DE3133056A1 - "beschleunigungs/verzoegerungsfuehler" - Google Patents

Description

IRUPE - Pellmann - α _■- -^:-

3 Dipl.-Ing. R. Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403

8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

21. August 1981 DE 1309 case W-1636

Aisin Seiki Kabushiki Kaisha

Kariya city, Japan

Beschleunigungs/Verzögerungsfühler

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler zur Umsetzung einer Geschwindigkeitsänderung in ein elektrisches Signal; im einzelnen betrifft die Erfindung einen Beschleunigungs/ , Verlangsamungs-fühler, "bei dem eine in einem weichmagnetischen Teil aus amorphem Metall durch eine Beschleunigung oder eine Verlangsamung hervorgerufene Belastungsänderung in ein entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt wird.

Bei einem herkömmlichen Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler der erfindungsgemäß vorgesehenen Art wird ein Halbleiter verwendet, der einen Dehnungsmesser bildet, und ein Beschleunigungs- bzw. Verlangsamungs-Meßsignal dadurch erzielt, daß eine zur Beschleunigung bzw. Verlangsamung proportionale Widerstandsänderung in eine Analogspannung umgesetzt wird. Dieser Fühler ergibt eine nur geringe Widerstandsänderung, die zu einer Beschleunigung oder Verlangsamung proportional ist, und macht einen komplizierten zugeordneten Schaltungsaufbau für die Rauschunterdrückung bzw. Störungsunterdrückung notwendig,

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

-&-. ■ DE 1309

Ferner beträgt der Arbeitstemperaturbereich des Fühlers ungefähr -30 bis +100⁰O, da der verwendete Halbleiter hinsichtlich einer Temperaturverschiebung sehr empfindlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungs/verlangsamungs-Fühler zu schaffen, der eine verhältnismäßig einfache elektrische Verarbeitung eines erfaßten Beschleunigungs- oder Verlangsamungssignals 10. erlaubt.

Ferner soll der erfindungsgemäße Fühler hinsichtlich einer Temperaturverschiebung im wesentlichen unempfindlich sein und eine verbesserte mechanische Festigkeit, Beständigkeit und Dauerhaftigkeit haben.

Weiterhin soll es der erfindungsgemäße Fühler ermöglichen, Beschleunigungs- oder Verlangsamungsdaten mit einer verhältnismäßig einfachen logischen Abnahme-Schaltung i_n Form einer integrierten Schaltung hohen Integrationsgrads (ISI) abzunehmen, wie sie bei einem Mikrocomputer verwendet wird.

Erfindungsgemäß ist eine elektrische Spule um einen Spulenkörper gewickelt, der in einem Gehäuse angebracht ist, ein mit einem an einem Federteil festgelegten weichmagnetischen Teil aus amorphem Metall aufgebauter Kern durch eine Öffnung in dem Spulenkörper geführt, ein Ende des Kerns in dem Gehäuse festgelegt und äas andere Ende mit einem Schwing- bzw. Pendelgewicht versehen. Der weichmagnetische Teil aus dem amorphen Metall ist mit dem Gewicht so verbunden, daß durch eine mittels des Federteils ausgeübte Belastung eine zu der Beschleunigung oder Verlangsamung proportionale mechanische Spannung

hervorgerufen wird. Die Windungsanzahl der elektrischen Spule wird so gewählt, daß der weichmagnetische Teil aus dem amorphen Metall durch Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Spannung oder Speisung mit verhältnismäßig

-β- DE 1309

1 schwachem Strom magnetisch gesättigt werden kann.

