DE1134538B - Messgeraet zur stetigen Messung von Winkelbeschleunigungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von Winkelbeschleunigungen mit einer aus einer oder mehreren Windungen bestehenden mit Flüssigkeit gefüllten Schleife.

Bei einem bekannten, diese Merkmale aufweisenden Gerät wird eine Membran verschoben, deren Bewegung auf einen Zeiger übertragen und dadurch angezeigt wird. Die Membran hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser, so daß zum Auslenken des Zeigers um einen ablesbaren Betrag eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit in der Schleife strömen muß. Durch diese Strömung treten Reibungsverluste auf und auf Grund der Masse der sich bewegenden Flüssigkeit wird ein Trägheitsmoment eingeführt. Hierdurch tritt besonders bei ruckartig auftretenden Änderungen in der Winkelbeschleunigung ein Phasenfehler auf. Schließlich zeigt das Gerät erst nach einer Einschwingzeit konstant an, die besonders bei Resonanz groß ist.

Auch eine weitere bekannte Vorrichtung arbeitet mit einer durch eine strömende Flüssigkeit bewegten Membran. Auch dieses Gerät zeigt wegen der durch die strömende Flüssigkeit entstehenden Reibung mit einem Phasenfehler an. Hinzu kommt, daß bei zu starker Membran die träge Masse zu hoch wird und bei dünnerer Membran die Flüssigkeitssäule durch die Federwirkung der Membran zu Eigenschwingungen erregt wird. Zwar werden bei diesem bekannten Gerät Eigenschwingungen gedämpft; doch werden hierdurch weitere Ungenauigkeiten hervorgerufen.

Bei dem Gerät nach der Erfindung sind zur festen Sperrung der Schleife und zwecks Verhinderung einer Flüssigkeitsströmung in der Schleife ein starrer Staukörper und auf beiden Seiten des Staukörpers mit der Schleife verbundene, auf einen Druckunterschied ansprechende Mittel vorgesehen, die stetig gegenüber einem Druckunterschied bei vernachlässigbarer Strömung empfindlich sind.

Das Gerät zeigt sowohl die Richtung als auch die Größe der zu messenden Winkelbeschleunigung an. Es ist im wesentlichen frei von Ausgleichs- und Resonanzschwingungen und wird praktisch nicht von solchen Beschleunigungen beeinflußt, wie sie z. B. durch vibrierende Maschinen oder durch Bewegungen in linearen Ebenen hervorgerufen werden. Dies wird durch zwei identische, auf einen Druckunterschied ansprechende und ein Paar bildende Mittel erreicht, die gegenüber der Schleife gleichartig angeordnet sind. Das Paar enthält Verbindungsmittel, die die erste Seite des einen Mittels des Paares und die zweite Seite des anderen Mittels des Paares mit der Schleife auf einer Seite des starren Staukörpers verbinden

Meßgerät zur stetigen Messung
von Winkelbeschleunigungen

Anmelder:

Thiokol Chemikal Corporation,
Bristol, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Berkenfeld, Patentanwalt,
Köln-Lindenthal, Universitätsstr. 31

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1958 (Nr. 783 792)

George Worthy Cook, Yardley, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

und die zweite Seite des einen Mittels und die erste Seite des anderen Mittels des Paares mit der Schleife auf der anderen Seite des starren Staukörpers verbinden.

Die auf den Druckunterschied ansprechenden Mittel enthalten je eine dünne Membran, die im Durchmesser klein und unter Spannung gestreckt ist und auf ihren beiden Seiten mit Flüssigkeit in Berührung steht. Mit der Membran zusammenwirkende Mittel sind vorgesehen, die in Abhängigkeit von den geringen Auslenkungen der Membran ein Signal erzeugen. Diese Auslenkungen können mit elektromagnetischen Mitteln gemessen werden, Der starre, in der Schleife vorgesehene Staukörper kann ein in seiner geschlossenen Stellung flüssigkeitsdichtes Ventil sein.

Bei einer Winkelbeschleunigung zeigt infolge der Trägheit der Flüssigkeit der Druck auf der einen Seite des Staukörpers an und fällt auf der anderen Seite ab. Der dabei über dem Staukörper auftretende Druckunterschied wird gemessen.

Das Ventil ist auf die beiden Enden des die Schleife bildenden Rohres ausgerichtet, wodurch bei Öffnung des Ventiles Flüssigkeit frei in der Schleife strömen kann, so daß zum Schütze der druckempfindlichen Mittel während des Transportes oder

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des Einbaues ein Druckunterschied sofort ausgeglichen wird. Unmittelbar neben den beiden Seiten des auf den Druckunterschied ansprechenden Mittels sind Einlasse mit kleinem Durchmesser oder ähnliche Begrenzungen vorgesehen.

An die Schleife ist eine Druckdose angeschlossen, um eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung der Flüssigkeit auszugleichen, wobei die Druckdose vorzugsweise mit der Schleife an einer Stelle verbunden ist, die entlang der Schleife in gleichen Abständen von den beiden Enden des Staukörpers liegt.

Der Durchmesser der Schleife ist mindestens hundertmal dem Innendurchmesser des Rohres. Das auf den Druckunterschied ansprechende Mittel enthält eine Kapillarröhre, deren Enden an den beiden Seiten des Staukörpers mit der Schleife verbunden sind. In dem Kapillarröhrchen ist ein flüssiges Medium mit einem Indexelement mit einer Charakteristik vorgesehen, die von der übrigen Flüssigkeit in dem Kapillarröhrchen abweicht, wobei das Indexelement in dem Kapillarröhrchen bei Bewegung des flüssigen Mediums in Abhängigkeit von dem Druckunterschied in der Schleife auf entgegengesetzten Enden des Staukörpers beweglich ist und Meßmittel vorgesehen sind, die die Bewegung des Indexelementes in dem Kapillarröhrchen messen. Die beiden Enden der Kapillarröhre liegen dicht beieinander und weisen soweit wie möglich die gleiche physikalische Form auf. Auf diese Weise werden alle auf das flüssige Medium durch Gravitationsfelder oder äußere Beschleunigungen einwirkenden Kräfte ausgeschaltet. Außerdem beschreibt das Kapillarröhrchen verschiedene Arten von Umkehrungswegen, in denen sich das Röhrchen mehrere Male in sich selbst in zahlreichen Windungen verdoppelt. Auf diese Weise wird ein verhältnismäßig großes Rohr auf kleinem Raum untergebracht. Die Umkehrungen haben weiter den Vorteil, daß sich das Indexelement in dem Röhrchen ein kleines Stück nur dann verschiebt, wenn wirklich Winkelbeschleunigungen auftreten. Lineare Beschleunigungen führen nur dazu, daß sich das Indexelement in einer der Windungen einfängt und nicht weiter auswandern kann.

Das Kapillarröhrchen hat eine Bohrung mit einem Halbmesser in der Größenordnung von 0,025 mm bis 1,3 mm und eine Querschnittsfläche von vorzugsweise weniger als 1/100 der Querschnittsfläche des Rohres in der Schleife. Die Umkehrwege des Kapillarröhrchens können die Form von in umgekehrter Richtung aneinander angeschlossenen Halbkreisen aufweisen, während das Kapillarröhrchen als Ganzes gesehen spiralförmig ausgebildet ist.

Die Temperatur des Kapillarröhrchens wird durch einen temperaturgesteuerten Ofen geregelt. Über der Länge des Kapillarröhrchens sind zum Messen der Bewegung des winzigen Indexelementes mehrere Meßmittel angeordnet. Hierzu ist das flüssige Medium in dem Kapillarröhrchen lichtundurchlässig und das Indexelement ist glasklar. Eine Lichtquelle bestrahlt das Kapillarröhrchen und eine Fotozelle ist zum Messen der Bewegung des Indexelementes vorgesehen.

Die Auslenkung des Indexelementes kann auch dadurch gemessen werden, daß das Indexelement eine von der Leitfähigkeit des flüssigen Mediums in dem Röhrchen abweichende elektrische Leitfähigkeit aufweist und zum Messen der Bewegung des Indexelementes mehrere elektrische Kontakte vorgesehen sind. Schließlich können auch über der Länge des Kapillarröhrchens an in einem Abstand auseinanderliegenden Stellen mehrere Meßelemente angeordnet sein, die nacheinander bei der Bewegung des Indexelementes durch das Kapillarröhrchen betätigt werden, und an die Meßelemente ist ein elektrischer Steuerkreis angeschlossen, und zum Regeln der Winkelbeschleunigung eines Fahrzeuges in Abhängigkeit

ίο von der aufeinanderfolgenden Betätigung der Meßelemente sind durch den Steuerkreis betätigte Antriebsmittel vorgesehen.

