DE1816998C3 - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

Abb.4 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die innere Einrichtung des Beschleunigungsmessers gemäß Abb. 2 zeigt;

A b b. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Vibrators im Beschleunigungsmesser gemäß A b b. 2;

A b b. 6 ist eine ausschnittweise Draufsicht auf die Dämpfungswände und die zur Einstellung des dazwischenliegenden Zwischenraums verwendeten Mittel einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei im üb/igen der Aufbau gemäß den Abb. 2 bis 5 zugrunde zu legen ist;

Abb. 7 zeigt eine ähnliche Draufsicht wie Abb. 6 einer weiteren Ausführungsform gemäß dieser Erfindung.

Wie A b b. 2 zeigt, ist der Behälter 1, der einen Beschleunigungsmesser und Dämpfungsflüssigkeit, L. B. dicht eingeschlossenes Silikonöl, enthält, auf einer Grundplatte 3 befestigt, die mit Hilfe von bekannten Befestigungsmitteln, welche durch die nicht mit Bezugszeichen versehenen Schlitze längs der Seitenkanten der Grundplatte hindurchgehen können, auf einen sich bewegenden Körper aufgelegt und an demselben befestigt werden kann. Der oben offene Behälter ist aus einer Bodenwand und Seitenwänden gebildet, welche 2inen Innenraum vollständig einschließen, und weist einen Deckel 2 auf, wobei öffnungen 16, 17, 18 in einer Stirnwand vorgesehen sind, damit sich Durchführungen für elektrische Leitungen ergeben, welche am Vibrator angebracht sind.

Der Beschleunigungsmesser im Behälter 1 besieht, wie die A b b. 3 bis 5 zeigen, aus einem Vibrator 4 und zwei Bimetallstreifen 8 und 9 als Dämpfungswände, welche auf einander entgegengesetzten Seiten, jedoch in geringem Abstand vom Vibrator, liegen. Der Vibrator 4 besteht aus einer Biegefeder S aus Blattfedermaterial, deren eines Ende mittels Grundplatten Ta, Ib und eines Bolzens 7c an einer Innenwand des Behälters befestigt ist, während das andere Ende frei schwingen kann. Zwei quaderförmige Massen 6 α und 6 b, deren Seitenflächen mit den Seitenkanten der Biegefeder 5 bündig fluchten, sind auf der Oberseite und der Unterseite des freien Endes der Biegefeder befestigt. Die Grundplatten Ta und Tb sind gleichfalls quaderförmig, aber etwas größer als die Massen, so daß sie in seitlicher Richtung über die Seitenränder der Biegefeder 5 und der Massen 6 a, ftb vorstehen. Vorteilhaft ist ein flacher Sockel 10 auf dem Boden des Gefäßes vorgesehen, worauf dann der Vibrator mittels der Grundplatten Ta, Tb und der Schraube Tc oder dergleichen Mittel befestigt ist.

Meßeinrichtungen, wie halbleitende Dehnungsmeßstreifen 51 und Sl sind in einander entsprechenden Positionen im mittleren Bereich auf der oberen und unteren Oberfläche der Biegefeder 5 zwischen den Massen und den Grundplatten angeklebt, wobei elektrische Leitungen, welche an die Dehnungsmeßstreifen angeschlossen sind, durch die Löcher 16, 17 und 18 aus dem Behälter herausgeführt an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Brückenmeßkreis angeschlossen sind. Die Löcher sind mit einem geeigneten Isoliermaterial abgedichtet.

Wie Abb. 4 zeigt, ist ein Ende einer jeden Dämpfungswand 8 und 9 an den Seitenflächen der Grundplatten Ta, Tb durch eine Schraube od. dgl. so befestigt, daß die zwei Dämpfungswände einen Zwischenraum bilden, der ein wenig breiter als die Biegefeder 5 ist, und daß sie Wandungen parallel zur Achse der Biegefeder S ergeben, welche rechtwinklig zu derselben und dabei parallel zur Schwingungsrichtung derselben verlaufen. Die Massen 6 a und 6 b, welche dieselbe oder eine etwas kleinere Breite als die Biegefeder S haben, können mit derselben frei im Zwischenraum zwischen den Dämpfungswänden schwingen.

