SE451900B - Forfarande for tillverkning av ett flexibelt organ for en kraftgivare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 451 900 önskat djup.

En indikatoryta är en yta âstadkommen på ett indikatorparti av givarens tungämne, av vilket det flexibla organet bildas. Ändamålet med indikatorytan är att åstadkomma ett indikerande referensplan, som har en känd relation till planen för ytor âstadkomna på andra partier av ämnet.

Ett annat särdrag med Föreliggande uppfinning är att materialet kan avlägsnas från åtminstone ett annat parti på åtminstone en yta av det flexibla partiet samtidigt med eller på ett sätt som är huvudsakligen identiskt med avlägsningen av material från indikatorpartiet. Partier till- verkade från ytan av givarens tungämne, som används för indikatorpartiet, kommer att ha ytor som är huvudsakligen planparallella med indikatorytan.

Partier tillverkade från den motsatta ytan av tungämnet kommer att ha ytor som har huvudsakligen samma respektive relation till ytan från vilken de tillverkades, som indikatorytan har till ytan från vilken den tillverkades.

Ett annat särdrag med uppfinningen är att indikatorpartierna kan till- verkas från motstående ytor hos givarens tungämne så att de är huvudsakligen eller partiellt inriktade med varandra.

Om indikatorpartiet behandlas på ett sätt som är huvudsakligen identiskt med behandlingen av ett annat parti på samma yta av ämnet som indikator- partiet, så kommer relationen mellan planen hos de alstrade ytorna att vara huvudsakligen konstant. Pâ detta sätt kan en förutbestämd relation mellan planen bibehållas. Ett specialfall är att ytor som är planparallella före ett behandlingssteg förblir huvudsakligen planparallella efter steget.

Dm indikatorpartiet behandlas på ett sätt som är huvudsakligen skilt från behandlingen av ett annat parti av ämnet så kommer en justering av relationen mellan planen hos ytorna att ske. På detta sätt kan en förut- bestämd relation mellan planen etableras eller inställas.

Ytterligare en fördel med förfarandet är att avkänningen av de önskade tjockleksdimensionerna hos det flexibla organet och den önskade eftergivligheten hos det flexibla organet kan bestämmas från själva delen under behandlingen genom lämplig tillverkning av indikatorpartierna och efterföljande observering av indikatorytorna och avslutning av behandlingen när partier av indikatorytan genombrytes eller försvinner. Ett sådant förfarande åstadkommer lämplig dimensionering med en hög noggrannhet på ett sätt som är huvudsakligen okänsligt för oundvikliga processvariationer och inte erfordrar att rörliga element hos en enhetlig tunga hos givaren är fria, och därigenom ökar känsligheten hos det flexibla organet för skada, för att noggrant erhålla den önskade eftergivligheten hos det flexibla organet.

Ytterligare ett särdrag med föreliggande uppfinning är att det kan inne- fatta steget att observera eller på annat sätt avkänna när indikatorytorna <¿3\ nå. 10 15 20 25 30 35 40 451 900 3 genombrytes och därefter avsluta avlägsningen av material från det flexibla partiet.

Ytterligare ett särdrag med uppfinningen är att indikatorpartierna, indikatorytorna och andra partier med ytor plana med indikatorytorna kan behandlas så att när indíkatorytorna genombrytes så sammanfaller indikator- ytorna och de ytor som är planparallella med dem, huvudsakligen med det neutrala böjplanet för det flexibla partiet. Detta särdrag gör processen på ett unikt sätt vällämpad för tillverkningen av de flexibla organ som beskrives i den svenska patentansökan nr 8204220-1.

Det är en speciell och unik fördel med indikatoryte-processen som beskrivits ovan att planparallelliteten hos ytorna för de Flexibla partierna som har tillverkats från motstående ytor hos ämnet lätt kan bestämmas till en hög noggrannhet genom enkel observering av själva ämnet under behandlingen.