Das Gerät nach der Erfindung eignet sich zum Führen und Steuern von Fahrzeugen aller Art, Schiffen, Booten, Flugzeugen, Geschossen und anderen Flugkörpern.

Zu den Vorteilen des Gerätes gehört, daß wegen des Wegfalls einer Strömung keine Reibungsfehler und durch eine Massenträgheit hervorgerufene Fehler auftreten. Weiter integriert das flüssige Medium in der Anzeigeleitung die Winkelbeschleunigung über der Zeit, so daß die Stellung des Indexelementes zu jedem Zeitpunkt ein Maßstab für die Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges ist.

Außerdem wird durch die Integrierwirkung ein Durchschnittswert gebildet und damit z. B. durch Torsionsschwingungen hervorgerufene schnelle Druckänderungen ausgeschaltet. Es ist bekannt, daß der Rahmen von Flugzeugen, an denen beispielsweise ein Gerät nach dieser Erfindung befestigt ist, Torsionskräften ausgesetzt ist. Die meisten bekannten Leit- und Steueranlagen bedingen die Anwendung zahlreicher empfindlicher beweglicher Teile und müssen im Betrieb auf Torsionsschwingungen ansprechen, um die Bewegung des Flugzeuges zu berücksichtigen. Abweichend hiervon werden durch das erfindungsgemäße Gerät diese Torsionsschwingungen ausgeglichen, und die Winkelgeschwindigkeit des Flugzeuges wird daher ohne Beeinflussung durch Torsionsschwingungen angezeigt.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die von dem Gerät abgegebenen Steuersignale unmittelbar in einen Digital-Hauptrechner eingeleitet werden können. Bei den bekannten druckabhängigen Vorrichtungen ändert sich das abgegebene Signal ständig nach Maßgabe der kontinuierlichen Druckänderungen. Bevor ein derartiges kontinuierliches Signal in einen Digital-Rechner eingeleitet werden kann, muß es in Digitalwerte, d. h. Stufenwerte umgerechnet werden. Erforderlich war also eine Einrichtung, die Analogwerte umbildet. Beim erfindungsgemäßen Gerät stellt das Ausgangssignal jedoch bereits einen Digitalwert dar, und eine Umrechnung wird überflüssig.

Die Bewegung des Indexelementes entlang den Kapillarröhrchen wird an über der Länge des Röhrchens verteilt angeordneten Punkten abgetastet. Verändert das Indexelement seine Stellung vor einem Punkt zum nächsten, ergibt sich im Ausgang ein Signal vom Betrag einer Stufe.

Bei der geschilderten Ausführung, bei der das Indexelement eine andere Lichtdurchlässigkeit als das flüssige Medium aufweist, kann das flüssige Medium lichtundurchlässiges Quecksilber und das Indexelement Wasser sein. Es befindet sich dann ein kleines Wassertröpfchen in Quecksilber, und das Quecksilber verhindert das Auftreffen von* Licht auf sämtliche Fotozellen mit Ausnahme derjenigen, die

neben dem durchsichtigen Indexelement liegt. Damit wird die Stellung des Indexelementes und die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges angezeigt.

Bei der anderen Ausführung besteht das Indexelement aus einem Werkstoff mit einer anderen elektrischen Leitfähigkeit als das flüssige Medium. An dem Kapillarröhrchen verteilt angeordnete elektrische Kontakttasten fühlen die Bewegung des Indexelementes von einer Stellung zur nächsten ab.

Die Zeichnung zeigt Beispiele für das Gerät nach der Erfindung und dessen Anwendung.

Fig. 1 zeigt schematisch das Gerät und zugehörige Teile in einem Gesamtschaltbild;

Fig. 2 zeigt schematisch ein Kapillarröhrchen, bei dem die Bewegung des Indexelementes durch Fotozellen erfaßt wird;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Kapillarröhrchen, bei dem die Bewegung des Indexelementes durch elektrische Kontakttasten erfaßt wird;

Fig. 4 zeigt schematisch eine andere Ausführung mit Verwendung von Fotozellen;

Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführung mit Verwendung von elektrischen Kontakttasten;

Fig. 6 zeigt vereinfacht im senkrechten Schnitt ein Meßgerät mit parallel zueinander geschalteten Zweigen;

Fig. 7 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Meßgerät in Mehrkurven-Ausführung;

Fig. 8 ist eine Aufsicht auf das in Fig. 7 gezeigte Gerät, wobei einige Teile weggebrochen sind;

Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8 in kleinerem Maßstab;

Fig. 10 zeigt vergrößert, teilweise im Schnitt eine Aufsicht auf den Staukörper und die druckempfindlichen Mittel;

Fig. 11 ist eine Seitenansicht auf das in Fig. 7 eingezeichnete Teil 170;

Fig. 12 ist eine Seitenansicht — teilweise im Schnitt — auf das Gerät nach den Fig. 10 und 11, von der rechten Seite in Fig. 11 aus gesehen;

Fig. 13 ist ein Schnitt entlang der Linie 13-13 in Fig. 10 in kleinerem Maßstab;

Fig. 14 ist ein Schnitt durch die bei dem Gerät nach Fig. 6 und 7 verwendeten auf den Druck ansprechenden Mittel in kleinerem Maßstab.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt das erfindungsgemäße Winkelbeschleunigungsmeßgerät ein im Flugzeugtraggerüst feststehend gelagertes hydraulisches Winkelbeschleunigungsmeßgerät 10. Dieses Beschleunigungsmeßgerät wird durch solche äußere Beschleunigungen, wie sie beispielsweise durch Triebwerkschwingungen hervorgerufen werden, wie auch durch geradlinige Beschleunigungen nicht beeinflußt. Außerdem wird es nicht beeinflußt durch das Schwerkraftfeld der Erde oder eines ähnlichen großen Körpers. Magnetische oder elektrische Felder sind ebenfalls ohne Einfluß auf das Gerät. Irgendwelche empfindlichen beweglichen Teile fehlen, so daß auch die durch die Reibung derartiger Teile bedingten Meßfelder vermieden sind. Irgendwelche Probleme in der Lagerung, beispielsweise einer Kreisellagerung, sind nicht vorhanden, weil das Gerät starr mit dem Flugzeugtraggerüst verbunden wird.

Das Beschleunigungsmeßgerät 10 besitzt ein starres Rohr 12, das eine geschlossene Schleife 13 beträchtlicher Größe bildet und mit einer dichten Flüssigkeit 14 gefüllt ist. Das Rohr kann beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Monelmetall bestehen, einen Durchmesser von 6,1 m aufweisen und mit Quecksilber gefüllt sein.

Obgleich die Schleife 13 im dargestellten Falle Kreisform hat, ist darauf hinzuweisen, daß dies nur die bevorzugte Formgebung ist und auch andere Formgebungen möglich sind, beispielsweise die Form einer Ellipse, eines Rechtecks, eines Polygons u. dgl. Es ist nicht erforderlich, daß die Schleife 13 regelmäßig und symmetrisch ist, noch ist erforderlich, daß

ίο sie insgesamt in derselben Ebene liegt. Beim Einbau dieser großen Schleife in ein Flugzeug kann es beispielsweise erforderlich sein, eine elliptische Schleifenform oder irgendeine andere unregelmäßige Schleifenform zu verwenden, weil für die Unterbringung der Schleife irgendwelche Raumbegrenzungen maßgebend sind.

Die Schleife 13 soll so steif wie irgend möglich sein, und in dieser Beziehung ist eine regelmäßige Form vorteilhafter als eine unregelmäßige. Eine kreisförmige Schleife gewährleistet die größte Empfindlichkeit im Betrieb, bezogen auf eine bestimmte Länge des Rohres 12 und eine bestimmte, von der Schleife eingeschlossene Fläche 15. Andere, der Kreisform sehr ähnliche Schleifenformen erreichen fast die gleiche, hohe Empfindlichkeit einer kreisförmigen Schleife. Die Empfindlichkeit wächst im Quadrat des Hauptradius R der Schleife 13, und deshalb ist eine große Schleife wünschenswert.

