DE3590262C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser mit einer Prüfmasse, die eine Zunge hat, die an einer äußeren ringförmigen Halterung so aufgehängt ist, daß sie relativ dazu eine Pendelbewegung ausführen kann, wobei die Zunge und die ringförmige Halterung eine einstückige Einheit sind und die ringförmige Halterung an vorbestimmten Stellen angeordnete Kontaktflächen trägt, die davon vorspringen, mit zwei Drehmomenterzeuger- Wendeln, die auf entgegengesetzten Seiten der Zunge angeordnet sind, und mit einem oberen und einem unteren Ständer zur Abstützung der Prüfmasse an deren entgegengesetzten Flächen, wobei jeder Ständer magnetische Polstücke aufweist, die unter Bildung eines Magnetkreises mit den Drehmomenterzeuger-Wendeln ausgerichtet sind.

Einen derartigen Beschleunigungsmesser zeigt die DE 29 19 336 A1, die der von der Patentinhaberin stammenden US-PS 42 50 757 entspricht.

Um die Ober- und Unterseite der äußeren ringförmigen Halterung herum sind mehrere Kontaktflächen durch Säureätzen und anschließendes Abscheiden eines streckbaren Metalls wie etwa Gold ausgebildet. Diese Kontaktflächen wirken im fertigen Zustand der Einheit mit ebenen Flächen zusammen, die an dem oberen und dem unteren Ständer vorgesehen sind.

Jeder Ständer ist im wesentlichen zylindrisch und weist eine seine ebene Fläche durchsetzende Bohrung auf. In dieser Bohrung ist ein Dauermagnet aufgenommen. Die Bohrung und der Dauermagnet sind so ausgelegt, daß die Drehmomenterzeuger- Wendel der Prüfmasseneinheit in die Bohrung paßt, wobei der Dauermagnet innerhalb der Zylinderform der Wendel positioniert ist. So bildet jeder Ständer-Dauermagnet einen Magnetkreis mit einem Magnetfeld, das von einem durch die entsprechende Drehmomenterzeuger-Wendel fließenden Strom erzeugt wird.

Ferner sind auf der ebenen Fläche der Ständer kapazitive Platten angeordnet, die mit den oberen und unteren Kondensatorabnehmerplatten an der Prüfmasseneinheit Kondensatoren bilden. Somit resultiert eine Bewegung der Zunge in bezug auf den oberen und den unteren Ständer in einer unterschiedlichen Kapazitätsänderung zwischen den auf der Ober- und Unterseite der Zunge gebildeten Kondensatoren.

Im Betrieb ist der Beschleunigungsmesser an dem zu überwachenden Objekt befestigt. Eine Beschleunigung des Objekts resulitert in einer pendelartigen Drehtverschiebung der Zunge in bezug auf die äußere ringförmige Halterung und den oberen und unteren Ständer. Die resultierende unterschiedliche Kapazitätsänderung, die durch diese Verschiebung bewirkt wird, kann von einer geeigneten Schaltung erfaßt werden. Die Schaltung erzeugt dann einen Strom, der an die Drehmomenterzeuger- Wendeln angelegt wird und die Zunge in ihre Neutrallage zurückzubringen trachtet. Die Größe des zur "Rückstellung" der Zunge erforderlichen Stroms steht in direkter Beziehung zur Beschleunigung des Beschleunigungsmessers.

Derartige Beschleunigungsmesser können aufgrund von Fehlanpassungen der Wärmedehnzahlen der Verbindungswerkstoffe Wärmebeanspruchungen unterliegen. Die Verwendung von Ständern mit symmetrischer Geometrie kann zwar die meisten der resultierenden unerwünschten Wärmebeanspruchungen ausschließen. Fertigungstoleranzen und Werkstoff-Instabilitäten können jedoch mechanische Spannungen erzeugen, die in gewissem Umfang die Zunge des Beschleunigungsmessers verformen. Zusätzlich ist die Wärmedehnzahl der Prüfmasse einschließlich der äußeren ringförmigen Halterung (die bevorzugt aus Quarzglas gebildet sind) typischerweise niederiger als die Wärmedehnzahl des oberen und des unteren Ständers (die bevorzugt aus einer Metallegierung bestehen). Über den Betriebstemperaturbereich des Beschleunigungsmessers werden daher Wärmebeanspruchungen an den Kontaktstellen zwischen der Prüfmasse und den Ständern erzeugt.

Die vorgenannten Beanspruchungen und Spannungen werden in die äußere ringförmige Halterung der Prüfmasse übertragen. Unvollkommenheiten in der äußeren ringförmigen Halterung der Biegeeinheit können die resultierende Beanspruchung in Verformungsfehler im Ausgangssignal umsetzen. Zusätzlich können Wärmebeanspruchungen in Kriechen und diskontinuierlichen Bewegungen an der Grenzfläche zwischen der Prüfmasse und den Ständern resultieren. Solche unerwünschten Bewegungen modulieren die auf die Prüfmasse einwirkenden mechanischen Belastungen und können erhebliche Hysteresefehler in Beschleunigungsmessern, die für Hochleistungszwecke gedacht sind, hervorrufen.

Die vorgenannten Wärmebeanspruchungen können ferner in einer Verschiebung der Drehmomenterzeuger-Wendeln relativ zu den Dauermagneten der Ständer resultieren. Eine solche Bewegung kann eine Flußdichte-Varianz zwischen dem durch die Wendeln erzeugten Feld und den Dauermagneten erzeugen, wodurch die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers geändert wird. Dieser Effekt ist wiederholbar und ist daher nur eine Fehlerquelle in Systemen, die keinen Ausgleich für stabile Temperaturauswirkungen vorsehen.

Man hat auch schon daran gedacht, die vorstehend beschriebenen Wärmebeanspruchungen zu vermindern, indem man z. B. Ständer aus Werkstoffen konstruierte, deren Wärmedehnzahlen derjenigen von Quarz stark angenähert sind, wodurch die Wärmebeanspruchung zwischen der Prüfmasse und den Ständern vermindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten Beschleunigungsmesser dahingehend zu verbessern, daß Ungenauigkeitsquellen minimiert werden, und zwar insbesondere für Anwendungsfälle von Beschleunigungsmessern, die höchste Präzision erfordern. Insbesondere soll eine Entlastung der thermisch induzierten mechanischen Spannungen zwischen der Prüfmasse und den Ständern einer Meßgrößenumformer- Baugruppe vorgesehen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen ist es gelungen, einen Beschleunigungsmesser für höchste Präzision zu schaffen, der Ungenauigkeitsquellen weitgehend ausschaltet und in einfacher Weise an eine erwünschte Belastungscharakteristik angepaßt werden kann.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Explosionsansicht eines bekannten Beschleunigungsmessers;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines elastischen Elements, das in einem Beschleunigungsmesser gemäß der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ständer, der elastische Elemente gemäß der Erfindung verwendet;

Fig. 3A eine Perspektivansicht eines elastischen Elements, das eine Alternative von Fig. 2 darstellt, und in der Vorrichtung nach Fig. 3 verwendbar ist;

Fig. 4 eine Prüfmassenanordnung, wie sie in Verbindung mit dem Ständer von Fig. 3 verwendbar ist;

Fig. 5 einen Querschnitt durch Teile des Beschleunigungsmessers, der den Ständer und die Prüfmasse der Fig. 3 bzw. 4 verwendet;

Fig. 6 eine alternative Positionierung des elastischen Elements in dem Ständer, so daß eine Drehmomenterzeuger-Wendel in unveränderlicher räumlicher Beziehung zu dem Ständer über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Beschleunigungsmessers gehalten wird;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine alternative Anordnung der Biegeelemente, die so angeordnet sind, daß ein Temperaturausgleich für thermisch induzierte Änderungen der Flußdichte- Charakteristik einer Drehmomenterzeuger-Wendel und der Magnetpolstück-Konfiguration erhalten wird;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine alternative Anordnung eines Ständers, wobei ein einziges elastisches Element verwendet wird;

