DE102007039842B4

DE102007039842B4 - Neigungssensor

Info

Publication number: DE102007039842B4
Application number: DE102007039842A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Sondergeld
Original assignee: SCHMIDT FEINMECH; Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Current assignee: SCHMIDT FEINMECH; Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: DE102007039842A1

Abstract

Neigungssensor mit einem um eine Achse (12) in einem Gehäuse (11) drehbaren Messpendel (20), mit einer Winkelmesseinrichtung (24) zum Erfassen der Drehbewegung des Messpendels (20) um die Achse (12) und mit einem um die Achse (12) drehbaren, massebehafteten Element, dessen Drehbewegung mit der Drehbewegung des Messpendels (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Ausgleichspendel (22) ist, und dass das Ausgleichspendel (22) mit dem Messpendel (20) über ein Getriebe (32, 70, 74) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Neigungssensor mit einem um eine Achse drehbaren Messpendel, mit einer Winkelmesseinrichtung zum Erfassen der Drehbewegung des Messpendels um die Achse und mit einem um die Achse drehbaren, massebehafteten Element, dessen Drehbewegung mit der Drehbewegung des Messpendels gekoppelt ist.
Ein Neigungssensor der vorstehend genannten Art ist aus der US 4 667 413 A bekannt.
Die Erfindung wird bevorzugt zum Erfassen von Neigungswinkeln in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Erfassung des Neigungswinkels des Kraftfahrzeugs als ganzes oder einer Baugruppe des Kraftfahrzeugs kann unterschiedlichen Anwendungen dienen. Bei einer ersten Anwendung kann ein Überschlag des Kraftfahrzeugs während eines Unfallgeschehens erkannt werden, um dann entsprechende Insassen-Sicherheitseinrichtungen auszulösen, beispielsweise Überrollbügel, Gurtstraffer, Airbags, Notrufe und dergleichen. Bei einer zweiten Anwendung kann der momentane Neigungswinkel von Bauteilen eines motorisch betätigbaren Klappdachs zum Steuern des Öffnungs- oder Schließvorganges erfasst werden. Bei einer dritten Anwendung kann die Fahrzeugneigung für eine Leuchtweitenregelung erfasst werden. Bei einer vierten Anwendung kann der Wankwinkel und/oder der Nickwinkel des Fahrzeugs für eine Fahrwerksstabilisierungseinrichtung erfasst werden. Diese und weitere Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich sind für die Erfindung bevorzugt, die jedoch selbstverständlich auch in anderen Anwendungsbereichen einsetzbar ist.
Zur Erfassung eines Neigungswinkels sind zahlreiche Sensortypen bekannt geworden. Diese Sensortypen unterscheiden sich erheblich, je nachdem, ob statische oder quasi-statische Messbedingungen herrschen oder ob Neigungswinkel bei erheblichen Beschleunigungen und Drehraten ermittelt werden sollen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Sensoren der zweiten Art von Interesse, die ferner auf dem Prinzip eines durch die Schwerkraft ausgelenkten Pendels beruhen, wobei die Pendelauslenkung relativ zu einem mit dem Messobjekt verschwenkten Sensorgehäuse ein Maß für den Neigungswinkel ist.
Aus der DE 36 11 360 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Sensor zur selbsttätigen Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen bekannt. Der Sensor weist zwei Pendel auf, die um zueinander senkrecht stehende Achsen verschwenkbar sind, um den Kippwinkel eines Kraftfahrzeugs in zwei Richtungen bestimmen zu können.
Bei Neigungssensoren nach dem Pendelprinzip besteht das generelle Problem, dass Messwertverfälschungen auftreten, wenn das Messobjekt zusätzlich zu der Neigung beschleunigt wird. Dann überlagert sich die Neigungsbewegung mit der durch die von außen einwirkende Beschleunigung verursachten Bewegung.
Es sind daher bereits zahlreiche Neigungssensoren dieser Bauart vorgeschlagen worden, bei denen dieser Störfaktor dadurch gemindert wird, dass das Pendel in seiner Bewegung gedämpft wird.
Aus der DE 40 19 144 ist ein Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch eine auf einer Welle drehbare Scheibe gebildet wird, die einerseits eine exzentrisch angeordnete Masse und andererseits Dämpfungsflügel trägt. Das Pendel ist in einem abgedichteten Raum eines Gehäuses angeordnet, der mit einer Dämpfungsflüssigkeit befüllt ist. Die Drehbewegung des Pendels wird über eine permanentmagnetische Kopplung in den Außenraum übertragen, wo sich ein Winkelsensor befindet. Bei abruptem Verschwenken wird das Pendel in seiner Drehbewegung damit fluidisch bedampft.
Aus der DD 239 861 A1 ist ein Neigungssensor für Fahrzeuge bekannt, bei dem das Problem der Beschleunigung auf andere Weise angegangen wird. Der Sensor enthält drei miteinander fluchtende Wellenstücke, an denen jeweils ein exzentrisches Gewicht befestigt ist. Die Wellenstücke sind über schaltbare Kupplungen miteinander verbindbar. An dem ersten Wellenstück befindet sich ein Messpendel, das mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist. An dem mittleren Wellenstück befindet sich eine Gegenmasse. An dem dritten Wellenstück befindet sich ein Justierpendel, dessen Trägheitsmoment größer ist als das des Messpendels und das der Gegenmasse. Wenn die erste Kupplung zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenstück geschlossen ist, bilden das Messpendel und die Gegenmasse ein System, dessen Schwerpunkt in der Achse der Wellenstücke liegt. Bewegt sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit, ist die erste Kupplung geöffnet, so dass alleine das Messpendel auf die Anzeigevorrichtung wirkt. Die zweite Kupplung zwischen dem zweiten und dem dritten Wellenstück ist dann geschlossen, so dass das Justierpendel die Gegenmasse nach oben gerichtet hält. Erfährt das Fahrzeug eine Beschleunigung, wird die erste Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung geöffnet. Dadurch wird die Stellung des Messpendels verrastet, weil das System aus Messpendel und Gegenmasse bei einer Beschleunigung keine Drehung ausführt.