Um die Empfindlichkeit bei einem bestimmten Radius R in bekannter Weise zu erhöhen, kann das Rohr 12 länger gemacht und sodann spiralförmig derart aufgewickelt werden, daß eine Reihe von Windungen, die alle den Radius R aufweisen, eng nebeneinander liegen. Um ein genaues Arbeiten zu erzielen, ist es erforderlich, daß der Durchmesser der Schleife 13 wesentlich größer als die lichte Weite des Rohres 12 ist; mit einem Verhältnis von mindestens 100 :1 ergeben sich zufriedenstellende Verhältnisse. In einem ausgeführten Beispiel hat die Schleife 13 6,1 m Durchmesser, und der Innendurchmesser des Rohres 12 beträgt 25,4 mm, was einem Verhältnis von 240:1 entspricht. Dies ist bereits ein Optimalwert.
Um die Grundlagen und die Arbeitsweise eines Beschleunigungsmeßgeräts nach der Erfindung zu beschreiben, wird auch auf Fig. 6 Bezug genommen, wonach das dargestellte Beschleunigungsmeßgerät eine hohle, ebene, starre Schleife 120 besitzt, vorzugsweise ein Metallrohr aus geeignetem Material, wie beispielsweise Stahl oder Nickel, das mit einem festen Staukörper 122 versehen ist, der innerhalb der Schleife starr befestigt ist an einem Punkt, derart, daß er die Schleife an dieser Stelle vollständig unterbricht.

Es soll zunächst angenommen werden,- daß die Schleife um ihre Achse C, rotiert. Wenn das Ventil 136 geschlossen und die gefüllte Schleife 120 einer Winkelbeschleunigung unterworfen wird, so kann die Flüssigkeit 142 während dieser Veränderung der Winkelbewegung nicht relativ zur Schleife fließen, weil dies durch den Staukörper verhindert wird, so daß vor und hinter dem Staukörper 122 und den Membranen 138 und 140 infolge der Trägheit der Flüssigkeit ein Differenzdruck aufgebaut wird. Jede geeignete Einrichtung, mittels derer dieser Druckunterschied an einer der Staustellen gemessen wird, ergibt eine Anzeige, die ein Maßstab für die Beschleunigungsstärke ist. Mathematisch ergibt sich die

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Druckdifferenz P am Staukörper 122 nach folgender liegt in der Mitte der wirksamen Länge des Rohres

Gleichung: 12 von jeder Seite des Staukörpers 22 aus.

F 2TiB?- ■ d · A · δ · N I^m Betrieb wird das dem Schutz dienende Ventil

P = -— = ~ (1) 20 geschlossen, und jegliche Flüssigkeitsströmung

5 im Rohr des Beschleunigungsmessers wird durch

Hierin bedeutet F die auf den Staukörper wirkende einen massiven Staukörper 22 verhindert. Das Ventil

Kraft, R mit den mittleren Radius der Schleife, d die ist mit dem Rohr 12 über ein Paar Leitungen 23

Massendichte der die Schleife füllenden Flüssigkeit, und 24 auf gegenüberliegenden Seiten des Stau-

A die Querschnittsfläche des die Schleife bildenden körpers 22 verbunden. Wenn dieses Ventil geöffnet

Rohres, δ die Winkelbeschleunigung der Schleife um io ist, so kann die Flüssigkeit 14 frei durch die Schleife

die Mittellinie C, N die Anzahl der Windungen oder fließen, so daß auf den gegenüberliegenden Seiten

der Schleifen des Rohres, die bei der Ausführung des Staukörpers 22 keine nennenswerte Druck-

nach den Fig. 1 und 6 gleich 1 ist. differenz auftreten kann.

Aus Gleichung 1 ergibt sich die Winkelbeschleu- Bei jeder Veränderung der Winkelgeschwindigkeit

nigung zu 15 des Flugzeuges, die eine Winkelbeschleunigungs-

p komponente in der Ebene der Schleife 13 besitzt,

δ — ——^ΓΤ~*τ (2) erzeugt bei geschlossenem Ventil die Trägheit der

2πΚ a- N Flüssigkeit 14 ein Ansteigen des Druckes in dem

Die Faktoren des Nenners auf der rechten Seite Rohr 12 auf einer Seite des Staukörpers 22 und eine

der Gleichung (2) sind Parameter, die von den phy- 20 entsprechende Druckverringerung auf der anderen

sikalischen Eigenschaften der Konstruktion und der Seite dieses Staukörpers. Die Größe und Richtung

verwendeten Flüssigkeit abhängen. dieses Druckunterschiedes ist eine direkte Funktion

In den vorstehenden Gleichungen ist davon aus- der Größe und Richtung der Winkelbeschleunigung, gegangen, daß der Durchmesser der Schleife beträcht- Zum Ansprechen auf diesen Druckunterschied ist lieh größer ist als der Innendurchmesser des Rohres. 25 eine hydraulische Druckdifferenzial-Anzeigezelle vor-Bei einem Verhältnis von über 100 :1 ist die Ge- gesehen, die bei 25 schematisch als Kasten dargestellt nauigkeit dieser Gleichungen ausreichend. Ferner ist und mit dem Rohr 12 auf gegenüberliegenden Seiten angenommen, daß praktisch keine Verschiebung der des Staukörpers 22 mittels Leitungen 26 und 27 verFlüssigkeit relativ zu dem Rohr stattfindet. Das Maß bunden ist. Verschiedene, sehr vorteilhafte Formen dieser Verschiebung hängt von der Art und Weise 30 für die Zelle 25 sind in den Fig. 2, 3, 4 und 5 dardes verwendeten Druckanzeigers ab, beispielsweise gestellt und werden unter Bezugnahme auf diese von den verwendeten Membranen. Falls diese Mem- Figuren im einzelnen bsechrieben. branen eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen müs- Aus den weiter unten im einzelnen aufgeführten sen, so soll die dadurch verursachte Massenströmung Gründen kann die hydraulische Zelle 25 durch Vermöglichst vernachlässigbar klein sein. 35 änderungen der Viskosität der darin enthaltenen

Das Ventil 20 (Fig. 1) oder 136 (Fig. 6) dient Flüssigkeit beeinflußt werden, und deshalb ist es

zum Schutz des Gerätes. Das Ventil ist lediglich wünschenswert, die Zelle 25 auf einer konstanten

während der Meßvorgänge selbst geschlossen. In Temperatur zu halten. Wie dargestellt, liegt diese

der übrigen Zeit wird das Ventil offengehalten, um Zelle innerhalb eines Ofens 28 mit einer thermostati-

ein Strömen der Flüssigkeit in der Schleife beispiels- 40 sehen Temperatursteuerung und einer Wärmequelle

weise während des Transportes und des Einbaues 30. Dieser Ofen 28 kann beispielsweise ähnlich sein

der Vorrichtung zu ermöglichen, um die Membranen den auf konstante Temperatur eingeregelten Öfen,

gegen Bruch zu sichern. Das Ventil ist auch dann die im Handel zur Unterbringung von üblichen elek-

offen, wenn das Beschleunigungsmeßgerät gefüllt irischen Zellen erhältlich sind,

oder entleert wird, wie es weiter unten beschrieben 45 Das elektrische Ausgangssignal der Zelle 25 wird

werden soll. über ein elektrisches Kabel 32, das eine Anzahl von

Es ist unwesentlich, in welcher Ebene die Schleife einzelnen Drähten enthält, einer Digital-Rechenliegt. Die Schleife kann horizontal, vertikal oder einrichtung zugeleitet, die zwei Paare von Ausgangsanders liegen und spricht immer auf die in der klemmen 35 und 36 bzw. 37 und 38 aufweist. Wie Schleifenebene liegende Komponente der Winkel- 50 noch im einzelnen beschrieben werden soll, hat das beschleunigung an. Signal im Kabel 32 Digitalcharakter, so daß es ohne

