DE3830108A1 - Neigungsgeber - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Neigungsgeber, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Neigungswinkels unabhängig von der Richtung der Neigung ein Signal gibt, enthaltend

• (a) eine konkav - konische Auflagefläche, deren Kegel­ winkel dem besagten vorgegebenen Neigungswinkel entspricht
• (b) eine auf der Auflagefläche aufliegende Kugel, die bei einem kleineren als dem vorgegebenen Neigungs­ winkel sich über der Kegelspitze der konischen Auflagefläche befindet, und
• (c) von der Kugel gesteuerte Mittel zur Signalgabe, wenn die Kugel bei Überschreiten des besagten vorgegebenen Neigungswinkels von der besagten Kegelspitze zum Rand der Auflagefläche hin rollt.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die DD-PS 20 08 196 ist ein Neigungsgeber bekannt, bei welchem eine Kugel auf einer konkav - konischen Auflagefläche rollt. Der Kegelwinkel der konischen Auflagefläche ist das 180°-Komplement zu einem vorgegebenen Grenzwinkel der Neigung. Die Erzeugenden der konischen Auflagefläche bilden daher bei horizontaler Anordnung des Neigungsgebers mit der Horizontalen einen Winkel, der diesem Grenzwinkel entspricht. Wenn die Neigung geringer ist als der Grenzwinkel, liegt die Kugel unter dem Einfluß der Schwerkraft in dem tiefsten Bereich der Auflagefläche, also im Bereich der Kegelspitze der Auflagefläche. Wird der Grenzwinkel der Neigung über­ schritten, dann rollt die Kugel aus der Kegelspitze heraus zum Rand der Auflagefläche. Die Auflagefläche ist von einem Kontaktring umgeben. Die Auflagefläche ist metallisch und bildet einen zweiten Kontakt. Durch die zum Rande rollende Kugel werden die beiden Kontakte mit­ einander verbunden. Dadurch wird ein Signal erzeugt. Diese Signalerzeugung ist unabhängig von der Richtung der Neigung im Azimut.

Dieser bekannte Neigungsgeber hat verschiedene Nachteile: Einmal ist die Kontaktkraft sehr gering. Die Kontaktkraft zwischen der Kugel und dem Kontaktring ist gleich dem Gewicht der Kugel multipliziert mit dem Sinus der Winkel­ differenz von Neigungswinkel und Grenzwinkel, wenn der Neigungswinkel größer als der Grenzwinkel ist. Diese Winkeldifferenz ist sehr klein. Ein weiterer Nachteil des bekannten Neigungsgebers besteht darin, daß der Gefahren­ zustand "zu große Neigung" durch eine Kontaktgabe signalisiert wird. Wenn die Spannung zwischen den Kontakten wegfällt, dann wird der Gefahrenzustand nicht signalisiert.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Neigungs­ geber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein sauberes Signal erhalten wird und bei Ausfall der Versorgungsspannung des Neigungsfühlers ein dem Gefahren­ fall entsprechendes Signal erzeugt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• (d) im Bereich der Kegelspitze ein Fühler angeordnet ist, der auf das Vorhandensein der Kugel anspricht, wobei das bei Überschreiten des vorgegebenen Neigungs­ winkels erzeugte Signal des Neigungsgebers dem Nicht­ vorhandensein der Kugel im Bereich der Kegelspitze entspricht.

Auf diese Weise wird durch einen Fühler ein Signal gegeben, welches das Vorhandensein der Kugel im Bereich der Kegelspitze signalisiert. Dieses Signal ist nicht abhängig von einem mehr oder weniger starken Kontakt zwischen Kugel und einem die Auflagefläche umgebenden Kontaktring. Das Signal ist bis zu dem Grenzwinkel unabhängig von dem Neigungswinkel. Es kann dafür gesorgt werden, daß dieses Signal ausreichend stark und eindeutig ist. Wenn der Grenzwinkel überschritten wird und die Kugel zum Rand rollt, fällt das Signal des Fühlers weg. In diesem Fall wird ein Gefahrenzustand signalisiert. Ein Gefahrenzustand wird aber auch signalisiert, wenn das Signal des Fühlers wegfällt, weil die Stromzufuhr zu dem Fühler unterbrochen ist. Der Neigungsgeber spricht daher stets zur sicheren Seite hin an.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Neigungsgebers.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Neigungsgebers mit einem durch die Kugel betätigbaren Kontaktsatz als Fühler.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Neigungsgebers mit einem als Mikroschalter ausgebildeten Schnappschalter.