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines elastischen Elements, wobei die Auslenkung des mit der Prüfmasse zusammenwirkenden Endes desselben gezeigt ist;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines oberen und eines unteren elastischen Elements, die mit Kontaktflächen an einer Prüfmasse zusammenwirken, wobei die Fehlausrichtung der elastischen Elemente gezeigt ist, die ein Drehmoment in der Prüfmasse erzeugt;

Fig. 11 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform des elastischen Elements, das einstückig mit dem Ständer ausgebildet ist und drei parallele Balken aufweist, die einen gemeinsamen oberen Abschnitt aufweisen, dessen Oberfläche mit der Prüfmasseneinheit zusammenwirkt;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausbildung des elastischen Elements, wobei unter mechanischer Spannung stehende Balken eine Kontaktfläche tragen, deren Oberfläche mit der Prüfmasse zusammenwirkt und sich aufgrund einer Auslenkung der Balken parallel zu der Prüfmasse bewegt;

Fig. 13 eine Draufsicht von oben auf eine alternative Ausbildung des elastischen Elements, das als Paar von gegenüberliegenden Stegen ausgebildet ist, an denen eine würfelförmige Kontaktfläche aufgehängt ist;

Fig. 14 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausbildung des elastischen Elements, das hier mit Stegen ausgebildet ist, die die Randabschnitte einer kubischen Kontaktfläche berühren;

Fig. 15 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausbildung des elastischen Elements, wobei eine Serie von einseitig festgelegten Balken mit einer gemeinsamen Kontaktfläche verbunden sind;

Fig. 16a und Fig. 16b alternative Ausbildungen des elastischen Elements, das hier als separates Bauteil ausgebildet ist, das in dem Beschleunigungsmesser angeordnet werden kann; und

Fig. 17 eine Draufsicht von oben auf einen Ständer, der das elastische Element nach Fig. 16a verwendet.

Fig. 1 ist eine Explosionsansicht eines Beschleunigungsmessers der in der US-PS 37 02 073 beschriebenen allgemeinen Art. Dabei umfaßt ein Beschleunigungsmesser 10 drei Hauptkomponenten, und zwar eine Prüfmasseneinheit 12 sowie einen oberen und einen unteren Ständer bzw. Magneteinheiten 14, 16. Die Ständer 14, 16 sind zylindrisch und weisen einander gegenüberliegende ebene Flächen 18, 20 auf, die mit der Prüfmasseneinheit 12 zusammenwirken. Eine Bohrung 22 ist in der Mitte jedes Ständers 14 und 16 ausgebildet, so daß ein mittig positionierter Dauermagnet 24 darin befestigt oder ausgebildet werden kann. Die Bohrung 22 im unteren Ständer 16 nimmt den zylindrischen Dauermagnet 24 auf, die entsprechende Bohrung mit Dauermagnet des oberen Ständers ist nicht gezeigt. Elektrische Kontaktstifte 26 und 28 sind in voneinander beabstandeten Bohrungen in der ebenen Fläche 20 des unteren Ständers 16 angeordnet. Beim Zusammenbau des Beschleunigungsmessers bilden die Kontaktstifte 26 und 28 elektrische Anschlüsse mit Kontaktflächen an der Prüfmasseneinheit.

Die Prüfmasseneinheit 12 besteht aus einem Massenelement, das normalerweise als Zunge bzw. Blatt 30 bezeichnet wird. Die Zunge 30 ist im wesentlichen kreisrund und mit einer äußeren ringförmigen Halterung 32 über zwei Biegeelemente 34 und 36 verbunden. Die Zunge 30, die äußere ringförmige Halterung 32 und die Biegeelemente 34 und 36 bestehen bevorzugt aus einem einteiligen Quarzglasteil.

Auf der Oberfläche der Zunge 30 ist eine bogenförmige Kondensatorabnehmerplatte 38 z. B. durch einen aufgebrachten Goldbelag ausgebildet. Eine entsprechende Kondensatorabnehmerplatte (nicht gezeigt) verläuft bogenförmig um den Außenumfang der Unterseite der Zunge 30.

Zwei Drehmomenterzeuger-Wendeln 40 und 42 sind auf der Ober- bzw. der Unterseite der Zunge 30 befestigt. Jede Drehmomenterzeuger-Wendel besteht aus einer Vielzahl Kupferdrahtwicklungen auf einem zylindrischen Kern. Die Drehmomenterzeuger-Wendeln 40 und 42 sind auf der Zunge 30 so angeordnet, daß die Längsachse jedes Wendelkerns mit einer durch den Mittelpunkt der Prüfmasse 12 verlaufenden Geraden zusammenfält und zu der Ober- und Unterseite der Zunge 30 senkrecht ist.

Elektrische Anschlüsse an die Kondensatorabnehmerplatten, z. B. die Platte 38, und an die obere und untere Drehmomenterzeuger- Wendel 40 und 42 sind durch Dünnfilm-Abnahmeleiter 44 und 46 gebildet, die über die Biegeelemente 34 und 36 zu Kontaktflächen 48 und 50 verlaufen, die auf der äußeren ringförmigen Halterung 32 ausgebildet sind.

Eine Serie von Kontaktflächen 52 ist in Winkelabständen um die Oberfläche der äußeren ringförmigen Halterung 32 herum ausgebildet. Entsprechende Kontaktflächen (nicht gezeigt) sind auf der Unterseite der Halterung 32 ausgebildet. Typischerweise sind die Kontaktflächen durch Säureätzen gebildet.

Nach dem Zusammenbau des Beschleunigungsmessers ist die Prüfmasseneinheit 12 zwischen dem oberen und dem unteren Ständer 14 und 16 an Kontaktpunkten gehaltert, die durch die drei erhabenen Quarz-Kontaktflächen 52 definiert sind.

Durch den zusammengebauten Beschleunigungsmesser 10 ist ein Paar Kondensatoren gebildet. Der erste Kondensator weist voneinander beabstandete, im wesentlichen parallele Platten auf, die aus der oberen Kondensatorabnehmerplatte 38 und der ebenen Fläche 18 des oberen Ständers 14 bestehen. Der zweite Kondensator ist durch die Kondensatorabnehmerplatte an der Unterseite der Zunge (nicht gezeigt) und die ebene Fläche 20 des unteren Ständers 16 gebildet. Eine Auslenkung der Zunge 30 in bezug auf die äußere ringförmige Halterung 32 und die ebenen Flächen 18 und 20 der beiden Ständer 14 und 16 erzeugt eine unterschiedliche Änderung der Kapazität dieser beiden Kondensatoren.

Der Zusammenbau des Beschleunigungsmessers 10 hat ferner zur Folge, daß die Drehmomenterzeuger-Wendeln 40 und 42 koaxial in ringförmigen Ausnehmungen zwischen den Dauermagneten, z. B. dem Magnet 24, und der Wandung der Bohrungen, z. B. der Bohrung 22, aufgenommen werden.

Im Betrieb wird der Beschleunigungsmesser 10 an dem Objekt befestigt, desen Beschleunigung zu bestimmen ist. Eine Beschleunigung des Objekts resultiert in einer pendelnden Drehverschiebung der Zunge 30 in bezug auf die äußere ringförmige Halterung 32 und die Ständer 14 und 16 und einer daraus resultierenden unterschiedlichen Änderung der Kapazität der beiden Kondensatoren. Die Kapazitätsänderung wird von einer geeigneten Fühlerschaltung (nicht gezeigt) erfaßt. Wie bei Servobetrieb bekannt, erzeugt die Fühlerschaltung einen Strom, der den Wickungen der Drehmomenterzeuger-Wendeln 40 und 42 zugeführt wird. Der Strom resultiert in einem Magnetfeld, das in Verbindung mit den Dauermagneten, z. B. 24, der Ständer eine Kraft erzeugt, die danach trachtet, die Zunge 30 in ihre Ruhestellung "rückzustellen". Dieser Strom steht in direkter Beziehung zu der Beschleunigung des Beschleunigungsmessers und kann somit zur Bildung einer Beschleunigungsanzeige genutzt werden.

