DE2840698A1

DE2840698A1 - Beschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE2840698A1
Application number: DE19782840698
Authority: DE
Inventors: Vernon H Aske
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1978-09-19
Publication date: 1979-03-22
Also published as: FR2404227A1; JPS5491284A; GB2005029A; GB2005029B; SE7809588L; US4144765A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Beschleunigungsmesser und insbesondere auf eine verbesserte Torsionsgelenkaufhängung zur Erzielung einer außergewöhnlichen Stabilität und Empfindlichkeit bei linearen Beschleunigungsmessern.

Auf Beschleunigung ansprechende Einrichtungen führen wesentliche Sensorfunktionen bei einer Vielzahl von Systemen aus. Mit den gesteigerten Leis:tungsanforderungen und dem Fortschritt der zur Verfügung stehenden Technologie hat sich die Nachfrage nach Sensoren vergrößert, die durch eine verbesserte Empfindlichkeit, Stabilität, Zuverlässigkeit und Kompaktheit bei zusätzlich.-.schneller Reaktionszeit und niedrigen Herstellungskosten gekennzeichnet sind. In den Anforderungen nach Stabilität und Empfindlichkeit ist die Anforderung eingeschlossen, daß die Präzision über einen weiten Temperaturbereich aufrecht erhalten wird. Der gegenwärtige Stand der Technik ist dergestalt, daß es bislang schwierig gewesen ist, Verbesserungen hinsichtlich aller vorstehend genannter Charakteristiken gleichzeitig zu erzielen oder in einigen Fällen auch nur eine Verbesserung hinsichtlich einer Charakteristik ohne nachteilige Beeinflussung einer anderen Charakteristik zu erzielen. Ungeachtet dessen, bestehen diese Anforderungen bei Flugzeug-Navigationssystemen und Rakenten-Leitsystemen, bei denen ein einziger Beschleunigungsfühler mit überlegener Leistungsfähigkeit in all den erwähnten Bereichen gefordert wird.

Die Leistungsfähigkeit bekannter linearer Beschleunigungsmesser ist zumindest bis zu einem gewissen Ausmaß durch die Aufhängeeinrichtung der Fühlmasse innerhalb des Gehäuses begrenzt worden. Eine große Anzahl von unterschiedlichen Aufhängeeinrichtungen ist bislang vorgeschlagen worden und wird gegenwärtig verwendet. Diese unterschiedlichen Aufhängungen basieren auf verschiedenen Konzepten, wobei von magnetischen, elektrostatischen, hydrostatischen und hydrodynamischen Lagerungen Gebrauch gemacht wird und wobei darüber hinaus von Biegegliedern, Torsionsglieder, einer Spitzenlagerung, von Lager- X steinschrauben sowie von einer schwimmenden Lagerung Gebrauch gemacht

wird. Ö03812/1079 :

Bestimmte dieser Konzepte scheiden bei einer Verwendung in einem Beschleunigungsfüliler, der die vorstehend erwähnten Anforderungen erfüllen soll, von einer Betrachtung aus. Beispielsweise erfordern Systeme mit einer schwimmenden Lagerung eine Temperaturregelung, was bei einerseits- schlechter Reaktionszeit zu hohen Kosten führt. Elektrostatische und hydrostatische Aufhängungssysteme, die relativ aufwendig sind, verbieten sich aus Kostengründen für viele Anwendungen.

Einer der wichtigsten Parameter bei der Beurteilung des Aufhängungssystems in einem Beschleunigungsmesser ist das Verhältnis der Fesselung quer zu der Eingangsachse zu der Fesselung entlang der Eingangsachse. Keines der nicht mechanischen linearen Aufhängungssysteme hat bislang ein so hohes Verhältnis von Querachsen- zu Eingangsachsenfesselung wie die besseren mechanischen Biegesysteme erzielt. Aufhängungssysteme mit Torsionsgliedern sind besonders attraktiv, da der Schermodul für die meisten Materialien sehr viel kleiner (ungefähr ein Drittel) als der Elastizitätsmodul ist, der bei Biegesystemen Verwendung findet. Die meisten bekannten Aufhängungssysteme mit Torsionsgliedern ergeben jedoch keine geeignete Aufhängungssteifigkeit quer zu der Eingangsachse. Darüberhinaus: führen herkömmliche Aufhängungssysteme mit Torsionsgliedern häufig zu einer pendelnden Fesselung der Fühlmasse.

Eine relativ übliche Form der Biegeaufhängung umfaßt eine oder mehrere Membranen, von denen Teile entfernt worden sind, um eine Federung entlang der Eingangsachse zu erzielen. Derartige Aufhängungssysteme sind in den US-Patentschriften 2 643 869, 2 767 973, 3 224 245 sowie in dem US-Reissuepatent 27 532 dargestellt und beschrieben. Es hat sich herausgestellt, daß derartige Konstruktionen, wenn sie ausreichend federnd entlang der Eingangsachse ausgebildet sind, nicht die für viele Anwendungsfälle erforderliche Steifigkeit in Querachsenrichtung aufweisen. Jedoch wird mit diesen Systemen der Vorteil einer grundsätzlich linearen Fesselung der Fühlmasse erzielt.

