DE3002167A1

DE3002167A1 - Auf eine einen vorbestimmten wert uebersteigende beschleunigung ansprechende vorrichtung

Info

Publication number: DE3002167A1
Application number: DE19803002167
Authority: DE
Inventors: Ulyss Ray Rubey
Original assignee: Detectors Inc
Current assignee: Detectors Inc
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1980-01-22
Publication date: 1980-09-11
Also published as: IT1193369B; GB2040455A; IT8019378A0; JPS5599076A; CA1123679A; FR2447035A1; GB2040455B; FR2447035B1; US4239014A

Description

Graham,Young Country, Texas 76046, V.St.A.

Auf eine einen vorbestimmten Wert übersteigende Beschleunigung

ansprechende Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die auf eine vorbestimmte Beschleunigung anspricht. Insbesondere betrifft sie Vorrichtungen zum Erkennen, ob ein Stoß, eine Kraft oder eine Beschleunigung aufgetreten ist, die für den Gegenstand, dem die Vorrichtung zugeordnet oder an dem sie befestigt ist, nachteilig sein könnte.

Es ist eine Vielfalt von komplexen elektronischen, mechanischen und magnetischen Geräten entwickelt worden, die so heikel sind, daß kleine Stöße, wie sie während des Transports auftreten, zur Störung oder zum Ausfall des Gerätes führen können. Häufig können diese Ausfälle durch überprüfung des Gerätes selbst nicht ohne weiteres erkannt werden und es besteht deshalb ein Bedarf an ' einer gesonderten Stoßerkennungsvorrichtung. Ein Beispiel eines heiklen Gerätes der genannten Art ist ein Maghetplattengehäuse, <las zum _/ Speichern von großen In-

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formationsmengen, die durch Computer zugänglich sind, benutzt ' wird. Wenn die Magnetplatten einen ausreichend starken Stoß empfangen, kann es zum magnetischen Zerreißen der auf der Platte enthaltenen Information kommen. Dieses Zerreißen kann eine falsche Information auf der Platte erzeugen, die weder durch eine Überprüfung mit dem Auge noch durch eine Überprüfung mittels Computer erkannt werden kann. Wenn das eintritt, sollte die Platte entweder weggeworfen x-zerden oder die Information auf ihr sollte korrigiert werden.

Es kommt nicht zum Zerreißen auf einem Magnetplattenstapel, wenn ein Stoß oder eine Beschleunigung unter einem besonderen Wert liegt. Dieser Wert ist davon abhängig„ wie groß der er= forderliche Sicherheitsspielraum ist und um welche Art von Stoß oder Beschleunigung es sich handelt.

Bislang werden aufwendige Beschleunigungsdetektoren,, die eine Beschleunigung graphisch aufzeichnen, benutzt, um eine mögliche Beschädigung eines heiklen Gerätes feststellen zu können. Diese Detektoren überwachen elektronisch die Bewegungen eines Pendels oder einer anderen Masse und diese Infor= mation wird in eine Kurve umgewandelt.

Eine weitere Beschleunigungsüberwachungsvorrichtung ist aus der US-PS 4 068 613 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein verformbares Reservoir benutzt, in welchem eine Grenzflächensperrschicht oberhalb eines vorbestimmten Stoßes oder einer vorbestimmten Beschleunigung durchbrochen wird. In der im Handel erhältlichen Ausführungsform dieser bekannten Vorrichtung wird ein in ein Kapillarrohr eingeschlossenes Tröpfchen benutzt. Das Tröpfchen wird durch Luftpfropfen von den Rohrenden entfernt gehalten. Wenn eine ausreichend starke Beschleunigung auftritt, dringt das Tröpfchen oder ein Teil des

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Tröpfchens in den Luftpfropfen ein und benetzt ein Ende des Rohres. Die im Handel erhältlichen Ausführungsformen dieser bekannten Vorrichtung erfordern eine sorgfältige Kontrolle der Durchmesser und der relativen Grenzflächenspannungen. Außerdem haben die Längskapillaren eine leichte Richtungsempfindlichkeit .

