DE1074898B - Beschleumgungs-Fuhlvornchtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf beschleunigungsempfindliche Einrichtungen und besonders auf solche Einrichtungen, die billig herstellbar sind und die sich durch ihr genaues und wiederholbares Ansprechen über einen weiten Bereich von Vibrationsfrequenzen und ßeschleunigungswerten auszeichnen.

Es hat lange Zeit ein Mangel an zuverlässigen Einrichtungen bestanden, die auf Beschleunigung ansprechen und eine mechanische Leistung abgeben, die geeignet ist, die Beschleunigung zu messen und Schalter oder andere Regelgeräte zu betätigen. Im besonderen werden im Anwendungsbereich von Turbinen, Kompressoren, Strahlantrieben, automatischen Werkzeugmaschinen und ähnlichen Anlagen automatische Mittel zur Betätigung eines Warnsystems oder zum Stillsetzen der Maschine gefordert, wenn zu hohe Vibrationen auftreten. Dieses Problem ist von besonderer Bedeutung, wenn nicht überwachte Maschinen von hohem Wert vorhanden sind. Das Ausbleiben einer Anzeige beim Zunehmen der Vibrationen verursacht vielfach hohe Kosten, Schäden oder sogar Verluste an Menschenleben. Ein Beispiel für letzteres ist die Anzeige zu starker Schwingungen bei Strahlantrieben in Flugzeugen während des Fluges.

Es wurden bereits verschiedene Systeme, die auf Beschleunigung ansprechen, vorgeschlagen. Die am weistesten verbreiteten Anordnungen bedienen sich einer Art von Empfänger oder Umwandler, bei denen die Vibrationsgeschwindigkeit oder Beschleunigung kontinuierlich erfaßt wird, ferner eines Verstärkers mit hohem Verstärkungsgrad und eines Relais oder einer sonstigen Anzeige- oder Aufzeichnungseinrichtung. Solche Einrichtungen sind kompliziert, sehr teuer und erfordern häufig mehr Wartung als die Anlage selbst, die sie schützen sollen. Geschwindigkeitsund Beschleunigungsfühler zur Messung von Vibrationen erfordern alle ein bestimmtes Maß von Relativbewegung zwischen dem Instrumentengehäuse und einer Masse oder einem Beharrungselement für ihr Funktionieren. Diese Forderung legt strenge Beschränkungen in bezug auf den Frequenzgang und begrenzt die Energieabgabe, so daß eine hohe Verstärkung der elektrischen Signale erforderlich ist. Solche Einschränkungen erscheinen bei der Anwendung in der Forschung unvermeidlich, wo die ganze Wellenform der Vibration von Interesse ist: sie beschränken aber die Anwendung solcher Einrichtungen bei der industriellen Verwendung.

Diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden durch eine Beschleunigungs-Fühlvorrichtung vermieden, die eine gegenüber einem Träger bewegbare und in ihrer Bewegung auf nur einen Freiheitsgrad beschränkte Masse aufweist, welche mit einem am Träger befestigten Magnet eine magnetische Kupplung

Beschleunigungs-Fühlvorrichtung

Anmelder:

Robertshaw-Fulton Controls Company,
Richmond, Va. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Edward Victor Hardway jun., Houston, Tex. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

bildet, durch die eine Bewegung der bewegbaren Masse relativ zum Träger so lange verhindert wird, als der magnetische Kreis der Kupplung geschlossen ist, und die eine Spannvorrichtung aufweist, die auf die Masse eine einstellbare Vorspannkraft entgegen der auf die Masse von dem Kupplungsmagnet ausgeübten magnetischen Haftkraft ausübt. Gemäß der Erfindung weist die aus ferromagnetischem Material bestehende Masse ebenso wie der Kupplungsmagnet Kontaktflächen auf, die satt aufeinander aufliegen, sobald der magnetische Kreis der Kupplung geschlossen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, auf Beschleunigung ansprechende Einrichtung für die Anwendung in der Vibrationsmessung und bei Schutzeinrichtungen vorzusehen, welche sowohl auf eine langsam veränderliche Beschleunigung als auch auf stoßweise mit hoher Frequenz auftretende Beschleunigungen in einer vorausbestimmten genauen und wiederholbaren Art und Weise über einen weiten Bereich anspricht.

Eine andere Aufgabe besteht darin, eine auf Beschleunigung ansprechende und geringe Kosten verursachende Einrichtung zu schaffen, die die Verwendung von Verstärkern, speziellen Kraftantrieben oder anderen teuren Hilfseinrichtungen, die einer dauernden Wartung bedürfen, nicht erfordert.