Um ein Ausdehnen und Zusammenziehen der weiteres in den Rechner 34 eingegeben werden Flüssigkeit 14 infolge von Temperaturänderungen zu kann. Dieser Rechner steuert die Bewegung des ermöglichen, ist ein Expansionsbalg 16 mit einer Flugzeuges durch Veränderung der Relativwellenförmigen, nachgiebigen Wand 17 vorgesehen. 55 einstellungen eines Paares von sich entgegengesetzt Der Balg 16 ist mit dem Innenraum des Rohres 12 zueinander bewegenden Steuerflügeln 39 und 40 wie über eine kurze Leitung 18 verbunden. Die nach- auch die Stellung einer Bezugsebene 42, um diese giebige Wand 17 dient dazu, in der Flüssigkeit 14 auf ebenem Kiel, d. h. horizontal in bezug auf die einen ausreichenden Druck aufrechtzuerhalten, um Längsachse des Flugzeuges zu halten. Die Richein Verdampfen, d.h. also Kochen der Flüssigkeit 60 tungen der Betätigung der verschiedenen Steuerunter den erwarteten Betriebsbedingungen zu ver- und Führungsfunktionen sind zur Erleichterung des hindern. Wegen der Druckveränderungen, die an Verständnisses durch Pfeile in den einzelnen Leiverschiedenen Punkten des Rohres 12 im Betrieb tungen angedeutet,

auftreten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Vor der Erläuterung der Arbeitsweise der rest-Leitung 18 für den Expansionsbalg 16 an einer 65 liehen, in Fig. 1 dargestellten Teile ist es zweck-Stelle anzuordnen, die in bezug auf die im Betrieb mäßig, die Fig. 2 zu betrachten, die ein Ausauftretenden Druckänderungen mehr oder weniger führungsbeispiel der hydraulischen Druckdifferenzim Gleichgewicht ist. Dieser Gleichgewichtspunkt Anzeigezelle 25 zeigt. Eine verhältnismäßig lange

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Kapillarleitung 44 ist in Form mehrerer aneinander Strömungsgeschwindigkeit sich dem ,Wert Null

anschließender Halbkreise angeordnet. Jeweils eine nähert, und die Maße der Leitungen müasen überall

in einer Richtung gebogene Schleife wird von einer genau eingehalten sein.

zweiten, in umgekehrter Richtung gebogenen Schleife Eine Betrachtung der Gleichung (3) zur Er-

und diese wieder durch eine in Richtung der ersten 5 rechnung der Menge Q zeigt eine Integrierung über

Schleife gebogene Schleife gefolgt. Beispielsweise der Zeit und eine Abhängigkeit von der Viskosität,

läuft die Leitung 44 zunächst in Form einer Schleife die durch den Ofen 28 gesteuert wird. Die Inte-

45 und dann in Form einer umgekehrten Schleife grierungswirkung hat in vorteilhafter Weise eine

46 usw. Außerdem folgt die Leitung 44 einem, ins- schnelle Verringerung des Ansprechens bei Vergesamt gesehen, kreisförmigen Weg, so daß ihre ao größerung der Frequenz einer Torsionsschwingung Enden 47 und 48 nahe aneinanderliegen, und diesen oder schneller, zyklischer Veränderungen in der Enden wird der Druck auf den gegenüberliegenden Winkelbeschleunigung zur Folge. Auf diese Weise Seiten der Trennwand 22 über die Leitungen 26 werden Druckveränderungen infolge verhältnismäßig und 27 zugeleitet. Die Enden der Leitung 44 und hochfrequenter Torsionsschwingungen bei kleiner die Verbindungen 26 und 27 sind in der dargestellten 15 Amplitude auf einen Durchschnittswert gebracht und Weise so nahe wie möglich beieinander angeordnet, in Wirklichkeit im stufenförmigen Ausgangssignal in um die Wirkung irgendwelcher äußeren Kräfte auf dem Kabel 32 völlig ausgeschaltet.

die Flüssigkeit 49 in der Leitung 44 so klein wie "Um die Bewegung der Flüssigkeit 49 abzutasten,

möglich,zu halten. Solche äußeren Kräfte können ist in dieser ein winziges,Indexelement50 in Form sich aus Triebwerkschwingungen, geradlinigen Be- ao eines kleinen Flüssigkeitstropfens vorgesehen, der

schleunigungen u.dgl. ergeben, wie bereits weiter eine andere Lichtdurchlässigkeit als die Flüssigkeit

oben erwähnt wurde. Beispielsweise sollte im Falle 49 aufweist und mit dieser nicht mischbar ist. Bei-

eines Rohres 12 mit einem Innnendurchmesser von spielsweise kann dieses Element 50 glasklar, jeden-

25,4 mm ein Abstand zwischen den Punkten 45 falls aber durchsichtig sein, wie beispielsweise und 46 von nicht mehr als 12,7 mm herrschen. 25 destilliertes Wasser, während die Flüssigkeit 49 un-

Zur Erzeugung von Druckunterschieden beider- durchsichtig ist und beispielsweise durch Quecksilber

seits der Trennwand 22, die der Größe der Winkel- verkörpert werden kann. Die Länge des Elementes

beschleunigung direkt proportional sind, muß ein 40 sollte nicht größer sein als etwa Ve der Länge

größerer Druckabfall infolge einer Massenströmung des Bogens einer der Schleifen 45, 46 usw. des Geinnerhalb des Rohres 12 verhindert werden. Bei dem 30 samtkapillarrohres.

vorliegenden Ausführungsbeispiel steht die Flüssig- Die Kapillarleitung 44 befindet sich in einem keit49 direkt in Verbindung mit der Flüssigkeit 14 durchgehenden Block aus Kunststoff 52, der durch- und ist mit dieser identisch; es kann beispielsweise scheinend ist, beispielsweise aus Polymethyl-Quecksilber verwendet werden. Um nun eine größere methacrylat. Im Block 52 ist ein über dessen ge-Strömung im Rohr 12 zu verhindern, ist der Quer- ₃₅ samte Breite verlaufender undurchsichtiger Schild schnitt der Kapillarbohrung der Leitung 44 maximal vorgesehen, in den die Leitung 44 genau eingepaßt gleich Vioo des Querschnittes des Rohres 12. Es ist j_st und der in der Ebene dieser Leitung liegt, so daß wünschenswert, die Kapillarbohrung noch· weit er das Hindurchtreten von Licht durch den Block kleiner zu machen als es diesem maximal zulässigen 52 mit Ausnahme derjenigen Stellen, an denen sich Wert entspricht. Falls der Radius R des Rohres 12 ₄₀ die Leitung 44 befindet, verhindert. Die undurch-1,52 m oder mehr beträgt und so sein eigener Innen- sichtige Flüssigkeit 49 verhindert zusätzlich das Hinquerschnitt verhältnismäßig groß ist, so kann die durchtreten von Licht durch die Leitung 44 mit Fläche der Kapillarbohrung der Leitung 44 einen Ausnahme derjenigen Stelle, an der sich das durchnoch kleineren Bruchteil dieses Querschnittes be- sichtige Element 50 befindet, tragen. In der folgenden Berechnung wird ebenfalls ₄₅ Auf einer Seite der die Leitung 44 enthaltenden angenommen, daß der Innenquerschnitt der Ebene ist, nahe dieser Ebene, eine Reihe kleiner Kapillarleitung 44 kleiner als dieser Maximalanteil Fotozellen 56 gleichmäßig über die Länge dieser ist, um eine Strömung durch das Rohr 12 zu ver- Leitung verteilt angeordnet,, und auf der gegenüberhindern, liegenden Seite der Ebene der Leitung 44 ist eine

Nach dem Gesetz, von Poiseuille ist die Menge ₅₀ Lichtquelle 58 vorgesehen. Jede der Fotozellen56

einer Flüssigkeit, die durch ein kleines Röhrchen ist normalerweise mchueitendy wie beispielsweise eine

oder eine Kapillarleitung in einer gegeebnen Zeit Selenzelle. Wenn jedoch das Indexelement 50 vor

gedrückt wird: einer der Fotozellen vörbeilänft, beispielsweise an

ρ π ^ - -■ der Stelle 56', so wird die dort befindliche Zelle

Q = «τ ■■;-* (3) 55 durch das auftreffende Licht leitend. Jede dieser

^- Fotozellen, hat zwei Klemmen. Eine Klemme der

Hierin bedeutet Q die durchfließende Menge_; Fotozelle ist an eine Sammelleitung 59 angeschlossen, ρ die Druckdifferenz zwischen beiden Enden der während die anderen Klemmen an einzelne. Lei-Leitung 44, r der Radius der Bohrung der Leitung tungen 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68 und 69 44, L die Länge dieser Leitung, η die Viskosität der 60 angeschlossen sind. Diese einzelnen Leitungen sind Flüssigkeit, t die Dauer der Ausübung des Differenz- in Form des Kabels 32 miteinander vereinigt und druckes. · führen zu dem Digitalrechner 34.

