DE2740342A1

DE2740342A1 - Zusammenstossfuehler

Info

Publication number: DE2740342A1
Application number: DE19772740342
Authority: DE
Inventors: Douglas Alan Larson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-09-07
Publication date: 1978-03-09
Also published as: CA1111932A; US4097699A; IT1087656B; FR2363338B1; JPS5332778A; GB1586611A; FR2363338A1

Description

EATON CORPORATION, Cleveland, Ohio, V.St.A.

Zusammenstoßfühler

Die Erfindung bezieht sich auf einen viskosen, gedämpften Zusammenstoßfühler, d.h. eine Schlagfühlvorrichtung zur Betätigung von Fahrzeuginsassen-Sicherheitsvorrichtungen für den Fall, daß das Fahrzeug zusammenstößt oder kollidiert. Die am häufigsten verwendeten Zusammenstoßfünler verwenden eine bewegliche inertiale Masse (Trägheitsmasse), welche elektrische Kontakte betätigt, um die Sicherheitsvorrichtung, wie beispielsweise eine aufblasbare Umschließung, ^u betätigen. Die Trägheitsmasse ist entweder gleitend innerhalb eines Gehäuses en.-hal⁴en und wird in die Anfangs- oder Ruhestellung vorgespannt ode: aber die Masse ist elastisch in iiner Anfangsposition beispielsweise wie ein Pendel aufgehängt. Bekannte Fühlvorrichtunren verwenden auch ein Rollenband oder ein sogenanntes Ro .-lam;t, um die Bewegung der Trägheitsmasse vorzuspannen oder zurückzuhalten .

Die letzterwähnte Fühlvorrichtungs-Bauart ist außerordentlich kostspielig und übermäßig kompliziert im Aufbau. Die gleitenden und umschlossenen sowie elastisch aufgehängten Fühlvorrichtunien sind demgegenüber wesentlich einfachere Vorrichtungen, bes.tzen aber gewisse Nachteile hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit .. Beispielsweise hängt die zur Betätigung der Fühlvorricl tung erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung stark

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von der Temperatur ab. Ein weiterer Nachteil ist das schlechte Ansprechen dieser Fühlvorrichtungen bei Fahrzeugzusammenstössen mit Mehrfachimpulseingangsgrößen. Dieser Nachteil ist im einzelnen in U.S. Patent 3 974 350 erläutert. Bei diesem gleitenden, eingeschlossenen Fühler ist die Gleitmasse nur solange vorgespannt, bis eine Vorbelastung überwunden wird. Daher haben Mehrfachimpulse von kurzer Dauer, die zyklisch oberhalb und unterhalb des Vorbelastungsniveaus variieren, die Rückstellung des Fühlers und die verzögerte Betätigung zur Folge.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Zusammenstoßfühler zur Betätigung von Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen vorzusehen, der einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist. Die Erfindung sieht ferner einen gleitend angeordneten Zusammenstoßfühler vor, der gegenüber Änderungen der Betriebstemperatur verhältnismäßig unempfindlich ist. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, eine gleitend angeordnete Zusammen-Stoßfühlvorrichtung anzugeben, deren Betrieb nicht durch das Auftreten von mehrfachen Zusammenstoßimpulsen kurzer Dauer beeinflußt wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Fühlvorrichtung vorgesehen, bei welcher eine zylindrische Masse zu einem Ende in eng passender Beziehung mit einem gasgefüllten Rohr vorgespannt ist, und zwar beweglich darin entgegen den viskosen Dämpfungskräften, um einen Satz elektrischer Kontakte infolge einer vorbestimmten Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu schließen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Materialien zur Herstellung der Masse und des Rohrs derart gewählt, daß eine Kompensation für Temperaturänderungen bewirkt wird, wodurch die viskosen Dämpfungskräfte im wesentlichen konstant gehalten werden. Gemäß einem weiteren Merkmal wird die Vorspannkraft an der Masse über die ganze Operation hinweg aufrechterhalten.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung

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Fig. 1 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Zusammenstoßfühlers;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Zusammenstoßfühlers;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt der Trägheitsmassenanordnung des erfindungsgemäßen Fühlers.