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Zusätzlich zu einem hohen Verhältnis der Querachsen- zu der Eingangsachsenfesselung ist eine niedrige absolute Eingangsachsenfesselung aus folgenden Gründen wichtig. Die Präzision über ei — nen weiten Temperaturbereich diktiert minimale Änderungen hinsichtlich des. Nullabgleichs und des Eichfaktors; bei Änderungen der Temperatur. Der Nullabgleich hängt sowohl von der elastischen Fesselung" entlang der Eingangsachse als auch von der Verschiebung zwischen der mechanischen Nullstellung des Aufhängungssystems und der elektrischen Nullstellung des Abgriffsystems ab. Die Stabilität des Nullabgleichs ist in erster Linie das Ergebnis einer stabilen Beziehung zwischen den mechanischen und elektrischen Nullpositionen. Eine fehlende Stabilität kann von einer physikalischen Bewegung des Aufhängungsnullpunktes oder des Abgriffnullpunktes bzw. von elektrischen Änderungen in dem Abgriffsystem oder dem zugordneten Schaltkreis herrühren. In jedem Fall wird durch die Bewegung der Nullposition inbezug aufeinander der Nullabgleich verändert. Eine Änderung hinsichtlich des Nullabgleichs in einem pendelnden Beschleunigungsmesser wird gewöhnlicherweise von einer Änderung der Bewegungsausrichtung der Fühlmasse bezogen auf die Eingangsachse begleitet. Diese Probleme können reduziert werden durch Verringerung der Fesselung entlang der Eingangsachse, was ein stabiles und Iineares, d.h. nicht pendelndes Aufhängungssystem.und ein stabiles Abgriffsystem voraussetzt.

Ausgehend von den bekannten Beschleunigungsmessern ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese hinsichtlich Leistungsvermögen, Präzision und Stabilität zu verbessern. Insbesondere soll die verwendete Aufhängung ein außergewöhnlich hohes Verhältnis von Querachsen- zur Längsachsenfesselung gestatten. Darüber hinaus soll die Aufhängung mit einem Minimum einfacher und wirtschaftlicher herstellbarer Teile verwirklicht werden und gleichzeitig als flexibles Leitungssystem dienen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt -^emäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen entnehmbar.

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Durch, die Erfindung wird ein Viergelenk-Aufhängurigssystem vorgeschlagen, das Torsionsglieder in einer solchen Weise verwendet/ daß eine außergewöhnlich hohe Querachsenfesselung mit einer gleichzeitigen außergewöhnlichen Federung entlang der Eingangsachse erzielt wird. Durch das: Aufhängungssystem wird ein . Verhältnis von Querachsen- zur Eingangsachsenfesselung in der Größenordnung von einer Million zu eins erzielt, was gegenüber den bisher erzielten Verhältnissen eine beträchtliche Verbesserung darstellt. Die Viergelenk-Aufhängung führt ebenfalls zu einer im wesentlichen linearen Bewegung der Fühlmasse, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlausrichtung der Bewegung der Fühlmasse bezogen auf die Eingangsachse auf ein Minimum reduziert wird. Darüber hinaus wird durch die Viergelenk-Aufhängung eine minimale Kreuzkoppelung der Bewegungen der Fühlmasse entlang getrennter Achsen erzielt.

Das. Viergelenk-Aufhängungssystem ist so ausgelegt, daß Teile desselben einen Teil eines- Stellungs-Abgriffsytems mit veränderlicher Kapazität bilden können. Diese Gemeinsamkeiten führen zu einem außergewöhnlich stabilen Nullabgleich. Das Aufhängungssystem kann ferner die Funktionen flexibler Leitungen und einer Dämpfungseinrichtung erfüllen. Schließlich können die wesentlichen Elemente des Aufhängungsystems als integrale Einheiten durch einen chemischen Ätzprozess gebildet werden, was zu niedrigen Kosten und zu einer genauen Reproduzierbarkeit führt.

Das Aufhängungssystem für einen linearen Beschleunigungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt grundsätzlich erste, zweite, dritte und vierte Torsionsgelenkeinrichtungen, die entsprechend entlang erster, zweiter, dritter und vierter paralleler Gelenkachsen senkrecht zu der Eingangsachse des Beschleunigungsmessers angeordnet sind. Die ersten und zweiten Achsen und die dritten und vierten Achsen liegen in parallelen Ebenen, wobei die ersten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen mit einer Fühlmasse im Beschleunigungsmesser und die zweiten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen mit dem Gehäuse des Beschleunigungsmessers verbunden sind. Die ersten

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und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen und die zweiten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen sind durch. Zwischenarme miteinander verbunden, wodurch die Masse im wesentlichen an einer Bewegung quer zu der Eingangsachse gehindert wird. Die Zwischenarme und die damit verbundenen-Torsionsglieder sind ebenfalls so ausgebildet, daß sie als flexible Leitungen verwendet werden können, um elektrische Signale zu einer Kraftausgleichswicklung auf der Fühlmasse und/ oder zu Teilen eines Stellung-Abgriffssystems zu führen.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht in auseinandergezogener Darstellung eines ersten Äusiührungsfceispieles eines linearen Beschleunigungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Viergelenk-Torsions-Aufhängungssystem;

Figur 2 einen Querschnitt durch den zusammengebauten Beschleunigungsmesser gemäß Figur ί;'

Figur 3 die Viergelenk-Aufhängung des in dem Beschleunigungsmesser gemäß den Figuren 1 und 2 verwendeten Typs in einer auseindergezogenen Darstellung;

Figur 4 eine Draufsicht auf die Viergelenk-Aufhängung gemäß Figur 3;

Figur 5 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß den Figuren 3 und entlang der Linie 5-5 in Figur 4;

Figur 6 einen Querschnitt durch eine zweite Ausfuhrungsform eines linearen Beschleunigungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Viergelenk-Aufhängungssystem; und

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Figur 7 eine Draufsicht auf die Viergelenk-Aufhängung des Beschleunigungsmessers gemäß Figur 6.