Die DD 30 902 A1 beschreibt einen Steigungs- und Gefällemesser mit einem Pendelgewicht, an dem unmittelbar ein Bremspendel gelagert ist. Pendelgewicht und Bremspendel drehen sich daher um unterschiedliche Achsen, wobei die Brems- bzw. Dämpfungswirkung dissipativ eintritt.
Die DE 29 25 839 A beschreibt zusammen mit der DE 29 16 044 A eine Vorrichtung zur Stellweg- bzw. Positionieranzeige des Vorderrades eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst ein Pendel, an dem eine Achse gelagert ist, auf der ein Zahnrad mit einem ferromagnetischen Einsatz gelagert ist.
Bei einer weiteren Gruppe bekannter Neigungssensoren der hier interessierenden Art wird zur Bedämpfung des Messpendels ein koaxial zu dem Messpendel angeordnetes, massebehaftetes und um die Achse drehbares Element verwendet.
Aus der eingangs genannten US 4 667 413 A ist ein derartiger Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch eine exzentrische Masse gebildet wird, die über eine Blattfeder mit einer Nabe verbunden ist. Die Nabe ist in einem Gehäuse auf einer Welle drehbar. Die Nabe trägt ihrerseits eine Geberscheibe eines gehäusefesten Sensors. Ferner ist ein zum Pendel koaxial angeordnetes Masserad vorgesehen, das entweder über ein Reiblager auf der Welle drehbar oder über einen Permanentmagneten mit dem Pendel gekoppelt ist. Das Masserad dampft damit das Pendel, wenn der Neigungssensor abrupt verschwenkt wird.
Dieser bekannte Neigungssensor hat den Nachteil, dass das Dämpfungsverhalten nicht optimal ist. Dies drückt sich darin aus, dass der Frequenzgang der Messempfindlichkeit nicht gleichförmig ist, so dass der Sensor je nach der Frequenz des auf ihn einwirkenden Ereignisses ein besseres oder ein schlechteres Messverhalten zeigt.
Aus der DE 26 01 177 A1 ist ein ganz ähnlicher Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch einen topfförmigen Drehkörper gebildet wird, der auf einer Welle eines Winkelsensors drehbar und mit einer exzentrischen Masse versehen ist. Koaxial zu dem Pendel ist ein Masserad mit etwa 40 mal größerer Masse drehbar gelagert. Das Pendel und das Masserad befinden sich gemeinsam in einem Hohlraum eines Gehäuses, der mit Silikonöl befüllt ist. Bei abruptem Verschwenken des Sensors nimmt das Pendel daher das Masserad über die fluidische Kopplung mit und wird auf diese Weise bedämpft.
Infolge der ähnlichen Bauart hat auch dieser Sensor die Nachteile des vorgenannten Sensors, insbesondere hinsichtlich des Frequenzganges der Messempfindlichkeit.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Neigungssensor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Neigungssensor zur Verfügung gestellt werden, der auch bei hohen einwirkenden Beschleunigungen und bei hohen Drehraten ein zuverlässiges Messergebnis über einen großen Winkelbereich bei hinreichend guter Messgenauigkeit gewährleistet.
Bei einem Neigungssensor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Element ein Ausgleichspendel ist, und dass das Ausgleichspendel mit dem Messpendel über ein Getriebe verbunden ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Die Verwendung eines Ausgleichspendels anstelle einer nur trägen Drehmasse bewirkt nämlich eine weit effektivere dispersive Dämpfung des Messpendels und damit eine exaktere Messung. Das erfindungsgemäße Doppelpendel wirkt nämlich nahezu ideal als „Pendel der Ruhe”, das unabhängig vom jeweiligen Zeitpunkt und unabhängig vom jeweiligen Bewegungszustand in Richtung des Lots, d. h. der natürlichen Schwerkraft zeigt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe ein Planetengetriebe.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein exakt berechenbares Getriebe Verwendung findet, das mit wenigen Bauteilen auskommt, niedrige Reibungsverluste hat und kompakt baut.
Im letztgenannten Fall ist bei einem praktischen Ausführungsbeispiel bevorzugt, wenn das Messpendel mit einem Hohlrad versehen ist, ferner das Ausgleichspendel ein Planetenrad aufweist, und das Planetenrad auf einem um die Achse drehbaren Steg drehbar gelagert ist und einerseits mit dem Hohlrad und andererseits mit einem um die Achse drehbaren Masserad kämmt. Insbesondere weist vorzugsweise der Steg einen um die Achse drehbaren Schleppanker mit exzentrisch angeordneter Masse auf.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass das Getriebe mit einem Minimum an Bauteilen auf geringst möglichem Raum realisiert wird.
In an sich bekannter Weise kann erfindungsgemäß die Winkelmesseinrichtung ein mit dem Messpendel verbundenes Geberelement sowie ein mit dem Gehäuse verbundenes Sensorelement aufweisen. Vorzugsweise ist dann das Geberelement ein magnetisches Element und das Sensorelement ein magnetfeldempfindliches Sensorelement.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf bekannte Konzepte derartiger Winkelmesseinrichtungen zurückgegriffen werden kann.
Eine gute Wirkung wird in diesem Zusammenhang dann erzielt, wenn das Geberelement einen Fluxring als äußere, ringförmige, weichmagnetische Abschirmung und einen inneren, ringförmigen Permanentmagneten aufweist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Winkelmessung ungestört von externen Magnetfeldern, einschließlich des Erdmagnetfeldes, stattfinden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Gruppe von Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Messpendel und dem Ausgleichspendel eine dämpfende Lagerung vorgesehen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die dispersive Dämpfung, d. h. der idealer weise verlustfreie Energieaustausch zwischen Messpendel und Ausgleichspendel durch einen dissipativen, d. h. Bewegungsenergie in Wärme umsetzenden Energieübergang ergänzt wird. Diese Ergänzung bewirkt eine weitere Verbesserung des Frequenzganges des Neigungssensors.
