DE2741411A1

DE2741411A1 - Vorrichtung zum feststellen von neigungen

Info

Publication number: DE2741411A1
Application number: DE19772741411
Authority: DE
Inventors: Emanuel Emil Beer
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1978-04-27
Also published as: US4110609A; IL51979A0; FR2368694A1; SE7706139L; CA1073078A; JPS5353355A; GB1528445A; NO773524L

Description

Vorrichtung zum Feststellen von Neigungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen von Neigungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Vorrichtung zum Feststellen von Neigungen geht aus der US-PS 3 813 556 hervor. Dabei enthält eine Libelle eine bestimmte Menge einer trüben, also nur wenig lichtdurchlässigen Flüssigkeit. Ferner ist quer zur Längsachse eine Fotodetektor-Anordnung vorgesehen, durch die Bewegungen der Luftblase beim Neigen der Vorrichtung erfaßt werden. Die Fotodetektor-Anordnung umfaßt zwei jeweils aus einer Lichtquelle und einer Fotozelle bestehende Einheiten, wobei die erste Einheit im allgemeinen auf die Mitte der Luftblase ausgerichtet ist, und zwar bei waagerechter Lage, und wobei die zweite Einheit im Abstand y von der ersten Einheit angeordnet ist, derart, daß der Abstand y kleiner als die Länge χ der Luftblase ist. Die trübe Flüssigkeit wirkt als Lichtsperre zwischen den jeweiligen Lichtquelle-Fotozelle-Einheiten, so daß in Verbindung mit einer geeigneten elektronischen Schaltung an den Fotozellen Neigungswinkel, die über eine bestimm-

809817/0632

27AU11

te Grenze, die im allgemeinen einen Badian von x/2 entspricht, hinausgehen, festgestellt werden, und zwar zusammen mit der jeweiligen, also im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Richtung.

Obzwar diese Vorrichtung nicht schlecht funktioniert, weist sie doch bei einigen Einsätzen eine Reihe von Nachteilen auf. Da ihre Arbeitsweise auf die Größe der Luftblase abgestellt ist, also die Länge der Luftblase größer sein muß als der Abstand der Lichtquelle-Fotozelle-Einheiten, ist sie für Schalter, bei denen die Luftblase einen großen Weg zurücklegt, also große Neigungswinkeländerungen und damit für einen Schalter, der durch Umgebungseinflüsse nicht beeinträchtigt werden soll, ungeeignet. Bei Erschütterungen oder Vibrationen stehen die Verformungen der Luftblase und die Länge ihrer Wegänderung im engen Zusammenhang miteinander. Infolgedessen ist der in der US-PS 3 813 556 beschriebene Schalter für Fahrzeuge und Bewegungen ausgesetzte Plattformen oder Vorrichtungen nicht empfehlenswert. Der beschriebene Schalter ist vorrangig für statische Bedingungen bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, deren Funktion durch Erschütterungen und Vibrationen nicht beeinträchtigt wird.

Dies wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erreicht. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

809817/0632

274U11

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Luftblase einen großen Weg zurücklegen. Ihre Funktion wird durch Schläge und Vibrationen nicht gestört.

Erfindungsgemäß wird ein langes, mit einer trüben Flüssigkeit gefülltes und eine darin gebildete Luftblase aufweisendes Röhrchen zusammen mit einer Fotodetektor-Anordnung benutzt, die an jedem Ende des Röhrchens jeweils eine von zwei Lichtquelle-Kristallichtverstärker-Einheiten aufweist. Bei waagerechter Lage des Schalters bleibt die Luftblase in der Mitte des Röhrchens. Die Größe der Neigung, die dazu führt, daß die Luftblase zu einer Stelle wandert, wo sie die Lichtquelle-Kristallichtverstärker-Einheit kreuzt, und damit in gewisser Weise die Lichtsperre öffnet, ist von der Krümmung des Röhrchens abhängig. Dadurch wird die Größe der bestimmten Neigung zusammen mit der Größe der Bewegung der Luftblase festgelegt. Bei einem geraden Röhrchen geht bei der geringsten Neigung die zurückgelegte Wegstrecke theoretisch gegen unendlich. Da aber ein langes Röhrchen verwendet wird und die Meßfühler an den Enden angeordnet sind, kann, wenn sich die Luftblase in ihrer mittleren Horizontalposition befindet, eine durch eine gestörte, bewegte Umgebung hervorgerufene Verformung der Luftblase nicht dazu führen, daß sie soweit reicht, um die Lichtquelle-Kristallichtverstärker-Einheit zu kreuzen und Ausgangssignale zu erzeugen. In ähnlicher Weise werden Winkelabweichungen, die durch eine Vibration erzeugt wurden, nicht zu einer sofortigen Bewegung der Luftblase zu den Enden des Röhrchens führen.

