DE69017680T2

DE69017680T2 - Schockrichtungsdetektor.

Info

Publication number: DE69017680T2
Application number: DE69017680T
Authority: DE
Inventors: Ulyss Ray Rubey
Original assignee: Detectors Inc
Current assignee: Detectors Inc
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: EP0474746A4; CA2051444C; EP0474746B1; EP0474746A1; JP2947930B2; US4982684A; JPH04506704A; CA2051444A1; DE69017680D1; WO1990015315A1

Description

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Schockdetektor.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nachweisen, wenn Vorrichtungen oder hergestellte Artikel einem mechanischen Schock oder Kraft ausgesetzt wurden. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung die leicht an einen Container oder dergleichen befestigt werden kann um zu überwachen, wenn der Container einer Beschleunigung oder Kraft von der Grösse einer Beschleunigung ausgesetzt wurde, die gross genug ist, um möglicherweise Schwierigkeiten mit Vorrichtungen oder Elementen im Container zu verursachen.

Beschreibung des Standes der Technik

Der Stand der Technik ist voll von einer breiten Vielfalt von komplizierten elektronischen, mechanischen und elektromechanischen Apparaten zum Erkennen, wenn ein Schock erfolgte. Teil der einschlägigsten Technik ist US-A-4.125.085 und ihr Teilgesuch US-A-4.177.751 vom gleichen Erfinder und gleichen Patentinhaber. Mehrere Patente wurden als Stand der Technik gegen diese Patente genannt und diese Gruppe von Referenzen ist hiermit in die vorliegende Anmeldung eingeführt.
Zusätzlich wurden in einer Patentrecherche oder in einer Vorprüfung die nachstehenden Dokumente gefunden, bevor die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde.
US-A-4.591.676 beschreibt einen Stoss-Sensor mit Trägheitsschalter in Form einer ferromagnetischen Kugel, die zwischen einer gebogenen ersten und zweiten Elektrode eingepasst ist.
US-A-4.399.887 beschreibt ein System zum Erfassen von Kollisionen für Fahrzeuge, in denen eine Rückhaltevorrichtung für sitzende Passagiere vorhanden ist.
US-A-4.378.475 beschreibt einen geschwindigkeitsempfindlichen Stoss-Schalter mit einem Permanentmagneten auf dem Boden einer Kugelbahn oder eines Kugelsitzes. Mit dieser Anordnung zwingt die Stosskräfte die Kugel aus dem magnetischen Sitz, entlang einer U- förmigen Bahn nach oben.
US-A-4.361.106 beschreibt eine Stoss-Anzeigevorrichtung mit einer Nadel, die eine Kugel in einer Öffnung trägt, so dass, wenn die Kugel bewegt wird, die Nadel umfallen kann.
US-A-4.329.549 beschreibt einen magnetischen Geschwindigkeits-Kettensensor, in welchem eine Kugel am einen Ende eines Durchgangs vorhanden ist, mit einer bewegbaren Feder am ander Ende, so dass die Bewegung der Masse dazu führt, dass die Kugel die Feder zusammendrückt.
US-A-4.060.004 beschreibt einen Sensor, der ausgebildet ist, von Verzögerungskräften betätigt zu werden, mit einem Sensor in Form einer von einer Feder gehaltenen Kugel in einer zentralen Vertiefung, aber so dass die Kugel sich in andere Kammern bewegen kann, indem Massen in Abhängigkeit von Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften ausgelenkt werden.
US-A-3.909.568 beschreibt einen Stossmonitor oder eine Stossanzeige, in der eine geeichte Vorrichtung mit einem Paar federbelasteten Kugeln vorhanden ist, die als Trägheitsmassen dienen, die in gegenüberliegenden Sitzen festgehalten sind.
US-A-3.623.449 beschreibt einen Stoss-Beschleunigungsmesser mit einem Registrierinstrument zum Erzeugen eines videoelektrischen Signals, wenn ein vorbestimmtes Beschleunigungsniveau erreicht wurde.
US-A-3.149.606 beschreibt einen Beschleunigungsmesser in Form von Kugeln, die zwischen vorgespannten Federenden gehalten werden, wobei die Kugeln gegen Sitze gedrückt werden.
US-A-3.141.440 beschreibt ein Instrument zum Registrieren von Stössen, welches einen kreisförmigen Aufbau hat, in einem Gehäuse mit einer Reihe von gleichen, radial vorstehenden Flächen, die in gleichen Abständen angeordnet sind und mit einer Registriereinheit im Gehäuse, die auf gegen dieses gerichtete Bewegungen reagiert.
US-A-2.679.819 beschreibt eine stossanzeigende Vorrichtung in Form einer Kugel oder von Kugeln, die zwischen gabelförmigen Streifen gehalten sind.
US-A-2.601.440 beschreibt einen Stossanzeiger für Behälter, in welchem ein federnd befestigtes Gewicht gegen eine zerreissbare, Sichtvorrichtung stösst, unter der beschleunigenden Kraft.
US-A-1.968.371 beschreibt eine Anzeigevorrichtung, ähnlich einer Neigungsvorrichtung bei einer Münzautomaten-Maschine.
US-A-2.843.076 beschreibt ein Vorrichtung zum Messen von Kräften, bei der eine Kugel durch Finger und ein magnetisches Feld festgehalten wird.
US-A-3.619.524 beschreibt einen Sensor, in welchem eine Kugel mit einem magnetischen Feld und Fingern festgehalten wird, die aber durch Beschleunigungskraft verschiebbar ist.
Auch Patente, die für verschiedene Zwecke nach dem Prinzip eins magnetischen Feldes arbeiten sind in den folgenden Dokumenten beschrieben:
US-A-4.404.839 beschreibt eine Sicherheitsbindung für Skis, welche eine Kraftmessvorrichtung enthält, die einen Permanentmagneten aufweist, der an der Bindung befestigt werden muss. Die Anziehungskraft des Magneten hält eine Weicheisenplatte fest, welche eine Angriffseinrichtung für die Kraft aufweist auf welche die Krafterzeugende der Bindung einwirken kann.
US-A-3.886.339 beschreibt einen Sensor für ein automatisches Bremssystem, das einen Trägheitsschalter mit einem magnetischen Halter aufweist. Diese Vorrichtung registriert nicht Beschleunigungen in allen Richtungen, hat keine Sichtanzeige für die Richtung und hat keine Vorrichtung zum Festhalten einer Anzeige, die anzeigt, dass ein Stoss erlitten wurde und in welcher Richtung der Stoss erfolgt.
US-A-3.835.809 ist eine nichmagnetische, schadenanzeigende Vorrichtung, welche einen Sicherheitsstreifen aufweist, um sie im geladenen Zustand zu halten, bis sie am Behälter befestigt wird. Die Vorrichtung hat eine Einrichtung, welche eine Anzeige welche anzeigt, dass der Behälter eine vorbestimmte übermässigen Belastung überschritten hat und die durch Trägheit aktivierte Einrichtung gibt die Anzeige frei. Dies ist eine streng mechanische Vorrichtung und zeigt die Stossrichtung nicht an.
US-A-2.909.055 beschriebt und beansprucht einen genauen Drehmomentmesser und verwendet Magnete entlang einem Hebelarm. Während diese Vorrichtung anzeigt, dass die zwei eingreifenden Magnete die Kraft erhöhen an einer bestimmten Lage am Arm, zeigt sie einen Schock den sie erfahren hat, oder eine vorbestimmte Beschleunigungskraft, oder die Richtung, aus der sie die Kraft erfahren hat, nicht an.
In US-A-3.412.616 ist ein Schockdetektor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben. US-A-3.412.616 zeigt eine Ringanordnung, die mehrere Gewichte stützt, die magnetisch unterstützt sind vor dem Stoss und die losgelassen werden, unter einer vorgegebenen Änderung der Energie. Die Ringanordnung ist an Nadeln durch magnetische Anziehungskräfte, zwischen drei Paaren von Magneten aufgehängt. Wenn die Vorrichtung einen Schock erfährt, bewegt sich die Ringanordnung gegen eine Basis. Zufälliges Zurückstellen der Vorrichtung wird verhindert, indem dieser auf den Enden der Nadeln abgestützt bleibt, bis eine vorbestimmte Beschleunigung erreicht ist.
Insbesondere ist es erwünscht, dass ein mechanischer Schocksensor die folgenden Merkmale aufweist, die diese bisher nicht hatten:
1. Die Vorrichtung sollte eine Anzeige aufweisen für den Stoss einer bestimmten Grösse und magnetische Felder verwenden, um die Anzeige in einer Null-Lage zu halten.
2. Es sollte ein magnetisches Feld vorhanden sein, um einen zweiten Gegenstand, neben dem ersten Gegenstand zu halten und ein Gehäuse sollte die Beeinflussung durch äussere magnetische Felder oder magnetische Komponenten ermöglichen.
3. Die Gegenstände sollten vorzugsweise Magnetfelder umgekehrter Polarität als jene der Magneten benutzen, die die Anzeige in einer Nullage halten, sollten aber innerhalb des äusseren Behälters angeordnet sein und nicht gerichtet, so dass sie einen Stoss, den sie von irgend einer Richtung erhalten haben anzeigen.