Die dämpfende Lagerung kann als Reiblagerung, insbesondere als fluidische Lagerung ausgebildet sein.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das Ausmaß der dissipativen Dämpfung genau und mit einfachen, platzsparenden Mitteln einstellbar ist. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten beispielsweise gezielt aperiodisch oder überkritisch eingestellt werden.
In der Praxis ist dann bevorzugt, wenn die fluidische Lagerung als mit einem viskosen Fluid befüllter Ringspalt zwischen zwei rotierenden Körpern ausgebildet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die genannte Einstellung der Dämpfungscharakteristik in einfacher Weise durch die Abmessungen des Ringspalts und die Viskosität des in dem Ringspalt befindlichen Fluids bewirkt werden kann. Weiterhin hat die schwimmende Lagerung des Pendels bzw. der Pendel in dem Fluid den Vorteil, dass durch den Auftrieb in dem Fluid die Lagerbelastung der Pendelwelle vermindert wird.
Erfindungsgemäß ist besonders bevorzugt, wenn ein Massenschwerpunkt des Messpendels näher an der Achse liegt als ein Massenschwerpunkt des Ausgleichspendels, und wenn vorzugsweise ein Schleppwinkel des Schleppankers kleiner ist als ein Lagerreibungswinkel des Messpendels, wobei insbesondere das Verhältnis der gekoppelten Eigenfrequenz von Ausgleichspendel und Messpendel im Bereich zwischen 3 und 5 liegt.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass sich infolge der dispersiven Dämpfung ein im Idealfalle verlustfreier Energieaustausch zwischen Messpendel und Ausgleichspendel ergibt.
Schließlich ist bevorzugt, wenn das Getriebe zwischen Messpendel und Masserad ein Übersetzungsverhältnis zwischen 2 und 4 aufweist.
Die letztgenannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass ein tiefgestimmtes, asynchrones Doppelpendel entsteht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Neigungssensors;
2: eine radiale Schnittdarstellung eines gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels mit einem fluidisch bedämpften Doppelpendel;
3: eine stark schematisierte radiale Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels von 1 als Schemazeichnung zur Erläuterung des physikalischen Wirkprinzips;
4: ein Messdiagramm für die Neigungswinkel-Messempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Drehfrequenz beim Ausführungsbeispiels der 1 im Vergleich zum Stand der Technik;
5: ein Messdiagramm, ähnlich 4, jedoch für den Hysteresewinkel in Abhängigkeit von der Drehfrequenz beim Ausführungsbeispiel der 2;
6: ein Messdiagramm, ähnlich 5, jedoch für die Winkelsignalamplitude in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz bei vorbestimmter lateraler Beschleunigungsamplitude;
7: ein Messdiagramm des Ausführungsbeispiels der 2 für die Messempfindlichkeit, in Abhängigkeit von der Drehfrequenz;
8: ein Messdiagramm ähnliche 7 für den Hysteresewinkel, in Abhängigkeit von der Drehfrequenz;
9: ein Messdiagramm ähnliche 7 für die Winkelsignalamplitude, in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz; und
10: ein Messdiagramm ähnliche 7 für das Winkelsignal bei Impuls- und Drehbelastung, in Abhängigkeit von der Zeit.
In 1 bezeichnet 10 als ganzes ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Neigungssensors, wie er bevorzugt für Anwendungen der eingangs genannten Art im Kraftfahrzeug verwendet wird. Der Neigungssensor 10 hat bei einem praktischen Ausführungsbeispiel für die Anwendung als Überschlagsensor, das nachstehend noch näher beschrieben wird, einen Durchmesser von etwa 18 mm und eine Länge von etwa 20 mm.
Der Neigungssensor 10 weist ein hier nur schematisch angedeutetes Gehäuse 11 auf, dass fest mit demjenigen Bauteil bzw. der Baugruppe verbunden ist, deren Neigung um eine bestimmte Achse 12 gemessen werden soll. Das Gehäuse 11 ist mit Lagerbuchsen 14a, und 14b versehen, die Lagerzapfen 16 einer sich entlang der Achse 12 erstreckenden Lagerwelle 18 aufnehmen.
Auf der Lagerwelle 18 sind nebeneinander drei Baugruppen gelagert, nämlich in der Mitte ein Messpendel 20, daneben auf der in 1 vorderen Seite ein Ausgleichspendel 22 sowie auf der in 1 hinteren Seite ein rotorseitiger Teil einer Winkelmesseinrichtung 24, dessen Masse allerdings zur Masse des Messpendels 20 gehört, wie noch erläutert werden wird.
Das Messpendel 20 enthält einen Pendelkörper 30, der als Hohlrad 32 mit einer Innenverzahnung 34 ausgebildet ist. Ferner ist der Pendelkörper 30 mit einer ersten, relativ zur Längsachse 12 exzentrischen Masse 36 versehen. Eine radiale Wand 38 des Pendelkörpers 30 ist mit einem Ringflansch 40 versehen, mit dem der Pendelkörper 30 fest mit der Lagerwelle 18 verbunden ist, so dass er sich frei um die Achse 12 drehen kann.
Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Messpendel 20 auch die Masse der weiter unten beschriebenen Masse des rotorseitigen Teils der Winkelmesseinrichtung 24. Im Ausführungsbeispiel beträgt das gekoppelte Massenträgheitsmoment J₁ des Messpendels 20 insgesamt etwa 80 g mm². Der Abstand des Schwerpunktes des Messpendels 20 von der Achse 12 ist in 1 mit s₁ bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand s₁ sehr klein. Er liegt beispielsweise bei 0,2 mm und damit in der Größenordnung des Radius der Lagerwelle 18.
