Draht 114 im wesentlichen vollständig verschlossen wird, um ein Lecken des pulsierenden Gases aus der Pumpenkammer 76 zu vermeiden. In ähnlicher Weise ist der Draht 115 durch die Bohrung 39 der Hülse 37 geführt. Die Bohrung 39 ist derart bemessen, dass auch sie durch den Draht 115 im wesentlichen vollständig verschlossen wird, um ein Lecken des fidscK unter Druck aus der Verteilerkammer 24 in die Auslasskammet 52 *:u vermeiden. Der Diaht 115 verläuft durch die Nut 40 in der Hülse 37 und durch die Nut 82

in dem Amboss riii und führt suhl i eesl ich in die Verdrahtungskammer , wi-li-hf sich in dor Spannmut tor 90 befindet, zum Anschluss an eine ilei burchführungsk leinenen 06. Wie .uis den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist sind keine Drähte durch die Nut 42 gelegt. Falls erwünscht kann zur Vereinfachung des Zusammenbaues des Gerätes, und insbesondere zur Ausrichtung der DLÜhte 108,109, 112, 113 und 115 in den Nuten der Hülse 37 und des Ambosses 80 ein Schlüssel in die Nut 4 2 der Hülse 37 und in die Nut 84 des Ambosses 80 eingesetzt werden, um den Amboss 80 richtig in Bezug auf den Düsenblock 20 auszurichten. Diese Ausrichtung sowie die Ausrichtung der Pumpenöffnung 72 mit der Einlassöffnung 25 sind die einzigen Ausrichtungen, welche während dem Zusammenbau der Haupt teile des Gerätes in dem Gehäuse 10 vorzunehmen sind.

Die Drähte 106, 107 und 110, 111 , welche die Wolfranunessdrähte 5.3 mit den Klemmen 31 bis 34 verbinden werden durch Epoxydharzmassen 62 festgehalten. Die Diihte sind so verlegt, dass sie die freie Strömung des Gases durch die Auslassöffnungen51 (siehe Fig. 4) nicht beeinträchtigen. Die Drän te sind ausserdem gekrümmt zur Herabsetzung

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d<i :'·[κιιιη<ιη«]οη in Bezug auf die Kovarstäbe 56 bis 59, damit Temper a-Lm ι ·ι iiwi ι kunMt mi auf die Drähte keine Spannungen in den Stäben hervori iilfM können. DK: Epoxydharzniasson 62 sind in der Zeichnung sehr sauhi'i d.tr ijest rl LL . Die Form dieser Müsse ist jedoch nicht wesentlich unJ beddil keiner besonderen Derücksichtigung bei der Herstellung des Gerätes.

Eine unterschiedliche Kühlung der feinen Wolframdrähte 53, 54 durch den Strahl oder die Gasströmung aus der Düse 28 bewirkt Widerstandsveränderungen, welche gemessen werden, um die gemessene Winkelgeschwin digkeit anzuzeigen, in Folge der Lage der Drähte bei diesem Ausfühi umjsbcLspiel ist die Messebene des Gerätes um 45 Grad geneigt, wie in Fiq. 4 dargestellt ist, und sie verläuft von oben linkr. nach unten rechts. Die Messebene ist dabei senkrecht in Bezug auf die Zeichenebene. Die Ausrichtung des Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes, so dass die Messebene richtig eingestellt ist erhält man durch die liefest iqunq dor. W inkelgeschwind igkeitsmessgera tes durch die übliche Dof oat igung deü Gerätes an einer Tragvorrichtung oder dergleichen, wobei diese Tr iqvorrichtung die Stromquelle sowie auch den Messverstärker tragen kann. Es ist üblich solche Winkelgeschwindigkeitsmessqc-iäLe in L)M 11 ■ rq ruppen anzuordnen, um Winkelgeschwindigkeiten in eitel verschiedenen Ebenen zu messen. Eine solche Gruppierung der Wi nk<-l<if?s<hv/i tid ι >ikeit smessgeräte ist bekannt und nicht Bestandteil der vor!legenden Erfindung.

