DE19743947A1 - Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs eines Meßwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs eines Meßwerks gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Analoge Meßwerke sind in unterschiedlicher Bauart bekannt, beispielsweise als Drehmagnetmeßwerk, Drehspulmeßwerk, Dreheisenmeßwerk oder als elektrodynamisches Meßwerk. Derartige Meßwerke besitzen ein bewegliches Organ, dessen Lage sich unter dem Einfluß der Meßgröße ändert. Die Teile des Meßwerks, durch die die Meßgröße eine Bewegung sowie - in der bevorzugten Bauart - ein Drehmoment des beweglichen Organs erzeugt, sind feststehend. Die feststehenden Teile des Meßwerks tragen üblicherweise auch eine Skala, während mit dem beweglichen Organ ein Zeiger zur Anzeige des Meßwerts fest verbunden ist.

Der Zeigerausschlag ist eine von der Meßgröße hervorgerufene Verschiebung des Zeigers aus seiner Ruhelage. Um unerwünschte Zeigerschwingungen um den Anzeigewert zu verhindern, sind verschiedene Maßnahmen zur Dämpfung des beweglichen Organs bekannt geworden. Beispielsweise sind Dämpfungen im Einsatz, die den Widerstand ausnutzen, den Stoffteilchen der Kraft beim Verschieben des beweglichen Organs entgegensetzen. Diese, die innere Reibung von Stoffen ausnutzenden Dämpfungen werden durch Schmierstoffe geeigneter Viskosität realisiert, die zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen des Meßwerks eingebracht sind. Die Einbringungsstellen für den Schmierstoff befinden sich dabei in definierten Bereichen zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen des Meßwerks. Diese Bereiche befinden sich bei Drehmeßwerken üblicherweise entweder am Umfang oder an einer oder an beiden Stirnseiten des beweglichen Organs oder in dessen Lagerbereich.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei Meßwerken, die aufgrund ihres Betriebsortes einer starken Schwingungsbeanspruchung ausgesetzt sind, flüssige Schmierstoffe nicht zuverlässig und dauerhaft an ihren Einbringungsstellen gehalten werden können, was jedoch zu einem Dämpfungsverlust führt und damit die Brauchbarkeit und Funktionalität eines Meßwerks beeinträchtigen kann. Werden zur Abhilfe höher viskose Schmierstoffe eingesetzt, erfolgt während der Schwingungsbeanspruchung an der Reibstelle ein Abriß des Schmierstoffs infolge von dessen Teilung oder Trennung in mehrere Teilbereiche, so daß sich das bewegliche Organ quasi ungedämpft bewegt. Dieses Verhalten des Schmierstoffs entsteht durch Relativbewegungen zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen des Meßwerks. Denn die Schwingungsbeanspruchung führt zu Volumenänderungen an den Einbringungsstellen des Schmierstoffs, wodurch dieser verschoben und verdrängt wird. Wählt man die Viskosität des Schmierstoffs sehr hoch, wird dieser bei starker Schwingungsbeanspruchung noch rascher in einzelne Teilbereiche getrennt, da die in ihm wirkenden Scherkräfte sehr groß werden und die Schnelligkeit der Bewegung zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen ein Zusammenfließen der voneinander getrennten Teilbereiche des Schmierstoffs verhindert.

Ein weiterer auf das Dämpfungsverhalten Einfluß nehmender Aspekt ist, daß das Spiel zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen des Meßwerks nicht beliebig verringert werden kann, weil sonst infolge von Temperaturdehnung und den Toleranzen der beteiligten Bauteile ein Verklemmen des beweglichen Organs nicht sicher vermieden werden kann. Auch ist ein solches Vorgehen aus fertigungstechnischen Gründen nicht sinnvoll.

Ebenso kann auch die Beschleunigungsmasse des beweglichen Organs nicht wesentlich verringert werden, da es den Zeiger und weitere Funktionselemente des Meßwerks trägt, deren Massen beim dynamischen Verhalten des beweglichen Organs berücksichtigt werden müssen. Beim Drehmagnetmeßwerk wäre ein solches Funktionselement z. B. ein Dauermagnet, dessen Masse vom beweglichen Organ sicher getragen werden muß. Somit erfordert das bewegliche Organ eine stabile Welle aus einem Werkstoff hoher Dichte, weshalb dafür vorwiegend ein Stahl verwendet wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs eines Meßwerks aufzuzeigen, die auch bei einer starken Schwingungsbeanspruchung des Meßwerks eine zuverlässige und dauerhafte Dämpfung seines beweglichen Organs sicherstellt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der gefundenen Lösung.

Die Lösung sieht im wesentlichen eine Anordnung vor, bei der die Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs vom eigentlichen Meßwerksaufbau räumlich getrennt ist. Die Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs ist als eine eigenständige Funktionseinheit ausgebildet. Sie bildet ein Dämpfungselement, welches aus einem Dämpfungsrotor besteht, der in einem mit einem viskosen Schmierstoff gefüllten Raum beweglich gelagert ist.