Das in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zusammenstoßfühlers 10 weist eine Gehäuseanordnung 12 auf, um eine Fühleranordnung 14 zu umschließen, einen Positionsschalter 16 sowie zugehörige Verdrahtung zur Bildung der Schaltung gemäß Fig. 2.

Die Gehäuseanordnung 12 umfaßt ein Befestigungsflanschglied 18 mit Schraubenaufnahmelöchern 20, um so die Befestigung an einem geeigneten Bauglied des nicht gezeigten Fahrzeugs zu gestatten. Die Gehäuseanordnung 12 umfaßt ferner ein mittiges Rohrglied 22 aus einem geeigneten korrosionsgeschützten Metall, und zwar befestigt am Flanschglied 18 und an einer Endabdeckung 24. Die Endabdeckung 24 besteht aus einem flexiblen hochtemperaturbeständigen Material und ist,wie bei 25 angedeutet,über dem Ende des Rohrglieds 22 durch eine Schnapp-Passung befestigt.

Der Positionsschalter 16 ist in das Flanschglied 18 eingeschraubt und besitzt einen hervorstehenden Betätigungsknopf 26. Vor der Installation der Fühlvorrichtung 10 im Fahrzeug befindet sich der Positionsschalter 16 in einer in Fig. 2 schematisch gezeigten Öffnungsstellung· Wenn die Befestigung auf einer flachen Oberfläche geschieht, so wird der Knopf 2 6 niedergedrückt, was den Schalter schließt. Dieser Zustand kann durch (in Fig. 1 nicht gezeigte) Drähte überwacht werden, die mit einer Klemme 28 des Positionsschalters 16 verbunden sind, wie dies bei 29 in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Fühleranordnung 14 umfaßt ein hohles zylindrisches Rohr 30, welches vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl, wie beispiels-

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weise AISI Type 304, besteht, wobei die Enden des Rohres durch eine normalerweise geschlossene Kontaktstopfenanordnung 32 und eine normalerweise offene Kontaktstopfenanordnung 34 verschlossen sind. Eine zylindrische Trägheitsmassenanordnung 36 ist eng passend gleitend innerhalb des Rohrs 30 aufgenommen und ist in Berührung mit der normalerweise geschlossenen Kontaktstopfenanordnung 32 durch eine Vorbelastungsfeder 38 vorgespannt. Fühleranordnung 14 und Positionsschalter 16 sind elastisch in der Gehäuseanordnung 12 durch Vergießen, wie bei 13 gezeigt, angeordnet.

Die normalerweise geschlossene Kontaktstopfenanordnung 32 besteht aus einem geflanschten Stopfen 40, der vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie einem Gummi oder einem Kunststoff, ausgebildet ist und dabei eine Mittelausnehmung 42 besitzt, die an der Innenfläche ausgebildet ist. Der Stopfen steht abdichtend mit dem Innenumfang des Rohrs 30 in Berührung und weist erste und zweite Zuleitungsdrähte 44, 46 auf, die an ihrem Platz mit eingeformt sind. Der erste Drahtleiter 44 ist mit einem ersten Versorgungsdraht 48 verbunden, der durch die Endabdeckung 24 eingeführt ist, um die Verbindung mit einer Leistungsversorgung herzustellen, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Der zweite Drahtleiter 46 steht mit dem Positionsschalter 16 über einen isolierten Drahtleiter 50 in Verbindung.

Die normalerweise offene Kontaktstopfenanordnung 34 umfaßt ein geflanschtes, im ganzen zylindrisches Stopfenglied 52, erste bzw. zweite Blattkontakte 54 bzw. 56 und ein Abstandsglied 58. Das Stopfenglied 52 ist vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoffmaterial hergestellt, wie beispielsweise aus MINLON (Warenzeichen der E. I. Dupont Nemours Co.); das Stopfenglied 52 besitzt eine abgestufte,hindurch ausgebildete Bohrung 60 zur Aufnahme der Blattkontakte 54, 56 und des Abstandsgliedes 58. Das sich verjüngende Abstandsglied 58, welches ebenfalls aus einem bei hoher Temperatur beständigen Kunststoffmaterial besteht, ist zwischen die Blattkontakte 54, 56 eingesetzt, um diese in einer Abstandsbeziehung zu halten, wobei die sich ergebende Unteranordnung in der in Fig. 1 gezeigten

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Position durch einen Hochtemperatur-Kleber gehalten wird, der die abgestufte Bohrung 60 füllt.