Fig. 4 zeigt in konstruktiver Darstellung einen Schnitt durch einen Neigungsgeber ähnlich Fig. 1.

Fig. 5 ist eine zugehörige Draufsicht mit abgenommenem Deckel.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist mit 10 ein Gehäuse bezeichnet. Das Gehäuse 10 ist aus Metall. Das Gehäuse bildet eine zylindrische Kammer 12. Der Boden der zylindrischen Kammer 12 bildet eine trichterförmige oder konkav - konische Auflagefläche 14. Die Innenwandung der Kammer 12 ist vergoldet mit einer Goldschicht 16. Die Goldschicht 16 ist über das Gehäuse 10 mit einem Kontakt 18 verbunden. Der Konuswinkel der konkav - konischen Auflagefläche 14 ist gleich 180° - 2β, wenn β ein Grenzwinkel der Neigung ist, bei dessen Überschreitung der Neigungsgeber ansprechen soll. Der Konuswinkel kann beispielsweise 170° sein, wenn der Grenzwinkel β = 5° ist. Bei genau waagerecht angeordnetem Neigungsgeber bilden dann die Erzeugenden der konischen Auflagefläche mit der Horizontalen einen Winkel von 5°.

In dem Gehäuse 10 liegt eine Kugel 20. Die Kugel 20 ist ebenfalls vergoldet. Bei horizontaler Lage des Neigungs­ gebers liegt die Kugel 20, wie dargestellt, in der Mitte an der tiefsten Stelle der Auflagefläche 14, also im Bereich der Kegelspitze des von der Auflagefläche 14 definierten Kegels. Wenn der Neigungsgeber nach irgendeiner Richtung geneigt wird, dann verringert sich in dieser Richtung der Winkel zwischen der Erzeugenden der konischen Auflagefläche 14 und der Horizontalen, bis schließlich bei einem dem Grenzwinkel β entsprechenden Neigungswinkel diese Erzeugende horizontal liegt. Bis zu diesem Punkt bleibt die Kugel 20 noch in ihrer Position in der Mitte der Auflagefläche 14. Bei einer weiteren Neigung des Neigungsgebers senkt sich die Erzeugende unter die Horizontale. Die Kugel 20 rollt jetzt längs der Erzeugenden aus der Mittellage heraus, bis sie an der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 10 zur Anlage kommt. Dazu ist nur ein ganz geringes Überschreiten des Grenzwinkels erforderlich. Ebenso rollt die Kugel 20 sofort wieder in die Mittelstellung zurück, wenn der Grenzwinkel β wieder unterschritten wird. Die Bewegung der Kugel 20 bei Über- und Unterschreiten des Grenzwinkels β zeigt eine sehr geringe Hysterese. Die Bewegung der Kugel 20 aus der Mittellage heraus bei Überschreiten des Grenzwinkels der Neigung erfolgt unabhängig von der Richtung der Neigung. Die Kugel 20 bewegt sich lediglich jeweils in Richtung dieser Neigung.

Im Bereich der Spitze der konkav - konischen Auflagefläche 14 ist eine Bohrung 22 vorgesehen. Durch diese Bohrung 22 erstreckt sich mit Abstand von der Wandung der Bohrung ein Stift 24. Der Stift 24 besitzt einen Bund 26. An dem Bund 26 liegt eine Feder 28 an. Die Bohrung 22 erweitert sich zu einem zylindrischen Hohlraum 30 von größerem Durch­ messer. In dem Hohlraum 30 sitzt ein topfförmiges Isolier­ stück 31 aus Kunststoff. In dem "Boden" des topfförmigen Isolierstücks 32 ist eine Bohrung, in welcher der Stift 24 geführt ist. Der Bund 26 liegt unter dem Einfluß der Feder 28 an dem Boden des topfförmigen Isolierstücks 32 an, wenn die Kugel 20 aus der Mittellage zur Seite gerollt ist. Der Stift 24 ragt dann ein Stück aus der Bohrung 22 heraus. Wenn sich die Kugel 20 in der Mittellage befindet, wie dargestellt, dann wird der Stift 24 gegen die Feder 28 nach unten gedrückt.

