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Beschleunigungsmeßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Beschleunigungsmeßgerät,
bei welchem wenigstens zwei auf verschieden gerichtete Beschleunigungen ansprechende
Meßmassen vorgesehen sind.
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Bei dem neuen Gerät sind gemäß der Erfindung die beiden Meßmassen
in der Weise gelagert, daß der Winkel zwischen den Richtungen der maximalen Beschleunigungsempfindlichkeiten
der beiden Massen entsprechend einer gewünschten Empfindlichlseitscharakteristik
einstellbar ist. In-Verbindung hiermit sind Mittel vorgesehen zur selbsttätigen
Umschaltung eines Abnahmeorgans für die Verstellbewegungen von der einen Masse auf
die andere Masse oder auf beide Massen in Abhängigkeit von den den Massen bzw. Massen
summen zugeordneten Bereichen der Empfindlichkeitscharakteristik.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
für deren Gegenstände nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt wird.
An Hand der Zeichnungen sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es
zeigt Fig. I einen Längsschnitt durch das Gerät, Fig. 2 einen Horizontalschnitt
durch das Gerät nach Linie II-II, Fig. 3 eine Ansicht von oben, Fig. 4 ein Werkbibd
in schematischer Darstellung, Fig. 5 eine Empfindlichkeitscharakteristik der Anordnung
bei einem bestimmten Winkel zwischen den Pendelarmen.
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Mit I und 2 sind die beiden beschleunigungsempfindlichen Massen bezeichnet.
Die beiden Massen sind an einer gemeinsamen Achse 3 drehbar aufgehängt. Die Aufhängevorrichtung
für die Meßmassen wird gebildet durch je zwei winkelig gebogene, auf der Achse 3
drehbar angeordnete Pendelarme.
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Zwischen je zwei Pendelarmen sind die Pendelmassen I und 2 befestigt.
Die Pendelarme sind mit 4 und 5 für die Pendelmasse I bzw. mit 6 und 7 für die Pendelmasse
2 bezeichnet.
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Die Aufhängeachse 3 ist in einem Rahmen 8 fest angeordnet.
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Jeder der beiden Pendelmassen ist ein Federgehänge zugeordnet, das
je eine Blattfeder mit einer Zugstange umfaßt. Die Blattfeder g für die Masse I
ist mit ihrem einen Ende an einem am Rahmen 8 -befindlichen Lappen 10 eingespannt,
während das andere Federende sich gegen einen am Rahmen 8 befindlichen Anschlag
1I abstützt. Eine in diesem Anschlag angeordnete Einstellschraube 12 dient zur Verstellung
des freien Federendes und damit zugleich zur Änderung der
Fedenorspannung.
Die Verbindung zwischen der Blattfeder 9 und der Masse I ist durch eine Zugstange
13 hergestellt, die auf einer mit den Pendelarmen 4, 5 verbundenen Achse I4 drehbar
gelagert ist. Den oberen Teil der Zugstange bildet ein in dem unteren Teil drehbarer
Schraubenbolzen I5, der mit seinem freien, mit einem Schraubenkopf I6 versehenen
Ende in einer Aussparung der Blattfeder 9 angeordnet ist. In ganz analoger Weise
ist der Masse 2 ein Federgehänge mit einer Blattfeder 17, die an einem Lappen I8
des Rahmens 8 gehaltert ist und mit ihrem freien Ende an einem mit einer Einstellschraube
20 versehenen Anschlag 19 des Rahmens 8 rastet, und einer zur Verbindung zwischen
Blattfeder und Pendelmasse,dienenden Zugstange 2I mit Schraubenbolzen 22 und Schraubenkopf
23 zugeordnet. Die Zugstange 21 ist mit der Achse 24 an den Pendelarmen 6, 7 der
Masse 2 drehbar gelagert.
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Die beiden Pendelmassen sind mittels einer Gestängevorrichtung mit
dem Abnahmeorgan für die Verstellbewegung umschaltbar gekuppelt. Das Abnahmeorgan
25 ist mit einem gabelförmigen Teil an einem Schwinghebel 26 mittels eines Zapfens
27 gelenkig gelagert, der Schwinghebel 26 ist seinerseits an dem Flansch 19 des
Rahmens mittels eines Zapfens 28 drehbar gelagert. An dem Schwinghebel 26 befinden
sich zwei Zapfen 29 und 30, in welche die gabelförmigen Enden zweier je mit einer
Pendelmasse gelenkig verbundener Kupplungselemente mit einseitiger Kupplung eingreifen.
Mit der Masse I ist das stangenförmige Kupplungselement 3I in der Weise verbunden,
daß das eine Ende der Stange 3.1, wie besonders aus Fig. 2 ersichtlich ist, mittels
eines Zapfens 32 an dem Pendelarm 5 angelenkt ist, während das andere gabelförmige
Ende 33 der Stange 31 den Zapfen 29 faßt. In ähnlicher Weise ist an dem Pendelarm
7 der Masse 2 mittels des Zapfens 34 die Stange 35 angelenkt, deren gabelförmiges
Ende 36 mit dem Zapfen 30 in Eingriff steht.