Gemäß den Figuren 1 und 2 verwendet ein erstes Ausführungsbeispiel eines linearen' Beschleunigungsmessers 10 eine Viergelenk-Torsions-Auf hängungs einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Beschleunigungsmesser 10 umfaßt ein Gehäuse mit einem im wesentlichen rohförmigen zentralen .Abschnitt 11 und einem Paar von Endkappen 12 und 13. Die Endkappen 12 und 13 sind mit dem zentralen Abschnitt durch geeignete nicht dargestellte Befestigungsmittel befestigt, wobei mehrere Bolzen oder Schrauben verwendet werden können, die entlang des Umfangs die Endkappe durchsetzen und in eine Endwand des zentralen Abschnitts eingreifen. Das Gehäuse ist entlang der Eingangsachse 14 ausgerichtet, entlang welcher Achse der Beschleunigungsmesser 10 auf Beschleunigungen anspricht.

Ein zylindrischer Permanentmagnet 15 ist in dem Gehäuse enthalten und mit einem Paar von Polschuhen 16 und 17 ausgerüstet. Der Magnet 15 und die Polschuhe 16 und 17 werden in einer zentralen Position innerhalb des Gehäuses mittels Schrauben oder Bolzen 18 und 19 festgehalten, die sich durch die Endkappen 12 und 13 entsprechend erstrecken. Ein ringförmiges magnetisches Rückschlußteil 20 aus magnetische permeablem Material ist in dem zentralen Gehäuseabschnitt um den Permanentmagneten 15 und die Polschuhe 16 und 17 eingesetzt, um ein Paar von ringförmigen Luftspalteh 21 und 22 in dem magnetischen Schaltkreis zu bilden. Die Luftspalte 21 und 22 umfassen ein Paar von Reihenluftspalten in dem magnetischen Schaltkreis, wobei die magnetischen Flußlinien radial nach außen durch einen der Luftspalte und radial nach innen durch den anderen Luftspalt gerichtet sind.'

Eine die Beschleunigung erfassende Spule bzw. Masse 25 ist tubusförmig ausgebildet und zwischen der Magnetanordnung 15-17 und dem

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magnetischen Rückschlußteil 20 angeordnet. Erste und zweite umlaufende Wicklungen 26 und 27 werden von der Masse 25 in den. Bereichen der Luftspalte 2\ und 22 entsprechend getragen. Die Wicklungen 26 und 27 bilden zusammen mit dem magnetischen Schaltkreis Teile eines Kraftausgleichssystems, um normalerweise die Masse 25 an einem vorbestimmten Ort entlang der Eingangsachse 14 zu halten. Aus Gründen, die in der US-PS 3 152 275 erläutert werden, sind die Abmessungen der Wicklungen 26 und 27 parallel zu der Achse 14 geringfügig kleiner als die entsprechenden Abmessungen der Polstücke 16 und 17 und der gegenüberliegenden Teile des Rückschlußteiles 20.

Die Masse 25 ist mechanisch innerhalb des Gehäuses des Beschleunigungsmessers 10 mittels eines Paares ebener plattenförmiger Aufhängungsanordnungen aufgehängt, die allgemein mit den Bezugziffern 30 und 32 versehen sind. Der Aufhängungsaufbau kann am besten unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 5 beschrieben werden, die den Aufbau 32 als typisches Beispiel zeigen. Der Aufhängungsaufbau 32 besteht aus einer Schichtstruktur mit zwei identischen äußeren Schichten von Blättchen 32 und 34 und einem inneren Paar von symmetrischen koplaren Blättchen 35 und 36. Die Schicht 33 umfaßt drei konzentrische im wesentlichen kreisförmige Ringe 33a, 33b und 33c. Die Schicht 34 umfaßt in gleicher Weise drei konzentrische im wesentlichen kreisförmige Ringe 34a, 34b und 34c. Die Schicht 35 umfaßt einen äußeren Flansch 35a, einen awischenarm 35b und einen Innenflansch 35c. Der Zwischenarm 35b ist mit dem Flansch 35a über ein Torsionsglied 35d und mit dem Flansch 35c über ein Torsiönsglied 35e verbunden. In gleicher Weise umfaßt die Schicht 36 einen äußeren Flansch 36a, einen Zwischenarm 36b und einen Innenflansch 36c. Der Zwischenarm 36b ist mit dem Flansch 36a über ein Torsionsglied 36d und mit dem Flansch 36c über ein Torsionsglied 36e verbunden.

Die inneren Blättchen 35 und 36 haben zusammen eine Größe und Ausgestaltung entsprechend den Schichten 33 und 34, und sie können als drei konzentrische allgemein kreisförmige geteilte Ringe 35a-36a, 35b-36b und 35c-36c angesehen werden„ Im Gegensatz zu den Schichten

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33 und 34 ist jedoch, der Außenflansch bzw. Ring 35a-36a mit dem Zwischenarm bzw. Ring 35b~36b über eine die Glieder 35d und 36d umfassende Torsionsgelenkeinrichtung verbunden. In gleicher Weise ist der Innenflansch, bzw. Ring 35c-36c mit dem Zwischenarm 35b-36b über die die Glieder 35e-36e aufweisende Torsionsgelenkeinrichtung verbunden.

Die inneren Schichten 35 und 36 sind in einer Sandwichbauweise zwischen den äußeren Schichten 33 und 34 angeordnet. Aus Gründen, die später noch, im einzelnen erläutert werden, sind die Schichten 33 und 34 und die Blättchen 35 und 36 vorzugsweise miteinander durch ein nicht- leitendes Material verklebt, um die verschiedenen Elemente in dem Aufhängungsaufbau elektrisch voneinander zu isolieren. Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, verwendet die dargestellte Aufhängung Zwischenarme mit im wesentlichen gleichförmiger radialer Abmessung zwischen den Punkten, an denen sie mit dem Innen- und Außenflansch verbunden ist. Die Torsionsgelenkeinrichtungen 35d-36d und 35e-36e sind entsprechend entlang paralleler Gelenkachsen 37 und 38 angeordnet.