Eine weitere Aufgabe ist es, auf Beschleunigung ansprechende Mittel vorzusehen, die geeignet sind, direkt elektrische Schalter, Schütze, Ventile, sichtbare oder akustische Signale und ähnliches zu betätigen.

Im allgemeinen enthalten die auf Beschleunigung ansprechenden Einrichtungen gemäß der Erfindung einen Träger, beispielsweise ein Gehäuse, ein Beharrungsglied und eine magnetische Anordnung, die einen Permanentmagneten und einen magnetisch weichen Körper(oder einen zweiten Permanentmagneten) enthält.

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Die magnetische Anordnung kann auch als »magnetische Koppelung« bezeichnet werden, d. h. als eine Anordnung von zwei oder mehreren Teilen, zwischen denen ein magnetisches Feld wirkt. Ein Element der Anordnung ist starr an dem Beharrungsglied und das andere Element am tragenden Teil befestigt. Das Beharrungsglied ist am tragenden Teil durch Mittel befestigt, die mit der magnetischen Kopplungsanordnung zusammenwirken, um anfänglich das Beharrungsglied gegen jede relativ zum Tragglied erfolgende Bewegung festzuhalten, wenn die magnetische Anordnung geschlossen wird. Dieses Befestigungsmittel bestimmt genau die relative Stellung, in der die Elemente des magnetischen Kreises eingreifen und beschränkt das ßeharrungsglied auf einen einzigen Freiheitsgrad relativ zu dem Tragglied, wenn die magnetische Anordnung abgeschaltet wird. Eine einstellbare Einrichtung ist vorgesehen, um für das Beharrungsglied eine Gegenkraft in einem die Magnetkupplung lösenden Sinne zu schaffen.

Wenn die Magnetanordnung geschlossen wird, ist das Beharrungsglied gezwungen, sich mit dem Tragglied zu bewegen und ist somit derselben Beschleunigung unterworfen wie das Tragglied ohne Rücksicht auf die Frequenz- oder Amplitudenänderung einer solchen Beschleunigung. Die Einstellung der verstellbaren Gegenkraft bestimmt den genauen Beschleunigungspegel, der eine Abschaltung der magnetischen Anordnung bewirken wird. In der Xähe des Ansprechpunktes sind die auftretenden Kräfte im Gleichgewicht, und alle Komponenten der Einrichtung einschließlich des Beharrungsgliedes und des Traggliedes führen als eine starre Einheit Bewegungen aus. Das Auftreten des vorbestimmten Beschleunigungspegels durch Einstellung der Gegenkraft bewirkt, daß die Trägheitsund Gegenkräfte die zurückhaltende Kraft der magnetischen Anordnung überwinden, so daß ein kleiner Spalt oder ein Anwachsen des Spaltes im Weg des magnetischen Kraftflusses auftritt, der umgekehrt eine Gleichgewichtsstörung der Kräfte hervorruft, die das Beharrungsglied beeinflussen und ein Trennen der magnetischen Anordnung bewirken. Durch ein derartiges Trennen wird die ziemlich große Energie, die von der die Gegenkraft liefernden Einrichtung zur Verfügung gestellt wird, freigegeben und kann dazu benutzt werden, einen Schalter oder eine ähnliche Einrichtung zu betätigen.

Besondere Aufmerksamkeit muß der Aufrechterhaltung des ganzen Aufbaues als einer starren Einheit geschenkt werden, bis das gewünschte Beschleunigungsniveau erreicht ist. Die Befestigungsmittel für das Beharrungsglied und die magnetische Anordnung sind so beschaffen, daß sie nach jeder Betätigung genau gleichen Bedingungen für die magnetische Anordnung gewährleisten, so daß keine Änderung in der Größe der zurückhaltenden Kraft der magnetischen Anordnung während der Schließstellung oder zwischen aufeinanderfolgenden Schließungen erfolgt. Die Befestigungsmittel sollen so ausgeführt sein, daß sie lediglich einen Freiheitsgrad des Beharrungsgliedes für die Bewegung in der Nähe des Eingriffspunktes der magnetischen Koppelung gewähren und in einer solchen Richtung wirken, daß sie die magnetische Koppelung öffnen oder schließen. Sie sollen möglichst keine Bewegung in irgendeiner anderen Richtung zulassen. Die Nachgiebigkeit der Halterung der Befestigungsmittel, der magnetischen Teile und des Beharrungsgliedes soll möglichst gering sein, um vibrationsartige Resonanz im gewünschten Frequenzbereich oder Änderungen in der Empfindlichkeit, die von Verbiegungen herrühren, zu vermeiden. Es wurde gefunden, daß sich bei Einhaltung dieser Forderungen genaue Ergebnisse über einen weiten Frequenzbereich unter Verwendung relativ billiger Mittel erzielen lassen und daß die Einstellung der Gegenkraft geeicht werden kann, um eine quantitative Auswahl des Beschleunigungspegels zur Beaufschlagung der Einrichtung zu ermöglichen oder quantitativ die Höhe einer unbekannten Beschleunigung zu bestimmen.

