DE2513560A1 - Als neigungs- und als beschleunigungsmesser verwendbares instrument - Google Patents

Als neigungs- und als beschleunigungsmesser verwendbares instrument

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DE2513560A1 DE19752513560 DE2513560A DE2513560A1 DE 2513560 A1 DE2513560 A1 DE 2513560A1 DE 19752513560 DE19752513560 DE 19752513560 DE 2513560 A DE2513560 A DE 2513560A DE 2513560 A1 DE2513560 A1 DE 2513560A1
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Andries Johannes Stoltz
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    • 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
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/12Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using a single pendulum plumb lines G01C15/10

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
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Description

  • Als Neigungs- und als Beschleunigungsmesser verwendbares Instrument Die Erfindung betrifft ein Instrument, das auf Beschleunigungen anspricht und sowohl als Neigungsmesser als auch als Beschleunigungsmesser verwendet werden kann.
  • Instrumente, die unter der Einwirkung von Beschleunigungskräften reagieren und eine Anzeige -geben, sind weit verbreitet. Bei einigen Ausführungsformen wird direkt die einwirkende Beschleunigungskraft angezeigt. Der sogenannte G-Messer eines Kampfflugzeugs gehört zu dieser Gruppe. Bei anderen Ausfahrungsformen zeigt das Instrument die Lageänderung infolge der Beschleunigungskraft an.
  • Zu dieser Gruppe gehören die die Lage anzeigenden Instrumente von Unterseebooten und die Wendezeiger von Flugzeugen.
  • Auf dem Gebiet des Straßenbaus sind Erdhobel mit automatischen niveauempfindlichen Systemen versehen, die lageempfindliche Instrumente einschließen. Diese Instrumente reagieren auf Lageveränderungen des Hobels relativ zum Boden und erzeugen ein elektrisches Ausgangssignal, das einem Antriebssystem zugeführt wird, welches den Hobel in die gewünschte Stellung zurückbewegt. Auf diesem Gebiet ist ein System weit verbreitet, bei dem ein mit Fühlern (gewöhnlich Annäherungsfühlern) versehenes gedämpftes Pendel verwendet wird, wobei mittels der Fühler die Stellung des Pendels festgestellt wird. Das Hauptproblem bei diesem System ist, daß eine plötzliche Lageveränderung - wenn der Erdhobel entweder gegen eine Erhöhung oder in ein Schlagloch läuft - das Pendel in Schwingungen versetzt, so daß widersprüchliche Signale an das Hobelnachstellsystem weitergeleitet werden. Der Hobel erleidet eine Folge von Korrekturbewegungen, was zu einer Folge von Wellen in der hergestellten Straßenoberfläche führen kann. Aus diesem Grunde kann ein solches System in einem schnellen Fahrzeug, das über unebenen Boden fahren muß, nicht verwendet werden.
  • Z.B. könnte ein solches System nicht dazu verwendet werden, um die Lage der Kanone eines Panzers oder eines anderen gepanzerten Fahrzeugs oder die Lage der Geschütze eines auf rauher See stampfenden Schiffs zu regeln.
  • Zu diesem Problem gibt es eine weitere Lösungsmöglichkeit. Bei solchen Instrumenten sind ein Gehäuse, eine im Gehäuse drehbar gelagerte, im wesentlichen waagerechte Welle,und ein Paar von Schwimmern, die an seitlich von der Welle abstehenden Armen befestigt sind, vorgesehen. In diesem Zusammenhang wird auf die USA-Patentschrift 3 559 294 von Russell E. Bauer verwiesen, in der ein Instrument dieser Art offenbart ist.
  • Das Instrument dieser USA-Patentschrift besitzt ein Paar von Schwimmern, die an Armen befestigt sind, welche beiderseits einer drehbar gelagerten Welle abstehen. Die Welle und die Schwimmer sind von einem Gehäuse umgeben, welches so weit mit Quecksilber, Wasser oder öl gefüllt ist, daß jeder der beiden Schwimmer teilweise eingetaucht ist.
  • Ein wesentlicher Nachteil des Instruments vom Bauer-Typus besteht darin, daß, falls es heftigen Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, die Flüssigkeit im Gehäuse zu schlingern beginnt, so daß die Schwimmer in Schwingungen großer Amplitude versetzt werden. Dies führt zu fluktuierenden Ausgangssignalen, so daß während einer bestimmten Zeitspanne das Instrument völlig unbrauchbar ist, denn es erzeugt ein Signal, das zuerst eine maximale Nachstellung in der einen Richtung und dann eine maximale Nachstellung in der anderen Richtung verlangt. Kein System kann derartige Ausgangssignale einwandfrei verarbeiten.
