DE888476C - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Beschleunigungsmesser

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DE888476C
DE888476C DEA14527D DEA0014527D DE888476C DE 888476 C DE888476 C DE 888476C DE A14527 D DEA14527 D DE A14527D DE A0014527 D DEA0014527 D DE A0014527D DE 888476 C DE888476 C DE 888476C
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DE
Germany
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armature
movement
accelerometer
acceleration
voltage
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Expired
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DEA14527D
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English (en)
Inventor
Adolf Dipl-Ing Kruessmann
Heinz Dipl-Ing Umlauft
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Askania Werke AG
Original Assignee
Askania Werke AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/16Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal
    • G01P15/165Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal for measuring angular accelerations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/003Kinematic accelerometers, i.e. measuring acceleration in relation to an external reference frame, e.g. Ferratis accelerometers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • Beschleunigungsmesser Die bekannten Beschleunigungsmesser können grundsätzlich eingeteilt werden in mechanische und elektrische Geräte. Die mechanischen Geräte enthalten eine kleine, stark federgefesselte Hilfsmasse, auf die die Bewegungen des zu überprüfenden Gegenstandes übertragen werden. Die Bewegungen der llilfsmasse gegen die Federfesselung stellen dann ein Maß der Beschleunigung dar.
  • Die Nachteile dieser bekannten mechanischen Beschleunigungsmesser liegen darin, daß die Federfesselung und die Hilfsmasse ein schwingungsfähiges System mit ausgeprägter Eigenfrequenz (Störfrequenz) darstellen. Aus diesem Grund sind diese Beschleunigungsmesser begrenzt anwendbar, und zwar nur innerhalb eines Frequenzbereiches, der wesentlich unter der Grenze der Eigenfrequenz (Störfrequenz) des Messers liegt.
  • Die elektrischen Beschleunigungsmesser bestehen grundsätzlich aus einem elektrischen Geschwindigkeitsmesser, dessen Spannung als Ausgangsmeßwert elektrisch differenziert wird. Man verwendet hierzu Gleichstrnmnebenschlnßgeneratoren und führt die Differentiation mittels einer in den Stromkreis eingeschalteten Kapazität durch.
  • Es stellt sich dann innerhalb des Meßkreises ein Strom I ein, der proportional der ersten zeitlichen Ableitung der Spannung ist, nämlich 1 = C dU dt Der Nachteil dieser elektrischen Meßeinrichtungen liegt darin, daß man auch bei unveränderter Geschwindigkeit keine absolut konstante, sondern eine pulsierende Spannung erhält. Diese sogenannten Meßstromoberwellen stören die Differentiation. Die Oberwellen verfälschen um so mehr die Bes chleunigungsmes sung, je mehr die Frequenz der zu messenden Beschleunigungen in der Nähe der Oberwellenfrequenz des Gleichstromgeschwindigkeitsmessers liegt.
  • Außerdem hat die Meßmethode den Nachteil, daß sich mehr oder weniger große Phasenverschiebungen des abgegebenen Beschleunigungsmeßwertes gegenüber der wahren Beschleunigung bemerkbar machen.
  • Diese Nacheilung hängt von der Größe des Widerstandes R und der Kapazität C des Meßkreises ab.
  • Schließlich gelten für diese elektrischen Beschleunigungsmesser die bekannten Nachteile der Gleichstromtachometermaschinen, z. B. daß sie verhältm.smäßig große Antr.iebsleistungen verbrauchen, daß sie verhältnismäßig große Massen haben und deshalb die Beschleunigungsmessung nicht rückwirkungsfrei durchgeführt werden kann.
  • Die Erfindung geht von den bereits vorgeschlagenen Geschwindigkeitsmessern nach dem Prinzip der Ferrarisgeneratoren aus. In diesen wird durch ein Spulenpaar ein Wechselfeld erregt, zu dem neutral angeordnet ein zweites Spulenpaar liegt. In dem Erregerfeid dreht sich der elektrisch leitende, nicht magnetische Anker. In ihm werden durch die Erregung Wirbelströme erzeugt, die eine Verzerrung der Kraftlinien des Erregerfeldes verursachen, sobald sich der Anker bewegt. Die Kraftlinien gelangen durch die Verzerrung in den Bereich der ursprünglich neutral gelegenen Spulen und induzieren in diesen um so mehr Spannung, je größer die Verzerrung, d. h. je schneller die Ankerbewegung ist.
  • Diese bekannten Eerrarisgeschwindigkeitsmesser haben den Vorteil geringster Massenträgheit des Läufers und arbeiten praktisch rückwirkungsfrei.
