DE3608094A1 - Vorrichtung zum schutz stossempfindlicher geraete vor unzulaessig hohen schock- und ruettelbeanspruchungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz stoßempfindlicher Geräte vor unzulässig hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen. In Betracht kommen hierbei Schockbeanspruchungen, wie sie beispiels­ weise bei Fahrzeugkollisionen oder bei in der Nähe erfolgenden De­ tonationen auftreten, und Rüttelbeanspruchungen, wie sie bei Fahr­ zeugen auf extrem schlechten Straßen zu erwarten snd.

Es ist an sich bekannt und naheliegend, solche empfindlichen Geräte in einfacher Weise federnd zu lagern. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Geräte schon bei kleineren, noch völlig unschädlichen Stößen oder Rüttelamplituden Schwingbewegungen ausführen würden, denn es ist bei bestimmten Geräten, wie z. B. Scheinwerfern sowie Peil- oder Ortungsgeräten, erforderlich, daß sie keine unnötigen Schaukelbewegun­ gen ausführen, sondern möglichst ruhig stehen, damit der Licht- bzw. der Peilstrahl seine Richtung beibehält.

Bekanntlich werden Geräte, für die Schock- und Rüttelbeanspruchungen zu erwarten sind, so gebaut, daß eine gewisse, maximale Beschleunigung zulässig ist. Dieser Beschleunigungswert wird in einem Mehrfachen der Erdbeschleunigung g angegeben. Aus den vorerwähnten Gründen ist daher anzustreben, daß der Schutz dieser Geräte immer erst dann wirksam wird, wenn die zulässige Beschleunigung überschritten wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der voraus­ gesetzten Art zu schaffen, welche die vorgenannte Bedingung erfüllt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruches 1 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung besteht darin, daß sie, solange die zulässige Beschleunigung nicht überschrit­ ten wird, so "steif" bleibt, als sei das zu schützende Gerät starr montiert.

Zu dem Merkmal "f" des Anspruches 1 (Bemessung der Federkonstan­ ten) sei folgendes erläutert:

Die erforderliche Federkonstante ist abhängig von der Masse des je­ weiligen Gerätes, der erforderlichen Federvorspannung bzw. dem zu ihrer Einstellung verfügbaren Federweg, der maximal zulässigen Be­ schleunigung und der höchsten zu erwartenden Schockauslenkung.

Die Federkonstante muß daher für den jeweiligen Fall unter Berück­ sichtigung der genannten Größen ermittelt werden. Dies kann in an sich bekannter Weise rechnerisch geschehen oder experimentell, in­ dem man an dem Gerät (oder einer entsprechenden Ersatzmasse) einen Beschleunigungsaufnehmer anbringt, mit dem man feststellt, ob noch unzulässig hohe Beschleunigungen an das Gerät gelangen oder nicht. Allgemein gültig läßt sich nur sagen, daß die Feder hin­ reichend weich sein muß.

Die Ansprüche 2 und 3 offenbaren eine zweckmäßige Variante des Erfindungsgegenstandes, welche die Möglichkeit bietet, für verschie­ dene Richtungen des Schocks (nach oben oder nach unten) unterschied­ liche Federkonstanten vorzusehen und somit zwei abwechselnd wirksam werdende Feder-Masse-Systeme zu schaffen.

Die Zeichnungen veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele der Er­ findung, die im folgenden näher beschrieben werden.

Es zeigt

die Fig. 1 eine Ausführungsform gemäß Anspruch 1 und

die Fig. 2 eine Variante gemäß Anspruch 2.

Beide Figuren sind Schnittzeichnungen. Gleiche bzw. gleichartige Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen.

In der Fig. 1 ist mit 1 das zu schützende Gerät angedeutet. 2 ist eine Plattform, auf der die das Gerät 1 tragende Schutz­ vorrichtung befestigt ist.

Die Schutzvorrichtung besteht aus zwei topfartigen Gehäuse­ teilen 3 und 4, die ineinandergreifen und zusammen das Feder­ haus für die Druckfeder 5 bilden. Die Druckfeder 5 ist unter Vorspannung eingesetzt zu denken, so daß sie die Gehäuseteile 3 und 4 auseinanderzudrücken trachtet; dies ist jedoch durch einen Anschlag begrenzt, der durch die Flansche 6 und 7 gebil­ det wird. Der Flansch 7 ist aus zwei Halbringen bestehend zu denken, die erst nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile 3 und 4 angebracht werden.

8 und 9 sind zwei von insgesamt vier Versteifungsrippen, die außerdem ein seitliches Ausweichen der Druckfeder 5 verhin­ dern sollen.

