DE3404309A1 - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser mit einer zylindrischen Spule, welcher einen koaxial zu ihr angeordneten zylindrischen Permanentmagneten übergreift.

Beschleunigungsmesser der vorgenannten Art weisen eine seismische Masse auf, welche bewegbar gelagert ist und Bewegungen aufgrund von Kräften ausführt, die durch Beschleunigungen bewirkt werden. Bewegungen der Masse werden durch einen Meßwertaufnehmer erfasst. Gleichzeitig wird eine Kompensationskraft erzeugt, der der Kraft entgegengesetzt ist, die durch die Beschleunigung erzeugt wird, wodurch die seismische Masse in ihrer Nullstellung gehalten wird. Es liegt hier also ein Regelkreis vor. Das Messen der Kompensationskraft dient hierbei der Anzeige der auftretenden Beschleunigung.

Bei einem bekannten Beschleunigungsmesser wird die seismische Masse gebildet durch eine zylindrische Spule, welche längs bewegbar gelagert ist und welche einen koaxial zu ihr angeordneten zylindrischen Permanentmagneten übergreift, der axial magnetisiert ist. Die Lagerung wird be-

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wirkt durch einen Arm, der radial von der Spule absteht und um eine Achse gelagert ist,, die rechtwinklig zu den Achsen von Spule und Arm verläuft. Ein konventioneller Meßwertgeber erfasst die Bewegungen des Armes und gibt Signale an einen RUckkopplungsschaltkreis, der hier durch die Spule bestromt, wodurch das dann von der Spule erzeugte Magnetfeld mit demjenigen des Permanentmagneten auf solche Weise zusammen wirkt, daß die Spule in ihrer Nullstellung gehalten wird. Der durch die Spule fließende Strom ist hierbei ein Maß für die Größe der Beschleunigungskomponente, welche auf den Beschleunigungsmesser in Richtung der Spulenachse wirkt.

Obwohl derartige Beschleunigungsmesser zufriedenstellend arbeiten, weisen sie jedoch den Nachteil auf, daß Aufbau und Spulenlagerung zu einem relativ großen Beschleunigungsmesser führen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß vom Permanentmagneten ein erhebliches Streufeld ausgeht, wodurch der Wirkungsgrad des Beschleunigungsmessers relativ gering ist.

Es besteht die Aufgabe, den Beschleunigungsmesser so auszubilden, daß er bei geringen Abmessungen einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Beschleunigungsmesser und

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Fig. 2 eine Draufsicht auf den Beschleunigungsmesser bei abgenommener Schutzkappe.

• Der Beschleunigungsmesser weist eine kreisförmige Grundplatte 1 aus Metall auf, mit welcher die Unterkante 3 einer zylindrischen Metallkappe 2 verlötet oder verschweißt ist. Die Kappe 2 ist an ihrem oberen Ende 4 verschlossen und umschließt den Mechanismus 5 des Beschleunigungsmessers, der von der Grundplatte 1 getragen wird. Bevorzugt ist das Gehäuseinnere mit einem Inertgas gefüllt, um den Mechanismus 5 zu schlitzen.

In geringem Abstand zur Grundplatte 1 ist auf zwei Pfeilern 11 und 12 ein flacher horizontaler Tisch 10 angeordnet, wobei Grundplatte, Pfeiler und Tisch aus einer einstlicki gen Einheit bestehen. Auf dem Tisch 1.0 befestigt ist ein zylindrischer Samarium-Kobalt-Permanentmagnet 20, der mit seinem kreisförmigen Querschnitt zentral zur Vertikal achse 21 des Beschleunigüngs· Messers angeordnet ist. Der Magnet 20 ist längs eines Durchmessers rechtwinklig zur Papierebene in Fig. 1 in Richtung der Achse 23 der Figur Z magnetisiert.

Der Tisch 10 trägt weiterhin eine vertikale steife Muffe 30 aus Weicheisen, deren oberes Ende 31 durch eine horizontale obere Platte 32 abgeschlossen ist. Der Innendurchmesser der Muffe 30 ist derart gewählt, daß zwischen der Muffe und der äußeren gekrümmten Oberfläche des Magneten 20 ein ringförmiger Spalt 33 besteht. Zwei vertikale, axial fluchtende Schlitze 34 und 35. sind am oberen Ende der Muffe 30 diametral einander gegenüberliegend angeformt. Die Schlitze 34 und 35 nehmen Steinlager 36 und 37 auf, welche ihrerseits die äußeren Enden einer horizontal verlaufenden Welle 40 tragen. Die Achse 41 der Welle

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verläuft rechtwinklig zur Achse 21 und rechtwinklig zur Magnetisierungsachse 23.

