DE274978C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 274978 KLASSE 42 o. GRUPPE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen von Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Wegen, bei der die durch die Bewegung des zu kontrollierenden Fahrzeuges entstehenden Beschleunigungen und Verzögerungen, gleichviel, ob sie durch die inneren Triebkräfte des Fahrzeuges oder die Einflüsse des umgebenden Mediums verursacht sind, nach den in Betracht kommenden Hauptrichtungen gemessen und nach der Zeit integriert werden.

Durch das Patent 179477 ist eine Einrichtung bekannt geworden, bei der die durch Beschleunigungskräfte erzeugten Ausschläge einer unter Federwirkung stehenden Masse mit Hilfe eines durch ein Zeitwerk betätigten Diskusgetriebes so integriert werden, daß eine Anzeigevorrichtung die momentane Geschwindigkeit angibt, bei der ferner die entstehenden Geschwindigkeitsausschläge derart integriert werden, daß eine zweite Anzeigevorrichtung die zurückgelegten Wege anzeigt.

Da Meßeinrichtungen dieser Art im wesentlichen zur Bestimmung der Bewegungsvorgänge von frei beweglichen Fahrzeugen, z. B. Schiffen, Unterseebooten oder Luftfahrzeugen, in Betracht kommen, deren Lage zur "Horizontalen und zum Meridian fortwährend wechselt, so muß für den Meßapparat oder mehrere zusammen arbeitende ein Stützkörper vorhanden sein, der stets eine bekannte Lage im Räume beibehält. Die im Patent 179477 ^vor~ geschlagene Vorrichtung eines im Schwerpunkt kardanisch aufgehängten, mit drei zueinander senkrecht stehenden Kreiseln verbundenen Körpers genügt dazu nicht. Denn ein freier Kreisel sucht sich parallel der Erdachse einzustellen, und mehrere im Winkel zueinander fest verbundene Kreisel müssen eine der Erdachse parallele, resultierende Richtung anzeigen, um die herum rotierend das Kreiselsystem noch unendlich viele Lagen einnehmen kann. In ähnlicher Weise würde auch durch ein System zweier oder mehrerer Magnetkompasse stets nur die Richtung zum magnetisehen Pol angezeigt.

Nach der vorliegenden Erfindung werden daher mindestens zwei verschiedenartige Richtungsweiser mit dem Stützkörper der Meßapparate verbunden, also z. B. ein Kreiselkompaß und ein Magnetkompaß, die durch zwei verschiedene Richtungen eine Ebene und in dieser jede Richtung eindeutig bestimmen. Die Einwirkung auf den Stützkörper kann bei genügend starken Richtungsweisern unmittelbar erfolgen; im allgemeinen wird es sich aber empfehlen, die Übertragung mittelbar durch Einschalten von Hilfskräften vorzunehmen.

Eine sehr einfache richtunggebende Einrichtung ist nun eine pendelartig aufgehängte, vor äußeren Einflüssen geschützte Masse, die die Richtung zum Erdmittelpunkt angibt, wenn keine Beschleunigungskräfte auf sie einwirken, oder wenn es gelingt, den Einfluß derselben zu kompensieren. Dies ist möglich, wenn man die Masse sehr nahe über ihrem Schwerpunkt aufhängt, so daß die Beschleunigungskräfte an ihr erheblich langsamere Bewegungen hervorrufen als an dem eigentlichen Meßkörper. Es entstehen dann relative Verschiebungen beider Körper, die für die Aus-

gleichung der Beschleunigung nutzbar gemacht werden können. Am zweckmäßigsten werden durch die gegenseitige Verschiebung Kräfte eingeschaltet, welche die Wirkung der Beschleunigungskräfte auf die langsam ausschwingende Masse ausgleichen, ehe merkbare Bewegungen derselben eintreten, so daß dieselbe dauernd die Vertikallage beibehält.
In dem Patent 179477 ^ die beschleunigte Masse der eigentlichen Meßeinrichtung unmittelbar mit dem einen Gliede der Integrationsvorrichtung verbunden und verstellt dasselbe entsprechend ihren Ausschlägen. Natürlich ist diese Anordnung auch bei Verwendung eines Stützkörpers entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich.

