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GEBIET
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Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Schrift beziehen sich auf elektronische Vorrichtungen
in extrem stoßbelasteten und
vibrationsbelasteten Umgebungen. Insbesondere betrifft die vorliegende
Schrift eine stoßsichere Vorrichtung.
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STAND DER
TECHNIK
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Die
Verwendung eines Global Positioning System (GPS) hat die Erde bewegenden
Bauindustrie in die Lage versetzt, bei der Konstruktion, beispielsweise
von Straßen, Gebäuden, Gründungen und
offenen Minen weitaus genauer zu arbeiten. Global Positioning System
Empfänger,
d. h. Elektroniken, die dazu in der Lage sind, Global Positioning System
Signale zu empfangen und zu verarbeiten, um die Position auf der
Erde zu bestimmen, werden häufig
auf den Erdboden bewegende Einrichtungen, beispielsweise Bulldozer,
Grader, Flügel,
Bagger und dgl. verwendet. Global Positioning System Empfänger zeichnen
allgemein die Positionen derartiger Erdbewegungsgeräte auf.
Es ist üblicher
geworden, dass die Global Positioning System Empfänger das Erdbaugerät zu vorbestimmten
Positionen führen. Die
Site Vision Automatic Grade Control System, das gewerblich erhältkich ist
von der Fa. Trimble Navigation Limited of Sunnyvale, Kalifornien,
ist ein Beispiel eines solchen Systems.
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Ein
GPS-System bestimmt im allgemeinen die Position der Empfangsantenne.
Da das Blatt des Erdbewegungsgeräts
verantwortlich ist für
die Bewegung von Abraum und Gesteinen, ist es erwünscht, die
Antenne auf dem Blatt anzuordnen. Übliche GPS-Systeme für ein mit einem Blatt versehenes Erdbewegungsgerät weist
im allgemeinen eine Antenne auf, die auf einem Mast montiert ist,
beispielsweise 1,5 m in der Länge,
montiert auf und aufstehend über
dem Erdbewegungsblatt. Der Mast ermöglicht einen verbesserten Empfang
der GPS-Sendesignale als auch ein Herausführen der Antenneneinrichtung
aus dem Weg des meisten des Schutts, der durch die Erdbewegungsvorgänge aufgeworfen
werden wird.
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Die
GPS-Empfängerelektronik
für derartige Systeme
werden üblicherweise
woanders auf dem Erdbewegungsgerät
angeordnet, beispielsweise auf einer Maschinenabdeckung oder aber
im Bereich der Kabine. Insbesondere kann bei dem Stand der Technik
die GPS-Empfängerelektronik
aufgrund der extremen Erschütterungs-
und Vibrationsbedingungen auf derartigen Blättern nicht auf dem an dem
Blatt angebrachten Mast montiert werden.
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Die
Blätter
von Erdbewegungsgeräten
weisen eine der stärksten
Erschütterungen
und Vibrationsbedingungen auf, die bekannt sind. Solche Blätter sind
typischerweise Beschleunigungen, die das 50 bis über 900-fache der Erdbeschleunigung
in mehreren Achsen praktisch ununterbrochen ausgesetzt. Weiter sind
die Blätter
einer konstanten Vibration über
ein breites Spektrum von Frequenzen ausgesetzt. Weiter trägt der Mast
im allgemeinen zu einer weiteren Beschleunigung aufgrund seiner
Länge und
seiner leichten Biegung auf. Im allgemeinen können elektronische Geräte, d. h.,
integrierte Schaltkreise und diskrete Komponenten, die auf einer
gedruckten Schaltkarte angeordnet sind, derartigen Erschütterungen
und Vibrationen nicht widerstehen. Z. B. können die Stifte von integrierten
Schaltkreisen von einer gedruckten Schaltkarte abgehoben werden und
Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltkarte können brechen, was die elektronische
Einrichtung funktionsunfähig
macht.