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An dem Rahmen 8 sind Lappen 37, 38 angeordnet, die als Anschläge zur
Begrenzung des Ausschlages beim Ausschwingen der Pendelmassen dienen.
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Der Pendelarm 5 der Masse I und der Pendelarm 6 der Masse 2 sind
über die Auflängeachse 3 hinaus verlängert und weisen an den freien Enden je einen
winkelig gebogenen Flansch 39 bzw. 40 auf. Der Flansch 39 enthält eine Schraube
41, deren Bolzen 42 sich gegen den Flansch 40 abstützt.
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Bei dem in Fig. 4 schematisch dargestellten Wirkbild sind G1 und
G2 die diebe den Pendelmassen, F1 und F' die diesen Massen zugeordneten Federn.
Die Richtung der maximalen Beschleunigungsempfindlichkeit der beiden Massen ist
gegeben durch die Senkrechte auf die Richtung der Pendelarme und fällt zusammen
mit der Richtung der Bewegungsfreiheit der beiden Massen. Diese beiden Richtungen
schließen miteinander einen Winkel ein.
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Der von den beiden Pendelarmen eingeschlossene Winkel a sei als Aufhängewinlel
bezeichnet. Konstruiert man mit dem halben Aufhängewinkel bzw. dessen Ergänzungswinkel
die Empfindlichkeitscharakteristik für die Anordnung, dann ergibt sich das Bild
der Empfindlichkeitscharakteristik für die durch die Bahnkurve bzw. Bahnkurven der
WIassen gegebene Ebene bzw. Ebenen nach Fig. 5, bei welchem angenommen ist, daß
der Aufhängewinkel 120 bzw. der halbe Aufhängewinkel 600 und der Ergänzungswinkel
je 300 beträgt. Es sei in Fig. 4 OG' die Richtung des Pendelarms für die Gießmasse
1, OG die Richtung des Pendelarms für die Meßmasse 2.
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Es ist dann in Fig. 5 E' die Empfindlichkeit, gegeben durch G1 und
F1, E2 die Empfindlichkeit, gegeben durch G und F², E1, E2 die Empfindlichkeit,
gegeben durch G1, G2 und F1, E2, E' die Empfindlichkeit, gegeben durch G2, G1 und
E'".
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Es ist ohne weiteres möglich, den die Empfindlichkeitscharakteristik
bestimmenden Win kel a zu ändern. Zu diesem Zweck ist zwischen den beiden Massen
in Fig. 4 bei zeine Einstellverbindung vorgesehen, die in Fig. 1 und 2 aus den beiden
flanschartigen Verlängerungen 39, o der Pendelarme 5, 6 und der zwischen diesen
Verlängerungen angeordneten Einstellschraube 41, 42 besteht. Die die absolute Empfindlichkeit
bestimmende Vorspannung der beiden den Massen zugeordneten Federn wird dabei durch
die einstellbaren Anschläge II, 12 bzw. In, wo eingestellt.
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Durch die Änderung des Aufhängewinkels ändert sich dann entsprechend
auch die Empfindlichkeitscharakteristik. Diese Änderung der Empfindlichkeitscharakteristik
kann z. B. in der Weise vorgenommen werden, daß die maximale Empfindlichkeit in
zwei zueinander senkrechten Richtungen in einem bestimmten Verhältnis zueinander
bestimmt wird. Die auf die Federn bei Bewegung der Massen ausgeübten Drehmomente
nehmen mit der Bewegung der Massen rasch ab, da der Hebelarm der durch die Zugstange
auf die Federn ausgeübten Kraft infolge der Drehung um die Drehachse 3 rasch abnimmt
und zu Null wird.
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Das in Fig. 5 dargestellte Beispiel einer Empfindlichkeitscharakteristik
gilt für Beschleunigungen, deren Richtungen in der Bewegungsebene bzw. in den Bewegungsebenen
der Massen bzw. parallel dazu liegen. Dabei ist zu unterscheiden, ob die Beschleunigungsrichtungen
relativ
zu den Richtungen der Pendelarme in den Winkel zwischen den Pendelarmen oder in
den Winkelbereich zwischen den Pendelarmen und dem gestreckten Winkel fallen. Im
ersteren Falle wirkt jede der beiden Massen für sich auf das Abnahmeorgan. Bei Bewegungen
der jeder Feder zugeordneten Masse aus der Ruhelage in Richtung der Federkraft wird
die Feder durch den ihr zugeordneten Anschlag abgefangen und dadurch wirkungslos
gemacht. Die von einer Feder abgehängte Masse wirkt dann auf die andere Masse ein.
Diese Einwirkung erfolgt über eine Kupplungsvorrichtung zwischen den beiden Massen,
die in dem Schema des Wirkbildes mit K bezeichnet ist. Die Kupplungsvorrichtung
besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus der im vorstehenden beschriebenen
Einstellvorrichtung mit den Teilen 39, 40 bzw. 41, 42, wobei die Schraube als eigentliches
Kupplungsglied dient.