Zweckmäßiger erscheint es aber, von der unmittelbaren Kupplung abzusehen und vielmehr durch die Ausschläge der beschleunigten Masse ein Hilfsgetriebe beliebiger Art einzuschalten, das durch Gewichts-, Feder- oder andere Kräfte das Gleichgewicht mit der Beschleunigungskraft herstellt und zugleich das eine Glied der Integrationseinrichtung betätigt.

Das Hilfsgetriebe wird im Moment der Erlangung des Gleichgewichts wieder ausgeschaltet, die Wege des Hilfsgetriebes bis zu seiner Ausschaltung stehen in bekanntem Verhältnis zur Beschleunigungskraft, können also ihrerseits als Maß derselben dienen. Der Hauptvorteil dieser Anordnung ist der, daß die Ausschläge der beschleunigten Masse —■ »des Meßkörpers« — sehr klein sein können, so daß die Arbeitsaufnahme desselben, bzw. der Stützfedern, infolge der Beschleunigungskräfte gleichfalls sehr gering ist und die Veranlassung zu starken Schwingungen entfällt. Dagegen sind bei der bekannten direkten Kupplung des Meßkörpers mit dem einen Glied der Integrationsvorrichtung verhältnismäßig große Wege nötig, um genügend genaue Anzeigen zu erhalten; es wird dabei sehr schwer sein, eine Dämpfung anzuordnen, welche die durch die Beschleunigungskräfte auf Meßkörper und Federn übertragenen Arbeiten aufzehrt, ohne die Anzeigen in erheblichem Maße zu fälschen. Ferner gestattet die mittelbare Kupplung eine sehr bequeme Betätigung des im vorstehenden erwähnten Pendels zur Festlegung der Vertikalrichtung, wie im folgenden näher beschrieben wird.

Nun ist zwar durch das amerikanische Patent 928013 eine Einrichtung, Kabelwinden betreffend, bekannt geworden, bei der eine unter Federwirkung stehende Masse durch Beschleunigungskräfte zum Ausschlag gebracht wird und ein Hilfsgetriebe beeinflußt. Es handelt sich dabei aber um eine völlig andere Wirkung, da der Maschinenteil, von dem die Beschleunigung der unter Federwirkung stehenden Masse ausgeht, durch die von der Masse hervorgerufene Krafteinschaltung noch stärker beschleunigt wird. Von der Herstellung eines Gleichgewichts zur Beschleunigungskraft oder gar der Messung derselben durch die Einschaltung des Hilfsgetriebes ist dort keineswegs die Rede.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 1 und 2 die — nicht als neu beanspruchten — Integrationseinrichtungen angedeutet. Bei denselben werden die Diskusscheibe T bzw die gegenläufigen Kegelräder T_x und T₂ durch ein Zeitwerk dauernd angetrieben, während die infolge der Beschleunigungskräfte ausschwingenden Massen bzw. die durch dieselben eingeschalteten Hilfsgetriebe die Räder U auf der Integrationswelle parallel zu den Radien der Scheibe T bzw. den Seiten der Konusräder T₁, T₂ verschieben. Bei dieser Anordnung ergeben sich Umdrehungsgeschwindigkeiten der getriebenen Welle Z, die zu den momentanen Beschleunigungen in bekanntem Verhältnis stehen, und gesamte Umdrehungswinkel der Welle Z, die zum Zeitintegral der Beschleunigungen, also zur Geschwindigkeit, ebenfalls in bekanntem Verhältnis stehen. Die Anordnung des Meßkörpers und des Hilfsgetriebes für den Ausgleich der Beschleunigungen ist in beispielsweiser Ausführung in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, und zwar zeigen Fig. 3 und 4 eine Einrichtung zur Messung horizontaler Beschleunigungen nebst der Vorrichtung zur Kennzeichnung der Vertikalen, während Fig. 5 einen Apparat zur Messung vertikaler Beschleunigungen schematisch darstellt.