Ein Anschlagstift 13 ist am freien Ende der Dämpfungswand 8 vorgesehen und verläuft rechtwinklig zu derselben bis fast an die gegenüberliegende Dämpfungswand 9.

Wie die Abb. 2 und 3 zeigen, wird der Deckel 2 auf den abgeflanschten oberen Rändern der Seitenwandungen des Behälters durch Schrauben od. dgl. festgehalten. Um die Flüssigkeit im Behälter abzu- «ichten, ist eine elastische dünne Folie aus synthetischem Kunststoff od. dgl. auf die Unterseite des Deckels gelegt. Diese Folie bildet eine Membrane, welche eine Luftkammer 12 bedeckt, die durch eine Ausnehmung oder Nut in der Unterseite des Dekkels 2 gebildet ist, so daß Luft oder ein anderes Strömungsmedium durch die Folie 11 in der Kammer 12 eingeschlossen wird.

Beim Betrieb des beschriebenen Beschleunigungsmessers wird der Vibrator 4 in Richtung seiner Dicke in Abhängigkeit von der Beschleunigung einer sich bewegenden Vorrichtung, an welcher der Beschleunigungsmesser angebracht ist, in Schwingungen versetzt, wobei die Widerstandsänderungen der Dehnungsmeßstreifen Sl, 52, welche auf die obere und untere Seite der Biegefeder 5 geliebt sind, als elektrisches Ausgangssignal verwendet werden, um die Beschleunigung mittels des Brückenmeßkreises und eines Meßinstrumentes zu erfassen.

Wege.i der kleinen Zwischenräume zwischen den Oberflächen der Dämpfungswände 8 und 9 und beiden Seitenwandungen der Massen 6 a und 6 b am freien Ende des Vibrators 4 wird die Eigenfrequenz des Vibrators durch den Viskositätswiderstand des in den Zwischenräumen befindlichen Öles absorbiert. Das hat zur Folge, daß der Vibrator in Übereinstimmung mit den abrupten und zeitlichen Beschleunigungsänderungen, die auf den Vibrator wirken, in Schwingungen versetzt wird, weswegen es möglich ist, die Beschleunigungsänderungen korrekt zu erfassen.

Wenn der Ausdehnungskoeffizient der den Behälter 1 ausfüllenden Dämpfungsflüssigkeit größer ist als derjenige des den Behälter bildenden Metalls, würde normalerweise bei einem Ansteigen der Flüssigkeitstemperatur ein Austreten der Flüssigkeit oder aber eine Beschädigung des Behälters die Folge sein. Die Luftkammer 12 verhindert dies aber. Die dünne Folie 11 wird, wenn die Flüssigkeit infolge Temperaturanstiegs expandiert, unter der Wirkung des Öldrucks in die Luftkammer 12 hineingedrückt, weswegen die Flüssigkeit unter praktisch konstantem Druck bleibt. Aus diesem Grunde werden die normalerweise durch Öldruckänderungen verursachten Meßfehler eliminiert, während gleichzeitig ein Austritt von Flüssigkeit und eine Beschädigung des Behälters vermieden wird.

Die beiden Dämpfungswände 8, 9 sind aus Bimetallstreifen hergestellt und biegen sich in solcher Richtung durch, daß die Abstände zwischen den Dämpfungswänden und den Seitenwänden der Massen 6 a und 6 b verringert werden, wenn die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt. Hierdurch wird die sich aus der Änderung der Temperatur ergebende Ände-

rung des Dämpfungsfaktors kompensiert. Bei einem Beschleunigungsmesser, bei welchem die Dämpfungswände nahe an der Biegefeder angeordnet sind, an deren freiem Ende Massen gehalten werden, wird die Dämpfung des Vibrators durch den Viskositätswiderstand der Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen der Dämpfungswand und der dieser benachbarten Oberfläche der gegenüberliegenden Masse bestimmt, wobei der Dämpfungsfaktor durch nachfolgende Formel dargestellt wird:

k = Konstante,

μ = Viskosität der Flüssigkeit,
Cc = kritischer Dämpfungskoeffizient,

A — Fläche der der Dämpfungswand gegenüberliegenden Oberfläche der Masse,

h = Abstand zwischen der Oberfläche der Masse und der gegenüberliegenden Dämpfungswand