Die Zeit T, die auf das Anlegen einer Spannung an die Spule hin der Strom durch die elektrische Spule bis zum Erreichen einer vorbestimmten Stärke braucht, kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

wobei E die angelegte Spannung ist, N die Windungsanzahl der Spule ist und φ die Differenz zwischen der Remanenzflußdichte und der Flußdichte eines Magnetfelds ist, das bei einer vorbestimmten Stromstärke erzeugt wird. Der Parameter φ ist direkt proportional zu der Permeabilität des weichmagnetischen Teils aus dem amorphen Metall. Wenn in dem weichmagnetischen Teil eine Spannungsbelastung wie beispielsweise eine Zugspannung hervorgerufen wird, steigt mit einer Steigerung dieser Zugspannung die Permeabilität und damit der Parameter φ an. Wenn eine Druckspannung hervorgerufen wird, nimmt mit einer Steigerung der Druckspannung die Permeabilität und damit der Parameter φ ab. Dementsprechend nimmt die auf das Anlegen einer Spannung an die Spule hin für den Strom durch die elektrische Spule zum Erreichen einer vorbestimmten Stärke notwendige Zeit T mit einer in dem weichmagnetischen Teil hervorgerufenen Zugspannung zu und mit einer in dem Teil hervorgerufenen Druckspannung ab. Daher wird der erfindungsgemäße Beschleunigungs/Verlangsamungs-Pühler an eine elektrische Schaltung oder eine elektronische HaIbleitereinrichtung angeschlossen, die die Größe der Zeit T bestimmt und ein elektrisches Signal in Form eines Spannungspegels oder eines digitalen Codes abgibt, das diese Größe angibt. Der weichmagnetische Teil aus dem amorphen Metall wird als dünnes Blatt gebildet, da das Metall durch Abschrecken eines Flüssigphasen-Metalls gewonnen werden muß. Der weiohmagnetische Teil zeigt Ferromagnetismus und hat eine hohe magnetische Sättigung, eine hohe Permeabilität und eine niedrige Koerzitiv-

■ - Jf- DE 1309

kraft, während er mechanisch eine sehr hohe Bruchfestigkeit, eine hohe Elastizität und eine hohe Beständigkeit hat und hinsichtlich seiner Eigenschaften eine im Vergleich zu einem Halbleiter "beachtlich geringe Änderung durch Temperaturänderungen erfährt» Diese Eigenschaften des weichmagnetischen Teils aus dem amorphen Metall werden vorteilhaft "bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler genutzt. In elektrischer Hinsicht erleichtert der erfindungsgemäße Fühler die Signalverarbeitung und ergibt eine höhere Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung des Werts der Zeit T. In mechanischer Hinsicht kann erfindungsgemäß leicht ein Fühler mit gesteigerter Haltbarkeit hergestellt werden, die nicht durch Temperaturänderungen "beeinträchtigt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher

erläutert, in der qleiche oder entsprechende Teile gleich bezeichnet sind.

Fig. 1 ist eine längsschnittansicht eines Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühlers gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2a ist ein Schaltbild einer an den in Fig. 1 gezeigten Fühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der von der erfaßten Beschleunigung oder Verlangsamung abhängt.

Fig. 2b zeigt graphisch die Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der Verarbeitungsechaltung nach Fig. 2a.

Fig. 3a ist ein Schaltbild einer weiteren, an den in Fig. 1 gezeigten Fühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Abgabe von Impulsen, die eine Verzögerungszeit anzeigen, welche von einer ermittelten Beschleunigung oder Verlangsamung abhängt.

3133G56

-JS- DE 1309

Fig. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der in Fig. 3a gezeigten Verarbeitungsschaltung.

Pig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Zählerachaltung, die eine Verzögerungszeit td zwischen Eingangsund Ausgangsimpulsen der in Fig. 3a gezeigten Verarbeitungsschaltung in einen digitalen Code umsetzt.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer an den in Fig. 1 gezeigten Fühler anzuschließenden elektronischen Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der zeitlichen Verzögerung der Anstiegsflanke eines im Ansprechen auf einen von einem Einzelbaustein-Mikrocomputer an eine elektrisehe Spule des Fühlers durch die Spule fließenden Stroms.

Fig. 6a ist eine perspektivische Ansicht eines Kerns, der bei einem Versuch verwendet wird, bei dem an einem Ende des Kerns eine Kraft ausgeübt wird, um für die ausgeübte Kraft eine Ausgangsspannung Vx und eine Verzögerungszeit td zu ermitteln.