Wie bereits erwähnt, unterliegt die bekannte Konstruktion nach Fig. 1 Hystereseerscheinungen und Instabilitäten infolge von thermisch induzierten mechanischen Spannungen und Belastungen zwischen der Prüfmasseneinheit 12 und den beiden Ständern 14 und 16. Z. B. ist die Wärmedehnzahl einer Quarz-Prüfmasseneinheit 12 niedriger als diejenige der Ständer 14 und 16, die üblicherweise aus einer Legierung bestehen, z. B. der handelsüblichen Legierung Invar(Wz). Infolgedessen werden Wärmebeanspruchungen zwischen der Prüfmasse 12 und den Ständern 14 und 16 über den Betriebsbereich des Beschleunigungsmessers erzeugt.

Die vorgenannten Wärmebeanspruchungen, die durch die Kontaktflächen 52 übertragen werden, bringen die Gefahr einer Verwerfung der äußeren ringförmigen Halterung 32 mit sich. Ungenauigkeiten in der äußeren ringförmigen Halterung 32 und den Biegeelementen 34, 36 können diese Verwerfung in eine Verschiebung der Zunge 30 umsetzen. Diese Verwerfung erzeugt eine Verschiebung der Kondensatorabnehmerplatte, die von einer Servo-Detektorschaltung (nicht gezeigt) erfaßt wird. Die Servo-Detektorschaltung spricht darauf an unter Erzeugung eines Stroms durch die Drehmomenterzeuger- Wendeln 40, 42, wodurch die Zunge 30 rückgestellt wird. Diese Lageänderung führt dazu, daß die Biegeelemente 34, 36 ein Gegenmoment erzeugen, das im Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers einen einseitig versetzten Fehlerstrom erzeugt.

Ferner können derartige Beanspruchungen zu einer Fehlausrichtung zwischen den Drehmomenterzeuger-Wendeln 40, 42 und den Magnetpolstücken der Ständermagnete, etwa des Magnets 24, führen, wodurch die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers geändert wird.

Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit angegeben, um thermisch induzierte Zunge/Ständer-Beanspruchungen auszuschalten, und zwar durch den Einsatz einer Aufhängevorrichtung, die Biegeelemente aufweist. Ferner sorgen die Biegeelemente für eine starre Halterung der Prüfmasse gegenüber seismischen Belastungen. Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Biegeelements, das hier aus einem Balken 70 besteht. Der Balken 70 ist bevorzugt im oberen und unteren Ständer des Beschleunigungsmessers ausgebildet, d. h. er ist als einheitliches Teil jedes Ständers vorgesehen, und stellt den mechanischen Kontakt zwischen den Ständern und der Prüfmasseneinheit her. Unabhängig vom Konstruktionsverfahren ist der Balken 70 so ausgelegt, daß er Knicklasten in der Z-Achse abstützt und in einer die Oberfläche des Balkens 70 enthaltenden Ebene in bezug auf einwirkende Kräfte in der X-Achse elastisch ist, während er gegenüber Kräften, die in der Y-Achse einwirken, relativ unbiegsam ist.

Eine Eigenschaft von homogenen Werkstoffen wie Quarzglas und der Metallegierung Invar(Wz) besteht darin, daß sie bei Einwirkung von Wärmebeanspruchungen in sämtliche Richtungen gleich expandieren. Die Wärmedehnung bewirkt, daß ein bestimmter Punkt an einem solchen Werkstoff sich direkt von einem Bezugspunkt radial wegbewegt, wobei keine seitliche Bewegungskomponente vorhanden ist. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Eigenschaft zunutze, indem die elastische X-Achse jedes Balkens mit dieser reinen Radialbewegung ausgerichtet ist. Die starre Y-Achse, die zur X-Achse orthogonal steht, bleibt in Anwesenheit reiner Wärmedehnung vollständig ohne Beanspruchung. Wenn man annimmt, daß die Balken, etwa der Balken 70, in ihren Y-Achsen unendlich unbiegsam sind, dann definiert der Schnittpunkt der X-Achsen von zwei oder mehr Balken einen unveränderlichen oder stabilen Punkt, d. h. einen Punkt ohne Relativbewegung, zwischen der Prüfmasseneinheit und den Ständern unabhängig davon, ob die Prüfmasseneinheit und die Ständer an diesem stabilen Punkt in direktem Kontakt miteinander stehen.

Wie nachstehend erläutert wird, sind die Balken wie etwa der Balken 70 in solcher Konfiguration vorgesehen, daß ihre elastischen X-Achsen sich aus noch zu erläuternden Gründen in einem einzigen ausgewählten Punkt schneiden. Dieser Punkt ist daher ein fester oder stabiler Punkt zwischen der Prüfmasseneinheit und den Ständern, wogegen der Balken sich direkt in seiner X-Achse frei verformen kann, um thermisch induzierte Beanspruchungen auszugleichen.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine ebene Ständerfläche und verdeutlicht eine Ausführungsform der Aufhängevorrichtung. Dieser Ständer ist speziell zur Verwendung in einem Beschleunigungsmesser der in bezug auf Fig. 1 erläuterten Art ausgelegt.

Der Ständer 80 ist bevorzugt maschinell aus einer Legierung gearbeitet, die eine niedrige Wärmedehnzahl und hohe magnetische Permeabilität hat, z. B. der handelsüblichen Legierung Invar(Wz), mit erhabenen äußeren Ringabschnitten 82 und einer erhabenen Kondensatorplatte 84. Die Kondensatorplatte 84 ist bogenförmig und so ausgelegt, daß sie mit der Kondensatorplatte einer Prüfmasseneinheit der in Fig. 4 gezeigten Art ausgerichtet werden kann.

Der Ständer 80 hat ein magnetisches Polstück 86, das in einer zylindrischen Bohrung 88 koaxial positioniert ist. Wie bei der Konstruktion von Fig. 1 ist der Ständer 80 so ausgelegt, daß eine Drehmomenterzeuger-Wendel (nicht gezeigt) der Prüfmasseneinheit zwischen der Wandung der Bohrung 88 und dem Polstück 86 so aufnehmbar ist, daß die Längsachse der Wendel mit der Längsachse des Polstücks 86 zusammenfällt.

Zwei Unterschneidungen 91, 93 sind an vorbestimmten, umfangsmäßig beabstandeten Stellen an dem Ring 82 gebildet. Balken 94 und 96 erstrecken sich über die Unterschneidungen 91 und 93 hinaus zur Höhe des Ringabschnitts 82. Jeder Balken ist so ausgelegt, daß seine elastische X-Achse einen Punkt 98 schneidet, an dem die Kontaktfläche 132 den äußeren Ringabschnitt 82 kontaktiert. Ferner ist jeder Balken 94, 96 so ausgelegt, daß er gegenüber einwirkenden Kräften sowohl entlang der Y-Achse (wie gezeigt) als auch entlang der Z-Achse (die aus dem Zeichenpapier heraus verläuft) unbiegsam ist.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Balken 94 und 96 im Ständer 80 durch Elektronenentladungs-Bearbeitung gebildet. Es ist jedoch zu beachten, daß jede andere Möglichkeit zur Bildung der Balken 94, 96 im Rahmen der Erfindung liegt.

Fig. 3a ist eine Perspektivansicht jedes der Balken 94 und 96 in einer Ausbildung der Erfindung. Dabei hatte jeder Ständer einen Durchmesser von 2,222 cm, eine Tiefe von 0,767 cm und bestand aus der handelsüblichen Legierung Invar(Wz). Die entsprechende Prüfmasseneinheit (Fig. 4) hatte einen Durchmesser von 2,222 cm, eine Dicke von 0,762 cm und bestand aus Quarzglas. Jeder Balken hatte eine Höhe h von 0,686 cm, eine Nebenausdehnung X₁ von 0,201 cm, eine Hauptausdehnung X₂ von 0,229 cm, einen Radius r von 0,022 cm und eine Breite w von 0,043 cm.