In der Formel ist k ein Faktor, welcher durch Form und Größe bestimmt sein kann, während Cc durch die Federkonstante des Vibrators bestimmt wird, die von der Größe der Masse abhängt. Wenn A ein fester Wert ist, kann der Dämpfungsfaktor durch die Beziehung zwischen der Viskosität μ und dem Abstand Λ bestimmt werden. Mit anderen Worten ändert sich der Dämpfungsfaktor in Abhängigkeit von der Viskositätsänderung der Flüssigkeit. Diese wird ihrerseits hauptsächlich verursacht durch eine Temperaturänderung der Flüssigkeit, und deswegen ändert sich der Dämpfungsfaktor bei einer Temperaturänderung der Flüssigkeit.

Die Viskositätsänderung bei einer Temperaturänderung der Flüssigkeit ist in A b b. 1 im Diagramm dargestellt. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit steigt, wird deren Viskosität gesenkt, und der Dämpfungsfaktor verringert sich entsprechend. Wenn jedoch der Abstand zwischen der Dämpfungswand und der Vibralormasse proportional zur Temperaturänderung der Flüssigkeit geändert wird, ist es möglich, die Viskositätsänderung zu kompensieren. Es ist deshalb möglich, den Vibrator so schwingen zu lassen, daß er korrekt auf die Beschleunigung anspricht, und zwar durch geeignete Dämpfungsänderungen, und daß er die korrekte Beschleunigung innerhalb eines breiten Temperaturbereichs korrekt mißt, indem die Änderung des Dämpfungsfaktors, welche durch die Temperaturänderung verursacht wurde, infolge Verwendung von Dämpfungswänden aus Bimetallstreifen automatisch kompensiert wird.

Der Aufbau der Dämpfungswände 8 und 9 aus Bimetallstreifen ist in Abb.4 gezeigt. Jede Wand 8, 9 ist aus zwei verschiedenen Metallstreifen 8α, 8&, 9α, 96 zusammengesetzt, welche verschiedene Ausdehnungskoeffizienten haben. Es ist möglich, wenigstens für einen der beiden Streifen einer Dämpfungswand anderes Material als Metall zu verwenden. Die inneren Streifen 86 und 96 sind aus demselben Material gemacht, dessen Ausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige der äußeren Streifen 8a und 9a ist. So kann z. B. Bernstein für die Streifen 8 b und 9 b verwendet werden, wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient von Bernstein 0,9· 10""°/° C ist, während Messing für die. Platten 8 a und 9 a verwendet werden kann, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient 19-10-«/°C ist. In diesem Falle biegen sich die Dämpfungswände 8 und 9, wenn die Flüssigkeitstemperatur ansteigt, einwärts in Richtung auf den Vibrator 4, wobei sie die Spaltbreite zwischen den Dämpfungswänden und den Seitenflächen

ίο der Massen 6 a und 6 b verringern, um den Viskositätswiderstand der Flüssigkeit in diesen Spaltbereichen zu steigern. So bleibt der Dämpfungsfaktor konstant, und die Beschleunigung wird korrekt erfaßt.

Wenn sich die Dämpfungswände 8 und 9 infolge Temperaturanstiegs in Richtung aufeinander zu biegen, berührt das Ende des Anschlagstiftes 13 die innere Wandfiäche der Dämpfungswand 9, um den Zwischenraum zwischen den Wänden auf einen vorbestimmten Abstand zu begrenzen, so daß eine Berührung der Innenflächen der beiden Dämpfungswände 8, 9 mit den Seitenflächen der Massen 6 α und 6 b vermieden wird.