Fig. 6b ist eine Draufsicht des in Fig. 6a gezeigten Kerns, wobei eine elektrische Spule weggelassen ist. 25

Fig. 6c ist eine Vorderansicht, die bei dem Kern gemäß den Fig. 6a und 6b unter Weglassung der elektrischen Spule die Relativlage eines weichmagnetischen Teils aus amorphem Metall veranschaulicht, in dem eine zugspannung hervorgerufen wird.

Fig. 6d ist eine Seitenansicht des Kerns nach Fig. 6c von rechts.

Fig. 6e ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einer Zugbelastung χ und der.Ausgangsspannung Vx veranschaulicht, wenn die elektrische Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach

-er- DE 1309

Pig. 2a unter Verwendung des Kerns angeschlossen wird, dessen Abmessungen und Gestaltung in den Fig. 6a "bis 6d dargestellt sind.

Pig. 6f ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Zugbelastung χ und der ■Verzögerungszeit td bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach Pig. 3a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen iind. Gestaltung in den Pig. 6a bis 6d dargestellt sind.

Pig. 7 ist eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungs/Verlangsamungs-pühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Pig. 8a ist eine perspektivische Ansicht eines Kerns, der bei einem Versuch verwendet wird, bei dem an einem Ende des Kerns eine Kraft ausgeübt wird, um für die ausgeübte Kraft eine Ausgangsspannung Vx und eine

20 Verzögerungsz'eit td zu ermitteln.

Pig. 8b ist eine Draufsicht auf den in Pig. 8a gezeigten Kern, wobei eine elektrische Spule weggelassen ist.
25

Pig. 8c ist eine Vorderansicht, die bei dem Kern gemäß den Pig. 8a und 8b unter Weglassen der elektrischen Spule die Relativlage eines weichmagnetischen Teils aus amorphem Metall veranschaulicht, in dem eine Druckbelastung hervorgerufen wird.

Pig. 8d ist eine Seitenansicht des Kerns gemäß Pig. 80 von rechts.

Pig. 8e ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einer Druckbelastung χ und einer tatsächlichen Spannung Vx bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach

-W- DE 1509

Pig. 2a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen und Gestaltung in den Fig. 8a "bis 8d dargestellt sind.

Fig. 8f ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Druckbelastung χ und der Verzögerungszeit td "bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach Fig. 3a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen und Gestaltung in den Fig. 8a bis 8d gezeigt sind.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler 1 ein Harz-Gehäuse 2. innerhalb des Gehäuses ist ein Spulenkörper 3 befestigt, um den eine Spule 4 gewickelt ist. Die beiden Enden der Spule 4 sind an Anschlüsse 5 bzw. 6 angeschlossen. Ein Kern 7 hat einen Federteil 8 aus Epoxyharz, Vinylchlorid oder Beryllkupfer und einen weichmagnetischen Teil 9 aus amorphem Metall, der an die äußere linke Seite des Federteils 8 angeschlossen ist. Der Kern 7 ist durch eine Öffnung 10 in dem Spulenkörper 3 geführt. Das obere Ende des Federteils 8 ist in dem Gehäuse mittels einer Schraube 11 festgelegt, während an dem unteren Ende ein Gewicht 12 befestigt ist. Damit ermöglicht es der Kern 7» daß das Gewicht 12 um die Schraube 11 schwingt bzw. pendelt.

Bei dem Fühler wird für den Teil 9 ein weichmagnetisches Material verwendet, das hohe Permeabilität

(^a_x > 10³) und geringe Koerzitivkraft (< 1,0 Oe) zeigt. (Einige magnetisch weiche Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic Properties of Metallic Glasses - Recent Developments", J. Appl. Phys. 50(3), März 1979, Seiten 1551-1556 von Hasegawa und anderen beschrieben. Weichmagnetische Materialien werden unter der Handelsbezeichnung METGLAS (TM) von der Allied Chemioal Corp. vertrieben).

3 Ί 3 3 O b ö

-VI- " I)E I.309 "*"

Wenn eine Verlangsamung auftritt, schwenkt das Gewicht 12 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schraube 11, woraufhin an der linken Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung und an der rechten Seite des Kerns eine Druckbelastung entsteht. Die an der linken Seite des Kerns entstehende Zugbelastung wirkt an dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall, so daß eine zugspannung entsteht. .