Fig. 4 zeigt eine Prüfmasse 110 zur Verwendung mit dem Ständer 80 von Fig. 3. Die Prüfmasse 110 besteht bevorzugt aus Quarzglas und hat eine äußere ringförmige Halterung 112 und eine Zunge 114. Die Zunge 114 ist in der Halterung 112 über zwei Biegeelemente 116 und 118 gelenkig gehaltert. Eine bogenförmige Kondensatorabnehmerplatte 120, bevorzugt durch Goldabscheidung gebildet, ist auf der Zunge 114 vorgesehen. Eine gleichartige Kondensatorabnehmerplatte (nicht gezeigt) ist auf der entgegengesetzten Seite der Zunge 114 gebildet. Elektrische Anschlüsse an die Kondensatorplatte 120 erfolgen über Dünnfilmzuleitungen 122 und 124, die entlang der Oberfläche von Biegeelementen 116 und 118 zu Kontaktflächen 126 und 128 verlaufen, die auf der Halterung 112 vorgesehen sind. Drei erhabene Flächen 131-133 sind an voneinander beabstandeten Stellen auf der Halterung 112 vorgesehen. Diese Kontaktflächen sind bevorzugt durch Säureätzen und anschließende Abscheidung eines streckbaren Metalls wie Gold gebildet. Die Kontaktflächen 131-133 sind so positioniert, daß sie mit den entsprechenden Balken 94 und 96 und dem stabilen Punkt 98 des Ständers entsprechend Fig. 3 in Kontakt stehen.

Bevorzugt sind die Kontaktflächen 131 und 133 und die entsprechenden Balken 94 und 96 so positioniert, daß der Kontaktpunkt zwischen beiden, der dem Mittelpunkt des Ständers zunächstliegt, auf einer Geraden liegt, die durch den Schwerpunkt 140 der Kondensatorplatte 120 verläuft. Wie in der eigenen US-PS 42 50 757 angegeben ist, können durch diese Anordnung der Kontaktpunkte zwischen der Prüfmasse 110 und dem Ständer, etwa dem Ständer 80 von Fig. 3, Vorspannungsfehler reduziert werden, die aus dem Befestigen der ringförmigen Halterung 112 zwischen den Ständern resultieren. Bevorzugt ist entsprechend dieser US-PS die Fläche der Zuleitungen 122 und 124 bei der Bestimmung des Schwerpunkts 140 mit berücksichtigt.

Ferner sind die Kontaktfläche 132 und der stabile Punkt 98 auf einer Geraden positioniert, die durch den Mittelpunkt des Ständers 80 verläuft und senkrecht auf der durch die übrigen Kontaktpunkte verlaufenden Geraden steht.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Beschleunigungsmesser mit Ständern 200 und 202, die entsprechend Fig. 3 ausgebildet sind, und einer Prüfmasse 204, die entsprechend Fig. 4 ausgebildet ist. Wie gezeigt, sind die Kontaktpunkte zwischen den Ständern 200 und 202 und der Prüfmasse 204 an der Grenzfläche zwischen den in den Ständern 200 und 202 ausgebildeten Balken 220 und 222 und den auf der Ober- und Unterseite der Prüfmasse 204 gebildeten erhabenen Flächen 224 und 226 gebildet. Eine gleichartige Kontaktierungsanordnung besteht zwischen dem anderen Satz Balken und entsprechenden erhabenen Flächen (nicht gezeigt). Der letzte Kontaktierungspunkt ist an der Grenzfläche zwischen den erhabenen Flächen 225 und 226 auf der Ober- und Unterseite der Prüfmasse 204 und den damit fluchtenden Kontakten 234 und 236 an dem Festpunkt der Ständer 200 und 202 gebildet.

Wenn der Beschleunigungsmesser von Fig. 5 im Betrieb thermischer Beanspruchung infolge der unterschiedlichen Wärmedehnzahlen der Prüfmasse 204 und der Ständer 200 und 202 ausgesetzt ist, verformen sich die Balken 220 und 222 direkt entlang ihren X-Achsen (vgl. Fig. 3) in solcher Weise, daß die mechanische Beanspruchung der Prüfmasse 204 vermindert wird. Der Kontaktpunkt zwischen den Kontaktflächen 224 und 226 und den Bezugspunkten 234 und 236 bleibt jedoch unverändert. Durch seismische Belastung bewirkten Momenten um diesen Festpunkt wird jedoch infolge der Steifigkeit oder Unbiegsamkeit der Balken 220 und 222 direkt entlang ihren Y-Achsen entgegengewirkt (vgl. Fig. 3). So zeigt die resultierende Aufhängevorrichtung maximale Elastizität gegenüber thermisch induzierten Belastungen, während sich gleichzeitig eine unbiegsame Halterung der Prüfmasse 204 gegenüber seismischen Belastungen in jede Richtung ergibt. Die Elastizität vermindert die mechanische Beanspruchung der Kontaktflächen/Balken-Grenzfläche an den Temperaturendpunkten, wodurch die Möglichkeiten für Kriechen und Gleitung verringert werden. Da also die nachgiebigen Balken 220 und 222 die Prüfmasse 204 nicht mit seitlichen Kräften beaufschlagen, wenn sie durch thermische Beanspruchungen verformt werden, wird die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers gegenüber thermisch induzierten Fehlern herabgesetzt.

Es ist zu beachten, daß die Lage des stabilen Festpunkts bei der vorliegenden Aufhängevorrichtung unabhängig von der Lage oder Anzahl elastischer Organe ist. Dieser Punkt ist nur als eine Funktion der Achse der Balkenorientierung unveränderlich. Somit kann die vorliegende Aufhängevorrichtung an verschiedene Konfigurationen angepaßt werden und unterschiedliche Aufgaben erfüllen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei alternative Ausführungsformen der Aufhängevorrichtung zur Verwendung mit einem Beschleunigungsmesser der allgemeinen Art nach Fig. 1. Dabei sind nur die Ständerausbildungen gezeigt, wobei selbstverständlich entsprechende Prüfmasseneinheiten nach Fig. 4 für eine vollständige Baugruppe erforderlich sind, die durch unterschiedliche Anordnungen der Kontaktflächen-Positionen zur Anpassung an die elastischen Balken modifiziert sind.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen Ständer 250 mit drei elastischen Balken 251-253. Die Elastizitätsachsen der Balken 251 und 253 verlaufen kolinear auf einer ersten Geraden, die durch den geometrischen Mittelpunkt 255 der Oberfläche des Ständers 250 und damit die Längsachse des Magnetpolstücks 254 verläuft. Die Elastizitätsachse des Balkens 252 liegt auf einer zweiten Geraden, die durch den geometrischen Mittelpunkt 255 des Ständers 250 verläuft, jedoch zu der ersten Geraden orthogonal ist. Da somit der Mittlpunkt des Polstücks 254 der stabile Festpunkt ist, trachtet bei dieser Ausführungsform das Polstück danach, innerhalb der entsprechenden Drehmomenterzeuger-Wendel (nicht gezeigt) koaxial beabstandet zu bleiben, wodurch etwaige Fehlausrichtungs-Effekte zwischen dem Polstück und der Drehmomenterzeuger-Wendel, die durch thermische Beanspruchungen bewirkt sind, minimiert werden. Infolgedessen werden etwaige Änderungen in der Magnetkreisbeziehung zwischen dem Polstück und der Drehmomenterzeuger-Wendel über den Betriebstemperaturbereich des Beschleunigungsmessers erheblich verringert.