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, die auf eine vorbestimmte Beschleunigung anspricht, ohne sorgfältig und genau hergestellte Durchmesser von Durchlässen oder Kapillaren zu erfordern.

Die Vorrichtung soll auf eine vorbestimmte Beschleunigung ansprechen und relativ frei von einer Richtungsempfindlichkeit sein.

Gemäß der Erfindung ist ein in einer Halteeinrichtung aufgehängtes Flüssigkeitströpfchen vorgesehen. Die Halteeinrichtung umschließt das Tröpfchen und hängt es so auf, daß, wenn eine Beschleunigung der Halteeinrichtung auftritt, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung ist, die Trägheit des Tröpfchens bewirkt, daß wenigstens ein Teil des Tröpfchens aus der Halteeinrichtung entweicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halteeinrichtung ein Wickel oder eine Wendel aus Draht. Das Tröpfchen ist in den Schleifen oder Windungen der Wendel aufgehängt. Wenn die Wendel einer Beschleunigung ausgesetzt wird, die größer als die vorbestimmte Beschleunigung ist, bewirkt die Trägheit des Tröpfchens, daß das Tröpfchen oder wenigstens ein Teil des Tröpfchens seine Aufhängung in der Wendel verläßt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach der

Erfindung und

Fig. 2 · eine Teilseitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt in Vorderansicht ein Flüssigkeitströpfchen 11, das in einer Drahtwendel 13 aufgehängt ist. Die Wendel und
das Tröpfchen sind von einem Glaskolben 15 und von einem
Sockel 17 umgeben. Die Enden der Drahtwendel 13 sind mit
dem Sockel 17 verbunden, um die Drahtwendel innerhalb der
Wände des Kolbens 15 und mit Abstand von diesen zu halten.
Bei Bedarf kann der Sockel eine bedeckte, haftende Oberfläche haben, um das Befestigen an einem Gehäuse od.dgl., in
welchem das Objekt untergebracht ist, zu erleichtern. Jede
verfügbare herkömmliche Befestigungsmethode, beispielsweise die in der US-PS 4 068 613 beschriebene, kann benutzt werden. Der Sockel 17 und der Kolben 15 bilden gemeinsam einen verschlossenen Behälter. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht
der Vorrichtung, in der das Tröpfchen 11 durch das Ende der Wendel 13 sichtbar ist.

Wenn eine Beschleunigung auftritt, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung ist, dann entweicht wenigstens ein Teil des Tröpfchens 11 aus der Wendel 13. Der Ausdruck
"wenigstens ein Teil des Tröpfchens" umfaßt selbstverständlich auch das gesamte Tröpfchen. Der Wert der vorbestimmten Beschleunigung hängt von mehreren Faktoren ab, die weiter
unten erläutert sind. Wenn das Tröpfchen 11 die Wendel verläßt, kommt es mit den Wänden des Kolbens 15 in Berührung.

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Das stellt eine Methode dar, die einem anwesenden oder zukünftigen Beobachter des Kolbens zeigt/ daß ein Stoß erfolgt ist, der größer als die vorbestinunte Beschleunigung ist. Diese Eigenschaft kann noch verstärkt werden, indem ein Farbstoff oder eine Färbung in der Flüssigkeit des Tröpfchens vorgesehen wird, damit die Flüssigkeit auf den Wänden des Kolbens 15 besser sichtbar ist. Eine weitere Verbesserung dieser Eigenschaft kann erzielt werden, indem die Innenwand des Kolbens 15 mattiert oder beschichtet wird, um die Sichtbarkeit und das Haftvermögen der Flüssigkeit auf der Wand zu steigern. Kolben mit mattierten Innenflächen, die sich für diesen Zweck eignen, werden gegenwärtig als kleine Lampenkolben benutzt und sind ohne weiteres erhältlich.