An einem Wagebalken A₁ (Fig. 3) sind zwei große Massen M₁ und M₂ befestigt, die mit allen darauf angeordneten Konstruktionsteilen vollständig ausbalanciert sind. Eine sehr kleine Zusatzmasse Af₃ verlegt den Schwerpunkt nur so weit unter den Unterstützungspunkt (Schneide B), daß die Wage ohne die Einwirkung anderer Kräfte genau die Horizontallage einnimmt, aber nur äußerst langsam schwingt. Auf dem Wagekörper ist ein kleiner, raschlaufender Motor E angebracht, der eine Schraubenspindel D verdreht. Der Motor ist umsteuerbar. Durch die Schraubenspindel wird ein Laufgewicht L₁ verschoben. Auf der Schneide!? von A₁ oder genau gleichachsig dazu ist ein zweiter Wagekörper A₂ angeordnet, der aber sehr leicht gebaut ist und nur eine im Verhältnis zu seinen sonstigen Massen schwere und tiefliegende Masse Af₄ besitzt, die aber gegenüber den Massen Af₁ und M₂ auch noch sehr klein ist. Auf einer Gleitschiene G ist an dem zweiten Wagebalken ein Laufgewicht L₂ angebracht, das das erste Laufgewicht L₁ durch Anschlagnasen umfaßt und von ihm mitverschoben wird. Ferner trägt jedes Ende des Wagebalkens eine

Kontaktvorrichtung, die aus einem dauernd geschlossenen Quecksilberkontakt F₃, F₄ und einer in sehr kleinem Abstand von einer Stellschraube befindlichen Spitze F₁, F₂ besteht. Die Gegenkontakte (Quecksilbernäpfe Q₁, Q₂, Stellschrauben H₁, H₂) sind auf den Massen M₁ und M₂ des Wagebalkens A₁ angeordnet. Der rechte Kontakt bewirkt einen Stromschluß für die eine Drehrichtung des Motors E, der linke

ίο einen solchen in umgekehrter Richtung. Der Arbeitsgang ist folgender: Im Ruhezustand

' liegen beide Pendel vertikal, die Wagebalken horizontal; beide Kontakte sind offen. Im Moment einer Beschleunigung schlägt die MasseM"₄ kräftig aus, während die Masse M₃ die schweren Massen des Wagebalkens A₁ fast unmerkbar bewegt. Infolgedessen wird der eine Kontakt geschlossen, und der Motor E verstellt die Schraubenspindel D sehr schnell derart, daß das Laufgewicht L₂ die Beschleunigungskraft von M₄. L₁ die von M₈ kompensiert. In diesem Moment wird der Kontakt unterbrochen. Das sofortige Anhalten des mit möglichst kleinem Trägheitsmoment auszuführenden Motorankers wird nötigenfalls durch eine nicht dargestellte, durch dieselbe Kontaktvorrichtung zu bedienende Bremse bewirkt. Bei einer Verzögerung ergibt sich der entsprechende Vorgang in umgekehrter Richtung. Die Verschiebungsgröße des Laufgewichts L₂ aus der Mittellage ist den momentanen Beschleunigungen und Verzögerungen proportional. Daher kann die getriebene Scheibe U des Diskusgetriebes (vgl. Fig. 1 und 2) auf der Geschwindigkeitswelle direkt durch dies Laufgewicht oder proportional zu seinen Wegen verschoben werden. Der Hauptwagebalken A₁ mit den Massen M₁, M₂ wird durch die von M₃, M₄ herrührenden Beschleunigungskräfte nur unmerklich bewegt werden, da er zur Zurücldegung nennenswerter Wege erhebliche Zeit braucht und die Beschleunigungskräfte bereits in Bruchteilen einer Sekunde ausgeglichen werden. Der Wagebalken A₁ stellt infolgedessen einen zuverlässig in der Vertikallage erhaltenen Stützkörper dar.