Nachdem in der vorherigen Beschreibung die Bauteile des Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes ausführlich beschrieben wurden, sind nun die Vorteile des Gerätes leicht erkennbar. Ein erster, wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Gerät zur Reparation auseinander qohaut werden kann, entweder bei seiner Herstellung während der Ausrichtung, oder nach dem Gebrauch. Dies ist möglich in Folge der Spannmutter 90 weicht* die inneren Bauteile gegeneinander drück» und in Folge der einfachen Schweissraupe 19, welche das Gehäuse hermetisch abschliesst und verhältnismässig einiach an der Zugaiigsseite 11 zu entfernen ist. Die Spannmuttor 90 überträgt alle mechanische Kräfte, so dass die Schweissnaht 19 aussohliesslich zur hermetischen Abdichtung dient. Durch Abdrehen aui der Drehbank kann die Schweissraupe 19 an dem Zugangsende 11 entfernt werden und somit ist. das Innere des Gerätes zugänglich ohne Beschädigung der Platte

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oder des Gehäuses 10. Die Anwendung der Spannmutter 90 ist möglich durch die Benutzung der kegelstumpItörmigen Feder 88, um einen gleich massigen Druck auf den Amboss 80 auszuüben, und auch in Kolye der einfachen Bauweise mit; nur drei Haupth.iutcilen (Amboss 80, Pumpe und Messblockanoi ilnunq 20,50), welche in dem Gehäuse 10 zu befestigen sind. Die Benutzung der Spannmutter ist desweiteren möglich in Folge der Auflager 22 des Düsenblockes 20, wodurch jede seitliche Bewegung des Düsenblockes In dem Gehäuse 10 verhindert wird, so dass man kein Klebemittel benötigt,um diese drei Hauptbauteile in dem Gehäuse bei richtiger Ausrichtung in tezug aufeinander festzuhalten.

Ein zweiter haupvorteil der Erfindung, liegt in der Anordnung des Messstopfens 50 in dem Düsenblock 20, ohne jede Abstützung des Messstopfens 50 durch das Gehäuse oder durch andere Bauteile. Dadurch ist es möglich den Düsenblock 20 mit dem Messstopfen 50 auf einer geeigneten Testbank anzuordnen, und die Funktionsfähigkeit der Düse in bezug auf/voflstanditje Brückenschaltung ausserhalb des Gehäuses 10 zu testen durch Einleiten einer Heliumgasströmung durch die Düse 28 . Durch die besondere Befestigung der Bauteile im Inneren des Gehäuses 10, können alle Bauteile in dem Gehäuse 10 einschliesslich der Spannmutter 90 angeordnet werden _uid man kann das Gerät testen vor dem Verschweissen des Gehäuses zur Herstellung der hermetischen Abdichtung.

Ein andere wichtiger Vorteil der Erfindung ist durch die Befestigung der Bezugswiderstände 101 und 102 an demselben Bauteil als die Messelemente 53,54 bedingt. Dadurch sind keine Lötstellen in der Brückenschaltung erforderlich und die Längen der Drähte zwischen den Bauteilen der Brückenschaltung werden wesentlich herabgesetzt. Auf diese Weise erreicht man,dass sämtliche Unterschiede in der Verdrahtung des Winkelgeschwindigkeitsmessers steh nicht in der Brückenschaltung, sondern ausserhalb derselben befinden. Dies ermöglicht ein Testen der gesamten Brückenschaltung bevor ein Teil derselben (Messwiderstände) in dem Gehäuse hermetisch eingeschlossen wird.

Entsprechend einem weiteren Hauptvorteil der Erfindung erreicht man die sehr kritische Aufrichtung der Bauteile des Winkelgeschwindigkeitsmessgerätes durch starre Befestigung der Messelemente 53.54 an dem Messstopfen 50 und durch genaues Einpassen und Befestigen

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dt-s ?Κ·-.ϊ.-.ι .»(>r > a λ in die genau bi-.irbei tete Versenkbohrung 45, die «Mm jiisifi. lit'iiili· hänge aufweist zum Aufnehmen der gesainten Mess-