Detta åstadkommas genom användning av motbelägna inriktade indikatorpartier och genom avkänning av planparallelliteten hos motbelägna ytor genom från- varon av indikatorytorna när de möts under meterialavlägsningsprocessen.

Denna möjlighet hos processen eliminerar behovet av rigorösa processkontrol- ler eller mätningar av delar som annars skulle erfordras för att erhålla liknande dimensionstoleranser för en sådan utformning av det flexibla organet. ia Ytterligare en fördel är att transparenta eller ogenomskinliga tungämnen för givaren kan användas utbytbart i processen.

Uppfinningen beskrivas närmare här nedan under hänvisning till bifogade ritningar. Därvid är fig 1 en sprängvy i perspektiv över en servostyrd acce- lerometer, vilken figur visar en kraftgivare med flexibla organ utformade enligt föreliggande uppfinning. Fig 2 är en förstorad fragmentarisk perspek- tivvy över det flexibla partiet taget utmed linjen 2-2 i fig 1. Fig 3, 4 och 5 är fragmentariska sektionsvyer tagna enligt linjen 3-3 i fig 2 genom ett parti av ett givarämne i vilket det flexibla organet formas och visar de på varandra följande stegen vid tillverkningen av det flexibla organet.

Under hänvisning till fig 1 visas där en kraftgivare i form av en servostyrd accelerometer 10, som innefattar ett flexibelt organ 12 av en typ som kan tillverkas enligt föreliggande uppfinning. Accelerometern 10 är av den typ som beskrivas i de amerikanska patentskrifterna 3 702 073, 4 182 187 och 4 250 757 även om uppfinningen också är tillämpbar vid tillverkningen av flexibla organ och andra eftergivliga element som används i andra kraftgivare som använder vinkelrörelse eller linjär rörelse hos ett kraftavkännande element.

Accelerometern 10 består av ett par cylindriska kroppselement 14a, 14b och ett tröghetsmassa-aggregat 16 anordnat däremellan. 10 15 20 25 30 35 40 451 900 4 Kroppselementen 14a, 14b är huvudsakligen identiska och endast kropps- elementet 14a beskrivas i detalj. Kroppselementet 14a innefattar en v? cylindrisk kroppsvägg 17, som har en inåt förlöpande kant 18 utgörande ett _ magnetpolstycke och innefattande ett baspartí 19. Polstycket 18 har en cylindrisk innervägg 20, som bildar en urtagning 22. En cylindrisk ä permanentmagnet 24 är fäst vid baspartiet 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 medger det flexibla organet 12 att tungan 30 kan röra sig relativt monteringsringen 32. Emellertid inses att det Flexibla organet 12 kan kombineras med olika monteringsanordningar och användas i en givare som använder linjär rörelse hos det avkännande elementet utmed givarens 10 axel.

Ett par kraftåterställande spolar eller momentspolar 42, 43 är fästa vid den övre och nedre ytan 40, 41 hos tungan 30. Momentspolarna 42, 43 är lindade på bobiner, som passar i det ringformade mellanrummet 26, som bildas i varje kroppselement 14a, 14b, när de olika delarna hos accelerometern 10 är hopmonterade.

Pâ den övre ytan 40 av tungan 30 finns anbringat ett lager av ledande material 45_. Ett liknande lager av ledande material är beläget på den nedre ytan 41 hos tungan 30. Dessa elektriskt ledande lager bildar ett par kondensatorplattor, som samverkar med en yta 21 hos polstycket 18 och en motsvarande yta hos polstycket i kroppselementet 14b på ett sätt som beskrivas närmare här nedan.

Tre monteringskuddar 34 (varav en inte visas på figuren) är belägna på en övre yta 36 av monteringsringen 32. Ytterligare tre monteringskuddar är belägna axiellt mittför 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 och momentspolarna 42, 43 § upptages i det ringformade mellanrummet 26 och ett motsvarande ringformat mellanrum i kroppselementet 14b.