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Weiter
verlangen Radiofrequenzempfänger, beispielsweise
Global Positioning System Empfänger,
typischerweise hochgenaue und stabile Bezugsfrequenzen. In den meisten
Fällen
wird bei derartigen Anwendungen ein Quarzkristall verwendet, da
dieses die gewünschte
Genauigkeit und Stabilität
hat. Quarzkristalle beruhen jedoch auf resonanten mechanischen Bewegungen
des Kristalls, um elektrische Schwankungen aufgrund des piezoelektrischen Effekts
zu erhalten. Erschütterungs-
und Vibrationsbedingungen, die bei das Erdreich bewegende Blättern üblich sind,
können
leicht die Bewegungen eines Bezugsfrequenzkristalls beeinflussen,
was zu schädlichen
Frequenzänderungen
oder Brüchen
führt,
die den Empfänger
betriebsunfähig
machen.
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Aus
diesen und aus anderen Gründen
wurden die Elektroniken von GPS-Empfängern üblicherweise nicht auf den
Blättern
des Erdbewegungsgeräts
montiert. GPS-Empfängerelektroniken
werden stattdessen üblicherweise
auf einer Maschinenabdeckung oder im Kabinenbereich der Erdbewegungsmaschine
montiert. Eine auf einem Blatt montierte Antenne ist typischerweise
mit der Empfängerelektronik über ein
Radiofrequenzkabel (RF) gekoppelt.
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Eine
RF-Verkabelung, beispielsweise ein Koaxialkabel, das von einer separaten
Antenne zu der Empfängerelektronik
verläuft,
schwächt
das empfangene Signal unvermeintlich ab und ist anfällig für induziertes
Rauschen. Als eine unerwünschte Folge
ist die Qualität
des empfangenen Signals an dem gesonderten Empfänger gegenüber dem an der Antenne empfangenen
Signal schlechter und schwächer
als erwünscht.
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Weiter
ist eine derartige RF-Verkabelung schwierigen Umgebungsbedingungen
ausgesetzt, einschließlich
Schmutz, Gestein und anderem Abraum, der über die Oberseite eines Blatts
fliegt. Weiter sind beide Enden des Kabels, also die an dem Blatt
montierte Antenne und die Empfängerelektronik,
die irgendwo anders angeordnet ist, einer Erschütterung und Vibration ausgesetzt,
einschließlich einer
Vielzahl von mechanischen Belastungen der Verkabelung. RF-Verbinder,
die ausgebildet sind zum Erreichen einer gleichbleibenden Impedanz
bei einem Koppeln des RF-Kabels an Antennen und/oder Empfängerelektroniken,
sind besonders brüchig.
Solche Verkabelungs- und Verbindersysteme sind einer Vielzahl von
Beschädigungen
ausgesetzt, die nicht nur direkte Reparaturkosten verursachen, sondern auch
erhebliche finanzielle Verluste aufgrund eines Ausfalls an Produktivität und eines
teuren Teiles der Erdbewegungsmaschine und des wertvollen Fahrers,
solange dieser auf die Reparatur wartet.
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Es
besteht daher ein erheblicher und nicht gelöster Bedarf daran, die Elektronik
eines Global Positioning Systems direkt an den Blättern eines
Erdbewegungsgeräts
anzuordnen. Weiter ist es erwünscht,
eine Empfangsantenne direkt an der Elektronik eines solchen Global
Positioning Systems anzuordnen. Weiter ist es erwünscht, die
oben erwähnten
Bedürfnisse
in einer Art und Weise zu befriedigen, das kompatibel und austauschbar
ist mit vorhandenen Ausbildungen für Elektroniken für eine Global Positioning
System.
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Zusammenfassung
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Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Schrift schaffen eine Elektronik für eine Global
Positioning System, das direkt an dem Blatt einer Erdbewegungsmaschine
angeordnet ist. Zusätzliche
Ausführungsbeispiele
sorgen für
eine Befestigung der Empfangsantenne direkt an einer derartigen
Elektronik für
ein Global Positioning System. Weitere Ausführungsbeispiele befriedigen
die oben genannten Bedürfnisse
in einer Art und Weise, das es mit vorhandenen Ausgestaltungen der
Elektronik für
ein Global Positioning System kompatibel und austauschbar ist.
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Es
wird ein stoßfestes
Gerät offenbart.