Der erste Blattkontakt 54 ist mit dem ersten Versorgungsdraht 48 verbunden, während der zweite Blattkontakt 56 mit einem zweiten Versorgungsdraht 49 in Verbindung steht. Ein Widerstand 62 liegt parallel zu den Blattkontakten 54, 56, um die Überwachung der Schaltung zu gestatten, die durch die normalerweise geschlossenen Kontakte, wie in Fig. 2 gezeigt, geschlossen ist.

Die Blattkontakte 54, 56 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Beryllium-Kupfer, in Form dünner, außerordentlich flexibler Plättchen mit Kontaktpunkten 55, 57, welche kugelförmige Radien bilden und in die Trägheitsmassenanordnung 36 einsetzbar sind. Die Aussenoberflachen der Kontaktpunkte 55, 57 sind vorzugsweise aus Gründen des Korrosionsschutzes nickelplattiert, und sie sind ferner goldplattiert, um die Leitfähigkeit zu verbessern, wobei die Plattierung örtlich aufgebracht ist, um eine Beeinflussung der Flexibilität der gesonderten Blattkontakte 54, 56 zu vermeiden.

In Fig. 3 ist die Trägheitsmassenanordnung 36 dargestellt und weist ein im ganzen zylindrisches Massenglied 64 auf, welches eine Kontakthülse 66 und eine Kontaktscheibe 68 trägt.

Das Massenglied 64 ist vorzugsweise aus einer Nickel-Eisen-Legierung ausgebildet, wie beispielsweise der Legierung Carpenter Temperatur Compensator "30" Type 2 (der Carpenter Technology Corp. in den U.S.A.); das Massenglied 64 weist eine Sackbohrung 60 auf, um gleitend eine Kontakthülse 66 aufzunehmen, die aus einem längsgeschlitzten Rohr - wie bei 67 gezeigt - aus elektrisch leitendem Material besteht, um eine induzierte Radialbeanspruchunc der Anordnung zu eliminieren. Der Aussendurchmesser 65 des Massengliedes 64 ist derart bemessen, daß er eng in den Innendurchmesser 31 des Rohrs 30 hineinpaßt. Ein Diametralabstand von annähernd 0,003 Zoll hat sich als annehmbar für den Betrieb des erfindungsgemäßen Fühlers herausgestellt. Ein einen verminderten Durchmesser aufweisender Abschnitt 72 erstreckt sich vom einen Ende des

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Massengliedes 64 aus und ist derart bemessen, daß er im Hohlraum 42 aufgenommen werden kann, der im Innenende des normalerweise geschlossenen Kontaktstopfens 42 ausgebildet ist. Das freie Ende des einen verminderten Durchmesser aufweisenden Abschnitts 72 ist bei 74 zum Halten einer Kontaktscheibe 68 deformiert und besitzt ferner eine Abschrägung 76 zwischen dem verminderten Abschnitt und dem Aussendurchmesser 65, um so eine gewisse Flexibilität bei der Anordnung der Scheibe 68 vorzusehen. Die Kontaktscheibe 68 wird vorzugsweise in zwei flexiblen Lagen ausgebildet. Eine wahlweise vorgesehene Isolierlage 78 aus Kunststoff ist benachbart zum Massenglied 64 angeordnet und eine leitende Lage 80, vorzugsweise aus Kupfer aufeinanderfolgend plattiert mit Nickel und Gold, ist damit verbunden und derart angeordnet, daß die leitende Lage 80 den normalerweise geschlossenen Kontaktstopfen 32 konfrontiert, um so den Kreis in dem zusammengebauten Zustand der Fig. 1 zu schließen. Die Isolierlage 80 kann mit einer damit verbundenen Kupferlage von der Westinghouse Corp. erhalten werden, und zwar in der Form flexibler, gedruckter Schaltungsplatten. Ausgerichtete Mittelbohrungen 82 sind durch die Lagen hindurch ausgebildet und sehen einen Zwischenraum gegenüber dem verminderten Abschnitt vor, was die Selbstausrichtung der Kontaktscheibe 68 gestattet.