Ett par variabla kondensatorer 48, 49 bildas i accelerometern 10, varvid en av kondensatorerna består av ytan 21 och beläggningen på den nedre ytan 38 och den andra kondensatorn består av en yta motsvarande ytan 21 på polstycket 10 15 20 25 30 35 40 , 451 900 5 hos kroppselementet 14b och beläggningen 45 på den övre ytan 36 av tungan 30.

Det ledande lagret på den övre ytan 40 och den nedre ytan 41 och momentspolarna 42, 43 är kopplade till yttre kretsar medelst fyra ledande remsor 47, som sträcker sig till ringen 32 över det flexibla organet 12.

Elektrisk förbindelse med yttre kretsar åstadkommas från ringen 32 medelst fyra kontaktpínnar (ej visade) belägna i kroppsväggen hos kroppselementen 14a, 14b.

När accelerometern 10 utsättas för acceleration utmed dess axel, för- flyttar 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 kapacitansen avkännes av en återkopplad servokrets (ej visad), som i sin tur kopplar en signal proportionell mot ändringen i kapacitans till momentapolarna 42, 43. Det resulterande magnetfältet som uppbygges av momentspolarna 42, 43 samverkar med det magnetfält som utvecklas av permanentmagneterna i kroppen 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 utsättas för.

För ytterligare beskrivning av accelerometern 10 hänvisas till den amerikanska patentskriften 3 702 073.

Under hänvisning till fig 2 visas en utföringsform av det flexibla organet 12, som kan tillverkas enligt föreliggande uppfinning.

Det flexibla organet har en dubbelsidig eller bifilär, fribärande utformning bestående av ett par flexibla partier 60, 62, som sträcker sig mellan tungan 30 och monteringsringen 32. Partierna 60 och 62 är separerade av en mellanliggande öppning 63, som också sträcker sig mellan tungan 30 och monteringsringen 32.

De flexibla partierna 60 och 62 är identiska och därför beskrives endast partiet 60. Partiet 60 innefattar en övre och en nedre yta 64 och 66, vilka är huvudsakligen parallella med varandra, och ett par kanter 68, 70.

Det flexibla partiet 60 har ett par kanaler 71, 73, förlöpande in i partiet 60 från ytorna 64, 66. Kanalerna 71, 73 har urgröpta ytor 72, 74, som är huvudsakligen planparallella med varandra och med det centrala planet för det flexibla partiets tvärsnitt och huvudsakligen sammanfaller med det neutrala böjplanet för det flexibla partiet 60.

Det "neutrala böjplanet" är definierat som det plan, som inte utsätts för någon sträckning eller kompression när det flexibla organet krökes i enkel böjning. För ett flexibelt organ som har ett likformigt rektangulärt tvärsnitt bestående av två parallella ytor och två kanter såsom det som visas i fig 2, består det neutrala böjplanet av alla punkter som är belägna på lika 10 15 20 25 30 35 40 451 900 6 avstånd från ytorna hos det flexibla partiet, dvs planet beläget mitt emellan det flexibla partiets ytor. För den utföringsform av det flexibla organ som visas i fig 2 är huvudplanet och således det neutrala böjplanet för det flexibla partiet något roterat med avseende på planen 71, 72, 73 och 74 men- diskrepansen är minimal och har ingen särskild inverkan på användningen av uppfinningen som beskrives häri.

Tungan 30, monteringsbasen 32 och det flexibla organet 12 är företrädes- vis tillverkade av ett enhetligt element av ett stabilt homogent material, såsom smält kvarts. Ett cirkulärt ämne med enhetlig tjocklek med planparal- lella ytor behandlas genom selektiv avläganing av material för att uppnå den önskade utformningen. Nedanstående diskussion avser speciellt det föredragna förfarandet som används för att bilda kanalerna 71, 73 med ytorna 72, 74 belägna huvudsakligen i det neutrala böjplanet för det flexibla partiet.