Viele Flüssigkeitszusammensetzungen sind für das Tröpfchen 11 geeignet. Ein Beispiel bilden 60% Wasser, 35% Äthylenglycol und 5% eines wasserlöslichen Farbstoffes. Ein roter Farbstoff ist wegen seiner kontrastierenden Farbe und wegen seiner Bedeutung als Warnsignal von Nutzen. Äthylenglycol ist von Nutzen, da es den Gefrierpunkt der Flüssigkeit senkt, so daß eine Verwendung in kalten Umgebungen möglich ist.

Die Zusammensetzung, die Größe und die Gestalt der Drahtwendel 13 sind ebenfalls variabel. Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,25 mm hat sich als geeignet herausgestellt. Die Wendel kann eine Schraubenlinienform mit einem Durchmesser von 2,41 mm haben. Für diese Wendel ist ein Abstand von 2,54 mm zwischen den Schleifen oder Windungen geeignet. Bei einer Wendel dieser Größe und Gestalt bildet das Tröpfchen etwa eine Kugelform mit einem Durchmesser von ungefähr 2,54 mm. Diese Konfiguration und diese Größe ergeben einen mittleren Bereich vorbestimmter Beschleunigung und fast keine Richtungsabhängig-

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keit.

Für die Verwendung der Wendel und des Tröpfchens, die vorstehend beschrieben sind, zeigt die folgende Tabelle diese Freiheit von Richtungsabhängigkeits

Beschleunigungs- keine Aktivierung richtung «Vielfache von g)

0° 21,6

45° 23,2

Aktivierung	,4
(Vielfache ^ram
24	,1
25	,3
25	,7
25	,4
25	,8
26	,0
24
27

24,5 23,2 23,2

90° 25,5

24,1

135° 21,8

180° 25,8

minimale Aktivierung 24,4
maximale Aktivierung 27,0
mittlere Aktivierung 25,7 +1,3 (- 5,06%)

In der obigen Tabelle ist ein g gleich der Beschleunigung, die durch die Erdbeschleunigung in Meereshöhe erzeugt wird,, Die Richtung der Beschleunigung ist in Winkeln angegeben, welche in Fig. 1 gegen die Vertikale gemessen sind» So hat eine 90 -Beschleunigung eine Richtung von einer Viertelwindung der Wendel, d.h. normal zur Fig. 1. Die obige Tabelle zeigt, daß die kleinen Drähte der Wendel die Kraft, die benötigt wird,um das Tröpfchen ungeachtet seiner Orientierung bezüglich der Beschleunigung entweichen zu lassen, nicht nennenswert ändern. Selbstverständlich muß die Beschleunigungskraft auf den Sockel 17 oder auf den Kolben 15 ausgeübt und dann auf die Wendel 13 und das Tröpfchen 11 übertragen

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werden. Es ist die Trägheit des Tröpfchens 11, die sein Entweichen aus der Wendel 13 verursacht.

Viele Faktoren beeinflussen die Größe der Beschleunigung, die zum Entweichen des Tröpfchens 11 aus der Wendel 13 führt. Ganz offensichtlich beeinflussen die Wendel- und die Tröpfchengröße diesen Wert. Eine größere Wendel und ein größeres Tröpfchen erfordern eine kleinere Beschleunigung, damit es zu einem Entweichen kommt. Die Wendel kann entweder im Durchmesser oder in der Steigung (d.h. in dem Abstand zwischen den Windungen) größer gemacht werden, um die Größe des Tröpfchens 11 zu steigern. Die Dichte der Flüssigkeit ist ebenfalls ein Faktor. Eine größere Dichte verringert die notwendige Beschleunigung .

