DE1816998B2 - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von 7 Abbildungen, in denen für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen gewählt worden sind, näher erläutert.

Abb. 1 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur und der Viskosität des Öls im Gehäuse eines Beschleunigungsmessers darstellt;

Abb.2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beschleunigungsmessers, der zwar noch nicht die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, aber auf dessen Aufbau die Erfindung basiert;

Abb, 3 ist ein Querschnitt längs der LinieΙΠ-ΠΙ in Abb. 2;

Abb. 4 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die innere Einrichtung des Beschleunigungsmessers gemäß Ab b. 2 zeigt;

Abb. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Vibrators im Beschleunigungsmesser gemäß A b b. 2;

Abb. 6 ist eine ausschnittweise Draufsicht auf die Dämpfungswände und die zur Einstellung des dazwischenliegenden Zwischenraums verwendeten Mittel einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei im übrigen der Aufbau gemäß den A bb. 2 bis 5 zugrunde zu legen ist;

Abb. 7 zeigt eine ähnliche Draufsicht wie Abb. 6 einer weiteren Ausführungsform gemäß dieser Erfindung.

Wie Abb.2 zeigt, ist der Behälter 1, der einen Beschleunigungsmesser und Dämpfungsflüssigkeit, z. B. dicht eingeschlossenes Silikonöl, enthält, auf einer Grundplatte 3 befestigt, die mit Hilfe von bekannten Befestigungsmitteln, welche durch die nicht mit Bezugszeichen versehenen Schlitze längs der Seilenkanten der Grundplatte hindurchgehen können, auf einen sich bewegenden Körper aufgelegt und an demselben befestigt werden kann. Der oben offene Behälter ist aus einer Bodenwand und Seitenwänden gebildet, welche einen Innenraum vollständig einschließen, und weist einen Deckel 2 auf, wobei öffnungen 16, 17, 18 in einer Stirnwand vorgesehen sind, damit sich Durchführungen für elektrische Leitungen ergeben, welche am Vibrator angebracht sind.

Der Beschleunigungsmesser im Behälter 1 besteht, wie die A b b. 3 bis 5 zeigen, aus einem Vibrator 4 und zwei Bimetallstreifen 8 und 9 als Dämpfungswände, welche auf einander entgegengesetzten Seiten, jedoch in geringem Abstand vom Vibrator, liegen. Der Vibrator 4 besteht aus einer Biegefeder 5 aus Blattfedermaterial, deren eines Ende mittels Grundplatten Ta, Tb und eines Bolzens 7c an einer Innenwand des Behälters befestigt ist, während das andere Ende frei schwingen kann. Zwei quaderförmige Massen 6a und 6b, deren Seitenflächen mit den Seitenkanten der Biegefeder S bündig fluchten, sind auf der Oberseite und der Unterseite des freien Endes der Biegefeder befestigt. Die Grundplatten Ta und Tb sind gleichfalls quaderförmig, aber etwas größer als die Massen, so daß sie in seitlicher Richtung über die Seitenränder der Biegefeder 5 und der Massen 6 a, 6b vorstehen. Vorteilhaft ist ein flacher Sockel 10 auf dem Boden des Gefäßes vorgesehen, worauf dann der Vibrator mittels der Grundplatten Ta, Tb und der Schraube Tc oder dergleichen Mittel befestigt ist.

Meßeinrichtungen, wie halbleitende Dehnungsmeßstreifen Sl und S 2 sind in einander entsprechenden Positionen im mittleren Bereich auf der oberen und unteren Oberfläche der Biegefeder 5 zwischen den Massen und den Grundplatten angeklebt, wobei elektrische Leitungen, welche an die Dehnungsmeßstreifen angeschlossen sind, durch die Löcher 16, 17 und 18 aus dem Behälter herausgeführt an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Briickenmeßkreis angeschlossen sind. Die Locher sind mit einem geeigneten Isoliermaterial abgedichtet.