  • Eine LLu-gabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Instruments, das auch unter der Einwirkung heftiger Beschleunigungskräfte nach einer möglichst kurzen Reaktionszeit ein brauchbares Ausgangssignal liefert.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Instrument vorgeschlagen, welches gekennzeichnet ist durch: (a) ein mit Flüssigkeit gefülltes Gehäuse, (b) eine Schwimmervorrichtung in diesem Gehäuse, (c) Mittel zur Lagerung der Schwimmervorrichtung derart, daß sie relativ zum Gehäuse um eine waagerechte Achse drehbar ist, (d) untergetauchte Schwimmer , die Teil der Schwimmrichtung sind und deren Auftriebskräfte die Schwimmervorrichtung relativ zu einer Bezugsstellung waagrecht halten, und (e) Mittel zur Umwandlung einer Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schwimmervorrichtung in einen Ausgangsmesswert.
  • Beim Bauer-Instrument ist eine Problemlösung dadurch versucht worden, daß zwei über eine Verengung verbundene Schwimmerkammern vorgesehen sind. Wenn das Instrument gekippt wird, fließt Flüssigkeit von einer Kammer in die andere. Bestimmt wird dadurch die Hin- und Herbewegung der Flüssigkeit gedämpft, aber gleichzeitig wird die Reaktionszeit ungünstig beeinflußt. Falls das Instrument schnell genug gekippt wird, verhält sich die Schwimmerkonstruktion so, als ob sie am Gehäuse befestigt sei, da die Flüssigkeit noch keine Zeit hatte, von der einen in die andere Kammer zu fließen. Nur allmählich fließt Flüssigkeit durch die Verengung und schließlich zeigt das Instrument den Kippwinkel an. Wegen der langen Reaktionszeit zeigt das Instrument oft einen Zustand an, der gar nicht mehr existiert.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Meßinstruments, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es auch unter der Einwirkung von heftigen Beschleunigungskräften ein zuverlässiges Ausgangssignal erzeugt und sehr kurze Reaktionszeiten hat.
  • Bei bekannten Instrumenten dieser Gattung ist es ferner problematisch, ein verwendbares Ausgangssignal zu erhalten. Bauer verwendet ein Potentiometer, um den Drehwinkel der Welle relativ zum Gehäuse zu messen. Dies führt zu verschiedenen Problemen, denn eine Drehung um wenige Grade verursacht nur eine winzige Änderung des elektrischen Widerstands am Potentiometer. Daher muß die Kippbewegung eine bestimmte Mindestgradzahl überschreiten, bevor das Instrument überhaupt anzeigt. Die Instrumentenempfindlichkeit ist daher klein, und wenn die Widerstandscharakteristik des Potentiometers nicht linear ist, wird das Meßergebnis verfälscht.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach die Schaffung eines einfachen hochwirksamen Systems, mit dessen Hilfe die Relativbewegung zwischen Instrumentengehäuse und Schwimmervorrichtung in ein sichtbares Ausgangsignal umgewandelt werden kann, wodurch die Probleme im Zusammenhang mit der Erhaltung eines elektrischen Ausgangssignals vermieden werden.
  • Durch die Erfindung wird ferner eine Vorrichtung geschaffen, durch die die Einflüsse von Beschleunigungen ausgeschaltet werden, so daß nur der Kippwinkel angezeigt wird.
  • Erfindungsgemäß wird also ein Instrument geschaffen, das gekennzeichnet ist durch ein erstes Gehäuse, eine Hauptachse im ersten Gehäuse, Mittel zur Lagerung der Hauptachse, so daß diese relativ zum ersten Gehäuse drehbar ist, erste Schwimmer, die von der Hauptachse getragen werden und auf sie eine sie in eine Bezugsstellung zurückdrängende Kraft ausüben, einen ersten, mit der Hauptachse fest verbundenen Zeiger, ein erstes, mit der Hauptachse verbundenes Gegengewicht, ein zweites, auf dem ersten Zeiger befestigtes Gehäuse, eine Nebenachse innerhalb des zweiten Gehäuses, Mittel zur Lagerung der Nebenachse, so daß sie sich relativ zum zweiten Gehäuse drehen kann, zweite Schwimmer, die von der Nebenachse getragen werden und auf sie eine sie in eine Bezugsstellung zurückdrängende Kraft ausüben, einen zweiten, mit der Nebenachse verbundenen Zeiger, ein zweites, mit der Nebenachse verbundenes Gegengewicht, erste Annäherungsfühler zur Messung der Lage des ersten Zeigers relativ zum ersten Gehäuse, und zweite Annäherungsfühler zur Messung der Lage des zweiten Zeigers relativ zum zweiten Gehäuse, wobei die Annäherungsfühler elektrische Ausgangssignale erzeugen.