Es sei nunmehr die Arbeitsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fühlvorrichtung 10 anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

Die Fühlvorrichtung 10 ist in einem Fahrzeug angeordnet, um ein passives Rückhaltesystem zu betätigen, wobei die Längsachse im wesentlichen parallel zur Ebene der Fahrzeugvorwärtsbewegung verläuft, und zwar befindet sich das rechte in Fig. 1 zu sehende Ende benachbart zur Vorderseite des Fahrzeugs. Durch die Befestigung des Halteflansches 18 am Fahrzeug wird, wie zuvor beschrieben, der Positionsschalter geschlossen. Die Trägheitsmassenanordnung 36 wird durch die Vorbelastungsfeder 38 in die in der Zeichnung dargestellte Position gedrückt. In dieser Position schließt die leitende Lage 80 den Kreis zwischen den Leitern 44, 46 der normalerweise geschlossen Kontaktstopfenanordnung 32 und gestattet

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die elektrische überwachung der Massenposition. Die Feder 38 übt eine Kraft auf die Trägheitsmassenanordnung 36 aus, und zwar äquivalent zu einer Trägheitskraft von annähernd 1,0 g. Dieser Vorbelastungswert wird teilweise deshalb gewählt, um die unbeabsichtigte Betätigung der Fühlvorrichtung infolge eines normalen Fahrzeugbremsvorgangs zu verhindern. Eine weitere Betrachtung bei der Auswahl der Vorbelastung ist das bekannte Erfordernis, daß das Ausfahren des passiven Rückhaltesystems zum Schütze der Fahrzeuginsassen bei Stoßpegeln unnötig ist, die geringere Trägheitskraft zur Folge haben. Es ist jedoch zu bemerken, daß andere Konstruktionskriterien vorliegen können, wenn der erfindungsgemäße Fühler verwendet wird, um andere Dinge zu tun als ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem zu betätigen, wobei dann unterschiedliche Vorbelastungen erforderlich sein können.

Beim Auftreten eines Zusammenstosses, bei dem die Trägheitsmassenanordnung 36 eine Kraft oberhalb der Vorbelastung abfühlt, bewegt sich die Anordnung 36 (in Fig. 1 gesehen) nach rechts. Innerhalb des Rohres 30 eingefangene Luft läuft dann durch die Ringzumeßöffnung, gebildet durch den diametralen Spalt zwischen dem Massenglied 64 und dem Rohr 30. Auf diese Weise wird die Bewegung des Massengliedes 64 viskos gedämpft. Wenn sich die Geschwindigkeit des zusammengestossenen Fahrzeugs ändert, so setzt das Massenglied 64 die Bewegung nach rechts fort, und zwar entgegen der kontinuierlichen Vorspannkraft der Feder 38 und der vorhandenen viskosen Dämpfungskräfte, die proportional zur Geschwindigkeit des Massengliedes 64 sind, und die Kontaktpunkte 55, 57 kommen mit der Kontakthülse 66 in Berührung. Auf diese Weise wird ein Kreis geschlossen, der in bekannter Weise ausgebildet ist, um so das Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, wie beispielsweise ein Luftkissensystem, zu betätigen. Der Weiterlauf des Massenglieds 64 setzt sich solange fort, bis der Stopfen 52 berührt wird.

Beim Betrieb in der oben beschriebenen Weise wirkt der erfindungsgemäße Zusammenstoßfühler 10 wie ein kontinuierlich vorgespannter Geschwindigkeitsfühler. Er ist daher unempfindlich gegenüber der Aufprägung von mehrfachen kurzzeitigen Impulsen insoferne als er die Fläche unter der Geschwindigkeits-Zeit-Kurve integriert.

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Es ist bekannt, daß solche Impulseingangsgrößen während bestimmter Fahrzeugkollisionsfälle vorhanden sind.

Es kann gezeigt werden, daß die Versetzung oder Verschiebung des viskos gedämpften Massengliedes 64 proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung ist, welche eine Verzögerung oberhalb der Vorbelastung der Feder 38 begleitet. Beispielsweise ist für den vereinfachten Fall einer Rechteckwellenbeschleunigungs-Eingangsgröße für das Fahrzeug die Bewegungsgleichung für ein viskos gedämpftes Massenglied die folgende:

X = -(M/D) (A-p)T,
dabei ist X = Weg

M = Masse

D = Durchmesser

A = Beschleunigung

T = Zeit

ρ = Vorbelastungskraft.

