DE2841318A1

DE2841318A1 - Zweiachsen-winkelgeschwindigkeitsfuehler

Info

Publication number: DE2841318A1
Application number: DE19782841318
Authority: DE
Inventors: Gerald Scott Bower; Harold David Morris; Rex Bredesen Peters
Original assignee: Systron Donner Corp
Current assignee: Systron Donner Corp
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4147063A; FR2404223A1; GB2005411B; FR2404223B1; GB2005411A; DE2841318C2

Description

PATENTANWÄLTE

J.RICHTER F. WERDERMANN

DIPL.-ΙΝΘ. DIPL-.-ING.

R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER

DlPl INS. DIPL.-CHEM.

ZUSEL VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES AGREES PRES LOEB HAMBURG MÜNCHEN

PRIORITÄT:

aOOO HAMBURG 36 ^!

NEUER WALL 1O TEL. (O4O) 34OO45 34 OO 56 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

UNSERE AKTE: g 784-97 DH

IHR ZEICHEN:

P A T E IJ T A N M E L D U N G

23ο September 1977

(entspro US-Anra» Serial No 836 159)

BEZEICHNUNG: ANMELDER;

ERFINDER:

Zweiachsen- tfinkelgeschwindigkeitsfühler

Systron-Dozmer Corp„ One Systron Drive Concord, Kalif., V»St„Ac

Gerald Scott Bower, Ingenieur Templeton, Kalif», V.St₀A₀

Rex B₀ Peters 2211 Olympic Drive Martinez,, Kalif., V„St = A_o

Harold David Morris 11 Westover Court Orinda, Kalif,, V.St₀A₀

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Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10 055 ■ Postscheckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler mit Gasfüllung, mit einem Rahmen und darin angebrachtem Rotor, der einen Freiheitsgrad der Drehung um eine Spinachse in bezug auf den Rahmen aufweist, wobei ein Motor zur Abgabe eines Antriebsdrehmomentes um die genannte Spinachse in dem genannten Rahmen angebracht ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Instrument zur Abfühlung der Winkelgeschwindigkeit um zwei nicht zueinander parallel verlaufende Achsen, und insbesondere um einen verbesserten Winkelgeschwindigkeitsfühler mit einem gasgedämpften Trägheit s element.

Meßvorrichtungen für Winkelgeschwindigkeiten um zwei Achsen, die ein umlaufendes Kreiselelement zum Einsatz bringen, sind bekannt; diese Kreiselelemente haben eine Spinachse, die durch Präzessionsmomente, die aus Winkelgeschwindigkeitseingaben um eine der zueinander orthogonalen Eingangsachsen resultieren, aus einer neutralen Orientierung oder Lage bewegt wird. Es werden Mittel zur Begrenzung der Präzession des Kreiselelementes verwendet, wie beispielsweise eine Feder mit linearer Federkonstante, so daß der Grad der Präzession abgefühlt werden kann, um damit ein Signal zu liefern, das der Winkelgeschwindigkeit um jede der beiden Eingangsachsen entspricht. In der Vergangenheit haben Bestrebungen zur Schaffung solcher Winkelgeschwindigkeits-

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fühler für zwei Achsen höchst verwickelte Strukturen ergeben, und aus der sehr aufwendigen Technik entstanden beträchtliche Kosten. Ein solcher Fühler bringt eine rotierende Welle und eine Rotor-Biegegelenklagerung zum Einsatz, die als Kugelpfannenverbindung oder Drehgelenk zwischen dem Gehäuse der Welle und dem Rotor angesehen werden können. Die Biegelagerung ist in radialer und axialer Richtung versteift, weist jedoch einen geringen Federungswiderstand gegenüber einer Verbiegung um die zur Spinachse senkrechten Achsen auf. Eine solche Meßeinrichtung wird in Verbindung mit Fig. 2 in der Fachzeitschrift "Control Engineering", Seite 54-58, März 1971, in dem Artikel ^M Reviewing the Status of Inertial Sensors" (Überblick über den Stand der Trägheits-Abfühlvorrichtungen) beschrieben.

Ein anderer, auf Durchbiegung gelagerter Kreisel weist nur eine Verbiegungsmöglichkeit mit einem Freiheitsgrad zwischen der rotierenden Struktur und der Drehantriebswelle auf. Die Messung der Winkelgeschwindigkeit um zwei Achsen erfolgt durch Messung der Verschiebung des Gehäuses gegenüber dem Rotor an an zueinander orthogonalen Stellen auf dem Gehäuse. Ein derartiger Fühler wird in Verbindung mit Fig. 3 des obigen Artikels in der Fachzeitschrift "Control Engineering^N beschrieben. Ein Meßkreisel für zwei Achsen wird in der US-PS 3 176 523 (Amlie) beschrieben, dieser Meßkreisel weist eine statische Federung mit radialer und axialer Versteifung

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und niedrigem Federungswiderstand gegenüber Biegung auf, um eine begrenzte Drehung eines Kreiselelementes aufgrund von Präzessionsmomenten zu gestatten. Die US-PS 3 559 4-92 (Brdley) offenbart einen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler mit einer Vielzahl von an seinem Umfang angeordneten vibrierenden Elementen, die auf radialen Torsionsfedern montiert sind, so daß einzelne der am Umfang angeordneten Elemente in vibrierende Torsionsbewegungen versetzt werden.

Die Anmelderin der hier offenbarten Erfindung ist ebenfalls Inhaber einer Erfindung, bei welcher das Trägheits- oder Kreiselelement ein dünner scheibenförmiger Rotor ist, der die Fähigkeit besitzt, sich um jede Achse zu verbiegen, und damit eine Federkonstante schafft, die derartige Verbiegungen begrenzt, wenn diese durch Präzessionsmomente auf den Rotor aufgebracht werden. Ein verbesserter Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler mit verhältnismäßig einfachen Konstruktionsmerkmal en, geringer Feder-Zwangskraft, zur Schaffung einer starken strukturellen Halterung und mit leicht zu erzielender Dämpfung wird benötigt, derart, daß sich sein Verhalten demjenigen eines linearen Systems zweiter Ordnung annähert, ebenso besteht Bedarf für eine Unterscheidung des Ausgangssignals nach zwei Achsen.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zweiachsen-Subminiatur-Winkelgeschwindigkeitsfühler von einfachem Aufbau und mit verbesserter Winkelgeschwindigkeitsabfühlung zu schaffen, sowie mit vorbestimmbarer Dämpfung zur Erzielung

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linearer Ansprechkennwerte zweiter Ordnung, dabei soll die Motorgescbwindigkeit geregelt sein, um ein der Belastung entsprechendes Antriebsdrahmoment zu liefern und infolgedessen eine konstante Rotationsgeschwindigkeit des Trägheitselementes zu erreichen, dabei soll der erfindungsgemäße Winkelgeschwindigkeitsfühler deutlich erfaßbare Ausgangssignale liefern, die verhältnismäßig frei von durch den Rotor und durch Beschleunigung erzeugten Störsignalen sind.

Der zur Losung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgensäße Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabe dem genannten Rotor das Antriebsdrehmoment zuleitet, daß der genannte Rotor von ring- und scheibenförmiger Gestalt ist, mit einer Dämpfungsfläche und einer auf der entgegengesetzten Seite liegenden Abgriffsfläche, daß Mittel zur Ermöglichung einer Verschwenkbewegung des genannten Rotors um einen seiner Durchmesser zwischen diesem Rotor und der Nabe angeordnet sind, daß eine Dämpfungsplatte an der genannten Nabe befestigt und in der Nähe der Dämpfungsfläche und in einem gewissen Abstand von dieser zur Ausbildung eines Zwischenraumes zur Dämpfung zwischen Dämpfungsplatte und Dämpfungsfläche angeordnet ist, und dadurch das genannte Gas in dem Zwischenraum die Dämpfung für die Verschwenkbewegung des Rotors liefert, daß eine Regelschaltung mit dem Motor zur Regelung des genannten Antriebsdrehmomentes zur Erzielung einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit des

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At?

genannten Rotors verbunden ist, daß ein erster und zweiter Abgriff mit vorgegebenem Versetzungswinkel um die genannte Spinacbse und in einem bestimmten Abstand von der genannten Abgriffsfläche in dem genannten Rahmen angebracht sind und ein erstes bzw. zweites Ausgangssignal abgeben, das jeweils den Abstand zwischen den Abgriffen und der Abgriffsflache anzeigt, derart, daß die Winkelgeschwindigkeit des genannten Rahmens um eine erste bzw. zweite ihn durchsetzende Achse zur Anzeige gelangt im ersten bzw. zweiten Ausgangssignal, daß die genannte erste und zweite Achse orthogonal zu der genannten Spinachse ausgerichtet ist und um die genannten Versetzungswinkel versetzt ist.