Auf der in 1 hinteren Seite der Wand 38 des Pendelkörpers 30 ist der rotorseitige Teil der Winkelmesseinrichtung 24, nämlich ein permanentmagnetisches Drehgeberelement 44 befestigt, beispielsweise in eine entsprechende Ausnehmung im Pendelkörper 30 eingepresst oder geklebt. Das permanentmagnetische Drehgeberelement 44 dreht sich also mit dem Pendelkörper 30 um die Achse 12. Es besteht im wesentlichen aus einem äußeren, ringförmigen, weichmagnetischen Fluxring 46, der als magnetische Flussführung und als Abschirmung wirkt, und einem inneren, ringförmigen Permanentmagneten 48, dessen eine Ringhälfte den Nordpol und dessen andere Ringhälfte den Südpol bildet, derart, dass eine diametrale Magnetisierungsrichtung entsteht. Die Masse des permanentmagnetischen Drehgeberelements 44 gehört durch die feste Verbindung mit dem Pendelkörper 30, wie erwähnt, zur Masse des Messpendels 20.
An dem Gehäuse 11 ist der statorseitige Teil der Winkelmesseinrichtung 24 befestigt. Er weist einen Sensor 54 auf, der mit einer Leiterplatte 56 versehen ist, auf der sich die erforderliche Elektronik befindet. Diese umfasst ein magnetfeldempfindliches Sensorelement 58, bei dem in 1 mit 59 die Feldlinien des von dem permanentmagnetischen Drehgeberelement 44 erzeugten Magnetfeldes angedeutet sind, die den Innenraum des ringförmigen Permanentmagneten 48 parallel zu einem Durchmesser durchsetzen und die sich bei einer Relativdrehung zwischen dem permanentmagnetischen Drehgeberelement 44 und dem Sensor 54 in Richtung eines Pfeils 60 drehen. Die Leiterplatte 56 trägt ferner die notwendigen elektrischen Anschlüsse 62.
Das Sensorelement 58 ist vorzugsweise ein Hall-Element oder ein magnetostriktives Element. Es steht im eingebauten Zustand dem Permanentmagneten 48 gegenüber und erfasst in der beschriebenen Weise über 360° berührungslos und rückwirkungsfrei das magnetische Drehfeld 59, das von dem Permanentmagneten 48 erzeugt wird, wenn sich das Messpendel 20 um die Achse 12 dreht. Infolge der Abschirmung ist die Winkelmesseinrichtung 24 von äußeren magnetischen Einflüssen, beispielsweise des Erdmagnetfeldes, abgeschirmt. Das Ausgangssignal der Winkelmesseinrichtung 24 kann in an sich bekannter Weise analog, digital, pulsweitenmoduliert oder entsprechend bekannter Datenbusprotokolle aufbereitet sein.
Das Signal des Sensorelements kann, beispielsweise bereits in der Elektronik auf der Leiterplatte 56, einer Tiefpass-Filterung unterzogen werden, wobei die Tiefpass-Grenzfrequenz bevorzugt unterhalb von 5 Hz liegt. Damit wird insbesondere bei hohen Beschleunigungen das Sensorsignal ohne merkliche Signalverfälschung geglättet.
Das Ausgleichspendel 22 weist einen Schleppanker 64 auf, der mittels einer Nabe 66 auf der Lagerwelle 18 drehbar ist. Der Schleppanker 64 ist mit einer zweiten exzentrischen Masse 68 versehen. Sein Schwerpunkt hat einen Abstand s₂ von der Achse 12. Im Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise s₂ = 2,5 mm. Es ist wichtig, dass der Abstand s₂ größer ist als der Abstand s₁, so wie dies auch deutlich in 1 zu erkennen ist.
An dem Schleppanker 64, der insoweit als Steg eines Planetengetriebes wirkt, ist ein Planetenrad 70 um eine Achse 72 drehbar gelagert, die vorzugsweise parallel zur Achse 12 verläuft.
Das Planetenrad 70 kämmt im eingebauten Zustand mit der Innenverzahnung 34 des Hohlrades 32. Es kämmt weiter mit einem Sonnenrad 74, das ebenfalls drehbar auf der Lagerwelle 18 sitzt und fest mit einem Masserad 76 verbunden ist, das folglich ebenfalls um die Achse 12 drehbar ist.
Im Ausführungsbeispiel beträgt das gekoppelte Massenträgheitsmoment J₂ des Ausgleichspendels 22 etwa 22 g mm².
Es versteht sich dabei, dass das dargestellte Planetengetriebe mit Hohlrad 32, Steg 64, Planetenrad 70 und Sonnenrad 74 nur beispielhaft für die Kopplung zwischen Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 zu verstehen ist. Denkbar sind auch andere bidirektionale Kopplungen, beispielsweise durch Reibschluss, Fluidschluss oder anderen Formschluss.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 sind die drehbaren Elemente frei drehbar, also bei kontinuierlicher Drehung ungedämpft. Die Dämpfung des Messpendels 20 durch das Ausgleichspendel 24 wird weiter unten noch erläutert.
Die Laufeigenschaften der Pendel 20, 22 wird durch eine reibungsarme Lagerung der Lagerzapfen 16 in den beiden Lagerbuchsen 14a, 14b bzw. der Lagerwelle 18 in der Nabe 66 bestimmt. Eine möglichst kleine Lagerreibung wird durch eine optimierte Werkstoffpaarung Welle 18/Buchse 14a, 14b bzw. /Nabe 66 und einen möglichst kleinen Wellenzapfendurchmesser d₁ bzw. Lagerwellendurchmesser d₂ erreicht. Bei dem eingangs genannten Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise d₁ = 0,25 mm und d₂ = 0,4 mm.