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Gemäß weiterer Erfindung sind die Pendelmassen an einem gemeinsamen
Träger angeordnet, der als um eine Achse drehbarer Rahmen ausgebildet ist. Der Tragrahmen
bildet dabei seinerseits ein Pendel, dessen Aufhängeachse in einer der durch die
Bewegungsbahnen der beiden Massen gegebenen oder einer dazu parallelen Ebene verläuft
und in der Ruhelage des Geräts mit den Richtungen der Pendelarme den gleichen Winkel
einschließt. Der Rahmen ist mittels besonderer Lager 43, 44 mit geringer Lagerreibung
in festen Lagerböcken gelagert. Die beilden Lager oder eines von beiden ist als
Hohllager ausgebildet, so daß das Abnahmeorgan für die Verstellbewegung bei Drehung
des Pendelrahmens ohne weiteres aus dem Rahmen herausgeführt werden kann. Diese
drehbareAusführung des Pendeirahmens ermöglicht die Einstellung des Pendel rahmens
entsprechend der Beschleunigungsrichtung. Die Empfindlichkeitslinie nach Bild 5
wird hierbei in ihrem unterhalb der Achse AA verlaufenden Teil durch Rotation um
diese Achse entsprechend der Drehung des Pendel rahmens um seine Aufhängeachse zur
Erzeugenden für die Empfindlichkeitsfiäche. An sich ließe sich durch Verwendung
mehrerer Geräte mit festem Tragrahmen und entsprechender Kupplung der Organe dieser
Geräte eine Empfindlichkeit für alle Richtungen der Beschleunigungen im Raum erreichen.
Durch die pendelnde Ausführung des Tragrahmens wird diese Wirkung durch das neue
Gerät allein erreicht.
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Das Abnahmeorgan für die Verstellbewegung steht mit dem Schaltorgan
eines mit dem Gerät fest verbundenen Schaltwerks o. dgl. in Einstellverbindung,
was jedoch nicht den Gegenstand der Erfindung bildet.
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Dieses Schaltwerk kann beispielsweise eine Klinkvorrichtung oder ein
elektrisches Schaltwerk sein. Diese Ausbildung des Geräts läßt sich mit besonderem
Vorteil in Luftfahrzeugen, insbesondere im Sturzflug und bei Schnellflugzeugen,
verwenden. Ein besonderer Vorteil gerade bei dieser Verwendung liegt in der raum-
und gewichtsparenden Ausbildung des Geräts. Die Empfindlichkeitscharakteristik wird
hier zweckmäßig so gewählt, daß bei Aufstellung des Geräts im Flugzeug entsprechend
den Flugzeugachsen, wobei die Aufhängeachse des Pendeirahmens mit der Richtung der
Flugzeuglängsachse und die Drehachse der Pendelmassen mit der Richtung der Flugzeugquerachse
zusammenfällt, die Empfindlichkeit in Richtung der Horizontalen, also in Richtung
der Flugzeuglängsachse, ein Mehrfaches der Empfindlichkeit in der Vertikalen, d.
h. in der Richtung der Flugzeughochachse, beträgt. Diese Verschiedenheit in der
Empfindlichkeit nach den genannten beiden Richtungen ist wesentlich bedingt durch
die bei Flugzeugen im Sturzflug auftretenden großen Beschleunigungen in der Richtung
der Hochachse des Flugzeugs. Diese großen Beschleunigungen treten namentlich dann
auf, wenn das Flugzeug aus dem Sturzflug abgefangen wird. Mit dem Gerät kann nun
beispielsweise ein elektrisches Schaltwerk verbunden sein, durch welches beim Auftreten
von das Flugzeug gefährdenden Beschleunigungen das gesamte Bordnetz des Flugzeugs
abgeschaltet werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich eine Reihe von Abweichungen
möglich. So ist beispielsweise die Form der Pendelmassen an sich belanglos. Des
weiteren können statt der pendelnd aufgehängten Massen auch irgendwelchie andere
in entsprechender Weise geführte feste oder flüssige Massen verwendet werden. Die
Führung dieser Massen kann durch besondere Bahnen mit bestimmter Bewegungsrichtung
der geführten Massen geschehen, beispielsweise durch besondere Führungszylinder,
durch gleitende oder rollende Lagerung der Massen in beliebigen anderen Führungsbahnen
u. dgl. Die Aufhängung der Pendelmassen mit dem Kupplungsgestänge kann statt an
dem Tragrahmen auch an einer zentralen, drehbar gelagerten Tragachse geschehen.
Auch in der Form und Anordnung des Federgehänges sind selbstverständlich andere
Ausführungen möglich.
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Das Abnahmeorgan für die Verstellbewegung kann zur Betätigung des
Auslöseorgans für ein Schaltwerk dienen, es kann aber auch direkt als Schaltorgan,
z. B. als Kontaktelement für ein elektrisches Schaltwerk, benutzt werden. Die dargestellte
Ausführungsform stellt infolge ihres geringen Aufwands die bevorzugte Ausführungsform
dar.