Wie am besten aus Figur 4 hervorgeht, werden bei der Herstellung des Aufhängungsaufbaus 32 die Torsionsglieder 35d, 35e, 36d und 36e auf öffnungen 40, 41, 42 und 43 ausgerichtet, die durch vergrößerte Bereiche innerhalb der Schlitze zwischen den verschiedenen Ringen in jeder der Außenschichten 33 und 34 gebildet werden. Die Schichten 33 und 34 dienen daher der Versteifung aller Blättchen 35 und 36 mit Ausnahme der Torsionsglieder 35d, 36d, 36d und 36e. Ein Aufhängungsaufbau gemäß den Figuren 3 bis 5 hat zu einer außergewöhnlichen Fesselung innerhalb der Ebene des Aufbaus geführt. Umgekehrt hat sich eine solche Aufhängung als sehr nachgiebig entlang einer Achse senkrecht zu der Ebene.der Anordnung herausgestellt.

Wie zuvor erwähnt, wird ein Paar von Aufhängungen 30 und 32 verwendet, um die Masse 25 innerhalb des Gehäuses des Beschleunigungs-

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messers. 10 zu positionieren. Eine zentrale öffnung in jeder der Aufhängungen ist so Bemessen, um über die äußeren Enden der Masse 25 gestreift zu werden. Die inneren Ringe der Aufhängungen werden mit den Enden der Masse durch irgendein geeignetes Mittel fest verbunden, wobei beispielsweise eine Perle von Epoxydzement an der Übergangsstelle zwischen der Aufhängung und der Masse angebracht werden kann. Der äußere Ring der Aufhängung 30 ist fest zwischen der Endkappe 12 und dem zentralen Abschnitt 11 des Gehäuses eingeklemmt. In gleicherKeise ±_Sj- d_er äußere Ring der Aufhängung 32 fest zwischen der Endkappe 13 und dem Abschnitt 11 eingeklemmt. Aus Gründen, die später noch ersichtlich werden, erfolgt die Befestigung der äußeren Ringe mit dem Gehäuse in einer solchen Weise, daß die inneren Schichten der Aufhängung elektrisch von dem Gehäuse isoliert sind.

Bei zusammengebautem Beschleunigungsmesser 10 liegen die Gelenkachsen 37 und 38 in einer Ebene senkrecht zu der Eingangsachse Ferner sind die Achsen 37 und 38 gleich weit von der Achse 14 entfernt und liegen auf gegenüberliegenden Seiten derselben. Die Aufhängung 30 weist ihr zugeordnete Gelenkachsen 39 und 40 auf, die den Achsen 37 und 38 entsprechen. Die Achsen 39 und 40 liegen in einer Ebene parallel zu der durch die Achsen 37 und 38 bestimmten Ebene. Die Aufhängung 30 ist jedoch um 180 Grad um die Achse 14 und bezogen auf die Aufhängung 32 gedreht. Dementsprechend befindet sich, die den Innenring und den Zwischenarm der Aufhängung 30 verbindende Torsionsgelenkeinrichtung gegenüber der den Innen- · ring und den Zwischenarm der Aufhängung 30 verbindenden Torsionsgelenkeinrichtung auf der gegenüberliegenden Seite der Achse 14. Diese Anordnung führt zu einer Aufhebung der Momente um die Gelenkachsen, die durch Beschleunigungen quer zu der Eingangsachse 14 hervorgerufen werden.

Der Innenring jeder Aufhängung 30 und 32 kann als eine bewegliche Platte einer veränderlichenkapazitiven Abgriffeinrichtung verwendet werden, um ein Signal zu erzeugen, das die Position der Masse

25 bezogen auf das Gehäuse des Beschleunigungsmessers anzeigt. Jede der beweglichen Platten ist zwischen einem Paar von festen Kondensatorplatten angeordnet, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Insbesondere ist die bewegliche Platte der Aufhängung 30 zwischen festen Platten 50 und 51 angeordnet. Die bewegliche-Platte der Aufhängung 32 ist zwischen festen Platten 53 und 54 angeordnet. Die festen Platten 50 und 54 sind auf isolierenden Ringen 55 und 56 in den Endkappen 12 und 13 entsprechend angeordnet. Andererseits sind die festen Platten 51 und 53 auf isolierenden Ringen 57 und 58 an den gegenüberliegenden Enden des zentralen Gehäuseabschnittes 11 angeordnet. Durch diese Anordnung werden vier veränderliche Kondensatoren gebildet, wobei jede Seite einer jeden beweglichen Platte und die benachbarte feste Platte jeweils einen Kondensator bilden. Die veränderlichen Kondensatoren können in Form eines Brückenschaltkreises miteinander verbunden werden, um die Bewegung der Masse 25 mit einem hohen Maß an Empfindlichkeit festzustellen. Die von dem Brückenschaltkreis erzeugten Signale können als Eingangssignale für einen nicht dargestellten Ausgleichsschaltkreis verwendet werden, um den Strom in den Wicklungen 26 und 27 zu steuern und die Masse 25 an einem vorbestimmten Ort innerhalb des Gehäuses des Beschleunigungsmessers zu halten.