Das Verhältnis der Viskositätsänderung zur Anas derung der Flüssigkeitstemperatur ist bei niedriger Temperatur größer und bei höherer Temperatur kleiner (vgl. Punkt α in Abb. 1). Deshalb sollte der Bimetall-Aufbau der Dämpfungswände variiert werden, um den Abstand dazwischen in Übereinstimmung mit den Bedingungen niedriger oder hoher Temperatur zu ändern, damit sich eine korrekte Ablesung der Beschleunigung ergibt. Ein Weg, dies zu erreichen, besteht darin, die biegbare freie Länge der Dämpfungswand bei hoher Temperatur kleiner als bei niedriger Temperatur zu machen. Dies ergibt bei hoher Temperatur eine kleinere Abstandsänderung zwischen den freien Enden der Dämpfungswände pro Grad Temperaturänderung als bei niedriger Temperatur. Dadurch ergibt sich eine bessere und korrektere Kompensation des Dämpfungsfaktors.

Möglichkeiten zur Verwirklichung dieses Prinzips

sind in den Abb. 6 und 7 dargestellt. Der Behälter zur Aufnahme des Beschleunigungsmessers und der

Flüssigkeit sowie die Art und Weise des Aufbringens des Beschleunigungsmessers sind die gleichen wie bei der Ausführungsform gemäß A b b. 4, weswegen Erläuterungen dazu nicht erforderlich sind. Die Dämpfungswände aus Bimetallstreifen gemäß A b b. 6 sind auch die gleichen, und der Vibrator wird, wie in Abb. 4 gezeigt ist, rechtwinklig zur Zeichenebene in dieselbe hinein und daraus heraus in Schwingun gen versetzt. Ein zweiter Anschlagstift 14a, ähnlich dem Anschlagstift 13, ist an der Wand 8 in einem mittleren Bereich derselben befestigt, wobei sein

freies Ende die Innenfläche der Dämpfungswand 9 berührt, wenn die beiden Dämpfungswände 8 und 9 unter dem Anstieg der Flüssigkeitstemperarur bis auf einen vorbestimmten Wert innerhalb des Temperaturbereichs, in welchem der Beschleunigungsmesser verwendet werden kann, gekrümmt sind. Ein (nicht gezeigter) ähnlicher Anschlagstift ist in symmetrischer Position auf der anderen Seite der Biegefeder 5 angeordnet. Die beiden letztgenannten Anschlagstifte erstrecken sich praktisch rechtwinklig zur Wand 8

bis fast an die Wand 9 hin. Wenn es erwünscht ist, können zusätzliche Anschlagstifte vorgesehen werden, deren Positionen von der Eigenschaft der Bimetallstreifen der Dämpfungswände, von deren

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Länge, von der Art der Dämpfungsflüssigkeit und von anderen Faktoren abhängen. Im allgemeinen reicht es aber aus, einen Anschlagstift in der Nähe der Mitte zwischen dem eingespannten Ende und dem freien Ende der Dämpfungswand 8 vorzusehen.

Der Zwischenraum zwischen dem Anschlagstift 13 bzw. den zusätzlichen Anschlagstiften 14« und der Biegefeder 5 wird so gewählt, daß beim Schwingen der Biegefeder 5 eine gegenseitige Berührung ausgeschlossen ist.

Die Ausführungsform gemäß A b b. 6 arbeitet wie folgt. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt und die freien Enden der Anschlagstifte 13 und 14a die innere Oberfläche der Dämpfungswand 9 noch nicht berühren, biegen sich die Dämpfungswände praktisch über ihre gesamte Länge 11, von ihren eingespannten Enden zu ihren freien Enden. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit etwas weiter ansteigt, berührt das freie Ende des Anschlagstiftes 14a die Dämpfungswand 9 und verhindert dadurch eine weitere Verringerung des Zwischenraums zwischen den Dämpfungswänden 8 und 9 auf der Länge / 2 — /1. Bei weiterem Temperaturanstieg wirkt der Anschlag 14 a als ein Abstützpunkt, welcher das Verbiegen der

Dämpfungswände auf ihre Endbereiche /1 beschränkt. So wird die Abstandsverringerung zwischen den Innenflächen der Dämpfungswände 8 und 9 und den Massen 6 a, 6 b als Folge einer Temperaturänderung bei hoher Temperatur im Vergleich zu der bei einer Temperaturänderung bei niedriger Temperatur auftretenden Abstandsverringerung in Übereinstimmung mit der Tatsache reduziert, daß die Viskositätsänderung bei einer Temperaturänderung dei

ίο Flüssigkeit im Bereich hoher Temperaturen kieinei ist. Auf diese Weise wird die Änderung des Dämpfungsfaktors infolge von Temperaturänderungen in einem perfekten Grade kompensiert.