Ein weiterer Faktor ist die Grenzflächenspannung zwischen dem Draht und der Flüssigkeit. Wenn eine große Adhäsionskraft vorhanden ist und wenn der Grenzflächeninhalt dieser Kraft groß ist, so dominiert die Adhäsion zwischen dem Draht und dem Tröpfchen die anderen Kräfte und die Größe der Kraft und der Flächeninhalt, auf den sie einwirkt, bestimmen weitgehend die Beschleunigung, die zu einem Entweichen des Tröpfchens führt. In Wendeln mit sehr kleinem Durchmesser, bei denen der Drahtdurchmesser .relativ groß ist, wird somit die Adhäsionskraft gesteigert. Die Art der Flüssigkeit und die Art des Drahtes können ebenfalls geändert werden, um die Adhäsionskraft zu verändern-

Andererseits, wenn der Draht nur einen relativ kleinen Bereich der Oberfläche des Tröpfchens berührt, ist die Adhäsion kein so großer Faktor. In diesem Fall wird die Oberflächenspannung (die Grenzflächenspannung des Gases in dem Kolben und der Flüssigkeit) der Flüssigkeit zu einem dominierenden

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Faktor. Da die Oberflächenspannung das Tröpfchen veranlaßt, eine Kugel zu bilden, und da die Kugel durch die Konfiguration der Wendel umschlossen ist, muß eine Fluchtbeschleunigung groß genug sein, um die Oberfläche so zu verformen, daß sie eine Gestalt erhält, die eine Flucht des Tröpfchens aus der Wendel ermöglicht. Auf diese Weise kann die Oberflächenspannung das Entweichen des Tröpfchens aus der Wendel vor der vorbestimmten Beschleunigung verhindern.

Noch ein weiterer Faktor ist die Art und Weise, in der die Wendel in dem Kolben aufgehängt ist. Beispielsweise kann die Länge der Drähte, die von der Wendel zu dem Sockel führen, ein Faktor sein, da sie sich bei Beschleunigungen biegen und somit einen Dämpfungseffekt haben können. Diese Dämpfung könnte ausgenutzt werden, um die Ansprechempfindlichkeit gegenüber kurzzeitigen Beschleunigungen zu verringern. Die Stützdrähte, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, haben Längen von ungefähr 7,6 mm.

Im Betrieb können der Sockel 17 oder der Kolben 15 des Beschleunigungsdetektors nach der Erfindung an einem beschleunigungsempfindlichen Gerät, wie beispielsweise einem Magnetplattengehäuse, befestigt sein. Wenn die Platte Stöße empfängt, die unter der vorbestimmten Kraft des an dem Gehäuse befestigten Detektors liegen, kommt es nicht zum Entweichen des Tröpfchens 11. Wenn jedoch eine Beschleunigung auftritt, die größer ist als die vorbestimmte Beschleunigung, dann bewirkt die Trägheit des Tröpfchens 11, daß wenigstens ein Teil desselben aus der Wendel 13 entweicht. Diese Flüssigkeit berührt die Wand des Kolbens 15 und wird für einen Betrachter von der Zeit an, zu welcher die Beschleunigung aufgetreten ist, sichtbar. Es kann deshalb festgestellt werden, ob die Platte jemals einen Stoß erhalten hat, der groß genug war,

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um möglicherweise eine Beschädigung zu verursachen.

Es gibt eine Vielfalt von Konfigurationen, die als Halteeinrichtung benutzt werden können. Beispielsweise können zwei parallele Ringe benutzt werden, um das Tröpfchen zu halten. Außerdem kann eine mit Löchern versehene, Flüssig-' keits-"Tröpfchen" enthaltende Hohlkugel benutzt werden, deren Löcher groß genug sind, damit wenigstens der erforderliche Teil des Tröpfchens aus der Kugel entweichen kann, wenn diese einen Stoß empfängt, der größer als die vorbestimmte Beschleunigung ist.