Wenn eine Beschleunigung auftritt, schwingt das Gewicht 12 im Uhrzeigersinn um die Schraube 11, so daß eine Druckbelastung an der linken Seite des Kerns 7 und eine Zugbelastung an der rechten Seite des Kerns entsteht. Die an der linken Seite des Kerns entstehende Druckbelastung wirkt an dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall, so daß eine Druckspannung entsteht.

Die Fig. 2a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung- 100 zur Verwendung mit dem Fühler 1 nach Fig.

1. Die Schaltung 100 hat einen Anschluß 101, an den aus einer Konstantspannungsquelle eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen Pegel (in der Größenordnung von beispielsweise +5 V) angelegt wird. Ferner hat die Schaltung einen Eingangsanschluß 102, an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein mit seiner Basis an den Eingangsanschluß 102 angeschlossener NPH-Transistor 103 ist während der Zeit positiver Impulsspannung durchgeschaltet und gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel hat. wenn der Transistor 103 durchgeschaltet bzw. gesperrt ist, ist ein PHP-Transistor 104 durchgeschaltet bzw. gesperrt. Damit wird während der Zeit, während die an den Eingangsanschluß 102 angelegte impulsspannung positiv ist, die Versorgungsspannung Vcc an die elektrisehe Spule 4 angelegt, während bei Massepegel der Impulsspannung an die Spule keine Spannung angelegt wird. An einem Widerstand 105 entsteht eine dem über die Spule 4 fließenden Strom proportionale Spannung, die mittels

-JC- DE 1309

eines Integrators aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird. Die integrierte Spannung aus dem Integrator erscheint an einem Ausgangsanschluß 108.
5

Die Fig, 2b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Eine Verzögerungszeit td zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Eingangsspannung IN auf positiven pegel (+) ansteigt, und dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an dem Widerstand 105 einen vorgegebenen Pegel übersteigt, aowie die integrierte Spannung Yx, die ein Integral der Spannung a an dem Widerstand 105 darstellt, hängen von der in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufenen Spannungsbelastung ab.

Die Fig. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. Während der Zeitdauer positiver Eingangsspannung IN ist ein NPN-Transistor 103 durchgeschaltet und damit ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet, so daß an die Spule 4 Spannung angelegt wird. Während der Zeitdauer des Massepegels der Eingangsspannung IN ist der Transistor 103 gesperrt und damit der Transistor gesperrt, wodurch das Anlegen irgendeiner Spannung an die Spule 4 gesperrt ist. Ein Paar von N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FET 1 und FET 2 bilden eine Konstantstromquelle, die einen Stromfluß über die Spule 4 konstant hält. Die Stärke des über den Feldeffekt transistor FET 2 fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FET 1 und FET 2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird einem paar von in Kaskade geschalteten invertierenden Verstärkern IN 1 und IN 2 zum Verstärken und Formen zu-

³⁵ geführt.

Die Fig. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der Schaltung nach

-U- DE 1309

Pig. 3a. Die Schaltung 120 gibt als Ausgangssignal OUT Spannungsimpulse ab, die jeweils in Bezug auf einen Eingangsimpuls IN um eine Verzögerungszeit td verzögert sind, deren Wert von der in dem weiehmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufenen Spannungsbelastung abhängt.