Für große Werte von A bezüglich ρ ist das Produkt (A-p)T in der Gleichung gleich der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung; die festgestellte Proportionalität wird in dieser Gleichung gezeigt.

Die erfindungsgemäße Anwendung dieses bekannten physikalischen Phänomens bedeutet eine beträchtliche Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Zusammenstoßfühler.

In Kenntnis dieser Beziehung wurde erkannt, daß es möglich ist, den Geschwindigkeitsabfühl-Zusammenstoßfühler in einer Weise auszubilden, daß dieser für einen großen Bereich von Fahrzeugen geeignet ist, die über einen breiten Temperaturbereich hinweg und unabhängig vom Verzögerungsniveau arbeiten. Die Auswahl eines zylindrischen Massengliedes 64 hat zur Folge, daß der Fühler ein stabiles Ansprechen für sämtliche Beschleunigungswinkel in einem Zusammenstoß besitzt. Wenn man diese Abfühlmasse konstant hält, so kann der Fühler derart aufgebaut werden, daß die Kontakte 55,57 beim Auftreten einer gegebenen Geschwindigkeitsänderung geschlossen werden, und zwar durch Veränderung des von der Masse 64 zu durchlaufenden Abstand3 und des Diametralzwischenraums der Masse-

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Rohr-Anordnung.

Der hier beschriebene Zusanunenstoßfühler kann für ein gegebenes Fahrzeug wie folgt hergestellt werden:

Wenn die Geschwindigkeitsänderung, bei der die Betätigung des Insassen-Rückhaltesystems gewünscht ist, bekannt ist, und wenn ein spezieller Durchmesser und die Masse des Massengliedes 64 gewählt sind, so wird der Abstand zwischen der zusammengebauten Position des Massengliedes und der Position, wo dieses die Kontakte 55,57 schließt, bestimmt durch die Einstellung der aufgeprägten kinetischen Energie gleich der potentiellen Energie, die sich aus dem Abstand ergibt, wobei die so gebildete Gleichung für den Abstand wie folgt gelöst wird:

1/2 M (δ. V)² = PAX,

dabei ist M = Gewicht des Massegliedes

^V = Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung P = atmosphärischer Druck
A = Querschnittsfläche der Masse X = Abstand.

Da Luftströmung um die Masse 64 herum stattfindet, ist der angenommene Druckkern dieser Gleichung größer als der tatsächliche, und der schließlich ausgewählte Abstand wird etwas über den berechneten Abstand hinaus erhöht.

Der Diametralabstand zwischen dem Massenglied 64 und dem Rohr 30 wird als nächstes aus der folgenden Beziehung bestimmt:

Δ V K

X 3

(Zwischenraum)

dabei wird K aus bekannten Strömungsmxttelflußbeziehungen für den Fluß durch eine ringförmige Zumeßöffnung, ausgebildet um einen Zylinder herum, wie folgt bestimmt:

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K = 3^D³ 1(1+2" e²)

dabei ist M = Massengliedgewicht

D = Massenglieddurchmesser L = Massengliedlänge

}*■ = Viskosität der Luft
&V = die gewünschte Schwellengeschwindigkeit X = der Abstand

e = der Exzentrizitätsfaktor für das Massenglied

in der Rohrbohrung (dieser Faktor wurde experimentell mit annähernd 0,8 für einf» 0,31 Zoll Durchmesser-Masse mit 0,002 86 Zwischenraum bestimmt)

Nachdem der Abstand und Zwischenraum wie oben erwähnt bestimmt wurde, können kleinere Einstellungen hinsichtlich der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung (im allgemeinen als Geschwindigkeitsschwelle bezeichnet) durchgeführt werden, und zwar durch geringe Änderungen bei einer dieser Variablen.