Die Blättchen 35 und 36 der Aufhängung 32 können verwendet werden, um Signale zu den beweglichen Kondensatorplatten der Aufhängungen 30 und 32 zu führen..In gleicher Weise können die entsprechenden Schichten der Aufhängung 30 verwendet werden, um Ströme zu den Wicklungen 26 und 27 zu führen. Wie zuvor erwähnt, sind die Blättchen und 36 und die entsprechenden Blättchen in der Aufhängung 30 elektrisch voneinander und von den äußeren Schichten der Blättchen auf der Aufhängung isoliert, so daß sie geeignet sind, als vier flexible Leitungen zu dienen. Insbesondere_wandert ein an das Blättchen 35 angelegtes Signal über den Außenflansch 35a, das Torsionsglied 35d, den Zwischenarm 35b, das Torsionsglied 35e zu dem Innenflansch 35c. Ein an das Blättchen 36 angelegtes Signal wandert über den Außenflansch 36a, das Torsionsglied 36d, den Zwischenarm 36b und das

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Torsionsglied 36e zu dem Innenflansch. 36c. Identische elektrische Stromwege werden durch, die Aufhängung 30 geBildet.

Wie aus den Figuren d und 2 hervorgeht, kann der Beschleunigungsmesser 10 einen SignalaBgriff- und Kraftaus-gleichsschaltkreis auf der Außenseite der Endkappen 12 und 13 aufnehmen, was nicht näher dargestellt ist. Schaltungsdrähte 60 und 61 sind dargestellt, um die externen elektrischen .'Verbindungen zu den Außenflanschen 35a und 36a entsprechend zu vervollständigen. Ebenso sind Schaltungsdrähte 62 und 63 dargestellt, um die externen elektrischen Verbindungen zu den entsprechenden Außenflanschen der Aufhängung 30 zu vervollständigen. Elektrische Durchführungen 64 sind in den Endkappen vorgesehen, um die Signalverbindungen zwischen dem Signalabgriff- und Kraftausgleichsschaltkreis und den Leitungen 60 bis 63 herzustellen. Ein ringförmiger Kanal am Ende des Gehäuses des Beschleunigungsmessers in Sachbarschaft der Enden des zentralen Abschnittes 11 ermöglicht einen Zugriff_f um die elektrischen Verbindungen nach, dem Zusammenbau des Beschleunigungsmessers herzustellen.

Gemäß Figur 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines linearen Beschleunigungsmeers 70 dargestellt, das-von dem Konzept und der Funktion her betrachtet dem Ausführungsbeispiel des Beschleunigungsmessers 10 ähnlich ist. Das hauptsächliche unterscheidende Merkmal des Beschleunigungsmessers 70 liegt in der Verwendung von Aufhängungen, die gegenüber den Aufhängungen 30 und 32 unterschiedlich ausgebildet sind.

Der Beschleunigungsmesser 70 weist ein Gehäuse mit einem tubusförmigen zentralen Abschnitt 71 auf, der ebenfalls als magnetischer Rückschlußkreis für einen magnetischen Schaltkreis in dem Beschleunigungsmesser dient» Endkappen 72 und 73 sind mit gegenüberliegenden Enden des zentralen Abschnittes 71 mittels mehrerer Schrauben 74 befestigt, die sich durch jede Endkappe entlang des Umfangs und in einer Endwand des zentralen Abschnittes erstrecken. Das Gehäuse ist

entlang einer Eingangsachse 75 ausgerichtet, wobei der Beschleunigungsmesser 70 entlang dieser Achse auf Beschleunigungen anspricht.

Ein zylindrischer Permanentmagnet'. 77 ist in dem Gehäuse enthalten und mit einem Paar von Polstücken 78 und 79 ausgerüstet. Der Magnet 77 und die Polstücke 78 und 79 worden mittels'Schrauben oder Bolzen 80 und 81 in einer zentralen Position innerhalb des Gehäuses befestigt, wobei sich die Schrauben bzw. die Bolzen dua^h die Endkäppen 72 und 73 entsprechend erstrecken. Der Magnet 77, die Polstücke 78 und 79 und da§ diese Teile umgebende Gehäuse 71 sind so angeordnet, daß ein Paar von ringförmigen Luftspalten 82 und 83 gebildet wird, wobei diese Luftspalte in dem magnetischen Schaltkreis in Reihe geschaltet sind. Die magnetischen Flußlinien sind in einem der.Luftspalte radial nach außen und in dem anderen Luftspalt radial nach innen gerichtet.

Eine die Beschleunigung erfassende Spule bzw. Masse 85 ähnlich der Spule bzw. der Masse 25 ist zwischen der Magnetanordnung 77 bis 79 und dem Gehäuseabschnitt 71 aufgehängt. Erste und zweite umlaufende Wicklungen 86 und 87 werden von der Masse 25 in den Bereichen der Luftspalte 82 und 83 entsprechend getragen. Die Wicklungen 86 und 87 bilden zusammen mit dem magnetischen Schaltkreis Teile eines Kraftausgleichssystems, um die Masse 85 normalerweise an einem vorbestimmten Ort entlang der Eingangsachse 75 zu halten. Die relativen Abmessungen der Luftspalte 82 und 83 inbezug auf die Wicklungen 86 und 87 sind Gegenstand der bereits erwähnten US-PS 3 152 275. .

Die Masse 85 ist mittels eines Paares identischer ebener scheibenförmiger Aufhängungen 90 und 91 aufgehängt. Die Aufhängung 90 ist in näheren Einzelheiten in Figur 7 dargestellt und ist funktionsmäßig den Aufhängungen 30 und 32 ähnlich. Sie umfaßt drei Schichten, von denen d^e beiden äußeren Schichten identisch sind. Wie aus Figur 7 erkennbar, umfassen die äußeren Schichten 3 im wesentlichen konzentrische kopl'anare Ringe mit einem Außenring 100, einem Zwi-

schenring 103 und einem Innenring 102. Wie dies im Zusammenhang mit den Aufhängungen 30 und 32 beschrieben wurde, umfaßt die innere Schicht der Aufhängung 90 zwei symmetrische getrennte Abschnitte^ die auf gegenüberliegenden Seiten der Achse 103 in Figur 7 liegen. Mit Ausnahme der Lücke zwischen den Abschnitten und den Torsionsgliedern, was nachstehend näher erläutert wird, sind die Innen- und Außenschichten der Aufhängung 90 im wesentlichen identisch und in Ebenen senkrecht zu der Achse 75 ausgebildet.

