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Geschwindigkeitsmesser, insbesondere für Luftfahrzeuge Bisher bekanntgewordene
Geschwindigkeitsmesser, die nach dem Prinzip der Beschleunigungsintegration arbeiten,
besitzen zumeist einen zu geringen Empfindlichkeitsgrad, der auf einem erheblichen
toten Gang des den Beschleunigungskräften unterworfenen Massenkörpers beruht, wobei
dieser tote Gang wiederum auf Widerstände, die den Trägheitsbewegungen entgegenwirken
und als Schlupf innerhalb der Übertragungselemente, beispielsweise Reibrädergetriebe,
Haft- oder Reibungskupplung, elektrische Induktionsspulen u. in Erscheinung treten,
zurückzuführen ist.
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Es sind auch Konstruktionen bekanntgeworden, welche die Behebung dieses
Nachteils dadurch erreichen sollen, daß auf eine mechanische Integration verzichtet
wird und die Integration durch hemmende Wirkungen Foucaultscher Ströme (Wirbelströme)
auf bewegliche Magnetsysteme erzielt werden soll. Doch auch hierbei ist der Empfindlichkeitsgrad
noch nicht ausreichend, da die den (im Sinne der Integration) hemmenden Einflüssen
der Foucaultschen Ströme ausgesetzten Bewegungen der Magnetsysteme als durch die
Trägheitswirkung des Massenkörpers unmittelbar hervorgerufen von zu geringer Größenordnung
sind, um eine genügend genau definierbare Auswirkung der Wirbelströme zu garantieren.
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Die vorliegende Erfindung-bedient sich ebenfalls solcher sog. Wirbelstrombremsen,
aber in anderem Sinne, und nutzt dabei die Tatsache aus, daß die Arbeitsweise der
Wirbelströme um so genauer ist, je größer die ihrem Einfluß unterworfenen Geschwindigkeiten
bzw. Drehzahlen sind. Zu diesem Zweck werden die höheren Drehzahlen durch einen
Fremdantrieb erzielt, und die Bewegungen des Massenkörpers als zu integrierende
Größen beeinflussen diese Drehzahlen.
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Der Grundgedanke ist dabei folgender: Der impulsgebende Massenkörper
soll unter Auswirkung seiner Massenträgheit in der mit' der Bewegungsrichtung des
Fahrzeuges zusammenfallenden eigenen Verschiebungsrichtung
Auswanderungen
ausführen, deren Größe jeweils den wirksamen Beschleunigungskräften proportional
ist, um durch Integration einen der Geschwindigkeit verhältigen Ausschlag des Anzeigesystems
zu verursachen.
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Die Begrenzung der Auswanderungen des Massenkörpers im Sinne obengenannter
Pre portionalität erfolgt, wie üblich, durch elastische Endstötzen, z. B. zwei gegeneinanderwirkende
gleich große Schraubenfedern, die sich nach Aufhören der Beschleunigungen stets
in die gleiche Nullage einspielen. Dabei ist es notwendig, daß den Bewegungen dieses
Systems keine wesentlichen hemmenden Reibungs- oder ähnliche Widerstände entgegenwirken,
wie es beispielsweise bei Übertragung der Impulse des Massenkörpers auf Reibräder
getriebe der Fall ist. Die Aufgabenstellung heißt also, ein System zu finden, daß
die Umsetzung bzw. Überlagerung eines Beschleunigungsimpulses auf integrierbare
Bewegungen oder Drehungen ermöglicht, ohne sich auf die Auswanderungen des Massenkörpers
praktisch hemmend auszuwirken.
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Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß durch die beschleunigungsempfindliche
Masse zwei Wirbelstromkörper verschieden tief in ihre Magnetsysteme eingetaucht
werden wodurch letztere verschiedene Widerstände auf die Drehung der ihnen zugeordneten
Sonnenräder eines Differentialgetriebes ausüben, was zur Folge hat, daß die Drehzahl
des mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetriebenen Korbes sich zu ungleichen Teilen
auf die beiden Sonnenräder verteilt, so daß dieselben eine Drehzahldifferenz aufweisen,
welche über ein zweites Differentialgetriebe zur Geschwindigkeitsanzeige herangezogen
wird. Und zwar stützt sich diese Bauart auf die Tatsache, daß die Bremswirkung derartiger
Wirbelstromgeräte mit der Eintauchtiefe des Bremstopfes in das Kraftfeld des Bremsmagneten
veränderlich ist und praktisch nur der Umdrehung dieses Topfes, nicht aber den axialen
Bewegungen desselben einen Widerstand entgegensetzt..
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
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Die beschleunigungsempfindliche Masse 1 ist auf dem Kupplungsglied
der in einer Achsrichtung liegenden Wellen 2 und 3 derart gelagert, daß alle drei
Teile gegeneinander drehbar sind, in axialer Richtung aber ein aggregat bilden.
Auf den äußeren Enden der beiden Wellen sitzen Bremstöpfe 4 und 5, die in die entsprechenden
Kraftfelder der Magnetsysteme 6 und 7 hineinragen, Durch die einander entgegenwirkenden
Druckfedern 8 und 9 wird das Svstem in der Mittellage gehalten.