Allgemein ist die hier offenbarte Einrichtung also ein multiaxialer Winkelgeschwindigkeitsfuhler mit einem Rahmen, der einen darin angebrachten Rotor trägt. Der Rotor kann frei um eine Spin- oder Rotationsachse in bezug auf den Rahmen rotieren· Ein Motor ist innerhalb des Rahmens montiert und liefert ein Antriebdrehmoment um die Spinachse. Eine Nabe verbindet den Rotor mit dem Antriebsdrehmoment. Der Rotor ist von ring- und scheibenförmiger Formgebung, mit einer Dämpfungsfläche auf einer Seite, und einer Abgriffsfläche auf der anderen Seite. Eine federartige Lagerung ist zwischen der Nabe und dem Rotor angeordnet und gestattet die Verschwenkbewegung des Rotors um einen Durchmesser in bezug auf den Rahmen. Eine in der Nähe von und beabstandet zu der Dämpfungsfläche angeordnete Dämpfungsplatte ist ebenfalls an der Nabe befestigt, so daß ein Dänpfungez dschen-

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Ab

raum zwischen der Därapfungsplatte und dem Rotor gebildet wird. Die Drehbewegung des Rotors fördert die Luft aus der Umgebung durch den Dämpfungszwischenraum und schafft damit eine Dämpfung der Versehwenkbewegung des Rotors um den einen Durchmesser. Eine Regelschaltung zur Regelung des Antriebsdrehmomentes, das vom Motor erzeugt wird, ist mit diesem letzteren derart verbunden, daß eine konstante Drehgeschwindigkeit beim Rotor erhalten wird. Im Rahmen sind Abgriffe mit vorbestimmtem Versetzungswinkel um die Spinachse herum vorgesehen und befinden sich in einem gewissen Abstand in der Nähe der Abgriffsfläche des Rotors, Die Abgriffe liefern Ausgangsspannungen, die den Abstand zwischen den Abgriffen und der Abgriffsfläche des Rotors anzeigen. Infolgedessen ergibt die Winkelgeschwindigkeit des Rahmens um senkrecht zu der Spin- oder Rotationsachse angeordnete Achsen eine Anzeige dafür in den Ausgangssignalen, wenn die Achsen nach den vorbestimmten Versetzungswinkeln zwischen den Abgriffen ausgerichtet sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der eine bevorzugte Ausführungsform beispielsweise ausführlich und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Pig. 1: ein dem erfindungsgemäßen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler oder -meßkreisel zugeordnetes Kräftediagramm,

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Pig. 2: eine senkrechte Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühlers,

Fig. 3^: eine Draufsicht auf einen Teil der Anordnung nach Fig. 2, in Richtung der Pfeile 3-3,

Fig. 4: eine senkrechte Teilschnittansicht der Anordnung nach Fig. 3, in Richtung der Pfeile 4-4,

Fig. 5: eine Draufsicht von unten auf einen Teil der Anordnung nach Fig. 2, in Richtung der Pfeile 5-5,

Fig. 6: ein Schaltbild des Signalkanals für eine Abfühlachse in dem erfindungsgemäßen Zweiachssn- Winkelgeschwindigkeit sfü hl er,

Fig. 7: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Zweiachsen- Winkelgeschwindigkeitsäbfühlschaltung,

Fig. 8: ein Diagramm; zur Darstellung eines durch den Rotor im Abgriff erzeugten Fehlersignals,

Fig. 9: ein Diagramm zur Darstellung eines anderen, durch den Rotor im Abgriff erzeugten Fehlersignals,

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At

Pig. 10: ein Diagramm zur Darstellung eines Ausgangssignals bei Eingabe einer Winkelgeschwindigkeit um eine Abfühlachse,

Fig. 11: ein Diagramm zur Darstellung eines Ausgangssignals bei Eingabe einer Winkelgeschwindigkeit um eine andere Abfühlachse, und

Fig. 12: das Schaltbild der Regelschaltung für den Motor.

Es kann gezeigt werden, daß die Eigenfrequenz einer dünnen Scheibe um einen Durchmesser der Scheibe mit verhältnismäßig unbedeutender Federbegrenzung um diesen Durchmesser gleich der Rotationsfrequenz um eine Rotationsachse ist, die senkrecht zu diesem einen Durchmesser ausgerichtet ist. Dieser Tatbestand setzt voraus, daß die dünne rotierende Scheibe ihre Masse im wesentlichen in der Rotationsebene aufweist, daß das mechanische System sich im wesentlichen wie ein System zweiter Ordnung verhält, und daß die das System anregenden Kräfte oder Momente sinusförmig sind. Die Gültigkeit dieser Ausführungen wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 unter den Zeichnungen und auf die folgenden Beziehungen gemäß den in Fig. 1 enthaltenen Formelsymbolen ersichtlich:

F =

0}²Rmcos
mR²

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Bei einem dünnen scheiben- und ringförmigen Rotor sind die Verhäältnisse weitgehend dieselben wie bei der in Pig. 1 dargestellten Anordnung, wo die Rotormasse im wesentlichen in der Rotationsebene liegt. In einem solchen Fall kann sich der Umfangsbsreich eines Rotors frei in einer Drehung um die y-Achse nach Fig.1 bewegen. Eine Rotations-Eigenfrequenz für den Rotor-Umfangsbereich um den einen Durchmesser würde CO ^ sein, die Rotationsfrequenz des Umfangsbereiches des Rotors um die z-Achse.

Die vorausgegangenen Ausführungen müssen durch die Überlegung abgewandelt werden, daß ein lineares System zweiter Ordnung mit einer Dämpfung, das mit der Eigenfrequenz erregt wird, eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber der Anregung zeigt. Demzufolge findet die Verschiebung oder Drehung des dünnen ring- und scheibenförmigen Rotors, die durch den Winkel ft dargestellt wird, bei einer Drehstellung statt, die um 90° gegenüber der z-Achse, von der in Pig. 1 gezeigten Stellung versetzt ist. Somit ist der eine Durchmesser in der Stellung maximaler Auslenkung des dünnen ring- und scheibenförmigen Rotors theoretisch mit der x-Achse ausgerichtet. Die Bedeutung dieser Erkenntnis wird bei der Offenbarung der Trägerstruktur und der Ausrichtung der Signalge-

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neratoren weiter unten erläutert.