Neben dieser verbesserten Anordnung, was die Länge und die Positionierung der Detektoren angeht, wird durch die Erfindung eine weitere Verbesserung geschaffen, die sich

809817/0632

274U11

auf die Gestalt des Röhrchens als solches bezieht. Nach dem Stand der Technik werden für gewöhnlich zylindrische Röhrchen benutzt. Wegen des Winkels, mit dem das licht der Lichtquelle-Fotodetektor-Einheit den Glaszylinder schneidet, entstehen dadurch Probleme. Aufgrund des Schnittwinkels kann beim Durchtritt durch das Glas eine Lichtbrechung entstehen und reproduzierbare Ergebnisse sind nicht immer sichergestellt. Es sei daran erinnert, daß sich die Luftblase oben in dem Röhrchen befindet und daß die Stelle des Röhrchens eine gerade Krümmung aufweist. Erfindungsgemäß hat das Röhrchen an dem Schnittpunkt mit dem Licht der verwendeten Lichtquelle keine große Krümmung. Ein solches Röhrchen kann quadratisch, rechtwinklig oder ovalförmig sein oder eine ähnliche Form aufweisen. Bei einer derartigen Gestaltung des Röhrchens werden Probleme, die durch unerwünschtes, durch das Röhrchen gebrochenes Licht entstehen, vermieden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Röhrchens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Feststellen von Neigungen;

Fig. 2a, b und c einen Querschnitt durch das Röhrchen nach Fig. 1 mit jeweils unterschiedlichem Querschnittsprofil;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Röhrchen nach Fig. 1;

Fig. 4· eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

809817/0632

27ΑΗΊ1 - 7 -

Fig. 5 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 die perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 6 in einem Gehäuse;

Fig. 8 die Draufsicht auf eine Vorrichtung nach Fig. 7; und

Fig. 9 eine Darstellung der Justiereinrichtung der Vorrichtung nach Fig. 8 in vergrößerter Wiedergabe.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung ein Glasröhrchen 11 auf, das mit einer trüben, also nur wenig lichtdurchlässigen Flüssigkeit 13 gefüllt ist, wobei ausreichend Luft zur Bildung einer Luftblase 15 vorgesehen ist. Das Röhrchen ist gerade, weist also keine Krümmung auf. Wie erwähnt, führt ein solches Röhrchen theoretisch dazu, daß die Luftblase sich bei der geringsten Neigung gegen unendlich bewegt. Im allgemeinen wird deshalb eine Krümmung vorgesehen, deren Ausmaß durch die Größe des Winkels bestimmt wird, der festgestellt werden soll. Bei kleinen Winkeln kann das Röhrchen 11 eine Krümmung aufweisen, d. h. es ist an der Außenseite gerade, weist aber an der Innenseite eine gekrümmte Oberfläche auf. Bei größeren Winkeln ist das Röhrchen 11 als Ganzes gekrümmt.

809817/0632

27AU11

Gemäß Pig. 2a, b und c können die unterschiedlichsten Querschnittsprofile beim Röhrchen 11 verwendet werden, um unerwünschte Lichtbrechungen durch seine Wandung zu vermeiden. Das Röhrchen 11 kann gemäß Fig. 2a quadratisch, gemäß Fig. 2b rechtwinklig und gemäß Fig. 2c ovalförmig ausgebildet sein.