4. Die Vorrichtung sollte in ihrer neutralen Lage mit einem Fixierbolzenanordnung festgehalten werden, bis sie zum Gebrauch fertig gemacht wird und sollte dann loslassbar sein, so dass ein Beschleunigung vorgegebener Grösse die Anzeige auslösen wird; doch sollte die Festhalteanordnung leicht lösbar sein um den Gebrauch des Sensors zu ermöglichen, wenn er auf einem Behälter oder dergleichen installiert ist.
5. Die Vorrichtung sollte zusätzlich zu den vorher genannten Eigenschaften leicht montierbar sein und sollte Elemente eines elektrischen Kreises aufweisen, so dass er in einer elektrischen Schaltung eingesetzt werden kann, um ein elektrische Fernanzeige der Richtung der Beschleunigungskraft zu ermöglichen.
6. Die Vorrichtung sollt die Richtung der Beschleunigung anzeigen, welche die Vorrichtung aktivierte.
Die Beurteilung der verschiedenen bisherigen Lösungsversuche zeigt, dass dies Merkmale bisher in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht vorhanden waren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stossdetektor zu schaffen, der eines oder mehrere der Merkmale aufweist, die vorher hier dargestellt wurden und welche anzeigt, einen Stoss vorbestimmter Grösse erhalten zu haben und die Richtung der vorbestimmten Beschleunigungskraft anzuzeigen.
Um dies zu erreichen, ist der Stossdetektor nach der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 gekennzeichnet. Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, ist der Stossdetektor mit einem Gehäuse versehen, das einen zentralen Teil und einen peripheren Teil, der um den zentralen Teil herum angeordnet ist, aufweist. Die zweite Magneteinrichtung ist bewegbar von einer zentralen Lage im zentralen Teil in einer Richtung, die quer zur Polachse der ersten Magneteinrichtung liegt, wenn das Gehäuse einer Beschleunigungskraft ausgesetz wird. Die zweite Magneteinrichtung wird Hilfe von den magnetischen Feldern, die von der ersten und der zweiten Magenteinrichtung erzeugt werden, in der, gegenüber der ersten Magneteinrichtung zentralen Lage gehalten, wenn Beschleunigungskräfte fehlen. Der periphere Bereich hat ein Umfangselement, das angeordnet ist, um die zweite Magneteinrichtung anzuziehen, wenn das Gehäuse einer Beschleunigungskraft vorgegebener Grösse ausgesetzt wird. Der Stossdetektor hat eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Verschiebung der zweiten Magneteinrichtung auf Grund einer Beschleunigungskraft, wobei die Anzeigevorrichtung die Richtung der Beschleunigungskraft anzeigt.
Vorteilhaft Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Stossdetektor zum Erfassen mit Hilfe eines zentralen Magneten zum Nullstellen und einem beweglichen Magneten zum Erfassen von Beschleunigungen geschaffen, der anspricht, wenn ein Behälter eine vorbestimmte Beschleunigung erfahren hat, an welchem der Detektor befestigt ist, gekennzeichnet durch eine Schicht Klebstoff zum Befestigen des Detektors an einem Behälter oder an einen Gegenstand der sonst im Innern des Behälters wäre; und einer Messeinrichtung zum Feststellen, wenn eine vorgegebene Beschleunigung aufgetreten ist, wobei die Messeinrichtung einen zentral angeordneten Magneten zum Nullstellen und einen zweiten, gegenüber angeordneten Magneten aufweist, der auf Beschleunigungskräfte reagiert und auf einer Oberfläche mit niedriger Reibung bewegbar ist und der im Magnetfeld der ersten Magneteinrichtung gegen die Beschleunigungskräfte mit Reibung und Dämpfbewegungen festgehalten wird, um Verschiebungen auf Grund von Resonanzschwingungen zu verhindern; und mit einem Fixierbolzen, um den Sensor fest zu halten. Der Fixierbolzen dient dazu den Sensor in einer inaktiven Lage fest zu halten, bis er für den Einsatz bereit ist.
Die ersten und zweiten Magnete sind einander gegenüberliegend befestigt, so dass sie einander anziehen und so, dass der erste Magnet den zweiten Magneten auf null stellt, wenn die Grösse der Beschleunigung, die erfahren wird, kleiner als die vorbestimmte Beschleunigung für welche der Sensor bestimmt ist.
Übereinstimmend mit einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stossdetektor ein Gehäuse, erste und zweite Magenteinrichtungen, eine Anzeigeeinrichtung und eine Befestigungseinrichtung. Das Gehäuse enthält die erste und zweite Magneteinrichtung. Die erste und die zweite Magneteinrichtung erzeugen je ein Magnetfeld. Die erste Magneteinrichtung ist fest am Gehäuse befestigt und die zweite Magneteinrichtung ist gegenüber der ersten Magneteinrichtung bewegbar. Die erste und die zweite Magneteinrichtung haben je die Form einer Scheibe, wobei deren Dicke kleiner ist als deren Durchmesser. Jede hat eine Polachse durch den Mantel der betreffenden Scheibe verläuft. Die erste und die zweite Magneteinrichtung sind so orientiert, dass die Polachsen parallel sind. Die zweite Magneteinrichtung ist aus einer zentrierten Lage in einer Richtung, die quer zur Polachse der erste Magneteinrichtung verläuft bewegbar, wenn das Gehäuse einer Beschleunigungskraft ausgesetzt ist. Die zweite Magneteinrichtung wird gegenüber der erste Magneteinrichtung in der zentralen Lage gehalten mit den Magnetfeldern der erste Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung, wenn keine Beschleunigungskraft vorhanden ist. Die Anzeigeeinheit zeigt die Verschiebung der zweiten Magneteinrichtung an, die auf Grund einer Beschleunigungskraft auftritt und zeigt die Richtung einer Beschleunigungskraft sichtbar an. Die Befestigungsvorrichtung ist zum Befestigen des Gehäuses an einem Gegenstand, der überwacht werden soll.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Festhaltevorrichtung zum Festhalten der zweiten Magneteinrichtung gegenüber der ersten Magneteinrichtung vorhanden. Die Festhaltevorrichtung kann entfernt werden, um Bewegungen der zweiten Magneteinrichtung gegenüber der ersten Magneteinrichtung zuzulassen. Eine weitere Ausführungsform ist eine kreisförmig Magneteinrichtung um das Zentrum vorgesehen. Die kreisförmige Magneteinrichtung ist magnetisierbar und ist so angeordnet, dass sie die zweite Magneteinrichtung anzieht und festhält, wenn das Gehäuse eine Beschleunigungskraft vorgegebener Grösse erfährt.
Der Stossdetektor der vorliegenden Erfindung verwendet scheibenförmige Magnete, die so orientiert sind, dass sie sich gegenseitig magnetisch anziehen. Die Magnete haben eine Polachse, die durch den Mantel des Magneten verläuft, so dass die breiten, flachen Oberflächen der Magnete voneinander angezogen werden. Diese Konfiguration lässt zu, dass die Magnete selbstzentrierend sind; wenn keine Beschleunigungskraft vorhanden ist, wird der freie Magnet gegenüber dem feststehenden Magneten zentriert. Wenn eine kleine Beschleunigungskraft vorhanden ist, wird der freie Magnet momentan aus der zentralen Lage ausgelenkt, um sich dann wieder zu positionieren, wenn die Kraft verschwindet. Wenn eine grössere Beschleunigungskraft wirkt, wird der freie Magnet um eine genügend grosse Strecke ausgelenkt, so dass ein Wiederpositionieren verhindert wird, wobei der freie Magnet in einer Lage ausserhalb des Zentrums festgehalten wird. Die Schwell- oder Minimal- Beschleunigungskraft, die notwendig ist, den freien Magneten permanent von seiner zentralen Lage wegzubringen wird durch die Grösse der Magnete und dem Abstand der Magnete bestimmt. Das Festhalten wird verstärkt, wenn ein magnetisierbares kreisförmiges Element verwendet wird, wie etwa ein Ring oder ein Behälter oder beides, welcher die zentrale Lage des freien Magneten umgibt.
Das Eintreffen und die Richtung einer Beschleunigungskraft wird mit der Anzeigevorrichtung angezeigt. In einer Ausführungsform wird eine Markiervorrichtung verwendet. Die Markiervorrichtung ist mit der zweiten Magnetvorrichtung oder mit dem freien Magneten verbunden, so dass sie sich mit dem freien Magneten bewegt. Die Markiervorrichtung berührt eine aufzeichnende Oberfläche am Gehäuse, in welchem die Grösse und Richtung einer Beschleunigungskraft mit der Markiervorrichtung angezeigt wird, indem die aufzeichnende Oberfläche markiert wird, wenn der freie Magnet aus der zentralen Lage bewegt wird. Die Markiervorrichtung enthält einen Schreiber und die Registrieroberfläche enthält Papier.