Eine gedruckte Schaltkarte mit Elektronik und einer Bezugsfrequenz
wird fest auf einem zentralen Stützelement
angeordnet. Die Elektronik kann auf beide Flächen der gedruckten Schaltkarte
angeordnet sein. Das zentrale Stützelement
ist über
Drahtseilisolatoren an einem Gehäuse
montiert. Das zentrale Stützelement
ist ausgebildet, um die Festigkeit zu maximieren bei minimaler Masse.
Das zentrale Stützelement
kann fest sein oder ein dünnes
Blattmetallsieb oder wabenförmig
sein. Wenigstens ein Teil des zentralen Stützelements berührt direkt
die gedruckte Schaltung unterhalb der Frequenzreferenz.
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KURZE ERLÄUTERUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht einer stoßfesten Vorrichtung nach einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Schrift,
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2 ist
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren 200 zum Herstellen einer stoßfesten
Vorrichtung in Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Schrift,
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3A und 3B zeigen
verschiedene beispielhafte Arten von Erdbewegungsmaschinen, die
Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Schrift verwenden können,
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4 zeigt
eine beispielhafte Anordnung in Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Schrift,
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG
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In
der folgenden eingehenden Beschreibung werden verschiedene besondere
Einzelheiten zur Erleichterung des Verständnisses erläutert. Es
ergibt sich jedoch für
den Fachmann, dass die vorliegende Offenbarung ohne diese Einzelheiten
verwirklicht werden kann oder mit gleichwirkenden Mitteln. In anderen
Beispielen sind allgemein bekannte Verfahren, Vorgänge, Komponenten
und Schaltungen nicht in ihren Einzelheiten beschrieben, da dies
nicht erforderlich ist und die Aspekte der vorliegenden Offenbarung
unnötig
verschleiern würde.
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Ausführungsbeispiele
nach der vorliegenden Schrift werden im Zusammenhang mit der Ausbildung
und dem Betrieb von elektronischen Anordnungen beschrieben. Insbesondere
sind die Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung Elektroniken, die in extremen Erschütterungs-
und Vibrationszuständen
arbeiten.
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Die
Blätter
von Erdbearbeitungsmaschinen, beispielsweise Bulldozern unterliegen
einer der stärksten
bekannten Erschütterungs-
und Vibrationsbedingungen. Solche Blätter müssen typischerweise Beschleunigungen
ertragen, die das 50 bis über 900-fache
der Erdbeschleunigung betragen und das im wesentlichen ununterbrochen
in einer Mehrzahl von Achsen. Solche g-Kräfte sind für den Betrieb von üblichen
Elektroniken schädlich,
insbesondere Frequenzreferenzen, die üblicherweise für digitale
Elektroniken, d. h., Mikroprozessoren und Radiofrequenzempfänger verwendet
werden.
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Es
ist häufig
erwüscht,
Elektroniken bei wenigsten 100 g zu betreiben. Für den erfolgreichen Betrieb
einer Frequenzreferenz, die in einem Hochleistungsradioempfänger verwendet
wird, sollten die Frequenzkomponenten von Erschütterungen und Vibratio nen um
wenigstens vier Größenordnungen
relativ zu der Grundfrequenz reduziert werden. Eine Erschütterung
und Vibration eines 100 MHz Kristalls sollte derart gedämpft werden,
dass die Frequenzkomponenten geringer als 100 Hz sind.
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1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht einer stoßfesten Vorrichtung 100 in Übereinstimmung mit
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Die stoßfeste Vorrichtung 100 ist
ausgebildet zum Reduzieren von Erschütterungen und Vibrationen,
beispielsweise des Blatts einer Erdbewegungsmaschine, die an einem
Gehäuse 180 auf
Ebenen angeordnet sind, die kompatibel sind mit dem Betrieb von
elektronischen Einrichtungen, die in dem Gehäuse 180 beinhaltet
sind, beispielsweise einem Global Positioning Receiver.
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Die
stoßfeste
Vorrichtung 100 weist ein zentrales Stützelement 110 auf.
Das zentrale Stützelement 110 stützt die
gedruckte Schaltkarte (PCB) 140. Die gedruckte Schaltkarte 140 befestigt
und verbindet die Elektroniken 150, beispielsweise integrierte Schaltkreise
und diskrete Komponenten und die Frequenzreferenz 160.