  • In den Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Instruments, das auf Beschleunigungskräfte reagiert, denen es ausgesetzt wird; Fig. 2 ein schematischer Schnitt durch das Instrument gemäss Fig. 1; Fig. 3 ein Schnitt auf der Linie III - III in Fig. 2; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer aus zwei erfindungsgemäßen Instrumenten bestehenden Einheit, und Fig. 5 ein schematischer Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In Fig. 1 ist ein Instrument 10 dargestellt, dessen flüssigkeitsdichtes Gehäuse 12 mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die noch näher beschrieben werden wird. Das Gehäuse 12 besteht aus einem kurzen Zylinder 14 und einem kreissegmentförmigen Teil 16. Der Zylinder 14 weist zwischen seinen Stirnseiten einen bogenförmigen Schlitz 18 in seiner Oberseite auf, und der Teil 16 ist derart mit dem Zylinder 14 verbunden, daß dieser Teil und der Zylinder über den bogenförmigen Schlitz 18 miteinander in Verbindung stehen. Scheibenförmige Deckelplatten 14.1 verschließen die beiden Stirnseiten des Zylinders 14, wobei sie eingeschraubt sein können. Das Gehäuse 12 besteht vorzlgsweise aus PreBstoff( Kunststoff ) , kann-aber auch aus einem Metall,wie z.B. Aluminium oder Stahl,bestehen.
  • Der Teil 16 besitzt ein Fenster 26, wobei ein Zeiger 28 und eine Skala 30 durch das Fenster hindurch sichtbar sind. Das Fenster 26 besteht aus einer bogenförmigen Öffnung, die mit einem Deckel 32 aus Glas, Plexiglas oder einem anderen Kunststoff mittels Schrauben 34 verschlossen ist.
  • Wie insbesondere aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist im Gehäuse 12 eine Schwimmervorrichtung 36 vorgesehen, die drei scheibenförmige Platten 38 aufweist, welche mittels eines rohrförmigen Elements 40 im Abstand voneinander gehalten werden. Eine Hauptachse 42 durchläuft alle drei Platten und das rohrförmige Element 40. Die Schwimmervorrichtung 36 wird über Lager 44 und 46 von der Hauptachse 42 getragen, no daß sich die ,ehwAmmervorriehtung 36 relativ zur Hauptachse 42 freischwingend bewegen kann. Die Außenlagerschalen cn der IJlger44 und 46 sind mit deri Actisenden 40.1 verbunden, während die Innenlagerschalen mit der Hauptachse 42 verbunden sind. Die Platten U sind an Rippen 40.2 befestigt, die rings um das Element 40 verlaufen.
  • An ihrem - in Fig. 2 linken - Ende wird die Hauptachse 42 von einer Lagerbuchse 48 getragen, die in eine Öffnung in der Deckelplatte 14.1 des Gehäuses 12 preßgepasst ist . An ihrem anderen Ende wird die Haupt achse 42 in einer Axialbohrung 50 einer Lagerhülse 52 getragen, wobei die Lagerhülse 52 durch die Deckelplatte 14.1 ragt und an ihrem herausragenden Ende mit einem Gewinde 54 versehen ist. Eine Mutter 56 ist auf das Gewinde 54 geschraubt, und eine Kappe 58 (siehe auch Fig. 1) bedeckt Mutter 56 und Gewinde 54 aus ästhetischen Gründen. Die Lagerhülse 52 weist innerhalb des Gehäuses 12 eine Umfangsrippe 60 auf, die sich beim Anziehen der Mutter 56 an die Innenseite des Gehäuses 12 anlegt.