Für die Lagerung der Lagerzapfen 16 in den Lagerbuchsen 14a, 14b lässt sich der Lagerreibungswinkel α₁ für einen Reibbeiwert μ zwischen Lagerzapfen 16 und Lagerbuchsen 14a, 14b wie folgt angeben: α₁ = arctanμd₁/2s₁
Für die Lagerung der Lagerwelle 18 in der Nabe 66 mit dem selben Reibbeiwert μ gilt für den Schleppwinkel α₂ in entsprechender Weise: α₂ = arctanμd₂/2s₂
Im Ausführungsbeispiel ist μ = 0,06 und mit d₁ = 0,25 mm, s₁ = 0,2 mm, d₂ = 0,4 mm und s₂ = 2,5 mm ergeben sich ein Lagerreibungswinkel α₁ = 2,15° und ein Schleppwinkel α₂ = 0,28°.
Dadurch, dass der Durchmesser d₂ größer als der Durchmesser d₁ ist, wird also erreicht, dass der Schleppwinkel α₂ kleiner ist als der Lagerreibwinkel α₁. Damit ist eine effektive dispersive Dämpfung des Messpendels 20 durch das Ausgleichspendel 22 infolge eines im Idealfall verlustfreien Energieaustauschs zwischen Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 möglich.
Bei dem praktischen Ausführungsbeispiel mit den bereits genannten Abständen der Massenschwerpunkte von der Lagerachse 12, nämlich s₁ = 0,2 mm und s₂ = 2,5 mm liegt die so genannte gekoppelte Eigenfrequenz f₁ des Messpendels 20 bei weniger als 2 Hz, typischerweise bei 1 Hz und die gekoppelte Eigenfrequenz f₂ des Ausgleichspendels 22 bei mehr als 2 Hz, typischerweise bei 3 Hz. Das Frequenzverhältnis f₂/f₁ liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5.
Das Messpendel 20 und das damit über das Planetengetriebe 32, 70, 74 schwerkraftgekoppelte Ausgleichspendel 22 bilden ein so genanntes tiefgestimmtes, asynchrones Doppelpendel.
Zwischen dem Messpendel 20 und dem Ausgleichspendel 22 wirkt eine innere Pendeldämpfung, die sich dadurch auszeichnet, dass keine direkte Wirkverbindung zum Stator, also dem Gehäuse 11, vorhanden ist. Wie bereits erwähnt, ist diese Dämpfung rein dispersiv, d. h. die Schwingungsenergie wird im Messpendel 20 bzw. im Ausgleichspendel 22, dort insbesondere im Masserad 76 gespeichert. Dies ermöglicht extrem hohe Drehraten, die im Ausführungsbeispiel bei bis zu 1.000°/s liegen können, ohne dass eine merkliche Winkelverschleppung auftritt. Die Dämpfung des Messpendels 20 wird durch den Kraftschluss zum Ausgleichspendel 22 bewirkt und wird wesentlich durch das Trägheitsmoment des Masserades 76 und dessen Rotationsgeschwindigkeit bestimmt. Beide Größen können durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Messpendel 20 und Masserad 76 beeinflusst werden. Dieses Übersetzungsverhältnis liegt beim Ausführungsbeispiel zwischen 2 und 4.
Demgegenüber zeigt 2 eine modifizierte, nämlich zusätzlich dissipativ gedämpfte Ausführungsform 10' des Neigungssensors 10 gemäß 1. Hier findet also nicht nur ein im Idealfall verlustfreier Energieaustausch zwischen den Pendeln 20 und 22 statt, sondern zusätzlich eine Umwandlung kinetischer und potentieller Energie vom Messpendel 20 und vom Ausgleichspendel 24 in Reibungswärme. In 2 sind entsprechende Elemente mit den Bezugszeichen der 1, jedoch unter Hinzufügung eines Apostrophs bezeichnet. Übersichtshalber sind nur die zur Erklärung notwendigen Elemente des Doppelpendels abgebildet.
Wie man deutlich aus 2 entnehmen kann, befindet sich ein kreisförmiger Innenumfang 80 des Pendelkörpers 30' in geringem radialem Abstand von einem ebenfalls kreisförmigen Außenumfang 82 des Masserades 76', so dass ein Ringspalt 84 entsteht. In dem Ringspalt 84 befindet sich ein viskoses Öl, beispielsweise ein Silikonöl. Dieses bewirkt über den fluidischen Formschluss zwischen dem Pendelkörper 30' und dem Masserad 76' mittels des Ringspaltes 84 eine fluidische innere Dämpfung des Messpendels 20 gegenüber dem Ausgleichspendel 22.
Im Ausführungsbeispiel kann zur Befüllung des Ringspalts 84 ein niederviskoses Fluid mit einer Viskosität von beispielsweise 0,5 bis 5 mm²/s verwendet werden, wenn der Ringspalt 84 beispielsweise 0,4 mm breit ist.
In praktischen Ausführungsbeispielen können alternativ alle beweglichen Elemente des Neigungssensors 10 innerhalb des Gehäuses 11 in einem Ölbad laufen.
Um eine möglichste geringe äußere Dämpfung des Messpendels 20 zum Gehäuse 11' zu erhalten, befindet sich die erste exzentrische Masse 36' vorzugsweise innerhalb des kreisförmigen Außenumfanges des Hohlrades 32'.
Anstelle oder zusätzlich zu einer fluidischen Dämpfung kann auch eine Reibungsdämpfung, eine Wirbelstromdämpfung oder dergleichen vorgesehen werden.