Bei wiederum einer anderen Ausführungsform zeigt ein Fenster, in der Form einer durchsichtigen Abdeckung das Auftreten einer Beschleunigungskraft, indem ein Beobachter die Lage des freien Magneten sehen kann. Ein umlaufender Ring ist vorhanden, um den freien Magneten ausserhalb der zentralen Lage festzuhalten. Der Ring hält die Richtungsinformation der Beschleunigungskraft fest, indem der scheibenförmige freie Magnet festgehalten wird. In wiederum einer anderen Ausführungsform sind Nasen vorgesehen, welche die freie Bewegung des freien Magneten entlang dem umlaufenden Ring verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine elektrische Schaltereinrichtung verwendet, um das Auftreten einer Beschleunigungskraft anzuzeigen. Ein derartiger Schalter enthält erste und zweite elektrische Kontakte, wobei der umlaufende Ring die ersten elektrisch Kontakte aufweist und der zweite elektrisch Kontakt ist ein metallisches Gehäuse, das die Magnete enthält. Der freie Magnet kontaktiert die ersten und zweiten Kontakte, um die Schaltereinrichtung zu schliessen, wenn der freie Magnet ausserhalb der zentralen Position liegt. Eine andere Art von Schalteinrichtung wird durch das magnetische Feld des freien Magneten zwischen dem offenen und dem geschlossenen Zustand betätigt. Die Schaltereinrichtung ist derart an das Gehäuse gekoppelt, dass die Schaltereinrichtung betätigt wird, bei einer Veränderung des magnetischen Feldes des freien Magneten, wobei die Veränderung durch die Bewegung des freien Magneten aus seiner zentralen Lage verursacht wird.
Der Detektor kann elektrisch an eine Uhr angeschlossen sein, um die Zeit des Auftretens der Beschleunigungskraft festzuhalten. Die Uhr hat einen Oszillator, um ein Referenzsignal zu erzeugen, die Ermittlung des Zeitpunktes. Die Schaltereinrichtung ist parallel an den Oszillator angeschlossen, worin, wenn die Schaltereinrichtung durch Bewegung des freien Magneten aus der zentralen Lage, der Oszillator kurzgeschlossen wird und dadurch der Weiterlauf der Zeit unterbrochen wird.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein fälschungssicherer Behälter für den Detektor vorgesehen. Der Behälter besteht aus Basis und Deckel. Die Basis nimmt den feststehenden und den freien Magneten aus und bildet zusammen mit dem Deckel einen geschlossenen Behälter. Die Basis und der Deckel haben eine Schliessvorrichtung um die Basis und den Deckel miteinander zu verriegeln.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine Frontansicht eines Ringmagneten wie er in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte.
Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 1b - 1b von Fig. a.
Fig. 2a ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform, in welcher die beiden Gegenstände zwei Ringmagnete sind, die mit ihren sich anziehenden Fronten mit einer Grenzschicht mit niedriger Reibung oder Berührungszone in Berührung sind, die zwischen den beiden liegt.
Fig. 2b veranschaulicht, wie ein Magnet auf der Oberfläche des anderen wegen einer Beschleunigungskraft oder einem Stoss gleiten kann.
Fig. 3a veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der eine Markiereinrichtung auf der Registrieroberfläche die Grösse der Bewegung des zweiten Gegenstandes gegenüber dem ersten Gegenstand markieren kann.
Fig. 3b ist eine Frontalansicht der Registrieroberfläche, wie etwa ein Deckel der Ausführungsform von Fig. 3a, bei welchem die Markierungen mit konzentrischen Kreisen gemacht wurden, um das Erkennen der Grösse des empfangenen Stosses mit dem Azimut der Spitzen zu erhalten, welche die Richtung angeben, mit der der zweite Gegenstand durch die niedrige G-Kraft oder den Gravitations- Stoss gestossen wurde.
Fig. 4a ist eine Aufsicht auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die Oberfläche mit niedriger Reibung zeigt, die durch den transparenten Deckel des Behälters sichtbar ist.
Fig. 4b ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform von Fig. 4a, entlang den Linien 4b - 4b.
Fig. 5 ist eine teilweise schematische Explosionsdarstellung, welche die Ausführungsform von Fig. 4b veranschaulicht.
Fig. 6a ist eine Aufsicht auf den Plastik-Körper einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6b ist eine Querschnittsansicht entlang den Linien 6b- 6b von Fig. 6a.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der Stossdetektor- Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 8 ist eines schematisches Diagramm einer elektrischen Schaltung mit einem Detektor von Fig. 7.
Fig. 9 ist eine isometrische teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Detektors/einer Uhr, welche den Detektor von Fig 7 und die Schaltung von Fig. 8 verwendet.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Stoss- Sensorvorrichtung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht des Querschnitts der Verriegelungvorrichtung zwischen der Basis und dem Deckel für die Vorrichtung von Fig. 10.
Fig. 12 ist eine Aufsicht auf die Basis des Detektors von Fig. 10.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Der richtungsanzeigende Stossdetektor der vorliegenden Erfindung verwendet zwei Magnete, die so angeordnet sind, dass sie magnetisch aneinander haften. Einer der Magnete ist gegenüber dem anderen Magneten auf Grund einer Beschleunigungskraft beweglich. Wenn eine solche Beschleunigungskraft fehlt, wird der bewegliche Magnet in einer gegenüber dem anderen Magneten zentralen Lage, durch die magnetischen Felder der beiden Magnete festgehalten. Bewegung des bewegbaren Magneten aus der zentralen Lage wird mit einer Anzeigevorrichtung angezeigt. Die Anzeigevorrichtung registriert auch die Richtung der Beschleunigungskraft.
Bezug nehmend auf die Fig. 1a - 3a, können die Magnete Magnetringe sein. Vorzugsweise weisen die Ringmagnete ein zentrales Loch auf, das kleiner als ein Viertel des Durchmessers des ganzen Ringes oder der magnetischen Scheibe ist. Fig. 1a und 1b veranschaulichen eine Art Ringmagneten, die aus einem konventionellen magnetischen Material gefertigt sind; z.B. das magnetische Material das von 3M erhältlich ist. Die Magnete sind Scheiben, die eine durchgehende zentrale Öffnung aufweisen. Die Magnete haben eine Dicke und einen Kreisdurchmesser, wobei die Dicke kleiner als der Durchmesser ist. Die Magnete haben eine glatte untere und obere Oberfläche, die er erlaubt, dass ein Magnet auf dem andern gleitet. Diese Ringmagnete können einen Durchmesser von bis zu drei Inch haben. Wie in Fig. 1b veranschaulicht, sind die magnetischen Bereiche im Trägermaterial eingebettet und sind so orientiert, dass sie einen Nord- und Südpol bilden, die senkrecht durch den Ring aus magnetischem Material verlaufen. So verläuft die Polachse jedes Magneten durch die Dicke des Magneten Dem entsprechend sind die Magnete 51 und 552 aus magnetischem Material gebildet, das effektiv aus Permanentmagneten besteht, wobei jeder Magnet ein magnetisches Feld erzeugt.
Wenn die Magnete 51, 52 wie in Fig. 2a zusammengebracht sind, sind die umgekehrten Pole der Magnete aneinanderliegend, so dass die Magnete magnetisch zusammengekoppelt sind. Die Magnete werden sich zueinander selbst zentrieren, so dass die Magnete koaxial sind. Wenn ein Magnet 52 aus seiner Ruhelage oder koaxialen Lage abgelenkt wird, wie wenn er einer Beschleunigungskraft oder einem Stoss ausgesetzt wird, wird er gegenüber dem anderen Magneten 51 gleiten, wie in Fig. 2b gezeigt. Der sich bewegende Magnet 52 gleitet in einer Richtung, die senkrecht zu den Polachsen der Magnete ist. Wenn die Störung nicht zu gross ist, so dass die magnetische Kopplung zwischen den Magneten abbricht, werden sich die Magnete wieder zentrieren, wenn die Beschleunigungskraft verschwindet, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist. Wenn die Störung gross genug ist, um die magnetische Kopplung zwischen den beiden Magneten zu unterbrechen, bewegt sich der freie Magnet 52 dezentrale Lage. Die zentralen Löcher der Magnete nehmen einen Sicherungsbolzen 17 auf (siehe Fig. 32). Der Sicherungsbolzen 17 verhindert die Bewegung des Magneten 52. Wenn kein Sicherungsbolzen 17 verwendet wird, können die Magnete ohne zentrales Loch sein, wobei die Magnete dann feste Scheiben wären.