Nunmehr wird auf Fig. 2 bezug genommen, dort wird eine senkrechte Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühlers gezeigt, mit einem innerhalb eines geteilten Gehäuses angebrachten Rahmen 11-Das Gehäuse weist eine rotorseitige Abdeckung 12 und eine motorseitige Abdeckung 13 auf. Der Rahmen 11 ist in Umfangsnuten 14, 16 in der rotorseitigen bzw. motorseitigen Abdeckung 12 bzw. 13 angeordnet. Einander gegenüberliegende Flächen 17 und 18 an der rotor- bzw. motorseitigen Abdeckung

12 bzw. 13 weisen einen gewissen Abstand zueinander auf, wenn die Flächen der inneren Umfangsnuten 14, 16 auf den gegenüberliegenden Flächen des Rahmens 11 aufliegen. Eine Vielzahl von Gewindebohrungen 19 wird in einem flanschartigen Teilbereich der rotorseitigen Abdeckung 12 ausgebildet, und ein dazu passendes Muster von Durchgangsbohrungen 21 wird in dem flanschartigen Teilbereich der motorseitigen Abdeckung

13 ausgebildet. Eine Vielzahl von Befestigungselementen, wie beispielsweise Befestigungsschrauben 22, durchsetzt die Durchgangsbohrungen 21 und greift in die Innengewinde der Gewindebohrungen 19 ein und hält dadurch die rotor- und die motorseitige Abdeckung 12, 13 zusammen, unter Aufbringung eines Preßdruckes auf die gegenüberliegenden Flächen des Rahmens 11. In dieser Weise wird dar Rahmen 11 innerhalb der rotor- und der motorseitigen Abdeckungen 12 und 13 in seiner Lage festgehalten·

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Eine Rotorbaugruppe ist allgemein bei 25 dargestellt, sie ist mit einer Welle 24 verbunden, die von einem Motor 26 ausgeht und von diesem angetrieben wird. Der Motor 26 ist mit seinem einen Endbereich in eine Ausnehmung 27 im Rahmen 11 eingesetzt und wird von dieser Ausnehmung festgehalten, und mit seinem anderen Endbereich ist er in eine Ausnehmung 28 eingesetzt, die in der motorseitigen Abdeckung 15 ausgeführt ist, und wird von dieser gehalten. Zwei Stromzuführungsleitungen 29 sind von dem zugänglichen Endbereich des Motors 26 ausgehend dargestellt.

Zwei Abgriffspulen 51» 52 sind Jeweils auf einem Spulenhalt erblock 55 bzw. 54 angebracht dargestellt. Jeder der Spulenhalterblöcke 55 und 54 ist in Durchgangsbohrungen eingesetzt, die im Rahmen 11 an gegenüberliegenden Seiten in bezug auf die Achse der Welle 24 ausgebildet sind. Die Achse der Welle 24 wird als Rotations- oder Spinachse ζ bezeichnet, um welche die Rotorbaugruppe 25 durch den Motor 26 in Rotation versetzt wird. Die Spulenhalterblöcke 55 und 54 werden in Durchgangsbohrungen 56 Jeweils durch eine Madenschraube 57 gehalten, die in das Innengewinde einer Gewindebohrung 53 eingreift, die sich durch den Uafangsbereich des Rahmens 11 bis zum Auftreffen auf eine Jeweilige Durcbgangsbohrung 56 erstreckt. Die Abgriffspulen 51 und weisen Signalleitungen 59 bzw. 41 auf, die von diesen ausgehen, durch Zutrittsmöglichkeiten, wie die öffnungen 42 in der motorseitigen Abdeckung 15, hindurch. Die Abgriffspulen 51, 52 sind von einem Signalerzeuger oder einer Ab-

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griffsfläche 43 beabstandet auf der Rotorbaugruppe 23 dargestellt.

Pig. 3 zeigt die Abgriffsflache 4-3 auf der Rotorbaugruppe 23. Die Abgriffsfläche 43 befindet sich auf einem ringbund scheibenförmigen Rotor 44. Die Rotorbaugruppe 23 weist eine raittig angeordnete Nabe 46 mit einer Bohrung 47 auf, zur Aufnahme und Befestigung der Rotorwelle 24. Bine Feder 48 verläuft zwischen der Nabe 45 und dem scheibenförmigen Rotor 44_O Die Feder 43 weist flache Biegeabschnitte 49 auf, die an gegenüberliegenden Seiten in bezug auf die mittige Achse der Rotorbaugruppe 23 liegen. Man erkennt, daß der ring- und scheibenförmige Rotor 44 sich in nur durch die Feder begrenzter Weise frei um die senkrechten Achsen in bezug auf die Nabe 46 nach Fig_e 3 bewegen kann, wenn die flachen Biegeabschnitte 49 in einer Verbiegung ausgelenkt werden.

Man erkannt, daß die Nabe 46 zwei diese durchsetzende Ausnehmungen besitzt, die durch die einander rechtwinklig schneidenden Kanten 51 und 52 gebildet werden. Somit wird bei dieser Ausführungsform ersichtlich, daß die einander schneidenden Kanten 51 und 52 nicht nur in einem Winkel von 90° gegeneinander versetzt, sondern auch unter einem Versetzungswinkel von 45° gegenüber der einen Durchmesserachse angeordnet sind, die eine freie Bewegung des ring- und scheibenförmigen Rotors 44 in bezug auf die Nabe 46 gestattet.

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Pig. 4 zeigt die Rotorbaugruppe 23 im Schnitt, dabei ist der ring- und scheibenförmige Rotor 44 aus zwei ringförmigen Scheiben 44a und 44b hergestellt, die an entgegengesetzten Seiten eines ümfangsteilbereichs der Feder 48 angeordnet sind. Die Abgriffsfläche 43 ist auf der freiliegende Seite des scheibenförmigen Rotorelementes 44b dargestellt, und eine Dämpfungsfläche 53 ist auf der freiliegenden Fläche des scheibenförmigen Rotorelementes 44b dargestellt. Die Nabe

46 ist ebenfalls aus Elementen 46a, 46b hergestellt, die auf gegenüberliegenden Seiten eines mittigen (Teilbereichs der Feder 48 angeordnet sind. Ein Abstandsstück 54 ist in der Nähe einer Seite der Nabe 46 dargestellt und dient zur Schaffung eines Abständes zwischen einer Dämpfungsplatte und der Dämpfungsfläche 53» wodurch ein Dämpfungszwischenraum hier zwischen, bei 57, ausgebildet wird. Ein Nabenträger 58 ist an der nach außen gerichteten Oberfläche der Dämpfungsplatte 56 befestigt, und es ist eine Bohrung

47 dargestellt, die mittig die gesamte, aufeinanderliegende Anordnung der Eelemente der Rotorbaugruppe 23 durchsetzt.

Benachbarte Oberflächen in der Anordnung der aufeinandergelegten Elemente der Rotorbaugruppe 23 sind durch ein geeignetes Klebemittel miteinander verbunden. Es ist festzustellen, daß das Nabenelement 46a aus demselben Stück eines dünnen Blechmaterials wie das scheibenförmige Rotorelement 44a hergestellt ist„ In gleicher Weise wird das Nebenelement 46b in demselben dünnen Blech ausgebildet wie

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das scheibenförmige Rotorelement 44b. Da bei dieser Ausführungsform die Feder 48 ein durchgehendes Bauteil ist, das von der Mitte bis zum Umfang der Rotorbaugruppe 23 verläuft, muß die Dicke der Nabe 46 und des ring- und scheibenförmigen Rotors 44 im wesentlichen dieselbe sein. Demzufolge kann der Zwischenraum 57 genau durch die Auswahl einer vorbestimmten Dicke des Abstandsstückes 54· festgelegt werden. Da, wie zuvor hier erläutert worden ist, die Eigenfrequenz des ring- und scheibenförmigen Rotors 44 um die eine diametrale, durch die flachen Biegeabschnitte 49 verlaufende Achse seines Freiheitsgrades im wesentlichen dieselbe ist wie die Rotationsfrequenz des scheibenförmigen Rotors 44 um die Rotations- oder Spinachse ζ von Motor und Rotor, so hängt der Skalierungsfaktor des Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühlers nach der Erfindung von der Dämpfungskonstanten ab. Der Skalierungsfaktor ist eine Punktion des Verhältnisses des Trägheitsmomentes des Rotors um eine der diametralen Achsen seines Freiheitsgrades zu der Dämpfungskonstanten, Somit ergibt eine sorgsame Auswahl der Dämpfungskonstanten eine vorbestiramte Ansprechamplitude oder einen vorbestimmten Skalierungsfaktor, während dieselbe Phasenverzögerung von im wesentlichen 90° beim Ansprechen des Rotors in bezug auf Winkelgeschwindigkeitseingaben aufrechterhalten wird. Dies ist von beträchtlicher Bedeutung, wenn man berücksichtigt, daß die Lage um die Rotationsoder Spinachse ζ herum von Bedeutung ist, damit ein maximales Signal erhalten wird. Ein maximales Signal wird erzielt, wenn maximale Verschiebungen zwischen den Abgriffspulen

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und der Abgriffsfläche 45 des ringförmigen Rotors 44 für eine eingegebene Winkelgeschwindigkeit um eine der vorgegebenen Eingabeachsen erhalten wird.

