DE278237C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Zur Messung von Beschleunigungen bewegter Körper bedient man sich pendelähnlicher Vorrichtungen, die, mitgeführt oder in zwangläufiger Abhängigkeit gehalten, durch Be-S wegungen irgendwelcher Art die Trägheits-¹ kräfte anzeigen. Bei linearer Beschleunigung lassen sich diese. allerdings nicht von anderen Massenkräften, z.B. der Schwere, trennen, die ebenfalls auf den Pendelkörper wirken. Die

ίο augenblickliche »Ruhelage« dieses Meßkörpers läßt also nur auf solche Kräfte Rückschlüsse zu, die auf ihn selber nicht ebenso einwirken, wie auf den Körper, dessen Beschleunigungen gemessen werden sollen. Für manche Fälle ist dies eine durchaus willkommene Erscheinung. Bei Eisenbahnen , etwa kann auf diese Weise der Überschuß der Zugkraft über die Fahrtwiderstände aus Reibung und Luftwiderstand ganz unabhängig vom Längsprofil der Strecke festgestellt werden.

Sehr störend können bei Messungen dieser Art die Eigenschwingungen des Meßkörpers werden. Denn nicht der Ausschlag an sich, sondern die »Ruhelage«, um die das Pendel schwingt, gibt das gesuchte Maß. Ein bekanntes Hilfsmittel gegen Schwingungen ist Dämpfung; doch wird diese im allgemeinen, wenn die zu messenden Beschleunigungen nämlich selber schwingungsförmig verlaufen, deren richtige Anzeige in Frage stellen. Die Eigenschwingungen sind dann besonders störend, wenn sie durch Erschütterungen, die nicht Gegenstand der Messung sind, immer aufs neue erregt werden. Bei Flugzeugen z.B. erschwert der Motor die richtige Messung der Beschleunigungen.

Wenn nun die Schwingungszahl der Erschütterungen genügend größer ist als die Schwingungszahl der zu messenden Beschleunigung, was in der Regel zutreffen wird, so kann folgende Anordnung, die der Gegenstand der Erfindung ist, die Anzeige der Beschleunigung von den Erschütterungen und Eigenschwingungen fast oder ganz unabhängig machen. Wird nämlich Trägheit und Rückstellungskraft des Meßkörpers so zueinander abgestimmt, daß seine Schwingungen ohne Dämpfung (in Wirklichkeit oder rechnungsmäßig) erheblich schneller als die Schwankungen der zu messenden Beschleunigungen erfolgen, also die Eigenschwingungszahl etwa von gleicher Größenordnung gemacht wie die Schwingungszahl der Störungen oder noch größer, dazu nun eine Dämpfung eingerichtet, die ihrer Art nach mit der Geschwindigkeit wächst (womöglich noch höherer Potenz) und der Größe nach die Eigenschwingungen sowohl wie die Störungen fast oder ganz aperiodisch macht, dann sind einerseits Resonanzerscheinungen verhindert, andererseits ist die Anzeige der Beschleunigung vom Fehler durch die Dämpfung befreit, weil die den schnellen Schwingungen angepaßte Dämpfung die langsamen fast unberührt läßt.

In dem dargestellten Schema eines Ausführungsbeispiels eines Messers für lineare Beschleunigungen bedeutet α die Achse, mit der eine als Meßkörper dienende Masse c durch

die Stange b verbunden ist. Den Trägheitskräften des Meßkörpers c halten die elastischen Kräfte der Federn d_x und d₂ Gleichgewicht. Die Formänderung der Federn gibt somit ein Maß für die zu messende Beschleunigung, deren Richtung durch den Pfeil angedeutet ist. Der Zeiger e, der auf der geeichten Skala f spielt, ermöglicht, die Formänderung und somit die Größe der Beschleunigung deutlich abzulesen. Zur Unterdrückung der störenden Schwingungen ist der Dämpfungsflügel g an der Achse α befestigt und dadurch zwangläufig mit dem Meßkörper c verbunden; g ist im Gehäuse h eingeschlossen, das mit Luft oder einer zäheren Flüssigkeit erfüllt sein kann.

Winkelbeschleunigungen können durchaus mit derselben Vorrichtung gemessen werden. Um aber bei solchen Messungen den gleichzeitigen Einfluß linearer Beschleunigungen auszuschalten, muß man den Schwerpunkt des messenden Systems in die Achse α verlegen, was beispielsweise durch ein Gegengewicht zu c geschehen kann.

Bisher bekannt gewordene Beschleunigungsmesser benutzen ebenfalls als Meßgröße die Stellung einer trägen Masse in einem Kraftfelde, das sich aus einem ursprünglich gegebenen und einem durch die Beschleunigungen erzeugten zusammensetzt. Sie sind

■ aber entweder nur wenig empfindlich oder machen falsche Angaben bei wechselnder Beschleunigung.

Nur bei dauernd gleichförmiger Beschleunigung steht der Meßkörper in seiner Ruhelage, vorausgesetzt obendrein, daß ihn Reibung nicht daran hindert. Bei jeder Störung der Gleichförmigkeit gerät die Masse in Schwingungen, zeigt also falsch. Die Dämpfung dient dazu, diesen Fehler zeitlich zu begrenzen. Zu seiner räumlichen Einschränkung sind die Maßnahmen befähigt, die auf Verkürzung der Eigenschwingungszeit hinauslaufen. Unter sonst gleichen Umständen ist hierzu Verstärkung des ursprünglichen Kraftfeldes erforderlich. Diese vermindert aber in gleichem Maße die Empfindlichkeit. Man darf also die Schwingungszeit nicht beliebig verkleinern.

Den Ausschlag des Meßkörpers und damit die Empfindlichkeit durch einen besonderen Mechanismus vergrößert darzustellen, ist ein zweischneidiges Mittel. Erstens kommt toter Gang und Reibung in die Vorrichtung. Zweitens hat der Mechanismus eine Trägheit, die dem Meßkörper im Quadrat des Übersetzungsverhältnisses zuzuschlagen ist. Obendrein ist — bei den bisher veröffentlichten Bauarten wenigstens — das Drehmoment der Beschleunigungskräfte des Zeigerwerks dem des Meßkörpers entgegengeschaltet, natürlich der Übersetzung entsprechend noch vergrößert. Bei gleicher Kraftfeldstärke wird also die Eigenschwingungszahl erheblich herabgedrückt. Um sie aufrechtzuerhalten, müßte man das Kraftfeld verstärken, also die Empfindlichkeit wieder vermindern und dem angestrebten Ziel entgegenarbeiten. Allerdings könnte man, um den unerwünschten Einfluß des Zeigerwerks auf die Messung abzuschwächen, gleichzeitig mit dem Kraftfeld auch die Masse des Meßkörpers vergrößern. Dadurch wird aber die Herstellung verteuert, durch die räumliche Vergrößerung und Gewichtsvermehrung die Anwendbarkeit in manchen Fällen, z. B. bei Flugzeugen, geradezu vereitelt.

Nach den in dieser Patentschrift dargelegten Grundsätzen läßt sich dagegen ein handlicher Beschleunigungsmesser bauen, der sich durch Einfachheit auszeichnet, dessen Anzeigefehler innerhalb der technisch zulässigen Grenze liegen und dessen Empfindlichkeit die dabei größtmögliche ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vorrichtung zum Messen von linearen oder Winkelbeschleunigungen durch trägen Meßkörper mit vergleichsweise hoher Eigenschwingungszahl und starker Dämpfung, die aber gegenüber den zu messenden langsamen Schwingungen schwach ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.