Wie Abb. 4 zeigt, ist ein Ende einer jeden Dämpfuflgswand 8 und 9 an den Seitenflächen der Grundplatten Ta, Tb durch eine Schraube od. dgl. so befestigt, daß die zwei Dämpfungswände einen Zwischenraum bilden, der ein wenig breiter als die Biegefeder S ist, und daß sie Wandungen parallel zur Achse der Biegefeder S ergeben, welche rechtwinklig zu derselben und dabei parallel zur Schwingungsrichtung derselben verlaufen. Die Massen 6a und <ίί», welche dieselbe oder eine etwas kleinere Breite als die Biegefeder 5 haben, können mit derselben frei im

Zwischenraum zwischen den Dämpfungswänden schwingen.

Ein Anschlagstift 13 ist am freien Ende der Däropfungswand 8 vorgesehen und verläuft rechtwinklig zu derselben bis fast an die gegenüberliegende Dämp-

ίο fungswand 9,

Wie die Abb. 2 und 3 zeigen, wird der Deckel 2 auf den abgeflanschten oberen Rändern der Seitenwandungen des Behälters durch Schrauben od. dgl. festgehalten. Um die Flüssigkeit im Behälter abzu-

X5 dichten, ist eine elastische dünne Folie aus synthetischem Kunststoff od. dgl. auf die Unterseite des Deckels gelegt Diese Folie bildet eine Membrane, welche eine Luftkammer 12 bedeckt, die durch eine Ausnehmung oder Nut in der Umerseite des Dekkels 2 gebildet ist, so daß Luft oder ein anderes Strömungsmedium durch die Folie 11 in der Kammer 12 eingeschlossen wird.

Beim Betrieb des beschriebenen Be xhleunigungsmesscrs wird der Vibrator 4 in Richtung seiner Dicke

»5 in Abhängigkeit von der Beschleunigung einer sich bewegenden Vorrichtung, an welcher der Beschleunigungsmesser angebracht ist, in Schwingungen versetzt, wobei die Widerstandsänderungen der Dehnungsmeßstreifen Sl, S2, welche auf die obere und untere Seite der Biegefeder 5 geklebt sind, als elektrisches Ausgangssignal verwendet werden, um die Beschleunigung mittels des Brückenmeßkreises und eines Meßinstrumentes zu erfassen.
Wegen der kleinen Zwischenräume zwischen den

Oberflächen der Dämpfungswände 8 und 9 und beiden Seitenwandungen der Massen 6a und 6b am freien Ende des Vibrators 4 wird die Eigenfrequenz des Vibrators durch den Viskositätswidirstand des in den Zwischenräumen befindlichen Öles absorbiert.

Das hat zur Folge, daß der Vibrator in Übereinstimmung mit den abrupten und zeitlichen Beschleunigungsänderungen, die auf den Vibrator wirken, in Schwingungen versetzt wird, weswegen es möglich ist, die Beschleunigungsänderungen korrekt zu erfassen.

Wenn der Ausdehnungskoeffizient der den Behälter 1 ausfüllenden Dämpfungsflüssigkeit größer ist als derjenige des den Behälter bildenden Metalls, würde normalerweise bei einem Ansteigen der Flüssigkeitstemperatur ein Austreten der Flüssigkeit oder aber eine Beschädigung des Behälters die Folge sein. Die Luftkammer 12 verhindert dies aber. Die dünne Folie 11 wird, wenn die Flüssigkeit infolge Temperaturanstiegs expandiert, unter der Wirkung des öl-

drucks in die Luftkammer 12 hineinge<*rückt, weswegen die Flüssigkeit unter praktisch konstantem Druck bleibt. Aus diesem Grunde werden die normalerweise durch Öldruckänderungen verursachten Meßfehler eliminiert, während gleichzeitig ein Aus-

tritt von Flüssigkeit und eine Beschädigung des Behälters vermieden wird.

