SE451898B - Flexibelt organ med elektriska ledare - Google Patents

Description

gm 15 ZÜ 25 30 35 40 451 S98 ytföroreningar.

I allmänhet har man vid tidigare kända givare funnit det önskvärt att använda tunnast möjliga flexibla organ under hänsynstagande till styrkan och kraven på elastícitet för riktig funktion, så att spänningseffekterna som leder till förspänningsfel minimeras. Man har emellertid funnit att Fjäder- förmågan, antingen den vinkelriktade eller linjära, som åstadkommas av ett flexibelt organ, är proportionell mot kuben för tjockleken "t" av det flexibla organet, medan böjmomentet hos det flexibla organet på grund av spänningarna förorsakade av beläggningen av ledande remsor, är endast proportíonell mot "t". Üm exempelvis tjockleken hos det flexibla organet reduceras med 30%, så att vinkelfjädringsförmågan ändras från 209/radían till 79/radian, blir felmomentet på grund av påkänningseffekterna i den ledande beläggningen reducerad med en faktor av endast 1,42. Således inses att den nedre gränsen för acceptabla fjädringsförmågor hos ett konventionellt flexibelt organ nås långt innan felmomentet har reducerats till ett accep- tabelt värde. Således måste för dessa typer av flexibla organ kompromisser göras mellan att erhålla den önskade fjädringsförmågan och styrkan hos det flexibla organet och minímering av spänningseffekterna som leder till fel.

Därför är ändamålet med föreliggande uppfinning att åstadkomma en flexibel konstruktion För att förbinda ett kraftavkännande element med en monteríngsbas i en kraftavkännande givare, varvid det flexibla organet innefattar ett parti som sträcker sig mellan det kraftavkännande elementet och monteríngsbasen och som har en yta för att mottaga en elektriskt ledande beläggning och ett ribbparti med en tjocklek som är större än tjockleken för det första partiet och som sträcker sig mellan det kraftavkännande elementet och monteringsbasen.

Enligt föreliggande uppfinning kan även ett flexibelt organ, exempelvis för att gångjärnsliknande fästa ett kraftavkännande element vid en mon- teringsbas i en kraftavkännande givare, ha en dubbelsidor eller bifilär konstruktion, varvid varje par av flexibla partier har ett tunt centralt parti och ett par relativt tjocka ribbor på ömse sidor om det centrala partiet förlöpande mellan elementet och monteringsringen. Ett lager ledande material är beläget på den övre och den nedre ytan av varje parti i det centrala partiet och mellan ribborna. Det är vidare önskvärt att ha det ledande materialet beläget på varje yta så att de är belägna på lika avstånd från den neutrala böjaxeln för det flexibla organet.

Genom att placera det ledande materialet på ett relativt tunt centralt parti minimeras det böjmoment som förorsakas av spänningarna i den ledande filmen, vilket i sin tur reducerar förspänningsfel i en avsevärd utsträck- ning. Samtidígt åstadkommer de relativt tjocka ribborna tillräcklig styrka 'J 10 15 20 25 30 35 40 451 898 3 och en lämplig fjädringsförmåga för riktig funktion hos givaren. En relaterad mmdpfirütäæflmmdewwfimaflwümewæmmmamflfiwsiæ parallellt härmed inlämnade svenska patentansökningarna nr 8204218-5 oçh 8204220-1.

I exemplifierande syfte beskrivas härnedan föredragna utföringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar. Fig 1 är en sprängvy i perspektiv och delvis i tvärsnitt av en accelerometer som inbegriper det flexibla organet enligt föreliggande uppfinning. Fig 2 är en förstorad plan- vy över ett parti av tröghetsmassa-aggregatet som visas i fig 1. Fig 3 är en tvärsnittsvy tagen utmed linjen 3-3 i fig 2. Fig 4 är en sidovy delvis i tvärsnitt tagen utmed linjen 4-4 i fig 2. Fig 5 är en perspektivvy i tvär- snitt genom en alternativ utformning av det flexibla organet.

I Fig 1 visas en kraftgivare i form av en servostyrd accelerometer 10, som innefattar ett flexibelt organ 12 enligt föreliggande uppfinning.

Accelerometern 10 är den typ som beskrivas i den amerikanska patentskriften 3 702 073 även om uppfinningen kan användas i andra kraftavkännande givare som använder vinkelrörelse eller linjärrörelse hos ett kraftavkännande element. Åccelerometern 10 består av ett par cylindriska kroppselement 14a, 14b och ett tröghetsmassa-aggregat 16 anordnat däremellan.