ίο Um die Erfindung im einzelnen näher zu erläutern, wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 stellt eine Seitenansicht, teilweise im senkrechten Schnitt eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung dar;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Beharrungsgliedes und seiner Befestigungsmittel, wie sie in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Einrichtung nach Fig. 1 im kleineren Maßstab, und

Fig. 5 zeigt eine Teilansicht im vertikalen Schnitt einer abgeänderten Ausführungsform bestimmter Teile der Vorrichtung nach Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, enthält eine Grundplatte 101, an der ein Träger, der eine Grundplatte 102 und seitliche Abschlußplatten 103 und 104 enthält, befestigt ist. Das Beharrungsglied nach diesem Ausführungsbeispiel enthält ein Element 105, das aus magnetisch weichem Material besteht und eine verhältnismäßig große Masse hat. Die Masse 105 ist auf Verbindungsmittel, die aus zwei parallelen Stiften 106 und 107 bestehen, aufgesteckt und starr an ihnen befestigt.

Das Beharrungsglied hat ein im wesentlichen reibungsfreies Gelenk, das eine flache Blattfeder 109 enthält, an deren entgegengesetzten Seiten Abstandsstücke 108 und 110 starr befestigt sind; die Abstandsstücke sind gegeneinander versetzt, und ihre benachbarten Ecken sind aufeinander ausgerichtet. Die entgegengesetzten Ecken der Abstandsstücke 108 und 110 überlappen sich ein wenig, wie dargestellt, und die Ecke des Stückes 108, die dem Stück 110 am nächsten liegt, ist abgerundet, wie bei 111 gezeigt, um die Schwenkbewegung relativ zur Feder 109 zu ermöglichen. Die Stifte 106 und 107 gehen durch das obere Abstandsstück 108 hindurch und sind fest mit ihm verbunden, so daß das Stück 108 mit zum Beharrungsglied gehört. Das untere Stück 110 ist, wie dargestellt, fest mit der Grundplatte 102 verschraubt.

Unter dem Element 105 ist ein Permanentmagnet 112, der mit der Masse 105 zusammen die magnetische Anordnung oder Koppelung bildet, mit den Polflächen nach oben starr an der Grundplatte 102 befestigt. Ein zweiter Permanentmagnet 113 über dem Element 105 ist mit seinen Polflächen gegen diesen gerichtet und starr an einem Bügel 114 befestigt, der mit seinem einen Ende am senkrechten Teil 104 und mit seinem anderen Ende an einem Stift 115 verschraubt ist, der sich von der Grundplatte 102 nach oben erstreckt. Das Beharrungsglied 105 ist in einer im wesentlichen rechtwinklig zur Grundplatte 101 liegenden Ebene zwischen den Magneten 112 und 113 frei beweglich, jedoch unbeweglich in jeder anderen Richtung.

Mit der oberen Seite des Befestigungsstückes 108 ist eine im wesentlichen starre Metallplatte 116 fest verbunden, die eine nach vorn ragende Zunge 117 und eine nach hinten ragende Zunge 118 besitzt. Der Vorsprung 117 wirkt auf die Spitze des auf und ab bewegbaren Stiftes 119 eines Schnappschalters 120 üb-

lieber Ausführungsform ein. Der Schalter 120 ist /.wischen den Stiften 106 und 107 mittels eines U-förmigen Bügels 121. der mit der Platte 102 verschraubt ist, befestigt.

Das bewegliche System der Vorrichtung erhält durch eine Spiralfeder 122, deren unteres Ende starr, beispielsweise durch Löten, an der Zunge 118 befestigt ist, eine Vorspannung. Die Feder 122 besteht vorzugsweise aus sehr hartem Beryllium, Kupferdraht oder einem Draht aus entsprechend gutem Federmaterial, der hauptsächlich frei von Ermüdung und Hysteresis innerhalb des Arbeitsbereiches der Feder ist. Das obere Ende der Feder 122 ist starr an einer Kalotte 123 befestigt, in der das freie Ende einer Justierschraube 124 gelagert ist. Die Einstellschraube ist in eine geeignete Gegenmutter 125 eingeführt, die starr an einem Bügel 126 befestigt ist, der am aufrechten Teil 103 angebracht ist. Eine Filzscheibe 127 ist zwischen der Oberfläche des Bügels 126 und dem Deckel 128 des Gehäuses, das den wirksamen Mechanismus der Anordnung enthält, eingesetzt. Das herausragende Ende der Einstellschraube 124 ist mit einem Einstellknopf 129 versehen, der nach Fig. 4 einen Schlitz zum Ansetzen eines Schraubenziehers und eine geeignete Stellmarke für das Zusammenwirken mit einer geeichten Skalenscheibe 130 enthält.