Die Elektronik 150 und die Frequenzreferenz 160 können auf
der gedruckten Schaltkarte 140 in einer Vielzahl von bekannten
Weisen montiert werden, beispielsweise der pin through hole Technologie
oder der surface mount Technologie (SMT). In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann die Elektronik 150 auf
der Oberseite als auch auf der Unterseite der gedruckten Schaltkarte 140 angeordnet
sein.
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Es
ist erwünscht,
dass das zentrale Stützelement 110 steif
ist, insbesondere sehr steif, um einen großen Widerstand gegenüber einer
Biegung und gegenüber
Brüchen
zu haben. Es ist jedoch auch erwünscht,
dass die zentrale Stützplatte 110 so
wenig Masse wie möglich
hat. In Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist das zentrale Stützelement 110 gut
geeignet, um aus gegossenem Aluminium mit einer netzartigen Struktur
zum Reduzieren von Masse bei Beibehaltung der Stärke. In Übereinstimmung mit anderen
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Er findung kann eine nicht feste Struktur für das zentrale
Element 110 verwendet werden, d. h., eine siebartige oder
wabenartige Struktur aus einem leichtgewichtigen Metall, d. h.,
dünnwandigem
Aluminium. Es ist erkennbar, dass andere Arten der Struktur für das zentrale
Element 110 verwendet werden kann, beispielsweise Bänder und
Verbundstücke.
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Die
gedruckte Schaltkarte 140 ist ungewöhnlich dick, beispielsweise
sind übliche
gedruckte Mehrschicht-Leiterplatten Schaltkarten, die in einem weiten
Bereich von elektronischen Geräten
verwendet werden können,
etwa 0,065 Inch dick, die PCB 140 ist wesentlich dicker,
beispielsweise 0,093 Inch dick. Eine solche Dicke trägt zu einem
goßen
Widerstand der gedruckten Schaltung gegenüber einer Biegung bei.
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Die
gedruckte Schaltkarte 140 ist auf einem zentralen Stützelement 110 montiert
unter Verwendung von bekannten Verfahren der Befestigung von gedruckten
Schaltkarten, beispielsweise unter Verwendung von Maschinenschrauben
oder gewindeschneidenden Schrauben, insbesondere Verschlüssen 130 durch
Befestigungslöcher
der PCB 140 in dem zentralen Stützelement 110 an einer
Mehrzahl von Montagepunkten 124, 125. Die PCB 140 ist
weiter gut geeignet zur Befestigung des zentralen Stützelements 110 über Abstandhalter
für die
Mehrzahl von Befestigungspunkten 124, 125. Eine
Trennung zwischen dem zentralen Stützelement 110 und
den Abschnitten der gedruckten Schaltkarte 140 ermöglicht es
in vorteilhafter Weise, die Elektronik 150 auf beiden Seiten
der PCB 140 zu montieren. Es ist erkennbar, dass eine solche
zweiseitige gedruckte Schaltkarte im allgemeinen kleiner ist, d.
h., weniger Volumen beinhaltet, als eine einseitige gedruckte Schaltung,
wodurch die Masse der gedruckten Schaltung und weiter die Größe und die
Masse, die für
das zentrale Stützelement 110 erforderliche
ist, reduziert wird.
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Die
Bezugsreferenz 160 ist eine kritische Komponente für die Funktion
der erschütterungsfesten
Vorrichtung 100. In den meisten Fällen wird ein Quarzkristall
bei solchen Anwendungen verwendet, da ein solcher Kristall die erforderliche
Genauigkeit und die erforderliche Stabilitätseigenschaften hat. Es ist
zu beachten, dass Quarzkristalle auf resonanten mechanischen Bewegungen
des Kristalls beruhen, um elektrische Schwankungen aufgrund des
piezoelektrischen Effekts zu erreichen. Ein schwerer Stoß oder eine
Vibration kann leicht die Bewegungen einer Kristallfrequenzreferenz
verschieben, was zu unerwünschten
Frequenzänderungen
oder zu Brüchen führt, die
den Empfänger
zerstören.
Beispielsweise können
Erschütterungen
und Vibrationen ein schädliches
Rauschen in der Frequenzreferenz 160 verursachen, was zu
einem funktionellen Versagen eines Radioempfängers führt.