Nun wird auf Pig. 5 bezug genommen, dort ist die Lage der verschiedenen Abgriffspulen im Rahmen 11 dargestellt. Die Abgriffspulen 51 und 52 sind in denselben Positionen dargestellt, die sie in der obigen Pig. 2 einnehmen» In dem Pail, wo die beiden vorbestimmten Eingabeachsen, um welche Winkelgeschwindigkeiten gemessen werden sollen, so gewählt sind, daß sie um 90° zu der Spinachse ζ versetzt sind, wird, wie in Pig. 5 gezeigt, ein zweites Paar von Abgriffspulen 59 und 61 angeordnet. Die Abgriffspulen 59 und 61 werden in dem Rahmen 11 in einem gewissen Abstand von der Abgriffsfläche 45 auf der Rotorbaugruppe 25 in derselben Weise wie die Abgriffspulen 51 und 52 angebracht. Eine Abgriffspule für die Rotorstellung befindet sich in einer Winkellage von 45°, von den durch die Abgriffspulen 511 52 und 59» 61 gehenden Achsen aus gesehen. Die vier Abgriffspulen 51» 52, 59, 61 werden zu Beginn des Zusammenbaus in den richtigen Abstand zur Abgriffsfläche 45 durch axiale Lageänderung der Rotorbaugruppe 25 auf der Motorwelle 24 gebracht. Anschließend daran wird die Rotorbaugruppe 25 an der Welle 24 mittels einer (nicht dargestellten) Madenschraube oder andere Mittel, wie beispielsweise eine geeignete Klebverbindung fixiert. Gleichzeitig wird die Abgriffspule 62 für die Rotorstellung in den richtigen Abstand von der Ober-

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fläche der Nabe 46 gebracht. Der Abstands-Feinabgleieh der Abgriffspulen 31, 52 und 59? 61 gegenüber der Abgriffsfläche 43 wird durch axiale Lageänderung der Spulenhalterblöcke 33, 34 und entsprechender Spulenhalterblöcke für die übrigen Abgriffspulen erhalten, auf denen die Abgriffspulen 59j 61 montiert sind. Madenschrauben 37 werden zur Anlage an den einzelnen Spulenhalterblöcken gebracht, um die einmal abgeglichene Stellung der Jeweiligen Abgriffspule zu fixieren. In ähnlicher Weise wird die Abgriffspule 62 für die Rotorstellung einem Feinabgleich ihres Abstandes gegenüber der benachbarten Fläche der Nabe 46 des Rotors unterzogen. Die Abgriffspule 62 für die Eotorstellung befindet sich in der Entfernung eines solchen bestimmten Halbmessers von der Spinachse z, daß die einander schneidenden Kanten 51» 52 durch deren Ebene tx^eten. Nach dieser Ausführungsform nähert sich das Ausgangssignal von der Abgriffspule 62 für die Rotorstellung einer Rechteckwelle mit der doppelten Rotorfrequenz, wenn die Nabe 46 und die darin befindlichen Ausnehmungen die Stirnseite der Abgriffspule 62 nacheinanderfolgend beim Umlauf des Rotors passieren.

Wie oben festgestellt, wird theoretisch, beim Auftreten einer Winkelgeschwindigkeit um die x-Achse, die als G^₂ in Fig. 5 zu sehen ist, und bei der Rotation des Rotors 44 um die Spinachse z, dieser ring- und scheibenförmige Rotor 44 versuchen, sich um eine ^ehse zu drehen, die sich ent-

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lang eines Rotordurchmessers, durch die flachen Biegeabschnitte 49 der Feder 48 hindurch erstreckt, die nach dieser Ausführungsform zum Einsatz gebracht werden. Bs ist beabsichtigt, daß in den Rahmen der Erfindung andere Mittel zur Lagerung eines ringförmigen Rotors 44 auf einer Nabe zur Rotation um einen Durchmesser eingeschlossen sein sollen, dabei handelt es sich beispielsweise um radial verlaufende Torsionsfedern, Drehzapfen geringer Reibung usw. Zunächst steht zu vermuten, daß bei einer Eingabe um die x-Achse der Rotor 44 seine Peststellung verlieren würde, so daß er sich um die durch die Biegeabschnitte 49 gehende Achse dreht, während die Achse mit der y-Achse ausgerichtet gewesen ist. Wie oben für lineare Systeme zweiter Ordnung und sinusförmige Eingaben erläutert wurde, erfolgt die Bewegung des Rotors 44 um die Achse oder einen Durchmesser des Rotors um 90° später bei der mit der x-Achse ausgerichteten Achse. Daher befinden sich die Abgriffspulen 31 und 32 in der Stellung zur Abfühlung der größten Abstandsänderung gegenüber einer ungestörten Lage zwischen der Abgriffsfläche 43 und den Abgriffspulen für Winkelgeschwindigkeitseingaben um die x-Achse. In der Praxis erkennt man jedoch, daß der Nacheilungswinkel gegenüber der x-Achse , wo sich die Abgriffsfläche 43 am Ort maximaler Abstandsänderung gegenüber der ungestörten Abstandslage gegenüber den Abgriffspulen 31 und 32 befindet, nicht genau um 90° zur x-Achse nacheilt. Infolgedessen kann die Gesamtanordnung der Abgriffspulen gegenüber einer vorgegebenen Jäiingabeachse durch die rotor- und motorseitige Abdeckung 12 und 13 gedreht werden,

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derart, daß die Abgriffspulen unter einem Winkel gegenüber der zur Eingabe vorgesehenen x-Achse positioniert sind, wo eine maximale Abstandsänderung zwischen den Abgriffspulen 31 und J2 und der Abgriffsfläche 43 festgestellt werden kann« Die vorstehende Erläuterung gilt ebenso für eine Eingabe um die y-Achse nach Fig. 5» wobei das anzeigende Signal durch die Abgriffspulen 59 und 61 erzeugt wird. Eine andere Ausführungsform des Verfahrens zur Erzielung des vorgenannten, auf seinen Höchstwert gebrachten Signals für Winkelgeschwindigkeitseingaben besteht darin, die erfindungsgemäßen Einrichtungen auf maximale Ausgangssignale für gegebene Winkelgeschwindigkeitseingaben zu testen und anschließend die Achsen der höchsten Empfindlichkeit auf der Außenseite der rotor- und motorseitigen Abdeckungen 12, 13 oder auf jeder anderen verfügbaren äußeren Struktur zu markieren. In dieser Weise wird die A_Cb_Se der höchsten Empfindlichkeit zum Einsatz beim späteren Einbau gekennzeichnet. Aus der Gestalt der Nabe 46 und der Position der Abgriffspule 62 für die Rotorstellung folgt ebenfalls, daß ein die Rotorstellung anzeigendes Ausgangssignal erzeugt wird, das in seiner Form eine Rechteckwelle ist, die um 90° (elektrisch) den Ausgangssignalen von den Abgriffspulen 31, 32 nacheilt und den Ausgangssignalen von den Abgriffspulen 59, 61 um 90° (elektrisch) voreilt. Wie im weiteren beschrieben wird, können diese Phasenbeziehungen für die Signalaufbereitungsschaltung verändert werden.