Wenn das Beharrungsglied 105 an den Polflächen des Permanentmagneten 112 anliegt, kann der Knopf 129 gedreht werden, um die Spannung der Feder 122 einzustellen, wodurch eine nach unten auf die Zunge 118 gerichtete Kraft ausgeübt und das Abstandsstück 108 hin- und herbewegt wird, um die Feder 109 in einem solchen Sinne zu spannen, daß sie das Beharrungsglied von dem Magneten 112 auf den Magneten 113 zu bewegen möchte. Beim Einwirken einer bestimmten Beschleunigung auf das Gehäuse, die durch Einstellen der Spannung der Feder 122 veränderlich ist, löst sich das magnetische Beharrungsglied 105 vom Magneten 112 und schwenkt nach oben in die Kontaktstellung mit dem Sperrmagneten 113. Eine solche Drehbewegung bewirkt eine Betätigung des Schalters 120 durch den Druck, der von dem Betätigungselement 119 durch die Zunge 117 der Platte 116 hervorgerufen wird. Da die Feder 122 nunmehr die Kraft des Magneten 113 unterstützt, kann die Vorrichtung nicht weiter betätigt werden.

Um die Vorrichtung durch Schwenken des Beharrungsgliedes nach unten gegen den Magneten 112 zurückzustellen und die Magnetanordnung wieder einzuschalten, ist ein auf und ab beweglicher Stößel 131 vorgesehen, der einen Bund 132 aufweist, gegen den eine Spiralfeder 133 drückt, die am Bügel 114 befestigt ist. Die Feder 133 bewegt normalerweise den Stößel 131 nach oben, so daß das obere Ende, wie angezeigt, aus dem Gehäuse herausragt. Wird entgegen der Kraft der Feder 133 ein Druck ausgeübt, so betätigt das untere Ende des Stößels 131 das Beharrungsglied 105, um dieses nach abwärts zu bewegen und in Eingriff mit dem Magneten 112 zu bringen. Um die öffnung im Gehäuse 128, die den Stößel aufnimmt, abzudichten, ist ein Filzring 134 vorgesehen. Ein Bügel 135 dient dazu, den Filzring 134 in seiner Lage festzuhalten, als Anschlag für den Bund 132 zu wirken und das innere Ende des elektrischen Kabels 136 festzuhalten. Die Leitungen des Kabels 136 sind zum Schalter 120 geführt und in der üblichen Weise mit ihm verbunden.

Es ist wesentlich, daß alle Befestigungen und Verbindungen im Apparat starr ausgeführt werden, so daß die Teile gegen jede andere Bewegung als die in einem einzigen Freiheitsgrad, der für die Bewegung des Beharrungsgliedes vorgesehen ist, festgehalten werden. So sind die Stifte 106 und 107 an den Elementen 105 und 108 gesichert, die Enden der Stifte gehen vollständig durch genau passende Bohrungen hindurch und sind dann aufgeweitet. Ähnlich sind Abstandsstücke 108 und 110 mittels Eisenschrauben oder an der Blattfeder 109 befestigt; die Blattfeder ist am ganzen Umfang an den entsprechenden Oberflächen der Ab-Standsstücke angelötet. Beide Enden der Feder 122 sind an die Teile 118 und 123 entsprechend angelötet, so daß die Feder nicht seitlich ausweichen kann. Die Teile 101, 102 und 128 sind durch eng aneinandergereihte Schrauben unbeweglich befestigt. Wenn die Vorrichtung in dieser Weise gebaut wird und das Beharrungsglied 105 im Eingriff mit dem Magneten 112 steht, wird jede Beschleunigung, die auf das Gehäuse einwirkt, dem Beharrungsglied mitgeteilt; das Beharrungsglied ist frei von vorübergehenden Vibrationsbewegungen, die sich aus einer Bewegung anderer Teile innerhalb des Gehäuses ergeben können. Das Befestigungsmittel für das Beharrungsglied besteht aus den Abstandsstücken 108 und 110 und der Blattfeder 109 und stellt eine im wesentlichen reibungslose drehbare Lagerung dar, die das Beharrungsglied in seiner Bewegung relativ zum Träger auf einen Freiheitsgrad beschränkt, wobei die Bewegung im wesentlichen senkrecht zu den Magnetpolflächen erfolgt. Da die entgegengesetzten Enden der Abstandsstücke 108 und 110 sich überlappen und da die Vorspannfeder 122 in einer solchen Richtung wirkt, daß sie die Teile 108 und 110 einander nähert, ist diese Befestigungsart frei von jeder Gefahr einer Verlagerung bei verschiedenen Drücken, die sich aus der Einstellung der Vorrichtung ergeben. Die Blattfeder 109 ist nur in der waagerechten Ebene, die im wesentlichen auf ihren größeren Flächen senkrecht steht, elastisch, aber sonst unelastisch.