Företrädesvis avlägsnas materialet från ämnet genom etsning med ett lämpligt lösningsmedel för kvarts. Kvartsämnet har de ytor där material skall avlägsnas maskerade med ett material som förhindrar tillgängligheten för lösningsmedlet för kvartsytan. Det maskerade ämnet nedsänkes därefter i lösningsmedlet. På några minuter bortetsas flera tiondels millimeter av kvartsmaterialet, varvid den exakta hastigheten beror på sammansättningen av kvartsen, koncentrationen av lösningsmedlet och temperaturen hos badet. W' Alternativt kan material avlägsnas från ämnet genom gasplasmaetsning i en atmosfär som upplöser kvarts, eller medelst jonstrålebearbetning.

Fig 3 är ett tvärsnitt genom det parti av kvartsämnet 80, från vilket ena hälften_av det bifilära flexibla organet 12 bildas. Ämnet 80 kan ha planparallella ytor 82, 84 och för ändamålet för detta exempel ha en tjocklek i storleksordningen 0,762 mm. De streckade linjerna Hö, 88 identifierar material som skall avlägsnas i ett första steg av behandlingen för att bilda de på motsatta sidor belägna, i sidled på avstånd från varandra belägna kanalerna 71', 73' såsom visas i fig 5. De streckade linjerna 90, 92 identifierar material som samtidigt avlägsnas i det första steget av behandlingen och bildar ett par motbelägna ytor, som under hela processen fungerar såsom indikatorer för planet för tillhörande urgröpta ytor, som skall bli ytorna 72' och 74' i fig 5.

Ytan som anges med klammern 94 skall inte utsättas för avlägsning av material i det första steget av behandlingen och maskeras därför såsom beskrivits ovan. Ämnet 80 nedsänkes i lösningsmedlet under en tidsperiod som är tillräck- lig för att bilda de mellanliggande kanalerna 96, 98 och de mellanliggande indikatorytorna 100, 102, jfr fig 4, vilka har ett djup som är huvudsakligen hälften av den totala slutliga avsedda tjockleken för det flexibla organet. f? ti» 10 15 20 25 30 35 40 451 900 7 De streckade linjerna i fig 4 anger den slutliga yttre konturen hos det flex- ibla organet och dess relation till de ytor som bildas i det första etssteget.

Beläggningen av maskeringsmaterial avlägsnas från ytorna 94 och ämnet återföres till lösningsmedlet. Material avläsnas därefter från alla ytor hos det flexibla organet med en likformig hastighet. Eftersom materialavlägs- ningen fortsätter eller framskrider med samma hastighet från både den övre och den nedre ytan av det flexibla organet kommer indikatorytorna 100, 102 att mötas och försvinna vid det plan som är beläget på lika avstånd från de ursprungliga ytorna hos ämnet, dvs huvudsakligen sammanfallande med det neutrala böjplanet hos det flexibla organet. Samtidigt har en lika stor mängd eller djup av material avlägsnats för att bilda kanalerna 71', 73' så att bottenytorna 72', 74' hos kanalerna är belägna i samma plan med varandra och med det flexibla organets tvärsnittscentrumplan samt huvudsakligen samman- fallande med det neutrala böjplanet för det flexibla organet.

Försvinnandet av kvartsmaterialet mellan indikatorytorna 100, 102 avkännes. När detta sker upptages ämnet från etsbadet och avlägsningen av material stoppas. Med denna procedur uppnås typiskt att ytorna 72' och 74' huvudsakligen sammanfaller med det neutrala böjplanet hos det flexibla I organet med en noggrannhet som är oberoende av processvaríationer och utan behovet av rigorösa fysiska mätningar av tjockleken av det flexibla organet. FM Ämnet tvättas för att avlägsna eventuellt kvarstående lösningsmedel och är därefter färdigt för fortsatt behandling för att uppnå den önskade ut- formningen av kvartsstycket för tröghetsmassa-aggregatet 16. Därefter påföres en lämplig ledare 47 på ytorna 72', 7h' såsom medelst vakuumbeläggning eller plätering.