Bei Rotation des Masserades 76' entsteht in dem im Ringspalt 84 enthaltenen Fluid eine Ringströmung, die auch als Couette-Strömung bezeichnet wird. In der Regel verhält sich das Fluid wie eine Newton'sche Flüssigkeit mit geschwindigkeitsproportionaler Scherspannung. Bei geringer Geschwindigkeit der Ringströmung erfährt das Masserad 76' und damit der Pendelkörper 30' ein Dämpfungsmoment M_d nach der Beziehung: M_d = η(A/d)r₁ ²[(R + r)/r]d(φ₂ – φ₁)/dt wobei η die dynamische Viskosität des Fluids, A die fluidbenetzte wirksame Umfangsfläche des Masserades 76', also die wirksame Dämpfungsfläche, d die Breite des Ringspalts 84, r₁ der mittlere Radius des Ringspalts 84 und der Ausdruck (φ₂ – φ₁) die relative Winkelfunktion des Doppelpendels ist. Der Term in den eckigen Klammern beschreibt das Übersetzungsverhältnis des Masserades 76' relativ zum Hohlrad 32', um das die relative Winkelgeschwindigkeit des Masserades 76' gegenüber der Relativgeschwindigkeit des Ausgleichspendels 22 zum Messpendel 20 erhöht ist.
Die fluidische Dämpfung des Pendelkörpers 30' gegenüber dem Masserad 76' kann individuell eingestellt werden, beispielsweise aperiodisch oder überkritisch, indem die Größe der wirksamen Dämpfungsfläche und die Breite des Ringspalts entsprechend dimensioniert werden. Auf diese Weise können Resonanzrestüberhöhungen bis auf das Scheinlot bei statischer Beschleunigung reduziert werden, ohne dass eine Erhöhung der Viskosität η erforderlich wäre. Aufgrund des in M_d wirkenden Übersetzungsverhältnisses sind niedrige Viskositäten ausreichend, und die Dämpfung des Messpendels 20 zum Gehäuse 11 ist gering. Die Winkeltreue bleibt daher auch bei hohen Drehraten erhalten.
Die vorgesehene Fluiddämpfung bringt es mit sich, dass das Messpendel 20' und das Ausgleichspendel 22' einen Auftrieb in dem Fluid erfahren. Es ist daher darauf zu achten, dass das verdrängte Fluidvolumen einen solchen Volumenschwerpunkt aufweist, dass der Gesamtschwerpunkt des jeweiligen Pendelkörpers des Neigungssensors 10' unterhalb der Achse 12' verbleibt und das jeweilige Pendel somit nicht aufschwimmt, wenn sich der Neigungssensor 10' in der Gleichgewichtslage befindet. Der Auftrieb bewirkt dabei, dass die Lastkräfte in den Lagern der Pendel durch die Auftriebkräfte reduziert werden, wodurch die Lagerflächen entlastet werden.
Die Wirkungsweise des Neigungssensors 10 bzw. 10' ist wie folgt:
Die Anordnung von Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 soll bewirken, dass dieses Doppelpendel im Idealfall ein „Pendel in Ruhe” darstellt, das sich zu jedem Zeitpunkt und in allen Bewegungszuständen des mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objekts im Lot, also parallel zum Vektor der natürlichen Schwerkraft befindet. Aus dieser Ruhestellung soll die jeweilige Neigung des Gehäuses 11 relativ zum Lot und um die Achse 12 erfasst werden. Dieser Idealfall ist natürlich in der Praxis nicht gewährleistet, weil sich das Messpendel 20 und das Ausgleichspendel 22 infolge dynamischer Bewegungsvorgänge zumindest kurzzeitig aus dem Lot herausbewegen. Die Bewegung des Messpendels 20 stellt dann einen Fehler dar, den es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu minimieren gilt.
Die Winkelübertragungsfunktion α des Neigungssensors 10 ist charakterisiert durch die Beziehung: α = Φ – φ₁ [1] wobei Φ der zu erfassende Neigungswinkel des mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objektes relativ zum Lot und um die Achse 12 und φ₁ der momentane, vom Idealfall abweichende Ausschlag des Messpendels 20 ist. Wenn φ₁ = 0 ist, dann liegt der Idealfall vor, und die Winkelübertragungsfunktion α liefert direkt den Neigungswinkel Φ. Da der momentane Ausschlag φ₁, wie erwähnt, in der Praxis von Null verschieden und nicht bekannt ist, wird durch die bereits beschriebenen Dämpfungsmaßnahmen bewirkt, dass diese Größe zumindest so klein wie möglich gehalten wird, also das Messpendel 20 einen möglichst geringen Ausschlag φ₁ aufweist.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Doppelpendels 20, 22 wird nachstehend anhand einer Simulationsberechnung für die momentane Neigung φ₁ dargestellt:
Die Berechnung geht von einer Lagrange-Funktion L = T – V aus, wobei T die kinetische Energie und V die potentielle Energie des Gesamtsystems sind. Unter Anwendung der Lagrange'schen Bewegungsgleichungen 2. Art erhält man ein System gekoppelter Differentialgleichungen, mit denen die Winkelbewegungen des Doppelpendels beschrieben werden: J₁d²φ₁/dt² = Q₁ + J₁₂d²φ₂/dt² [2] J₂d²φ₂/dt² = Q₂ + J₁₂d²φ₁/dt² [3]
Dabei sind J₁ das gekoppelte Massenträgheitsmoment des Messpendels 20, J₂ das gekoppelte Massenträgheitsmoment des Ausgleichspendels 22, J₁₂ das Austauschmassenträgheitsmoment des Doppelpendels 20, 22, das die gegenseitige Kopplung und Wechselwirkung der Bewegungen der beiden Pendel 20 und 22 beschreibt und das im Ausführungsbeispiel 10 g mm² beträgt. φ₂ ist die momentane Neigung des Ausgleichspendels 22, Q₁ das Antriebsmoment des Messpendels 20, und Q₂ das Antriebsmoment des Ausgleichspendels 22.
Gleichung [2] beschreibt die Pendelschwingung φ₁ des Messpendels 20 und Gleichung [3] die Schwingung φ₂ des Ausgleichspendels 22.