Der Kolben 15 kann jede Gestalt oder Größe haben. Vorzugsweise wird er aber so klein gemacht, daß ein wesentlicher Teil von ihm benetzt wird, wenn das Tröpfchen aus der Wendel entweicht. Vorzugsweise sind außerdem der Kolben 15 und der Sockel 17 klein und unaufdringlich und leicht befestigbar.

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Zusammenfassung;

Vorrichtung, die auf eine vorbestimmte Beschleunigung anspricht und in der ein Flüssigkeitströpfchen durch eine
Halteeinrichtung aufgehängt ist? welche das Tröpfchen am
Entweichen hindert, ausgenommen dann, wenn eine Beschleunigung der Halteeinrichtung auftritt, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung ist„ wobei dann wenigstens
ein Teil des Tröpfchens aus der Halteeinrichtung entweicht.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche %

Auf eine einen vorbestimmten Wert übersteigende Beschleunigung ansprechende Vorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) ein Flüssigkeitströpfchen (11) und

b) eine Einrichtung (13) zum Halten des Tröpfchens,, wobei die Oberflächenspannung des Tröpfchens im Vergleich zu anderen Ruhezustandskräften ausreichend groß ist, um das Tröpfchen innerhalb der Halteeinrichtung zu formen, und wobei die Oberflächenspannung das Tröpfchen am Entweichen aus der Halteeinrichtung hindert, ausgenommen dann, wenn eine Beschleunigung der Halteeinrichtung auftritt, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung ist, in welchem Fall dann die Trägheit des Tröpfchens bewirkt, daß wenigstens ein Teil des Tröpfchens aus der Halteeinrichtung entweicht.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (13) einen Draht aufweist, der zu einer dreidimensionalen Hüllkonfiguration geformt ist, und daß das Tröpfchen (11) in dieser Konfiguration enthalten ist, die die Oberfläche des Tröpfchens berührt.
3. Auf eine einen vorbestimmten Wert übersteigende Beschleunigung ansprechende Vorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) ein Flüssigkeitströpfchen (11) und

b) eine Einrichtung (13) zum Halten des Tröpfchens, wobei die Halteeinrichtung nur einen relativ kleinen Teil der Oberfläche des Tröpfchens und doch in einer Weise berührt, daß sie das Tröpfchen umschließt und aufhängt, und wobei das Flüssigkeitströpfchen eine derartige Masse hat, daß, wenn eine Beschleunigung der Halteeinrichtung auftritt, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung ist, die Trägheit des Flüssigkeitströpfchens bewirkt, daß wenigstens ein Teil des Flüssigkeitströpfchens aus der Halteeinrichtung entweicht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß derjenige Teil der Halteeinrichtung (13), der die Oberfläche des Tröpfchens (11) berührt, einen Draht aufweist, der zu einer dreidimensionalen Hüllkonfiguration geformt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkonfiguration eine Wendel ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (15), an dem die Halteeinrichtung (13) befestigt ist und das die Halteeinrichtung so umgibt, daß, wenn wenigstens ein Teil des Tröpfchens (11) aus der Halteeinrichtung entweicht, dieser Teil das Gehäuse berührt,

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welches nach der Berührung durch diesen Teil sichtbar markiert ist.
7. Auf eine einen vorbestimmten Wert übersteigende Beschleunigung ansprechende Vorrichtung? gekennzeichnet durchs

a) ein Flüssigkeitströpfchen (11) und

b) eine Adhäsionshalteexnrichtung (13) zum Halten des Tröpfchens durch Adhäsion zwischen dem Tröpfchen und der Halteeinrichtung, wobei die Halteeinrichtung das Tröpfchen so hält, daß eine Beschleunigung, die größer als eine vorbestimmte Beschleunigung der Halteeinrichtung ist, bewirkt, daß wenigstens ein Teil des Flüssigkeitströpfchens aus der Halteeinrichtung entweicht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (13) einen Draht aufweist, der zu einer dreidimensionalen Hüllkonfiguration geformt, ist, in der sich das Tröpfchen (11) befindet.

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