Es ist zu beachten, daß die gleiche Wirkungsweise dadurch erreichbar ist, daß die Balken 251-253 an irgendwelchen Stellen am Ständer 250 angeordnet werden, vorausgesetzt, daß ihre X-Achsen mit dem geometrischen Mittelpunkt 255 ausgerichtet sind. Z. B. könnten bei einer alternativen Ausführungsform des Ständers 250 der erste und der dritte elastische Balken 251 und 253 auf einer Geraden angeordnet sein, die durch den Schwerpunkt der Kondensatorplatte einer zugehörigen Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) verläuft, um die vorher erläuterten Vorspannungsfehler zu vermindern.

Fig. 7 zeigt eine zweite alternative Ausführungsform eines Ständers 260. Hierbei sind drei elastische Elemente 261-263 so angeordnet, daß ihre Elastizitätsachsen an einem Punkt 264 konvergieren, der außerhalb der Grenzfläche des Ständers 260 liegt und somit "freischwebend" ist. Es wurde gefunden, daß mit steigender Temperatur des Beschleunigungsmessers die Magnetflußdichte im Ringspalt zwischen dem magnetischen Polstück, z. B. 266, und seiner entsprechenden Drehmomenterzeuger-Wendel (nicht gezeigt) abnimmt. Die verminderte Magnetflußdichte resultiert in einer erhöhten Empfindlichkeit bzw. einem erhöhten Normierungsfaktor des Beschleunigungsmessers. Um diese unerwünschte Flußdichte-Temperatur-Charakteristik auszugleichen, wird der Festpunkt 264 so gewählt, daß das magnetische Polstück 266 mit steigender Temperatur eine definierte Bewegung in die allgemein durch den Pfeil 270 bezeichnete Richtung aufweist. Dies resultiert in einer Neupositionierung des Polstücks 266 in bezug auf die entsprechende Drehmomenterzeuger-Wendel und somit in einer Flußdichte-Varianz. Durch sorgfältige Auslegung kann die Flußdichteänderung, die durch die Repositionierung des magnetischen Polstücks (aufgrund der Wahl des Festpunkts 264) und eine entsprechende Änderung des Momentenarms zwischen dem Kräftemittelpunkt und dem effektiven Gelenkpunkt der Zunge bewirkt ist, Magnetflußänderungen infolge der Temperaturcharakteristik der Flußdichte im Magnetspalt im wesentlichen ausgleichen. Auf diese Weise ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ein automatischer Temperaturausgleich für die Magnetfluß-Charakteristik und damit die Empfindlichkeit (den Normierungsfaktor) des Beschleunigungsmessers.

Ferner ist zu beachten, daß der erste und der dritte Balken 261, 263 auf einer Geraden angeordnet sind, die durch den Schwerpunkt der Kondensatorabnehmerplatte einer zugehörigen Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) verläuft, um die erwähnten Vorspannungfehler zu verringern.

Fig. 8 ist eine Draufsicht von oben auf einen Meßgrößenumformer, der ein einziges elastisches Element verwendet. Dabei ist eine Prüfmasseneinheit 300 gezeigt, die mit einem Ständer 302 ausgerichtet ist. Zwei erhabene Kontaktierungsflächen 304, 306 auf der Prüfmasseneinheit 300 gehören zu entsprechenden Flächen auf dem Ständer 302. In dem Ständer 302 ist ein einziges elastisches Element 310 ausgebildet, das im vorliegenden Fall im Ständer 302 einstückig damit als Balken ausgebildet ist. Der Balken 310 hat eine durch den Pfeil 312 bezeichnete Elastizitätsachse. Diese fluchtet mit dem geometrischen Mittelpunkt 314 der aus Prüfmasse 300 und Ständer 302 bestehenden Baugruppe. Eine in der Prüfmasseneinheit 300 gebildete Kontaktierungsfläche 316 befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche des Balkens 310.

Bei der Ausbildung gemäß Fig. 8 mit einem einzigen elastischen Element wird kein stabiler Festpunkt wie bei den vorher erläuterten Ausführungsformen gebildet, da hier kein Schneiden der Elastizitätsachsen von zwei elastischen Organen stattfindet. Der einzige elastische Balken 310 wird jedoch aufgrund von thermischen Beanspruchungen, die zwischen der Prüfmasseneinheit 300 und dem Ständer 302 erzeugt werden, ausgelenkt unter Minimierung von zwischen diesen Komponenten erzeugten mechanischen Beanspruchungen und Belastungen, wodurch Fehler des Beschleunigungsmessers vermindert werden.

Fig. 9 ist eine Perspektivansicht eines balkenförmigen elastischen Elements, wie es vorstehend in Verbindung mit den Fig. 3, 5, 6, 7 und 8 erläutert wurde, wobei die Auslenkung des Balkens 400 entlang seiner Elastizitätsachse 402 gezeigt ist zur Verminderung von mechanischen Beanspruchungen zwischen dem Ständer 412, an dem der Balken mit einem Ende befestigt ist, und einer Kontaktierungsfläche an einer Prüfmasse (nicht gezeigt). Die Oberfläche 404 des Balkens ist um einen Betrag δ ausgelenkt und um einen Winkel R verdreht. Die Auslenkung δ des Balkens 400 führt zu einem Zustand, in dem die Oberfläche 404 sich zu drehen trachtet. Die Kontaktierungsfläche der Prüfmasse (nicht gezeigt) verhindert diese Rotation durch Erzeugung eines Ausgleichs-Drehmomentes. Dieses Ausgleichs-Drehmoment wird wiederum durch ein gleiches und entgegengesetztes Drehmoment ausgeglichen, das von dem entgegengesetzten Balken (nicht gezeigt) erzeugt wird, der mit der Oberfläche der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche zusammenwirkt. Jede Unausgeglichenheit in den entgegengesetzt wirkenden Drehmomenten, die durch den unteren Balken 400 und den oberen Balken (nicht gezeigt) auf die Prüfmassen-Kontaktierungsfläche (nicht gezeigt) zur Einwirkung gebracht wird, bewirkt eine Auslenkung der Prüfmasse und kann entsprechende Ausgangsfehler des Meßgrößenumformers erzeugen.

Fig. 10 zeigt eine weitere Quelle für Fehler eines Meßgrößenumformers, die durch die Verwendung von entgegengesetzten Balken entstehen. Hierbei ist im Querschnitt ein unterer Balken 410 gezeigt, der vom unteren Ständer 412 aufwärts ragt und eine Oberfläche 414 aufweist, die mit der Unterseite 416 der Prüfmasseneinheit 418 zusammenwirkt. Ein oberer Balken 420 ragt von einem oberen Ständer 422 nach unten und hat eine Fläche 424, die mit der Oberfläche 426 der Kontaktierungsfläche auf der Prüfmasseneinheit 418 zusammenwirkt. Im montierten Zustand wird zwischen den Ständern 412, 422 eine Klemmkraft zur Einwirkung gebracht, wodurch eine die Balken 410, 420 beaufschlagende Vorspannungs-Druckkraft entsprechend den Kraftpfeilen 430, 432 erzeugt wird. Die Längsachsen der Balken 410, 420 liegen um einen Betrag d außer Fluchtung miteinander. Die Auswirkung dieser Fehlausrichtung ist ein Drehmoment entsprechend Pfeil 440 in der Prüfmasseneinheit 418. Etwaige Änderungen der Vorspannung mit der Zeit oder Temperatur ändern die Größe des auf die Prüfmasseneinheit ausgeübten Drehmoments, wodurch entsprechende Fehler des Meßgrößenumformers entstehen.

Die verschiedenen Ausführungsformen der elastischen Elemente nach den Fig. 11-16 dienen der Minimierung oder Ausschaltung der unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 erörterten Probleme.

Fig. 11 zeigt eine alternative Konstruktion des elastischen Elements. Dabei ist das elastische Element 500 einstückig mit der Ständereinheit 502 ausgebildet. Das elastische Element 500 besteht aus drei in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordneten parallelen Balken 504-506. Die Balken 504-506 sind so ausgelegt, daß sie entlang einer Achse 508 elastisch-nachgiebig sind, die senkrecht zu den Hauptflächen der Balken 504-506 verläuft. Entlang ihren beiden Hauptachsen, die zu der Elastizitätsachse 508 orthogonal sind, sind die Balken 504-506 unbiegsam.