Das elektrische Schaltbild nach Fig. 6 zeigt zwei Abgriff-

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spulen, die den Abgriffspulen 31 und 32 aus Fig. 2 und Pig«, 5 entsprechen. Die Abgriffspulen können von der in der US-PS 3 321 753 beschriebenen Bauform sein. Wie oben geschildert, liefern die Abgriffspulen 31 und 32 Ausgangssignale, die den ^Abstand zwischen den Spulen und der Abgriff sf lache 43 anzeigen, diese Ausgangssignale werden zu den Detektoren 63 bzw. 64 geleitet. Die Detektoren 63 und 64 sind derart ausgebildet, daß die Ausgangssignale von entgegengesetztem Vorzeichen (gegenphasig) sind. Jedes Ausgangssignal wird durch einen kondensator 01 bzw. 02 geglättet, um die Erregungsfrequenz des Abgriffs zu beseitigen, und anschließend werden die Signale im Summier-Widerstandsnetzwerk mit R1 und R2 addiert. Ein aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator 03 bestehendes Hochpaßfilter wird zur Unterdrückung von Gleichspannungs-Fehl er signal en und zur Einkopplung des Ausgangssignals von den Summierwiderständen R1 und R2 in eine Multiplikations- oder Mischstufe 66 eingesetzt. Ein Bezugsfrequenz-Eingangssignal, das eine Funktion der Rotationsfrequenz ist, wird an die Mischstufe 66 geliefert. Das Ausgangssignal der Multiplikations- oder Mischstufe 66 wird zu einem !Tiefpaßfilter 67 geleitet, das seinerseits ein Ausgangssignal erzeugt, das einer Signalaufbereitungsschaltung 68 zur Erzeugung eines Ausgangssignals zugeführt wird, das die Winkelgeschwindigkeitseingabe um die x-Achse nach Fig. 5 anzeigt. Es ist anzumerken, daß die beiden Kanäle für die x-Achse in der Weise ausgeführt sein können, wie sie in der US-PS 3 967 064 beschrieben ist.

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Die Art der Erzeugung des Signals zur Anzeige der Winkelgeschwindigkeit um die y-Ächse nach Fig„ 5 entspricht der oben für die x-Achse erläuterten Art,

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das die vier, im bestimmten Abstand zu der Abgriffsfläche ^J auf dem ring- und scheiben= Ϊörmigen Rotor 44 angeordneten Abgriffspulen zusammen mit der Abgriffspule 62 für die Rotorstellung zeigt, wobei alle diese Spulen Ausgangssignale liefern„ Die Signalabgabe erfolgt wie oben beschrieben, wobei ein Summiernetzwerk 69 das Netzwerk mit den Summierwiderständen R1 und R2 nach Fig. 6 darstellt= Schaltungsmittel zur Unterdrückung von Gleichspannungs-FehlerSignalen, wie beispielsweise das Hochpaßfilter 71» sind zur Aufnahme des Ausgangssignales mit dem Summiernetzwerk 69 verbunden und lassen ein höheres Frequenzband als erstes Eingangssignal zn der Mischstufe 66 durcho Das Ausgangssignal von der Abgriffspule 62 für die Rotorstellung wird einem Bezugssignalgenerator 72 zugeleitet, der zwei Ausgangssignale, f^O.) und f₂(ⁱö^) erzeugt. Wie oben beschrieben wird das Ausgangssignal f^C^) auf die Misehstufe 66 geleitet.

Me Signalkanäle für das y-Achsen-Ausgangssignal entsprechen den Signalkanälen für die x-Achsen, dabei sind die Abgriffspulen 59 und 61 mit Detektoren 73 bzw. 74- verbunden, die ein nicht invertiertes und ein invertiertes, gleichgerichtetes Signal erzeugen, die beide in einem weiteren Summiernetzwerk 76 summiert werden. Es ist ein weiteres Hochpaßfilter 77 zur

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Unterdrückung von Gleichspannungs-Fehlersignalen vorgesehen, das den höheren Frequenzbereich als Ausgangssignal zu einer weiteren Mischstufe 78 durchläßt. Dieser weiteren Mischstufe 78 wird das Ausgangssignal ^^^i^ ^{vora Bezu}ß^sSignalgenerator 72 zugeleitet. Die Mischstufe 78 erzeugt ein Ausgangssignal, das einem weiteren Tiefpaßfilter 79 zugeführt wird, das höherfrequente Fehlersignale unterdrückt und den unteren Frequenzbereich für die Signalaufbereitungsschaltung 81 durchläßt. Bin Ausgangssignal als Anzeige für die Winkelgeschwindigkeitseingaben um die y-Achse nach Fig. 5 wird durch die Signalaufbereitungsschaltung 81 geliefert. In dieser Weise werden die Ausgangssignale für die x-, wie auch für die y-Achse gewonnen.

Wie oben erwähnt, sind die gleichgerichteten Ausgangssignale aus den Detektoren 73 und 74- zueinander gegenphasig. In gleicher Weise werden die Ausgangssignale aus der Detektoren 63 und 64- derart erzeugt, daß das eine Signal gegenüber dem anderen invertiert ist. Fig. 10 zeigt die Ausgangssignale von den Detektoren 63 und 64- als Funktion des Winkels der Achse in bezug auf die x-Achse. Die gleichgerichteten Ausgangssignale aus den Detektoren 73 und 74- werden in Fig. 11 gezeigt, wobei die Achse 360° (mechanisch) durchläuft. Nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung werden diese beiden Paare von Ausgangssignalen nach Fig. 10 und Fig. 11 in den Summiernetzwerken 69 bzw. 76 summiert zur Verbesserung des Amplitudenverlaufs des daraus gewonnenen Ausgangssignals. Bestimmte, durch Gleichspannungsverschiebungen oder Unsymmetrie

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in den einzelnen Abgriffskanälen bedingte, in das summierte Signal gelangte Fehlergleichspannungen werden in den Hochpaßfiltern 71 und 77 beseitigt, und das resultierende, bereinigte Signal wird auf die Mischstufen 66 bzw» 78 geschaltet«

Hier ist festzustellen, daß aufgrund des Aufbaus des erfindungsgemäßen Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühlers mehrere Fehlersignalquellen, ebenso wie die oben en«/ähnte Gleichspannungs-Fehlerquelle, vorhanden sind. So kann es beispielsweise sein, daß sich der Rotor nicht in einer Ebene dreht, die genau senkrecht zur Rotationsachse ζ liegt, oder genau parallel zu der Ebene, in der die Abgriffspulen 31, 32 und 59j 61 liegen. In einer solchen Situation erscheint eine Flatter- oder Wobbeifrequenz in dem Signal mit der Rotationsfrequenz Cu*. Dies wird aus Fig. 8 ersichtlich, v/o man einen gleichgerichteten Wobbeifehler in den Ausgangssignalen der Detektoren erkennen kann, mit einer Amplitude, die eine Funktion der Winkellage zu den Achsen ist. Eine Schwingung tritt für jede Umdrehung um die Achse auf. Dies ist ein vorherrschender Fehleranteil, der teilweise durch die Hochpaßfilter 71 und 77 beseitigt wird, die die Signalfrequenz 2C&/I besser durchlassen, sowie teilweise durch die Tiefpaßfilter 67 und 79» die, wie im weiteren beschrieben, die Ausgangssignale der Mischstufen 66, 78 aufnehmen.

Ein anderer Fehler in den Ausgangssignalen wird durch die gewölbte Form des Rotors 44- verursacht, dies liefert ein

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3?ehlersignal rait einer Frequenz, die doppelt so hoch wie die Rotationsfrequenz oder gleich 2CO. ist, wie man aus Fig. 9 erkennt. Man beachte, daß die durch die Wölbung des Rotors 44 verursachten Fehlersignale an den auf einander gegenüberliegenden Seiten der Rotations- oder Spinachse ζ liegenden Abgriffspulen wegen der Tatsache gleichphasig sind, daß der Effekt dieser Wölbung des Rotors oder Schüsselform den Abstand bei demselben Kanal, auf gegenüberligenden Seiten der Spinachse zugeordneten Abgriffspulen synchron erhöht und vermindert.