Ein auf Schwingungen ansprechender Schalter, der entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgeführt war, wurde in einem Vibrationseichgerät getestet, wobei der Schalter so eingestellt war, daß er bei 1,0 g ansprach und wobei die Betätigung des Schalters bei verschiedenen Frequenzen von 25 bis 200 Hertz erzielt wurde.

Die Versuche ergaben folgende Ergebnisse:

Frequenz (Hertz)	Beschleunigung im Betätigungspunkt (g)
25 50 100 200	0,97 1,00 1,00 1,00

Die Ergebnisse lassen erkennen, daß die Vorrichtung innerhalb des gewählten Frequenzbereiches einen im wesentlichen flachen Verlauf der Kurve aufweist.

Es wurde gefunden, daß eine starke Hemmung des beweglichen Systems der Vorrichtung, ausgenommen in dem einen Freiheitsgrad der Bewegung, die für ein Trennen der magnetischen Anordnung erforderlich ist, wesentlich ist, wenn ein derartig flacher Kurvenverlauf erhalten werden soll.

Das Element 105 ist vorzugsweise aus Eisen, ist eben geschliffen und mit einem dünnen Überzug aus weichem Metall, vorzugsweise Silber, versehen. Voider endgültigen Montage werden die Kontaktflächen zwischen dem Beharrungsglied 105 und dem Magnet

112 dadurch etwas abgenutzt, daß ein leichter Flächenkontakt und Vibrationen ziemlich hoher Frequenz erzeugt werden, um kontinuierliche Prellschläge zu erzielen. Auf diese Weise werden die flachen zusammengehörigen Flächen des paramagnetischen Körpers und des Magneten möglichst gut aufeinander passend ausgebildet, so daß bei jedem Schließen der magnetischen Einrichtung dieselbe magnetische Kraft erhalten wird. Wie weiter oben ausgeführt, ist es sehr wünschenswert, alle Staubteilchen und ähnliches von einem möglichen Kontakt mit der magnetischen Einrichtung fernzuhalten. Zu diesem Zweck werden Filzringe 127 und 134 angebracht, die das Eindringen von Staub und ähnlichen Fremdkörpern in das Gehäuse 128 verhindern. Das Gehäuse umschließt eng die Teile 102, 103 und 104 und ist an ihnen durch eng aneinandergesetzte Schrauben (nicht gezeichnet) befestigt, so daß sich ein luftdichter Abschluß zwischen dem Gehäuse und den vorgenannten Teilen erzielen läßt.

Die auf Beschleunigung ansprechenden Einrichtungen können in Übereinstimmung mit den Fig. 1 bis 4 so gebaut werden, daß sie einen großen Ansprechbereich besitzen. So ist es beispielsweise möglich, ein wiederholbares genaues Ansprechen schon bei einer Beschleunigung von 0,1 g zu erhalten, \ersuche wurden an derartigen Einrichtungen bei 0,5 g und 300 Hertz durchgeführt, bei denen eine genaue Betätigung bei einer Vibrationsamplitude von 12,5 · 10" cm erhalten wurde.

In vorstehendem wurde die Kontrolleinrichtung in Form eines üblichen Schnappschalters dargestellt, es ist aber ohne weiteres möglich, solche Einrichtungen durch ein bekanntes hydraulisches Ventil oder einen anderen geeigneten Mechanismus in Zusammenhang mit dem Zweck der besonderen Verwendung zu ersetzen.

Die Erfindung ist ebenfalls geeignet für die Verwendung als Maximumbeschleunigungsmesser entweder in der gezeigten Form oder in der einfacheren Form ohne den Schalter 120, wobei die Wirkung dieselbe wie in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben ist. In den meisten Anwendungsfällen dient der Schlag, der durch den Aufprall des Beharrungsgliedes 105 auf dem Magneten 113 deutlich hörbar ist, al.- Anzeige dafür, daß die vorbestimmte Beschleunigung erreicht ist. Dort wo es nicht wünschenswert ist, von dem Geräusch durch die Betätigung der Einrichtung abhängig zu sein, kann das Gehäuse 128 mit einem Fenster versehen sein, um so eine Beobachtung des ßdharrungsgliedes zu ermöglichen.