Wenn ein Magnet 51 gegenüber dem Gehäuse oder dem Behälter festgehalten wird, wie dies im Detektor 8 von Fig. 3a gezeigt ist, können Störungen des freien Magneten 52 aus der zentralen Lage mit verschiedenen Einrichtungen festgestellt werden. Wie dies in Fig. 3a klarer gesehen werden kann, ist der feststehende Magnet 51 an das Gehäuse 25 gekoppelt. Die Kammer ist mit einem entfernbaren Deckel 57 bedeckt. So sind der feststehende Magnet 51, das Gehäuse 51 und der Deckel 57 alle miteinander gekoppelt und bewegen sich gleich, wenn sie einem Beschleunigungs-Stoss ausgesetzt werden. Der freie Magnet 52 ist magnetisch gekoppelt mit dem feststehenden Magneten 51, so dass die beiden Magnete zentriert sind. Ein Sicherungsbolzen 17 ist in die zentralen Öffnungen der beiden Magnete eingeführt, um zu verhindern, dass sich der freie Magnet 52 gegenüber dem feststehenden Magneten bewegt. Der Sicherungsbolzen, der vom Boden her in den feststehenden Magneten 51 eingeführt ist, hat einen Kopf 19, um das Entfernen des Sicherungsbolzens zu erleichtern.
Die Grenzfläche 59 zwischen den Magneten 51, 52 ist eine Grenzfläche mit niedriger Reibung, wie etwa aus Teflon, einer Schicht aus Kohlenstoff oder Plastik. Die Grenzfläche kann eine Teflonscheibe sein, die auf die Magneten geklebt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform hat die Schicht 59 eine Öffnung im Zentrum, die mit der Öffnung in der Mitte der Magnete übereinstimmt. Die Öffnung in der Schicht 59 ist für die Aufnahme des Sicherungsbolzens 17.
Bewegung des freien Magneten 52 wird registriert, indem eine Markiervorrichtung 53 auf dem freien Magneten und eine Registriervorrichtung, wie etwa Papier 60 auf dem Deckel 57 vorgesehen sind. Die Markiervorrichtung 53 wird einen scharfen Schreiber 55 zum Erzeugen einer Marke auf dem Papier 60 aufweisen, wenn dieser zu Querbewegungen gebracht wird, durch Bewegungen des freien Magneten 52 gegenüber dem feststehenden Magneten 51. Oder der Schreiber 55 kann eine Filzspitze aufweisen, die mit Farbstoff getränkt ist. Der Farbstoff ist lange haltbar und wird auf der Schreiberspitze nicht austrocknen. Der Schreiber 55 ist auf einem Wachsfleck auf dem Papier 60 zentriert, wenn der freie Magnet 52 zentriert ist. Der Wachs verhindert, dass das Papier die Tinte aus dem Schreiber saugt, im Ruhezustand. Das Papier 60 ist mit einer klebenden Rückseite versehen, um auf der inneren Oberfläche des Deckels 57 zu kleben.
Bezug nehmend auf Fig. 3b, ist dort der Deckel 57 und das Registrierpapier 60 gezeigt. Um zu erleichtern, dass die Grösse der Spitzen 61, die sich darauf befinden abzulesen, wie sie vom Schreiber 55 der Markiervorrichtung auf dem freien Magneten 52 erzeugt werden, werden konzentrische Ringe verwendet und das Papier 60 zu markieren. Die Grösse der entsprechenden Ringe kann in Übereinstimmung mit der Grösse der vorbestimmten Beschleunigungskraft oder dem mechanischen Schock gewählt werden, der überwacht werden soll. Z.B. können die Ringe in ein bis fünf G Stufen oder auch grössere Stufen eingeteilt sein, wenn grössere Beschleunigungskräfte überwacht werden sollen.
In der gezeigten Ausführungsform von Fig. 3b zeigt die Spitze 61 die Grösse des erhaltenen Stosses durch konzentrische Ringe an, zwischen denen sie liegt. Interpolation kann notwendig sein, um eine genaue Idee über die Grösse der ertragenen Beschleunigungskraft zu gewinnen. Auf der anderen Seite zeigt das Azimut auf dem betreffenden Ring die Richtung der Bewegung des zweiten Gegenstandes 52 gegenüber dem ersten Gegenstand 51 an. Dem entsprechend zeigt diese Richtung jene Richtung an aus der der mechanische Stoss oder die Beschleunigungs-G-Kraft erfolgte.
Die Ausführungsform von Fig. 3a und 3b gestattet, indem eine dauernde Registrierung auf dem Papier 60 erfolgt, die Beschleunigungskräfte, denen die Ware oder der Behälter in welchem die Ware ist, ausgesetzt ist, da diese durch den Detektor gemessen werden. Z.B. wenn dieser an einem Eisenbahnwagen (RR) befestigt ist, kann die Grösse der Beschleunigungskraft genau so wie ihre Richtung bestimmt werden.
Der Detektor registriert jede Kraft, welche eine Komponente in der zweidimensionalen Ebene der Bewegung des freien Magneten 52 hat. Um Beschleunigungskräfte in drei Dimensionen zu registrieren, können zwei Detektoren, die in einem rechten Winkel zueinander stehen verwendet werden.
Eine besonders bevorzugte und kommerziell vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig 4a, 4b und 5 veranschaulicht.
Dort ist die Vorrichtung 10 durch einen äusseren, klaren, durchsichtigen Deckel 81 gekennzeichnet. Der transparente Deckel 81 bildet ein Fenster, so dass ein Beobachter leicht sehen kann, ob der freie Magnet aus seiner zentralen Lage bewegt wurde. Wenn gewünscht kann eine Etikette 83 in der Form von ferromagnetischem, metallisiertem Mylar verwendet werden. Diese Etikette kann einfach Produkteinfomation enthalten oder sie kann mehrere konzentrische Ringe, wie in Fig. 3b gezeigt, aufweisen, um die Richtung und Grösse des Stosses oder der Beschleunigungskraft anzuzeigen. Wie in Fig. 4b klarer zu sehe ist, umfasst die Vorrichtung 10 einen freien Magneten 85 der auf einer Oberfläche 87 mit niedriger Reibung befestigt ist. Die Vorrichtung 10 umfasst auch ein metallisches Gehäuse 89. Das metallische Gehäuse 89 kann mit Zinn oder dgl. beschichtet sein, wenn dieses als elektrischer Leiter in einem elektrischen Kreis dienen muss. Dies verbessert die elektrische Leitfähigkeit des Gehäuses. In jedem Fall dient das Stahlgehäuse 89 dazu, die Vorrichtung gegen störende und ungünstige Folgen von magnetischem oder ferromagnetischem Material, das sich in der Nähe befindet, das die magnetische Funktion stören könnte. Die Vorrichtung 10 enthält auch einen Plastikkörper 90, in dem der feststehende Magnet 91 eingepresst ist. Der Körper 90 hat eine Oberfläche 87. Eine zylindrische Bohrung 82 unter der Oberfläche 87 nimmt den feststehenden Magneten 91 auf. Die Vorrichtung 10 weist auch einen Stahlring 93 auf, der in den Plastikkörper 90 eingepresst sein kann, um die Montage zu erleichtern. Der Körper 90 ist in das Gehäuse 89 so eingesetzt, dass der freie Magnet 85 an einem offenen Ende des Gehäuses liegt. Der Deckel 81 ist auf dem Gehäuse 89 so angebracht, dass der freie Magnet 85 abgedeckt wird. Der Stahlring 93 kann seine elektrische Leitfähigkeit mit einer Schicht aus Zinn oder dgl. verbessert haben, wie dies schon der Fall mit dem Stahlbehälter 89 war, wenn er auch als Teil eines elektrischen Kreises dient.
Die zwei Scheiben haben die Form von unterlagsscheibenförmigen oder scheibenförmigen Magneten und werden als torusförmige Magnete bezeichnet und werden in Verbindung miteinander verwendet, so dass gegenüberliegende oder anziehende Pole sich gegenseitig anziehen. So ziehen sich die Magnete 85, 91 gegenseitig an und der freie Magnet 85 wird sich selbst zentrieren in Bezug auf den festen Magneten 91, wie in Fig. 4b gezeigt. Die Magnete sind durch eine Wand 101 vor gegenseitiger Berührung geschützt, welche die Oberfläche 87 mit niedriger Reibung aufweist. Die Magnete sind in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet, in Übereinstimmung mit der Grösse der Beschleunigungskraft, die erkannt werden muss. Ein Magnet 91 ist im nicht leitenden, nicht magnetischen Körper 90 befestigt. Der andere Magnet 85 kann sich frei bewegen auf der Oberfläche 87 mit niedriger Reibung der Basis 90. Die Magnete 85 und 91 können aus keramischem Material geformt sein und der feststehende Magnet kann in eine Tiefe eingelassen werden, die für die G-Kraft nötig ist, getrennt vom feststehenden Magneten in einer vorbestimmten Distanz.
Der konzentrische Ring 93 aus unlegiertem Stahl oder dgl., ob verstärkt oder nicht verstärkt dient dazu, den Zusammenbau zu erleichtern. Weitere automatische Montage wird erreicht, indem der feststehende Magnet 91 in das Loch 82 im Plastikkörper 90 in den Stahlbehälter 89 gepresst wird; das Pressen des Stahlrings 93 in den Plastikkörper, lagern des freien Magneten 85 auf der Oberfläche 87 mit niedriger Reibung und zuschnappen des Deckels 83 auf dem Behälter 89. Der Sicherungbolzen 17 wird dann eingesetzt.
