DE1031034B - Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung mit Fehlerkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beschleunigungsempfindliche Vorrichtung, insbesondere auf eine Vorrichtung, bei welcher das beschleunigungsempfmdliche Organ drehbar gelagert ist.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung einer heschleunigungsempfindlichen Vorrichtung gemäß der Hauptpatentanmeldung dar.

Gemäß der Hauptpatentanmeldung wurde eine beschleunigungsempfindliche Vorrichtung geschaffen, deren beschleunigungsempfindliches Organ auf einer Achse frei drehbar gelagert ist. An dem beschleunigungsempfindlichen Organ ist eine Unwuchtmasse exzentrisch befestigt, wodurch das Organ unwuchtig wird. Dadurch wird beim Auftreten von linearen Beschleunigungen auf das unwuchtige Organ ein Drehmoment ausgeübt, welches eine Drehbewegung des Organs bewirkt. Ein auf diese Drehbewegung des Organs ansprechendes Servosystem übt ein Gegendrehmoment darauf aus, um das Organ in seine ursprüngliche Stellung zurückzubringen. Wenn Vorrichtungen dieser Art in Fortbewegungsmitteln, insbesondere gelenkten Projektilen, angebracht werden, sind sie zuweilen bestimmten Fehlern unterworfen. Ein derartiger Fehler kann z. B. dadurch entstehen, daß die beschleunigungsempfindliche Vorrichtung auf hochfrequente Schwingungen des Fortbewegungsmittels, in welchem die Vorrichtung angebracht ist, anspricht. Solche Schwingungen werden z. B. durch die Arbeitsweise des xA.ntriebssystems oder durch aerodynamische Kräfte hervorgerufen. Die durch diese Schwingungen erzeugten schnellen Linearbeschleunigungen führen zu einer Sättigung der das Gegendrehmoment erzeugenden Vorrichtung, so daß diese nicht mehr einwandfrei das Moment aufhebt, welches durch die stationären Beschleunigungen, d. h. durch die zu messenden Beschleunigungen, erzeugt wird.

Ein weiterer Fehler, der gelegentlich auftritt, wird dadurch verursacht, daß die Ansprechachse des unwuchtigen Organs aus der Richtung verschoben wird, in welcher die Beschleunigungen gemessen werden sollen, wie z. B. in Fig. 4 zu erkennen ist. Wenn die zu messende Beschleunigung in der Richtung α liegt, dann dreht sich das frei drehbar gelagerte, unwuehtige, beschleunigungsempfindliche Organ auf Grund dieser Beschleunigung um den kleinen Winkel E, wobei sich gleichzeitig die Ansprechachse der Vorrichtung nach a' verschiebt.

Gegenstand dieser Erfindung ist demgemäß die Schaffung einer beschleunigungsempfindlichen Vorrichtung, bei welcher die obenerwähnten Fehler l-ompensiert sind.

Im Hinblick auf den Hauptzweck der vorliegenden Erfindung wird die von dem drehbaren, beschleuni-

Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung mit Fehlerkompensation

Zusatz zur Patentanmeldung G 18094 IX/42 ο
(Auslegeschrift 1 023 257)

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Oktober 1964

Arthur Paul Adamson, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

gungsempfindlichen Organ getragene Unwuchtmasse federnd gelagert, so daß die durch unerwünschte Schwingungen höherer Frequenzen auf das drehbare Element übertragenen Drehmomente wesentlich verringert oder ganz beseitigt werden. Ferner wird die Masse so angebracht, daß die Meßrichtung genau eingehalten wird.

Beispielsweise Ausführungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar ist

Fig. 1 ein schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung, welche eine Ausführung der Erfindung verkörpert,

Fig. 2 eine Ansicht in der Ebene 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltschema, welches die Arbeitsweise der elektrischen Teile der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung darstellt,

Fig. 4 eine Skizze zur Darstellung der Kräfte, welche auf das beschleunigungsempfindäiche Organ einwirken,

Fig. 5 ein Schnitt durch das beschleunigungsempfindliche Organ, welcher eine zweite Ausführung der Erfindung zeigt,

Fig. 6 ein Schnitt durch das beschleunigungsempfindliche Organ, in welchem eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt ist, und

Fig. 7 eine Ansicht in der Ebene 7-7 der Fig. 6,

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Fig. 8 eine weitere Ausführung. Gehäuse 12 aus. Das Verhältnis zwischen der Dichte Die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte besohleunigungs- der Flüssigkeit und dem Gewicht sowie der Gewichtsempfindliche Vorrichtung ist der Vorrichtung ähh- verteilung des Behälters einschließlich der darin anlich, welche in dem Hauptpatent beschrieben wurde. gebrachten Apparate wird so gewählt, daß sich der Um das Verständnis der Erfindung zu erleich- 5 Behälter in der Flüssigkeit im Schwebezustand betern, werden gewisse Teile der Beschreibung hier findet.