Jede Hälfte der inneren Schicht der Aufhängung 90 umfaßt einen im wesentlichen halbkreisförmigen Außenflansch, einen gebogenen Zwischenarm, und einen im wesentlichen halbkreisförmigen Innenflansch. Die .Zwischenarme der inneren Schicht sind mit den äusseren und inneren Flanschen über Torsionsglieder 105 - 106 und 107-108 entsprechend verbunden. Jede der Schichten der Aufhängung 90 wird durch, ein geeignetes Verfahren, z.B. ein chemisches Ätzverfahren, aus einem blättchenförmigen Material gebildet. Dementsprechend weisen der Zwischenarm, die Außen- und Innenflansche und die verbindenden Torsionsglieder,, die jeweils die Hälfte der inneren Schicht der Aufhängung 90 bilden, einen einheitlichen Aufbau auf.

Wie dies im Zusammenhang mit den Aufhängungen 30 und 32 beschrieben wurde, sind die Schichten jeder Aufhängung 90 und 91 vorzugsweise miteinander durch einen nicht - leitenden Kleber verklebt, um die verschiedenen Elemente innerhalb der Aufhängung elektrisch voneinander zu isolieren« Die die Torsionsglieder 105 und 106 umfassende Torsionsgelenkeinrichtung erstreckt sich entlang einer Gelenkachse 110» Die die Torsionsglieder 107 und 108 umfassende Torsionsgelenkeinrichtung erstreckt sich entlang einer Gelenkachse 111n die zu der Gelenkachse 110 parallel ist« Wie aus Figur 7 er= sichtlich^ sind die Aufhängungen 90 und 91 so ausgebildet, daß die Swischenarxne in ihrer radialen Abmessung von einer minimalen Abmessung r^ in Nachbarschaft der Punkte, in der sie mit den Außenflanschen verbunden sind? bis ku einer maximalen Abmessung r, in Wach·= Barschaft der Punkte,, in denen sie mit den Xnnenflanschen verbunden sind, tarieren.

In dem Ausführungsbeispiel des Bes-chleunigungsmessers gemäß Figur 6 sind die Außenringe der Aufhängungen 90 und 91 so dimensioniert, daß sie in die inneren Enden der Masse 85 hineinpassen, und sie sind fest mit der Masse verbunden. Die Befestigung kann durch, eine Perle von Epoxydzement bzw. durch ein anderes geeignetes. Mittel an der Verbindungsstelle zwischen jeder Aufhängung und der Masse erfolgen. Der Innenring der Aufhängung 90 wird inbesug auf das Gehäuse des Beschleunigungsmessers in einer festen Lage gehalten. Dies geschieht durch ein Paar isolierender Trägerscheiben 112 und 113, ein Paar von Abstandshaltern 115 und mehrere Schrauben 116. Der innenring der Aufhängung 90 ist in c-r dargestellten Weise durch eine isolierende Scheibe und einen Abstandshalter auf jeder Seite und durch Schrauben an Ort und Stelle gehalten, wobei sich, die Schrauben durch die Scheiben, die Abstandshalter und die Bohrungen 117 in der Aufhängung in das Polstück 78 erstrecken. Der Innenring der Aufhängung 91 ist in gleicher Weise zwischen einem Paar von isolierenden Scheiben 120 und 121 und einem Paar von Abstandshaltern 122 durch mehrere Schrauben 124 befestigt.

Wie dies im Zusammenhang mit dem Beschleunigungsmesser gemäß den Figuren 1 bis 5 beschrieben wurde, ist jeder der Zwischenarme der Innenschicht der Aufhängung in der Lage, als flexible Leitung zur Übertragung elektrischer Signale zwischen beweglichen und stationären Teilen des Beschleunigungsmessers zu dienen. Zwei der flexiblen Leitungen, beispielsweise jene, die durch die Zwischenarme in der Aufhängung 90 gebildet werden, können benutzt werden, um Ströme den Wicklungen 86 und 87 auf der Masse 85 zuzuführen. Die verbleibenden Zwischenarme können benutzt werden, um elektrische Signale zu dem Außenring 100 und dem entsprechenden Außenring der Aufhängung 91 zu führen, wobei diese Außenringe als bewegliche Platten eines Abgriffsystems mit veränderlicher Kapazität benutzt werden können, um ein Signal zu erzeugen, das die Lage der Masse 25 bezogen auf das Gehäuse des Beschleunigungsmessers anzeigt.

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Die durch den Ring 300 gebildete bewegliche Platte ist zwischen einem Paar fester Kondensatorplatten 125 und 126 angeordnet, die von den isolierenden Scheiben 112 und 113 entsprechend getragen werden. Identische feste Kondensatorplatten 127 und 128 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Außenringes der Aufhängung 91 auf den isolierenden Scheiben 120 und 121 entsprechend angeordnet. Leitungen 129 und 130 dienen der Zuführung elektrischer Signale zu den festen Kondensatorplatten 127 und 128. Ähnliche nicht dargestellte Leitungen sind vorgesehen, um elektrische Signale, zu den Kondensatorplatten 125 und 126 zu führen. Die Kondensatorplatten 125 bis 128 können in irgendeiner geeigneten Weise gebildet werden, beispielsweise durch Metallisierung geeigneter Teile der Oberflächen der isolierenden Scheiben 112, 113, 120 und 121. Wie zuvor erwähnt, liefert diese Anordnung vier veränderliche Kondensatoren, die in Form eines Brückenschaltkreises angeordnet werden können, um die . Bewegung - '· der Masse 85 mit einem hohen Maß an Empfindlichkeit feststellen zu können. Die durch den Brückenschaltkreis erzeugten Signale können als Eingangssignale für einen nicht dargestellten Ausgleichsschaltkreis verwendet werden, um den Strom in den Wicklungen 86 und 87 zu steuern.