In der Ausführungsform gemäß A b b. 7 ist dei Anschlagstift 14 a ersetzt durch Vorsprünge 151,152 die seitlich von dem inneren Ende der Grundplatte 7« abstehen. Diese Anschläge können die Innenflächen der Dämpfungswände 8 und 9 berühren wenn die Dämpfungswände bei einem Temperaturanstieg der Flüssigkeit einwärts gekrümmt werden Entsprechende Anschläge können auch auf dei Grundplatte Ib vorgesehen werden. Es wird der selbe Effekt erzielt, wie mit dem Anschlagstift 14 a ir Abb. 6.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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wie in
ιnebene

Claims (1)

1. zielt wird, als er beabsichtigt ist. Es würde nämlich

   Patentanspruch: hierdurch wieder die Spaltbreite vergrößert werden,

   wohingegen bei noch weiter steigender Temperatur

   Beschleunigungsmesser mit elektrischem Ab- und damit weiterer Verringerung der Viskosität der griff, einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthalten- 5 Dämpfungsflüssigkeit zumindest eine Beibehaltung den Gehäuse und einer darin an einer eingespann- der Spaltbreite erwünscht ist. Bei entsprechender ten Biegefeder angeordneten trägen Masse sowie Ausbildung der äußeren Bimetallstreifen und geeigje einem beiderseits der Masse und der Biegefeder neter Abstimmung ihrer Länge kann erreicht werangeordneten Bimetallstreifen, dessen Fläche je- den, daß nach Überschreiten der Grenztemperatur weils unter Spaltbildung parallel zur Schwin- io die Spaltbreite im Sinne einer automatischen Komgungsrichtung verläuft, als Dämpfungswand zur pensation der Abnahme der Viskosität der Dämp-Änderung eines Durchtrittsquerschnitts für die fungsflüssigkeit weiter verringert wird.
   Dämpfungsflüssigkeit, wobei jede der Dämpfungs- Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität der wände ein eingespanntes sowie ein freies Ende Dämpfungsflüssigkeit ist in der Regel nicht linear, aufweist, ferner mit einem Anschlag, der ein Ver- 15 Das heißt, es ändert sich auch der Temperaturkoeffibiegen der beiden Dämpfungswände über ihre ge- zient mit der Temperatur, und zwar ist er bei niedsamte freie Länge ermöglicht, bis die Temperatur rigen Temperaturen größer als bei höheren Tempeder im Gefäß befindlichen Flüssigkeit einen raturen. Es ist deshalb bei einer Temperaturkompenvorbestimmten Wert erreicht, und der dann dun sation des Beschleunigungsmessers erwünscht, die weiteren Biegevorgang der Dämpfungswände be- 20 Spaltbreiie im Bereich niedriger Temperaturen bei einflußt, dadurch gekennzeichnet, daß einer bestimmten Temperaturänderung stärker zu der Anschlag (14a, 151, 152) bzw. mehrere An- verringern als bei höheren Temperaturen. Der Erschlage zwischen den Dämpfungswänden (8, 9) findung liegt die Aufgabe zugrunde, hierfür eine einan einer Stelle zwischen dem eingespannten und fache Lösung anzugeben, d. h. bei einem Beschleunidem freien Ende der Dämpfungswände derart an- 25 gungsmesser der im Gattungsbegriff des Anspruches geordnet ist bzw. sind, daß beim Überschreiten genannten Art zu erreichen, daß die auf die Tempeder vorbestimmten Temperatur in der Flüssigkeit ratureinheit bezogene Änderung der Spaltbreite zwider Anschlag bzw. die Anschläge nacheinander sehen der Masse und der Biegefeder einerseits und die zugewandten Innenflächen der beiden Dämp- den sich hieran nach außen anschließenden Bimetallfungswände berühren, um damit einen zwischen 30 streifen andererseits bei niedrigen Temperaturen gröden Dämpfungswänden befindlichen Raum fest- ßer ist als bei hohen Temperaturen,
   zulegen, und mit Ausnahme der freien, auf der Die Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Paanderen Seite des Anschlages liegenden Teile (/1) tentanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst,
   ein weiteres Verbiegen der Wände verhindert. Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, die biegwobei der Anschlag einen Schwenkpunkt bildet, 35 bare frue Länge der Dämpfungswände bei hohen um den sich die freien Teile (/1) der Dämpfungs- Temperaturen kleiner als bei niedrigen Temperaturen wände biegen, wenn die Temperatur der Flüssig- zu machen und damit auch den Einfluß der pro keit den vorbestimmten Wert übersteigt. Temperatureinheit bewirkten Änderung der Spaltbreite entsprechend zu verringern. Dies geschieht 40 durch wenigstens einen Anschlag im mittleren Be-