Om etsprocessen inte avslutas precis vid genombrytningen av indikator- ytorna 100, 102 kommer kanalerna 71', 73' att vara djupare eller grundare och ytorna 72', 74' belägna på ömse sidor om det neutrala planet och det flexibla organets tjocklek kommer att avvika något från den önskade dimensionen.

Emellertid kommer avståndet för dessa ytor från det neutrala planet och avvikelsen hos tjockleken för det flexibla organet att vara liten jämfört med det flexibla organets tjocklek, som kan vara i storleksordningen 0,02S4 mm i detta exempel och sådana fel reducerar inte avsevärt användbarheten eller effektiviteten hos processen.

Processen kan också användas för att tillverka flexibla organ med en förutbestämd tjocklek genom att först avlägsna material från en indikatoryta för att bilda en urtagning med ett förutbestämt djup och därefter avlägsna material från ett flexibelt omrâde samtidigt som material avlägsnas från den urgröpta indikatorytan. När indikatorytan bryter igenom materialet erhålles ett flexibelt organ med den förutbestämda tjockleken.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 A0 451 900 % PÅTENTKRÅV

1. Förfarande för tillverkning av ett flexibelt organ (12) för använd- ning vid förbindning av ett kraftavkännande element (30) med en monteringsbas (32) i en kraftgivare, k ä n n e t e c k n a t av att (a) av ett material åstadkommas ett ämne (80) med två motbelägna ytor (az, 84); (b) att material avlägsnas från ett första parti (86) och ett första indikatorparti (90) hos en av nämnda ytor (82); (c) att material avlägsnas från ett andra indikatorparti (92) i den andra ytan (84), varvid det andra indikatorpartiet (92) är anordnat allmänt mitt emot det första indikatorpartiet (9Û); och (d) att avlägsningen av material från det första partiet (86) avbryts när åtminstone ett parti av materialet hos ämnet (80) mellan det första och det andra indikatorpartiet (90, 92) försvinner så att åtminstone ett parti av indíkatorpartiernas motbelägna ytor mötes.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att materialet avlägsnat från det första partiet (B6) och det första indikatorpartiet (90) och det andra indikatorpartiet (92) avlägsnas på huvudsakligen identiskt- sätt. '_

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den andra ytan (84) innefattar ett andra parti (88) och innefattar avlägsning av material från det andra partiet (88) på ett huvudsakligen likadant sätt som det första partiet (86).

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det andra partiet (88) inte är beläget mitt emot det första partiet (86).

5. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att ytan (72') hos det första partiet (86) ligger i det neutrala böjplanet hos det flexibla organet (12) när avlägsningen av material avbryts.

6. Förfarande enligt krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att materialet avlägsnas genom etsning.

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att stegen (a, c) innefattar maskering av ämnet (80) förutom ett första parti (86) och ett första indikatorparti (90) på en av ämnets (80) motbelägna ytor (82) och förutom ett andra indikatorparti (92) på den andra motbelägna ytan (8ü); avlägsning av en förutbestämd mängd material från de icke maskerade partierna av ämnet (80); och avlägsning av masken från ämnet (80).

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att maske- ríngssteget vidare innefattar maskering av ett andra ytparti (88) på ämnets yta (84) motbelägen ytan (82) som innefattar det första ytpartiet (86) 'H7 10 15 20 25 30 35 ü0 q 451 900 varjämte det första och det andra ytpartiet (86, 88) inte är belägna mitt emot varandra.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att materialet avlägsnas så att ytorna hos det första och det andra ytpartiet (86, 88) befinner sig i samma plan när avlägsningen av material avslutas.

10. Förfarande enligt krav 3, 4 eller B, att ytorna (82, 84) hos det Första och det andra ytpartiet (86, 88) väsent- ligen ligger i neutrala böjplanet för det Flexibla organet (12) när avlägs- k ä n n e t e c k n a t av ningen av material har avslutats.