wiederholt. Eine Vorrichtung liefert ein Signal proportional Die Zeichnung stellt ein beschleunigungsempfind- zur Verdrehung des Rotors gegenüber dem Behälter liches Organ dar, welches um eine Achse drehbar 10. Bei der dargestellten Ausführung ist diese Vorgelagert ist. In der dargestellten Ausführung besteht io richtung ein Drehfeldgeber, der im Behälter 10 angedieses Organ aus dem Behälter 10, welcher in den bracht ist und der aus dem auf der Welle 19 befestig-Lagerzapfen 11 so gelagert ist, daß er sich um die ten Rotor 41 und der am Behälter 10 angebrachten Achse 0-0 drehen kann. Die Lagerzapfen 11 sind im Ankerwicklung 42 besteht. Die Erregerwicklung 43 Gehäuse 12 befestigt, welches eine feste Lage relativ (Fig. 3) für den Rotor des Drehfeldgebers erhält ihre zu dem Gegenstand einnimmt, dessen Beschleunigung 15 Energie aus der Stromquelle 30. Die Ausgangsgemessen werden soll. spannung des Ankers 42 des Drehfeldgebers kann Der Schwerpunkt des Gehäuses 10 ist gegen dessen als Steuersignal für die Erregung einer Selbststeuer-Drehachse versetzt, so daß auf den Behälter ein einrichtung dienen, welche die Leitwerksflächen des Drehmoment ausgeübt wird, wenn auf das Gehäuse Flugzeugs oder Projektils betätigt, in welchem die eine lineare Beschleunigung, die nicht in Richtung 20 beschleunigungsempfindliche Vorrichtung dieser Erder Drehachse liegt, ausgeübt wird. Bei der dar- findung verwendet wird.

gestellten Ausführung wird die Lage des Schwer- Im Betrieb wird die beschleunigungsempfindlidie

punktes durch die Unwucht 15 bestimmt, die exzen- Vorrichtung zweckmäßigerweise auf einer stabilisier-

trisch im Behälter 10 angebracht ist. ten Platte innerhalb eines Flugzeugs, Projektils oder Es ist eine Vorrichtung vorhanden, durch welche 25 sonstigen Beförderungsmittels befestigt, so daß Be-

auf den Behälter ein Gegendrehmoment entsprechend schleunigungen des Fortbewegungsmittels über das

dem durch die Linearbeschleunigung hervorgerufenen Gehäuse 12 auf die beschleunigungsempfindliche Vor-

Drehmoment ausgeübt wird. Bei der dargestellten richtung übertragen werden. Wenn somit auf die

Ausführung besteht diese Vorrichtung aus einem Vorrichtung eine Beschleunigung in der Richtung Elektromotor, welcher in dem Behälter 10 angebracht 30 senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 bzw. in der

ist und aus dem Stator 16, dem Rotor 17 und dem Richtung α der Fig. 4 einwirkt, wird auf den Behälter

auf der Rotorwelle 19 befestigten Schwungrad 18 10 ein Beschleunigungsdrehmoment T_a ausgeübt,

besteht. Die Welle 19 ist in einer Lagervorrichtung Dieses erste Drehmoment bewirkt eine geringfügige

drehbar gelagert, welche aus den im Behälter 10 an- Drehung des Behälters 10, z. B. um den Winkel E.

gebrachten Zapfenlagern 20 besteht. 35 Entsprechend der durch das Drehmoment T_a hervor-

Eine Abtastvorrichtung erzeugt beim Auftreten gerufenen Bewegung wird in der Abtastspule 21 ein

einer Drehbewegung des Behälters relativ zu dem Signal erzeugt, welches verstärkt und dem Motor

Gehäuse 12 ein Signal. Diese Abtastvorrichtung be- zugeführt wird, wo es veranlaßt, daß auf den Stator

steht aus der beweglichen Spule 21, welche am 16 ein Reaktionsmoment T_s ausgeübt wird, welches

Behälter 10 befestigt ist und sich im Luftspalt eines 40 _ai_s Gegendrehmoment die Rückführung des Behälters

geschlossenen magnetischen Kreises gemeinsam mit 10 in die Nullage bewirkt.