Das obere Gehäuseteil 4 weist eine Hülse 10 auf, in welcher eine (im vorliegenden Fall topfartig geformte) Halterung 11 axial verschiebbar gelagert ist. An der Halterung 11 ist das Gerät 1 mit seinem Fuß 12 befestigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, stützt sich die Druckfeder 5 mit ihrem oberen Ende an der Unterseite der Hülse 10 und mit ihrem unteren Ende an einem Teller 13 ab. Dieser Teller 13 und die in der Mittelachse der Feder 5 stehende Spindel 14 bilden zusammen den sogenannten Zuganker. Die Spindel 14, die durch hinreichend weite Bohrungen der Hülse 10 und der Halterung 11 hindurch in die Halterung 11 hineinragt, ist am oberen Ende mit Gewinde versehen, auf das eine Mutter 15 aufgeschraubt ist. Diese bewirkt, daß die Spindel 14 an der Halterung 11 derart an­ greift, daß sie nur Zugkräfte aufnehmen kann.

Unter dem Teller 13 befindet sich ein Abstandsstück 16, dessen Höhe mitbestimmend ist für die Federvorspannung. Man kann so­ mit bei Bedarf die Federvorspannung ändern, indem man das Ab­ standsstück 16 gegen eines mit anderem Höhenmaß auswechselt.

Der Zuganker 13, 14, mit Mutter 15, läßt sich bei Zusammenbau der Vorrichtung dazu benutzen, die Druckfeder 5 vorzuspannen, so daß sie unter Vorspannung in das Federhaus 3, 4 eingesetzt wer­ den kann. Zu diesem Zweck zieht man die Mutter 15 an, bis die Druckfeder 5 so weit zusammengedrückt ist, daß sie wenigstens um einige Millimeter kürzer ist als sie es in der fertig zusammen­ gebauten Vorrichtung sein wird.

Nachdem die Halbringe des Flansches 7 angebracht sind, dreht man die Mutter 15 zurück, bis sie (bzw. ihre Unterlegscheibe) nur noch lose am Boden der Halterung 11 anliegt. In dieser Stellung wird die Mutter 15 dann in an sich bekannter Weise gegen Verdrehen ge­ sichert.

Zum besseren Verständnis sei bemerkt, daß die Federvorspannung in der Größenordnung von 1000 N liegen kann.

Wirkungsweise der Vorrichtung:

Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Masse des Gerätes 1 so groß ist, daß Masse und Feder ein System bilden, das hinreichend lang­ sam schwingen kann, und daß die Federvorspannung mindestens so groß wie die statische Last des Gerätes ist.

Solange keine oder nur geringe Stöße auftreten, bleibt die Vor­ richtung so starr, wie wenn die Flansche 6 und 7 miteinander verschweißt wären.

Tritt nun ein starker Schock nach oben auf, der die Plattform 2 schlagartig anhebt, so wird sich zunächst nur das Gehäuseteil 3 nach oben bewegen, während das Gehäuseteil 4, und somit auch das Gerät 1, wegen der Massenträgheit noch in Ruhe bleibt, denn die Druckfeder 5 gibt nach, und die - hierbei mitgenommene - Spindel 14 kann auf die Halterung 11 keine nach oben gerichtete Kraft ausüben.

Auf diesen Schock "antwortet" nun die Vorrichtung, indem sich die Druckfeder 5 wieder ausdehnt und dabei das Gehäuseteil 4 nach oben schiebt, bis der Flansch 7 an den Flansch 6 anschlägt (Dieses Anschlagen wird bei der praktischen Ausführung durch Gummipuffer gedämpft).

Die Aufwärtsbewegung, die das Gerät 1 hierbei erfährt, vollzieht sich, gemäß den Eigenschaften des Feder-Masse-Systems, um soviel langsamer und weicher, daß die Beschleunigung in den für das Gerät 1 zulässigen Grenzen bleibt.

Diese Bewegung, in der das Gerät 1 nun beharren will, wird durch das erwähnte Anschlagen nicht schlagartig beendet, sondern wiederum weich abgefangen. Dies geschieht dadurch, daß das Gerät 1 vermöge seiner Bewegungsenergie die Druckfeder 5 über den Zuganker 13, 14 zusammendrückt, wobei der Teller 13 von dem Abstandsstück 16 ab­ hebt.

Dieses Nachfedern kann sich, je nach Dimensionierung der Vorrich­ tung und Stärke des Schocks, ein- oder mehrmals wiederholen. Da es jedoch durch das Anschlagen immer wieder unterbrochen wird, tritt sehr bald eine Beruhigung ein. Bei einem Schock, der die Platt­ form 2 nach unten bewegt, laufen die beschriebenen Federungsvor­ gänge in kinematischer Umkehrung ab.