Bei der Konstruktion des erfindungsgemäßen Zusammenstoßfühlers muß der Effekt von großen Temperaturänderungen berücksichtigt werden, die auf dem Gebiet der Fahrzeuge auftreten. Typischerweise kann man einen Temperaturbereich von -40° bis +250⁰F erwarten. Eine solche Änderung beeinflußt die Viskosität der Luft im Fühler stark und würde bei nicht vorhandener Kompensation starke Änderungen der Geschwindigkeitsschwelle abhängig von der Temperatur zur Folge haben. Da Änderungen des diametralen Zwischenraumes infolge von Temperaturänderungen ebenfalls eine Änderung der Geschwindigkeitsschwelle erzeugen, wird versucht, die Materialien für das Rohr 30 und das Massenglied 64 derart zu wählen, daß der Differenzkoeffizient der thermischen Ausdehnung die Luftviskositätsänderung kompensiert. Die Materialauswahl kann entweder eine Korrektur "erster Ordnung" bewirken, wo der

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Differentialkoeffizient mit der Temperatur konstant verbleibt oder aber eine Korrektur "zweiter Ordnung", wo der Differentialkoeffizient sich linear mit der Temperatur ändert, um der Viskositätsänderung mit der Temperatur zu entsprechen. Es kann auch eine Korrektur höherer Ordnung bewirkt werden, bei der sich das Differential der Koeffizienten nicht linear mit der Temperatur ändert.

Zur Bewirkung der erwähnten Temperaturkompensation wird wie folgt vorgegangen.

Als erstes wird die Beziehung zwischen der Luftviskosität und der Temperatur ermittelt, und zwar aus graphischen Daten, wie sie beispielsweise auf Seite 482 der folgenden Literaturstelle angegeben sind: National Aeronautics and Space Administration document NASA SP-3045 mit dem Titel "Compressed Gas Handbook". Für den Temperaturbereich von -140°F bis 53O°F ist diese Beziehung annähernd:

AA= 0,18729 (T+290)⁰'⁵¹⁰²⁴ χ 10~⁷ (Ib. F see.) / ft²

Dabei ist ^die Viskosität

T ist die Temperatur in ⁰F.

Um die gewünschte Temperaturkompensation zu bewirken, muß das Verhältnis aus Viskosität zur dritten Potenz zwischen dem Zwischenraum zwischen dem Massenglied 64 und dem Rohr 30 konstant gehalten werden. Der Zwischenraum muß daher proportional zur Kubikwurzel der Viskosität gehalten werden und unter Substitution mit dem obigen Viskositätsausdruck ergibt sich sodann:

C ist ungefähr (T+290)⁰'¹⁷⁰⁰⁸

Dabei ist C = der Zwischenraum

T = die Temperatur in ⁰F

Die gewünschte Änderung des Zwischenraumes abhängig von der Temperatur von 77°F kann wie folgt ausgedrückt werden:

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C = (T+290) 0,17008

C77 367

dabei ist C = Zwischenraum T = Temperatur C77 = Zwischenraum bei 77°F.

Die Ausdehnung oder die Änderung dieses Zwischenraumes bei einer Veränderung d<
ausgedrückt werden:

einer Veränderung der Temperatur von 77 F kann dann wie folgt

nC = C77 ( [T+290l°'^17OO8-1) , 367

und für eine zylindrische Massen-Rohr-Kombination mit dem Durchmesser D ist die relative oder prozentuale Ausdehnung die folgende:

LC . = C77 ( LT+2901 O'¹⁷⁰⁰⁸--,) ^rel D 367

Der gewünschte (Ausdruck für den ) thermische Ausdehnungskoeffizient ist dann:

C77 ( CT+29O]°'^17OO8-1)

CTE = _367

D (T-77)

Für eine erfolgreich betreibbare Form mit einem Zylinderdurchmesser von 0,31 Zoll und einem Zwischenraum von 0,00286 Zoll kann dieser Ausdruck wie folgt umgewandelt werden:

(9,266 χ 10~³) ( CT+29d°'^17OO8-1)

367 ,

CTE =

T-77

und ein linearisierter Ausdruck für den Koeffizienten CTE für ein Raumtemperaturniveau von 77°F bis zu irgendeiner Temperatur zwischen -40°F und 25O°F ergibt sich:

CTE = (3,104 - O,OO47T) χ 10~⁶ in/in/°F Mit dieser linearisierten Beziehung werden die Materialien