Die Balken 504-506 ragen von einer Ausnehmung im Ständer 502 nach oben und sind mit einem gemeinsamen Oberteil 510 verbunden. Das Oberteil 510 hat eine Oberfläche 512. Die Oberfläche 512 liegt an der Unterseite der Prüfmassen- Konktaktierungsfläche (nicht gezeigt) an. Ein entsprechendes elastisches Element (nicht gezeigt) ragt vom oberen Ständer (nicht gezeigt) nach unten und kontaktiert die Oberfläche der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche (nicht gezeigt).

Ein spezielles Merkmal des elastischen Elements 500 nach Fig. 11 besteht darin, daß die Oberfläche 512 des gemeinsamen Oberteils 510 über den Auslenkungsbereich der Balken 504-506 in deren Elastizitätsachse im wesentlichen parallel zu der gegenüberliegenden Fläche der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche (nicht gezeigt) bleibt. Damit induziert das elastische Element nach Fig. 11 ein minimales Drehmoment mit resultierender Drehauslenkung in der Prüfmasseneinheit. Zusätzlich wird durch den breiten Flächenbereich der Oberfläche 512 und die großen Abstände zwischen den Balken 504 und 506 das Drehmoment minimiert, mit dem die Prüfmasseneinheit an der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche infolge der axialen Fehlausrichtung zwischen dem unteren elastischen Element 500 und dem oberen elastischen Element (nicht gezeigt) beaufschlagt wird.

Die Ausbildung nach Fig. 11 vermindert daher Fehler in der Meßgrößenumformer-Einrichtung, die durch Auslenkung oder axiale Fehlausrichtung der elastischen Elemente hervorgerufen werden.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausbildung des elastischen Elements. Dabei ist in dem Ständer 602 eine Ausnehmung 600 gebildet. Erste und zweite Balken 604, 606 sind an der Oberfläche 608 des Ständers befestigt und ragen vertikal abwärts zum Grund der Ausnehmung 600. Die Balken 604, 606 sind so ausgelegt, daß sie entlang einer einzigen Achse 610 elastisch-nachgiebig sind.

Die vorspringenden Enden der Balken 604, 606 sind an den Enden eines im wesentlichen würfelförmigen Kontaktierungselements 612 befestigt. Das Kontaktierungselement 612 ist somit in der Ausnehmung 600 an den Balken 604, 606 aufgehängt. Die Oberfläche 614 des Kontaktierungselements 612 wirkt mit der Unterseite der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche (nicht gezeigt) an dieser anliegend zusammen. Dadurch wird eine abwärts gerichtete Kraft entsprechend Pfeil 616 auf der Oberfläche 614 des Kontaktierungselements 612 erzeugt. Es ist zu beachten, daß in einer vollständigen Konstruktion ein oberer Ständer mit einem gleichartigen, entgegengesetzten Kontaktierungselement versehen ist, das mit der Oberfläche der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche zusammenwirkt.

Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 11 bleibt die Oberfläche 614 des Konktaktierungselements 612 mit der Prüfmassen- Kontaktierungsfläche bei Auslenkungen der Balken 604, 606 entlang ihrer Elastizitätsachse 610 parallel ausgerichtet unter Verminderung oder Ausschaltung von induzierten Drehkräften auf die Prüfmasseneinheit. Ferner werden durch den großen Flächenbereich der Oberfläche 614 des Kontaktierungselements 612 in Verbindung mit dem großen Abstand zwischen den Stützbalken auf die Prüfmasseneinheit wirkende Drehmomente reduziert, die durch eine axiale Fehlausrichtung zwischen dem Kontaktierungselement 612 und dem entsprechenden gegenüberliegenden Kontaktierungselement des oberen Ständers (nicht gezeigt) bedingt sind.

Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 12 besteht darin, daß die Balken 604, 606 unter mechanischer Spannung stehen im Gegensatz zu dem vorher erläuterten Druck, mit dem die Balken beaufschlagt werden. Somit wird bei der Ausführungsform nach Fig. 12 jede Gefahr eines Knickens der Balken 604, 606, welcher unter Druck stehende Balken unterliegen, beseitigt. Jede Steigerung der abwärts gerichteten Kraft 616 resultiert in der Tendenz, die Gefügefestigkeit zu steigern, anstatt wie bei einer Säulenkonfiguration Instabilitäten zu erzeugen.

Fig. 13 ist eine Draufsicht von oben auf eine alternative Ausbildung des elastischen Elements 700. Dabei ist ein Teilschnitt der Oberfläche 702 eines Ständers 704 gezeigt. Eine im wesentlichen kubische Ausnehmung 706 ist durch die Oberfläche 702 des Ständers 704 geschnitten. Vier Stege 708-711 sind am einen Ende einstückig mit dem Ständer 704 ausgeführt und ragen mit ihren anderen Enden in die Ausnehmung 706. Die Stege 708-711 wirken mit einem mit ihnen einstückigen Kontaktierungselement 712 zusammen. Dieses ist im wesentlichen kubisch und so bemessen, daß um das Kontaktierungselement 712 innerhalb der Ausnehmung 706 ein Zwischenraum vorhanden ist. Wie gezeigt, ist jeder Steg 708-711 an einer Mittenfläche des Kontaktierungselements 712 befestigt. Die Stege 708-811 sind so ausgelegt, daß sie entlang einer Achse 714 elastisch-nachgiebig sind. Die Stege 708-711 sind im übrigen entlang ihren zur Elastizitätsachse 714 orthogonalen Achsen relativ unbiegsam. Die Elastizitätsachse 714 ist, wie vorstehend erläutert, mit einem vorbestimmten Punkt ausgerichtet.

Die Oberfläche 716 des Kontaktierungselements 712 ist so ausgelegt, daß sie mit der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche (nicht gezeigt) in Anlage an dieser zusammenwirkt. An der Oberfläche derselben Prüfmassen-Kontaktierungsfläche ist ein dem Element 700 entsprechendes elastisches Element anliegend vorgesehen. Beim Zusammenspannen der Ständer und der Prüfmasse wird eine Kraft erzeugt, die auf die Oberfläche 716 des Kontaktierungselements 712 einwirkt und sich als Scherkraft auf die Stege 708-711 überträgt. Somit unterliegt das elastische Element 700 nach Fig. 13 keinem Knicken unter Druck, was bei anderen Ausführungsformen der Fall ist, bei denen ein Balken mit einer Druck-Vorbelastung beaufschlagt wird.

Wenn die Stege 708-711 um geringe Beträge entlang ihrer Elastizitätsachse 714 ausgelenkt werden, bleibt die Oberfläche 716 des Kontaktierungselements 712 in Anlage an der entsprechenden Prüfmassen-Kontaktierungsfläche. Insofern induziert das elastische Element 700 keine fehlererzeugenden Drehmomente auf die Prüfmasseneinheit. Auch bewirken der relativ große Abstand zwischen den lastaufnehmenden Teilen und der große Flächenbereich der Oberfläche 716 des Kontaktierungselements 712 in Verbindung mit dem entsprechenden Flächenbereich des gegenüberliegenden elastischen Elements am oberen Ständer eine Minimierung induzierter Drehmomente auf die Prüfmasse infolge einer axialen Fehlausrichtung zwischen den beiden elastischen Elementen.

Fig. 14 zeigt eine andere Ausführungsform des elastischen Elements 750, die demjenigen nach Fig. 13 ähnlich ist. Fig. 14 ist eine Perspektivansicht eines Teils eines Ständers 752, in dem eine Ausnehmung 754 vorgesehen ist. Zwei Stege 756, 758 sind mit Endwandungen der Ausnehmung 754 einstückig und verbinden diese miteinander. Die Ausnehmung 754 hat im wesentlichen Viereckquerschnitt, und die Stege 756, 758 verlaufen entlang gegenüberliegenden Seiten des Vierecks und sind mit dem Ständer 752 an diagonalen Ecken desselben verbunden. Die vorspringenden Enden der Stege 756, 758 sind an diagonalen Ecken eines kubischen Kontaktierungselements 760 befestigt.