Die beiden Dämpfungswände 8, 9 sind aus Bimetallstreifen hergestellt und biegen sich in Solcher Richtung durch, daß die Abstände zwischen den

6s Dämpfungswänden und den Seitenwänden der Mas* sen 6 a und 6 ft verringert werden, wen» die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt. Hierdurch wird die sich aus der Änderung der Temperatur ergebende Ände-

rung des Dämpfungsfaktors kompensiert. Bei einem fen Sb und 9b verwendet werden, wobei der linear« Beschleunigungsmesser, bei welchem die Dämpfungs- Ausdehnungskoeffizient von Bernstein 0,9 1O^-V⁰C wände nahe an der Biegefeder angeordnet sind, an ist, während Messing für die Platten 8 a und 9 a ver· deren freiem Ende Massen gehalten werden, wird die wendet werden kann, dessen linearer Ausdehnungs-Dämpfung des Vibrators durch den Viskositäts- 5 koeffizient 191O^-V⁰C ist. In diesem Falle bieger widerstand der Flüssigkeit im 2',wischenraum zwi- sich die Dämpfungswände 8 und 9, wenn die sehen der Dämpfungswand und der dieser benach- Flüssigkeitstemperatur ansteigt, einwärts in Richtung harten Oberfläche der gegenüberliegenden Masse be- auf den Vibrator 4, wobei sie die Spaltbreite zwistimmt, wobei der Dämpfungsfaktor durch nachfol- sehen den Dämpfungswänden und den Seitenflächen gends Formel dargestellt wird: io der Massen 6a und 6 b verringern, um den Viskosi

tätswiderstand der Flüssigkeit in diesen Spaltberci-

klßA chen zu steigern. So bleibt der Dämpfungsfaktor

f ⁼ —7, -r~ > konstant, und die Beschleunigung wird korrekt er-

^Cch faßt.

worin 15 Wenn sich die Dämpfungswände 8 und 9 in-

k = Konstante ^°'ß^e Temperaturanstiegs in Richtung aufeinander zu

μ = Viskosität'der Flüssigkeit, biegen, berührt das Ende des Anschlagstiftes 13 die

Cc = kritischer Dämpfungskoeffizient, innere Wandfläche der Dämpfungswand 9, um den

A = Fläche der der Dämpfungswand gegenüber- Zwischenraum zwischen den Wänden auf einen vorliegenden Oberfläche der Masse, ¹⁰ bestimmten Abstand zu begrenzen, so daß eine Be-A = Abstand zwischen der Oberfläche der Masse ¹T¹Ti ™r Innenflächen der beiden Dämpfungsund der gegenüberliegenden Dämpfungs- wände 8, 9 mit den Seitenflächen der Massen 6 α und wand 66 vermieden wird.

Das Verhältnis der Viskositätsänderung zur Anist. 35 derung der Flüssigkeitstemperatur ist bei niedriger

Temperafttr größer und bei höherer Temperatur

In der Formel ist * ein Faktor, welcher durch kleiner (vgl. Punkt α in Abb. 1). Deshalb sollte der Form und Größe bestimmt sein kann, während Cc Bimetall-Aufbau der Dämpfungswände variiert werdurch die Federkonstante des Vibrators bestimmt den, um den Abstand dazwischen in Übereinstimwird, die von der Größe der Masse abhängt. Wenn A 30 mung mit den Bedingungen niedriger oder hoher ein fester Wert ist, kann der Dämpfungsfaktor durch Temperatur zu ändern, damit sich eine korrekte Abdie Beziehung zwischen der Viskosität μ und dem Iesung der Beschleunigung ergibt. Ein Weg, dies zu Abstand h bestimmt werden. Mit anderen Worten erreichen, besteht darin, die biegbare freie Länge ändert sich der Dämpfungsfaktor in Abhängigkeit der Dämpfungswand bei hoher Temperatur kleiner von der Viskositätsänderung der Flüssigkeit. Diese 35 als bei niedriger Temperatur zu machen. Dies ergibt wird ihrerseits hauptsächlich verursacht durch eine bei hoher Temperatur eine kleinere Abstandsände-Temperaturänderung der Flüssigkeit, und deswegen rung zwischen den freien Enden der Dämpfungsändert sich der Dämpfungsfaktor bei einer Tempe- wände pro Grad Temperaturänderung als bei niedraturänderung der Flüssigkeit. riger Temperatur. Dadurch ergibt sich eine bessere