Die Reibungs- und fluidischen Dämpfungsterme werden zwar auf der Basis eines Modells explizit berücksichtigt, sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die Antriebsmomente Q₁ und Q₂ sind gegeben durch: Q₁ = m₁s₁(a_zcosΦsinφ₁ – a_ycosφ₁) [4] Q₂ = [m₃s₃ + m'(R – r')](a_zcosΦsinφ₂ – a_ycosφ₂) [5]
Dabei sind a_y und a_z die von außen einwirkenden Beschleunigungskomponenten einschließlich der Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s²) in einem horizontierten Koordinatensystem, m₁ die Masse des Pendelkörpers 30, m₂ die Masse des Schleppankers 64, und m' die Masse des Planetenrades 70.
Die Trägheitsmomente sind gegeben durch J₁ = Θ₁ + Θ₃(R/r)² + Θ'(R/r')² [6] J₂ = Θ₂ + m'(R – r')² + Θ₃[(R + r)/r]² + Θ'[(R – r')/r']² [7] J₁₂ = Θ₃R(R + r)/r² + Θ'R(R – r')/r'² [8]
Das Getriebe des Doppelpendels 20, 22 und die dazu gehörigen Parameter sind in 3 schematisch dargestellt. Die Schwingungsresonanzfrequenzen sind allgemein definiert für kleine Pendelausschläge bzw. Neigungen φ₁ und φ₂ von Messpendel 20 bzw. Ausgleichspendel 22. In diesem Sinne ergeben sich die gekoppelten Eigenfrequenzen von Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 aus den Gleichungen [2] und [3] unter Verwendung der Gleichungen [4] und [5] zu f₁ = (1/2π)(m₁s₁g/J₁)^1/2 [9] f₂ = (1/2π)([m₂s₂ + m'(R – r')]g/J₂)^1/2 [10]
Die Dimensionierung des Doppelpendels 20, 22 kann gemäß den Gleichungen [2] bis [10] unter Berücksichtigung der oben in der Beschreibung angegebenen Regeln vorgenommen werden. Zur Überprüfung der Messfunktion α gemäß Gleichung [1] und des Pendelausschlags bzw. der Neigung φ₁ aus der mathematischen Lösung des gekoppelten Differentialgleichungssystems [2] und [3] werden die folgenden Messvorschriften eingeführt, die mit entsprechenden Labormessungen verifiziert werden können:

– Drehfrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird in sinusförmige Drehschwingungen um die Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Neigungswinkelamplitude wird der Messwinkel α in Abhängigkeit von der Drehfrequenz gemessen.
– Hysteresefrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird wiederum in sinusförmige Drehschwingungen um die Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Neigungswinkelamplitude wird die über eine Drehschwingungsperiode gemittelte Abweichung des Neigungssignals α vom tatsächlichen momentanen Neigungswinkel Φ als Hysteresewinkel in Abhängigkeit von der Drehfrequenz gemessen.
– Schwingfrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird nunmehr in sinusförmige Linearschwingungen quer zur Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Beschleunigungsamplitude wird der Pendelausschlag bzw. der Neigungswinkel φ₁ direkt mittels des Messwinkels α (wegen Φ = 0) in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz gemessen.
– Drehstoßreaktion: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird nunmehr kurzzeitigen halbsinusförmigen Stoßimpulsen quer zur Achse 12 gefolgt von einer 90°-Drehbewegung mittels eines Klappscharniers um die Achse 12 ausgesetzt. Dabei wird der Messwinkels α in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.

4 zeigt den Drehfrequenzgang für zwei Neigungssensoren, die im Frequenzbereich um 1 Hz tief abgestimmt sind. Der Verlauf a) zeigt den Drehfrequenzgang für einen Neigungssensor mit herkömmlichem Einfachpendel und der Verlauf b) den Drehfrequenzgang für einen Neigungssensor 10 mit erfindungsgemäßem Doppelpendel 20, 22. Wegen der nicht zu vermeidenden Lagerreibung erleidet das Einfachpendel gemäß a) bei einer Drehfrequenz von etwa 1 Hz einen völligen Empfindlichkeitsverlust, während das erfindungsgemäße Doppelpendel 20, 22 nur eine geringfügige Abnahme von maximal 10% zeigt.
5 zeigt in entsprechender Weise mit Verläufen a) und b) den Hysteresefrequenzgang für einen herkömmlichen und einen erfindungsgemäßen Neigungssensor. Hier ist der Hysteresewinkel im Bereich der Resonanzfrequenz für den erfindungsgemäßen Neigungssensor signifikant kleiner.
6 zeigt den Schwingfrequenzgang, ebenfalls mit Verläufen a) und b) für einen herkömmlichen und einen erfindungsgemäßen Neigungssensor. Hier zeigt sich für den erfindungsgemäßen Neigungssensor im Vergleich zum herkömmlichen Neigungssensor ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten im Bereich der Resonanzfrequenz.
Die 7 bis 9 zeigen analog zu den 4 bis 6 die entsprechenden Frequenzgänge des erfindungsgemäßen Neigungssensors 10 mit Doppelpendel 20, 22, jedoch mit fluidischer Dämpfung gemäß 2 und aperiodisch eingestelltem Dämpfungsverhalten. Die Abnahme der Messempfindlichkeit im Drehfrequenzgang der 7 reduziert sich auf unter 7% und der Hysteresewinkel in 8 kann unter 1° gehalten werden. Der Schwingfrequenzgang in 9 verläuft quasi resonanzfrei unterhalb des Scheinlotwinkels von 26,6°, der sich als Folge der im Versuch eingestellten Lateralbeschleunigung von 0,5 g ergibt.
10 zeigt die Drehstoßreaktion des erfindungsgemäßen Neigungssensors 10. Der Zeitverlauf des Winkelsignals α ist wegen des vorgelagerten halbsinusförmigen Stoßimpulses sogar steiler als die Kippfunktion des Klappscharniers Φ. Dies ist ein durchaus willkommener Effekt, um einen Überschlag eines Kraftfahrzeugs zu detektieren, damit die Gefahrensituation sicher zu erkennen und entsprechende Insassen-Sicherheitseinrichtungen rechtzeitig auszulösen.