   reich der freien Länge der Dämpfungswände, der als

   Stützpunkt wirkt und beim Anstoßen der Dämpfungswand an diesen Anschlag den Bereich zwischen

   Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser der Einspannstelle und dem Anschlag für die weitere gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs. 45 Spallbrcitenänderung nahezu wirkungslos macht. Bei dem durch die US-PS 2 822 161 bekannt- Werden im Bereich zwischen dem eingespannten gewordenen Beschleunigungsmesser dieser Art sind Ende und dem freien Ende der Dämpfungswände beiderseits der Masse und der Biegefeder jeweils zwei mehrere Anschläge vorgesehen, so kann nicht nur Bimetallstreifen angeordnet, von denen die äußeren eine zweistufige Anpassung an den Temperaturkoefjeweils kürzer und stärker ausgebildet sind als die 50 fizienten, sondern eine mehrstufige Anpassung vorinneren. Die Bimetallstreifen haben die Aufgabe, die genommen werden. Diese Anpassung erfolgt mit einim wesentlichen die Dämpfung bestimmende Spalt- fachsten Mitteln, d. h., ohne daß wie beim Stand der breite zwischen der Masse und der Biegefeder auf der Technik zusätzliche Bimetallstreifen erforderlich sind, einen Seite und den inneren Bimetallstreifen auf der und ist auch ohne besondere Justierschwierigkeiten anderen Seite bei steigender Temperatur zu verrin- 55 durchzuführen.

   gern, um hierdurch eine Kompensation der Viskosi- Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an

   tätsänderung der Dämpfungsflüssigkeit in dem Sy- Hand von 7 Abbildungen, in denen für gleiche Teile

   stemgehäuse zu bewirken. Im Bereich der freien gleiche Bezugszeichen gewählt worden sind, näher

   Enden der inneren Biegefedern sind Anschläge vor- erläutert.

   gesehen, die verhindern, daß bei einer sehr starken 60 Abb. 1 ist ein Diagramm, welches die Beziehung

   Temperaturerhöhung die Enden an der schwingen- zwischen der Temperatur und der Viskosität des Öls

   den Masse anschlagen. Die äußeren Bimetallstreifen im Gehäuse eines Beschleunigungsmessers darstellt;

   haben die Aufgabe, beim Anstoßen der inneren Bi- Abb. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Be-

   metallstreifen an die betreffenden Anschläge, d. h. schleunigungsmessers, der zwar noch nicht die erfin-

   beim Überschreiten einer Grenztemperatur, zu ver- 65 dungsgemäßen Merkmale aufweist, aber auf dessen

   hindern, daß sich bei weiterer Temperaturerhöhung Aufbau die Erfindung basiert;

   die inneren Bimetallstreifen im mittleren Bereich aus- A b b. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie III-III

   bauchen und damit ein entgegengesetzter Effekt er- in Abb. 2;