DE3920816A1 - Hochbeschleunigungsfeste verpackung von elektrischen, elektronischen, elektromechanischen und/oder mechanischen bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hochbeschleunigungsfeste Verpackung von elektrischen, elektromechanischen und/ oder mechanischen Bauteilen.

Elektronische, elektrische, elektromechanische und/oder mechanische Bauteile sind in Trägerfahrzeugen, wie z. B. Projektilen und Flugkörpern oder Geschossen, die aus ei­ ner Rohrwaffe abgefeuert werden, während der Antriebs­ phase sehr hohen Beschleunigungen ausgesetzt. Bei der konstruktiven Gestaltung der elektronischen, elektrome­ chanischen, elektrischen, insbesondere aber der mechani­ schen Bauteile ist darauf zu achten, daß durch Schock­ und Schwingungsisolierung die vom Geräteträger auf das Gerät eingeleiteten Beschleunigungen auf verträgliche Werte herabgesetzt werden. Bei manchen Bauteilen ist dies dadurch möglich, daß man diese gleichmäßig und flä­ chig abstützt, was am besten durch flüssig eingebrach­ tes, anschließend fest werdendes Füllmaterial erreicht werden kann, wobei in bevorzugter Weise geeignetes Schaumstoffmaterial verwendet wird.

Bei solchen Bauteilen, die nach der Beschleunigungsphase noch mechanisch frei beweglich sein müssen, ist es nicht möglich, ein Eingießen vorzunehmen. So ist beispielswei­ se bei einem Stimmgabelquarz zur Stabilisierung einer Oszillatorfrequenz oder bei einem mechanischen Beschleu­ nigungssensor ein Vergießen völlig ummöglich, da sowohl der Stimmgabelquarz als auch der Beschleunigungssensor nicht mehr beweglich wären.

Daher müssen sowohl für die Stimmgabelquarze als auch Beschleunigungssensoren besondere konstruktive Maßnahmen getroffen werden, damit sie ausreichend überlastbe­ schleunigungsfest sind. Dies aber führt zu negativen Auswirkungen auf das dynamische Verhalten dieser mecha­ nischen Bauelemente nach der Beschleunigungsphase.

Bekannte Maßnahmen, wie elektrische, elektronische, elektromechanische und/oder mechanische Bauelemente be­ schleunigungsfest gemacht werden können, sind aus der DE-Z Feinwerktechnik und Meßtechnik, Heft 8, Dezember 1980, Seite 398 bis 440 bzw. 1981, Seite 34 und folgende bekanntgeworden. Diese Maßnahmen sind aber für die Lö­ sung der Aufgabe ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen zu tref­ fen, mit denen in jedem Fall während der Beschleuni­ gungsphase elektrische, elektronische, elektromechani­ sche und/oder mechanische Bauelemente beschleunigungs­ fest verpackt werden können, ohne daß die Arbeitsfähig­ keit der Bauelemente nach Beendigung der Beschleuni­ gungsphase beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit zur Festlegung der elektronischen, elektromechanischen, elektrischen und/oder mechanischen Bauteile in einem hohen Beschleu­ nigungskräften ausgesetzten Trägerfahrzeug mit Anlegen eines elektrischen Feldes an die die elektrischen, elek­ tromechanischen, elektronischen und/oder mechanischen Bauteile umgebende elektrorheologische Flüssigkeit wäh­ rend der Beschleunigungsphase gelöst.

Die Erfindung macht sich dabei zunutze, daß elektrorheo­ logische Flüssigkeiten innerhalb äußerst kurzer Zeit (0,1 ms) in einem elektrischen Feld ihre Viskosität bis zur Erhärtung verändern und dann, wenn die Spannung ab­ gestellt wird, sich ebenso schnell wieder verflüssigen.

Unter elektrorheologischen Flüssigkeiten versteht man Aufschwemmungen von feinen Partikeln, meist Polymeren in nicht leitenden Ölen, siehe Literaturstelle W. A. Bul­ lough und D. J. Peel, "Progress Towards a Hydraulic Se­ miconductor for Vehicle Application", Copyright 1988 So­ ciety of Automotive Engineers, Inc., mit weiteren Nach­ weisen. Die Viskosität der Flüssigkeit verändert sich in Abhängigkeit von der angelegten Feldstärke bzw. Span­ nung, so daß die dadurch bewirkte Dämpfung kontinuier­ lich variiert werden kann, wodurch eine Anpassung der Dämpfung an die jeweiligen Verhältnisse erreichbar ist. Beispielsweise wird man für Beschleunigungssensoren in hochbeschleunigten Geschossen eine vollständige Erhär­ tung der elektrorheologischen Flüssigkeit bewirken wol­ len und zwar ausschließlich und nur für die Dauer der Hochbeschleunigungsphase, wenn man die geringen negati­ ven Beschleunigungen nach Verlassen des Waffenrohres messen und verarbeiten will.