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Es
versteht sich, dass auch eine dicke gedruckte Schaltkarte sich bei
schweren Erschütterungen
und Vibrationslasten biegt. Eine solche Biegung ist für den Betrieb
der Frequenzreferenz 160 schädlich. Um weiter Biegungen
in einem kritischen Abschnitt der PCB 140 zu reduzieren,
besteht in Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kein Spalt zwischen dem zentralen Stützelement 110 und
der gedruckten Schaltkarte 140 in dem Bereich der Bezugsdifferenz 160.
Beispielsweise sind das zentrale Stützelement 110 und die
gedruckte Schaltkarte 140 in direktem Kontakt. Weiter befestigen
eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln 130 und PCB-Befestigungspunkten 120, 121 fest
den Abschnitt der PCB 140 in dem Bereich der Frequenzreferenz 160 an
dem zentralen Stützelement 110.
in Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung begrenzt das Koppeln der Frequenzreferenz 160 an
dem zentralen Stützelement 110 weiter
die Biegung der PCB 140 in dem Bereich, was hilfreich die
mechanische Energie, die in die Frequenzreferenz 160 eingekoppelt
wird, dämpft.
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Es
ist zu beachten, das zusätzliche
gedruckte Schaltkarten auf der gegenüberliegenden Fläche des
zentralen Stützelements 110 montiert
sein können,
die Elektroniken können
miteinander bei Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung durch das zentrale Stützelement 110 gekoppelt
sein.
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Eine
Mehrzahl von, beispielsweise vier, Drahtseinisolatoren, beispielsweise
den Drahtseilisolatoren 170, koppeln das zentrale Stützelement 110 mit
dem Gehäuse 180.
Die Drahtseilisolatoren sollten besonders auf die Erschütterungs-
und Fraktionsumgebung des Gehäuses 180 abgestimmt
sein. Zusätzlich
ist es erwünscht,
die Querverlagerung der Drahtseilisolatoren zu begrenzen, da eine
Verlagerung die Funktionslebensdauer der Drahtseilisolatoren vermindert.
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Drahtseilisolatoren
dämpfen
Erschütterungen
und Vibrationen und absorbieren Energie derartiger Ereignisse, indem
sie die kinetische Energie der Erschütterung und der Vibration in
Wärme umwandeln.
Drahtseilisolatoren sind typischerweise durch eine aufgehängte Masse
und eine erwünschte
(oder zulässige)
Verlagerung der aufgehängten
Masse in drei Dimensionen unter Erschütterungs- und Vibrationseinflüssen. Typische
Parameter für
Drahtseilisolatoren schließen
den Wicklungsdurchmesser, die Anzahl der Wicklungen und den Durchmesser
des Seils ein. Der Spulendurchmesser wird vorzugsweise derart gewählt, dass
eine maximale Verlagerung des Systems geringer ist als die Hälfte der
maximalen Verlagerung des einzelnen Drahtseilisolators. Es ist zu
berücksichtigen,
dass kleine Verlagerungen mit längeren
Lebenszeiten der Drahtisolatoren zusammenhängen und auch nützlich zu
der geringeren Gesamtgröße der stoßfesten
Vorrichtung 100 beitragen. Die Anzahl von Wicklungen und
der Seildurchmesser werden bestimmt zum Minimieren von Stoß- und Variationsbedingungen.
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Das
Isolationssystem der stoßfesten
Vorrichtung 100 sollte Stöße in allen drei Richtungen
aufnehmen, die den drei Richtungen der Erschütterungs- und Vibrationsumgebung
der Erdbewegungsmaschine entspricht. Typische Federkonstanten der gewickelten
Drahtseilisolatoren für
Dreh- und Schwerkräfte
sind ähnlich.
Typische Federkonstanten von Drahtseilisolatoren für eine Kompression sind
im wesentlichen erheblich größer als
diejenige für
Dreh und/oder Scherung. Im allgemeinen machen es die unterschiedlichen
Federkonstanten von Drahtseilisolatoren schwierig, diese für dreidimensionale Stoß- und Vibrationsbedingungen
auszugestalten. Bei einer Montage von über 45° zu der abhängenden Masse sind die effektiven
Federkonstanten für
alle drei Bewegungen (Achsen) der abgehängten Masse sehr ähnlich.
