DE1171186B

DE1171186B - Device for measuring and recording angular accelerations

Info

Publication number: DE1171186B
Application number: DED33906A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Richard Kirchheim
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1960-07-30
Filing date: 1960-07-30
Publication date: 1964-05-27

Description

Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Winkelbeschleunigungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Winkelbeschleunigungen, wie sie insbesondere zur Messung von Fahrzeugbeschleunigungen bzw. -verzögerungen und ihrer Aufzeichnung über den Weg bzw. der Zeit herangezogen werden kann. Aber auch zum Messen aller anderen Arten von Beschleunigungen kann die Vorrichtung verwendet werden, wenn die zu messende Bewegung zuvor in eine Drehbewegung umgewandelt wird.Device for measuring and recording angular accelerations The invention relates to a device for measuring and recording angular accelerations, as used in particular for measuring vehicle accelerations and decelerations and their recording over the path or time can be used. but The device can also be used to measure all other types of acceleration if the movement to be measured is converted into a rotary movement beforehand.

Es sind bereits Winkelbeschleunigungsmesser bekannt, bei denen eine von der zu messenden Bewegung übersetzt angetriebene Welle vorgesehen ist, auf deren Steilgewinde eine als Drehmasse ausgebildete Spindelmutter leichtgängig beweglich angeordnet ist, deren axiale Verschiebung gegen Rückstellkräfte auf eine Anzeige- oder Registriervorrichtung gelangt. Angular accelerometers are already known in which a translated from the movement to be measured driven shaft is provided on whose Steep thread a spindle nut designed as a rotating mass can be moved easily is arranged, whose axial displacement against restoring forces on a display or registration device arrives.

Die Wirkung dieser bekannten Vorrichtungen beruht darauf, daß bei Anderung der Winkelgeschwindigkeit der Welle die Drehmasse hinter der Drehbewegung der Welle zurückbleibt oder voreilt und infolge der Schraubenwirkung des Spindelgewindes ein Voreilen oder Zurückbleiben der Spindelmutter gegenüber der Welle sich als eine axiale Verschiebung auswirkt. Die Rolle der Masse bei den bekannten Verzögerungsmessern wird also hier vom Massenträgheitsmoment übemommen. Mit einer solchen Vorrichtung werden die störenden Einflüsse der Erdbeschleunigung weitgehend vermieden, was insbesondere für das Messen von Bremsverzögerungen in der Kraftfahrzeugsicherheitstechnik wertvoll ist. The effect of these known devices is based on the fact that at Change in the angular speed of the shaft the rotating mass behind the rotary movement the shaft lags or leads and due to the helical action of the spindle thread a leading or lagging of the spindle nut with respect to the shaft turns out to be one axial displacement affects. The role of the mass in the well-known decelerometers is therefore taken over here by the moment of inertia. With such a device the disruptive influences of the acceleration due to gravity are largely avoided, which in particular valuable for measuring braking decelerations in automotive safety technology is.

Es hat sich nun als schwierig erwiesen, bei solchen Drehbeschleunigungsmessern eine bei Beschleunigungen und Verzögerungen gleich große Anzeigegenauigkeit zu erzielen. Die zur Proportionalanzeige notwendigen, auf die Drehmasse wirkenden Rückstellkräfte, welche bisher von einer mit je einem Ende mit angetriebener Welle und Drehmasse verbundenen Wickelfeder ausgeübt wurden, wirken bei einer solchen Anordnung bei positiven und negativen Beschleunigungen und demzufolge verschiedenen Wickeldurchmessern der Rückstellfeder nicht gleichmäßig auf die Drehmasse. Auch ist die bei den bisher bekannten Drehbeschleunigungsmessern verwendete mechanisch-elektrische Aufzeichnung verhältnismäßig kompliziert. It has now proven difficult with such rotational accelerometers to achieve a display accuracy that is equally high for accelerations and decelerations. The restoring forces acting on the rotating mass necessary for the proportional display, which so far from one with one end each with a driven shaft and rotating mass connected clock spring were exercised, contribute to such an arrangement positive and negative accelerations and consequently different winding diameters the return spring does not evenly affect the rotating mass. Also that is with the so far known rotary accelerometers used mechanical-electrical recording relatively complicated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine neuartige Anordnung gleich große Rückstellkräfte bei Beschleunigungen und Verzögerungen zu erzielen und gleichzeitig eine hinreichend genaue direkte Aufzeichnung zu ermöglichen. The invention is based on the object by means of a novel arrangement to achieve equal restoring forces with accelerations and decelerations and at the same time to enable a sufficiently accurate direct recording.