Die Viskositätsänderung bei einer Temperatur- 40 und korrektere Kompensation des Dämpfungsfaktors, änderung der Flüssigkeit ist in Abb. 1 im Diagramm Möglichkeiten zur Verwirklichung dieses Prinzips

dargestellt. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit sind in den A b b. 6 und 7 dargestellt. Der Behälter steigt, wird deren Viskosität gesenkt und der Dämp- zur Aufnahme des Beschleunigungsmessers und der fungsfaktor verringert sich entsprechend. Wenn je- Flüssigkeit sowie die Art und Weise des Aufbringens doch der Abstand zwischen der Däinpfungswand und 45 des Beschleunigungsmessers sind die gleichen wie bei der Vibratormasse proportional zur Temperatur- der Ausführungsform gemäß A b b. 4, weswegen Eränderung der Flüssigkeit geändert wird, ist es mög- läuterungen dazu nicht erforderlich sind. Die Pämplich, die Viskositätsänderung zu kompensieren. Es ist fungswände aus Bimetallstreifen gemäß A b b. 6 sind deshalb möglich, den Vibrator so schwingen zu las- auch die gleichen, und deT Vibrator wird, wie in sen, daß er korrekt auf die Beschleunigung anspricht 50 Abb. 4 gezeigt ist rechtwinklig zur Zeichenebene und zwar durch geeignete Drernngen, in dieselbe hinein und daraus heraus in Schwmguntmd daß er die korrekte Beschleunigung innerhalb gen versetzt Ein zweiter Anschlagstift 14 a, ähnlich ein« breiten Temperaturbereichs korrekt mißt, in- dem Anschlagstift 13, ist an der Wand 8 in einem dem die Änderung des Dämpfungsfaktors, welche mittleren Bereich derselben befestigt, wobei sein durch die Temperaturänderung verursacht wurde, 55 freies Ende die Innenfläche der Dämpfungswand 9 infolge Verwendung von Dämpfungswänden aus Bi- berührt, wenn die beiden Dämpfuagswände 8 und 9 metallstreifen automatisch kompensiert wird. unter dem Anstieg der Flüssigkeitstemperatur bis auf

Der Aufbau der Dämpfungswände 8 und 9 einen vorbestimmten Wert innerhalb des Temperaaus Bimetallstreifen ist in Abb.4 gezeigt Jede turbereichs, in welchem der Beschleunigungsmesser Wand 8, 9 ist aus zwei verschiedenen Metallstreifen 60 verwendet werden kann, gekrümmt sind. Ein (nicht 8a, 9b, 9a, 9b zusammengesetzt, welche verschie- gezeigter) ähnlicher Anschlagstift ist in symmetridene Ausdehnungskoeffizienten haben. Es ist mög- scher Position auf der anderen Seite der Biegefeder 5 lieh, wenigstens für einen der beiden Streifen eicer angeordnet Die beiden letztgenannten Anschlagstifte Dämpfungswand anderes Material als Metall zu ver- erstrecken sich praktisch rechtwinklig zur Wand 8 wenden. Die inneren Streifen 86 und 9 b sind aus 65 bis fast an die Wand 9 hin. Wenn es erwünscht ist demselben Material gemacht, dessen Ausdehnungs- können zusätzliche Anschlagstifte vorgesehen werkoeffizient kleiner als derjenige der äußeren Streifen den, deren Positionen von der Eigenschaft der Bi-8a and 9a ist. So kann z. B. Bernstein für die Strei- metallstreifen der Dämungs wnde, von deren

re C rs-

Länge, von der Art der Dämpfungsflüssigkeit und von anderen Faktoren abhängen. Im allgemeinen reicht es aber aus, einen Anschlagstift in der Nähe der Mitte zwischen dem eingespannten Ende und dem freien Ende der Dämpfungswand 8 vorzusehen. S

Der Zwischenraum zwischen dem Anschlagstift 13 bzw. den zusätzlichen Anschlagstiften 14a und der Biegefeder 5 wird so gewählt, daß beim Schwingen der Biegefeder 5 eine gegenseitige Berührung ausgeschlossen ist. ίο