Wie erwähnt, muß aber. außer dem die

Vertikale kennzeichnenden Pendel an dem Stützkörper mindestens noch eine zweite Vorrichtung anderer Art vorhanden sein, die die Meridianlage kennzeichnet. In Fig. 6 und 7 ist für diesen Zweck die Anwendung eines Magnetkompasses — an dessen Stelle natürlich ein Kreiselkompaß treten könnte — schematisch dargestellt, und es ist eine mittelbare Einstellung durch ein Hilfsgetriebe vorgesehen.

Die Grundplatte A ist mittels eines Rahmens B und der Schneidenpaare X₁, X₂, X₃, X_i kardanisch aufgehängt und trägt in einem kreisförmigen Ausschnitt ein Kugellager C, auf dem der in der Meridianlage zu erhaltende Tragkörper D für die Meßapparate gelagert ist. Im Innern von D schwingt die Magnetnadel H zwischen zwei Kontakten F₁ und F₂ derart, daß sie jeden derselben schon bei sehr kleinen Ausschlagwinkeln berührt. Ein dauernder Stromschluß wird durch einen in der Nadel befestigten, in einen Quecksilbernapf Q tauchenden Stift F₃ gebildet. Quer über D hinweg läuft eine von einem kleinen Elektromotor E dauernd betriebene, auf der Grundplatte A gelagerte Welle. Dieselbe trägt zwei konische Reibräder G₁ und G₂. und einen zwischen zwei Elektromagneten P₁ und P₂ liegenden zylindrischen Eisenkern K. Der eine Wicklungspol von P₁ und P₂ ist über die Stromquelle hinweg mittels eines Schleifringes S₃ und der Bürste R₃ dauernd an den Quecksilberkontakt F₃ angeschlossen, der andere Pol wiederum mittels eines Schleifringes S₁ und S₂ und einer Bürste R₁ und A₂ an den Kontakt F₁ bzw. F₂. Sobald einer der Kontakte F₁ oder F₂ geschlossen wird, zieht der zugehörige Magnet P₁ oder P₂ den Kern K an und bringt dadurch das Reibrad G₁ oder G₂ zum Eingriff mit dem oberen Rande von D, der als konische Reibfläche ausgebildet ist. Hierdurch wird der Tragkörper D sofort im Sinne der Aufhebung des Stromschlusses verdreht, d. h. D folgt genau den Bewegungen der Magnetnadel. Selbstverständlich muß durch geeignete Maßnahmen verhindert werden, daß die Magnetnadel H durch die Ströme und Magnet Wirkungen der Schaltvorrichtungen merkbar beeinflußt wird. Auch könnte natürlich durch die Kontakte ein beliebiges anderes Getriebe betätigt werden. Ebenso könnte statt der Magnetnadel ein Kreiselkompaß in ganz ähnlicher Weise Verwendung finden.

Es ist nun leicht einzusehen, daß die Grundplatte A der Fig. 6 und 7 an Stelle des Hauptwagebalkens A₁ in Fig. 3 und 4 treten und sogar zwei zueinander senkrechte Wagebalken dieser Art ersetzen kann, da sie ja um die Schneidenpaare X₁. X₂ sowie X₃, X^ der kardanischen Aufhängung in zwei Richtungen pendeln kann. Dann ist nur dafür zu sorgen, daß, wie vorher verlangt, der Schwerpunkt der Grundplatte nahe genug unter den Schneiden liegt, ferner, daß die Masse der Grundplatte sehr groß gegenüber derjenigen der Meß körper ist. In der Achse jeder Schneide ist außerdem an der Platte anzubringen: a) der Hilfswagebalken A₂ mit Zubehör zur Messung der Beschleunigungskräfte; b) an der Platte A befestigt der Motor E mit der Steuerspindel D und dem Laufgewicht L₁ zur Erzeugung der Gegenkraft und Erhaltung der Horizontallage der Platte (vgl. Fig. 3 und 4).