Gemäß der Erfindung geschieht dies bei einer Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Winkelbeschleunigungen mit einer durch die zu messende Bewegung angetriebenen Welle, auf deren Steilgewinde eine als Drehmasse ausgebildete Spindelmutter vorgesehen ist, deren axiale Verschiebung gegen Rückstellkräfte auf eine Anzeige- oder Registriervorrichtung gelangt, dadurch, daß in den Umfang der als Drehmasse ausgebildeten Spindelmutter eine Rille eingeschnitten ist, in welche der Kraftarm eines drehbar in einem Nadel- oder Schneidenlager gelagerten zweiarmigen Hebels eingreift, der durch ein Federpaar in seiner Mittenlage gehalten wird und dessen Lastarm die Anzeige- oder Registrierbewegung ausführt. According to the invention, this happens at a Device for measuring and recording angular accelerations with a movement to be measured driven shaft, on whose coarse thread a spindle nut designed as a rotating mass is provided whose axial displacement against restoring forces on a display Or registration device arrives, in that in the scope of the rotating mass trained spindle nut a groove is cut into which the power arm a two-armed lever rotatably mounted in a needle or knife-edge bearing engages, which is held in its central position by a pair of springs and its Load arm carries out the display or registration movement.

Eine derartige Anordnung ermöglicht reibungsarm und symmetrisch angreifende, im positiven und negativen Beschleunigungsbereich gleich große Rückstellkräfte und eine verhältnismäßig einfache mechanische Anzeige. Such an arrangement enables low-friction and symmetrical attacking, in the positive and negative acceleration range, restoring forces and a relatively simple mechanical display.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei Ansichten. Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß über den Wellenstumpf 1 und das Zahnradpaar 2/3 die mit einem unter 450 Steigung geschnittenen Steilgewinde versehene Welle 4, im Gerät ins Schnelle übersetzt, angetrieben wird. Der Antrieb des Wellenstumpfes 1 kann, wie erwähnt, von einem Vorderrad des Fahrzeugs oder von einem besonderen fünften Rad her erfolgen. Auf Welle 4 sitzt die Spindelmutter5, in die außen eine Rille eingeschnitten ist. In diese Rille, in die zur Verminderung der Reibung zweckmäßig ein Axialkugellager eingelassen sein kann, greift der Stift 6 ein, der auf dem Hebel 7 angebracht ist. Dieser Hebel 7 ist in einem Nadel- oder Schneidenlager 8 drehbar gelagert und besitzt an seinem anderen Ende einen federnden Schreibstift 9, der bei Ausschlägen des Hebels 7, die durch die Spindelmutter 5 eingeleitet werden, auf der Walze 10, über die ein Wachspapier 11 von Postkartenstärke und 4zange läuft, schreibt. Zweckmäßig greift je ein Hebel an gegenüberliegenden Stellen des Umfangs derSpindelmutter 5 in die Rille ein. Beide Hebel sind dann starr verbunden und wirken gemeinsam. Die Walze 10 wird durch die Welle 1 über die drei Zahnradpaare 12, 13 und 14 verlangsamt angetrieben. Die Untersetzung der Zahnradpaare 12, 13 und 14 ist so gewählt, daß 1 m Bremsweg auf der Straße 5 mm Vorschub des Kartenblattes 11 entspricht. Zweckentsprechend ist der Durchmesser der Walze 10 mit 31,4 mm gewählt, so daß dieser Wert plus der zweimaligen Postkartenstärke von je 0,2 mm gerade 31,8, d. h. den Reziprokwert von ,, ergibt und der Umfang gerade 100 mm wird. Der Hebel 7 wird durch in ihrer Spannkraft einstellbare Federn 15 und 16 in Mittelstellung gehalten. Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention in two views. From Fig. 1 it can be seen that over the stub shaft 1 and the gear pair 2/3 the steep thread cut with a 450 pitch provided shaft 4, translated into high speed in the device, is driven. The drive of the stub shaft 1 can, as mentioned, from a front wheel of the vehicle or from a special fifth wheel. The spindle nut 5 sits on shaft 4, A groove is cut into the outside. In this groove, in the diminution the friction can expediently be embedded in an axial ball bearing, the pin engages 6, which is mounted on the lever 7. This lever 7 is in a needle or Blade bearing 8 rotatably mounted and has a resilient one at its other end Pen 9, which when the lever 7 deflects through the spindle nut 5 initiated are, on the roller 10, over which a wax paper 11 of postcard thickness and 4 tongs runs, writes. Appropriately, a lever engages at opposite points of the The circumference of the spindle nut 5 into the groove. Both levers are then rigidly connected and work together. The roller 10 is driven by the shaft 1 via the three pairs of gears 12, 13 and 14 slowed down driven. The reduction of the gear pairs 12, 13 and 14 is chosen so that 1 m braking distance on the road 5 mm advance of the card sheet 11 corresponds. Appropriately, the diameter of the roller 10 is chosen to be 31.4 mm, so that this value plus the two times postcard thickness of 0.2 mm each is just 31.8, d. H. gives the reciprocal of ,, and the circumference is just 100 mm. The lever 7 is in the middle position by springs 15 and 16 which can be adjusted in terms of their tensioning force held.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird im folgenden geschildert: Wird beim Anfahren des Kraftfahrzeugs die Welle 1 gedreht, so wird ihre Winkelgeschwindigkeit von anfangs Null auf höhere Werte ansteigen. Dabei wird die Mutter 5 infolge ihres Massenträgheitsmomentes gegenüber der Welle 4 zunächst etwas zurückbleiben, wobei sie sich auf dem Steilgewinde der Welle nach einer Seite hin aus der Mittellage wegbewegt. Dabei nimmt sie über den Stift 6 den Hebel 7 bzw. Doppelhebel mit, wobei dieser an seinem anderen Ende mit dem Schreibstift 9 auf dem auf Walze 10 ablaufenden Wachspapier 11 den Verlauf der Beschleunigung aufschreibt. Da die Walze 10 über die Zahnradpaare 12, 13 und 14 vom Rad her angetrieben wird, entsteht eine Beschleunigungskurve über dem Weg. Läßt die Beschleunigung der Welle 4 nach und wird ihre Winkelgeschwindigkeit gleichmäßig, so wird auch die Spindelmutter 5 die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 annehmen, wobei der Hebel 7 in seine Mittellage zurückgeht. Wird die Winkelgeschwindigkeit der Welle 4 infolge Abbremsung des Kraftfahrzeugs vermindert, so schraubt sich die Spindelmutter 5 infolge des Beharrens in der bisherigen Winkelgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung auf der Welle 4 vor und bewirkt nun über Stift 6, Hebel 7 und Schreibstift 9 auf dem Wachspapier 11 der Walze 10 eine Aufzeichnung der Verzögerung der Welle 4. Damit der Hebel 7 nicht in Schwingungen gerät, wird er durch zwei in den Zylindern 17 und 18 gleitende Graphitkolben 19 und 20 gedämpft. The mode of operation of the device is described below: If the shaft 1 is rotated when the motor vehicle starts up, its angular velocity becomes increase from initially zero to higher values. The mother is 5 as a result of her Moment of inertia relative to the shaft 4 initially remain somewhat behind, with they move out of the central position on one side of the high-helix thread of the shaft moved away. In doing so, it takes the lever 7 or double lever with it via the pin 6, with this at its other end with the pen 9 running on the roller 10 Wax paper 11 writes down the course of the acceleration. As the roller 10 is over the gear pairs 12, 13 and 14 is driven by the wheel, an acceleration curve is created over the way. The acceleration of the shaft 4 decreases and becomes its angular velocity evenly, the spindle nut 5 also becomes the angular velocity of the shaft Assume 4, the lever 7 returns to its central position. Will be the angular velocity of the shaft 4 is reduced as a result of the braking of the motor vehicle, the Spindle nut 5 as a result of the persistence in the previous angular velocity in opposite direction on the shaft 4 and now causes a lever via pin 6 7 and pen 9 on the wax paper 11 of the roller 10 a record of the delay of the shaft 4. So that the lever 7 does not start to vibrate, it is supported by two in the cylinders 17 and 18 sliding graphite pistons 19 and 20 damped.