Beide zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele des linearen Beschleunigungsmessers haben zu einem extrem hohen Verhältnis der Querachsen- zur Eingangsachsenfesselung der Fühlmasse geführt. Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte Ausführungsform besitzt jedoch einige überlegene Eigenschaften, falls ein extrem hohes Verhältnis zwischen Querachsen- und Eingangsachsenfesselung gefordert wird. Dieser Aufbau führt zu einer erhöhten Radial- bzw. Querachsensteifigkeit. Ferner wird die Abmessung und die Masse der Zwischenarme auf ein Minimum reduziert, wodurch der Einfluß auf die Dynamik des Beschleunigungsmesser auf ein Minimum herabgedrückt wird.

§Q98i2/1ö7S

Claims

HONEYWELL INC. Honeywell Plaza -. 2oo57.62 Ge Minneapolis, Minn., USA Beschleunigungsmesser Patentansprüche:

1. ) Beschleunigungsmesser, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse mit einer ortsfesten Eingangsachse;
eine innerhalb des Gehäuses· angeordnete Masse zur Erfassung
der Beschleunigung entlang der Eingangsachse;
erste und zweite Torsionsgelenkeinrichtungen, die auf ersten
und zweiten zueinander parallelen Gelenkachsen liegen, welche senkrecht zu der Eingangsachse verlaufen und inbezug auf die Masse fest angeordnet sind;

dritte und vierte Torsionsgelenkeinrichtungen, die auf dritten und vierten Gelenkachsen liegen, welche parallel zu den ersten und zweiten Gelenkachsen verlaufen und inbezug auf das Gehäuse fest angeordnet sind;

eine erste Zwischenarmeinrichtung zum Verbinden der ersten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen;

eine zweite Zwischenarmeinrichtung zum Verbinden der zweiten
und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen; und

eine Kraftausgleichseinrichtung, um die Masse entlang der Eingangsachse im wesentlichen an einem festen Ort zu halten,

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der Torsionsgelenkeinrichtungen ihr zugeordnete
erste und zweite entlang der Gelenkachse im Abstand angeordnete Torsionsglieder aufweist;

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daß die erste Zwischenarmeinrichtung einen ersten Zwischenarm aufweist, der die ersten Torsionsglieder der ersten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen miteinander verbindet, und einen zweiten Zwischenarm aufweist, der die zweiten Torsionsglieder der ersten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen miteinander verbindet; und

daß die zweite Zwischenarmeinrichtung einen dritten Zwischenarm aufweist, der die ersten Torsionsglieder der zweiten und vierten Torsionseinrichtungen miteinander verbindet, und einen vierten Zwischenarm aufweist, der die zweiten Torsionsglieder der zweiten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen miteinander verbindet.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Torsionsgliedern, die durch jeden Zwischenarm miteinander verbunden werden, integrale Bestandteile des Zwischenarmes bildet.

4. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten und dritten Gelenkachsen in einer ersten Ebene liegen, die zur Eingangsachse im wesentlichen senkrecht liegt, und daß sich die Gelenkachsen zu beiden Seiten der Eingangsachse befinden;

daß die zweiten und vierten Gelenkachsen in einer zweiten Ebene parallel zu der ersten Ebene liegen und sich zu beiden Seiten der Eingangsachse befinden; und

daß sich die ersten, zweiten, dritten und vierten Gelenkachsen im gleichen Abstand von der Eingangsachse befinden.

5. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich die ersten und zweiten Gelenkachsen auf gegenüberliegenden Seiten der Eingangsachse befinden.

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6. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, d a d u r c..h gekennzeichnet,

daß die Kraftausgleichseinrichtung eine elektisch leitende Wicklung auf der Masse aufweist; und

daß die ersten und .zweiten Zwischenarme und die damit verbundenen Torsionsglieder elektrisch leitend und an die Wicklung angeschlossen sind, um die Zuführung eines elektrischen Stromes zu ermöglichen.

7. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Torsionsglieder der ersten und zweiten Torsionseinrichtungen durch erste und zweite Flansche mit der Masse entsprechend verbunden sind, wobei die Flansche Bestandteile der Torsionsglieder bilden und starr mit der Masse verbunden sind; daß die Torsionsglieder der dritten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen durch dritte und vierte Flansche mit dem Gehäuse entsprechend verbunden sind, wobei die Flansche Bestandteile der Torsionsglieder bilden und starr mit dem Gehäuse verbunden sind;

daß die ersten und dritten Flansche, die ersten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen und der erste Zwischenarm koplanare Blättchen in einer ersten Aufhängung umfassen, wobei die ersten und dritten Flansche und der erste Zwischenarm mit ihnen verklebte Versteifungsblättchen aufweisen; und daß die zweiten und vierten Flansche, die zweiten und dritten Torsionsgelenkeinrichtungen und der zweite Zwischenarm koplanare Blättchen in einer zweiten Aufhängung umfassen, wobei die zweiten und vierten Flansche und der zweite Zwischenarm mit ihnen verklebte Versteifungsblättchen aufweisen.

8. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Aufhängungen jeweils ausgebildet sind als:

ein im wesentlichen kreisförmiger mit der Masse befestigter Innenring; Ö09812/1Ö79

ein im wesentlichen kreisförmiger mit dem Gehäuse befestigter Außerring; und

eine zwischen dem Innen- und Außenring angeordnete gebogene Zwis chenarmeinrichtung »

9. Beschleunigungsmesser nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Aufhängungen jeweils: ausgebildet sind als: ein mit der Masse verbundener Außenring; ein mit dem Gehäuse verbundener Innenring; und eine zwischen dem Außen- und Innenring angeordnete gebogene Zwischenarmeinrichtung.

10. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Zwischenarmeinrichtung eine radiale Abmessung aufweist, die von einer minimalen Abmessung in Nachbarschaft der ersten und zweiten Torsionsgelenkeinrichtung bis zu:, einen maximalen Abmessung in Nachbarschaft der dritten und vierten Torsionsgelenkeinrichtung variert.

11. Aufhängung einer Masse in einem Gehäuse einer auf eine lineare Beschleunigung ansprechenden Einrichtung, wobei sich die Masse inbezug auf das Gehäuse entlang einer Eingangsachse bewegen kann, mit einer Kraftausgleicheinrichtung, um die Masse normalerweise in einer festen Position zu halten, und mit einer Abgriffeinrichtung, um jede Bewegung der Masse inbezug auf das Gehäuse anzuzeigen, gekennzeichnet durch erste und zweite Torsionsgelenkeinrichtungen, die entlang ersten und zweiten parallelen Gelenkachsen angeordnet und durch eine erste Zwischenarmeinrichtung miteinander verbunden sind; dritte und vierte Torsionsgelenkeinrichtungen, die entlang dritter und vierter paralleler Gelenkachsen angeordnet und durch eine zweite Zwischenarmeinrichtung miteinander verbunden sind;

eine erste Verbindungseinrichtung, um die erste Torsionsge-

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lenkeinrichtung starr mit dem Gehäuse zu verbinden, so daß die ersten und zweiten Gelenkachsen in einer ersten Ebene senkrecht zur Eingangsachse und zu beiden Seiten derselben liegen;

eine zweite Verbindungseinrichtung/ um die zweite Torsionsgelenkeinrichtung starr mit der Masse zu verbinden; . ,.eine dritte Verbindungseinrichtung/ um die dritte Torsionsgelenkeinrichtung starr mit dem Gehäuse zu verbinden, so daß die dritten und vierten Gelenkachsen parallel zu den ersten und zweiten Gelenkachsen verlaufen und in einer zweiten Ebene senkrecht zu der Eingangsachse und zu beiden Seiten derselben liegen; und

eine.vierte Verbindungseinrichtung, um die vierte Torsionsgelenkeinrichtung starr mit der Masse zu verbinden, wobei die Masse im wesentlichen an einer Bewegung quer zur Eingangsachsen gehindert wird.

12. Aufhängung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und dritten Gelenkachsen auf gegenüberliegenden Seiten von der Eingangsachse angeordnet sind.

13. Aufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen erste und zweite Torsionsglieder im Abstand entlang einer Gelenkachse aufweist; und daß jede erste und zweite Zwischenarmeinrichtung erste und zweite Zwischenarme aufweist, von denen jeder ein Paar von Torsionsgliedern verbindet.

14. Aufhängung nach. Anspruch 13, dadurch. gekennzeichnet,

daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Verbindungseinrichtungen erste, zweite, dritte und vierte Flansche umfassen, die einen Bestandteil der ersten, zweiten, dritten und vierten

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Torsionsgelenkeinrichtungen entsprechend bilden; daß die ersten und zweiten Torsionsgelenkeinrichtungen, die erste Zwischenarmeinrichtung und die ersten und zweiten Flansche durch ein symmetrisches Paar koplanarer Blättchen in einer ersten Aufhängung gebildet werdn; daß die erste Zwischenarmeinrichtung und die ersten und zweiten Flansche durch weitere Blättchen versteift sind; daß die dritten und vierten Torsionsgelenkeinrichtungen, die zweite Zwischenarmeinrichtung und die dritten und vierten Flansche durch ein ^symmetrisches Paar koplanarer Blättchen in einer zweiten Aufhängung gebildet werden; und daß die zweite Zwischenarmeinrichtung und die dritten und vierten Flansche durch weitere Blättchen versteift sind.

15. Aufhängung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Aufhängungen, jeweils eine ebene scheibenförmige Ausgestaltung aufweisen, die umfasst:

einen Innenring;
einen Außenring; und

eine mit dem Innen- und Außenring über Torsionsglieder verbundene gebogene Zwischenarmeinrichtung.

16. Aufhängung nach Anspruch 15, dad ure" Ii gekennzeichnet , daß die Innen- und Außenringe mit der Masse und dem Gehäuse entsprechend verbunden sind.

17. Aufhängung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenarmeinrichtung einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt zwischen den Punkten aufweist, an denen sie mit den Innen- und Außenringen verbunden ist.

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18. Aufhängung nach. Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenringe mit dem Gehäuse und der Masse entsprechend verbunden sind.

19. Aufhängung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenarmeinrichtung bezogen auf die Eingangs.ach.se eine radiale Abmessung aufweist, die von einer minimalen Abmessung in Nachbarschaft der Verbindungspunkte mit dem Außenring bis zu einer maximalen Abmessung in Nachbarschaft der Verbindungspunkte mit dem Innenring variert.

20. Aufhängung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß das Paar koplanarer Blättchen in der ersten und zweiten Aufhängung von den weiteren Blättchen elektrisch isoliert ist;

daß die Kraftausgleichseinrichtung eine Wicklung auf der Masse aufweist; und

daß die ersten und zweiten Torsionsgelenkeinrichtungen, die erste Zwischenarmeinrichtung und die ersten und zweiten Flansche der elektrischen Stromzuführung zu der Wicklung dienen.

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