Kroppselementen 14a, 14b är huvudsakligen identiska och därför beskrives endast kroppselementet 14a. Kroppselementet 14a innefattar en cylindrisk kroppsvägg 17, som har en inåt förlöpande kant 18, som utgör ett magnetpol- stycke och sträcker sig omkring bottnen samt bildar en botten 19. Polstycket 18 har en cylindrisk innervägg 20, som bildar en urtagning 22. En cylindrisk permanentmagnet 24 är fäst vid plattan 19 i urtagningen 22. Permanentmagneten 24 har en yttre periferiell yta belägen på avstånd från den inre cylindriska väggen 20 för att bilda ett ringformat mellanrum 26 däremellan.

Tröghetsmassa-aggregatet 16 innefattar ett kraftkänsligt element eller en tunga 30, som är gångjärnsliknande monterad medelst de flexibla organen 12 vid en monteringsbas eller -ring 32.

I accelerometern som visas på figurerna möjliggör det flexibla organet 12 att tungan 30 kan röra sig bågformat relativt monteringsringen 32. Emel- lertid inses att flexibla organ 12 kan användas i en givare som använder linjär rörelse hos det avkännande elementet utmed axeln för givaren 10.

Vid den övre och den nedre ytan 40, 41 hos tungan 30 finns ett par kraftåterställande spolar eller momentspolar 42, 43. Momentspolarna 42, 43 är lindade på bobiner, som passar i det ringformade mellanrummet 26, som är bildat i varje kroppselement 14a, 14b, när de olika delarna hos accelere- metern 10 är hopmonterade. 10 15 20 25 30 35 40 451 898 4 På den övre ytan 40 av tungan 30 finns ett lager ledande material 45 anbríngat. Ett liknande lager av ledande material är avsatt på den nedre ytan 41 hos tungan 30. Dessa elektriskt ledande lager bildar ett par kondensator- plattor, som samverkar med en yta 21 hos polstycket 18 och en motsvarande yta hos polstycket hos elementet 14b, på ett sätt som beskrives närmare här nedan.

Tre monteringskuddar 34 (en av dem visas inte i figurerna) är belägna på en övre yta 36 av monteringsringen 32. Tre ytterligare monteringskuddar är belägna axiellt motbelägna monteringskuddarna 34 på en nedre yta 38 av ringen 32.

Monteringsringen 32 är fäst mellan kroppselementen 14a, 14b så att en kant 23 hos den cylindriska kroppens vägg 17 och en motsvarande kant hos kroppselementet 14b anligger mot monteringskuddarna, varvid momentspolarna 42, 43 upptages i det ringformade mellanrummet 26 och ett motsvarande ring- format mellanrum i kroppselementet 14b.

Ett par variabla kondensatorer 48, 49 bildas i accelerometern 10, varvid den ena kondensatorn består av ytan 21 och beläggningen på den nedre ytan 38 och den andra består av en yta motsvarande ytan 21 på polstycket hos elemen- tet 14b och beläggningen 45 på den övre ytan 36 av tungan 30.

De ledande lagren på den övre ytan 40 och den nedre ytan 41 samt moment- spolarna 42, 43 är kopplade till yttre kretsar medelst fyra ledande remsor 47a-d, som sträcker sig till ringen 32 över det flexibla organet 12. De elektriska förbindelserna till de yttre kretsarna sker från ringen 32 via fyra kontaktpinnar (ej visade) belägna i kroppsväggen hos kroppselementen 14a, 14b.

När accelerometern 10 utsättes för acceleration utmed dess axel, rör sig tungan 30 relativt ringen 32 och kroppselementen 14a, 14b, vilket i sin tur förorsakar en ändring i kapacitansen hos kondensatorerna 48, 49. Ändringen i kapacítansen avkännes av en servokrets (ej visad), som i sin tur kopplar en signal proportionell mot ändringen i kapacitans till momentspolarna 42, 43.

Det resulterande uppbyggda magnetiska fältet av momentspolarna 42, 43 sam- verkar med magnetfältet från permanentmagneterna i kroppselementen 14a, 14b för att motverka förskjutningen av tungan 30. Den ström som erfordras av momentspolarna 42, 43 för att bibehålla tungan 30 i ett neutralt läge motsvarar accelerationskraften som accelerometern utsättes för.

För ytterligare beskrivning av accelerometern 10 hänvisas till den amerikanska patentskriften 3 702 073, vilken härmed införlivas genom hänvisning.

Under hänvisning till fig 2 - 4 visas det flexibla organet 12 enligt föreliggande uppfinning i detalj. Utformningen och konstruktionen av det (Il 10 15 20 25 30 35 40 451 898 5 flexibla organet är sådant att spänníngseffekterna som uppträder i gränsytan mellan de ledande remsorna 47 och det flexibla organet 12 minimeras, vilket i sin tur medför att ett därav härrörande fel, som uppträder i utgångssignalen från indikeringskretsarna minimeras.