Zur Einstellung der Luftdämpfung ist in den Zylindern 17 und 18 je eine verstellbare Düse 21 angebracht. Das Wachspapier 11 wird in Kartenstreifen von etwa Postkartenstärke und 4zange zwischen die Walze 10 und dem Führungsblech 22 eingelegt und durch die Walzen 23, 24 und 25 an die Walze 10 angedrückt. Oberhalb der Walze 10 befindet sich eine Auflage 26, auf die sich das beschriebene Wachspapier auflegen kann. Durch diese Anordnung kann das eben aufgenommene Verzögerungsdiagramm sogleich geprüft und gegebenenfalls mit Fahrzeugdaten beschrieben werden. Die Wahl eines Wachspapier-Kartenblattes statt eines langen Papierstreifens erfolgt deshalb, weil dadurch ein handlicher Beleg über die eben vorgenommene Messung ausgeworfen wird. Außerdem wird dadurch der technische Aufwand des Gerätes durch Wegfall von Umlenkrollen und Ab- und Aufwickelvorrichtung für lange Diagrammstreifen verringert. Damit das Wachspapier 11 auch ohne den Vorschub durch Walze 10 eingelegt bzw. weiter- oder herausgedreht werden kann, kann am unteren Ende der Walze 10 ein Freilaufgesperre vorgesehen werden, mit dem die Walze 10 auch über das Handrad 28 gedreht werden kann. Eine (nicht gezeichnete) bevorzugte Möglichkeit, dieses Freilaufgesperre einzusparen, besteht darin, daß die Walze 10 durch ein ausrückbares oder ausschwenkbares Zahnrad von der Hauptwelle 1 angetrieben wird. In diesem Falle kann das Einführen des Kartenblattes bei ausgekuppeltem oder ausgeschwenktem Zahnrad erfolgen, so daß ein besonderes Freilaufgesperre erspart werden kann.To adjust the air damping is in the cylinders 17 and 18 each an adjustable nozzle 21 attached. The wax paper 11 is made into card strips of about postcard thickness and 4 tongs between the roller 10 and the guide plate 22 is inserted and pressed against the roller 10 by the rollers 23, 24 and 25. Above the roller 10 is a support 26 on which the wax paper described is located can hang up. With this arrangement, the delay diagram just recorded immediately checked and, if necessary, described with vehicle data. The vote a wax paper card sheet instead of a long strip of paper is therefore because it throws out a handy receipt for the measurement that has just been made will. In addition, this reduces the technical complexity of the device by eliminating Deflection rollers and unwinding and rewinding device for long chart strips reduced. So that Wax paper 11 inserted or continued without being fed by roller 10 or can be unscrewed, a free wheel lock can be installed at the lower end of the roller 10 can be provided, with which the roller 10 can also be rotated via the handwheel 28 can. A (not shown) preferred way to save this free wheel lock, is that the roller 10 by a disengageable or swiveling gear is driven by the main shaft 1. In this case, the insertion of the card sheet take place with disengaged or swiveled gear, so that a special Freewheel lock can be saved.

Mit der geschilderten Schreibvorrichtung kann man den Verzögerungs- bzw. Beschleunigungsverlauf auf einem Wachspapier aufschreiben. Der Transport dieses Kartenpapiers wird, wie erwähnt, vom Antrieb der mit einem Steilgewinde versehenen Welle 4 abgenommen. er ist damit wegabhängig, wodurch also die Verzögerungs- bzw. Beschleunigungskurve über dem Weg aufgeschrieben wird. The described writing device can be used to or write down the acceleration curve on waxed paper. The transport of this Card paper is, as mentioned, provided with a high-helix thread by the drive Wave 4 removed. it is therefore path-dependent, which means that the deceleration or Acceleration curve is written down over the path.

Sieht man gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine Kontaktuhr vor, durch die im Abstand von je einer Viertelsekunde eine Zeitmarke aufgetragen wird, so ist auch die Ausgangsgeschwindigkeit bei Beginn der Bremsung berechenbar. If you see a contact watch according to a further embodiment of the invention before, through which a time stamp is applied every quarter of a second is, the initial speed at the beginning of the braking can also be calculated.

Auch die Dauer des Bremsvorgangs selbst wird ablesbar, wenn man in Weiterbildung der Erfindung bei Bremsbeginn vom Pedal her eine Zeitmarkierung auf dem Wachspapierstreifen vornimmt. The duration of the braking process itself can also be read when you go into Further development of the invention at the start of braking from the pedal on a time marker the wax paper strip.