Die Stege 756, 759 sind so ausgelegt, daß sie in einer Achse 762 elastisch-nachgiebig sind. Im übrigen sind die Stege 756, 758 entlang den zur Elastizitätsachse 762 orthogonalen Achsen unbiegsam.

Das Kontaktierungselement 760 weist eine Oberfläche 764 auf, die mit der Unterseite der Kontaktierungsfläche an der Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) daran anliegend zusammenwirkt. An der Oberfläche der Prüfmassen-Kontaktierungsfläche befindet sich eine entsprechende Fläche eines im oberen Ständer befindlichen Kontaktierungselements (nicht gezeigt) in Anlage.

Durch die Auslenkung der Stege 756, 758 entlang der Elastizitätsachse 762 zum Abbau von mechanischen Beanspruchungen zwischen dem Ständer 752 und der Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) werden keine auf das Kontaktierungselement 760 wirkenden Momente erzeugt. Stattdessen bleibt die Oberfläche 764 des Kontaktierungselements 760 parallel in Anlage an der Kontaktierungsfläche der Prüfmasseneinheit. Somit werden von dem ausgelenkten Kontaktierungselement 760 keine fehlererzeugenden Drehmomente in die Prüfmasse gekoppelt. Infolge des großen Abstands der lastaufnehmenden Teile und des großen Flächenbereichs der Oberfläche 764 des Kontaktierungselements und seines Gegenstücks im oberen Ständer werden ferner auf die Prüfmasseneinheit übertragene Momente infolge einer axialen Fehlausrichtung der Kontaktelemente minimiert oder beseitigt.

Bei den beiden Ausführungsformen nach den Fig. 13 und 14 ist zu beachten, daß die Steifigkeit der Prüfmasseneinheit jegliche Kippbewegung der Kontaktelemente 712, 760 verhindert. Ferner ist ersichtlich, daß jede der Ausführungsformen der Fig. 13 und 14 in den entsprechenden Ständern 704, 752 als Einschnitt ausgebildet sein kann. Somit können diese Ausführungsformen nach den Fig. 13 und 14 mit jeder geeigneten Schneidvorrichtung hergestellt werden.

Fig. 15 ist eine Perspektivansicht eines Teils eines Ständers 800, mit dem einstückig ein elastisch-nachgiebiges Element 802 ausgeführt ist. Durch die Oberfläche 804 des Ständers 800 hindurch ist eine im wesentlichen viereckige Ausnehmung 806 gebildet. Dabei sind die Balken 811-818 einstückig mit dem Ständer 800 ausgebildet. Die Balken 811-818 weisen einen vorbestimmten Abstand voneinander auf und sind parallel miteinander ausgerichtet. Die Balken 811-818 sind entlang einer Achse, die durch einen Doppelpfeil 820 bezeichnet ist, elastisch-nachgiebig, während sie im übrigen entlang den dazu orthogonalen Achsen relativ unbiegsam sind.

Ein Kontaktierungselement 822 ist an den vorspringenden Endabschnitten der Balken 811-818 befestigt und mit den Balken einstückig ausgeführt. Das Kontaktierungselement 822 ist im wesentlichen würfelförmig und so bemessen, daß zwischen dem Kontaktierungselement 822 und den Seitenwandungen der Ausnehmung 806 ein Zwischenraum besteht.

Das Kontaktierungselement 822 weist eine Oberfläche 824 auf, die so angeordnet ist, daß sie mit einer Unterseite einer Kontaktierungsfläche an der Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) zusammenwirkt. Die Oberseite der Kontaktierungsfläche befindet sich in Anlage an einem dem elastischen Element 802 ähnlichen elastischen Element im oberen Ständer (nicht gezeigt).

Die Balken 811-818 werden entlang ihrer Elastizitätsachse 820 ausgelenkt, um zwischen der Prüfmasseneinheit und dem Ständer 800 erzeugte mechanische Beanspruchungen abzubauen. Dieses Auslenken führt nicht zu einer Rotation des Kontaktelements 822, dessen Oberfläche 824 parallel zu der Kontaktierungsfläche der Prüfmasseneinheit in Anlage an dieser bleibt. Ferner ist die Fläche der Oberfläche 824 des Kontaktelements 822 ausreichend breit, und die Balken sind ausreichend weit voneinander beabstandet, so daß axiale Fehlausrichtungen zwischen der Oberfläche 824 und der entsprechenden Oberfläche des oberen elastischen Elements kein merkliches Fehlausrichtungs-Drehmoment auf die Prüfmasseneinheit erzeugen. Durch das elastische Element 802 gemäß Fig. 15 werden Fehler im Meßgrößenumformer minimiert, die durch Drehmomente induziert sind, die zwischen den elastischen Elementen und der Prüfmasseneinheit übertragen werden.

Die Fig. 16a, 16b zeigen alternative Ausführungsformen der elastischen Elemente, die hier als Einzelkomponenten ausgebildet sind, die in dem Meßgrößenumformer angeordnet werden können, um eine elastisch-nachgiebige Halterung zwischen der Prüfmasse und den Ständern zu erzielen. Fig. 16a zeigt einen einzelnen Balken 900, der an einem Ende mit einer kreisrunden Basis 902 und an seinem anderen Ende mit einem kreisrunden Oberteil 904 einstückig ausgeführt ist. Die Basis 902 ist auf einem Sockel 906 angeordnet. Der Balken 900 ist so ausgelegt, daß er entlang einer Achse 910 elastisch-nachgiebig ist, während er sonst entlang seinen dazu orthogonalen Achsen unbiegsam ist.

Fig. 16b ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausbildung des als Einzelteil ausgeführten elastischen Elements, wobei zwei parallele, einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisende Balken 920, 922 verwendet werden. Die Balken 920, 922 sind mit einem Oberteil 924 und einer Basis 926 einstückig ausgeführt, die beide im wesentlichen kreisrund sind. Die Basis 926 ist auf einem kreisrunden Sockel 928 befestigt. Die Balken 920, 922 sind entlang einer Achse 930 elastisch-nachgiebig und im übrigen entlang ihren dazu orthogonalen Achsen unbiegsam.

Fig. 17 zeigt die Verwendung beider Einzelelemente der Fig. 16a, 16b in einer Ständereinheit. Die Draufsicht zeigt einen Teil eines Ständers 950 mit zylindrischen Ausnehmungen 952, 954 an vorbestimmten Stellen im Ständer. Die Durchmesser der Ausnehmungen 952, 954 sind größer als die Oberteile und Basen 904, 902 bzw. 924, 926 der elastischen Elemente der Fig. 16a bzw. 16b. Jedes elastische Element kann in den Ausnehmungen 952, 954 so aufgenommen werden, daß sein Sockel 906 bzw. 928 fest mit der Basis der zylindrischen Ausnehmungen 952, 954 verbunden ist. Jedes einzelne elastische Element wird so gedreht, daß seine Elastizitätsachse mit einem vorbestimmten Punkt, im vorliegenden Fall 960, ausgerichtet ist. Die Oberflächen der Oberteile 904, 924 der einzelnen elastischen Elemente der Fig. 16a, 16b werden dann in Anlage mit den Kontaktierungsflächen auf der Prüfmasseneinheit (nicht gezeigt) positioniert.