Aufgrund der Wölbung des Rotors 44 sind die Fehlersignalanteile von der doppelten Spin- oder Rotationsfrequenz aufgrund einer Wobbelung oder Flatterns des Rotors, sowie Gleichspannungsfehlersignale aufgrund von Spannungsverschiebungs- und Unsymmetriefehlern, und bei einigen höheren Harmonischen der Frequenzen des gewölbten oder flatternden Rotors. Der Fehlereinfluß der Wölbung des ^otors wird durch Inversion des Signals bei einem der Detektoren in den zueinander parallelen Signalkanälen für jede Achse beseitigt, diese Signale bauen sich für jede Achse an den Suraraiernetzwerken 69 und 76 auf. Wie oben erwähnt, werden die Gleiehspannungs-Fehlersignale durch die Hochpaßfilterung und -kopplung der summierten Signale von den Summiernetzwerken 69 und 76 zu den Mischstufen 66 bzw. 78 beseitigt. Die an den Ausgängen der mit den Mischtsufen 66, 78 verbundenen Hochpaßfilter 71 und 77 vorhandenen Frequenzen sind in erster Linie die verbleibende Wobbel- oder Flatterfrequenz

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mit der Rotationsfrequenz Lu^ und das Meßsignal mit der doppelten Rotationsfrequenz 2<^, das aus den Winkelgeschwindigkeitseingaben um die x- und um die y-Achse resultiert.

Ein Ausgangssignal einer Multiplikation= oder Mischstufe enthält die Summe der beiden Eingangsfrequenzen und die Differenz dieser beiden Eingangsfrequenzen„ Bei der vorliegenden Ausführungsform liefert der Bezugssignalgenerator die Ausgangsfrequenzen von der doppelten Rotationsfrequenz 2l^> mit vorbestimmten Phasenbeziehungen, diese Signale dienen als schaltende oder durchsteuernde Signale in den Mischstufen 66 und 78 und ergeben die Summen- und Differenzfrequenzen im Ausgangsspektrumj das man bekanntlich bei Schaltungen dieser Art erhält» Da die Eingangssignale zu den Mischstufen 66 und 78, die von den Hochpaßfiltern 71 und 77 stammen, in erster Linie die Frequenzen £&. und 2 £zX enthalten, und v/eil nach dieser Ausführungsform die Ausgangssignale fA&u^) und f p( &O bei 2 &X liegen, enthält das Ausgangsspektrum der Mischstufe 66, 78 ein Meßsignal in der Form einer Gleichspannung, primäre Störsignale bei Io^ und 3^i uftd zusätzliche Störsignale beim Doppelten, Dreifachen, Vierfachen und Fünffachen der Rotationsfrequenz, mit geringem Gehalt an Harmonischen höherer Ordnung.

Daher erscheinen die Summen- und die Differenzfrequenz in einem Spektrum, das das Gleichspannungs-Meßsignal einschließt,, Die Tiefpaßfilter 67 und 79 empfangen die Signalspektren aus den Mischstufen 66 und 78 und sind mit einer Videobandbreite

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von etwa 30 Hz ausgelegt, die im wesentlichen alle Frequenzen bei der Rotationsfrequenz und darüber beseitigt, die im allgemeinen beträchtlich höher als 30 Hz sind. Somit wird die vorherrschende Fehlerfrequenz ^i zum zweiten Mal behandelt und im wesentlichen durch die Tiefpaßfilter unterdrückt, die die Meßsignale unbeeinträchtigt durchlassen. Eine bestimmte Durchlaß-Bandbreite ist wegen des zusätzlichen Mischeffektes in der erfindungsgemäßen Einrichtung selbst erforderlich, wo die eingegebene Winkelgeschwindigkeit eine Frequenz haben kann. Die daraus resultierenden Summen- und Differenzfrequenzen von Bedeutung liegen unter 30 Hz. So erhält man Ausgangssignale aus den Tiefpaßfiltern 67 urd 79» die im wesentlichen frei von Fehlersignalen infolge elektrisch und mechanisch erzeugter Störspannungen sind und die nachfolgend, wie gewünscht, für die Darstellung als Winkelgeschwindigkeits-Ausgangsmeßwerte für Winkelgeschwindigkeitseingaben um die x- und die y-Achse aufbereitet werden.

Die oben erwähnten vorbestimmten Phasenbeziehungen in den Ausgangssignalen SiÄCO ) und f₂( &O sind aus Fig. 10 und ersichtlich. Der Bezugssignalgenerator 72 verschiebt die Ausgangsspannung £ÄCoJ um 90°, elektrisch voreilend, und die Ausgangsspannung ΐρ(£«λ) um 90°, elektrisch nacheilende Somit ist £„.(&>,.) in Phase mit der Summe aus den beiden Signalen aus den Detektoren 63 und 64 nach Fig. 10, und das Ausgangssignal fg(^) ist in Phase mit der Summe zweier Signale von den Detektoren 73 und 7^· nach Fig. 11.

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So wird eine einwandfreie Mischung in den Mischstufen 66 und 78 erhalten, wenn die Bezugssignale lÄCO,), L(Wj darin die Durchsteuerung bewirken,,

Aus dem bisher Gesagten wird klar, daß irgendeine Art der Regelung für die Winkelgeschwindigkeit bei der Welle 24 notwendig ist, weil die Schaltungen für die Signale einige frequenzempfindliche Bestandteile enthalten. Ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors um die z-Achse niedrig, so gestaltet sich die Trennung der Rotationsfrequenz von der Meßfrequenz in den Tiefpaßfiltern 67 und 79 schwierig. Ist die Rötatxonsgeschwxndigkeit der Rotorwelle 24 hoch, so besteht die Möglichkeit von Ausfällen im Motor 26. Daher wird auf Fig. 12 bezug genommen, wo eine Ausführungsform einer Schaltung zur Regelung der Geschwindigkeit des Motors 26 gezeigt wird. Dies kann auch anders in der Weise ausgedrückt werden, daß das vom Motor 26 an der Welle 24 aufgebrachte Drehmoment derart sein soll, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Welle 24 für wechselnde, auf diese genrachte Belastungen im wesentlichen konstant gehalten wird.

In dem Sail, wo der Motor 26 ein Gleichstrommotor ist, ist es wünschenswert, eine konstante Gegen-EMK an den Motoranschlüssen aufrechtzuerhalten. Eine konstante Gegen-EMK bedeutet eine konstante Motordrehzahl. Zum Erreichen dieses Ziels ist es angebracht, eine negative Impedanz in

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Reihe mit dem Innenwiderstand des Motors einzuführen, zum Zwecke der Kompensation des Innenwiderstandes des Motors 26. In dieser Weise verhindert man bei der Änderung der Spannung an den Anschlüssen des Motors 26 infolge von Laständerungen die Änderung der Gegen-BMK und hält damit die Drehgeschwindigkeit der Welle 24· konstant. Rückkopplung ist eine Methode zur Erzielung eines negativen Widerstandes. Es ist eine Rückkopplung wünschenswert, die gerade hinreicht, und der Übergang der Anordnung in den Schwingungszustand verhindert wird. Den Maßnahmen zum Erreichen dieses Zieles geht die Messung der Motorkennwerte , wie Drehzahl/Spannungskennlinie, Innenwiderstand der Motorwicklung und Klemmenspannung des leerlaufenden Motors voraus, diese Klemmenspannung stellt für praktische Zwecke die Gegen-EMK des Motors dar. Damit ist der Innenwiderstand RS des Motors 26 bekannt, und es wird ein Nachbildungswiderstand RM gewählt, um zu berücksichtigen, wieviel Leistung in dem Motor verbraucht werden kann. Im allgemeinen sind niedrige Leistungsverluste wünschenswert, daher wird der Nachbildungswiderstand RM klein angesetzt. Der Innenwiderstand RS des Motors 26 wird zwischen den Ausgang eines Verstärkers 82 und dessen nichtumkehrenden Eingang geschaltet und bildet damit eine Impedanz in einem Rückkopplungsweg. Das Widerstandsverhältnis RS:RM ergibt einen Bezugswert für das Impedanzverhältnis RI'sRa¹. Der Widerstand R1· liegt im Gegenkopplungspfad, vom Ausgang des Verstärkers 82 zu seinem invertierenden Eingang, und der Widerstand R2* ist ebenfalls mit dem invertierenden Eingang verbunden. Somit wird über den