Für Fälle, in denen auf eine registrierende Aufzeichnung verzichtet werden kann, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der F i g. 2, d. h. ohne Schreibvorrichtung ausgeführt. Das Gerät ist dann lediglich als Verzögerungs- bzw. Beschleunigungsanzeiger zu verwenden. In diesem Falle wird, wie F i g. 2 zeigt, der Lastarm des Hebels 7 als Zeiger 31 ausgebildet. Der Zeiger 31 bewegt sich vor einer Skala 32, auf der die Momentanverzögerung abgelesen werden kann. Die Fig.4 ist vereinfacht gezeichnet, selbstverständlich muß auch hier die Spindelmutter 4 analog der F i g. 1 durch nicht gezeichnete Federn in einer Ruhelage gehalten bzw. bei konstanter Winkelgeschwindigkeit in eine solche zurückgeführt werden. For cases in which a registration recording is dispensed with can be, the device according to the invention is shown in FIG. 2, d. H. without Writing device executed. The device is then only used as a delay or To use accelerometers. In this case, as shown in FIG. 2 shows the load arm of the lever 7 is designed as a pointer 31. The pointer 31 advances a scale 32 on which the instantaneous delay can be read. The Fig. 4 is drawn in a simplified manner, of course the spindle nut 4 analogous to FIG. 1 held or in a rest position by springs not shown. at a constant angular velocity can be returned to such.

Ordnet man nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung über dem Zeiger31 einen (in der Figur nicht gezeigten) Schleppzeiger an, so werden die Maximalausschläge des Zeigers 31 festgehalten, und es kann so die Maximalverzögerung abgelesen werden. If one arranges after an expedient development of the invention assign a drag pointer to the pointer 31 (not shown in the figure), the Maximum deflections of the pointer 31 recorded, and it can be the maximum deceleration can be read.

Claims

Claims: 1. Device for measuring and recording angular accelerations with a shaft driven by the movement to be measured on its steep thread a spindle nut designed as a rotating mass is provided, the axial displacement of which reaches a display or registration device against restoring forces, d a -characterized in that in the circumference of the spindle nut designed as a rotating mass (5) a groove is cut into which the power arm rotates one in one Needle or blade bearing (8) mounted two-armed lever (7) engages, the is held in its central position by a pair of springs (15, 16) and its Load arm executes the display or registration movement (FIG. 1).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the Groove a thrust bearing is embedded.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the movement of the lever (7) by two graphite pistons arranged symmetrically in the cylinders (17, 18) (19, 20) is damped, with one adjustable each for setting the air damping Nozzle (21) is arranged (Fig. 1).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that one each Lever (7) engages at opposite points in the groove of the spindle nut (5) and both levers are rigidly connected to one another to form a double lever.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the load arm of the lever (7) a resilient pen (9) relative to a recording medium (11) moves (Fig. 1).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the recording medium on one driven by a gear pair (14) reduced by the movement of the vehicle Roller (10) is arranged so that the pen (9) the acceleration over the Recorded way (Fig. 1).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the reduction the drive of the platen (10) is chosen so that a movement of the roller 5 mm corresponds to the movement of a vehicle by 1 m.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the platen (10) has a diameter of 31.4 mm, so that the circumference of a spanned all around 0.2 mm thick recording medium (11) just gives 100 mm.

9. Apparatus according to claim 5, characterized in that the recording medium from a waxed paper in size and thickness a postcard, which by a free-wheel lock (27) with the handwheel, which is arranged at the lower end of the roller (10) (28) can be inserted or rotated further or out (Fig. 1).

10. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Roller (10) without freewheel lock by means of a disengageable or swiveling gear is driven by the main shaft 1.

11. The device according to claim 5, characterized in that on the recording medium through a contact clock every quarter of a second Time stamps are applied.

12. The device according to claim 11, characterized in that a additional time marking at the beginning of braking by pressing the brake pedal coupled link is made.

13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the The load arm of the lever (7) is designed as a pointer (31), which is located in front of a scale (32) moved to read the instantaneous deceleration (FIG. 2).

14. Apparatus according to claim 13, characterized in that about the pointer (31) a drag pointer is arranged, which the maximum deflections of the pointer (31) and thus allows the maximum delay to be read off.

15. The device according to claim 8, characterized in that the Recording medium at the edge has such a scale division that the distance the graduation marks corresponds to 0.5 m and / or 1 m braking distance.

Documents considered: German Patent No. 335 922; French Patent No. 1,149,255; U.S. Patent No. 2,427,239; "Askania-Warte" magazine, No. 47 from May 1955, pp. 21 to 29.