Ein Befestigen bei etwa 45° der
abgehängten
Masse vereinfacht die Ausbildung der Federdrahtisolatoren und trägt weiter
zur Erhöhung
deren Lebensdauer bei, da die Verlagerung in den drei Richtungen
gleichförmiger
ist.
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Global
Positioning Antennen erfordern im allgemeinen eine Stoßmontage
bei einer Montage auf dem Blatt einer Erdbewegungsmaschine oder
einen Mast, der auf einem Blatt montiert ist. Eine erhebliche Ursache
für sich
auf die Antenne beziehende Fehler ergibt sich aus der Antennenbewegung
mehr als aus einem mechanischen Fehler. Wenn eine Global Positioning
Antenne sich zu schnell zu weit bewegt, d. h., 10 cm in einer Viertelsekunde,
kann das GPS nachführend
verloren gehen und eine Position kann für eine Zeitdauer nicht bestimmt
werden.
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Global
Positioning Antennen können
direkt an dem Gehäuse 180 montiert
sein, beispielsweise über übliche elastomere
Dämpfsysteme.
Häufig
jedoch können
die Antennen aufgrund der Masse der Global Positioning Antennen
mit Basisebenen und das Erfordernis zur Erhöhung derartiger Antennen, die
GPS Antennen um einen kleinen Abstand von dem Gehäuse 180 angeordnet
sein, beispielsweise auf einem Mast, der an einem Blatt befestigt
ist. Obwohl eine solche Anordnung ein RF-Kabel erfordern, ist die
Fähigkeit
zur Befestigung der Empfängerelektronik
in dem Gehäuse 180 an,
oder direkt an dem Blatt gekoppelt gegenüber der üblichen Art und Weise erwünscht. Beispielsweise
kann das Kabel kürzer als
bei dem Stand der Technik sein, was die Dämpfung und das induzierte Rauschen
verringert. Weiter kann das Kabel schwerer armiert werden, da es
nicht flexibel ist. Weiter kann das Kabel mit einem stabilen Strukturelement
beinhaltet sein, beispielsweise einem am Blatt montierten Mast.
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2 ist
eine Flussdarstellung eines Verfahren 200 zur Herstellung
einer stoßfesten
Vorrichtung in Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfin dung. In dem Block 210 wird eine gedruckte
Leiterplatte an einem festen Element angebracht, beispielsweise
einem zentralen Netz 110 von 1. Die gedruckte
Schaltkarte kann an einem festen Element in einer Vielzahl von bekannten
Weisen angebracht sein, beispielsweise über Schrauben oder mit Klebstoffen.
Die Anbringung schließt
eine Vielzahl von Anbringungspunkten in großer Nähe zu einer Frequenzreferenz
auf, beispielsweise einem Kristall der gedruckten Schaltkarte.
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In
dem Block 220 ist das feste Element an einer Mehrzahl von
Drahtseilisolatoren, beispielsweise einem Drahtseilisolator 170 angebracht.
In dem Block 280 sind eine Mehrzahl von Drahtseilisolatoren an
einem Schutzgehäuse
angebracht, beispielsweise mit einem Metallgehäuse, dass ausgebildet ist,
um die gedruckte Schaltkarte vor Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu
schützen.
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In Übereinstimmung
mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung sollten die Drahtseilisolatoren unter
einem Winkel zu der Ebene der gedruckten Leiterplatte angeordnet
sein, beispielsweise um etwa 45° zu
der Ebene.
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3 zeigt verschiedene beispielhafte Arten von
mit einem Blatt versehene Erdbewegungsmaschinen, die Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verwenden können. Das mit dem Bezugzeichen 310 versehene Gerät ist ein
Bulldozer. Bulldozer sind allgemein bekannt und sind käuflich von
einer Mehrzahl von Firmen erhältlich,
beispielsweise von Caterpillar Inc., Peoria, Illinois. Ein Bulldozer
ist typischerweise ein Kettenfahrzeug mit einem erdbewegenden Blatt 315. Es
ist zu beachten, dass Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung auch bei alternativen Ausgestaltungen
von Dozern verwendet werden können.