dem Behälter bewegt. Der magnetische Kreis besteht Die Unwuchtmasse 15 ist gemäß vorliegender Eraus den magnetisierbaren Teilen 22 und 23, die an findung auf einer gedämpft federnden Lagerung der Innenseite des Gehäuses 12 befestigt sind und befestigt, welche an dem beschleunigungsempfindduroh die Spule 24 erregt werden. 45 liehen Organ, nämlich an dem Behälter 10, angebracht Eine Schaltungsanordnung führt das in der Ab- j_st. Diese Lagerung besteht aus der Blattfeder 50, die tastvorrichtung erzeugte Signal dem Motor zu und am einen Ende mit der Kopfschraube 51 an der veranlaßt, daß auf den Behälter 10 ein Gegen- Halterung 52 befestigt ist, welche an der Innenseite drehmoment ausgeübt wird. Diese Schaltungsanord- _ci_es Behälters 10 angebracht ist. Am anderen Ende nung besteht aus den Leitungen 25 und 26, welche 50 trägt die Feder 50 die Unwuchtmasse 15. Die Dämpdie Spule 21 über den Verstärker 27 mit der einen f_ung des aus Feder und Masse bestehenden Systems Phase 16 a des Stators 16 des zweiphasigen Motors geschieht in der dargestellten Ausführung dadurch, verbinden. Die andere Phase 16 b des Stators 16 daß am Behälter 10 das mit Öl gefüllte Gehäuse 53 ist an eine geeignete Wechselstromquelle 30 ange- befestigt ist, welches die Masse 15 und die Feder 50 schlossen. Die Energie für den Verstärker 27 und 55 umgibt. Die Feder 50 ist so angebracht, daß sie in für die Erregung der Spule 24 der Abtastvorrichtung Richtung der Beschleunigung biegsam ist. Sie biegt wird ebenfalls der Stromquelle 30 entnommen. Bieg- _si_ch dann durch (s. Fig. 2), wenn Schwingungen aufsame, entsprechend isolierte Leitungen (in Fig. 1 treten, deren Frequenzen, d. h. lineare Geschwindignicht dargestellt) dienen zur Energieversorgung und keiten, höher als die zu messenden sind, so daß kein zur Übertragung der Signale zwischen dem Behälter 60 nennenswertes Drehmoment auf das beschleunigungs-10 und dem Gehäuse 12 entsprechend der in Fig. 3 empfindliche Organ ausgeübt wird. Auf diese Weise dargestellten Schaltung. Das abgetastete Signal wird wird der Fehler kompensiert, der sonst als Folge dem Motor so zugeführt, daß sich der Rotor und das derartiger hochfrequenter Schwingungen auftritt. Schwungrad in der Richtung des durch die Beschleu- Bei der Ausführung gemäß Fig. 5 ist die Unwuchtnigung auf den Behälter ausgeübten Drehmoments 65 masse 15 auf einem gedämpft federnden Teil ge- " drehen, so daß das Reaktionsmoment am Stator in lagert, der aus der Schraubenfeder 55 besteht, welche der entgegengesetzten Richtung angreift und bewirkt, mit dem einen Ende am inneren Umfang des Bed-aß der Behälter in die Nullage zurückgeführt wird. hälters 10 befestigt ist und welche am anderen Ende Die Flüssigkeit 32 umgibt den Behälter 10 und die Unwuchtmasse 15 trägt. Die Dämpfung geschieht füllt den Raum zwischen dem Behälter und dem 70 auch hier wieder dadurch, daß das aus Feder und

Masse bestehende System von dem mit öl gefüllten Gehäuse 56 umgeben ist, welches am Behälter 10 befestigt ist. Dieses Gehäuse 56 dient zusätzlich als Führung für die Schwingungen der Unwuchtmasse 15, wodurch gewährleistet wird, daß diese Schwingungen in einer Richtung liegen, welche im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der zu messenden Beschleunigungen und senkrecht zur Drehachse des Behälters steht. Zu diesem Zweck stehen von der Unwuchtmasse 15 die Führungsnasen 57 nach außen ■<:}>, die im Zusammenwirken mit der Innenseite des Gehäuses 56 die Masse führen.

Man wird die durch die Ausführung gemäß Fig. 5 erzielten Ergebnisse besser verstehen, wenn man die auf den Behälter 10 wirkenden Kräfte untersucht. Es sei a_x die Beschleunigungskomponente des die beschleunigungsempfindliche Vorrichtung tragenden Fortbewegungsmittels, die durch die beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemessen werden soll, und ciy sei die Beschleunigungskomponente des Fortbewegungsmittels senkrecht zu a_x und senkrecht zur Achse des Behälters. Vor einer Drehung des Behälters 10 sind alle durch a_y hervorgerufenen Kräfte ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit der Vorrichtung, und das durch die Linearbeschleunigung hervorgerufene Drehmoment T_a, welches die Drehung des Behälters 10 bewirkt, ist gleich dem Produkt aus der Unwuchtmasse, dem Radius r, an welchem diese wirkt, und der Beschleunigung a_x. Nachdem sich jedoch der Behälter 10 um einen kleinen Winkel E gedreht hat, greift die von a_y hervorgerufene Kraft an der nunmehr verschobenen Unwuchtmasse 15 an und erzeugt ein Drehmoment T_y, welches in der entgegengesetzten Richtung zum Drehmoment T_a wirkt. Es versucht daher das Drehmoment T₁₁ aufzuheben, wodurch ein Fehler in der beschleunigungsempfindlichen Vorrichtung auftritt. Die Wirkung der Schraubenfeder 55 ist so, daß sie sich unter der von der Beschleunigung a_y erzeugten Kraft zusammendrückt, wodurch der wirksame Radius r vergrößert wird (zu /). Dann aber hat die von der Beschleunigung a_x erzeugte Kraft eine größere Wirkung, so daß der Einfluß von a_y im wesentlichen kompensiert wird.

Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführung ist die Unwuchtmasse 15 an einer federnden Lagerung befestigt, welche sowohl in Richtung der zu messenden Beschleunigung als auch in der Richtung senkrecht zu der zu messenden Richtung und zur Drehachse des beschleunigungsempfindlichen Organs biegsam ist. Die Biegsamkeit der Lagerung nach den Leiden Richtungen wird in Fig. 7 durch die gestrichelten Stellungen der Masse 15 angedeutet. In dieser Ausführung besteht die federnde Lagerung aus den beiden Blattfedern 60 und 61, die durch das Kupplungsstück 62 verbunden sind. Sie trägt am einen Ende die Unwuchtmasse 15 und ist am anderen Ende an der Halterung 63 befestigt, welche am Behälter 10 angebracht ist. Die Dämpfung wird dadurch bewirkt, daß das mit öl gefüllte Gehäuse 64 das aus Feder und Masse bestehende System umgibt. Es ist r:u bemerken, daß die Blattfedern 60 und 61 die gleiche Federkonstante oder verschiedene Federkonstanten besitzen können, je nach den besonderen Eigenschaften der Vorrichtung, in welcher sie verwendet werden.

Während die beschriebenen und dargestellten Ausführungen nur eine einzige Unwuchtmasse mit einer gedämpft federnden Lagerung aufweisen, ist hinzuzufügen, daß auch eine größere Anzahl von Unwuchtmassen verwendet werden kann, von denen jede gemäß der Erfindung gelagert ist. Es liegt z. B. im Rahmen der Erfindung, die in Fig. 8 dargestellten Unwuchtmassen 15 ο und 15 b auf Lagerungen in Form der Federn 50 a und 50 & zu befestigen. In

ίο ähnlicher Weise kann auch bei den anderen beschriebenen Ausführungen eine größere Anzahl von Unwuofotmassen und Lagerungen vorgesehen sein.

Obgleich die vorliegende Erfindung in Verwendung mit einer beschleunigungsempfindlichen Vorrichtung

beschrieben wurde,, bei welcher das Gegendrehmoment oder Rückstelldrehmoment für das beschleunigungsempfindliche Organ durch ein Motor- und Servosystem erzeugt wird, ist zu bemerken, daß die Erfindung auch bei Vorrichtungen angewendet werden kann, bei welchen das Rückstelldrehmoment auf eine andere Weise erzeugt wird.

Ferner wird in jeder der dargestellten Ausführungen die Dämpfung des aus Feder und Masse bestehenr den Systems durch ein mit öl gefülltes Gehäuse be-

2J₅ wirkt. Es ist leicht, einzusehen, daß im Rahmen der Erfindung noch viele andere Formen der Dämpfung verwendet werden können. Beispiele von derartigen Formen sind: Federn, elektromagnetische Dämpfungen und pneumatische Dämpfungen. Ferner ist zu bemerken, daß zwar hier eine wirksame Dämpfungseinrichtung dargestellt ist, daß aber, je nach den Anforderungen, die an eine bestimmte Vorrichtung gestellt werden, der benötigte Grad der Dämpfung höher oder niedriger sein kann, so daß in manohen Fällen keine eigentliche Dämpfungseinrichtung erforderlich sein wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Anspruch 2 der Hauptpatentanmeldung G 18094 IX/42 o, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmasse an einer federnden Lagerung befestigt ist.

2. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Lagerung für die Unwuchtmasse in der Richtung der zu messenden Beschleunigungen biegsam ist.

3. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemaß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Lagerung für die Unwuchtmasse in der Richtung biegsam ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der zu messenden Beschleunigungen und senkrecht zur Drehachse des beschleunigungsempfmdliehen Organs steht.

4. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Lagerung für die Unwuchtmasse in den beiden Richtungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 biegsam ist.

5. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmasse und die sie tragende Lagerung in eine Dämpfungsflüssigkeit eingetaucht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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