Eine andere Ans führung;-form der Vorrichtung, die zur Beschleunigungsmessung bei gegebener Frequenz gebaut wurde, ist in Fig. 5 gezeigt. Hier sind die Grundplatte 201, der Träger 202 und das Element 204, der Stift 207. das Beharrungsglied 205, die Magnete 212 und 213 und das Gehäuse in derselben Weise wie die entsprechenden Teile in Fig. 1 bis 4 konstruiert und angeordnet, wobei der Teil der Vorrichtung, der in Fig. 5 nicht sichtbar ist. in Übereinstimmmung mit den Fig. 1 bis 4 gebaut ist. Das Beharrungsglied 205 ist am Ende mit einem Schlitz versehen, in dem eine Blattfeder 205 σ befestigt ist, das andere Ende der Feder ist an der zusätzlichen Masse 205 & befestigt. Die Feder 205« und die zusätzliche Masse 205 b stellen ein Resonanzsystem zur \^erstärkung der Kraft dar, die von dem Beharrungsglied durch Vibrationsbeschleunigung nahe der Resonanzfrequenz erzeugt wird.

Wenn die ferromagnetische Masse 205 an dem Haltemagneten 212 anliegt, wird die Vorspannung so eingestellt, daß eine gegebene Beschleunigungsgröße zur Betätigung der Vorrichtung ausreicht. Das Resonanzsystem, das aus der Feder 205 α und der Hilfsmasse 2056 besteht, macht die Vorrichtung für das Ansprechen auf Vibrationsbeschleunigung bei Frequenzen, die von der Resonanzfrequenz verschieden sind, unempfindlich. Beim Eintreten der vorbestimmten Beschleunigung bei Resonanzfrequenz sind die Kräfte, die auf das Beharrungsglied einwirken, in

ίο einem solchen Sinne aus dem Gleichgewicht gekommen, daß sie die Masse 205 nach oben bewegen, der magnetische Kreis, der die Masse 205 und den Magneten 212 enthält, getrennt wird und die Kraft des vorspannenden Mittels, z. B. der Feder 122 (Fig. 1), in dem Sinne wirkt, daß sie das Beharrungsglied nach oben bewegt und die Masse 205 in Eingriff mit dem Ausschlagmagneten 213 bringt.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Bewegung des Beharrungsgliedes um das Gelenk zwischen den Ab-Standsstücken J.IO und 111 eine Winkelbewegung und keine lineare Bewegung ist. Da jedoch die gesamte Winkelbewegung klein ist, können die die Empfindlichkeit der Vorrichtung beeinflussenden Größen, nämlich die an der Grundplatte angreifende Masse, Kräfte und Übersetzungsverhältnisse auf linearer Basis berechnet werden. Die Vorrichtung nach Fig. 1 spricht auf die resultierende senkrecht nach unten gerichtete Beschleunigung an einem Punkt rechts (wie gezeigt) von dem Gelenk und in einer Entfernung von dem Gelenk, die dem Radius der Drehbewegung entspricht, an. Wenn der größte Teil der Masse des Bcharrungsgliedes in dem Element 105 vereinigt ist, wird dieser Punkt nahe an dem Schwerpunkt des Elements 105 liegen. Wird die Masse des Hebels 118 vergrößert und die Masse des Gliedes 105 so weit verringert, daß das Beharrungsglied dadurch sich im Gleichgewicht befindet, so kann der Schwerpunkt so gelegt werden, daß er mit der Gelenkachse zusammenfällt und die Vorrichtung nicht mehr auf lineare Beschleunigung anspricht. Sie kann dann als Winkelbeschleunigungsmesser, der nur auf die Winkelbeschleunigung über das Gelenk anspricht, verwendet werden, wobei die Empfindlichkeit vom Trägheitsmoment des Beharrungsgliedes abhängt.

Wenn die Vorrichtung in irgendeiner gegebenen Orientierung an einer Maschine befestigt wird, wird die Schwerkraftkomponente, die mit der Beschleunigung zusammenfällt (während die Maschine nicht läuft), dadurch ausgeglichen, daß die einstellbare Gegenkraft, bei der die Vorrichtung anspricht, eingestellt wird, während die Vorrichtung keinen Vibrationen unterworfen ist. Von dieser Xullpunktslage aus werden die Messungen für die Vibrationsbeschleunigung vorgenommen. Die Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung auf die Schwerkraft oder das Ansprechen bei Nullfrequenz ergibt einen zusätzlichen Vorteil, wenn die Vorrichtung für solche Zwecke benutzt wird, \vie z. B.. wenn ein Flugzeug während des Fluges eine vorbestimmte zulässige Beanspruchung überschreitet. Die Empfindlichkeit bezüglich der Schwerkraft erlaubt eine genaue Eichung der Einstellvorrichtung durch Feststellen der Differenz in den Einstellungen der Einstellvorrichtung, die notwendig sind, wenn die \^rorrichtung mit vertikaler Grundebene (das ist die Ebene, an der die Platte 101 liegt) oder mit horizontaler Grundebene betätigt wird, wobei diese Differenz einer Beschleunigung von 1 g entspricht. Hierbei ist die Beschleunigung in Gramm als lineare Beschleunigung dividiert durch die Beschleunigung der Schwerkraft definiert.