  • An ihrem dem Gewinde 54 gegenüberliegenden Ende ne, ben der Schwimmervorrichtung 36 besitzt die Lagerhülse 52 eine äußere Abstufung 62, auf die ein Sonnenrad 64 eines Planetengetriebes preßgepasst ist. An der rechten Platte 38 ist eine Kastenkonstruktion 66 befestigt, und eine Achse 68 ist mit ihren Enden in der Vorder- bzw. Rückwand der Kastenkonstruktion 66 gelagert. Auf der Achse 68 ist ein Planetenzahnrad 70 vorgesehen. Die Achse 68 besitzt ferner einen Kragen 72, der entweder getrennt vom Planetenzahnrad 70 vorgesehen oder einstückig mit ihm ausgebildet ist. Auf jeden Fall drehen sich Planetenzahnrad 70 und Kragen 72 zusammen mit der Achse 68, was auf geeignete eie, z.B. mittels Federn, Schrauben od. dgl., <3ichergestellt wird.
  • Der Zeiger 28 wird vom Kragen 72 getragen, und ein Gegengewicht 74 hängt vom Kragen 72 herab. Das Gegengewicht balanciert den Zeiger derart, daß, wenn die Vorrichtung Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, die Tendenz der Nadel, die Achse 68 in die eine Richtung zu drehen, genau durch die Tendenz des Gegengewichts, die Achse 68 in die andere Richtung zu drehen, aufgehoben wird.
  • Die Skala 30 wird von einem Arm 76 getragen, der von der rechten Platte 38 aus nach oben ragt und an dieser mittels einer Schraube 78 befestigt ist. Ferner wird darauf hingewiesen, daß das Fenster 26 von einem nach innen ragenden Flansch 80 umrandet ist, wobei die Schrauben 34 durch den Rand des Deckels 32 hindurch in den Flansch 80 geschraubt sind,um den Deckel 32 zu befestigen.
  • Eine Verschlu3schraube 82 ist in ein Gewindeloch im Gehäuse 12 geschraubt, wobei der sechskantige Schraubenkopf auf einer Ringdichtung 841sitzt, um sicherzustellen, daß die Füllöffnung zufriedenstellend verschlossen ist.
  • Mittels der Büllöffnung wird das Instrument vollständig mit einem geeigneten Öl gefüllt.
  • Wie bereits beschrieben, besteht die Schwimmervorrichtung aus den drei scheibenförmigen Platten 38 und dem Element 40, ferner aus zwei Schwimmern 84 und einem Gegengewicht 86. Die Anordnung der Schwimmer und Gegengewichte relativ zueinander ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich, wobei die erfindungsgemäße Konstruktion gewährleistet, daß, wenn das Instrument einer Beschleunigungskraft unterworfen wird, sich aus der Massenträgheit der verschiedenen Teile keinerlei die Schwimmervorrichtung um die Hauptachse 42 drehendes Moment ergibt. Mit anderen Worten: die Massenträgheiten oberhalb und unterhalb der Hauptachse 42 gleichen einander aus, und eine Drehung der Schwimmervorrichtung 36 bei Einwirkung einer Beschleunigung auf das Instrument resultiert ausschließlich infolge der Kräfte, welche von der Flüssigkeit auf die Schwimmer unter Einwirkung der Eeschleunigung ausgeübt werden. Dieser Vorgang wird noch 7;usführlich beschrieben.
  • Auf die Schwimmervorrichtung 36 wirken nach oben gerichtete, aus dem Auftrieb resultierende Kräfte ein (Pfeile F in Fig. 3). Unter der Annahme, daß die Schwimmervorrichtung von der in Fig. 3 dargestellten Lage aus im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann vergrößert sich der Abstand zwischen der Wirkungslinie der Kraft, die auf den rechten Schwimmer 84 einwirkt, und der Mittellinie der Hauptachse 42, während sich der Abstand zwischen der Wirkungslinie der Auftriebskraft am anderen Schwimmer und der Haupt achse verringert. Das Drehmoment, welches die Schwimmervorrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn drehen will, wächst dann über das Gegendrehmoment um einen Betrag hinaus, der von den jeweiligen Abständen der Kraftwirkungslinien von der Hauptachse 42 abhängt. Je weiter die Schwimmerstruktur gedreht wird, desto größer ist die Riickstellkraft. Dies ist die wichtigste Ursache für die schnelle, das erfindungsgemäße Instrument kennzeichnende Daspfung. Die Auswirkung der Beschleunigungskräfte, die bei der Bewegung des Instruments in seine geneigte Lage auftreten, werden schnell unterdrückt, und eine Ablesung des echten Neigungswinkels ist schon nach sehr kurzer Zeit möglich. Natürlich wirkt die Schwimmervorrichtung immer solchen Kräften entgegen, die sie aus ihrer Ruhestellung bewegen wollen, und nur unter Ausnahmebedingunen, wie z.B. während einer plötzlich einsetzenden Bewegung, werden die Dämpfungseigenschaften des Instruments ganz ausgenutzt.
  • Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß, auch wenn das Gehäuse gekippt wird, die Skala 30, die mit der Schwimmervorrichtung fest verbunden ist, sich nicht mitdre.l4. Aus zwei Gründen bewegt sich die Schwimmervorrichtung nicht.
  • Erstens gibt es die oben genannten, durch die Schwimmen verursachten Rückstellkräfte. Zweitens widerretzt sich die Schwimmervorrichtung einer Drehung durch ihre Massenträgheit, und nur bei Einwirkung einer genügend großen Kraft erfolgt eine Drehbewegung. Nur Reibung in den Lagern und Widerstand durch die Flüssigkeitsfüllung des Gehäuses kann die Ausübung eines Drehmoments auf die Schwimmervorrichtung verursachen. Unter normalen Bedingungen sind diese Kräfte klein im Vergleich zu jenen Kräften, die sich einer Bewegung der Schwimmervorrichtung widersetzen. Das Planetenzahnrad 70 verbleibt auch gegenüber der Hauptachse in einer oberen Totpunktlage, so daß das mit dem Gehäuse fest verbundene Sonnenrad 64 sich relativ zum Planetenzahnrad 70 bewegt.
  • Dadurch dreht sich das Planetenzahnrad 70 und mit ihm der gragen 72, so daß sich der Zeiger 28 über die Skala 30 bewegt. Als Ubersetzungsverhältnis wird vorzugsweise 10 : 1 festgelegt, so daß eine relativ kleine Bewegung des Zahnrads zu einer relativ großen Bewegung des Zeigers übersetzt wird. Auf diese Weise wird eine zur Neigung proportionale Ablesung erhalten.
  • Falls das Gehäuse 12 heftigen Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, indem es z.B. schnell hin- und herbewegt wird, dann verursachen Flüssigkeitskräfte eine Drehung der Schwimmervorrichtung und ein Hin- und Herfließen der Flüssigkeit. Dies führt zu einer Schwingungsbewegung der Schwimmervorrichtung und daher auch des Zeigers. Versuche haben gezeigt, daß schon eine 0 Sekunde nach Beendigung der Gehäusebewegungen die Anzeige stabil wird. Dies ist eine sehr viel kürzere Zeit als bei Schwimmern möglich ist, die teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht sind und sich mit der hin- und herfließenden Flüssigkeit auf und ab bewegen. Beim erfindungsgemäßen Instrument kann nur die Molekularbewegung im öl die Schwimmervorrichtung in Bewegung versetzen, und im allgemeinen sind diese Kräfte klein verglichen mit anderen Kräften. Eine derartige Hin- und Herbewegung der Flüssigkeit in einem nur teilweise gefüllten Gehäuse kann mehrere Sekunden lang anhalten, während welcher Dauer keine brauchbare Ablesung möglich ist.
  • Da das erfindungsgemäße Gehäuse vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, bewegen sich alle in Fig. 2 dargestellten Teile vollständig von Flüssigkeit umgeben.
  • Die Schwimmervorrichtung neigt dazu, sich unter der Einwirkung von Beschleunigungskräften zusammen mit der Flüssigkeit zu bewegen. Jede Bewegung der Schwimmervorrichtung releltlv zur Flüssigkeit erzeugt Reibungswiderstand, der die Bewegung dampft. Der Zeiger bewegt sich zwangsläufig relativ zur i?iüigkci t, wobei er immer Dzimpfungskräften ausgesetzt ist.
  • Bei der Betrachtung des erfindungsgemäßen In;truments als Beschleunigungsmesser kann festgestellt werden, daß auf die Flüssigkeit einwirkende Beschleunigungskräfte auf die Schwimmervorrichtung übertragen werden. Die Auswirkung dieser Kräfte auf die Schwimmer ist größer als deren Auswirkung auf das Gegengewicht, da die Schwimmer ein größeres Volumen aufweisen. Deshalb dreht sich die Schwimmer vorrichtung, und während die Kraft weiterhin einwirkt wird ein zur Beschleunigung proportionaler Meßwert erhalten.
  • Sobald die Kraft aufhört zu wirken, bewegen die bereits genannten Rückstellkräfte den Zeiger in seine Ruhelage zurück, wenn nicht während der Beschleunigung eine Lageänderung eingetreten ist. Falls letzteres stattgefunden hat, zeigt das Instrument nach einer kurzen Stabilisierungsdauer einen entsprechenden Meßwert an.