In der Praxis gut das Gesetz von Poise.uille, Bei jeder Winkelbeschleunigung bewegt sich das

wenn bestimmte Bedingungen und Erfordernisse er- Indexelement 50 von einer Fotozelle zur nächsten,

füllt sind. Beispielsweise muß die Flüssigkeit völlig 65 was zu einer stufenweisen Veränderung des Aus^

homogen sein und frei von Fremdteilchen, durch gangssignals führt, weil nacheinander zwischen der

die die Kapillarleitung verstopft werden könnte. Sammelleitung 59 und den aufeinanderfolgenden

Die Leitung muß ausreichend klein, sein, so daß die Einzelleitungen 64, 63, 62 usw.. leitende Verbindün-

gen hergestellt werden. Es ist ein Vorteil dieses Systems, daß das Indexelement 50 bei konstanter Winkelgeschwindigkeit in Ruhe bleibt. In einer der Leitungen im Kabel 32 entsteht daher ein konstantes Ausgangssignal, durch das diese konstante Geschwindigkeit angezeigt wird.

Im Betrieb ist es wünschenswert, zunächst das Indexelement 50 in der Zelle 25 in die Mitte zwischen den Enden 47 und 48 einzustellen, wenn das Flugzeug sich in bezug auf ein bestimmtes Bezugssystem in Ruhe befindet. Beispielsweise wird diese Mittelstellung des Elementes 50 anfänglich hergestellt, wenn sich das Flugzeug in bezug auf einen bestimmten Ort der Erde in Ruhe befindet. Es wird sodann die Richtung und Größe der Winkelgeschwindigkeit des Flugzeuges zu jedem Zeitpunkt in bequemer Weise durch die Richtung und den Abstand, um den sich das Anzeigeelement aus dieser anfänglichen Mittelstellung herausbewegt hat, angezeigt.

In den Fig. 3, 4 und 5 haben solche Teile, die entsprechende Funktionen ausführen, die gleichen Bezugsziffern wie die entsprechende Teile in Fig. 2. In Fig. 3 ist die hydraulische Druckdifferenzial-Anzeigezelle 25 im wesentlichen ähnlich der in Fig. 2 gezeigten, jedoch hat zum Abtasten der Bewegung der Flüssigkeit 49 das Indexelement 50/4 eine elektrische Leitfähigkeit, die beträchtlich von der elektrischen Leitfähigkeit der übrigen Flüssigkeit abweicht. Beispielsweise kann das Indexelement SOA eine gegenüber der Flüssigkeit 49 niedrigere elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise bei Verwendung eines Tropfens destillierten Wassers 5OA in einer quecksilbergefüllten Leitung. Zwischen eine gemeinsame Leitung 59 und die Einzelleitungen 60, 61, 62, 63, 64 usw. sind Paare von elektrischen Kontakten 70 geschaltet, die mit gegenüberliegenden Seiten der in der Leitung befindlichen Flüssigkeit in Verbindung stehen. Dementsprechend herrscht an allen Kontaktpaaren 70 ein geringer Widerstand mit Ausnahme desjenigen Kontaktpaares 70', das auf gegenüberliegenden Seiten in das Indexelement SOA eintaucht. Auf diese Weise bewirkt die Bewegung des Elementes 5OA von einer in die andere Stellung entlang der Leitung 44 eine stufenweise Anzeige, je nachdem, welche der Einzelleitungen des Kabels 32 gegenüber der Leitung 59 einen in Reihe geschalteten hohen Widerstand aufweist.

Die hydraulische Drackdifferenz-Anzeigezelle gemäß Fig. 4 ist im wesentlichen ähnlich derjenigen nach Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Kapillarleitung 44 einer im allgemeinen spiralförmigen Bahn entlang der Außenfläche eines hohlen, lichtdurchlässigen Zylinders 72 folgt. Dieser Zylinder 72 kann aus Glas oder einem transparenten Kunststoff, wie er weiter oben erwähnt wurde, bestehen. Entlang der Mittellinie des Zylinders 72 ist eine Lichtquelle 58 angeordnet, und ein Heraustreten des Lichtes durch die Zylinderwand mit Ausnahme derjenigen Stellen, wo sich die Leitung 44 befindet, wird durch ein lichtundurchlässiges Schild 54 verhindert. Viele kleine Fotozellen 56 sind nahe der Außenfläche der Leitung 44, in Längsrichtung dieser Leitung gleichmäßig verteilt angeordnet und dienen zur stufenweisen Anzeige der Bewegung des Indexelementes 50. Eine Klemme jeder dieser Fotozellen ist mit einer der Leitung 59 in Fig. 2 entsprechenden Sammelleitung verbunden. Die andere Klemme jeder Fotozelle 56 ist mit dem Rechner 34 über eine Einzelleitung (in Fig. 2 mit 60, 61, 62 usw. bezeichnet) verbunden. Diese Leitungen sind in Fig. 4 nicht dargestellt, um die Zeichnung leichter lesbar zu gestalten.
In Fig. 5 ist die Anordnung der Kapillarleitung 44 und der Abtastkreise 60, 61, 62, 63 usw. im wesentlichen ähnlich derjenigen nach Fig. 4 mit der Ausnahme, daß Paare von elektrischen Kontakten 70 in Verbindung mit einem Indexelement 5OA, das

ίο höheren Widerstand als die Flüssigkeit 49 hat, verwendet werden.

Um wieder auf Fig. 1 zurückzukommen, ist darauf hinzuweisen, daß die Recheneinrichtung 34 jeder geeignete Digitalrechner sein kann, wie sie bereits zur Errechnung des Flugkurses verschiedener Flugzeuge und zur Steuerung ihrer Bewegung in Gebrauch sind. Ein solcher Rechner 34 besitzt im Eingang einen Matrix-Kode-Umwandler zur Umwandlung der stufenartigen Veränderungen des Einganges, dar-

ao gestellt durch die Veränderungen in den einzelnen Leitungen 60, 61, 62 unmittelbar in verschlüsselte Informationen, die zum Betrieb des Rechners geeignet sind. Dieser Matrix-Kode-Umwandler kann von jeder üblichen, bereits im Gebrauch befindlichen Bauart sein.

Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß hierbei die bei jetzt im Gebrauch befindlichen Fahrzeug-Steuersystemen erforderlichen Einrichtungen zur Umwandlung von Analogrechenwerten in Digitalrechenwerte eingespart werden können.

Der Ausgang des Klemmenpaares 35 und 36 wird über Leitungen 75 und 76 einem Motorsteuerkreis 78 zugeleitet, der seinerseits einen »Amplidyne«- Drehmoment-Verstärkermotor 80 über Steuerleitungen 81 und 82 steuert. Ein geeigneter Motorsteuerkreis 78 ist ein Thyratronkreis zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Steuerwelle 83. Diese Welle ist in einem Lager 84 gelagert und treibt über ein Zahnrad 85 und ein Ritzel 86 ein Anzeigegerät 88 an, das den Relativwinkel zwischen den Steuerflächen 39 und 40 anzeigt. Von der Welle 83 wird außerdem ein Paar Schnecken 89 und 90 mit umgekehrt gerichteter Steigung getragen, die die Schneckenräder 91 und 92 zur Verschwenkung der Steuerflächen 39 und 40 in entgegengesetzten Richtungen antreiben.

Wenn angenommen wird, daß die Ebene des Beschleunigungsmessers quer zur Längsachse des Flugzeuges liegt, so spricht das Steuersystem auf RoU-

beschleunigungen an. Das System steuert die Flügel 39 und 40, so daß diese auf irgendein das Fahrzeug umgebendes Medium zur Einwirkung kommen können, um es in der gwünschten Lage zu halten.

Wenn in der vorstehenden Beschreibung an einigen Stellen von einem Flugzeug als zu steuerndem Fahrzeug gesprochen worden ist, so ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung genausogut an jeglichem anderen Fahrzeug zur Anwendung kommen kann.

Von den Ausgangsklemmen 37 und 38 läuft ein Steuersignal über die Leitungen 95 und 96 zu einem anderen Motorsteuerkreis 78 a und über die Leitungen SlA und 82 A zu einem Motor 80 a, die den Teilen 78 und 80 im wesentlichen entsprechen. Der Motor 80 a treibt eine Welle 97 mit der gewünschten Drehzahl in eine der beiden Drehrichtungen an, um die Plattform 42 als horizontale Bezugsebene querab zum Fahrzeug zu halten, jedoch immer noch in

13 14

Bezug zum Körper des Fahrzeuges. Diese Plattform weist. Die erste dieser Zweigleitungen besteht aus

42 kann dazu herangezogen werden, Linear-Be- den Leitungen 124 und 130 und dem Ventil 136.

schleunigungsmeßgeräte oder sonstige Geräte zu Eine zweite Zweigleitung besteht aus den Leitungen

tragen, die eine derartige Bezugslagerung benötigen. 126 und 132 und der Membran 138. Eine dritte

Ein Zahnrad 98 treibt ein Ritzel 99 und dieses 5 Zweigleitung besteht aus den Leitungen 128 und 134

wiederum über Kegelräder 100 ein Anzeigegerät und der Membran 140.