Bezugszeichenliste

10: Neigungssensor
11, 11': Gehäuse
12: Achse
14a, b: Lagerbuchsen
16: Lagerzapfen
18: Lagerwelle
20: Messpendel
22: Ausgleichspendel
24: Winkelmesseinrichtung
30, 30': Pendelkörper
32, 32': Hohlrad
34: Innenverzahnung
36, 26': erste exzentrische Masse
38: radiale Wand
40: Ringflansch
44: permanentmagnetisches Drehgeberelement
46: Fluxring
48: ringförmiger Permanentmagnet
54: gehäusefester Sensor
56: Leiterplatte, Elektronik
58: magnetfeldempfindliches Sensorelement
59: magnetische Feldlinien
60: Pfeil
62: Anschlüsse
64: Schleppanker
66: Nabe
68: zweite exzentrische Masse
70: Planetenrad
72: Achse
74: Sonnenrad
76, 76': Masserad
80: Innenumfang von 30'
82: Außenumfang von 76'
84: Ringspalt
A: Umfangsfläche des Pendelkörpers 30
ay, az: von außen einwirkende Beschleunigungskomponente
d: Breite des Ringspalts 84
d1: Durchmesser der Lagerzapfen 16
d2: Durchmesser der Lagerwelle 18
f1: Eigenfrequenz des Messpendels 20
f2: Eigenfrequenz des Ausgleichspendels 22
J1: gekoppeltes Massenträgheitsmoment des Messpendels 20
J2: gekoppeltes Massenträgheitsmoment des Ausgleichspendels 22
J12: Austauschmassenträgheitsmoment des Doppelpendels
m1: Masse des Pendelkörpers 30 + 44
m2: Masse des Schleppankers 64 + 70 + 72
m3: Masse des Masserades 74 + 76
m': Masse des Planetenrades 70
Md: Dämpfungsmoment
Q1: Antriebsmoment des Messpendels 20
Q2: Antriebsmoment des Ausgleichspendels 22
R: Wälzkreisradius des Hohlrades 32
r: Wälzkreisradius des Sonnenrades 74
r': Wälzkreisradius des Planetenrades 70
r1: mittlerer Radius des Ringspalts 84
s1: Abstand des Massenschwerpunkts des Pendelkörpers 30 von der Achse 12
s2: Abstand des Massenschwerpunkts des Schleppankers 64 von der Achse 12
t: Zeit
T: kinetische Energie
V: potentielle Energie
α: Messwinkel
α1: Lagerreibungswinkel
α2: Schleppwinkel
η: dynamische Viskosität
Φ: Momentaner Neigungswinkel eines mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objekts
φ1: momentane Neigung des Messpendels 20
φ2: momentane Neigung des Ausgleichspendels 22
Θ1: Massenträgheitsmoment des Pendelkörpers 30 + 44
Θ2: Massenträgheitsmoment des Schleppankers 64
Θ3: Massenträgheitsmoment des Masserades 74 + 76
Θ': Massenträgheitsmoment des Planetenrades 70

Claims

Neigungssensor mit einem um eine Achse (12) in einem Gehäuse (11) drehbaren Messpendel (20), mit einer Winkelmesseinrichtung (24) zum Erfassen der Drehbewegung des Messpendels (20) um die Achse (12) und mit einem um die Achse (12) drehbaren, massebehafteten Element, dessen Drehbewegung mit der Drehbewegung des Messpendels (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Ausgleichspendel (22) ist, und dass das Ausgleichspendel (22) mit dem Messpendel (20) über ein Getriebe (32, 70, 74) verbunden ist.
Neigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Planetengetriebe (32, 70, 74) ist.
Neigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messpendel (20) mit einem Hohlrad (32) versehen ist, dass das Ausgleichspendel (22) ein Planetenrad (70) aufweist, und dass das Planetenrad (70) auf einem um die Achse (12) drehbaren Steg drehbar gelagert ist und einerseits mit dem Hohlrad (32) und andererseits mit einem um die Achse (12) drehbaren Masserad (76) kämmt.
Neigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg einen um die Achse (12) drehbaren Schleppanker (64) mit exzentrisch angeordneter Masse (68) aufweist.
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (24) ein mit dem Messpendel (20) verbundenes Geberelement (44) sowie ein mit dem Gehäuse (11) verbundenes Sensorelement (54) aufweist.
Neigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (44) ein magnetisches Element und das Sensorelement (54) ein magnetfeldempfindliches Sensorelement ist.
Neigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (44) einen Fluxring (46) als äußere, ringförmige, weichmagnetische Abschirmung und einen inneren, ringförmigen Permanentmagneten (48) aufweist.
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messpendel (20) und dem Ausgleichspendel (22) eine dämpfende Lagerung vorgesehen ist.
Neigungssensor nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dämpfende Lagerung wesentlich über das rotierende Masserad (76) bewerkstelligt wird.
Neigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfende Lagerung als Reiblagerung ausgebildet ist.
Neigungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfende Lagerung als fluidische Lagerung (80–84) ausgebildet ist.
Neigungssensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Lagerung (80–84) als mit einem viskosen Fluid befüllter Ringspalt (84) zwischen zwei rotierenden Körpern ausgebildet ist.
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenschwerpunkt (s₁) des Messpendels (20) näher an der Achse (12) liegt als ein Massenschwerpunkt (s₂) des Ausgleichspendels (22).
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schleppwinkel (α₂) des Schleppankers (64) kleiner ist als ein Lagerreibungswinkel (α₁) des Messpendels (20).
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der gekoppelten Eigenfrequenzen (f₂/f₁) von Ausgleichspendel (22) und Messpendel (20) im Bereich zwischen 3 und 5 liegt.
Neigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zwischen Messpendel (20) und Masserad (76) ein Übersetzungsverhältnis zwischen 2 und 4 aufweist.