Die Fig. 4- zeigt eine zähler schaltung HO, die die Größe der Verzögerungszeit td in einen entsprechenden digitalen Code umsetzt. Bei der Schaltung HO nach Fig. 4 wird von der Anstiegsflanke einer Eingangsspannung IN ein Flipflop F1 gesetzt, woraufhin dessen Q-Ausgangssignal hohen Pegel "1" annimmt, durch den ein UND-Glied A1 für den Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators H1 erzeugten Impulsen an einen Taktimpulseingang CK eines Zählers H2 durchgeschaltet wird. Ein Ausgangsimpuls OUT und das Q-Ausgangssignal des Flipflops F1 werden an ein UND-Glied A2 angelegt, das hohen Pegel "1" abgibt, wenn der Ausgangsimpuls OUT auf hohen Pegel ansteigt, zu diesem Zeitpunkt wird das Flipflop F1 rüokgesetzt, so daß sein Q-Ausgangssignal niedrigen Pegel "0" annimmt. Dieser sperrt das UND-Glied Al und unterbricht damit die Zufuhr der Taktimpulse zu dem Zähler 142. Zum Zeitpunkt der Abgabe eines Ausgangssignals hohen Pegels ti in _aus £_em UND-Glied A2 wird ein den Zählstand in dem Zähler H2 darstellender Code in einen Zwischenspeicher H3 eingespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops F1 und dem Beschicken des Zwischenspeichers 143 mit dem Zählstand-Code läßt ein UND-Glied A3 Taktimpulse zum Löschen des Zählers H2 durch. Ein Aus gangs code signal des Zwischenspeichers 143 gibt die Anzahl der während des Zeitintervalls td durchgelassenen Taktimpulse an und stellt damit den Wert der Verzögerungszeit td dar.

Eine in Fig. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 hat einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad, LSI) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperr-

-K- DE 1509

schieht-Feldeffekttransistor PET 1, der als Konstantstromquelle wirkt, einen widerstand 163, einen Kondensator 164-, einen Verstärker 165 und einen Taktimpuls oszillator 166. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand "63 und dem Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen unterdrückt, die höher als die Frequenz der Eingangs- und Ausgangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 161 "bildet entsprechend den Taktimpulsen Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt diese Impulse dem Verstärker 162 zu. Ferner überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FET T und einem Ende der Spule 4 entstehende Spannung, nämlich die Ausgangsspannung des Verstärkers 165, und zählt die Taktimpulse, die zwischen dem Anstieg des von dem Mikrocomputer abgegebenen Impulses auf einen vorgegebenen Pegel und dem Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt werden. Dieses Zeitintervall entspricht der Verzögerungszeit td, für deren Wert der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal bildet.

Der in der Fig. 1 gezeigte Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler 1 erzeugt gemäß der nachstehenden Be-Schreibung mit Hilfe der elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 im Ansprechen auf eine Beschleunigung oder eine Verlangsamung ein elektrisches Signal. Wenn eine Verlangsamung auftritt, schwingt das Gewicht 12 in dem Fühler 1 derart, daß an der linken Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung entsteht, die in eine Zugspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall umgesetzt wird. Die Umsetzung der Zugspannung in dem weichmagnetisohen Teil 9 rä ein elektrisches Signal wird an-

^⁵ hand der in den Fig. 6e und 6f gezeigten Versuchsdaten beschrieben.

DE 1309

Gemäß den Fig. 6a bis 6d hat ein Kern 7 einen Federteil 8, an welchem zwei parallele Sätze weichmagnetischer Teile bzw. Elemente 9 aus amorphem Metall angebracht sind. Jeder Satz besteht aus zwei Elementen, die mittels eines Epoxy-Klebstoffes zu einer Einheit verbunden sind. Das linke Ende des Kerns 7 wird mittels einer Klemme 13 festgelegt, wobei die weichmagnetischen Elemente 9 nach oben gerichtet sind. Ein (nicht gezeigter) Zug/Druckmesser wird dazu verwendet, an einer von dem rechten Ende des Kerns um 5 mm entfernten Stelle eine Kraft in der mit X bezeichneten Richtung auszuüben, um dabei eine Spannung Vx und eine Verzögerungszeit td für eine in den weichmagnetischen Elementen 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufene Zugbelastung χ zu ermitteln. Die bestimmten Werte verschiedener Parameter (einschließlich der Dimensionen a, b, c, d und e) und das Material des weichmagnetischen Teils 9 sowie die erzielten Daten sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 1 und 2 aufgelistet. *· ■

20

Die Daten nach Fig. 6e für den Fall Nr. 1 zeigen, daß eine Spannung Vx hoher Genauigkeit für eine Zugbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 100 g erzielt wird. Für den Fall Nr. 2 zeigen die Daten nach Fig. 6f, daß für eine Zugbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 0,1 kg eine Verzögerungszeit td hoher Linearität erzielt wird, die einen.breiten Bereich umfaßt.