Der Sicherungsbolzen 17 kann verwendet werden, wie in Fig. 5 gezeigt, die Bewegung des freien Magneten 85 zu verhindern. Befestigungsband 23, wie etwa 1/36" dickes, doppelseitig beschichtetes Band wird am Boden des Gehäuses 89 verwendet um die Vorrichtung 10 an einem Behälter zu befestigen, der auf Stösse überwacht werden soll und/oder der erlaubt den Kopf 19 des Sicherungsbolzens abzudecken.
Um den Detektor 10 auf dem Gegenstand, der überwacht werden muss zu installieren wird der Sicherungsbolzen 17 entfernt, womit der freie Magnet 85 freigegeben wird und der Detektor wird auf einer flachen Oberfläche des zu überwachenden Gegenstandes mit dem Klebeband 23 befestigt. Das Klebeband 23 ist mit einem Deckband oder Deckel (nicht gezeigt) versehen, um unerwünschtes Kleben zu verhindern. Das Deckband wird entfernt bei der Installation der Vorrichtung 10.
Der Behälter und insbesondere das Gehäuse 89 und die metallische Deckschicht 83 sind aus magnetischem Material, wie unlegiertem Stahl oder Eisen gemacht und verhindert, dass nahe Gegenstände aus Eisen oder Magnetfelder die Genauigkeit der Vorrichtung 10 beeinträchtigen. Anders ausgedrückt dient der Stahlbehälter als ein Schild, um Störungen durch äussere Gegenstände abzuschirmen.
Wenn die Basis beschleunigt wird, wie etwa beim Erleiden einer Kraft, gleitet der freie Magnet 85 auf der Oberfläche 87 mit niedriger Reibung aus seiner zentralen Lage. Wenn die Beschleunigungskraft nicht gross genug ist, oder nicht von ausreichend langer Dauer ist, wird sich der freie Magnet 85 nicht genug weit weg bewegen um aus dem magnetischen Feld auszubrechen und will in die zentrale, ursprüngliche Lage gegenüber dem feststehenden Magneten 91 zurückkehren. Wenn die Beschleunigungskraft gross genug ist, wird die Kraft den Magneten 85 aus dem magnetischen Feld des feststehenden Magneten 91 losbrechen und sich in eine Lage ausserhalb des Zentrums bewegen. Da sich der freie Magnet aus dem Magnetfeld des feststehenden Magneten bewegt, werden die Innenwand 92 des Gehäuses und der Ring 93 diesen anziehen. Diese halten den freien Magneten fest um die Richtung der Beschleunigung anzuzeigen und zu helfen, dass der Magnet in die zentrale Lage zurückgeht. Der Behälter ist auch elektrisch leitend, wenn er in einem elektrischen Kreis verwendet werden soll und wegen dieser elektrischen Leitfähigkeit kann er befriedigend verwendet werden wegen der geeigneten Leiter und Kontakte.
Der Stossdetektor 10 von Fig. 4a und b, ist ein Go-No-Go-Sensor. Stösse auf den Sensor, die unterhalb einer vorbestimmten Schwell liegen werden angezeigt, indem der frei Magnet 85 in einer zentralen Lage auf einem erhöhten zentralen Teil bleibt (oder wieder positioniert wird). Stösse unter der Schwelle stören den Behälter 89 und den festen Magneten 91 und verursachen, dass der freie Magnet 85 auf der Oberfläche 87 gleitet, um die zentrale Lage 87 zu verlassen. Wenn die Beschleunigungskraft verschwindet oder vermindert wird, werden die von den Magneten erzeugten magnetischen Felder den freien Magneten 85 wieder zentrieren. Stösse, die über der vorbestimmten Schwelle liegen, werden vom freien Magneten 85 angezeigt, indem er aus der zentralen Lage in eine Lage auf der peripheren Oberfläche gelangt. Ein derartiger Stoss stört den Behälter 89 und sorgt dafür, dass der freie Magnet 85 auf der Oberfläche 87 gegen den Behälter gleitet, wo die magnetische Anziehung des Rings 93 und der Seitenwand 92 des Behälters 89 verursachen, dass der freie Magnet sich in eine Lage ausserhalb des Zentrums bewegt.
Der erhöhte zentrale Teil 94 ist kreisförmig und ist mit der Oberfläche 89 mit niedriger Reibung beschichtet. Der erhöhte zentrale Teil 94 hat einen grösseren Durchmesser als der freie Magnet 85, was dem freien Magneten erlaubt, aus dem Zentrum gebracht zu werden für Stösse, die unterhalb der Schwellen-Stosskräfte liegen und sich wieder zentriert. Der erhöhte zentrale Teil ist von der peripheren Oberfläche 103 umgeben. Die periphere Oberfläche ist von der Oberfläche 87 durch eine Stop-Oberfläche getrennt, die senkrecht auf den Oberflächen 87, 103 steht. Der erhöhte, zentrale Teil 94 ist näher bei der Deckwand 84 des Deckels 83 als die periphere Oberfläche 103. Die periphere Oberfläche 103 ist koplanar mit der Deckoberfläche des Rings 93.
Wenn sich der frei Magnet 85 einmal vom erhöhten Teil 94 auf die periphere Oberfläche 103 bewegt hat, ist der Magnet 85 verhindert auf den erhöhten, zentralen Teil zurückzukehren. Der freie Magnet 85 wird auf der peripheren Oberfläche 103 durch die magnetische Seitenwand 92 und den magnetischen Ring 93 zurückgehalten. Weiter verhindert die Anschlagfläche 104 den freien Magneten 85, auf den erhöhten zentralen Teil zurückzukehren. Die Vorrichtung 10 kann wieder verwendet werden, indem der frei Magnet 85 von Hand auf den erhöhten, zentralen Teil 94 zurückgebracht wird. Dies wird getan, indem der Deckel 81 vom Gehäuse 89 entfernt wird der Magnet 85 von der peripheren Oberfläche 103 genommen und auf den erhöhten, zentralen Teil 94 zurückgebracht wird. Der Deckel wird dann auf das Gehäuse 89 zurückgebracht.
Obschon der Sensor 10 als mit einem ferromagnetischen Ring 93 und einem ferromagnetischen Behälter 89 beschrieben wurde, um den Magneten 85 in eine Lage ausserhalb des Zentrums zu ziehen und festzuhalten, kann entweder der Ring oder der Behälter, allein ohne den andern verwendet werden zu diesem Zweck.
Der freie Magnet 85 kann mit einer hellen Farbe wie orange oder rot versehen sein auf der Deckfläche, um die Sichtbarkeit der Lage des freien Magneten zu verbessern. Um den GO-NO-GO-Status weiter zu unterstreichen, kann auf der Deckwand 84 des Deckels ein dunkler, kreisförmiger Fleck plaziert sein, um den erhöhten, zentralen Teil 101 zu überdecken. Der Fleck versteckt den freien Magneten 85 solange der Magnet nicht ausserhalb dem erhöhten, zentralen Teil liegt. So zeigt das Fehlen eines orangen Flecks an, dass kein Stoss der vorgegebenen Höhe erfolgte, während das Vorhandensein eines orangen Flecks anzeigt, dass ein Stoss der den vorgegebenen Schwellwert überschritt, aufgetreten ist. Die Richtung des Stosses wird durch die Lage des freien Magneten 85 auf dem Umfangskörper 90 angezeigt.
Wie gezeigt, ist die Vorrichtung in zwei Dimensionen richtungsunaghängig und kann auch als Stoss-Schalter dienen, wenn er in einem elektrischen Kreis verwendet wird. Der freie Magnet, der mit einem leitenden Metall beschichtet oder elektroplatiert ist, dient als Kurschlusselement zwischen dem ring 93 und dem Behälter 89. Der Ring 93 und der Behälter 89 dienen als Kontakte eines elektrischen Schalters. Drähte 107 sind im Körper 90 geführt und sind mit dem Ring 93 bzw. dem Behälter 89 verbunden. Wenn der freie Magnet 85 aus dem Zentrum gelangt, berührt er den Ring und den Behälter 89 und schliesst damit den elektrischen Kreis und zeigt damit an, dass ein Stoss, der den Schwellwert überschritt erfolgte. Der durchsichtige Plastikdeckel 81 umschliesst den Metallbehälter um jeden Kontakt des Behälters mit dem Personal oder leitenden Objekten zu verhindern.
Aus dem Vorhergehenden ist klar gemacht, wie die bevorzugte Ausführungsform arbeitet, insbesondere wenn dieses zusammen mit der Funktionsbeschreibung der ganzen Vorrichtung erfolgt.
Die Grösse der Schwellenkraft, die erforderlich ist, um die Vorrichtung zu aktivieren, wird auf verschiedene Weise geregelt. Zuerst gibt es einen nicht magnetischen Spacer, der in der Form der Grenzschicht, welche die Magnete 85, 91 trennt, gezeigt ist, um die Grösse der notwendigen Stosskraft zu bestimmen. Wie hier weiter vorne gezeigt wurde, ist die magnetische Kraft, welche die Gegenstände anzieht, umgekehrt proportional zum Abstand voneinander. Die Grenzschicht besteht aus einer Wand, welche der erhöhte Teil 94 aus Plastik bildet und aus einem Luftspalt in der Bohrung 82 im Körper 90. Die Lage des feststehenden Magneten 91 in der Bohrung 82 wird beim Einpressen des Magneten 91 in die Bohrung bestimmt. Je näher die beiden Magnete 85, 91 beieinanderliegen, desto grösser ist die magnetische Anziehung zwischen diesen und desto höher demnach die Grenzkraft, die nötig ist, den Magneten 85 loszubrechen und aus dem Zentrum zu bewegen. Ebenso gilt, dass je weiter die zwei Magnete voneinander entfernt angeordnet sind, desto niedriger die Schwelle ist. Nach diesem Prinzip kann bei der bevorzugten Ausführungsform die magnetische Kraft auf jeden vorgegebenen Wert von niedrigen Gravitations- oder Stosskräften eingestellt werden, die nötig ist um das Verschieben des zweiten Magneten oder freien Magneten 85 auszulösen.