101, das den Rollwinkel des Fahrzeuges anzeigt. Die Das ganze System einschließlich der Schleife 20,

Plattform 42 ist in der dargestellten Weise mittels des Ventils 36 und der verschiedenen parallel ge-

Lagerzapfen 104 in Lagerkonsolen 106 gelagert und schalteten Zweigleitungen, ist vollständig mit einer

wird durch eine Schnecke 108 angetrieben, die mit io geeigneten imkompressiblen Flüssigkeit 42 gefüllt,

einem an der Plattform 42 befestigten Schneckenrad Für ein hochwertiges Instrument wird Quecksilber

109 im Eingriff steht. als Füllflüssigkeit bevorzugt. In manchen Fällen, in Zur Erzeugung einer negativen Rückkopplungs- denen die Korrosion der einzelnen Bauteile durch

steuerung ist auf der Plattform ein Steuergerät das Wasser nicht von Bedeutung ist, ist auch Wasser

110 gelagert, das aus zwei Teilen besteht: erstens 15 zufriedenstellend verwendbar, oder auch andere einer Schwerkraft-Fühleinrichtung, wie beispielsweise dichte, stabile Flüssigkeiten.

einem Pendel, das kritisch gedämpft und derart an- Mit Ausnahme der Membranen sollten als Baugeordnet ist, daß es eine lange Schwingungsdauer stoffe für die Teile der Beschleunigungsmeßgeräte aufweist, und zweitens eine auf Drehung an- solche Baustoffe verwendet werden, die sich mit den sprechende Einrichtung, beispielsweise eine solche, 20 verwendeten Flüssigkeiten vertragen und so stark wie sie in der vorstehenden Beschreibung ausführlich sind, daß sie sich unter den im Betrieb in dem Inbeschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß sie strument auftretenden Drucken nicht verformen. Die weniger Fotozellen 56 oder Kontaktpaare 70 auf- Membranen müssen natürlich auf die Differenzzuweisen braucht, die in Nähe der Mittelstellung der drücke auf ihren beiden Seiten ansprechen, und Kapillarleitung 44 angeordnet sind, weil das Steuer- 25 zwar in der Weise, daß nur eine möglichst geringe gerät nur diejenigen Winkelbeschleunigungen er- Flüssigkeitsverschiebung stattfindet. Diese Flüssigfährt, die dadurch verursacht werden, daß die keitsverschiebung ist in dem hier beschriebenen Be-Relativbewegung der Plattform 42 die Winkel- schleunigungsmeßgerät minimal und Vernachlässigbewegungen des Fahrzeuges nicht völlig ausgleicht. bar klein.

Der Zweifachausgang dieses Steuergerätes ist über 30 Bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung liegen

ein mehrere Leitungen aufweisendes Kabel 112 mit die Membranen horizontal. Dies bedeutet, daß jede

den Klemmen 114 des Rechners 34 verbunden. Membran durch die Schwerkraft belastet ist und

Dieses Steuergerät 110 und das Kabelgerät 112 ver- somit bestrebt ist, eine Druckanzeige zu ergeben, die

vollständigen den negativen Rückkopplungskreis zur nicht von der Winkelbeschleunigung abhängt. Die

Erzielung einer Genauigkeit und einer Stabilität der 35 zweite Membran und die über kreuz verlaufenden

Arbeitsweise des Gesamtsystems während längerer Leitungen kompensieren diese Wirkung vollständig.

Zeitspannen. Außerdem wird der gewünschte Differenzialdruck

Eine geeignte Größe für die Bohrung der Kapillar- zweimal gemessen, einmal durch jede Membran, so

leitung 44 ist ein im Bereich von 0,0254 mm bis daß der elektrische Impuls gegenüber dem äußeren

1,27 mm liegender Radius r. 4° Störspiegelverhältnis durch Addition vergrößert

In Fig. 6 ist in Nähe einer Seite der Trennwand werden kann.

die Schleife mit miteinander verbundenen Ver- Die Fig. 7 bis 13 zeigen eine weitere Ausführungs-

bindungsrohren 124,126 und 128 versehen, während form des Beschleunigungsmeßgerätes. Gemäß den

auf der anderen Seite der Trennwand ähnliche Fig. 7 und 8 besteht eine Schleife ISO aus einer

Leitungen 130, 132 und 134 vorgesehen sind. Die 45 größeren Anzahl von schraubenförmig aufge-

Leitungen 124 und 130 sind an gegenüberliegende wundenen Wicklungen eines Rohres, das in vier

Seiten des Ventils 136 angeschlossen. Die Leitungen übereinanderliegenden Lagen eine Spule 152 bildet.

126 und 132 führen zu gegenüberliegenden Seiten Diese Spule 152 besitzt Endscheiben 154 und ist auf

einer auf den Druck ansprechenden Membran 138, eine zylindrische Fläche 156 aufgewickelt; ihre

die in einer zu der Schleife 120 radial liegenden 50 Lagerung ist mit 158 bezeichnet. Die mittleren

Ebene liegt. Die Leitungen 128 und 134 verlaufen Lagen des Rohres sind an einer Stelle unterbrochen,

über Kreuz zu gegenüberliegenden Seiten einer um zwei Enden 160 und 162 zu bilden, die zu einem

weiteren, abhängig vom Druck arbeitenden Membran Metallbalg 164 führen. Diametral gegenüber diesem

140, die in Aufbau und Anordnung der Membran Balg befinden sich zwei Enden 166 und 168 des

138 entspricht. Die Membran 138 verhindert völlig 55 Rohres, die in einen Verteiler führen, der zur Auf-

den Austausch von Flüssigkeit zwischen den beiden nähme der verschiedenen Zweigleitungen, Ventile

zugehörigen Leitungen 126 und 132, und die Mem- und sonstigen Bauteile dient, die im rechten Teil der

bran 140 bewirkt das gleiche für die Leitungen 128 Fig. 6 gezeigt sind. In der Scheibe 154 sind neben

und 134. Diese Membranen sind lediglich ein Bei- dem Balg 164 und neben dem Verteilerkopf 170

spiel für die Verwendung von Differenzdruck- 60 öffnungen 172 vorgesehen, durch die die Rohrenden

messern, die in bekannter Weise Impulse abgeben. hindurchgeführt werden können.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Membranen in In Fig. 9 ist der Balg im einzelnen und in größerer

bezug auf die Trennwand 122 symmetrisch angeord- Darstellung gezeigt. Es ist ein T-Stück 174 vor-

net sind, und daß diese Teile in radialer Richtung gesehen, das an einer der Scheiben 154 befestigt und

miteinander fluchten. 65 mit einer Bohrung 176 zur Aufnahme der Rohrenden

In konstruktiver Beziehung kann man sagen, daß 160 und 162 versehen ist, wodurch die Kontinuität

die Schleife 120 verschieden parallel geschaltete Teil- der Rohrschleife wiederhergestellt wird. Eine Boh-

verbindungen zwischen den Punkten A und B auf- rung 178 im Steg des T-Stückes läuft senkrecht in

leitungen haben wesentlich größere Durchmesser als die übrigen Zweigleitungen und Kanäle des Verteilungskopfes.