Der Stift 24 besteht aus elektrisch gut leitendem Metall und ist zur Erzielung eines besseren Kontaktes auf der Oberfläche vergoldet. Die Kontaktkraft zwischen dem Stift 22 und der Kugel 20 wird durch die Vorspannung der Feder 28 bestimmt. Das Gewicht der Kugel 20 ist so gewählt, daß es den Stift 24 sicher niederdrücken kann. Zu diesem Zweck ist die Kugel 20 so groß, daß sie in dem Gehäuse 10 gerade eine den Stift 24 freigebende Bewegung ausführen kann. Die Kugel 20 ist auch aus einem relativ schweren Metall herge­ stellt. Damit liegt die Kugel 20 stets auch mit einer ausreichenden Kontaktkraft auf der Auflagefläche 14 auf.

Ein zweiter Kontakt 32 ist mit einem federnden Golddraht 34 verbunden. Der Stift 24 ist über die Feder 28 elektrisch leitend mit dem Golddraht 34 verbunden.

Wenn die Kugel 20 in ihrer Mittellage ist, ist somit ein Stromkreis geschlossen von dem Kontakt 18 über das Gehäuse 10 und die Goldschicht 16, die Kugel 20, den Stift 24 und den Golddraht 34 zu dem Kontakt 32. Wenn der Neigungs­ winkel des Neigungsgebers den Grenzwinkel β überschreitet und die Kugel 20 aus ihrer Mittellage gegen die Wandung der Kammer 12 rollt, wird der Kontakt zwischen der Kugel 20 und dem Stift 24 unterbrochen. Damit wird der Strom­ kreis geöffnet.

Ein geöffneter Stromkreis signalisiert somit einen Gefahrenzustand, z.B. eine unzulässige Neigung eines Autokranes. Das gleiche Signal erscheint, wenn die Stromzufuhr zu dem beschriebenen Stromkreis z.B. durch Bruch einer Zuleitung unterbrochen wird.

Der Neigungsgeber von Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut wie der Neigungsgeber von Fig. 1, und entsprechende Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie in Fig. 1.

Bei dem Neigungsgeber von Fig. 2 ist der Stromkreis nicht über die Kugel 20 geführt. Die Kugel 20 und der Stift 24 dienen nur als Betätigungsglieder. Das Gehäuse 10 kann hier aus Kunststoff hergestellt werden. Es kann natürlich auch aus Metall bestehen. Auch der Stift 24 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Der Stift 24 ist unmittelbar in der Bohrung 22 des Gehäuses 10 geführt.

Der Stromkreis wird von den äußeren Kontakten 18 und 32 über zwei Kontaktfedern 36 und 38 geführt, die in einem Isolierstück 40 sitzen. Wenn die Kugel 20 sich aus ihrer Mittellage entfernt, wird der Stift 24 durch die nach oben federnde Kontaktfeder 36 nach oben gedrückt, so daß er sich mit einem Bund 26 an einen Anschlag anlegt. Der Stift 24 ragt dann aus der Bohrung 22 heraus. Die Kontaktfeder 38 federt ebenfalls nach oben und liegt an einem Anschlag 44 an. Dadurch ist der Abstand der Kontakte der Kontaktfedern in der "Ruhelage", d.h. ohne Einwirkung der Kugel 20, genau definiert. Wenn die Kugel 20 in ihrer Mittellage ist, dann wird der Stift 24 nach unten gedrückt und drückt die Kontaktfeder 36 nach unten gegen die Kontaktfeder 38. In der Ruhelage ist der Abstand der Kontakte an den Kontaktfedern 36 und 38 etwa 0,15 mm. Der Hub des Stiftes 24 unter dem Einfluß der Kugel 20 beträgt etwa 0,3 mm. Es werden somit beide Kontaktfedern 36 und 38 nach unten durchgebogen. Dadurch wird ein sicherer Kontakt gewährleistet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des Neigungsgebers. Der Neigungsgeber von Fig. 3 ist ähnlich dem von Fig. 2. Entsprechende Teile sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 2.

Bei der Ausführung von Fig. 3 sind die beiden Kontaktfedern 36 und 38 ersetzt durch einen als Mikroschalter ausgebildeten Schnappschalter 46. Ein solcher Mikro­ schalter hat den Vorteil, daß der Schaltweg für die Umschaltung klein ist, eine geringe Betätigungskraft erforderlich ist und dadurch auch das Gewicht der Kugel 20 reduziert werden kann.

Eine konstruktive Ausführung eines Neigungsgebers ist in Fig. 4 und 5 dargestellt.