Der Dämpfungsrotor ist mit dem beweglichen Organ des Meßwerks gekoppelt und wird von diesem durch dessen Verschiebung bzw. Drehbewegung angetrieben. Die Kopplung des beweglichen Organs mit dem Dämpfungsrotor kann z. B. durch ein Getriebe erfolgen, dessen Zahnräder oder sonstige Mittel zur Übertragung des Drehmoments vorteilhafterweise in achsparalleler Richtung eine Relativbewegung zulassen, um eine auf das bewegliche Organ einwirkende starke Schwingungsbeanspruchung nicht auf den Dämpfungsrotor zu übertragen.

Durch eine geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes zur Übertragung der Drehbewegung des beweglichen Organs auf den Dämpfungsrotor kann das Reibverhalten des verwendeten Schmierstoffes optimal an die Drehgeschwindigkeit des Dämpfungsrotors angepaßt werden. Auch lassen sich am selben Meßwerk unter Beibehaltung desselben Dämpfungselements durch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes am beweglichen Organ unterschiedliche Dämpfungsverhalten einstellen. Und da das Dämpfungselement nur die Funktion der Dämpfung ausübt, ohne weitere Funktionselemente des Meßwerks abstützen oder tragen zu müssen, kann die Beschleunigungsmasse des Dämpfungsrotors bis auf ein unkritisches Minimum reduziert werden.

Neben der Lösung der eigentlichen Aufgabe sind dieses alles zusätzliche Vorteile, die daraus erwachsen, daß die Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs vom eigentlichen Meßwerksaufbau räumlich getrennt angeordnet ist. Gerade bei Anwendungen in der Automobiltechnik, z. B. bei Tachometern oder anderen analogen Anzeigeinstrumenten, verbessert die vorgeschlagene Lösung zuverlässig und dauerhaft die Brauchbarkeit und Funktionalität gattungsgemäßer Meßwerke, weil Meßwerke, die in Fahrzeugen verbaut sind, in ihrem Betrieb stets einer starken Schwingungsbeanspruchung ausgesetzt sind.

Überdies ist es auch vorteilhaft, daß sich die gefundene Lösung günstig auf den Abgleichvorgang des Meßwerks auswirkt, da die Ankopplung des Dämpfungselements an das bewegliche Organ durch eine geeignete Ausgestaltung des Koppelelementes auf einfache Weise auch erst nach dem Abgleichvorgang vorgenommen werden kann, falls dieses sequentielle Vorgehen gewünscht wird. Der Vorteil dieser Möglichkeit, erst später im Fertigungsprozeß eines Meßwerks die Ankopplung des Dämpfungselements an das bewegliche Organ vornehmen zu können, besteht darin, daß ein ungedämpftes Meßwerk bedeutend schneller abgeglichen werden kann.

Anhand von zwei Figuren soll die vorliegende Erfindung nochmals kurz erläutert werden. Ohne in irgendeiner Weise darauf beschränkt zu sein, wurde beispielhaft ein Drehmagnet-Quotientenmeßwerk gewählt. Die Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung den Stand der Technik für eine Dämpfung des beweglichen Organs eines solchen Meßwerks. Dem wird in der Fig. 2 die gefundene Lösung mit einem separaten Dämpfungselement gegenübergestellt.

Die Fig. 1 zeigt zunächst die feststehenden Teile des Meßwerks, die in diesem Beispiel aus einem zweiteiligen Gehäuse 1 bestehen, in dem ein aus einer Unterschale 2a und einer Oberschale 2b bestehender Spulenkörper eingefaßt ist, wobei der Spulenkörper die symmetrisch und orthogonal zueinander angeordneten Spulenpaare 3a und 3b bzw. 4a und 4b trägt. Zentrisch im Spulenkörper ist das bewegliche Organ des Meßwerks gelagert, das aus einer Welle 5 und aus einem starr mit der Welle 5 verbundenen Dauermagneten 6 sowie einem Zeiger 7 besteht, wobei der Zeiger 7 an dem Ende der Welle 5 angebracht ist, das am Gehäuse 1 des Meßwerks übersteht. Die Welle 5 stützt sich einerseits mit einer vorzugsweise stählernen Achsspitze 8 in einem in der Unterschale 2a des Spulenkörpers eingelassenen, mit einer kegelförmigen Bohrung 9 versehenen Lager 10 ab und wird andererseits durch ein Gleitlager 11 in der Oberschale 2b des Spulenkörpers geführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in dieser Figur Torsionsfedern nicht dargestellt, die zu dem durch die Meßgröße am beweglichen Organ erzeugten elektromagnetischen Drehmoment ein mechanisches Gegendrehmoment bewirken. Dieser aus dem Stand der Technik bekannte grundsätzliche Aufbau eines analogen Meßwerks soll auch unverändert für das Ausführungsbeispiel der Erfindung gelten.