Die Ausführungsform gemäß A b b. 6 arbeitet wie folgt. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt und die freien Enden der A.nschlagstifte 13 und 14a die innere Oberfläche der Dämpfungswand 9 noch nicht berühren, biegen sich die Dämpfungswände praktisch über ihre gesamte Länge 11, von ihren eingespannten Enden zu ihren freien Enden. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit etwas weiter ansteigt, berührt das freie Ende des Anschlagatiftes 14 a die Dämpfungswand 9 und verhindert dadurch eine wei- ao tere Verringerung des Zwischenraums zwischen den Dämpfungswänden 8 und 9 auf der Länge 12—11. Bei weiterem Temperaturanstieg wirkt der Anschlag ί4α als ein Abstützpunkt, welcher das Verbiegen der Dämpfungswände auf ihre Endbereiche /1 beschränkt. So wird die Abstandsverringerung zwischen den innenflächen der Dämpfungswände 8 und 9 und den Massen 6 a, 6 b als Folge einer Temperaturänderung bei hoher Temperatur im Vergleich zu der bei einer Temperaturänderung bei niedriger Temperatur auftretenden Abstandsverringerung in Übereinstimmung mit der Tatsache reduziert, daß die Viskositätsänderung bei einer Temperaturänderung der Flüssigkeit im Bereich hoher Temperaturen kleiner ist. Auf diese Weise wird die Änderung des Dämpfungsfaktors infolge von Temperaturänderungen in einem perfekten Grade kompensiert.

In der Ausführungsform gemäß A b b. 7 ist der Anschlagstift 14a ersetzt durch Vorsprünge 151,152, die seitlich von dem inneren Ende der Grundplatte Ta abstehen. Diese Anschläge können die Innenflächen der Dämpfungswände 8 und 9 berühren, wenn die Dämpfungswände bei einem Temperaturanstieg der Flüssigkeit einwärts gekrümmt werden. Entsprechende Anschläge können auch auf der Grundplatte Ib vorgesehen werden. Es wird derselbe Effekt erzielt, wie mit dem Anschlagstift 14 a in Abb. 6.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Beschleunigungsmesser mit elektrischem Abgriff, einem eine Dämpfungsflüssigkeit enthalten-Sen Gehäuse und einer darin an einer eingespannten Biegefeder angeordneten trägen Masse sowie je einem beiderseits der Masse und der Biegefeder angeordneten Bimetallstreifen, dessen Fläche jeweils unter Spaltbildung parallel zur Schwin- "> gungsricbtung verläuft, als Dämpfungswand zur Änderung eines Durchtrittsquerschnitts für die Dämpfungsflüssigkeit, wobei jede der Dämpfunsswände ein eingespanntes sowie ein freies Ende aufweist, ferner mit einem Anschlag, der ein Ver- »5 biegen der beiden D'ämpfungswände über ihre gesamte freie Länge ermöglicht, bis die Temperatur der im Gefäß befindlichen Flüssigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht, und der dann den weiteren Biegevorgang der Dämpfungswände beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (14a, ISl, 152) bzw. mehrere Anschläge zwischen den Dämpfungswänden (8, 9) an einer Stelle zwischen dem eingespannten und dem freien Ende der Dämpfungswände derart angeordnet ist bzw. sind, daß beim Überschreiten der vorbestimmten Temperatur in der Flüssigkeit der Anschlag bzw. die Anschläge nacheinander die zugewandten Innenflächen der beiden Dämpfungswände berühren, um damit einen zwischen den Dämpfun^swänden befindlichen Raum festzulegen, und mit Ausnahme der freien, auf der anderen Seite des Anschlages I ,genden Teile (/1) ein weiteres Verbiegen der Wände verhindert, wobei der Anschlag einen Schw^nkpunkt bildet, um den sich die freien Teile (/1) der Dämpfungswände biegen, wenn die Temperatur der Flüssigkeit den vorbestimmten Wert übersteigt.

   Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

   Bei dem durch die US-PS 2 822 161 bekanntgewordenen Beschleunigungsmesser dieser Art sind beiderseits der Masse und der Biegefeder jeweils zwei Bimetallstreifen angeordnet, von denen die äußeren jeweils kürzer und stärker ausgebildet sind als die inneren. Die Bimetallstreifen haben die Aufgabe, die im wesentlichen die Dämpfung bestimmende Spaltbreite zwischen der Masse und der Biegefeder auf der tinen Seite und den inneren Bimetallstreifen auf der linderen Seite bei steigender Temperatur zu verringern, um hierdurch eine Kompensation der Viskositätsänderung der Dämpfungsflüssigkeit in dem Syfctemgehäuse zu bewirken. Im Bereich der freien Enden der inneren Biegefedern sind Anschläge vorgesehen, die verhindern, daß bei einer sehr starken Temperaturerhöhung die Enden an der schwingenden Masse anschlagen. Die äußeren Bimetallstreifen haben die Aufgabe, beim Anstoßen der inneren Bimetallstreifen an die betreffenden Anschläge, d.h. beim Überschreiten einer Orenztemperatur, zu ver- 6$ hindern, daß sich bei weiterer Temperaturerhöhung die inneren Bimetallstreifen im mittleren Bereich ausbauchen und damit ein entgegengesetzter Effekt erzielt wird, als er beabsichtigt ist. Es würde nämlich hierdurch wieder die Spaltbreite vergrößert werden, wohingegen bei noch weiter steigender Temperatur und damit weiterer Verringerung der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit zumindest eine Beibehaltung der Spaltbreite erwünscht ist. Bei entsprechender Ausbildimg der äußeren Bimetallstreifen und geeigneter Abstimmung ihrer Länge kann erreicht we,-den daß nach Überschreiten der Grenztemperatur die Spaltbieite im Sinne einer automatischen Kompensation der Abnahme der Viskosität de·. Dämpfungsflüssigkeit weiter verringert wird.

   Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit ist in der Regel nicht linear. Das heißt, es ändert sich auch der Temperaturkoeffizient mit der Temperatur, und zwar ist er bei niedrieen Temperaturen größer als bei höheren Temperaturen Es ist deshalb bei einer Temperaturkompensation des Beschleunigungsmessers erwünscht, die SpaJiiireite im Bereich niedriger Temperieren bei einer bestimmten Temperaturänderung starker zu verringern als bei höheren Temperaturen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hierfür eine einfache Lösung anzugeben, d. h. bei einem Bescnleunigungsmesser der im Gattungsbegriff des Anspruches genannten Art zu erreichen, daß die auf die Temperatureinheit bezogene Änderung der Spaltbreite zwischen der Masse \κΆ der Biegefeder einerseits und den sich hieran nach außen anschließenden Bimetallstreifen andererseits bei niedrigen Temperaturen größer ist als bei hohen Temperaturen.

   Die Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

   Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, die biegbare freie Länge der Dämpfungswände bei hohen Temperaturen kleiner als bei niedrigen Temperaturen zu machen und damit auch den Einfluß der pro Tempc/atureinheit bewirkten Änderung der Spaltbreite entsprechend zu verringern. Dies geschieht durch wenigstens einen Anschlag im mittleren Bereich der freien Länge der Dämpfungswände, der als Stützpunkt wirkt und beim Anstoßen der Dämpfungswand an diesen Anschlag den Bereich zwischen der Einspannstelle und dem Anschlag für die weitere Spaltbreitenänderung nahezu wirkungslos macht. Werden im Bereich zwischen dem eingespannten Ende und dem freien Ende der Dämpfungswände mehrere Anschläge vorgesehen, so kann nicht nur eine zweistufige Anpassung an den Temperaturkoeffizienten, sondern eine mehrstufige Anpassung vorgenommen werden. Diese Anpassung erfolgt mit einfachsten Mitteln, d. h., ohne daß wie beim Stand der Technik zusätzliche Bimetallstreifen erforderlich sind, und ist auch ohne besondere Justierschwierigkeiten durchzuführen.