Såsom närmare framgår ur fig 2 består den flexibla konstruktionen i den föredragna utföringsformen av en med ribbor försedd, bifílär, fribärande konstruktion, som har ett par partier 50, 52 separerade av en öppning 54.

Tungan 30, monteringsbasen 32 och det flexibla organet 12 kan vara utformade i ett enda stycke av smält kvarts, som etsats eller på annat sätt behandlats till de önskade dimensionerna och utformningen.

Det flexibla organet 12 kan alternativt vara utformat av elektriskt ledande material, i vilket fall en elektriskt icke-ledande beläggning är anbringad på det flexibla organet 12 innan de ledande remsorna 47 anbringas.

Såsom framgår närmare ur fig 3, som visar den föredragna utföringsformen av uppfinningen, innefattar varje parti 50, 52 ett par kanaler förlöpande mellan monteringsbasen 32 och tungan 30, varvid bildas ett tunt centralt parti 56 och ett par relativt tjocka ribbor 58, 60 belägna på ömse sidor om det centrala partiet 56. I den föredragna utföringsformen har kanalerna likformigt djup så att tjockleken av det centrala partiet 56 är mindre än 1/3-del av tjockleken hos ribbornaa 58, 60. Under hänvisning ävenledes till ”ö fig 4 visas att ledande remsor 47a, 47b, är belägna på den övre och den nedre ytan 62, 64 hos det centrala partiet 56. Tjockleken hos varje ledande remsa 47a-47d är ungefär 1/100-del av tjockleken hos det centrala partiet 56. De ledande remsorna 47 kan vara av ett lämpligt ledande material, såsom guld.

Det bör noteras att tjockleken av de ledande remsorna 47a-47d är förstorad i fig 4 för tydlighetens skull.

Ribban 58 innefattar ett par ytor 58a, 58b, vilka är belägna på ungefär lika avstånd från ytorna 62, 64 hos det centrala partiet 56. På liknande sätt har ribban 60 ett par ytor 60a, 60b, vilka också är belägna på ungefär lika avstånd från ytorna 62, 64.

Tjockleken hos ribborna 58, 60 är mindre än 1/10-del av tjockleken av monteringsbasen 32 och tungan 30. Tjockleken hos ribborna 58, 60 bestämmer huvudsakligen fjädringsförmågan för det flexibla organet 12 och åstadkommer den huvudsakliga styrkan för den fribärande monteringskonstruktionen.

Varje parti 50, 52 är ungefär lika brett som det är långt och bredden eller längden är ungefär 50 gånger större än tjockleken hos ribborna 58, 60.

En lista över de olika dimensionerna för den föredragna utföringsformen av uppfinningen tillsammans med hänvisningsbeteckningarna som används i fig 3 och 4 och i beskrivningen anges här nedan: 10 15 20 25 30 35 40 451 898 6 Hänvisnings- beteckning Dimensioner i mm A Bredden hos partiet 50 eller 52 2,54 B Bredden hos ribborna SB, 60 0,64 C Bredden hos det centrala partiet 56 1,27 D Tjockleken hos ribborna 58, 60 0,05 E Tjockleken hos det centrala partiet 56 0,013 F Bredden av de ledande remsorna 47 1,14 G Tjockleken av de ledande remsorna 47 0,00014 H Tjockleken av tungan 30 och monteringsringen 32 0,724 J Längden av det flexibla organet 12 2,54 Även om ribborna 58, 60 visas ha plana inre väggar vinkelräta mot ytorna för det centrala partiet 56, såsom väggarna 58c och 58d hos ribban 58 inses att dessa ytor alternativt kan vara avfasade eller ha en krökt utformning med en liten radie. Vidare kan de flexibla partierna vara avfasade eller krökta i området för förbindelsen med tungan 30 och monteringsríngen 32 för att åstadkomma en jämn övergång däremellan till skillnad från den plötsliga övergången som visas i figurerna.

Genom att åstadkomma ett tunt centralt parti 56 och ett par relativt tjocka ribbor 58, 60 minimeras spänningseffekterna på grund av de ledande remsorna 47, medan samtidigt en önskad fjädringsförmåga för det flexibla organet 12 huvudsakligen bestämmas av ribborna 58, 60. Således erfordras en mindre uppoffring i den önskade styrkan hos det flexibla organet för att reducera felen på grund av spänningseffekterna och således bibehålles instrumentets okänslighet mot störningar samtidigt som förspänningsfelen förorsakade av den ledande beläggningen reduceras avsevärt. Det är också önskvärt att placera de ledande remsorna 47 så att de är belägna på lika avstånd från varje sida av den neutrala böjaxeln eller -planet hos det flexibla organet. Det “neutrala böjplanet" definieras som det plan som inte utsättes för någon sträckning eller kompression när det flexibla organet böjes.