  • Wenn im Sonderfall sich das Instrument um die Hauptachse 42 dreht, dann sind die Beschleunigungskräfte radial gerichtet und haben keine Wirkung auf die Schwimmervorrichtung. In diesem Fall kann jederzeit die Neigungsveränderung abgelesen werden.
  • In Fig. 3 sind Winkel zwischen der waagerechten Ebene durch die hauptachse 42 und den Verbindungslinien zwischen der Hauptachse 42 und den Auftriebsmittelpunkten der Schwimmer 84 eingezeichnet. Die abgebildeten Winkel werden bevorzugt, denn der Anstiegsgradient der Rückstellkraft erreicht einen Höchstwert bei der dargestellten Konfiguration. Winkel im Bereich von etwa 350bis etwa sind ebenfalls möglich, obgleich die Empfindlichkeit des Instruments bei Abweichung des Winkels 4 von 450 abnimmt.
  • Bei einem weiteren, nicht abgebildeten Ausführungsbeispiel wird ein Schwimmer von dreieckiger Gestalt verwendet, wobei der Schwimmer so angeordnet ist, daß eine seiner flachen Seiten nach oben und eine Spitze nach unten gerichtet ist. Der Auftriebsmittelpunkt eines solchen Schwimmers befindet sich gewöhnlich senkrecht über der Hauptachse 42. Falls also die Schwimmervorrichtung bezüglich des Gehäuses gedreht wird, entsteht infolge der seitlichen Versetlung des Auftriebsmittelpunkts sofort eine Rückstellkraft.
  • Das in Fig. 4 abgebildete Instrument kann einen Teil einer Stabilisierungsvorrichtung für die Kanone eines Militärfahrzeugs, z.B. eines Panzers, bilden. Beim Pahren über unebenes Gelände wird ein derartiges Fahrzeug heftigen, kurzzeitigen Lageänderungen unterworfen, z.B. beim Durchfahren eines Grabens, andererseits aber auch dauerhafteren Lageänderungen bei der Bewegung von waagerechtem zu geneigtem Gelände. Es ist nicht erwünscht, daß die erste Art von Lageänderung bei der Stabilisierungsvorrichtung der Kanone eine Korrektur auslöst, denn vor der Durchführung einer derartigen Korrektur ist die ursprüngliche Lage wiederhergestellt, und es müsste eine Gegenkorrektur durchgeführt werden. In diesem Fall wäre die Kanone nicht nur beim Durchfahren des Grabens falsch ausgerichtet, sondern auch für eine bestimmte Zeit danach, bis die Gegenkorrektur durchgeführt werden konnte.
  • Die in Fig. 4 benutzten Bezugsziffern sind, wenn möglich, den Bezugsziffern in den anderen Figuren angepaßt.
  • Bei dieser Ausführungsform besitzt jede Instrumenteneinheit eine einzelne Platte 38 auf der Hauptachse 42, und keine Skala ist vorgesehen. Stattdessen ragt ein relativ robuster Zeiger 202 nach oben von der unteren Platte 38 aus, und ein weiteres kleineres Instrument 200 ist auf diesem Zeiger befestigt. Annäherungsfühler 204 sind vorgesehen, um eine Bewegung des Zeigers 202 festzustellen, und weitere Annäherungsfühler 206 sind vorgesehen, um eine Bewegung des Zeigers 208 des oberen Instruments -200 festzustellen.
  • Bei der Verwendung des in Fig. 4 dargestellten Doppelinstruments führt eine plötzliche, entweder bleibende oder nur vorübergehende Lageveränderung zu einer Veränderung der Lage einer Basisplatte 210 bei gleichzeitigem Auftreten von Beschleunigungskräften. Falls die Beschleunigung genügend groß ist, tendiert die untere Schwimmervorrichtung zur Drehung im Gehäuse. Diese Wirkung ist jedoch nur von kurzer Dauer, und die Schwimmervorrichtung kehrt in ihre senkrechte Lage zurück, so daß die Annäherungsfühler 204 ein Neigungssignal erzeugen. Die Betriebseigenschaften der Anordnung hängen weitgehend von der Viskosität der Plüssigkeit ab.