Bei einem seitlichen Schock geschieht folgendes:

Die Plattform 2 bewegt sich horizontal (z. B. nach links). Da das Gerät 1 in seiner Lage verharren will, vollführt das Gehäuseteil 4 eine Kippbewegung (nach rechts), wobei die Druckfeder 5 einseitig zusammengedrückt wird. Das Gerät 1 erfährt hierbei nur eine gewis­ se Drehung um eine zur Zeichenebene senkrecht stehende Achse. Diese Drehung fällt um so geringer aus, je länger die das Gerät 1 mit dem Fuß 12 verbindende Säule 17 ist.

Nach dem Schock kippt das Gehäuseteil 4 in seine Mittelstellung (eine Art Raststellung) zurück. Je nach Stärke des Schocks und Einstellung der Federvorspannung kann es auch hierbei zu einem Nachfedern kommen, indem das Gehäuseteil 4 mit dem Gerät 1 über die Mittelstellung hinaus- und ggfs. ein- oder mehrmals um die Mittelstellung hin- und herpendelt. Hierbei wechselt jedesmal die Kante, um die das Gehäuseteil 4 kippt. Dieses ständige Wechseln der Kippkante wirkt als störende Unterbrechung der Pendelung und trägt zu ihrer baldigen Beruhigung bei.

Die in der Fig. 2 dargestellte Variante ist in ihrer Wirkung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung äquivalent.

Der bauliche Unterschied besteht im wesentlichen darin, daß hier (unter Weglassung der Spindel 14 gemäß Fig. 1) außer der Druck­ feder 5 eine Druckfeder 18 in der Hülse 10 vorgesehen ist.

Der Unterschied hinsichtlich der Wirkung besteht darin, daß die Druckfeder 5 nur bei einem Schock in Aufwärtsrichtung und bei einer Bewegung des Gerätes 1 in Abwärtsrichtung wirksam wird, während bei einem Schock in Abwärtsrichtung und bei einer Be­ wegung des Gerätes 1 in Aufwärtsrichtung nur die Druckfeder 18 beaufschlagt wird.

Bei dieser Ausführung besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Federvorspannungen und Federn mit unterschiedlichen Federkon­ stanten zu wählen. Wählt man die Federkonstanten in geeignetem Maße unterschiedlich, so kann man erreichen, daß zwei abwech­ selnd wirksame Feder-Masse-Systeme mit unterschiedlichen Eigen­ frequenzen entstehen, wodurch die Vorrichtung unempfindlicher gegen harmonische Schwingungen wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Schutz stoßempfindlicher Geräte vor unzulässig hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen, unter Verwendung einer Lagerung mit einer Feder, gekennzeichnet durch

• a) ein Federhaus, das aus zwei nach Art eines Teleskops ineinanderge­ schobenen, topfartigen Gehäuseteilen (3, 4) besteht, welche bis zu einem Anschlag koaxial gegeneinander verschiebbar sind,
• b) eine Druckfeder (5), die sich unter Vorspannung in dem Federhaus be­ findet und mittels ihrer Vorspannung die Gehäuseteile (3, 4) bis zum Anschlag auseinanderdrückt,
• c) eine Hülse (10), die auf dem - bei vertikaler Aufstellung der Vorrichtung - oberen Gehäuseteil (4) befestigt ist, und in der eine Halterung (11) für das zu schützende Gerät (1) vertikal verschiebbar gelagert ist,
• d) eine Spindel (14), welche die in der Hülse (20) gelagerte Halterung (11) mit einem am anderen Ende der Feder (5) befindlichen, zum Abstützen der Feder (5) dienenden Teller (13) verbindet und an der Halterung (11), derart angreift, daß sie nur Zugkräfte aufnehmen kann,
• e) eine solche Bemessung der Federvorspannung, daß sie mindestens gleich dem Gewicht des gelagerten Gerätes (1), der Hülse (10) und der Halterung ist,
• f) eine solche Bemessung der Federkonstante, bei gegebener Federvor­ spannung, daß die bei der angeregten Eigenschwingung des aus dem Gerät (1), einschließlich Hülse (10) und Halterung (11), und der Feder (5) gebildeten Feder-Masse-Systems auftretenden Beschleunigungen die für das Gerät zulässige Beschleunigung nicht überschreiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abänderung, daß, anstelle der Spindel (10) gemäß Merkmal d, auch in der erwähnten Hülse (10), eine vorgespannte Druckfeder (18) vorgesehen ist, welche die in ihr gelagerte Halterung (11) gegen den Hülsenboden drückt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Federkonstante der in der Hülse befindlichen Feder (18) von der der Feder (5) gemäß Anspruch 1 derart unterscheidet, daß sich zwei Feder-Masse-Systeme mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen ergeben.