Nach Fig. 3i in welcher der Weg des Lichtes zum Detektor schematisch dargestellt ist, ist ein Röhrchen 11, das eine trübe Flüssigkeit 13 und eine Luftblase 15 enthält, vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Röhrchen 11 vorgesehen, das zur Bestimmung von Neigungen von 15° zu jeder Seite hin geeignet ist. Nach einem typischen Beispiel beträgt die Länge a 80 mm und die Höhe b 8 mm, wobei ein quadratisches Querschnittsprofil gemäß Fig. 2a verwendet ist. Entlang der Wege 19 und 21 ist jeweils eine Lichtquelle und ein Detektor angeordnet, welche Wege 19 und 21 das Röhrchen 11 im Punkt 23 und 25 schneiden. Die Anordnung der Lichtquelle und der Fotodetektoren ist dabei so getroffen, daß s:
nau erfassen können

so getroffen, daß sie den gewünschten Winkel, also 15°i ge-

Nach Fig. 4, die das Röhrchen in Verbindung mit einer Lichtquellen-Detektor-Anordnung nach einer ersten Ausführungsform zeigt, ist die Anordnung so getroffen, daß ein Relais 25 mit einer Relaisspule 25a und Kontakten 25b betätigt wird, sobald die betreffende Neigung erreicht ist. Wie beschrieben, ist ein Röhrchen 11 mit einer trüben Flüssigkeit 13 und einer Luftblase 15 vorgesehen. Auf den Geraden 19 und 21 nach Fig. 3 ist die Lichtquellen-Fotodetektor-Anordnung angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen die Lichtquellen aus lichterzeugenden Dioden 27 und 29. Die Dioden 27 und 29 sind einer positiven Spannung aus-

809817/0632

274U11

— Ύ —

/ο

gesetzt, vorzugsweise 25 Volt, und zwar über Widerstände 31 und 33· Die Detektoren bestehen aus Kristallichtverstärkern 35 und 37· Die Kollektoren der Kristallichtverstärker 35 und 37 sind über Widerstände 39 und 41 an die positive Spannungsquelle angeschlossen, und die Emitter an die Platten der zugehörigen Verstärkertransistoren 43 und 4-5· Die Emitter der Transistoren 43 und 45 sind geerdet und ihre Kollektoren sind gemeinsam an ein Ende der Heiais spule 25a angeschlossen, deren anderes Ende an die positive Spannung angeschlossen ist. Wird das Röhrchen 11 in ausreichendem Maß nach einer Seite hin geneigt, so wandert die Luftblase 15 in eine Lage, in der das Licht einer der lichterzeugenden Dioden 27 und 29 die Luftblase 11 entlang einer der Geraden 19 oder 21 schneidet und dann auf einen der Kristalllichtverstärker 35 oder 37 fällt, der angeregt wird und seinerseits den zugehörigen Transistor 43 oder 45 anregt, wodurch das Relais 25 betätigt wird, durch das eine Anzeige erhalten werden kann. Jeder lichterzeugenden Diode 27 und 29 und jedem Kristallichtverstärker 35 und 37 ist eine kleine Linse 47 zugeordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird das Endausgangssignal durch eine lichterzeugende Diode 51 erhalten, wobei die Transistoren 43 und 45 sowie das Relais 25 fortgelassen sind. Die Emitter der Kristallichtverstärker 35 und 37 sind direkt an die lichterzeugende Diode 51 angeschlossen. Im übrigen ist die Schaltung die gleiche. Allerdings kann sie mit einer bedeutend niedrigeren Spannung betrieben werden, beispielsweise 3 Volt. Die in Fig. 6 gezeigte weitere Ausführungsform ist mit derjenigen nach Fig. 4 nahezu identisch, abgesehen davon, daß die Kollektoren der Transistoren 43 und 45 an Aufleuchtlampen 61 und 63 angeschlossen sind, deren anderer Anschluß an die positive Spannung ange-

809817/0632

schlossen ist und die eine Neigung nach links bzw. rechts anzeigen.