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Widerstand R1' eine Gegenkopplung für den Verstärker 82 derart geschaffen, daß die Schleifenverstärkung gleich dem Verhältnis des MotorinnenwiderStandes RS zum Nachbildungswiderstand RM plus 1 ist oder: RS/(RM ψ 1). Der Summand 1 ist erforderlich, weil ein gewisser Spannungsabfall über den Nachbildungswiderstand RM infolge eines vom Motor durch diesen zu einem Bezugsspannungspegel hin fließenden Stromes vorhanden ist, wie in Fig„ 12 dargestellt. Eine Spannung E1 zur Steuerung des Motors 26 wird an den umkehrenden Eingangsanschluß des Verstärkers 82 gelegt„ Mit den richtigen Widerstandswerten in der brückenartigen Schaltung nach Figo ist die Gegen-EMK nunmehr gleich der Steuerspannung E1, multipliziert mit der Schleifenverstärkung, was als der Fall der Impedanz "null" am Motor 26 definiert wird,

Für zwei Ausführungsbeispiele v/erden nachfolgend zwei Gruppen von Widerstandswerten für den Betriebsfall angegeben, die mit einem verfügbaren Gleichstrommotor verwendet worden sind:

Ausführungs beispiel 1 :	R2' 10 IsSL	RV 110 kß.	RS ¹IOO^	RM 10 Ά	Verstärkung	\a	11fach
Äusführungs- beispiel 2s	10 ka	100 ka	100 Ω	11,1'		lOfach

Die vorgenannten Werte ergeben gerade eine hinreichende Rückkopplung, um unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls am Nachbildungswiderstand RM Schwingungen im System zu vermeiden. Die Schaltung nach nach Fig. 12 greift den durch den Motor 26 fließenden Strom am nicht umkehrenden Eingang

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des Verstärkers 82 ab und veranschaulicht, wie eine Rückkopplung und eine Gegenkopplung zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit /des Motors 26 durch Regelung des Drehmomentes an der Motorwelle 24 eingesetzt werden können.

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Claims

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DlPU-INS. DIPL.-ING. DIPU-ING. DIPL.-CHEM.

ZUSEL. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES AGREES PRES LOEB HAMBURG MÖNCHEN

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IHRZEICHEN:

Patentansprüche

/M. j Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler mit Gasfüllung, mit einem Rahmen und darin angebrachtem Rotor, der einen Freiheitsgrad der Drehung um eine Spinachse in bezug auf den Rahmen aufweist, wobei ein Motor zur Abgabe eines Antriebsdrehraomentes um die genannte Spinachse in dem genannten Rahmen angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nabe (4-6) dem genannten Hotor (44) das Antriebsdrehmoment zuleitet, daß der Rotor (44) von ring- und scheibenförmiger Gestalt ist, mit einer Dämpfungsfläche (53) und einer auf der entgegengesetzten Seite liegenden Abgriffsfläche (43), daß Mittel (48, 49) zur Ermöglichung einer Verschwenkbewegung des genannten Rotors (44) um einen seiner Durchmesser zwischen diesem Rotor (44) und der Nabe (46) angeordnet sind, daß eine Dämpfungsplatte (56) an der genannten Nabe (46) befestigt und in der Nähe der Dämpfungsfläche (53) und in einem gewissen Abstand von dieser zur Ausbildung eines Zwischenraums (57) zur Dämpfung zwischen Dämpfungsplatte (56) und Dämpfungsfläche (53) angeordnet ist, und dadurch das

ORIGINAL INSPECTED

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Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10055 - Postsctieckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201

genannte Gas in dem Zwischenraum (57) die Dämpfung für die Yerscwenkbewegung des Rotors (44) liefert, daß eine Regelschaltung (RV, R2^! j RS₅ RM₉ 82) mit dem Motor (82) zur Regelung des genannten Antriebsdrehmomentes zur Erzielung einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit des genannten Rotors (44) verbunden ist, daß ein erster und ein zv/eiter Abgriff (51, 32 bzi<i„ 59 ₃ 61) mit vorgegebenem Versetzungs-X'/inkel um die genannte Spinachse (z) in einem bestimmten Abstand von der Abgriffsfläche (43) in dem genannten Rahmen (11) angebracht sind und ein erstes bzw₀ zv/eites ^usgangssignal abgeben, das Jeweils den abstand zwischen den Abgriffen (31, 32₉ 59s 61) und der Abgriffsfläche (43) anzeigt, derart, daß die Winkelgeschwindigkeit des genannten Rahmens (11) um eine erste bzwc zv/eite ihn durchsetzende Achse (y, x) zur Anzeige gelangt im ersten bzw. zx^eiten Ausgangssignal, daß die genannte erste und zweite Achse (y, x) orthogonal zu der genannten Spinachse (z) ausgerichtet ist und um die genannten Versetzungswinkel versetzt ist-

2o Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₉ daß die genannte Nabe (46) eine Ausnehmung auf v/eist, mittels welcher das umgebende Gas durch den genannten Zwischenraum (57) zur Dämpfung durch die bei der Drehung des Rotors (44) auftretenden Zentrifugalkräfte förderbar ist, derart, daß eine Dämpfung der genannten Verschwenkbewegung unterstützt wird_o

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3. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel zur Ermöglichung einer Verschwenkbewegung einen flach ausgeführten Biegeabschnitt (49) einer Feder (48) jeweils an gegenüberliegenden Bndbereichen der Nabe (46) umfaßt, und daß die genannten Biegeabschnitte (49) um den genannten einen Durchmesser des Rotors (44) verbiegbar angeordnet sind.

4. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste und zweite Abgriff (31, 32$ 59» 61) jeweils eine erste und zweite, auf gegenüberliegenden Seiten der genannten Spinachse (z) angeordnete Abgriffspule (31 bzw. 59» 32 bzw. 61) umfaßt, von denen eine jede ein ihren Abstand zu der genannten Abgriff sf lache (43) anzeigendes Signal abgibt, daß den Abgriffspulen (31, 32}59, 61) Detektorschaltungen (63, 64; 73> 74) und Summiernetzwerke (69, 76) zur Gleichrichtung bzw. Addition der Signale von den jeweiligen ersten und zweiten Abgriffspulen (31, 32; 59» 61) zur Abgabe der genannten ersten und zweiten Ausgangssignale zugeordnet sind, wobei die genannten Detektorschaltungen (63, 64; 73» 74) eines der Signale von den ersten und zweiten Abgriffspulen (31, 32; 59, 61) umkehren zur Kompensation von Störsignalanteilen in den gleichphasig erzeugten Signalen von den ersten und zweiten Abgriffspulen (31, 32; 59, 61), als gegenphasige Signalanteile in den genannten Summiernetzwerken (69, 76).