Die Welle 40 trägt eine Drehmomentenspuieneinheit 50, welche an der Welle 40 aufgehängt ist und sich nach unten in den ringförmigen Spalt 33 zwischen dem Magneten 20 und der Muffe 30 erstreckt. Die Spuleneinheit 50 weist ringförmige elektrische Wicklungen auf, die die Spule 51 bilden, die auf dem rohrförmigen Spulenträger 52 aufgewickelt ist. Die Höhe der Spule 51 ist etwas geringer als diejenige des Magneten 20, jedoch weist der Spulenträger 52 einen Fuß 53 auf, der sich an einer Seite des Spulenträgers 52 befindet und längs der Vertikallinie vom linksseitigen Ende der Welle 40 verläuft. Der Fuß 53 erstreckt sich durch eine Öffnung 54 des Tisches vertikal nach unten und bildet einen Teil einer Abgriffseinheit 70, die unterhalb des Tisches angeordnet ist. Das untere Ende des Fußes 53 ist angeordnet in der optischen Achse eines optischen Sensors 55, der am rechten Pfeiler 12 befestigt ist. Eine Bewegung des Fußes 53 aus der Vertikalen heraus bewirkt ein Ausgangssignal des Sensors 55 über die Leitung 56.

Die elektrische Verbindung zur Spule 50 wird hergestellt durch zwei Anschlüsse 57 und 58 , welche auf der Welle 40 angeordnet sind. Feine, flexible Leiter 59 und verbinden die Anschlüsse 57 und 58 elektrisch mit starren Anschlüssen 61 und 62 an der Oberseite der Muffe Die Leiter 59 und 60 sind ausreichend flexibel, um eine unbehinderte winkelmäßige Verschwenkung der Welle 40 zu ermöglichen. Die Anschlüsse 61 und 62 sind mit einer elektrischen Steuer- und Kontrol!einheit 100 verbunden, die an der oberen Fläche der oberen Platte 32 angeordnet ist. Ausgangssignale der Abgriffsein-

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heit 70 in der Leitung 56 werden dieser Steuereinheit 100 zugeführt. Die elektrische Verbindung der Steuereinheit 100 nach außen wird bewirkt durch Anschlüsse 101, welche an der Außenseite der Grundplatte 1 angeordnet sind und die elektrisch mit der Steuereinheit des Beschleunigungsmessers verbunden sind.

Die Spule 51 und ihr Spulenträger 52 stellen die seismische Masse des Beschleunigungsmessers dar, so daß, falls Beschleunigungen mit einer Komponente auftreten, welche rechtwinklig zur Papierebene in Fig. 1 verläuft und zwar längs der Achse 23, eine Kraft auf die Spuleneinheit 50 wirkt, die ein Verschwenken der Spuleneinheit 50 um die. Achse 41 der Welle 40 bewirkt. Dieses Verschwenken tritt am Fuß 53 in Erscheinung der in Ruhestellung parallel zur Achse 21 in einer Ebene rechtwinklig zu einer Vertikalebene durch die Achse 23 angeordnet ist. Dieses Verschwenken des Fußes 53 wird erfasst durch den Aufnehmer 70, wodurch bewirkt wird, daß die Steuereinheit 100 einen Strom durch die Spule 51 schickt, der bewirken soll, daß Spule und Fuß wiederum ihre Nullstellung einnehmen. Es handelt sich hierbei also um eine Rückkopplungsschleife. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, liegen die Magnetflußlinien des Magneten 20 in einer Horizontalebene und schneiden die Spule 51 , wobei die Muffe 30 der Vermeidung von Streuflüssen dient und somit die Magnetflußlinien schließt. Die Magnf1ußlinien 22 schneiden eine Hälfte des Umfangs der Spule 51 in einer Richtung und die andere Hälfte der Spule in entgegengesetzter Richtung. Das Zusammenwirken dieser beiden Magnetfelder bewirkt, daß auf eine Spulenhälfte eine vertikale nach oben gerichtete Kraft wirkt, während auf die andere Spulenhälfte eine gleich große nach unten gerichtete Kraft wirkt. Das

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Ergebnis dieser Kräfte ist ein Drehmoment, welches die Spule 51 um ihren Durchmesser zu drehen versucht und damit um die Achse 41 ihrer Aufhängung. Der der Spule 51 durch die Steuereinheit 100 zugeführte Strom ist so groß, daß die Spule 51 wieder ihre Nullstellung einnimmt. Diesem Strom entsprechende Signale werden den Anschlüssen 101 zugeführt und sind ein Maß für die Größe der Beschleunigung, Die Breite des ringförmigen Spaltes 33 begrenzt die Schwenkbewegung der Spulen 51, da jedoch das elektromagnetisch erzeugte Drehmoment gleich groß ist wie das durch die Beschleunigung erzeugte Drehmoment tritt bei der Spule nur eine sehr geringe Verschwenkung auf.