Die in Fig. 6 gezeigte und gemäß Pig. 7 in einem Gehäuse untergebrachte Vorrichtung weist vier Anschlußklemmen 62, 64, 65 und 67 auf, die denselben Klemmen nach Pig. 6 entsprechen. Die Anordnung nach Pig. 4- kann in einfacher Weise dadurch getroffen werden, daß die Klemmen 65 und 67 miteinander und mit einer geeigneten Einrichtung am Ausgang, beispielsweise einem Relais, verbunden werden. Bei der Ausführungsform nach Pig. 5 braucht nur eine Klemme neben den Netzklemmen für die lichterzeugende Diode vorgesehen sein. Eine Grundplatte 69 mit einer Breite von etwa 22,3 mm und einer Länge von 57»2 mm gibt ein typisches Beispiel für die Größe der Vorrichtung nach Fig. 7· Die Gesamthöhe einschließlich der Grundplatte 69 und des Dekkels 71» der das Röhrchen 11 und die Elektronik umschließt, beträgt nach einem typischen Beispiel 22,3 mm. Anstatt der gezeigten Klemmen kann ein Anschluß nach Art einer Verschlußklammer vorgesehen sein. Die Grundplatte 69 weist an jeder Seite Löcher 73 zur Befestigung mittels Bolzen auf.

Nach Fig. 8, in der das Innere der Vorrichtung nach Fig. 7 gezeigt ist, ist auf der Grundplatte eine Platte 75 für das Röhrchen 11 befestigt. Das Röhrchen wird durch Halterungen in Form von Klötzen 77 gehalten, von denen einer an jedem Ende angeordnet ist. Die Klötze 77 weisen Aussparungen zur Aufnahme der lichterzeugenden Dioden 27 und 29 sowie der Kristallichtverstärker 35 und 37 auf. Vorzugsweise sind die Klötze 77 an ihrer Unterseite mit Gewindebohrungen versehen, wobei sie durch von der Unterseite der Platte 75 durch Langlöcher ragende Bolzen gehalten werden, die ein Ausrichten gestatten. Die lichterzeugenden Dioden und Kri-

809817/0832

-Vf-

stellichtverstärker sind in dieser Figur nicht sichtbar, weil sie sich innerhalb der Klötze 77 befinden. Sichtbar sind jedoch die Transistoren 43 und 45 sowie die Widerstände 31» 33» 39 und 41. Beim Zusammenbau werden die Klötze 77 mit ihren Teilen angebracht und das Röhrchen 11 in die Mulde eingesetzt, die sie bilden. Danach wird die erforderliche Verdrahtung durchgeführt und die Anordnung ohne Grundplatte 71 in eine Versuchsvorrichtung eingespannt, mit der bestimmte Neigungen eingestellt werden können. Die Klötze 77 werden dann ausgerichtet und angezogen, so daß bei dem gewünschten Neigungswinkel ein Signal erhalten wird, wonach Epoxydharz 79 benutzt wird, um sicherzustellen, daß sich nichts verstellen kann. Anschließend wird der Deckel 71 auf die Vorrichtung gegeben. Wie aus Fig. 9» der vergrößerten Wiedergabe, besonders deutlich zu entnehmen, bilden die Klötze 77 eine Mulde oder Gabel für das Röhrchen 11, wobei sie auf einander gegenüberliegenden Seiten die nicht dargestellten lichtquellen und Kristallichtverstärker enthalten. Die Klötze 77 enthalten Gewindebohrungen 79 und die Platte 75 weist Langlöcher 81 auf, in die die Bolzen 83 eingeführt werden, wobei die Klötze 77 auf der Versuchsvorrichtung solange hin- und herbewegt werden, bis die Luftblase 15 bei dem gewünschten Neigungswinkel in die Achsen 19 und 21 gelangt. Vorzugsweise wird eine Gewindebohrung an jeder Seite vorgesehen, um eine Einstellung in Dreh- und Längsrichtung zu ermöglichen, um die gewünschte Ausrichtung zu erhalten.

Insbesondere wenn ein Röhrchen 11 mit quadratischem oder rechtwinkligem Querschnitt benutzt wird, ist es möglich, die Platte 71 und die Klötze 77 einstückig auszubilden, wobei das Röhrchen 11 lediglich mit Epoxydharz in der entsprechenden Ausrichtung gegenüber der Platte 71 befe-

809817/0832

274U11

stigt zu werden braucht, also waagerecht. Dadurch werden die Kosten beträchtlich herabgesetzt, ohne daß die Wirksamkeit erheblich leidet.