Der Zweigleitung 126 gemäß Fig. 6 entspricht in 5 dem Verteilungskopf 170 nach Fig. 7 das in Fig. 10 sichtbare Rohrteil 238, dessen eines Ende in den oberen Kanal 222 im Schenkel 194 mündet und dessen anderes Ende zu einem Druckdifferenzanzeiger 240 führt, das eine der Membran 138 gemäß Fig. 6

Verteilerkopf ein Kreuzrohr 246, das den oberen Kanal 222 des Schenkels 194 mit dem unteren Kanal 228 des Schenkels 196 verbindet, und ein Rohrteil

Membran 140 in Fig. 6 entsprechende Membran enthält. Der Zweigleitung 134 der Fig. 6 entspricht in dem Verteilerkopf ein Kreuzrohr 252, das den oberen

die Bohrung 176 hinein und nimmt ein Ende des Nippels 180 auf, dessen anderes Ende an einer Endplatte eines Balges 182 befestigt ist. Die andere Endplatte des Balges ist mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme eines abnehmbaren Gewindebolzens 184 versehen. Der Gewindebolzen 184 besitzt einen Werkzeugangriffskopf; er kann in die Endplatte des Balges eingeschraubt oder aus dieser herausgenommen werden. Der Balg 182 nimmt die

Volumveränderungen der Flüssigkeit im System, die io entsprechende Membran enthält. Eine ähnliche Andurch Temperaturveränderungen bewirkt werden, Ordnung in Form eines Rohrteils 242, das mit dem auf. oberen Kanal 226 des Schenkels 196 verbunden ist,

Der Verteilerkopf 170 besitzt gemäß den Fig. 10 bildet eine Zweigleitung zur anderen Seite des Meßbis 13 ein U-förmiges Gehäuse mit einer Grund- gerätes 240, so daß diese Zweigleitung der Leitung fläche 192 und Schenkeln 194 und 196. Ferner be- 15 132 in Fig. 6 entspricht.

sitzt er ein Kegelventil 198, das an der Grundplatte Der Zweigleitung 128 in Fig. 6 entspricht in dem

192 mittels Schrauben 200 befestigt ist.

Das Kegelventil 198 weist Kanäle 202 auf (Fig. 13),
die beiderseits des Ventilkörpers 204 verlaufen, der
einen geradlinigen Kanal 206 zur Verbindung der 20 248, das den unteren Kanal 228 mit einer Seite eines Kanäle in der in Fig. 13 gezeigten Öffnungsstellung Differenzdruckmessers 250 verbindet, der eine der besitzt. Der Ventilkörper kann gedreht werden, wobei er in die Schließstellung gelangt, in der der
Kanal 206 rechtwinklig zu den Kanälen 202 liegt.

In dieser Schließstellung wirkt der Ventilkörper 204 25 Kanal 226 des Schenkels 196 und den unteren Kanal als Abschlußorgan und ist gleichwertig den Trenn- 224 des Schenkels 194 miteinander verbindet, und

eine Leitung 254, die den unteren Kanal 224 mit der anderen Seite des Druckmeßgerätes 250 verbindet.

Eine Reihe von abnehmbaren Gewindebolzen, bei-30 spielsweise 256 und 258 (Fig. 10), verschließen die Kanäle in den Schenkeln 194 und 196 und können zum Zwecke des Füllens und Entleerens abgenommen werden.

Die Differenzdruckmesser 240 und 250 können

arbeitet, und auf beiden Seiten der Kanäle 202 sind 35 von jeder geeigneten Bauart sein. Eine bevorzugte Ringdichtungen 208 und 210 zur weiteren Ver- Ausführung besitzt Einlasse verhältnismäßig kleinen besserung der Abdichtung zwischen dem verdreh- Durchmessers zu den Seiten ihrer Membranen. Inbaren Ventilglied 212 und dem feststehenden Ge- folge der unterschiedlichen Durchmesser der Einlasse häuse 214 des Ventils vorgesehen. Das drehbare im Vergleich zu den Verbindungsleitungen sind zwi-Element 212 besteht aus dem Ventilkörper 204 und 40 sehen den Meßgeräten und den zu ihnen führenden einem geeigneten Teil, beispielsweise 216, zum An- Leitungen gewöhnlich Übergangsstücke erforderlich, griff eines Werkzeuges zur Einstellung des Ventils wenn diese in ein System eingeschaltet werden, wie es in die Öffnungs- oder Schließstellung. für das Verteilungsstück 170 erforderlich ist. Der-

Wie die Fig. 10, 12 und 13 am deutlichsten zeigen, artige Übergangsstücke sind mit 260 bezeichnet. Die besitzt der Schenkel 194 des U-förmigen Gehäuses 45 kleinen Einlasse der Meßgeräte sind ein Vorteil, weil ein Paar einen gegenseitigen Vertikalabstand auf- ihre Durchmesser wesentlich kleiner als die der Verweisender paralleler Bohrungen-oder Kanäle-222 und bindungsleitungen sind, so daß die Membranen bei 224, und in dem Schenkel 196 ist ein entsprechendes einer vernachlässigbar geringen Flüssigkeitsströ-Paar zueinander paralleler Bohrungen oder= Kanäle mungsmenge abgelenkt werden. In Verbindung mit 226 und 228 vorgesehen. Der Schenkel 194 besitzt 50 den beschriebenen Meßgeräten sind Rohre mit einem ferner ein Durchgangsloch 230, das sich mit dem Innendurchmesser von etwa Ve" bis ³Ae" geeignet, oberen Kanal222 trifft; der Schenkell96 hat ein ent- Die Meßgeräte 240 und 250 besitzen Leitungen

sprechendes Dürchgangsloch 232, das sich mit dem 262, die von den Meßgeräten zu einem geeigneten¹ oberen Kanal 226 trifft. ' "■' · '. Anzeigesystem führen. Die Leitungen sind in Fig.10

Der" Kanal 230 und der linke Kanal 202 in Fig. 3 55 lediglich schematisch als Drähte 262 angedeutet, Wqfluchten miteinander und nehmen ein Röhrenteil 234 bei in jedem Draht zwei gegeneinander elektrisch iso^ auf. Am einen Ende nimmt das Röhrenteil 234 das lierte Leitungen vorgesehen sind. '

Rohrende 166 auf. Das RÖhrenteiT 234 besitzt ein in · Eine geeignete-Ausführungsform eines Membranden Kanal-222 öffnendes Loch, so daß das Röhren- Druckdiffererizmessers- ist in Fig. 14 gezeigt. Öieses teil 234 und der zugehörige Kanal 202 eine Zweig- 60 Meßgerät besitzt ein Paar von Gehäuseteilen 264-leitung bilden, die der Zweigleitung¹124 und der zu- zwischen denen eine Membran 266 in Strecklage fest-^: gehörigen Trennwand-Zweigleitung in Fig.--6 ent- geklemmt ist/ Ein Anschluß 268 für eine .Zuleitung spricht. In ähnlicher Weise nimmt ein Röhrenteil 236 ist auf jeder Seite der Membran vorgesehen; Jedes das Rohrende 168 auf und bildet mit dem rechten Gehäuseteil· besitzt eine Induktionsspule 270.' Eine Kanal 202 und dem Loch 232 des Schenkels 196 65 Bewegung der Membran infolge von Differenzdruckeinen Zweigkanal, der der Zweigleitung 130 und der änderungen verändert den Luftspalt zwischen den zugehörigen Zweigleitung der Trennwand 122 in Spulen und dem Membranen differentiell. Hierdurch Fig. 6 entspricht. Die Kanäle in den Ventilzweig- wird die wirksame Induktanz der Spulen differ&ntieir

wänden 22 und 122. Dementsprechend ist das Ventil 198 funktionsmäßig gleichwertig dem Ventil 136 zusammen mit der Trennwand 22 oder 122 in Fig. 1 oder Fig. 6.

Das Ventil 198 soll, abgesehen von der Ventilöffnung, fiüssigkeitsdicht sein. Zu diesem Zweck sind die Oberflächen des Ventilkörpers 204 und seines Sitzes mit engen Toleranzen sorgfältig be-

verändert, was zur Abgabe von Signalen herangezogen werden kann.

Zur Erzielung möglichst genauer Ergebnisse ist es wünschenswert, die Hohlräume der Beschleunigungsmesser vollständig mit Flüssigkeit gefüllt zu halten und das Vorhandensein von Gas zu vermeiden. Das Füllen dieser Aussparungen muß daher recht sorgfältig erfolgen. Es ist zweckmäßig, beispielsweise durch Erhitzung der einzufüllenden Flüssigkeit vor dem Einfüllen unter Vakuum in ihr enthaltenes Gas oder Wasser auszutreiben. Beim Füllen wird sodann das Ventil 198 geöffnet, die Bolzen 184 werden herausgeschraubt, ebenso die am Verteilerkopf vorgesehenen Gewindebolzen 254 und 256; sodann wird an der sich ergebenden Öffnung in den Bälgen eine Vakuumpumpe angeschlossen, die gesamte Vorrichtung oder der Verteilerkopf und die Bälge werden in die einzufüllende Flüssigkeit eingetaucht, die Vakuumpumpe wird laufengelassen, und zwar so lange, bis sämtliche Hohlräume der Vorrichtung gefüllt sind. Anschließend wird der atmosphärische oder der sonstige gewünschte Druck im Pumpsystem wiederhergestellt, und die Gewindebolzen werden unter Zuhilfenahme eines geeigneten Dichtmittels wieder eingeschraubt, während die Bälge und der Verteilerkopf noch weiter in die Flüssigkeit eingetaucht gehalten werden. Der Beschleunigungsmesser kann sodann, fertig für den Einbau, aus der Flüssigkeit herausgenommen werden, mit Ausnahme des Kegelventils 198, das immer geöffnet gehalten werden sollte und nur dann geschlossen wird, wenn die Vorrichtung tatsächlich benutzt wird. Selbstverständlich müssen alle Verbindungsstellen in der gesamten Vorrichtung sorgfältig hergestellt und abgedichtet werden, so daß sie auch wirklich flüssigkeitsdicht sind.