  • Sie können deshalb auch dort verwendet werden, wo die zur Verfügung stehende Leistung sehr gering ist, z. B. in Rechenmaschinen, Reglern und ähnlichtem.
  • Um diesen außerordentlich vorteilhaften Geschwindigkeitsmesser für Beschleumgungsmessungen gebrauchen zu können, wäre es notwendig, den Wechselstrom gleichzurichten und dann erst zu differenzieren. Dabei würden wiederum die Nachteile der elektrischen Differentiation auftreten, wie sie schon im Zusammenhang mit den Gleichstromgeschw.indigkeits- und Beschleunigungsmessern erwähnt worden sind Das Ziel, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist: nur bei einer Bewegungsänderung des Läufers einen Spannungswert, d. h. eine Induktion zu erhalten.
  • Die grundlegende Überlegung der Erfindung ist nun die, daß bei einer gleichbleibenden Geschwindigkeit eine Induktion nicht erwünscht ist. Deshalb ist die Erzeugung des; Erregerfeides des Ferranisgenerators nicht durch Wechselstrom, sondern durch Gleichstrom vorzunehmen. Daraus ergibt sich einBeschleunigiungsmesser, bei dem erfindungsgemäß ein die Meßbewegung ausführender Wirbelstromanker in einem Magnetfeld gleichbleibender Stärke angeordnet ist und bei dem die durch die Ankerbewegung erfolgende Feldverzerrung eine von der Bewegungsänderung abhänigige Spannung in einer in der neutralen Zone des unverzerrten Magnetfeldes angeordneten Spule induziert. Die induzierte Spannung ist also ein Maß der Beschleunigung.
  • Durch diesen Beschleunigungsmesser gemäß der Erfindung werden die genannten Nachteile der bekannten Geräte behoben, und es werden die Vorteile des Ferrarisgeschwindigkeitsmessers auch für die Beschleunigungsmessung nutzbar gemacht. Be sonlders wertvoll ,ist an diesem neuen Gerät, daß die Messungen praktisch unabhängig sind von der zu messenden Beschleunigungsfrequenz und daß Verfälschungen des Meßwertes, z. B. durch Phasenverschiebung, nicht auftreten. Außerdem gestattet der Ferrarisbeschleunigungsmesser gemäß der Erfindung eine sehr leichte elektrische Anpassung des inneren Widerstandes der Maschine an den Innenwiderstand des jeweiligen Meßwertempfängers.
  • Überdies sind Kondensatoren überflüssig, die bei niederohmigen Empfängern derart hoheKapazitätswerte annehmen, daß temperaturempfindliche Elektrizitätskondensatoren verwendet werden müssen, wodurch gegebenenfalls Temperaturkompens ationen zusätzlich eingeschaltet werden müßten.
  • Als außerordentlich vorteilhaft zeigt sich auch die große Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Gerätes, die gestattet, die Beschleunigungsmessung nutzbar zu machen für die Überprüfung von Getriebeteilen auf Gleichmäßigkeit, z. B. ist es mittels des neuen Beschleunignngsmessers möglich, die Gleichmäßigkeit der Verzahnung von Zahnrädern auf das genaueste mit einem im Verhältnis zu den bekannten Prüfmethoden geringeren Aufwand bei größerer Genauigkeit zu prüfen.
  • Ausführungsbeispiele desBeschleunigungsmessers gemäß der Erfindung seien an Hand der Abbildungen näher erläutert.
  • Abb. I stellt schematisch den Aufbau der bekannten Ferrarismotoren dar. Zwei Spulenpaare Ia, 1b und 2a, 2b sind um 900 versetzt, so daß jedes Paar in der neutralen Zone des anderen gelegen ist. Bei einer Speisung beider Spulen mit Wechselstrom, wobei zwischen beiden Spulenpaaren eine Phasenverschiebung vorhanden ist, werden Wirbelströme in dem Anker 3 erzeugt, die derartige Kräfte auslösen, daß der Läufer in Umdrehung versetzt wird.
  • Diese gleiche Anordnung kann, wae bereits vorgeschlagen worden ist, als Geschwindigkeitsmesser verwendet werden, wenn nur ein Spulenpaar, beispielsweise 1a, Ib, an eine Wechselstromquelle angeschlossen wird und der Anker 3 von außen angetrieben wird. Dann wird das Wechselfeld zwischen Ia und 1b durch die Wirbelströme in 3 derart verzerrt, daß Kraftlinien in den Bereich der Spulen 2a, 2b gelangen und dabei eine Spannung induzieren.