35

ω ο

ro cn

»Ο ο

cn

Tabelle

Pall Nr.	Weicbmagnetisehes Teil 9 aus amorphem Metall	Dicke mm	a mm	TT)TT)	Blatt- anzahl	,j?eder- teil 8	d TOTTI	e mm	Spule 4	Meßvorr. u.Eing.- Impuls- frequenz	Daten
1	Material Atom-Gew.$	0,058	80	1,8	4	C τητη	6	0,6	Windungs- zahl	Schaltung 100 5 kHz	3?ig.6e
2	1WHo^i 4B6	Il	Il	It	ti	95	Il	H '	2000	Schaltung 120 u. Synchroskop 100 .Hz	Pig.6f
3	η	Il	Il	It	It	Il	H	Il	tt	Schaltung 100 5 kHz	Fig.8e
4	■ ti	It	Il	It	Il	Il	Il	Il	It	Schaltung 120 u. Synchroskop 100 HZ	Pig.8f
Il	Il	ti

J I όόΌΟΌ

-rf- ' de 1309

Anhand der Fig. 7 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel des Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühlers "beschrieben. Der Fühler 1 hat ein Harz-Gehäuse 2. in dem. Gehäuse 2 ist ein Spulenkörper 3 festgelegt, um den eine elektrische Spule 4 gewickelt ist. Die beiden. Enden, der Spule 4 sind an Anschlüsse 5. und 6. angeschlossen. Ein Kern 7 hat einen Federteil 8 aus Epoxyharz, Vinylchlorid oder Beryllkupfer und eine.n weichmagnetischen Teil 9 aus amorphem Metall, der an die rechte Außenseite des Federteils 8 angeschlossen ist.-Der Kern .7 ist durch eine öff-. nung 10 in dem Spulenkörper 3 hindürchg.e führt, wobei das obere Ende des Federteils 8 mit Hilfe einer Schraube 11 in dem Gehäuse 2 festgelegt ist, während an dem unteren Ende des Federteils 8 ein Gewicht 12 befestigt ist. Damit ermöglicht der Kern 7 ein Schwingen bzw. pendeln des Gewichts 12 um die Schraube 11 herum.

Wenn eine Yerlangsamung auftritt, schwingt das Ge-■ wicht 12 .entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schraube 11, woraufhin an der rechten Seite des Kerns eine Druckbelastung entsteht, während an der linken Seite deB, Kerns eine Zugbelastung entsteht. Die an der rechten Seite dea Kerns 7 hervorgerufene Druckbelastung bewirkt,, daß?in ■ dem weichmagnetischen Teil aus dem amorphen Metall eine Druckspannung hervorgerufen wird.

Wenn eine Beschleunigung auftritt, schwingt das Gewicht 12 im Uhrzeigersinn um die Schraube 11, so daß an der rechten Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung auftritt, während an der linken Seite des Kerns eine Druckbelastung entsteht. Die an der rechten Seite des Kerns 7 hervorgerufene Zugbelastung bewirkt, daß in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall eine Zugspannung entsteht.

Der in Fig. 7 gezeigte Fühler 1 gibt gemäß der nachstehenden Beschreibung mit Hilfe der elektrischen Verarbeitungssehaltung 100, 120 oder 140 oder der logi-

-VS- DE 1309

sehen Verarbeitungseinheit 160 im Ansprechen auf eine Beschleunigung oder eine Verlangsamung ein elektrisches Signal ab. Wenn eine Verlangsamung auftritt, pendelt das Gewicht 12 in dem Fühler 1 so, daß an der rechten Seite des Kerns 7 eine Druckbelastung hervorgerufen wird, die in eine Druckspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall umgesetzt wird. Die Umsetzung der Druckspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 in ein elektrisches Signal wird anhand der in den Pig. 8e und 8f gezeigten Versuchsdaten "beschrieben.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 8a bis 8d hat ein Kern 7 einen Federteil 8, an dem zwei parallele Sätze weichmagnetischer Elemente 9 aus amorphem Metall ang'ebracht sind. Jeder Satz besteht aus zwei Elementen, die mittels eines Epoxy-Klebstoffs zu einer Einheit verbunden sind.