Das Beschleunigungsmeßgerät gemäß den Fig. 7 bis 14 arbeitet nach den gleichen Prinzipien wie das in Verbindung mit den Fig. 1 und 6 beschriebene Gerät. Das Ventil 198 bildet in Schließstellung die Trennwand, durch die die mehrere Windungen aufweisende Schleife 150 an dieser Stelle getrennt wird. Winkelbeschleunigungen der Schleife bewirken den Aufbau von Differenzdrücken an den Membranen der Meßgeräte 240 und 250. Bewegungen dieser Membranen erzeugen elektrische Signale in den Leitungen 262, die die Größe dieser Differenzdrucke anzeigen.

In einer Einfach- oder Mehrfachschleife ist es wünschenswert, den Balg in der Symmetriemitte der Schleife gegenüber der Trennwand einzusetzen, so daß in den hierdurch gebildeten beiden Schleifenhälften die gleiche Flüssigkeitsmenge enthalten ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Ausdruck »Schleife« auch den Verteilerkopf mit umfaßt, und daß in diesem Sinne das Rohr der Schleife auf beiden Seiten des Verteilerkopfes oder der Trennwand endet.

Da in der Schleife praktisch keine Flüssigkeitsströmung stattfindet, besitzt das Beschleunigungsmeßgerät keine durch innere Reibung bedingte Meß- ungenauigkeit. Es ergeben sich keine mechanischen Lagerungsprobleme, wie dies bei Beschleunigungsmeßgeräten mit beweglichen Massen der Fall ist.

Die Vorrichtung ist in jeder beliebigen Ebene anwendbar; man kann eine Reihe von schmalen Be- 6s schleunigungsmessern oder Fühlgeräten mit jeweils einer einzigen oder nur wenigen Windungen in zueinander orthogonalen Ebenen oder eine Schleife in jeder Ebene von drei gegenseitig senkrechten Ebenen anordnen und hierdurch genaue dreidimensionale Ergebnisse erzielen.

Claims (18)

Patentansprüche :

1. Gerät zur stetigen Messung von Winkelbeschleunigungen mit einer aus einer oder mehreren Windungen bestehenden flüssigkeitsgefüllten Schleife, dadurch gekennzeichnet, daß zur festen Sperrung der Schleife und zwecks Verhinderung einer Flüssigkeitsströmung in der Schleife ein starrer Staukörper und auf beiden Seiten des Staukörpers mit der Schleife verbundene, auf einen Druckunterschied ansprechende Mittel vorgesehen sind, die stetig gegenüber einem Druckunterschied bei vernachlässigbarer Strömung empfindlich sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identische, auf einen Druckunterschied ansprechende und ein Paar bildende Mittel vorgesehen und gleichartig gegenüber der Schleife angeordnet sind und das Paar Verbindungsmittel enthält, die die erste Seite des einen Mittels des Paares und die zweite Seite des anderen Mittels des Paares mit der Schleife auf einer Seite des starren Staukörpers verbinden und die zweite Seite des einen Mittels und die erste Seite des anderen Mittels des Paares mit der Schleife auf der anderen Seite des starren Staukörpers verbinden, wodurch eine Empfindlichkeit gegenüber linearen Beschleunigungen und Schwerkräften ausgeschlossen wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Druckunterschied ansprechenden Mittel je eine dünne Membran enthalten, die im Durchmesser klein und unter Spannung gestreckt ist und auf ihren beiden Seiten mit Flüssigkeit in Berührung steht, und mit der Membran zusammenwirkende Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den geringen Auslenkungen der Membran ein Signal erzeugen.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Mittel die geringe Auslenkung der kleinen Membran messen.

5. Meßgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der starre in der Schleife vorgesehene Staukörper ein in seiner geschlossenen Stellung flüssigkeitsdichtes Ventil ist.

6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil auf die beiden Enden des die Schleife bildenden Rohres ausgerichtet ist, wodurch bei Öffnung des Ventiles Flüssigkeit frei in der Schleife strömen kann, so daß zum Schütze der druckempfindlichen Mittel während des Transportes oder des Einbaues der Aufbau eines Druckunterschiedes unterbunden wird.

7. Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar neben den beiden Seiten des auf den Druckunterschied ansprechenden Mittels Einlasse mit kleinem Durchmesser oder ähnliche Begrenzungen vorgesehen sind.

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckdose an die Schleife angeschlossen ist, um eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung der Flüssigkeit auszugleichen, wobei die Druckdose vorzugsweise

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mit der Schleife an einer Stelle verbunden ist, die entlang der Schleife in gleichen Abständen von den beiden Enden des Staukörpers liegt.

9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schleife mindestens lOOmal dem Innendurchmesser des Rohres ist.

10. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Druckunterschied ansprechende Mittel eine Kapillarrohre enthält, deren Enden an den beiden Seiten des Staukörpers mit der Schleife verbunden sind, in dem Kapillarröhrchen ein flüssiges Medium mit einem Indexelement mit einer Charakteristik vorgesehen ist, die von der übrigen Flüssigkeit in dem Kapillarröhrchen abweicht, wobei das Indexelement in dem Kapillarröhrchen bei Bewegung des flüssigen Mediums in Abhängigkeit von dem Druckunterschied in der Schleife auf entgegengesetzten Enden des Staukörpers beweglich ist ao und Meßmittel vorgesehen sind, die die Bewegung des Indexelementes in dem Kapillarröhrchen messen.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarröhrchen eine Bohrung mit einem Halbmesser in der Größenordnung von 0,025 mm bis 1,3 mm und eine Querschnittsfläche von vorzugsweise weniger als ¹AoO der Querschnittsfläche des Rohres in der Schleife aufweist.

12. Meßgerät nach Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarröhrchen die Form von in umgekehrter Richtung aneinandergeschlossenen Halbkreisen hat.

13. Gerät nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarröhrchen als Ganzes gesehen spiralförmig ausgebildet ist.

14. Gerät nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kapillarröhrchens durch einen temperaturgesteuerten Ofen geregelt wird.

15. Gerät nach Anspruch 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß über der Länge des Kapillarröhrchens zum Messen der Bewegung des winzigen Indexelementes mehrere Meßmittel angeordnet sind.

16. Gerät nach Anspruch 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in dem Kapillarröhrchen lichtundurchlässig und das Indexelement glasklar ist, eine Lichtquelle das Kapillarröhrchen bestrahlt und eine Fotozelle zum Messen der Bewegung des Indexelementes vorgesehen ist.

17. Gerät nach Anspruch 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Indexelement eine von der Leitfähigkeit des flüssigen Mediums in dem Röhrchen abweichende elektrische Leitfähigkeit aufweist und zum Messen der Bewegung des Indexelementes mehrere elektrische Kontakte vorgesehen sind.

18. Gerät nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß über der Länge des Kapillarröhrchens an in einem Abstand auseinanderliegenden Stellen mehrere Meßelemente angeordnet sind, die Meßelemente nacheinander bei der Bewegung des Indexelementes durch das Kapillarröhrchen betätigt werden und ein elektrischer Steuerkreis an die Meßelemente angeschlossen ist und zum Regeln der Winkelbeschleunigung eines Fahrzeuges in Abhängigkeit von der aufeinanderfolgenden Betätigung der Meßelemente durch den Steuerkreis betätigte Antriebsmittel vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 661 864, 768 033; USA.-Patentschrift Nr. 2 644 901; Zeitschrift »Askania-Warte« Nr. 18/1939, S. 90/91.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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