Es ist zu beachten, daß die Ausführungsform nach Fig. 16b, die zwei Balken 920, 922 verwendet, fehlerinduzierende Momente zwischen dem elastischen Element und der Prüfmasseneinheit vermindert, die sonst durch das nur einen Balken aufweisende elastische Element nach Fig. 16a bewirkt werden, insofern eine Auslenkung der Balken 920, 922 entlang ihrer Elastizitätsachse keine Rotation der Oberfläche des Oberteils 924 bewirkt. Damit wird die Oberfläche des Oberteils 924 in paralleler Anlage an der Kontaktierungsfläche auf der Prüfmasseneinheit gehalten.

Ferner ist der Abstand zwischen den Balken 920 und 922 des einzelnen elastischen Elements nach Fig. 16b bevorzugt ausreichend groß, so daß eine axiale Fehlausrichtung zwischen den elastischen Elementen im unteren und im oberen Ständer kein zu Fehlern führendes Drehmoment in der Prüfmasseneinheit erzeugt.

Claims (14)

1. Beschleunigungsmesser

• - mit einer Prüfmasse (12), die eine Zunge (30) hat, die an einer äußeren ringförmigen Halterung (32) so aufgehängt ist, daß sie relativ dazu eine Pendelbewegung ausführen kann, wobei die Zunge (30) und die ringförmige Halterung (32) eine einstückige Einheit sind und die ringförmige Halterung (32) an vorbestimmten Stellen angeordnete Kontaktflächen (52) trägt, die davon vorspringen,
• - mit zwei Drehmomenterzeuger-Wendeln (40, 42), die auf entgegengesetzten Seiten der Zunge (30) angeordnet sind, und
• - mit einem oberen (14) und einem unteren (16) Ständer zur Abstützung der Prüfmasse (12) an deren entgegengesetzten Flächen, wobei jeder Ständer (14, 16) magnetische Polstücke (24) aufweist, die unter Bildung eines Magnetkreises mit den Drehmomenterzeuger-Wendeln (40, 42) ausgerichtet sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß elastische Elemente (94, 96) vorgesehen sind, die eine Elastizitätsachse (X) haben, während sie in dazu orthogonalen Achsen (Y, Z) im wesentlichen unbiegsam gegenüber einwirkenden Kräften sind,
• - daß jedes elastische Element (94, 96) so angeordnet ist, daß es mit einer entsprechenden Kontaktfläche (131, 133) auf der ringförmigen Halterung (112) in Anlage gelangt, wobei die Elastizitätsachse (X) jedes elastischen Elements (94, 96) sich ein einem Punkt (98) schneidet, der so gewählt ist, daß einerseits thermisch induzierte Beanspruchungen zwischen der Prüfmasse (11) und den Ständern (80, 81) durch Verformung der elastischen Elemente (94, 96) abbaubar sind und andererseits ein Widerstand gegenüber Bewegungen um den Bezugspunkt (98) besteht.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (94, 96) so angeordnet sind, daß der Bezugsspunkt (98) in vorbestimmter Weise auf der ringförmigen Halterung (112) liegt, so daß sich eine maximale Nachgiebigkeit gegenüber thermisch induzierten Belastungen und eine unbiegsame Abstützung der Prüfmasse (110) gegenüber seismischen Belastungen ergibt.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei elastische Elemente (251-253) vorgesehen sind, wobei zwei elastische Elemente (251, 253) auf einer ersten Geraden liegen, die durch die Längsachse (255) jedes magnetischen Polstücks (254) geht und das dritte elastische Element (252) auf einer zweiten Geraden liegt, die durch die Längsachse (255) jedes magnetischen Polstücks (254) geht und zur ersten Geraden orthogonal ist.

4. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizitätsachse (X) aller drei Elemente durch die Längsachse jedes magnetischen Polstücks (254) geht.

5. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Drehmomenterzeuger-Wendeln (40, 42) mit den Längsachsen der magnetischen Polstücke (254) koinzident sind und daß die elastischen Elemente (251-253) so angeordnet sind, daß der Bezugspunkt (255) auf den koinzidenten Achsen (255) liegt, so daß die Dreh­ momenterzeuger-Wendeln (40, 42) ungeachtet thermisch induzierter Beanspruchungen zwischen der Prüfmasse (110) und der ringförmigen Halterung (112) in Ausrichtung mit den magnetischen Polstücken (254) gehalten sind.

6. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (94, 96) so angeordnet sind, daß der Bezugspunkt (98) so liegt, daß bei einer Tempera­ turänderung eine vorbestimmte Bewegung zwischen den Dreh­ momenterzeuger-Wendeln (40, 42) und den magnetischen Polstücken (24) erzeugt wird zum Ausgleich von thermisch induzierten Magnetflußänderungen zwischen den Drehmoment­ erzeuger-Wendeln (40, 42) und den magnetischen Polstücken (24).

7. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastische Element (94, 96) eine Oberfläche hat, die an der Kontaktfläche der ringförmigen Halterung (112) anliegt, wobei das elastische Element (94, 96) so ausgebildet ist, daß die Oberfläche in paralleler Kon­ taktanlage an der Kontaktfläche der ringförmigen Halte­ rung (112) im Fall von Auslenkungen des elastischen Ele­ ments (94, 96) in seiner Elastizitätsachse gehalten wird.

8. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Ständer (602) eine in der Kontaktfläche ausge­ bildete Ausnehmung (600) aufweist, und
• - daß das elastische Element aus wenigstens einem Balken (604, 606) mit zwei Enden besteht, wobei das erste Ende des Balkens an der Seitenwand der Ständerausnehmung (600) befestigt ist und das zweite Ende des Balkens in die Ausnehmung (600) vorspringt, sowie eine Kontaktflä­ che (612) aufweist, die an dem zweiten Ende befestigt und dadurch in der Ausnehmung (600) aufgehängt ist, wobei die Kontaktfläche (612) eine Oberfläche (614) hat, die an der Prüfmasse (110) anliegt unter Bildung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Ständer (602) und der Prüfmasse (110).

9. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (708-711) an einem mittleren Flächenabschnitt der Kontaktfläche (712) befestigt ist.

10. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (756, 758) an einem Rand der Kontaktfläche (760) befestigt ist.

11. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (802) eine Mehrzahl Balken (811-818) aufweist, deren jeder mit einem Ende an einer Seitenwand der Ausnehmung (806) befestigt ist, wobei das jeweilige andere Ende jedes Balkens in die Ständeraus­ nehmung vorspringt und die Balken voneinander beabstan­ det und parallel mit der Biegeachse (820) jedes Balkens, die mit einem vorbestimmten Punkt fluchtet, angeordnet sind, wobei eine Kontaktfläche (822) gebildet wird, die an den vorspringenden Enden der Mehrzahl Balken (811-818) befestigt ist, wodurch die Kontaktfläche in der Ausnehmung aufgehängt ist und eine Oberfläche (824) hat, die an der Prüfmasse anliegt unter Bildung der mechani­ schen Verbindung zwischen dem Ständer und der Prüfmasse.

12. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das elastische Element als Bauteil mit einer Basis (902, 926), einem Oberteil (904, 924) und einem mit Basis und Oberteil verbundenen Balken (900, 920, 922) ausgebildet ist, wobei der Balken in der Elastizitäts­ achse (910, 936) elastisch und in seinen zur Elastizi­ tätsachse orthogonalen Achsen relativ unbiegsam ist, und
• - daß der Ständer (950) zylindrische Ausnehmungen (952, 954) zur Aufnahme und Festlegung elastischer Element- Bauteile (900) aufweist, die in diesen Ausnehmungen (952, 954) so drehbar sind, daß die Elastizitätsachse durch einen vorbestimmten Punkt (960) geht, der die mechanische Verbindung mit der Prüfmasse herstellt.

13. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element zwei voneinander beabstandete Balken (920, 922) aufweist, deren jeder eine mit der Elastizitätsachse fluchtende Biegeachse hat, wobei das elastische Element eine Oberfläche zur Anlage an der Prüfmasse aufweist und diese Oberfläche bei Auslenkung der Balken (920, 922) entlang der Elastizitätsachse im wesentlichen parallel zu der gegenüberliegenden Fläche der Prüfmasse bleibt.