Der Aufbau und die Ausbildung dieses Beschleunigungsmessers führt zu einer Reihe von Vorteilen . Die Ausbildung des Magneten 20 und der ihn umgebenden Muffe 30 bewirkt, daß nur ein sehr geringer Streufluß auftritt und die Magnetfelddichte im Spalt 33 hoch ist. Dies führt zu einer hohen Empfindlichkeit und zu einem hohen Wirkungsgrad des Beschleunigungsmessers. Durch Befestigen der Spule 51 auf einer Welle 40 , die sich über den Durchmesser der Spule erstreckt, wird die Stabilität der Spule verbessert, so daß der Beschleunigungsmesser größeren Beanspruchungen unterworfen werden kann.Die Anordnung der Aufnehmereinheit 70 unterhalb der Muffe und innerhalb von deren Umfang führt dazu, daß der Durchmesser des Beschleunigungsmessers klein gehaltenwerden kann. Es ergibt sich somit ein Beschleunigungsmesser geringen Durchmessers mit einer relativ großen Spule.Dieser Aufbau führt auch dazu, daß der -Beschleunigungsmesser einfach zu montieren ist,da die Spule 50 zusammen mit ihren Lagern 36 und 37 als eine Einheit zu ihrer Befestigung lediglich in die Schlitze 34 und 35 gesteckt wird.

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Verschiedene Modifikationen sind möglich. Beispielsweise kann die Aufnehmereinheit 70 oberhalb der Welle 40 angeordnet werden, jedoch hat der dargestellte Aufbau' den Vorteil , daß der Fuß 53 einen größeren Abstand zur Welle 40 aufweist und damit im Bereich des Aufnehmers eine größere lineare Versetzung des Fußes 53 bei gleichem Verschwenkwinkel auftritt. Die Aufnehmereinheit kann auch auf kapazitive oder induktive Weise arbeiten. Die Spule 51 und der Magnet 20 können anstelle eines kreisförmigen Querschnitts auch einen quadratischen oder rechteckigen Qeurschnitt aufweisen.

- Leerseite

Claims (10)

1. Patentanwalt

   Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

   D-8900 Augsburg 31
   Telefon 08 21/3 6015 + 3 6016

   Telex 53 3 275

   PoMschKkkoiii.. Mumhcn Nr IM7H9-WH Απιπ.: Smiths Industries Public Limited Company

   .8765/141 Augsburg, den 6. Februar 1984

   Ansprüche

   !.^Beschleunigungsmesser mit einer zylindrischen Spule, ~~ welehe einenkoaxial zu ihr angeordneten zylindrischen Permanentmagneten übergreift,dadurch g e k e η η ζ e i c h n" e t , daß der Permanentmagnet (20) längs einer Achse (23) magnetisiert ist, die rechtwinklig zur gemeinsamen Achse (21) von Spule (51) und Magnet (20) verläuft, daß die Spule (51) um eine weitere Achse (41) drehbar ist, welche rechtwinklig zur einen Achse (23) und zur gemeinsamen Achse (21) verläuft, und daß eine Drehbewegung der Spule (51) durch eine Beschleunigungskomponente in Richtung der einen Achse (23) kompensiert wird durch die elektromagnetische Wirkung eines durch die Spule (51) fließenden Stroms.
2. 2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Achse (41) über ein Ende der Spule (51) hinweg verläuft.
3. 3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (51) durch eine Welle (40) gelagert ist, die über ein Ende der Spule (51) hinweg koaxial zur weiteren Achse (41) angeordnet ist.

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4. 4. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3,.dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (51) und der Permanentmagnet (20) jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
5. 5. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (20) von einer aus weichmagnetischem Material bestehenden Muffe (30) umgeben ist, zwischen denen ein ringförmiger Luftspalt (33). besteht, in welchem die Spule (51) angeordnet ist.
6. 6. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Muffe (30) über ein Ende der Spule (51) übersteht, im überstehenden Bereich die Muffe (30) zwei einander gegenüberliegende Schlitze (34, 35) aufweist, welche mit der weiteren Achse (41) fluchten und daß die Spule (51) in Lagern (36, 37) gelagert ist, die in den Schlitzen (34, 35) angeordnet sind.
7. 7. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1

   bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Achse (41) längs einem Ende der Spule (51) verläuft und ein Bewegungsaufnehmer (70) zum Erfassen der Bewegungen der Spule (51) im Bereich des anderen Endes der Spule (51) angeordnet ist.
8. 8. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet,daß die Spule (51) auf einen Spulenträger (52) aufgewickelt ist, ein Teil (53) des Spulenträgers (52) von der Spule (51) übersteht und dieser Teil (53) einen Teil eines Bewegungsaufnehmers (70) darstellt.

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   ch-ha , 3-
9. 9. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsaufnehmer (70) ein optischer Bewegungsaufnehmer ist.
10. 10. Beschleunigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (51) zusammen mit ihren Lagern (36, 37) und einem Teil (53) des Bewegungsaufnehmers (70) eine Baueinheit darstellt.