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für die Hülse 30 und das Massenglied 64 derart gewählt, daß sie das Differential der Koeffizienten am Mittelpunkt des Temperaturbereichs dicht annähern. Dies ergibt eine Korrektur erster Ordnunc Zur Bewirkung einer Korrektur zweiter Ordnung werden Daten aus Publikationen ermittelt, welche die Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur in linearisierter Form ausdrücken, und zwar ähnlich zum zuletzt erwähnten linearisierten Ausdruck für eine Vielzahl von Materialien. Die Materialien werden sodann für das Massenglied und das Rohr derart ausgewählt, daß sich ein kombinierter Ausdruck ergibt, der den obigen idealen linearisierten Ausdruck dicht annähert. Der Temperaturbereich kann sodann in kleinere Inkremente unterteilt werden und eine Kurve wird angepaßt, um die Kurve des idealen nicht linearisierten Ausdrucks des Koeffizienten anzunähern, um eine Korrektur höherer Ordnung vorzusehen.

Beim beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Massenglied 64 aus einer 30-Type 2 Nickel-Eisen-Legierung hergestellt und das Rohr 30 besteht aus rostfreiem Stahl der Type 304. Die Korrektur zweiter Ordnung wurde wie folgt bewirkt: Die Beziehung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Temperatur für das letztgenannte Material ist der 8. Auflage des Metals Handbook der American Society for Metals zu entnehmen, und zwar wie folgt:

CTE = (9,4709 + O,OOO773T) χ 1θ"⁶,

und für das Rohrmaterial kann man ähnliche Daten vom Hersteller des Materials erhalten, was die folgende Beziehung ergibt:

CTE = (4,3010 + O,OO9276T) x 10~⁶

Die Kombination dieser Beziehungen erzeugt einen Ausdruck, der eng der obigen idealen Gleichung entspricht. Das heißt:

CTE = (5,1699 - O,OO85O3T) χ 10~⁶,

was einen Fühler ergibt, der genau und verhältnismäßig wenig durch die Temperatur beeinflußt ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Viskos gedämpfte Trägheitsfühlvorrichtung zum Abfühlen von Geschwindigkeitsänderungen oberhalb einer vorbestimmten Größenordnung zur Betätigung eines auf Stoß ansprechenden Systems, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung folgendes aufweist:

A) Ein Gehäuse mit Mitteln zur Bildung einer Gas enthaltenden, abgedichteten Kammer, welche eine im wesentlichen zylindrische Bohrung definiert,

B) die Kammer vom Gehäuse elastisch isolierende Mittel,

C) eine in der Bohrung dicht passend gleitend aufgenommene Masse (36) , die mit der Bohrung eine ringförmige Gaszumeßöffnung bildet, wobei die Masse aus einer ersten Position in der Bohrung herausbewegbar ist, und zwar dann, wenn das Gehäuse eine Geschwindigkeitsänderung in Richtung der Bohrung erfährt,

D) Mittel (38) zur Vorbelastung und kontinuierlichen Vorspannung der Masse in die erste Position,

E) normalerweise offene elektrische Kontaktmittel (55,57) angeordnet mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber der Masse in der ersten Position derart, daß dann, wenn das Gehäuse eine vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung in der Richtung der Bohrung erfährt, die resultierende Trägheitskraft auf die Masse die Vorbelastung und die Vorspannung überwindet, wobei sich die Masse in der Bohrung unter Verdrängung des Gases bewegt, und wobei das verdrängte Gas durch die ringförmige Zumeßöffnung fließt, um eine vorbestimmte Viskositätskraft vorzusehen, welche die Bewegung der Masse bezüglich der Bohrung derart verzögert, daß sich die Masse aus der ersten Stellung nur dann herausbewegt und das Schließen der elektrischen Kontaktmittel bewirkt, wenn die Geschwindigkeitsänderung die vorbestimmte Größenordnung erreicht.
2. Fühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und die Kammer aus Materialien bestehen, bei denen die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten sich mit der Temperatur derart verändert, daß die Viskositätsänderung des Gases mit der Temperatur kompensiert wird, wodurch die vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung bei Änderungen der Temperatur im we-