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5» Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste und zweite Abgriff jeweils zwei auf gegenüberliegenden Seiten der genannten Spinachse (z) angeordnete Abgriffspulen (31, 32j 593 61) umfaßt} die ein ihren Abstand zu der Abgriffsfläche (4-3) anzeigendes Signal liefern, daß ein Summiernetzwerk (69j 76) zur Summierung der Signale aus jedem Paar von Abgriffspulen (31 > 32j 59j 61) zur Abgabe des genannten ersten und zweiten Ausgangssignals vorgesehen ist, daß sich Speichen (51, 52) radial in der genannten Nabe (46) erstrecken, daß eine Abgriffspule (62) für die Rotorstellung in dem genannten Rahmen (11) in einem gewissen Abstand von den genannten Speichen (51» 52) und unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel gegenüber dem ersten und zweiten Abgriff (31» 32 bzw. 59» 61) angebracht ist, daß die genannte Abgriffspule (62) ein Signal für die Stellung des Rotors (44) liefert, daß eine erste und zweite Mischstufe (66, 78) jeweils zur Aufnahme des ersten bzw. zweiten Ausgangssignals und des genannten Signals für die Rotorstellung geschaltet sind, und jede dieser Mischstufen (66, 78) ein Differenzsignal als Gleichspannung und ein Summensignal höherer frequenz abgibt, daß ein erstes und zweites Tiefpaßfilter (67, 79) zur Aufnahme des Ausgangssignalspektrums aus der ersten bzw. zweiten Mischstufe (66, 78), zur Unterdrückung des genannten Summensignals höherer Frequenz und zur Gewinnung des genannten Differenzsignals als Gleichspannung, zur Anzeige der Winkelgeschwindigkeiten um die genannte erste und zweite Achse (y> ^χ) geschaltet sind.

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6. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Regelschaltung (R1¹, R2¹, RS, RM, 82) zur Regelung des genannten Antriebsdrehmomentes einen Verstärker (82) mit invertierendem und nicht invertierendem Eingang, sowie einem Ausgang, einen Gegenkopplungspfad von dem genannten Ausgang über eine Gegenkopplungsimpedanz (R1') zum genannten invertierenden Eingang, sowie einen Rückkopplungspfad von dem genannten Ausgang, über den Innenwiderstand (RS) des Motors (26), zum genannten nicht invertierenden Eingang umfaßt, daß eine Eingangsimpedanz (R2¹) mit dem genannten invertierenden Eingang, und eine Nachbildungsimpedanz (RM) mit dem genannten nicht invertierenden Eingang derart verbunden ist, daß das Verhältnis der Gegenkopplungs- zur Eingangsimpedanz (R1':R2') angenähert gleich, doch größer als das Verhältnis des Motorinnenwiderstandes (RS) zur Nachbildungsimpedanz (RM) ist, derart, daß die Gegen-SMK des Motors (26) im wesentlichen gleich einer einer dem genannten Eingang zugeführten Steuerspannung (El) ist, multipliziert mit der Schleifenverstärkung des genannten Verstärkers (82).

7. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (R1¹, R2', RM, RS, 82) mit dem Motor (26) zur Regelung der Drehgeschwindigkeit der Nabe (46) auf einen vorbestimmten tfinkelgeschwindigkeitswert verbunden ist, daß der genannte Rotor (44) eine flache, ring- und scheibenförmige Gestalt aufweist,

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die eine geringe Dicke in axialer Richtung im Vergleich zum Durchmesser des Rotors (44) ergibt, daß eine Därapfungsflache (53) und eine Abgriffsflache (43) auf dem Rotor (44) vorgesehen sind, daß eine Feder (48) die Verbindung zwischen dem Rotor (44) und der genannten Nabe (46) derart herstellt, daß der Rotor (44) mit der Nabe (46) in Rotation versetzt wird und sich in einer durch die Federwirkung beschränkten Drehung um einen seiner Durchmesser bewegen kann_s daß eine Dämpfungsplatte (56) auf der Nabe (46) in der Nähe und in einem gewissen Abstand von der genannten Dämpfungsfläche (43) angebracht ist₉ zur zwangsweisen Förderung der umgebenden Luft durch den Rotor (44) bei dessen Drehbewegung durch einen Zwischenraum (^7) zur Dämpfung, daß zwei erste Abgriffspulen (31? 32) in dem genannten Rahmen (11) im wesentlichen in Ausrichtung mit der ersten Eingabeachse (y) für die Winkelgeschwindigkeit auf gegenüberliegenden Seiten der Spinachse (z) und in einem gewissen Abstand von der Abgriffsfläche (43) angeordnet sind und zwei erste Ausgangssignale liefernj daß zwei weite Abgriffspulen (59_S 61) wie die beiden ersten Abgriffspulen (31s 32), jedoch im wesentlichen in Ausrichtung zu der zweiten Singabeachse (x) für die Winkelgeschwindigkeit angebracht sind und zwei weite Ausgangssignale liefern, daß durch eine erste Detektorschaltung (63, 64) und ein erstes Suramiernetzwerk (69) zur Gleichrichtung und Summierung der ersten beiden Ausgangssignale ein erstes Anzeige-Ausgangssignal für die VJinkelgeschwindigkeitseingaben um die erste Eingabeachse (y) abgebbar ist, und daß durch eine zweite Detektorschaltung (73₉ 74) und

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ein zweites Summiernetzwerk (76) zur Gleichrichtung und Summierung der beiden zweiten Ausgangssignale ein zweites Anzeige-Ausgangssignal für die Winkelgeschwindigkeitseingaben um die genannte zweite Eingabeachse (x) abgebbar ist.

8. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Anzeige-Ausgangssignal Störsignalfrequenzen enthalten, daß die Nabe (46) eine vorbestimmte Anzahl von radialen Speichen (51, 52) aufweist, daß eine Abgriffspule (62) für die Rotorstellung in dem genannten Rahmen (11) in der Nähe und in einem gewissen Abstand von den genannten radialen Speichen (51> 52) angebracht ist und ein Signal für die Rotorstellung abgibt, dessen Frequenz der genannten vorbestimmten Anzahl von radialen Speichen (51 > 52) entspricht, daß eine erste und eine zweite Mischstufe (66, 78) das erste bzw. zweite Anzeige-Ausgangssignal aufnimmt, und jede der Mischstufen (66, 78) das genannte Signal für die Rotorstellung ebenfalls empfängt, das das erste und zweite Anzeige-Ausgangssignal durchsteuert zur Abgabe eines ersten und zweiten Mischer-Ausgangssignals mit einem verminderten Gehalt an Störsignalen.

9. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und zweites Tiefpaßfilter (67, 79) zur Aufnahme des ersten bzw. zweiten Mischer-Ausgangssignals angeordnet sind, zur Gewinnung eines ersten

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eines zweiten 3?ilter-Ausgangssignals mit weiter vermindertem Gehalt an Störsignalfrequenzen₀

10ο Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet;, daß die genannte Regelschaltung (R-T s R2¹ , RM₅ RS, 82) einen Verstärker (82) njjLt einem umkehrenden und einem nicht umkehrenden Eingang und einem Ausgang umfaßt, daß eine Gegenkopplungsimpedanz (R1') zwischen den Ausgang und den umkehrenden Eingang des Verstärkers (82) geschaltet ist, daß eine Eingangsimpedanz (R2¹) mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers (82) verbunden ist, daß der genannte Motor (26, RS) zwischen den genannten Ausgang und den genannten nicht umkehrenden Eingang geschaltet ist, daß eine Nachbildungsimpedanz (RM) mit dem nicht umkehrenden Eingang des Verstärkers (82) verbunden ist, daß die Gegenkopplungsirapedanz (R1') und die Eingangsimpedanz (R2¹) ein Verhältnis bilden, daß angenähert gleich, doch nicht größer als das Verhältnis aus dem Innenwiderstand (RS) des Motors (26) und der Nachbildungsimpedanz (RM) ist, und eine dem umkehrenden Eingang zugeführte Steuerspannung (E1) eine Motorklemmenspannung ergibt, die im wesentlichen der Last des Motors (26) proportional ist, derart, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors (26) im wesentlichen über einen vorbestimmten Lastbereich dieses letzteren konstant ist.

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11. Zweiachsen-Winkelgeschwindigkeitsfühler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Feder (48) zwei kreisbogenförmige Biegeabschnitte (4-9) als Blattfedern aufweist, deren einer SMbereich jeweils mit der Nabe (46) verbunden, und deren anderer Endbereich jeweils mit dem Rotor (44) derart verbunden ist, daß die kreisbogenförmigen Biegeabschnitte (4-9) einer Biegung unterzogen werden, wenn eine Drehung des genannten Rotors (44) um den genannten einen Durchmesser erfolgt.

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