Utföringsformen som visas i fig 2 - 4 kan modifieras genom att eliminera öppningen 54 så att en enda ribba separerar de centrala partierna hos de flexibla partierna 50 och 52.

En annan utföringsform av uppfinningen visas i fig 5, där ett flexibelt organ 62 är försett med ett ribbparti 64 och en tunt plant element 66, på vilket det ledande materialet eller remsorna 47 är anbríngade. Flexibla organ av typen 62 som visas i fig 5 kan kombineras för att åstadkomma en bifilär flexibel konstruktion av den typ som visas i fig 1, varvid ett andra C: 10 15 20 25 451 898 7 flexibelt organ 68, som har ett ribbparti 76 och ett tunt plant element 72, är kombinerat med det flexibla organet 62.

Ett sådant kombinerat flexibelt organ kan vara önskvärt under vissa omständigheter för att modifiera svaret på belastningar som tenderar att buckla det flexibla organet. Alternativt kan det flexibla organet 12 bestå av en serie tunna centrala partier, vilka vart och ett separeras från intill- liggande centrala partier av en relativt tjock ribba. Denna konstruktion med flera ribbor tenderar att reducera bucklingen nära mitten för det flexibla organet. Dessutom behöver flexibla organ av denna typ inte ha parallella ytor utan dessa kan vara exempelvis lutande mot det kraftavkännande elementet för att åstadkomma ett flexibelt organ med konstant styrka.

Det inses att den princip som beskrivas ovan för att reducera spännings- effekterna från en beläggning på ett flexibelt element kan användas vid en flexibel konstruktion som inte nödvändigtvis är det primära bärorganet för det kraftavkännande elementet. En sådan konstruktion som förbinder ett kraft- avkännande element med en monteringsbas erfordrar fortfarande en viss konstruktionsstyrka men åstadkommer minimala förspänningskrafter eller -moment. Vidare inses att även om de flexibla konstruktioner som visas i fig 1 - 4 visar det tunna partiet S6 hos det flexibla organet utformat i ett stycke med de tjockare ribborna S8, 60 så är det inte nödvändigt för vissa “W tillämpningar av uppfinningen att ha det tunna partiet 56, som uppbär de ledande remsorna 47, fysiskt förbundet med bärribborna 58 eller 60.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 451 898 8 PATENTKRAV

1. Flexibelt organ för användning i en kraftavkännande givare (10) som har ett kraftavkännande element (30), en monteringsbas (32), varvid det flexibla organet (12) förbinder det kraftavkännande elementet med monterings- basen, k ä n n e t e c k n a t av att det Flexibla organet innefattar: a) ett allmänt tunt plant element (56), som sträcker sig mellan det kraftavkännande elementet (10) och monteringsbasen (32) och är utformad med en yta inrättad att uppta ett elektriskt ledande material; och b) åtminstone en ribba (58, 60), som är placerad intill det plana elementet (56) och har en större tjocklek än det plana elementet, varvid nämnda åtminstone ena ribba (58, 60) sträcker sig mellan det kraftavkännande elementet (10) och monteringsbasen (32).

2. Ûrgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det plana elementet (56) har ett par motstående anordnade ytor (62, 64), varvid ett elektriskt ledande material (47) är anordnat på åtminstone en av ytorna.

3. Organ enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av två ribbor (58, 60) placerade på ömse sidor om det plana elementet (56) För att bilda ett flexibelt organ med ett allmänt H-format tvärsnitt.

4. Drgan enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av ribborna (58, 60) har ett par motstående anordnade ytor (58a, S8b; 60a, 60b), vilka är väsentligen parallella med ytorna (62, 64) av det plana elementet (56), varvid tjockleken hos det plana elementet är mindre än en tredjedel av tjockleken hos ribborna och det plana elementet är placerat på väsentligen lika avstånd från ytorna av ribborna.

5. Organ enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t av att tjockleken hos varje ribba (58, 60) är ungefär 0,050B mm och tjockleken hos det plana elementet (56) är ungefär 0,012? mm.

6. Ûrgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det plana elementet (56) och nämnda åtminstone ena ribba (58, 60) är bildade av smält kvarts och i ett stycke förbundna med varandra.

7.0mm1admtkmv1,Z,3eHer6,känr1etec| tjockleken hos nämnda åtminstone ena ribba (58, 60) är åtminstone tre gånger tjockleken hos det plana elementet (56).

8. Urgan enligt krav 1 , 2, 3 eller 6, k ä n n e t e c k n a t av att det plana elementet (56) och nämnda åtminstone ena ribba (58, 60) är bildade av ett enda materialstycke.

9. Ürgan enligt krav 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t av att det elektriskt ledande materialet är anordnat på varje yta (62, 64) av det plana elementet (56) och att det elektriskt ledande materialet är beläget på väsentligen samma avstånd från det plana elementets neutrala böjaxel. .m3 I.\