Die Vorspanneinrichtung, die die Feder 122 (Fig. 1) enthält, dient dazu, sowohl die Haltekraft der Magnetanordnung als auch das Gewicht des Beharrungsgliedes zu überwinden. Für eine gegebene maximale Vibrationsbeschleunigung ist die Empfindlichkeit der Einstellvorrichtung von der Hebelübersetzung, der Anzahl der Umdrehungen pro Längeneinheit der Schraube 124, der wirksamen Masse des Beharrungsgliedes einschließlich des Elements 105 und der Federkonstante der Feder 122 in kg/cm² abhängig. Die Haltekraft der magnetischen Anordnung beeinflußt nur die Nulleinstellung und die Federenergie, die verfügbar ist, um das Beharrungsglied zu bewegen und den den Schalter auslösenden Stift 119 zu betätigen, wenn der Magnetkreis geöffnet wird. Die Federkonstaute und die Empfindlichkeit der Schraubeneinstellung sind auf diese Weise für die jeweils gegebene Masse des Beharrungsgliedes festgelegt. Die Empfindlichkeit der Einstellvorrichtung wird von der Haltekraft der Magnetanordnung nicht beeinflußt.

Ju einer Vorrichtung, die in Übereinstimmung mit Fig. 1 gebaut wurde, bei der eine Hebelübersetzung von 5:1, eine Einstellschraube von 32 Gewindegängen je 2,5 cm und eine effektive Masse (an einem Punkt über der Magnetanordnung) von 10,036 kg gewählt wurde, war eine zusätzliche Federkraft von 0,18 kg erforderlich, um das Gewicht des Beharrungsgliedes auszugleichen. Mit der Schraube 124, die einen Hub von 0,8 mm je Schraubenumdrehung macht, betrug der entsprechende Federdruck, um eine Einstellungsempfindlichkeit λόιι einer Umdrehung des Einstellknopfes 129 je g zu erzielen, 2,3 kg/cm². Die Kraft der magnetischen Anordnung betrug jedoch annähernd 0,225 bzw. 1,12 kg auf der Federseite des Hebels, entsprechend einer totalen Federbewegung von 0,5 cm oder etwa 6V4 Umdrehungen der Einstellschraube. Die Beziehungen zwischen Masse und erforderlichem Federdruck für eine gegebene Empfindlichkeit können mit ähnlichen Methoden für jede gegebene Ausführung der Vorrichtung berechnet werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die magnetische Anordnung durch einen Permanentmagneten 112 und eine Beharrungsmasse 105 gebildet. Der Magnet 112 besteht vorzugsweise aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung (Alnico), während die Masse 105 aus magnetisch weichem Eisen mit Silberbelag besteht, um die Korrosion zu verhindern und eine dauerhafte schlagfeste Oberfläche zu erreichen. Die Dicke des Überzuges ist einem kleinen Luftspalt magnetisch gleichwertig, der die Haltekraft der magnetischen Anordnung reduziert, jedoch bei genügend geringer Stärke die Arbeitsweise nicht beeinträchtigt. Zweckmäßiger weise ist ein Luftspalt zur Verbesserung bei solchen Ausführungen der Vorrichtung vorgesehen, wo Staubteile, öl usw. sich an den wirksamen Oberflächen des Magneten ablagern können. Der Permanentmagnet kann, wenn dies günstig erscheint, am Beharrungsglied befestigt werden, das andere Glied der Anordnung, das entweder aus einem weichen f er romagneti sehen Körper oder einem zweiten Permanentmagneten besteht, kann dann starr am Gerüst befestigt sein. In der magnetischen Anordnung sollen möglichst alle Polflächen den magnetischen Kreis schließen, wenn eingeschaltet ist. Es ist wesentlich, daß eine eventuelle Trennung der ferromagnetischen Teile des Kreises genau bei allen folgenden Bestätigungen erhalten bleibt.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 1, das einen einpoligen doppeltwirkenden Schnappschalter 121 besitzt, kann durch das Kabel 136 in einen Warn-, Kontroll- oder Anzeigekreis geschaltet werden, um ein Warnsignal zu betätigen oder eine Maschine abzuschalten, wenn die Vibrationen einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreiten. Die Nulleinstellung wird bei nicht laufender Maschine ermittelt. Die Vorrichtung wird dann in die Anfangsstellung gebracht und so eingestellt, daß sie bei normallaufender Maschine betätigt wird, wobei die normalen \^ribrationen dann aus der Differenz der beiden Einstellungen an der geeichten Skala 130 bestimmt werden. Der Knopf 129 wird dann um einen bestimmten Betrag in einer solchen Richtung gedreht, daß die vorspannende Kraft der Feder 122 abnimmt, um einen gewünschten Sicherheitsfaktor zu erzielen. Der Umstellstift 131 wird dann nach unten gedrückt, um die magnetische Anordnung zu trennen, so daß die Vorrichtung in Tätigkeit gesetzt wird, wenn Vibrationen auf die Maschine einwirken, die den Sicherheitsfaktor überschreiten.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Beschleumgungs-Fühlvorrichtung mit gegenüber einem Träger bewegbarer und in ihrer Bewegung auf nur einen Freiheitsgrad beschränkter Masse, die mit einem am Träger befestigten Magnet eine magnetische Kupplung bildet, welche die bewegbare Masse an einer Bewegung relativ zum Träger so lange hindert, wie der magnetische Kreis der Kupplung geschlossen ist, und mit einer Spannvorrichtung, die auf die Masse eine einstellbare Vorspannkraft entgegen der auf die Masse von dem Kupplungsmagnet ausgeübten magnetischen Haftkraft zur Einwirkung bringt, dadurch gekennzeichnet, daß die aus ferromagnetischem Material bestehende Masse (105) und der Kupplungsmagnet (112) Kontaktflächen aufweisen, die satt aneinander anliegen, sobald der magnetische Kreis der Kupplung geschlossen ist.