Zweitens bestimmen Grösse, Dicke, physische Abmessungen und Material der Magnete die Grösse und Verteilung der magnetischen Kraft, mit der die Magnete einender anziehen und damit die Stosskraft, die nötig ist, um den Gleitvorgang auszulösen. Anders ausgedrückt, ist die Kraft der magnetischen Anziehung auch wirksam beim Bestimmen der vorgegebenen Gravitationskraft.
Zusätzlich schafft die Oberfläche 87 bei niedriger Reibung eine Dämpfung von hochfrequenten Stosskräften. Solche hochfrequente Kräfte, die eine Dauer von etwa zwei Millisekunden oder weniger haben, verursachen gewöhnlich keine Schäden und müssen demnach nicht überwacht werden. Solche hochfrequente Kräfte treten z.B. auf als Folge von harmonischen Schwingungen bei fahrenden Eisenbahnwagen. Doch die Reibung der Oberfläche 87 verschafft genügend Dämpfung, um eine Verschiebung des freien Magneten 85 durch Resonanzschwingungen, die niedriger als die Schwellengrösse sind zu verhindern.
In den Fig. 6a und 6bist ein Plastikkörper 90A gezeigt, der einer weiteren Ausführungsform entspricht. Der Körper 90A, der in den Behälter 89 eingesetzt ist, hat Nasen 96 zum Anzeigen der Richtung der Beschleunigungskraft, indem der freie Magnet 85 an seinem Platz festgehalten wird, wenn der freie Magnet einem aus dem Zentrum bewegt wurde. Die Nasen 96 befinden sich am äusseren Umfang der Umfangsoberfläche 103 und stehen nach innen vor. Jede Nase 96 ist von den benachbarten Nasen durch einen Zwischenraum 97 getrennt. Der Zwischenraum 97 nimmt den freien Magneten 85 auf, wenn der freie Magnet in der Lage ausserhalb des Zentrums ist. Wenn der freie Magnet 85 sich in die Lage ausserhalb des Zentrums bewegt hat, so dass er aus der peripheren Oberfläche 103 ist, wird er durch die Nasen 96 und die magnetische Anziehung des Ringes 93 und den Behälter 89 gehindert, sich weiter zu bewegen.
Die Nasen 96 stehen mehr vor, als der Zwischenraum zwischen dem freien Magneten und der erhöhten Oberfläche 87 mit niedriger Reibung. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum zwischen den Nasen 96 und der Anschlagoberfläche 105 kleiner als der Durchmesser des Magneten 85. Deshalb kann ein starker Stoss den Magneten 85 nicht über die Nasen 96 heben. Wenn der freie Magnet 85 einmal in eine Lage ausserhalb des Zentrums, zwischen zwei Nasen 96 gebracht bewegt wurde, bleibt er in dieser Lage und speichert die Richtungsinformation. Wenn der Magnet 85 eine Nase 96 trifft, wird die Anziehungskraft der Wand 92 des Behälters ihn in den nächsten Zwischenraum zwischen den Nasen ziehen, wie in Fig. 6a dargestellt.
In Fig. 7 ist eine Detektoreinheit 121 einer anderen Ausführungsform gezeigt. Die Detektoreinheit besteht aus dem Sensor 10A, der im wesentlichen gleich ist wie der Sensor 10, der oben beschrieben ist und einen magnetisch schaltbaren Schalter 123. Der Sensor 10A aktiviert den Schalter 123, wenn der freie Magnet 85 von der zentralen Lage in eine Lage ausserhalb des Zentrums bewegt wird. Verschieden vom Sensor 10 der Fig. 4a und 4b, bei welchem der freie Magnet selbst ein Bestandteil eines elektrischen Schalters und ein Leiter von elektrischem Strom ist, wird der Schalter 123 der Detektoreinheit 121 durch das magnetische Feld des freien Magneten 85 betätigt.
Der Schalter 123, der ein Reedschalter oder ein Hall Effekt Schalter sein kann, befindet sich in der Nähe des Sensors 10A, so dass er betätigt wird durch die Bewegung des freien Magneten 85. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Schalter 123 ein Reedschalter, der mit dem Deckel 81 des Sensors 81 des Sensors 10A mit einem Gehäuse 124 gekoppelt ist. Der Schalter 123 ist mit dem Gehäuse 124 gekoppelt und das Gehäuse 124 ist mit dem Deckel 81 gekoppelt. Der Schalter 123, der eine Kapsel mit Schaltkontakten darin umfasst, ist so orientiert, dass die Kapsel senkrecht zum freien Magneten 85 steht. Der Schalter 123 befindet sich in einer im zentralen Lage gegenüber der zentralen Lage des freien Magneten 85. Wenn der frei Magnet 85 sich von seiner zentralen Lage auf dem erhöhten, zentralen Teil 94 in eine Lage ausserhalb des Zentrums bewegt, ändert sich das magnetische Feld, das den Schalter 123 beeinflusst, wobei der Schalter aus seinem normalerweise offenen Zustand schliesst.
Häufig ist es wünschenswert, nicht nur das Eintreten eines den Schwellwert überschreitenden Stosses zu registrieren, sondern auch den Zeitpunkt des Ereignisses. Zu wissen, wann der Stoss geschah, erlaubt die Beurteilung der Verantwortung für den Schaden. Die Sensor/Uhr Einheit 125 von Fig. 9 verschafft eine Angabe des Zeitpunktes des den Schwellwert überschreitenden Ereignisses. Die Sensor/Uhr Einheit 125 umfasst eine Sensoreinheit 121 und eine Uhr 129.
Bezug nehmend auf Fig. 8. und 9, ist der Reedschalter 123 parallel über den Oszillator 127 der konventionellen, digitalen Uhr 129 geschaltet. Die Uhr 129 weist einen Oszillator 127, eine Uhrenelektronik 131 und eine anzeige 133 auf. Der Oszillator 127 gibt ein Referenzsignal ab und die Uhrenelektronik 131 zählt die Schwingungen des Referenzsignals. Ein normalerweise geschlossener Anzeigeschalter 135 ist in Serie mit dem Reedschalter 123 geschaltet. Der Reedschalter 123 befindet sich in der Nähe eines Detektors 10A.
Ich habe entdeckt, dass wenn der Oszillator 127 kurzgeschlossen wird, in dem der Schalter 123 geschlossen wird, die Zeit und das Datum der Uhr 129 nicht mehr weiter läuft, aber festgehalten wird. Wenn der Kurzschluss über den Oszillator 127 behoben wird, läuft die Uhr normal weiter.
Wenn der freie Magnet 85 des Detektors 10A in der zentralen Lage ist, ist der Reedschalter 123 offen und die Uhr läuft normal; die Zeit und das Datum laufen in der Uhr 129 weiter und werden auf der Anzeige 133 angezeigt. Wenn der freie Magnet 85 sich in eine Lage ausserhalb des Zentrums bewegt, verursacht die Veränderung des magnetischen Feldes, dass der Reedschalter schliesst, wobei die Uhr 129 aufhört zu laufen. Zudem verschwindet die Anzeige und zeigt visuell an, dass ein Stoss aufgetreten ist. Um die Zeit und das Datum wieder zu finden, wird der Anzeigeschalter 125 für einen Moment geöffnet, wobei die Zeit und das Datum auf der Anzeige 133 wieder erscheinen. Die angezeigt Information ist die Zeit und das Datum an dem der Stoss erfolgte.
Die Detektor/Uhreneinheit 125 ist mit einem schachtelartigen Gehäuse 127 für die Komponenten versehen. Die Uhr 129, der Anzeigeschalter 135 und die Detektoreinheit 121 befinden sich alle im Gehäuse 137, wobei die Uhrenanzeige 133 sichtbar ist und der Anzeigeschalter 135 zugänglich sind. Das Gehäuse ist am Gegenstand, der auf Stösse zu überwachen ist, befestigt. Das Gehäuse ist entweder mit Schrauben oder Klebeband befestigt.
Obschon der die Sensor/Uhr Einheit 125 beschrieben wurde, dass sie die Detektoreinheit 121, kann die Uhreneinheit auch mit dem Detektor 10 der Fig. 4a und 4b verwendet werden, bei welcher der freie Magnet den elektrischen Kreis schliesst oder öffnet. Der Sensor 10 ist elektrisch parallel über den Oszillator 127 geschaltete, so dass, wenn der freie Magnet 85 den elektrischen Schaltkreis schliesst, indem der Behälter 89 und der Ring 93 sich berühren, der Oszillator kurzgeschlossen wird und die Zeit und das Datum nicht mehr weiterlaufen.
Der Stossdetektor nach der vorliegenden Erfindung kann an Behältern verwendet werden, um das Auftreten von beschädigenden Stössen am Behälter zu registrieren. Solche Schaden erzeugende Stösse können z. B. auftreten, wenn Behälter wie Versandbehälter oder Versandkisten auf einem Eisenbahnwagen sind und der Eisenbahnwagen im Betrieb einen scharfen Stoss erfährt. Weil der Sensor zugangssicher sein soll, ist es wünschenswert, den Sensor gegen Eingriffe sicher zu machen. Ein gegen Eingriffe sicherer Sensor sollte das unbefugte Neuzentrieren des freien Magneten aus einer Aus-Stellung verhindern.