  • Das Gehäuse des oberen Instruments muß sich natürlich mit dem Zeiger 202 bewegen. Die Bewegung des Zeigers 202 ist viel bestimmter als die Bewegung des Gehäuses des unteren Instruments wegen der Wirkung der Beschleunigungskrafte auf die iiiioiilkcit, unter deren einwirkung die Schwimmer in Richtung der lie3chleunigunerskrafte bewegt werden. Daher wird das Gehäuse des oberen InutrurnentB in Richtung der Beschleunigungskraft versetzt. Der Zeiger 208 registriert diese Zusatzkraft trotz der Tatsache, daß das obere Gehäuse sich längs eines bogenförmigen Wegs in die gleiche Richtung bewegt.
  • Es kann zwischen drei Zuständen unterschieden werden: (a) eine Beschleunigung von kurzer Dauer, gefolgt von einer Gegenbeschleunigung, wobei keine dauernde Lageveränderung eintritt. Unter diesen Umständen erzeugen beide Fühersätze Ausgangssignale während der Lageveränderungen; (b) eine Beschleunigung von kurzer Dauer, die zu einer dauernden Lageveränderung führt. Unter diesen Bedingungen erzeugen beide Fühlersätze anfänglich Ausgangssignale. Wenn jedoch die untere Schwimmervorrichtung in eine senkrechte Lage zurückkehrt, bewegt sich das obere Gehäuse auch in seine Ausgangslage zurück. Dies bedeutet, daß die obere Schwimmervorrichtung dann symmetrisch bezüglich der Annäherungsfühler 206 liegt,.so daß deren Ausgangssignal verschwindet; (c) nur eine Neigungswinkelveränderung, wobei nur das untere Fühlerpaar ein Ausgangssignal erzeugt und die obere Vorrichtung zentralisiert bleibt, da sich die untere Vorrichtung nicht dreht.
  • Aus diesen Gründen kann mittels des Doppelinstruments der Fig. 4 zwischen vorübergehenden Beschleunigungskräften, die keine Lagekorrektur der Pnserkilnone erfordert ich machen, und zwid'c,iien einer dau rhaf ten Lageveränderung, die eine Lagekorrektur erforderlich mtlcElt, untert3(hiedenwerden. Eine langsame Lageveränderung, wie sie z B. eintreten würde, wenn ein Panzer hügeliges Gelände durchfährt, führt zu einer Versetzung der unteren Schwimmervorrichtung relativ zum unteren Gehäuse (und daher zu einem Ausgangssignal der unteren Fühler), aber sie verursacht keinerlei Bewegung der oberen Schwimmervorrichtung relativ zum oberen Gehäuse, denn der untere Zeiger 202 bewegt sicht nicht.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden: bei der Lageregelung z.B. von Kanonen werden Signale von Annäherilngsfühlern 206 (Anzeige der Beschleunigungskräfte) dazu verwendet, zu verhindern, daß Signale von den Annäherungsfühlern 204 (für Beschleunigung oder Lageänderung) die Stellantriebe, z.B.
  • Servomotoren, der Kanonen erreichen. Nur bei Unterbleiben der Signale von den Annäherungsfühlern 208 werden die Signale von den Annäherungsfühlern 204 (die dann eine Lageveränderung anzeigen) wirksam.
  • In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, um eine An/eige zu erhalten. An der Schwimmervorrichtung ist ein Kegelzahnrad 100 befestigt, das mit einem Ritzel 102 im Eingriff steht. Das Ritzel 102 sitzt auf einer Achse 104, die mittels (nicht dargestellter) Lager drehbar im Gehäuse 12 gelagert ist. Am oberen bunde der Achse 104 ist ein Zeiger 106 befestigt, wobei der Zeiger durch ein Gegengewicht 108 balanciert wird. Die Achse 104 ist von einem Rohr 110 umgeben, welches das Innere des Hauptgehäuses 112 mit einem Nebengehäuse 114 verbindet. Im Nebengehäuse 114 ist eine runde Skala 116 vorgesehen.
  • Die Hauptachse 42 ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, aber die gesamte Schwimmervorrichtung, mit welcher das Kegelzahnrad 100 verbunden ist, ist nicht zeichnerisch dargestellt worden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    Beschleunigungsempfindliches Instrument, gekennzeichnet durch: (a) ein mit Flüssigkeit gefülltes Gehäuse (12), (b) eine Schwimmervorrichtung (36) in diesem Gehäuse, (c) Mittel zur Lagerung der Schwimmervorrichtung (36) derart, daß sie relativ zum Gehäuse um eine waagerechte Achse drehbar ist, (d) untergetauchte Schwimmer (84), die Teil der Schwimmervorrichtung (36) sind und deren Auftriebskräfte die Schwimmervorrichtung relativ zu einer Bezugsstellung waagerecht halten, und (e) Mittel zur Umwandlung einer Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Schwimmervorrichtung in einen Ausgangsmeßwert.