Die Messung vertikaler Beschleunigungen,

Geschwindigkeiten und Wege kann in ganz entsprechender Weise erfolgen, sobald der zuverlässig in der Horizontallage orientierte Stützkörper, entsprechend der vorstehenden Beschreibung, vorhanden ist (vgl. Fig. 5). Die zur Aufnahme der Beschleunigungskräfte dienende Masse M₅ wird an einem horizontalen, einarmigen Hebel A₃ angeordnet und durch die Federn N₁ und N₂ in der Mittellage erhalten. Die Feder N₂ wird durch die auf der Welle des kleinen Motors E angebrachte Schraubenspindel D mit Hilfe des die Mutter tragenden, gegen Verdrehung gesicherten Zwischenstückes G mehr oder weniger gespannt.

ig Der Hebel A₃ trägt zwei in Quecksilbernäpfe Q₁ und Q₂ tauchende Dauerkontakte F₅ und F₆ sowie die Umschaltekontakte F₁, F₂, F₃, F₄, die den Kontaktschrauben H₁, H₂, H₃, i?₄ gegenüberstehen. Durch diese Anordnung wird beim Ausschlagen von A₃ nach oben der Strom für den Motor in der einen Drehrichtung, beim Ausschlagen nach unten in der anderen Drehrichtung geschlossen. Hierdurch erfolgt eine Verdrehung der Schraubenspindel und ein Spannen bzw. Entspannen der Feder N₂ derart, daß das Gleichgewicht zur Beschleunigungskraft hergestellt und der Stromschluß unterbrochen wird. Die Wege von G oder einem entsprechend angetriebenen Teil dienen zur Verschiebung des Diskusrades im Integriergetriebe.

Natürlich könnte der Hebel A₃ ohne Änderung des Wesens der Erfindung entbehrt werden und M₅ z. B. in einer Gleitbahn geradegeführt sein. Ebeiso kann eine beliebige andere Hilfssteuerung — auch rein mechanischer Art, z. B. eine Ölsteuerung oder eine Friktionskupplung — unmittelbar durch die Ausschläge von M₅ betätigt werden.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Messung von Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Wegen bewegter Körper, bei der zunächst die durch die Beschleunigung einer Masse hervorgerufenen Ausschläge durch ein Zeitgetriebe zu Wegen integriert werden, die zu der Geschwindigkeit des bewegten Körpers in bekanntem Verhältnis stehen, und bei der ferner durch ein zweites Zeitgetriebe diese Geschwindigkeitsausschläge zu Wegen integriert werden, die zu den zurückgelegten Wegstrekken des bewegten Körpers in bekanntem Verhältnis stehen, dadurch gekennzeichnet, daß als relativ gegenüber den Beschleunigungen ruhende Masse ein durch mindestens zwei verschiedenartige richtunggebende Einrichtungen, z. B. Magnetkompaß und Kreiselkompaß, in bekannter Lage im Raum erhaltener, kardanisch auf gehängter Stützkörper mit einem oder mehreren Meßkörpern zusammen arbeitet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stützkörper durch einen Magnet- oder Kreiselkompaß in der Meridianlage erhalten wird, daß aber die \^ertikale durch eine nahe über ihrem Schwerpunkt aufgehängte Masse gekennzeichnet wird, indem die Beschleu-. nigungskräfte an derselben erheblich langsamere Bewegungen hervorrufen als an den Meßkörpern.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nahe über dem Schwerpunkt aufgehängte Masse zur Anzeige der Vertikalen der kardanisch aufgehängte Stützkörper selbst benutzt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausschläge der Meßkörper ein Hilfsgetriebe beliebiger Art eingeschaltet wird, das durch Gewichts-, Feder- oder andere Kräfte das Gleichgewicht mit der Beschleunigungskraft herstellt, das bei der Herstellung des Gleichgewichts wieder ausgeschaltet wird und dessen Wege bis zur Ausschaltung in bekanntem Verhältnis zur Beschleunigungskraft stehen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausschläge der Meßkörper Kräfte beliebiger Art eingeschaltet werden, durch welche die Wirkung der Beschleunigungskräfte auf die in Anspruch 2 genannte Masse bzw. den in Anspruch 3 genannten Stützkörper aufgehoben wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.