  • Legt man nun an Stelle der Wechselstromquelle eine Gleichstromquelle 4 an das Spulenpaar 1a und 1b, so wird sich für jede Geschwindigkeit des Ankers 3 eine ganz bestimmte Verzerrung ergeben; mit anderen Worten: Die Lage der Kraftlinien zwischen 1a und 1b ist durch die jeweilige Geschwindigkeit des Ankers 3 bestimmt. Jede Schwankung der Geschwindigkeit des Ankers 3 verursacht eine Verlagerung des verzerrten Kraftfeldes zwischen 1a und 1b und bewirkt während dieser Verlagerung eine Induktion in den Spulen 2a und 2b. Durch diese Induktion treten Spannungen auf, die einem Meßgerät 5 zugeführt werden können und die ein genaues Maß der Beschleunigungen, denen der Anker 3 ausgesetzt ist, darstellen.
  • Abb. 1 a stellt den Längsschnitt durch das eben beschriebene Gerät dar. Aus ihm kann man ersehen, daß der Anker Trommelform besitzt und als solcher (aus Aluminium gefertigt) ein verschwindend kle!ines Trägheitsmoment besitzt.
  • Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers dadurch erweitert worden ist, daß man das Gerät von der Speisung aus einer Gleichstromquelle unabhängig gemacht hat. Das konstante Feld zwischen dem mit Gleichstrom gespeisten Spulenpaar ,ist durch einen Naturmagneten ersetzt worden.
  • Der Naturmagnet 6 ist als Kern des trommelförmigen Ankers 7 verwendet. Um den Anker herum ist ein Eisenkeern 8 angeordnet, so daß sich ein Kraftlinienfluß, wie dargestellt, ergibt. Das Anzeigespulenpaar 9 ist um 90° versetzt zur Hauptachse des Naturmagneten angeordnet. Von der Spule führen Spannungsleitungen 10 zu einem Meßgerät ii ab.
  • Sobald der Anker sich dreht, werden die Kraftlinien in dem Luftspalt, in dem sich der Anker bewegt, verzerrt und induzieren bei einer Lagenänderung eine Spannung. Diese Spannung ist ein Maß der Beschleunigung, die am Gerät 11 abgenommen wird, an dessen Stelle z. B. auch ein Oszillograph verwendet werden kann.
  • Abb. 3 stellt prinzipiell die Ausbildung eines Beschleunigungsmesers nach Art eines Stichdrehzahlmessers dar. Mit diesem Gerät ist es -also möglich, von Stirnflächen sich drehender Wellen Beschleunigungsmeßwerte abzunehmen. Für die Fälle, bei denen die Stirnfläche der zu überprüfenden Welle z. B. durch geschlossene Lager nicht frei liegt, kann man den Beschleunigungsmeßwert dadurch gewinnen, daß man das Gerät am Umfang der zu prüfenden Welle kuppelt. Hierzu dient das Kupplungsrad 12 mit einem elastischen Belag I3, z. B. Gummi, der in radialer Richtung an die Welle gepreßt ist. Die zu bewegende Masse des Beschleunigungsmessers ist gering, so daß die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Meßgerätes absolut mit der der zu messenden Welle übereinstimmt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Beschleunigungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Meßbewegung ausführen der Wirbelstromanker (6) in einem Magnetfeld gleichbleibender Stärke angeordnet ist und daß die durch die Ankerbewegung erfolgende Feldverzerrung eine von der Bewegungsänderung abhängige Spannung in einer in der neutralen Zone des unverzerrten Magnetfeldes angeordnete Spule (2a, 2b bzw. 9) induziert.
  2. 2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Art eines Ferrarismotors mit Trommelanker aufgebaut ist und daß die Erregerwicklung (Ia, Ib) mit Gleichstrom gespeist ist, während an der zweiten Wicklung (2a, 2b) bei einer Ankerbewegungsänderung eine Beschleunigungsabhängige Spannung abgenommen ist.
  3. 3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch I oder 2 zur Messung drehender Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Ankers ein an die Stirnseite der zu vermessendenWellen ansetzbare Kupplung nach Art der Kupplungen der bekannten Stichdrehzahlmesser besitzt.
DEA14527D 1942-02-15 1942-02-15 Beschleunigungsmesser Expired DE888476C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1147787B (de) * 1960-10-22 1963-04-25 Christof Rohrbach Dr Ing Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung mittels Wirbelstroemen
DE1170673B (de) * 1960-10-14 1964-05-21 Licentia Gmbh Verfahren zur Aufnahme der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie und Messeinrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens
WO2012045818A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Polyresearch Ag Non-contact motion and speed sensor

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DE1147787B (de) * 1960-10-22 1963-04-25 Christof Rohrbach Dr Ing Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung mittels Wirbelstroemen
WO2012045818A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Polyresearch Ag Non-contact motion and speed sensor

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