Damit die elektrorheologische Flüssigkeit optimal einge­ setzt bzw. verwendet werden kann, sind diejenigen Bau­ teile, die in diese Flüssigkeit eingebettet werden sol­ len, vollständig von einem flüssigkeitsdichten Gehäuse zu umgeben; an zwei sich gegenüberliegenden Wänden die­ ses Gehäuses sind dann isoliert voneinander Elektroden vorzusehen, an denen eine elektrische Spannung geeigne­ ter Höhe angebracht werden kann.

Erfindungsgemäß werden mit der elektrorheologischen Flüssigkeit zumindest diejenigen Bauelemente, die einer Beschleunigung Stand halten müssen bzw. durch eine zu hohe Beschleunigung beschädigt werden können, während der Dauer der Beschleunigungsphase festgelegt, bzw. "eingefroren", so daß sie während dieser Zeit sicher ver­ packt sind.

Mechanische Bauteile können z. B. mechanische Zeitzünder (Uhrwerkszünder), Relais, Schütze, Schalter, Federn al­ ler Art, Sensoren aller Art, Getriebe, Lager, Motoren oder Generatoren sein; darüber hinaus können mit der Er­ findung auch dünnwandige Behälter aus Glas oder ähnli­ chem sprödem Material vor hohen Beschleunigungen ge­ schützt werden, sowie hochempfindliche Optiken. Alle diese Gegenstände werden heute durch komplizierte und teuere Maßnahmen hochbeschleunigungsfest gemacht; durch die Erfindung können diese mechanischen Bauelemente so in Geschossen eingesetzt werden, wie sie handelsüblich und preisgünstig für zivile Anwendungen, also nicht hochbeschleunigungsfest erhältlich sind.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt: Einzige Figur: eine Schnittansicht eines Quarzstimmga­ belresonators.

Der Quarzstimmgabelresonator 10 besitzt an einer Halte­ rung 11 frei schwingbar angeordnete Zungen 12, die in einem Gehäuse 13 flüssigkeitsdicht eingeschlossen sind. Das Innere des Gehäuses 13 ist mit einer elektrorheolo­ gischen Flüssigkeit 14 angefüllt und an sich gegenüber­ liegenden Innenflächen des Gehäuses 13 sind isoliert voneinander zwei flächenhafte Elektroden 15 und 16 ange­ bracht, die über elektrische Zuleitungen 17 und 18 mit Energie versorgt werden, so daß zwischen den beiden Elektroden 15 und 16 eine Spannung anliegt bzw. die Flüssigkeit mit der Spannung beaufschlagbar ist. Mittels der an die beiden Elektroden 15 und 16 angelegten Span­ nung kann die Gabel bzw. können die beiden Zungen für die Dauer der Beschleunigungsphase fest eingefroren und nach Beendigung der Beschleunigungsphase durch Abschal­ ten der Spannung innerhalb 0,1 ms wieder freigegeben werden. Der Konstrukteur der Gabel bzw. der Zungen 12 kann diese so gestalten, daß sie bei nicht angelegtem elektrischem Feld mit der notwendigen Frequenz schwin­ gen.

In der gleichen Weise kann natürlich auch ein mikrome­ chanischer, kapazitiver Beschleunigungssensor in ein solches Gehäuse 13 eingesetzt werden. Ein derartiger Sensor hält eine Beschleunigung der Größenordnung von 10⁵ g nicht aus, wenn er nach der Beschleunigungsphase nur 20 g (+/-0,5%o) messen soll. Dämpfungen zur "Über­ last-Festmachung" sind nur beschränkt einsetzbar und die Anwendung der elektrorheologischen Flüssigkeit löst das Problem der Fixierung des Sensors mit einfachen Mitteln.

Die Erfindung ist oben anhand einer Quarzstimmgabel be­ schrieben; selbstverständlich können alle Arten von me­ chanischen, elektromechanischen, elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen mittels der elektroreologi­ schen Flüssigkeit festgelegt und damit beschleunigungs­ fest gemacht werden. Insoweit soll die Beschreibung kei­ ne Beschränkung der Erfindung auf spezielle Bauelemente bewirken.

Claims (2)

1. Verwendung einer elektrorheologischen Flüssig­ keit zur mechanischen Festlegung elektrischer, elektro­ mechanischer, elektronischer und/oder mechanischer Bau­ teile in einem hohen Beschleunigungskräften ausgesetzten Trägerfahrzeug, z. B. in einem aus einer Rohrwaffe abge­ feuerten Geschoß, mittels Anlegen eines elektrischen Feldes an die die elektrischen, elektromechanischen, elektronischen und/oder mechanischen Bauteile umgebende elektrorheologische Flüssigkeit, während einer bzw. un­ terschiedlichster Beschleunigungsphasen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen, elektro­ mechanischen, elektrischen und/oder mechanischen Bautei­ le (12) in einem allseits geschlossenen mit der elektro­ rheologischen Flüssigkeit gefüllten Gehäuse (13) unter­ gebracht sind, an dessen sich gegenüberliegenden Wänden Elektroden (15, 16) voneinander isoliert angebracht sind, die während der Beschleunigungsphase mit elektri­ scher Energie zur Bildung einer Spannungsdifferenz zwi­ schen den beiden isolierten Elektroden versorgt werden.