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Beide Wellen tragen axial verschiebbar je ein Doppelzahnrad, deren
jedes aus einem TellerradIoa und IIa für das AusgleichsgetriebeI sowie einem außerhalb
desselben liegenden Stirnrade 10b und 11b besteht, Die zum gleichen Ausgleichsgetriebe
I gehörenden Planetenräder 12 sind in dem gleichzeitig als Stirnrad ausgebildeten
Korb I3 gelagert, der vvährend des Betriebszustandes des Gerätes über das Gegenrad
14 vom Elektromotor 15 mit Drehzahlregler I6 angetrieben wird. Die Drehung der Stirnräder
IOi, und 111 wird auf die Gegenräder 17a und 18a übertragen, welche ebenfalls zusammen
mit Tellerrädern 17b und 18b zum Summengetriebe II gehörig, als Doppelräder ausgebildet
sind. Das einseitig eingebrachte Zwischenrad 19 bewirkt, daß sich die Tellerräder
I7t, und 18b gegenläufig drehen. Die Planetenräder 20 lagern in dem wiederum als
Korb ausgebildeten Stirnrad 21.
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Das Gegenrad 22 überträgt die Drehung des Korbes über die Schnecke
23 auf den Zeiger 24.
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Die Funktion des Gerätes ist folgende: Vom Elektromotor 15 her, dessen
Drehzahl durch den Regler 16 konstant gehalten wird, erfolgt über das Stirnarad
14 der Antrieb des Planetenradkorbes I3. In der Mittelstellung der Masse I, d. h.
im Stand oder im stationären Fluge bei Luftfahrzeugen, setzen die Wirbelstrombremsen
6 und 7 wegen der beiderseitig gleichen Eintauchtiefe der Bremstöpfe 4 und 5 den
Wellen 2 und 3 und damit den mit ihnen in der Drehung verbundenen Rädern, insbesondere
den Tellerrädern 10a und zIa, den gleichen Widerstand entgegen. Dadurch nehmen die
letzteren innerhalb des Ausgleichsgetriebes I von dem angetriebenen Korb I3 das
gleiche Drehmoment und auch die gleiche Drehzahl auf. Hierbei erfahren die Planetenräder
I2 in dem rotierenden Korb keine Drehung um die eigene Achse. Die Ubersetzungsverhältnisse
der Stirnr äderpaare 11b zu 18a und 10b zu 17a, die letztere mit Umkehrzwischenrad
19, sind so abgestimmt, daß bei gleicher Drehzahl der Räder I0t, und 11o auch die
Drehzahlen der Räder z7a und 18a gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind.
In diesem Falle wirken die Planetenräder 20 innerhalb des Summengetriebes II lediglich
als Zwischenräder, und die Drehzahl des Korbes 2I ist gleich Null. Demzufolge verharrt
auch der Zeiger 24 während der Ruhelage und der gleichförmigen Bewegung auf der
jeweils angezeigten Stellung.
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Sobald auf das Luftfahrzeug und damit auf das Gerät eine Beschleunigung
oder Verzögerung wirkt, wandert die Masse I in axialer Richtung gemäß den Pfeilen
+ b einseitig aus und verändert wechselseitig die Eintauchtiefe der Bremstöpfe 4
und 5 auf den Wellen 2 und 3, so daß die Bremswirkung der beiden Magnetsysteme 6
und 7 ebenfalls eine andere
wird, und zwar die der einen größer,
die der anderen kleiner. Die Drehzahl aufnahme der Räder IOa und 11a aus dem in
seinem Betriebszustand veränderten Ausgleichsgetriebe I wird dadurch verschieden.
Ebenfalls verschieden werden somit die Drehzahlen der beiden Räder I7b und ISo.
Durch diese Störung des im stationären Betriebszustand vorhanden gewesenen Drehzahlgleichgewichtes
innerhalb des Summengetriebes II gerät der Räderkorb 21 in langsame Umdrehung, welche
sich nach Untersetzung durch den Schneckentrieb 23 dem Zeiger 24 mitteilt. Und zwar
bewegt sich der Zeiger infolge dieser Umdrehung über seinem Skalenblatt so lange,
als die Beschleunigung und damit die Auswanderung der Masse I andauert. Bei Aufhören
der Beschleunigungskräfte, d. h. bei Erreichen eines erneut gleichförmigen Bewegungszustandes,
tritt das Drehzahlgleichgewicht Wieder ein, und der Zeiger 24 verharrt auf der in
diesem Augenblick angezeigten Stellung. Bei Rückkehr zum Ruhestand des Fahrzeuges
sinkt infolge der andauernden Verzögerung der Zeiger auf die Nullstellung.
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Da dem Getriebesystem der Gedanke der Beschleunigungsintegration
zugrunde liegt, ist der Ausschlag des Zeigers 24 der jeweiligen Geschwindigkeit
proportional. Die Anzeigskala ist daher in der Einheit der Geschwindigkeit, m/s
oder kmlh, geeicht. Das Gerät arbeitet infolge seiner ausschließlichen Abhängigkeit
von den auf die Erdkugel zu beziehenden Beschleunigungskräften, also völlig unabhängig
von Einflüssen des das Fahrzeug-umgebenden bzw. tragenden Mediums (z. B. der Atmosphäre),
als Anzeigeinstrument der Geschwindigkeit über Grund, d. h. als absoluter Geschwindigkeitsmesser
im luftfahrttechnischen 5 inne.
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Wirbelstromgeräte in Verbindnßg mit Differentialgetrieben sind an
sich auf dem Gebiet der Geschivindigkeitsmessung schon verwendet worden, jedoch
in anderer Anordnung und zu anderem Zweck, nämlich als Ungleichförmigkeitsgradmesser.
Die Integration eines Meßwertes spielt dabei keine Rolle.