Zur Vermeidung unerwünschter Zeigerschwingungen wird bei herkömmlichen Meßwerken an verschiedenen Stellen zwischen dem beweglichen Organ und den es umgebenden feststehenden Teilen des Meßwerks ein dämpfender Schmierstoff geeigneter Viskosität eingebracht. Die Einbringungsstellen für den Schmierstoff 12 können sich, wie in der Fig. 1 dargestellt, im Lagerbereich A der Welle 5 oder am Umfang B oder an einer oder an beiden Stirnseiten C des Dauermagneten 6 befinden.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, wie in der Fig. 2 dargestellt, statt der Einbringung eines dämpfenden Schmierstoffes 12 an den zuvor genannten Stellen A, B oder C beabstandet vom beweglichen Organ, und damit räumlich getrennt von diesem, ein eigenständiges Dämpfungselement 13 vorzusehen, das sich im oder am Gehäuse 1 des Meßwerks befindet. Das Dämpfungselement 13 besteht aus einem Dämpfungsrotor 15, der in einem mit einem viskosen Schmierstoff 16 gefüllten Raum 17 beweglich gelagert ist. Der Dämpfungsrotor 15 wird über ein Getriebe 18 von der Welle 5 des beweglichen Organs angetrieben, wobei das Getriebe 18 aus Zahnrädern 19 und 20 besteht, die vorteilhafterweise in ihrem gegenseitigen Eingriff in achsparalleler Richtung eine Verschiebung zulassen. Die Zahnräder 19 und 20 müssen nicht notwendigerweise vollumfänglich als solche ausgebildet sein, sondern insbesondere dann, wenn während des Abgleichvorgangs des Meßwerks eine Entkopplung des Dämpfungsrotors 15 vom beweglichen Organ beabsichtigt ist, mag es zweckmäßiger sein, wenigstens eines der Zahnräder 19 oder 20 nur als Segmentzahnrad, z. B. als 3/4-Segmentzahnrad auszubilden, damit die Zahnräder 19 und 20 in eine Betriebsstellung bringbar sind, in der sie sich mit ihren Zähnen nicht im Eingriff befinden.

Der Dämpfungsrotor 15 besteht im wesentlichen aus einer in einer Lagerbuchse 14 gelagerten Welle 21, die in dem mit dem Schmierstoff 16 gefüllten Raum 17 einen vorzugsweise rotationssymmetrischen Dämpfungskörper 22 besitzt der beispielsweise die Form eines Zylinders hat und direkt an der Welle 21 angeformt sein kann. In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, das Dämpfungselement 13 konstruktiv in das Gehäuse 1 des Meßwerks zu integrieren, so wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Das Dämpfungselement 13 kann aber bedarfsweise auch als separates Bauteil mit einem eigenständigen Gehäuse ausgebildet sein.

Sowohl durch die Wahl eines Schmierstoffes mit einer geeigneten Viskosität als auch durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes kann auf die Anzeige des analogen Meßwerks Einfluß genommen werden. Auch kann die Beschleunigungsmasse des Dämpfungsrotors sehr klein gewählt werden. Auch wenn es hier nicht näher ausgeführt ist, so läßt sich die vorgeschlagene Lösung im Grundsatz auch auf Meßwerke mit translatorischer Bewegung übertragen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Dämpfung des beweglichen Organs eines Meßwerks, wobei das Meßwerk in seinem Gehäuse (1) feststehende Teile besitzt die das bewegliche Organ haltern und mit deren Hilfe eine Meßgröße eine Bewegung des beweglichen Organs erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung des beweglichen Organs ein Dämpfungselement (13) vorgesehen ist, das aus einem vom beweglichen Organ beabstandet angeordneten Dämpfungsrotor (15) besteht, der mit dem beweglichen Organ gekoppelt ist und von diesem angetrieben wird sowie in einem mit einem viskosen Schmierstoff (16) gefüllten Raum (17) beweglich gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (21) des Dämpfungsrotors (15) mit einer Welle (5) des beweglichen Organs durch ein Getriebe (18) gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (18) bei der Drehmomentübertragung von der Welle (5) des beweglichen Organs auf die Welle (21) des Dämpfungsrotors (15) zwischen beiden Wellen in achsparalleler Richtung eine Relativbewegung zuläßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (18) eine Betriebsstellung aufweist, in der der Dämpfungsrotor (15) vom beweglichen Organ entkoppelt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) des Dämpfungsrotors (15) einen angeformten rotationssymmetrischen Dämpfungskörper (22) aufweist, der sich in dem mit dem viskosen Schmierstoff (16) gefüllten Raum (17) bewegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (13) in das Gehäuse (1) des Meßwerks integriert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (13) als ein separates Bauteil mit einem eigenständigen Gehäuse ausgebildet ist.