In den Fig. 10 und 11 ist ein gegen unbefugte Eingriffe gesicherter Detektor 141 veranschaulicht. Der Detektor 141 ist gleich wie der Detektor 10 der Fig. 4a und 4b, ausser dass eine Basis 143 vorhanden ist, die mit dem Deckel 145 Deckel 145 verriegelt werden kann, womit der Zugang in Innere des Detektors 141 und zum freien Magneten 85 verhindert wird. Die Basis 143 hat einen zylindrischen Teil 146, der im Innern einen Hohlraum 147 aufweist. Der Hohlraum ist an einem Ende geöffnet und am anderen Ende geschlossen. Der Hohlraum 147 nimmt einen metallischen Behälter auf, während der Behälter 149 einen Plastikkörper 151 aufnimmt. Der Körper 151 nimmt den feststehenden Magneten 91 auf und stützt den freien Magneten 85. Der Körper 151 weist einen erhöhten zentralen Teil 153 auf, der den freien Magneten trägt, wenn er sich in der zentralen Lage gegenüber dem feststehenden Magneten 91 befindet. Der Körper ist auch mit einem kreisförmigen Ring 93 aus Stahl an seinem äusseren Umfang versehen, um den freien Magneten in einer Lage ausserhalb des Zentrums festzuhalten, wenn der freie Magnet aus seiner erhöhten Lage im zentralen Teil 153 gebracht ist. Über den Umfang des Körpers sind Nasen 155 vorgesehen, wobei die Nasen den freien Magneten 85 einfangen, wenn er in einer Lage ausserhalb des Zentrums ist.
Die Basis 143 weist auch einen Flansch 157 am Umfang auf, der sich vom geschlossenen Ende des zylindrischen Teils 146 radial nach aussen erstreckt. Der Flansch 157 weist bogenförmige Schlitze 159 aus, die durchgehend sind und die vorgesehen sind, die Befestigungsvorsprünge 175 des Deckels aufzunehmen. In der bevorzugten Ausführungsform sind es vier Schlitze 159, die um 90 Grad zueinander versetzt sind (siehe Fig. 12.). Jeder Schlitz 159 hat einen breiten Eingangsteil 1161 und einen engen Halteteil 163. Die Halteteile sind im Uhrzeigersinn gerichtet angeordnet und laufen von den entsprechenden Eingangsteilen 161 weg, wenn man den zylindrischen Teil 146 von oben betrachtet. Unter jedem Schlitz ist ein Raum 165 für die Aufnahme des Fussteils 179 der Befestigungsvorsprünge 175 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Räume 165 ringförmig und erstrecken sich über den Umfang des zylindrischen Teils 146. In jedem Raums 165 ist eine Wand 167, die nach dem entsprechenden Eingangsteil 161 ausgerichtet ist. Jede Wand 167, die sich parallel zum entsprechenden Schlitz 159 erstreckt, hat zum Schlitz einen Abstand, so dass der Fussteil 179 der Befestigungsvorsprünge 175 des Deckels vom Raum aufgenommen werden kann. Jede Wand 167 ist im wesentlichen rechteckig und mit dem Flansch 157 an der äussersten Kante verbunden. So ist die innere Kante frei gelassen, wobei die Wand sich nach unten und oben biegen kann. Zwei der Wände 167, die um 180 Grad zueinander versetzt sind, sind mit den Verschlussnocken 169 versehen, um die entsprechenden Befestigungssvorsprünge des Deckels im Schlitz festzuhalten. Die Verschlussnocken 169 befinden sich auf der Seite der entsprechenden Wände, die den Schlitzen gegenüberliegen und bei der Ecke der Wand, d.h. am freien Ende und angrenzend an den Festhalteteil 163 des Schlitzes. Die Verschlussnocken 169 sind konisch, mit dem breitesten Teil unten in der Wand 167, da sich die Nocken vom Rückhalteteil weg erstrecken.
Der Deckel 145 weist eine Deckelwand 171 und eine zylindrische Seitenwand 173 auf, die auf den zylindrischen Teil 146 der Basis 146 passt. Der Deckel 145 hat vier Befestigungsvorsprünge 175, von denen jeder von einem Schlitz 159 auf der Basis 143 aufgenommen wird. Jeder Befestigungsvorsprung 175 hat einen dünnen Verbindungsteil 177 und einen breiten Fussteil 179. Die verbindenden Teile 172 verlaufen von der Seitenwand 173 länglich nach unten. Demnach ist jeder Befestigunsvorsprung 175 von der Seite gesehen L-förmig, wie in Fig. 11 gezeigt. Die Fussteile 179 haben eine Form, um durch den Eingangsteil 161 eines Schlitzes 159 zu gehen, aber nicht durch den Rückhalteteil 163. Die Verbindungsteile 177 haben eine Form, die in beide, den Eingangsteil 161 und den Rückhalteteil 163 eines Schlitzes zu passen.
Der Deckel 145 ist an der Basis 143 befestigt, indem die Befestigungsvorsprünge 175 in den Eingangsteil 161 der Schlitzt 159 eingeführt werden, in denen sich jeder Fussteil 179 zwischen dem Schlitz 159 und der Wand 167 im Raum 165 befindet und jeder Verbindungsteil 177 durch den Schlitz verläuft. Der Deckel 145 wird dann gegenüber der Basis 143 gedreht, wobei die Fussteile 179 die konischen Verschlussnocken 169 berühren. (In Fig. 11 ist die Wand 167 mit einer Sperre 170 nach unten gehalten gezeigt.) Wenn der Deckel 145 im Uhrzeigersinn gedreht wird, gibt der Fussteil 179 die Verschlussnocken 169 frei und die beweglichen Wände 167 werden in ihre nicht ausgelenkte Lage zurückschnappen, typisch mit einem hörbaren Klicken. In der verriegelten Lage verläuft der Verbindungsteil 177 durch den Rückhalteteil 163 des Schlitzes und der Fussteil 179 befindet sich im Raum 165 unter dem Rückhalteteil 163 des Schlitzes und die Wand 167 befindet sich in Gegenuhrzeiger- Richtung vom Fussteil. Die Verschlussnocken 169 stossen an die entsprechenden Fussteile 179, wobei sie das Drehen des Deckels in Gegenuhrzeigerrichtung verhindern. Ein weiters Drehen im Uhrzeigersinn wird durch den Schlitz verhindert und der Deckel 145 kann von der Basis 143 nicht abgehoben werden, weil die Fussteile 179 nicht durch den Rückhalteteil 163 der Schlitze gehen können. Der Deckel ist demnach gesichert. Ein O Ring ist zwischen dem Deckel 145 und der Basis 143 angeordnet, um den Verschluss wasserdicht zu machen. Der O Ring 181 liegt in einer Umfangsnute im Flansch 157 der Basis.
Um den Deckel von der Grundplatte zu entfernen und damit zum Innern des Detektors zu erhalten, müssen die entsprechenden Wände 167, welche die Verschlussnocken 169 tragen, gleichzeitig weit genug nach unten gedrückt werden, so dass die Verschlussnocken die Fussteile 179 frei geben. Dann muss der Deckel im Gegenuhrzeigersinn 175 gedreht werden, bis die Fussteile 179 der Befestigungsvorsprünge 175 mit den Eingangsteilen 161 der Schlitze 159 ausgerichtet sind, worauf der Deckel 145 von der Basis 143 abgehoben werden kann. Die Wände 167 können mit Stiften 170 hinunter gedrückt werden, die durch die Schlitze 159 passen um die Wände zu erreichen. Um das gleichzeitige Biegen der Wände zu erreichen, können die Stifte mit einer u-förmigen Einrichtung zusammengehalten werden, die den Deckel 145 umfasst und wobei die Stifte 170 an ihren freien Enden in der u-förmigen Einrichtung gehalten sind.
Der Detektor 141 ist gegen Eingriffe gesichert, weil es nicht naheliegend ist, wie der Deckel von der Basis entfernt wird, wenn der Deckel verschlossen ist. Weiter ist das Entriegeln etwas schwierig, indem es das gleichzeitige Hinunterdrücken mehrerer Wände 167 erfordert, um das Drehen des Deckels zu erlauben.
Der Detektor 141 verhindert auch das Zurückkehren des freien Magneten 85 von einer Lage ausserhalb des Zentrums durch magnetische Kräfte. Wie in Fig. 10 gezeigt, weist die Deckwand 171 des Deckels 145 einen kreisförmigen, zentralen Teil 183 auf, der nach unten, gegen den erhöhten Teil 153 des Körpers versetzt ist, wenn der Deckel auf der Basis 143 montiert ist. Der zentrale Teil 183 ist von einer peripheren Oberfläche 185 umgeben. Die periphere Oberfläche 185 ist vom zentralen Teil durch eine Anschlag-Oberfläche 187 getrennt, die senkrecht zur peripheren Oberfläche steht.
Die Anschlagfläche 187 verhindert das Wiederzentrieren des freien Magneten 85 mit einem äusseren magnetischen Feld. Wenn der freie Magnet in einer Lage ausserhalb des Zentrums liegt, ist er magnetisch am Ring 93 befestigt. Ein äusseres Magnetfeld kann den freien Magneten erfassen und in Berührung mit der äusseren Oberfläche 185 in Berührung bringen. Indem das äussere Magnetfeld bewegt wird, kann der freie Magnet an verschieden Ort auf der äusseren Oberfläche bewegt werden. Die Anschlagfläche 187 hindert dass der freie Magnet auf den zentralen Teil 183 gebracht werden kann, wo der freie Magnet wieder zentriert werden könnte.