  2. 2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmervorrichtung (36) zwei Schwimmer (84) aufweist, deren Auftriebsmittelpunkte einen waagerechten Abstand voneinander aufweisen, so daß sie beiderseits der Hauptachse (42) liegen und ihre Auftriebsmittelpunkte über der waagerechten Ebene liegen, welche die Hauptachse (42) enthält.
  3. 3. Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (;) zwischen der waagerechten Ebene und den Verbindungslinien zwischen der waagerechten Hauptachse (42) und den Äuftriebsmittelpunkten der Schwimmer (84) zwischen undund65°liegen.
  4. 4. Instrument nacEl Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel 450 betragen.
  5. 5. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einzelner Schwimmer vorgesehen ist, dessen Auftriebsmittelpunkt senkrecht über der waagerechten Hauptachse liegt, so daß eine Winkelbewegung der Schwimmervorrichtung zu einer seitlichen Versetzung des Auftriebsmittelpunkts bezüglich der waagerechten Achse führt, wodurch ein Rückstellmoment erzeugt wird.
  6. 6. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Schwimmervorrichtung über der waagerechten Ebene gleich der Masse der Schwimmervorrichtung unter dieser Ebene ist.
  7. 7. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung der Relativbewegung ein Zahnradgetriebe dient , um die Bewegung des Gehäuses (12) relativ zur Schwimmervorrichtung (36) mechanisch zu verstärken.
  8. 8. Instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe aus einem mit dem Gehäuse (12) verbundenen Sonnenrad (64) und einem mit der Schwimmervorrichtung (36) verbundenen Planetenzahnrad (70) besteht, wobei eine Skala (30) an der Schwimmervorrichtung (36) und ein Zeiger (28) mit dem Planetenzahnrad (70) befestigt ist, und wobei sich der Zeiger (28) über die Skala (30) bewegt, wenn bei einer Neigung des Gehäuses (12) sich das Planetenzahnrad (70) dreht.
  9. 9. Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes Gehäuse, eine Hauptachse (42) im ersten Gehäuse, Mittel zur Lagerung der Hauptachse, so daß diese relativ zum ersten Gehäuse drehbar ist, erste Schwimmer (84), die von der Hauptachse (42) getragen werden und auf sie eine sie in eine Bezugsstellung zurückdrängende Kraft ausüben, einen ersten, mit der Hauptachse fest verbundenen Zeiger (202), ein erstes, mit der Hauptachse (42) verbundenes Gegengewicht (86), ein zweites, auf dem ersten Zeiger (202) befestigtes Gehäuse, eine Nebenachse innerhalb des zweiten Gehäuses, Mittel zur Lagerung der Nebenachse, so daß sie sich relativ zum zweiten Gehäuse drehen kann, zweite Schwimmer, die von der Nebenachse getragen werden und auf sie eine sie in eine Bezugsstellung zurückdrängende Kraft ausüben, einen zweiten, mit der Nebenachse verbundenen Zeiger (208), ein zweites, mit der Nebenachse verbundenes Gegengewicht (86), erste Annäherungsfühler (204) zur Messung der Lage des ersten Zeigers (202) relativ zum ersten Gehäuse, und zweite Annäherungsfühler (206) zur Messung der Lage des zweiten Zeigers (208) relativ zum zweiten Gehäuse, wobei die Annäherungsfühler (204 und 206) elektrische Ausgangssignale erzeugen.
DE19752513560 1975-03-24 1975-03-24 Als neigungs- und als beschleunigungsmesser verwendbares instrument Pending DE2513560A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3639284A1 (de) * 1986-11-17 1988-05-26 Precitronic Sensor zur feststellung der tatsaechlichen und scheinbaren lotrichtung
DE3829204A1 (de) * 1988-08-29 1990-03-29 Conrads Johannes P F Neigungs- und beschleunigungsmesser fuer fahrzeuge
DE4000701A1 (de) * 1990-01-12 1991-07-25 Conrads Johannes P F Vorrichtung zur messung der wegneigung und der geschwindigkeitsaenderung an zweiraedern und kraftfahrzeugen
FR2662256A1 (fr) * 1990-05-18 1991-11-22 Daniel Jacques Dispositif d'assistance a la conduite d'un vehicule, notamment automobile.

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