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Das
Erdbaublatt 315 unterliegt extremen Erschütterungen
und Vibrationen, wenn es das Erdreich oder Steine berührt. Solche
Blätter
sind typischerweise Beschleunigungen mit dem 50-fachen oder bis
mehr als 900-fachen der Erdbeschleunigung in mehreren Achsen und
das praktisch ununterbrochen unterworfen.
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Der
Dozer 310 weist weiter ein Global Positioning System Empfänger 320 auf,
der an einem Mast mit dem Erdbaublatt 315 befestigt ist.
Der Global Positioning System Empfänger 320 ist im wesentlichen
denselben Erschütterungs-Kräften wie
das Erdbaublatt 315 unterworfen.
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Das
Bezugszeichen 330 zeigt einen Grader oder Straßengrader.
Grader sind allgemein bekannt und sind käuflich erhältlich von einer Mehrzahl von Gesellschaften,
beispielsweise der Firma Caterpillar Inc., Peoria, Illinois. Grader
werden häufig
als Schneepflüge
verwendet. Ein Grader ist typischerweise ein Radfahrzeug mit einem
hydraulisch betätigten
Erdbaublatt 335. Es ist zu berücksichtigen, dass Ausführungsbeispiele
nach der vorliegenden Erfindung gut geeignet sind für alternative
Ausgestaltungen von Gradern.
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Der
Grader 330 weist weiter ein Global Positioning System Empfänger 340 auf,
der an einem Mast an dem Erdbaublatt 335 montiert ist.
Der Global Positioning System Empfänger 340 ist im wesentlichen
denselben Erschütterungs-
und Vibrationskräften
wie das Erdbaublatt 335 unterworfen.
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Das
Bezugszeichen 350 zeigt einen Pflug. Pflüge sind
käuflich
erhältlich
in einer großen
Anzahl von Ausgestaltungen einschließlich solcher mit Eigenantrieb
und gezogener Pflüge,
Ausführungsbeispiele
nach der vorliegenden Erfindung sind für eine große Vielzahl derartiger Ausbildungen
gut geeignet.
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Der
Pflug 350 weist eine Mehrzahl von Erdbaublättern auf,
beispielsweise das Erdbaublatt 355. Der Pflug 350 weist
weiter einen Global Positioning System Empfänger 360 auf, der
an einem Mast befestigt ist, der mit einem Erdbaublatt 335 gekoppelt ist.
Der Global Positioning System Empfänger 340 unterliegt
im wesentlichen denselben Erschütterung- und
Vibrationskräften
wie das Erdbaublatt 355.
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Es
wird jetzt auf 3B Bezug genommen, in der das
Bezugszeichen 370 einen Scraper bezeichnet. Scraper sind
allgemein bekannt und käuflich
erhältlich
von einer Mehrzahl von Gesellschaften von Firmen, beispielsweise
Caterpillar Inc., Peoria, Illinois. Ein Scraper ist typischerweise
ein mit gelenkigen Räder
versehenes Fahrzeug, das eine Reihe von Erdbaublättern aufweist, beispielsweise
das Erdbaublatt 375. Es ist erkennbar, dass Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bei alternativen Ausbildungen von
Scrapern verwendbar sind.
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Der
Scraper 370 weist weiter einen Global Positioning System
Empfänger 380 auf,
der an einem Mast befestigt ist, der mit dem Erdbaublatt 375 gekoppelt
ist. Der Global Positioning System Empfänger 380 ist im wesentlichen
denselben Erschütterungs-
und Vibrationskräften
wie das Erdbaublatt 375 unterworfen.
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4 zeigt
eine beispielhafte Anordnung 400 in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 400 weist ein Stützelement 410 auf,
das aus gegossenem Aluminium besteht. Das Element 410 ist ähnlich in seiner
Funktion dem zentralen Netz 110 von 1. Insbesondere
weist das Element 410 eine Mehrzahl von PCB Befestigungspunkten 420 auf,
die in ihrer Funktion ähnlich
den PCB Befestigungspunkten 120, 212, 124 und 125 von 1 sind.