2. Beschleunigungs-Fühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Masse (105) und der Kupplungsmagnet (112) ebene Kontaktflächen aufweisen, daß der Kupplungsmagnet am Träger (102) derart befestigt ist, daß er der bewegten Masse (105) seine flache Kontaktfläche zuwendet, und daß die Befestigung der bewegten Masse am Träger ein sattes Aneinanderliegen der flachen Kontaktflächen von bewegter Masse (105) und Kupplungsmagnet (112) bei geschlossenem magnetischem Kupplungskreis gewährleistet.

3. Beschleunigungs-Fühlvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise eben geschliffene Kontaktfläche der bewegbaren Masse (105) aus ferromagnetischem Material besteht, die mit einem dünnen Überzug aus weichem Material, z. B. Silber, versehen ist.

4. Beschleunigungs-Fühl vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Masse (105) verbundene Einrichtung ein Befestigungsmittel (106, 107, 111, 109, 110) ist, welches das Beharrungsglied am Träger (102) einschließlich eines im wesentlichen reibungslosen Gelenkes trägt und die Vorspannkraft von einer \~orspannfeder (122) erzeugt wird.

5. ßeschleunigungs-Fühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Masse (205 b) und eine Feder (205 a), welche die zweite Masse mit dem Beharrungsglied (205) verbindet, zusammen ein Resonanzsystem darstellen, welches die Kraft verstärkt, die auf das

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Beharrungsglied einwirkt, wenn die Einrichtung einer bestimmten Frequenz unterworfen wird.

6. Besehleunigungs-Fühlvorrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ßeharrungsglied (105) aus magnetisch weichem Material besteht, daß zwei Permanentmagneten (112, 113) starr am Träger (102) befestigt und zu beiden Seiten des Beharrungsgliedes derart angeordnet sind, daß die Polflächen der Magneten diesem entgegengerichtet sind, daß ferner die Kraft der Vorspanneinrichtung (122) das Beharrungsglied aus magnetisch weichem Material außer Eingriff mit dem einen Magneten (112) und in Eingriff mit dem anderen (113) zu bringen versucht und daß Rückstellmittel (131) vorgesehen sind, weiche das Beharrungsglied wieder in Eingriff mit dem erstgenannten Magneten bringen.

7. Beschleunigungs-Fiihlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die

Befestigungsmittel für das Beharrungsglied (105) eine Blattfeder (109) und zwei Abstandsstücke (108,110) enthalten, die starr an gegenüberliegenden Seiten der Feder befestigt und gegeneinander versetzt sind, so daß die Ecken der beiden Stücke sich ein wenig überlappen, und daß das eine Abstandsstück (110) starr an dem Träger (102) befestigt ist. während das andere Abstandsstück (108) mit dem ßeharrungsglied (105) verbunden ist.

8. ßeschleunigungs-Fühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar getrennter paralleler Stifte (106, 107) an dem zweiten Abstandsstück (108) befestigt sind, sich über den Träger (102) erstrecken und mit ihren dem Abstandsstück abgewandten Enden an dem Beharrungsglied (105) befestigt sind.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 043 675.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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