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seitlichen konstant verbleibt.
3. Fühler nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse als ein Zylinder ausgebildet ist.
4. Fühlvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch normalerweise geschlossene Kontaktmittel angeordnet in dem Gehäuse in Berührung mit der Masse in deren erster Stellung.
5. Fühlvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an einer im wesentlichen flachen Oberfläche befestigbar ist, und wobei ferner ein Positionsfühlschalter (16) vom Gehäuse getragen wird, um anzuzeigen, daß das Gehäuse an der Oberfläche befestigt ist.
6. Fühlvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbelastungs- und Vorspannmittel eine Feder (38) aufweisen, welche eine Kraft annähernd gleich der Schwerkraft auf die Masse in der ersten Position ausübt und wobei eine Kraft annähernd gleich dem Doppelten der Schwerkraft auf die Masse in der Position ausgeübt wird, wo das Schließen bewirkt ist.
7. Fühlvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammer bildenden Mittel aus einem austenitischen rostfreiem Stahl bestehen und daß die Masse aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht, und zwar mit annähernd 30 Gewichtsprozent Nickel, und wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung sich mit der Temperatur mit einer wesentlich schnelleren Rate ändert als dies für den austenitischen rostfreien Stahl der Fall ist.

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8. Viskos gedämpfte Trägheitsfühlvorrichtung zum Abfühlen von Geschwindigkeitsänderungen oberhalb einer vorbestimmten Größenordnung, um ein auf Stoß ansprechendes System zu betätigen, wobei die Fühlvorrichtung folgendes aufweist:

A) ein Gehäuse mit Mitteln, welche eine Gas enthaltende, abgedichtete Kammer bilden, die eine im wesentlichen zylindrische Bohrung bildet,

B) eine in der Bohrung gleitend aufgenommene Masse, und zwar eng dahinein passend, um so eine ringförmige Gaszumeßöffnung dazwischen auszubilden, wobei die Masse aus einer ersten Position in der Bohrung heraus bewegbar ist, und zwar dann, wenn das Gehäuse eine Geschwindigkeitsänderung in Richtung der Bohrung erfährt,

C) normalerweise offene elektrische Kontaktmittel angeordnet in einer vorbestimmten Abstandsbeziehung gegenüber der Masse in der ersten Position derart, daß dann, wenn das Gehäuse eine vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung in Richtung der Bohrung erfährt, die resultierende Inertialkraft an der Masse diese in der Bohrung bewegt und das Gas verdrängt, welches durch die Ringzumeßöffnung fließt, um eine vorbestimmte viskose Kraft zu erzeugen, wodurch die Bewegung der Masse bezüglich der Bohrung derart verzögert wird, daß die Masse sich aus der ersten Position herausbewegt, um mit elektrischen Schaltmitteln in Berührung zu kommen und diese zu schließen, und zwar nur dann, wenn die erwähnte Geschwindigkeitsänderung eine vorbestimmte Größenordnung erreicht und übersteigt, wobei die Masse und die die Kammer bildenden Mittel aus Materialien ausgebildet sind, welche unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die sich derart mit der Temperatur verändern, daß die Viskositätsänderung des Gases mit der Temperatur kompensiert wird, wodurch die vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung im wesentlichen bei Temperaturveränderungen konstant bleibt.
9. Fühlvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein hohles, zylindrisches Rohr (30), dessen Enden durch eine Stopfenanordnung (32) bzw. (34) verschlossen sind und in welchem sich eine Trägheitsmassenanordnung (36) eng passend befindet und in Berührung mit Kontaktstopfenanordnung (32) durch eine Vorbelastungsfeder (38) vorge-

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spannt ist, wobei Fühleranordnung (14) und Positionsschalter (16) elastisch an der Gehäuseanordnung (12) befestigt sind und mit einem geflanschten Stopfen (40), der eine Mittelausnehmung (42) besitzt, und wobei ferner die Stopfenanordnung (34) ein geflanschtes, im ganzen zylindrisches Stopfenglied (32) mit ersten und zweiten Blattkontakten (54 bzw. 56) sowie einem Abstandsglied (58) aufweist und wobei ferner das Masseglied (64) eine Sackbohrung (60) zur Gleitaufnahme einer Kontakthülse (66) besitzt, und wobei schließlich eine Kontaktscheibe (68) vorzugsweise aus zwei flexiblen Lagen (78,80) besteht.

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