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Das
Element 410 ist weiter dazu eingerichtet, um mit Drahtseilisolatoren
unter einem Winkel von etwa 45° gekoppelt
zu sein. Drahtseilkupplungspunkte 430 sind vorgesehen für eine Kupplung über eine Mehrzahl
von Drahtseilisolatoren.
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Eine
gedruckte Leiterplatte 450 ist an dem Element 410 unter
Verwendung von Montageschrauben 440 montiert. Die gedruckte
Leiterplatte 450 ist ähnlich
der gedruckten Leiterplatte 140 von 1., die
Abdeckung 470 ist mit dem Element 410 über Schrauben 480 gekoppelt.
Eine Dichtung 460 füllt
etwaige Spalten zwischen der Abdeckung 470 und dem Element 410.
Die Abdeckung 470 ist gut geeignet zur Verwendung von Materialien
und Konstruktionsprozessen ähnlich
denjenigen, die für
das Stützelement 410 verwendet
werden, wie dies für
das zentrale Netz 110 in 1 beschrieben
worden ist.
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Es
ist zu erkennen, dass die Anordnung 400, die die Abdeckung 470 und
die Dichtung 460 und das Stützelement 410 aufweist,
ein abgedichtetes Gehäuse
für die
PCB 450 und die zugehörige
Elektronik bildet. Insbesondere kann die Anordnung 400 eine Dichtung
gegen Umwelteinflüsse,
beispielsweise Staub oder korrosive Gase bilden. Zusätzlich kann die
Anordnung 400 eine wirksame Abschirmung gegenüber Radiofrequenz
bilden. Eine solche Abschirmung kann von der Geräteelektronik abgestrahlte Emissionen
abhalten, als auch die Elektronik von äußerer elektromagnetischer Energie
abhalten, die den Betrieb der Geräteelektronik stören könnte.
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Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Offenbarung erlauben die Montage einer Global Positioning
System Elektronik direkt an dem Blatt einer Erdbaumaschine. Zusätzliche Ausführungsbeispiele
ermöglichen
die Montage einer Empfangsantenne direkt an der Elektronik eines Global
Positioning Systems. Weitere Ausführungsbeispiele ermöglichen
die oben genannten Probleme in einer Art, die kompatibel und komplementär ist mit vorhandenen
Ausgestaltungen der Elektronik für
Global Positioning Systeme.
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Es
wird weiter ein schockfestes Gerät
offenbar. Eine gedruckte Leiterplatte mit Elektronik und einer Frequenzreferenz
wird fest auf einem zentralen Stützelement
befestigt. Die Elektronik kann auf beide Flächen der gedruckten Leiterkarte
montiert werden. Das zentrale Stützelement
ist an einem Gehäuse über Drahtseilisolatoren
befestigt. Das zentrale Stützelement
ist ausgebildet mit einer maximalen Festigkeit bei einer minimalen Masse.
Das zentrale Stützelement
kann ein dünnes
Metallnetz oder Waben aufweisen. Wenigstens ein Teil des zentralen
Stützelements
kontaktiert die gedruckte Leiterplatte unterhalb der Frequenzreferenz.
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Ausführungsbeispiele
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Offenbarung einer stoßfesten Vorrichtung wurden
beschrieben. Obwohl die vorliegende Offenbarung beschrieben worden
ist anhand bestimmter Ausführungsbeispiele,
versteht es sich, dass die vorliegenden Offenbarung nicht als eingrenzend
auf diese Ausführungsbeispiele
verstanden werden soll, sondern sich auf die nachfolgenden Ansprüche bezieht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
stoßsichere
Vorrichtung. Eine gedruckte Schaltkarte mit Elektronik und einer
Bezugsfrequenz wird fest auf einem zentralen Stützelement angeordnet. Die Elektronik
kann auf beide Flächen
der gedruckten Schaltkarte angeordnet sein. Das zentrale Stützelement
ist über
Drahtseilisolatoren an einem Gehäuse
montiert. Das zentrale Stützelement
ist ausgebildet, um die Festigkeit zu maximieren bei minimaler Masse.
Das zentrale Stützelement
kann ein dünnes
Blattmetallsieb oder eine wabenförmig
sein. Wenigstens ein Teil des zentralen Stützelements berührt direkt
die gedruckte Schaltung unterhalb der Frequenzreferenz.