809817/0632

Claims

27AU11

Ansprüche

^I^, Vorrichtung zum Peststellen von Neigungen mit einem mit einer nur wenig lichtdurchlässigen Flüssigkeit gefüllten und eine Luftblase enthaltenden Röhrchen auf einer Platte, gekennzeichnet durch eine erste Lichtquelle (29) und einen ihr zugeordneten ersten Kristallichtverstärker (37)» durch die eine erste das Röhrchen (11) an einem Ende in seinem oberen Abschnitt schneidende, optische Achse (21) bestimmt wird, sowie eine zweite Lichtquelle (27) und einen ihr zugeordneten zweiten Kristallichtverstärker (35)ι durch die eine zweite das Röhrchen (11) an dem anderen Ende in seinem oberen Abschnitt schneidende, optische Achse (19) bestimmt wird, wobei der jeweilige Kristallichtverstärker (35» 37) ein Ausgangs signal liefert, wenn die Luftblase (15) "bei Neigung der Platte (75) in die ihm zugeordnete optische Achse (19, 21) gelangt, und wobei das Röhrchen (11) derart ausgebildet ist, daß es von den optischen Achsen (19» 21) mit einem Winkel geschnitten wird, der 90 Grad zumindest angenähert ist.
2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (11) ein quadratisches Querschnittsprofil aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (11) ein rechtwinkliges Querschnittsprofil aufweist.

809817/0632

r 274U11 4
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (11) ein elliptisches Querschnittsprofil aufweist, wobei die große Achse der Ellipse gegenüber der Platte (75) vertikal verläuft.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit den Kristalllichtverstärkern (35» 37) verbundene Ausgangseinrichtung (43, 45, 25a; 51; 61, 63).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung einen ersten (45) und einen zweiten (43) Treibertransistor aufweist, der mit dem ersten (37) bzw. zweiten (35) Kristalllichtverstärker verbunden ist, sowie eine an den Ausgang der Treibertransistoren (43, 45) angeschlossene Anzeigeeinrichtung (25; 61, 63).
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine erste (61) mit dem Ausgang des ersten Treibertransistors (45) verbundene und eine zweite (63) mit dem Ausgang des zweiten Treibertransistors (43) verbundene Aufleuchtlampe aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Treibertransistors (45) mit dem Ausgang des zweiten Treibertransistors (43) verbunden ist und die Anzeigeeinrichtung ein mit den Ausgängen der Treibertransistoren (43, 45) verbundenes Beiais (25) aufweist.

809817/0632

274U11
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung eine lichterzeugende Diode (51) aufweist, die an den Ausgang der Kristallichtverstärker (35i 37) angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtquellen (27, 29) und Kristallichtverstärker (35, 37) an Halterungen (77) angeordnet sind, die von der Platte (75) getragen werden, und daß eine Justiereinrichtung (81, 83) zum Ausrichten der Halterungen (77) auf der Platte (75) und damit der ersten (21) und der zweiten (19) optischen Achse vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Justiereinrichtung Gewindebohrungen (79) in den Halterungen (77)1 versenkte Langlöcher (81) in der Platte (75) sowie durch die Langlöcher (81) und in die Gewindebohrungen (79) ragende Bolzen (83) umfaßt, wobei die Halterungen (77) justierbar und fest verbolzbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e kennzeichnet, daß die Halterungen (77) für das Röhrchen (11) Mulden aufweisen und jeweils am Ende der Platte (75) angeordnet sowie einstückig mit ihr ausgebildet sind, wobei die Mulden an beiden Seiten Aus sparungen aufweisen und an den Aussparungen einer Seite die Lichtquellen (27, 29) und der anderen Seite die Kri stallichtverstärker (35» 37) angeordnet sind, und wobei ein Epoxydharz zur Befestigung des Röhrchens (11) an der Platte (75) vorgesehen ist.

809817/0832