Claims

1. Stossdetektor der umfasst:

eine Gehäuseeinrichtung (81, 90) zum Aufnehmen erster und zweiter Magenteinrichtungen (91, 85), wobei die erste und zweite Magneteinrichtung (91, 85) je ein Magnetfeld erzeugen, von denen die erste Magneteinrichtung (91) mit der Gehäuseeinrichtung (81, 90) fest verbunden ist und die zweite Magneteinrichtung (85) gegenüber der ersten Magneteinrichtung (91) bewegbar ist,

jede der ersten und zweiten Magneteinrichtung (91, 85) die Form einer Scheibe hat, mit einer Dicke, und einem Durchmesser, wobei die Dicke kleiner ist als der Durchmesser und jede der ersten und zweiten Magneteinrichtungen (91, 85) eine Polachse durch die Dicke seiner entsprechenden Scheiben aufweist und wobei die erste und zweite Magneteinrichtung (91, 85) so orientiert sind, dass die Polachsen parallel sind,

eine Befestigungseinrichtung (23) zum Befestigen der Gehäuseeinrichtung (81, 90) an einem Gegenstand, der zu überwachen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseeinrichtung (81, 90) einen zentralen Teil (94) und einen peripheren Bereich (103) um den zentralen Teil (94) aufweist,

die zweite Magneteinrichtung (85) bewegbar ist von einer zentrierten Lage auf dem zentralen Teil (91), in einer Richtung, die quer zur Polachse der ersten Magneteinrichtung (91) ist, wenn die Gehäuseeinrichtung (81, 90) einer Beschleunigungskraft ausgesetzt ist, in der die zweite Magneteinrichtung (85) durch magnetische Felder, die von der ersten Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung (91, 85) erzeugt werden, in der zentralen Lage gehalten wird gegenüber der ersten Magneteinrichtung (91), wenn keine Beschleunigungskraft vorhanden ist,

wobei der periphere Bereich (103) ein Umfangselement (93) aufweist, das magnetisierbar ist, wobei das Umfangselement (93) so angeordnet ist, dass es die zweite Magneteinrichtung (85) anzieht, wenn die Gehäuseeinrichtung (81, 90) einer Beschleunigungskraft bestimmter Grösse ausgesetzt ist, und

mit einer Anzeigeeinrichtung (55, 60, 84, 93, 123) zum Anzeigen der Verschiebung der zweiten Magneteinrichtung (85) aufgrund einer Beschleunigungskraft, wobei die Anzeigeeinrichtung die Richtung einer Beschleunigungskraft anzeigt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Teil (94) vom peripheren Bereich (103) abgesetzt (105) ist, so dass die zweite Magneteinrichtung (85) nicht in der Lage ist, sich beim Vorhandensein des magnetischen Feldes vom peripheren Bereich (103) in den zentralen Teil (94) zu bewegen.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter einen Sicherungsbolzen (17) aufweist, der von einer entsprechenden Öffnung in der ersten und zweiten Magneteinrichtung (91, 85) aufgenommen wird, wobei die zweite Magneteinrichtung (85) gegenüber der ersten Magneteinrichtung (91) festgehalten wird und der Sicherungsbolzen (17) von der ersten und zweiten Magneteinrichtung (91, 85) entfernt werden kann, um das Bewegen der zweiten Magneteinrichtung (85) gegenüber der ersten Magneteinrichtung (91) zu ermöglichen.

4. Detektor nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter mehrere Nasen (96) aufweist, die um den zentralen Teil (94), im peripheren Bereich (103) angeordnet sind, wobei die Nasen (96) einen Abstand zueinander haben, um die zweite Magneteinrichtung (85) aufzunehmen, wenn sie sich im peripheren Bereich (103) befindet und die Nasen (96) und das Umfangselement (93) die zweite Magneteinrichtung (85) zurückhalten, wobei die bestimmten Nasen, zwischen denen die zweite Magneteinrichtung liegt, eine Anzeige der Richtung der aktivierenden Beschleunigungskraft vermitteln.

5. Detektor nach irgend einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magneteinrichtung (91) in einer Bohrung (82) in der Gehäuseeinrichtung (81, 90) aufgenommen ist, so dass der Abstand zwischen der ersten und zweiten Magneteinrichtung (91, 85) einstellbar ist, indem die Lage der ersten Magneteinrichtung (91) in der Bohrung (82) eingestellt wird, womit die vorbestimmte Grösse der Beschleunigungskraft gewählt werden kann.

6. Detektor nach irgend einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseeinrichtung (81, 90) eine Basis (90) und einen Deckel (81) aufweist, wobei die Basis (90) die erste und zweite Magneteinrichtung (91, 85) trägt und die Basis (90) den Deckel (81) aufnimmt, um einen geschlossenen Behälter zu bilden, wobei die Basis (90) und der Deckel (81) eine Verschliesseinrichtung (175, 159) aufweisen zum verschliessbaren Verbinden der Basis (90) und des Deckels (81).

7. Detektor nach irgend einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigvorrichtung (55, 60, 84, 93, 123) weiter eine Markiereinrichtung (55) aufweist, die mit der zweiten Magneteinrichtung (85) gekoppelt ist, um sich mit der zweiten Magneteinrichtung (85) zu bewegen, wobei die Markiereinrichtung (55) eine registrierende Oberfläche (60) berührt, auf der die Grösse und Richtung der Beschleunigungskraft angezeigt wird mit der Markiereinrichtung (55), indem die registrierende Oberfläche (60) markiert wird, wenn die zweite Magneteinrichtung aus der zentralen Lage bewegt wird.

8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinrichtung (55) einen Schreiber (55) umfasst und die registrierende Oberfläche Papier (60) aufweist.

9. Detektor nach irgend einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (55, 60, 84, 93, 123) weiter eine elektrische Schaltereinrichtung (89, 93, 123) aufweist, die beim Bewegen der zweiten Magneteinrichtung (85) aus der zentralen Lage, zwischen offenen und geschlossen Zuständen betätigt wird.

10. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst:

a. eine Uhreneinrichtung (129) für die Zeitangabe, wobei die Uhreneinrichtung (129) an die Gehäuseanordnung gekoppelt ist und eine elektrische Oszillatoranordnung (127), sowie eine Anzeigeanordnung (133) aufweist, wobei die Oszillatoranordnung (127) ein Referenzsignal erzeugt, das für das Bestimmen der Zeit und die Anzeigeanordnung (133) für die Anzeige der Zeit dienen,

b. die elektrische Schaltereinrichtung (89, 93, 123) zur Oszillatoranordnung (127) parallel geschaltet ist und in welchem die Schalteranordnung (89, 93, 123) geschlossen wird durch das Bewegen der zweiten Magneteinrichtung (85) aus der zentralen Lage, wodurch die Oszillatoranordnung (127) kurzgeschlossen wird und dabei das Weiterlaufen der Anzeigeanordnung (133) gestoppt wird.

11. Detektor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung (89, 83, 123) einen mit einem magnetischen Feld betätigbaren Schalter (123) aufweist, wobei die Schalteranordnung (89, 93, 123) mit der Gehäuseeinrichtung gekoppelt (81, 90) ist, so dass die Schalteranordnung durch die Veränderung des magnetischen Feldes betätigt wird, die das Bewegen der zweiten Magneteinrichtung (85) aus der zentralen Lage erzeugt.

12. Detektor Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung (89, 93, 123) eine erste Verbindung zum Umfangselement (93) und eine zweite Verbindung zu einem Gehäuse (89) herstellt.