Das linke Ende des Kerns 7 wird mittels einer Klemme 13 festgelegt, wobei die weichmagnetischen Elemente 9 nach unten gerichtet sind. Ein (nicht gezeigter) Zug/ Druckmesser wird dazu verwendet, an einer von dem rechten Ende des Kerns um 5 mm entfernten Stelle eine Kraft in der durch X angegebenen Richtung auszuüben, um dadurch für eine an dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall ausgeübte Druckbelastung χ eine Spannung Vx und eine Verzögerungszeit td zu ermitteln. Die einzelnen Werte verschiedener Parameter (unter Einschluß von Abmessungen a, b, c, d und e) und das Material des weichmagnetischen Teils sowie die erzielten Daten sind in der vorangehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 3 und 4 aufgelistet.

Die Daten gemäß Fig. 8e für den Fall Nr. 3 zeigen, daß für eine Druckbelastung χ in dem Bereich von 0 bis ISO g eine Spannung Vx hoher Genauigkeit erzielt wird. Für den Fall Nr. 4 zeigen die Daten nach Fig. 8f, daß für eine Druckbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 0,1kg

DE 1309

sowie von 0,2 "bis 0,35 kg eine Verzögerungszeit td mit hoher Linearität erzielt wird, die einen weiten Bereich umfaßt.

Es wird ein Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler angegeben, der ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Kern mit einem Federteil und einem zu einer Einheit mit dem Federteil verbundenen weiohmagnetischen Teil aus amorphem Metall und eine um den Kern gewickelte elektrische Spule aufweist.

15 20 25 30 35

Claims (5)

1. T.EDTKE - BoHLING - K.NNE KSSAw

   Grupe - Pellmann ~ -~ :. ^ d^^g.^!^

   Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Peilmann

   Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

   Tel.: 089-53 9653

   Telex: 5-24 845 tipat

   cable: Germaniapatent München

   21.August 1981 DE 1309 case W-1636

   Patentansprüche

   Fühler zur Umsetzung einer Beschleunigung oder einer Verzögerung in ein entsprechendes Signal, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse angeordneten Kern (7), der einen Federteil (8), dessen ein Ende an dem Gehäuse befestigt ist und dessen anderes Ende ein Gewicht (12) trägt, welches unter Einfluß der Beschleunigung oder Verlangsamung den Federteil zu einer Schwenkbewegung zwingt, und einen an den Federteil nahe dem Befestigungsende desselben zu einer Einheit angeschlossenen weichmagnetischen Teil (9) aus amorphem Metall aufweist, der an dem Federteil so angebracht ist, daß in ihm während der Verlangsamung bzw. Beschleunigung oder während der Beschleunigung bzw. Verlangsamung eine Zugspannung bzw. Druckspannung hervorgerufen wird, und eine um den Kern gewickelte elektrische Spule (4) zur Erfassung der Spannungsbelastungswerte in dem weichmagnetischen Teil und zur Abgabe dieser Werte an eine zugeordnete Schaltung zum Umsetzen in Verlangsamungs-"bzw. Beschleunigungswerte.
2. 2. Fühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in dem Gehäuse (2) festgelegten Spulenkörper (3), um den die elektrische Spule (4) gewickelt ist.
3. 3. Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kern (7) der weichmagnetische Teil (9) aus amorphem Metall zu einer Einheit an mindestens

   Deutsche Bank (München) KIo 51/61070 Dresdner Bank (München) Klo. 3939844 Postscheck (München) KIo 670-43-804

   DE 1509

   1 eine Seite des Federteils (8) angeschlossen ist.
4. 4. Fühler nach einem der Ansprüche 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Federteil (8) aus Epoxyharz, Po-

   5 lyvinylohlorid oder Beryllkupfer besteht.
5. 5. Fühler nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kern (7) an den Federteil (8) mindestens ein Satz weichmagnetischer Elemente aus amorphem Metall angeschlossen ist, der zu dem Federteil parallel ist und aus mindestens einem weichmagnetischen
   Element aus amorphem. Metall besteht.