Der Neigungsgeber von Fig. 4 enthält ein Gehäuse 50 aus Kunststoff mit einem Bodenteil 52 von quadratischer Grundform, einen Mantelteil 54 und einen Deckelteil 56. Bodenteil 52 und Mantelteil 54 sind durch Schrauben 58 miteinander verbunden. Deckelteil 56 und Mantelteil 54 sind durch Schrauben 60 miteinander verbunden. Zwischen dem Bodenteil 52 und der unteren Stirnfläche des Mantel­ teils 54 ist ein Dichtring 62 angeordnet. Zwischen dem Deckelteil 56 und der oberen Stirnfläche des Mantelteils 54 ist ein Dichtring 64 angeordnet. Auf der Innenseite bildet das Mantelteil 54 eine Schulter 66. Zwischen der Schulter 66 und dem Bodenteil 52 ist ein Kontaktteil 68 aus Metall gehalten. Das Kontaktteil 68 weist auf der Oberseite eine konkav - konische Auflagefläche 70 auf. Die Auflagefläche 70 ist mit einer elektrisch leitenden Schicht 72, z.B. einer Goldschicht, versehen. Zwischen dem Rand der Kontaktfläche 70 und der Schulter 66 ist eine Dichtung 74 angeordnet. Auf der Kontaktfläche 70 und der Schicht 72 ist eine Kugel 76 angeordnet. Wenn der Neigungsgeber im wesentlichen horizontal angeordnet ist, liegt die Kugel 76 in der Mitte auf der Auflagefläche im Bereich der Spitze des durch die konkav - konische Auflagefläche definierten Kegels. Wenn ein Grenzwert des Neigungswinkels überschritten wird, rollt die Kugel 76 aus dieser Mittellage etwas nach außen und legt sich an die Innenwandung des Mantelteiles 54 an.

In dem Bodenteil 52 ist auf der Oberseite eine Vertiefung 78 vorgesehen. Eine entsprechende Vertiefung 80 ist auf der Unterseite des Kontaktteils 68 angebracht. Die Schicht 72 ist mit einer (nicht dargestellten) ersten Anschluß­ klemme verbunden. Die Kugel 76 ist eine vergoldete Metall­ kugel, die mit der elektrisch leitenden Schicht 72 in elektrischem Kontakt ist. In dem Kontaktteil 68 ist im Bereich der Kegelspitze der Kontaktfläche 70 eine zentrale Bohrung 84 angebracht. Die Bohrung 84 erweitert sich zu einem Hohlraum 86 von größerem Durchmesser. In dem Hohl­ raum 86 sitzt ein topfförmiges Isolierstück 88. Ein Stift 90 aus elektrisch leitendem Material erstreckt sich durch eine Dichtung 92 in der Bohrung 84 und durch eine Bohrung 92 des Isolierstücks 88. Der Stift 90 weist einen Bund 94 auf. Eine vorgespannte Wendelfeder 96 liegt an dem Bund 94 an und stützt sich an einem Vorsprung 98 des Bodenteils ab. Der Vorsprung 98 führt den unteren Teil des topf­ förmigen Isolierstücks 88 und ist von einer Ringnut 100 umgeben, in welche das offene Ende des topfförmigen Isolierstücks 88 hineinragt. Die Wendelfeder 96 ist mit einer (nicht dargestellten) zweiten Anschlußklemme verbunden. Das Innere des Gehäuses 50 ist mit einer viskosen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.

Das Gehäuse 50 ist in einem größeren Außengehäuse 102 angeordnet. Das Außengehäuse 102 hat im wesentlichen quadratischen Grundriß. In einer Hälfte des Außengehäuses 102 sitzt das Gehäuse 50. Das Gehäuse 50 weist gegenüber­ liegende Befestigungsflansche 104, 106 auf. Diese Befestigungsflansche 104, 106 sind durch Schrauben 108 mit dem Boden des Außengehäuses 102 verbunden. In der zweiten Hälfte des Außengehäuses 102 ist eine Leitplatte 110 angeordnet und mit Schrauben 112 befestigt. Die Leiterplatte 110 enthält die zugehörige Elektronik, die mit den Anschlußklemmen des Gehäuses 50 verbunden ist.

In der dargestellten Lage ist der Stromkreis von der einen Anschlußklemme über die elektrisch leitende Schicht 72, die Kugel 76, den Stift 90 und die Wendelfeder 96 zu der anderen Anschlußklemme geschlossen. Wenn der Neigungs­ winkel des Neigungsgebers den Grenzwinkel überschreitet, rollt die Kugel 76 aus der Mittellage zum Rand und gibt den Stift 90 frei. Damit wird der Kontakt zwischen Kugel 76 und Stift 90 unterbrochen und der Stromkreis geöffnet.