ι·η.moi <lnuiK| ^r)U. Dies unterscheidet sich von den bekannten i*i!.ruii-i< ii, wobei d LeMessstopf enanordnuny 50, die Düsenkammer und dii- niuif 28 nicht nut drei einzelne Teile sind, sondern auch noch lowt'ilrt /um Teil durch andere Bauteile festgehalten und einzeln an verhältnismässig kleinen Flächen durch Verklebung befestigt sind. Dtulurrh ist bei den bekannten Geräten die Ausrichtung nicht tür eine w^nontIiche Lebensdauer gewährleistet und die bekannten Geräte sind sehr empfindlich gegen Stösse und Belastungen des Gehäuses durch Temperaturänderungen. Sogar falls man das Düsenende des Düsenblockes 20 an dem Block verschrauben würde könnte man trotzdem die Düse, die Messelemente und die Kammer zusammenbauen ohne Abstützung durch das Gehäuse oder durch andere innere Bauteile und man könnte diese Unteranordnung in beschriebener Weise vor dem Einbauen Ln das Gehäuse 10 auf Funktionsfähigkeit prüfen.

Das erfinduiKjyemässe Gerät ist auch noch vorteilhaft da man die Ausrichtung der Messstopfenanordnung 50 in bezug auf die Düse 28 erreicht unter sorgfältiger Ausrichtung der Düsenachse in bezug auf die gesamte Länge des Düsenblockes 20. In anderen Worten, da die Düse in dem Düsenblock 20 ausgebildet ist, besteht keine Möglichkeit für eine gelinge Neigung der Düse in bezug auf die Achse der Düsenkammer 20 , wodurch eine wesentliche seitliche Verlagerung rlt!i Hauptströmung oder des Strahles bedingt wäre bei Erreichen der Messstopfenanordnung. Im Gegensatz, durch Befestigen der Messstop fenanordnung in dem Düsenblock (anstelle der Herstellung des Messstopfens als Teil des Düsenblocker.) erhält man nicht die gleichen Fehlerquellen , da eine schlechte Ausrichtung sich nicht längs der Länge des Düsenblockes 20 verstärkt, wie vorher in bezug auf die Düse beschrieben wurde).

709835/0683 BADÖFUGtNÄL

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Leerseite

Claims (4)

United Technologies Corp. PATthYANWÄLTB Hartford, Conn. MiNC^G & PRAHL V . St . Λ . Erherdrttr. 18 D-8000 MOnehtn B 5SlMuSt5J..526 „,.,,,,,^,,„„^ ' ' · ^fQ£^ 5 iM J J Kl mi.Ji in-hus Wi nke lqeschwj ndiykei tsmessger at mit einem it *1< I ich! t:t uii, Odsgel ü 1 11 en iimeren Gehäuse und mit inneren Bauteilen bestehend .ms c i nci Oür.e, oinor Pumpe zum Fördern des Gases un-'i niiu'k zu der Düse zur Ki zeununq einer Gasströmung längs einer und .ulis.· in einer Kunuiiei, /teniperaturempf Indl lehm Messelementen, welche Ui iloi Kammer in dem St römumiswey eingeordnet sind zur unterschied-I ii-hm Knhlun-j dutch die St t öiiiung ta 11 s das Gerät eine Winkelbewejnil«..) in einer Messebene erfährt, dadurch gekennzelchnetrdass das tieiiäuse in der Nähe eines ersten Endes ein inneres Gewinde aufweist, Mtul .l.iss eine Spannmutter in das Gewinde eingeschraubt ist und einen !•iiick. gegen die inneren Bauteile zum Festklemmen derselben in dem ι ithäuse ausübt. AhS[ItUCh 2. Winke !geschwindigke it smessgerät nach Anspruch 1 , dadurch ^!kennzeichnet, dass eine kegeI stumpfförmtge Feder zwischen der Spann- und den inneren Bauteilen des Gerätes vorgesehen ist. Anspruch 5. Winkelgeschwindigkeitsmessgerät nach Anspruch I, dadurch flt-kennzeichnet, dass die Düse einteilig mit der Kammer in einer der W'indo derselben ausgebildet ist. .-.tüipi ueh 4. Winke !geschwind igke i tsmeasgerät nach Anspruch 3, d;u1uich .(eKt-Minze ichnt-t, d.is.s die temporaturempf indliehen Messelemente an einer 'v»nd .lr>r Kammer befestigt sind und dass die Düse, die Kammer und die [■!.■iiiji'lomontc einen unitären Bauteil der inneren Bauteile des Gerätes Anspruch S. Winkelgeschwindiqkeitsmessycrät nach Anspruch i, dadurch •|i'ki'nnzt> i clmet, dass die Düse, die Kammer und die Messelemente eine uiutTu u Untei anordnung bilden. Anspruch b. Wi nke !geschwind iqkei tsmessgeräl nach Anspruch rj, daduLch • lekennztiichrif f, ί >ss die unitäie Unteranordnunq in dem Gehäuse am /ι · i t ti Leu voi. .lei ι eisten Knde entfernt ang»jordnet ist als alle anderer iiitieten 15.»uti;ile Ie^ Gerätes, dass die Pumpe zwischen der unitären Utii-or.inordnun.j ir 1 ler Spanninutter vorgesehen ist, und dass die Spann-■liiitf.M die rumpc est gt'.ien die unitäre Unteranordnung und elemental t eichend dit sc:h: jeqen das Gefiäuse drUckt. BAD ORIGINAL Anspruch /. Wi like I geschw intl i qko j t smessgerät nach Anspruch 6, dadurch qr-kennze ii'hnei , du;.; das Ct'häui-.c und die unitäre UnLeranordnung zusammenwirkende :<ehultern aufweisen, um die unitäre Unteranordnung gegen das Gehäuse unter dem durch die Spannmutter auf die Pumpe ausgeübten Druck ft.-st zuleijon. AriüpL uch 8. Wi nk«_ !.geschwind j gke i t ^messgerät nach Anspruch Γ>, dadurch gekennze lehnet, dass die i'umpe eine Membran aufweist, die an einer ringförmigen Traghülse befestigt ist, und mJ t einem starren Amboss ve L tie hen ist zui Bildung einer Pumpen kammer mittels der r Lnyf örinigen Traghülse, dass der Amboss einerseits an der kegelstumpfförmigen Feder und andererseits an der ringförmigen Traghülse anliegt und dass die ringförmige Traghülse mit der unitaren Unteranordnung in Berüh rung ist. Anspruch 9. Winkelqeschwindtgkeitsmessgerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass day Gehäuse eine hermetische Abdichtung an dem einen Ende des Gehäuses aufweist, wobei diese hermetische Abdichtung ei non metallischen Deckel umfasst, der an dem Gehäuse gasdicht festqesehweisst "ist zum Abdichten der inneren Bauteile des Gerätes und der Spannmut te ι im Inneren des Gehäuses. Anspruch 10. Winkel geschwind igke Lt sinessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daas der metallische Deckel eine Platte mit glasisolierten Durchführungsklemm>;-n ist zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Äusseren des abgedichteten Gehäuses und den inneren Gerätebauteilen. Anspruch 11. Fluidisches Winkelgeschwingigkeitsmessgerät mit einem abgedichteten, gasgefüllten Gehäuse, und mit inneren Gerätebauteilen bestehend aus einer Düse, einer Pumpe zum Fördern des Gases unter I)X uek /u der uiise ziu Erzeugung einer Gasströmung längs einer Achse in einer Kamme/, und temperaturempfindlichen Messelementen einer Brückonschaltiing, die sich in der Kammer in dem Gasströmungsweg befinden für eine unterschiedliche Kühlung durch die Gasströmung falls das Messgerät eine Winkelbewegung in einer Messebene erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung zwei Bezugswiderstände aufweist, die in dem Gehäuse in der Nähe der tempera tür eiop f ind liehen Messelemente angeordnet, sind und unmittelbar an dieselben angeschlos- 709835/0683 se η si ηι I. Anspriuh 12. Winkelyeschwindigkeitsniessgerät nach Anspruch 11 , dadurcl· >jekennzeichnetrdass die Düse, die Kammer und die Messelemente eine unitäre leiteranordnung bilden, und dass die Unteranordnung eine Ringnut mifwtist, die mit einer Wand versehen ist anvelcher din BezuyswitiersLände befestigt sind. Anspruch 13. Fluidisches Winkelgeschwindigkcitamessgerät mit einem abgedichteten, gasgefüllten Gehäuse und mit inneren Bauteilen bestehend aus einer Düse, einer Pumpe zum Fördern des Gases unter Druck zu der Düse zur Erzeugung einer Gasströmung längs einer Achse in einer Kammer, und temperaturempfindlichen Messelementen in der Kammer in dem Strömungsweg des Gases zur unterschiedlichen Kühlung durch die Gasströmung falls das Gerät eine Winkelbewegung in einer Messebene erfährt, dadurch gekennzeichnet,dass die Düse, die Kammer »im] die Messelemente eine unitäre Unteranordnung bilden, und dass eine sich an dem Gehäuse abstützende Spannvorrichtung vorgesehen ist, um einen Druck auf die Unteranordnung auszuüben, und sie in dem ilohäu.st» festzuklemmen. Aiu.t^i u.-h 14. Winkelgeschwind iqkei tsniessgerät nach Αηκριueh IJ, dadurcl: (ickciin.'i1 lehnet, dass das f.ehäuse ein Innengewinde hat , und die Spannvor t i ,t:t iiinj eine Spannmuttef ist, und dass eine kegel stumpf förmiqe Feder sich zwischen der Spannmutter und der Unteranordminy befindet. Anspruch 15. Winkelgeschwindigkeitsmessgerät nach Anspruch 13, dadurch qekonnzeichnetrdass die Düse einteilig mit dem Gehäuse in einer der Wände desselben ausgebildet ist. Anspruch 16. Verfahren zur Herstellung eines fluidischen Winkelgesrhwindiqkeitsmessgerätes mit einem abgedichteten, gasgetüllten Ge l.äuse und mit inneren Bauteilen bestehend aus einer Düse,einer Pumpe zum Fördern des Gases unter Druck zu der Düse zur Erzeugung einer Gasströmung längs einer Achse in einem Gehäuse, und tempeiaturempfindlichen Messelementen einer Brückenschaltung, welche in dem Gehäuse in dem Gaströmungsweg angeordnet sind zur unterschiedlichen Kühlung durch die Gasströmung falls das Messgerät eine Winkelbewequnq in einer Messebene erfährt, gekennzeichnet durch :

1. Herstellen einer unitären Unteianordnung bestehend aus der Düse, dei K.iinmer und den Messelementen,

2. einführen der Unteranordnung in das Gehäuse,

3. ausüben einer Kraft auf die Unteranordnung in bezug auf das Gehäuse zum Festklemmen der Unteranordnung in dem Gehäuse, und

4. hermetisches Abdichten des Gehäuses.

Anspruch 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dajss zwischen dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt die Unteranordnung auf einer Testbank auf Funktionsfähigkeit geprüft wird durch Einleiten einer Gasströmung durch die Düse.

Anspruch 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum hermetischen Abdichten des Gehäuses ein offenes Ende des Gehäuses mit einem genau einzusetzenden, metallischen Deckel verschlossen wird und dass ein Schweissrand des Deckels mit dem Gehäuse durch eine dünne Schweissraupe verbunden wird.

Anspruch 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Schweissraupe entfernt wird und Her Deckel aus dem Gehäuse herauaqenommen wird, damit die innere Gerätebauteile freigelegt werden.

Anspruch 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausüben einer Kraft auf die Unteranordnung in bezug auf das Gehäuse eine Pumpe in das Gehäuse eingeführt und zur Kraftübertragung gegen die Unteranordnung gelegt wird, und dass die Kraft auf die Pumpe ausgeübt wird.

Anspruch 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem dritten und dem vierten Verfahrens-Bchritt die Funktionsfähigkeit der Pumpe in Verbindung mit der Unteranordnung überprüft wird. ^:

Anspruch 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch ' gekennzeichnet, dass zur Durchführung des ersten Verfahrensschrittet eine unitäre Unteranordnung bestehend aus der Düse, der Kammer, den Hesselementen und aus zwei Bezugswiderständen hergestellt wird, weif ehe elektrisch mit den Nesselementen in der Brückenschaltung vetbun*

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don werden.

Anspruch 2J. Wi fahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen dem eisten und dem zweiten Verfahrensschritt die Anordnung auf einer Testbank auf Funktionsfähiykeit gepiüft wird durch Einleiten einer Gasströmung durch die Düse, um den Einfluss der Düse auf die Brückenschaltung vor dem Einführen in das Gehäuse zu überprüfen.

Anspruch 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen dem dritten und dem vierten Verfahrensschritt die f'unktionsfähigkeit der Pumpe in Kombination mit der Unteranordnung vor dem hermetischen Verschließen des Gehäuses überprüft wird.

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