Claims (9)

1. Neigungsgeber, der bei Überschreiten eines vorge­ gebenen Neigungswinkels unabhängig von der Richtung der Neigung ein Signal gibt, enthaltend

• (a) eine konkav - konische Auflagefläche (14), deren Kegelwinkel 180°-2β ist, wenn β der besagte vorgegebene Neigungswinkel ist,
• (b) eine auf der Auflagefläche (14) aufliegende Kugel (20), die bei einem kleineren als dem vorgegebenen Neigungswinkel sich über der Kegelspitze der konischen Auflagefläche (14) befindet, und
• (c) von der Kugel (20) gesteuerte Mittel zur Signal­ gabe, wenn die Kugel (20) bei Überschreiten des besagten vorgegebenen Neigungswinkels von der besagten Kegelspitze zum Rand der Auflagefläche (14) hin rollt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (d) im Bereich der Kegelspitze ein Fühler angeordnet ist, der auf das Vorhandensein der Kugel (20) anspricht, wobei das bei Überschreiten des vorgegebenen Neigungswinkels erzeugte Signal des Neigungsgebers dem Nichtvorhandensein der Kugel (20) im Bereich der Kegelspitze entspricht.

2. Neigungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der Fühler einen elektrisch leitenden Stift (24) enthält, der unter dem Einfluß einer Feder (28) im Bereich der Kegelspitze isoliert über die konische Auflagefläche (14) hinausragt,
• (b) die Auflagefläche (14) von einem elektrisch leitenden Körper (16) gebildet ist, der mit einer ersten Anschlußklemme (18) verbunden und gegenüber dem Stift (24) isoliert ist,
• (c) die Kugel (20) elektrisch leitend ist und in ihrer Mittelstellung über der Kegelspitze eine Verbindung zwischen dem die Auflagefläche (14) bildenden Körper (16) und dem Stift (24) herstellt, während diese Verbindung unterbrochen ist, wenn die Kugel (20) zum Rand der Auflage­ fläche (14) rollt, und
• (d) der Stift (24) mit einer zweiten Anschlußklemme (32) verbunden ist.

3. Neigungsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (24) über die als Wendelfeder ausgebildete Feder (28) mit der zweiten Anschlußklemme (32) verbunden ist.

4. Neigungsgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Auflagefläche bildende Körper von einer elektrisch leitenden Schicht (16) auf einer konkav - konischen Oberfläche (14) gebildet ist.

5. Neigungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der Fühler ein Paar von Kontaktfedern (36, 38) aufweist, die mit Anschlußklemmen (18, 32) verbunden und im Ruhezustand im Abstand voneinander gehalten sind,
• (b) der Fühler weiterhin einen Stift (24) enthält, der im Bereich der Kegelspitze über die konische Auflagefläche (14) hinausragt, und
• (c) der Stift (24) an der oberen dieser Kontaktfedern (36) anliegt und von dieser federnd über die Auflagefläche (14) hinaus gegen einen Anschlag gedrückt wird, wobei beim Niederdrücken des Stiftes (24) durch die Kugel (20) der Kontakt zwischen den beiden Kontaktfedern (36, 38) her­ gestellt wird.

6. Neigungsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) beide Kontaktfedern (36, 38) nach oben in Richtung auf die Kontaktfläche (14) hin federnd vorgespannt sind,
• (b) die untere der beiden Kontaktfedern (38) bei außermittiger Kugel (20) an einem Anschlag (44) anliegt, wobei zwei an den Kontaktfedern (36, 38) sitzende, einander zugewandte Kontakte einen vorgegebenen, definierten Abstand voneinander haben und
• (c) der Stift (24) unter dem Einfluß der Kugel (20) einen Hub ausführt, der größer ist als der Abstand der an den Kontaktfedern (36, 38) sitzenden Kontakte.

7. Neigungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der Fühler von einem Schnappschalter (46) mit einem Schaltstift (24) gebildet ist und
• (b) der Schaltstift (24) an der Kegelspitze durch die konische Auflagefläche (14) hindurchragt.

8. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die konische Auflagefläche (70) den Boden eines geschlossenen Gehäuses (50) bildet, in welchem die Kugel (76) beweglich ist, und
• (b) das Gehäuse (50) mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist.