DE4000701A1

DE4000701A1 - Vorrichtung zur messung der wegneigung und der geschwindigkeitsaenderung an zweiraedern und kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4000701A1
Application number: DE19904000701
Authority: DE
Inventors: Johannes P F Dr Conrads; Volker Dr Uttenweiler
Original assignee: Conrads Johannes P F
Current assignee: Conrads Johannes P F
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1991-07-25

Description

Aufgabe

Die Erfindung ermöglicht, versorgungsfrei auf einfache und somit kostengünstige Art, an Fahrrädern, insbesondere an Mountain Bikes und Rennrädern, und allgemein in Fahrzeugen Neigungen der Straße und des Geländes sowie bei konstanter wie veränderlicher Neigung positive und negative Horizontalbeschleunigungen zu erfassen und anzuzeigen, wobei erfindungsgemäß ein besonders einfacher Über setzungsmechanismus gewählt wurde, der bei großen Neigungen und großen Geschwindigkeitsänderungen, wie sie zum Beispiel bei Vollbremsungen auftreten, einen gut ablesbaren Zeigerausschlag bewirkt. Eine im Anwendungsbereich temperaturunabhängige Dämpfung ermöglicht den Gebrauch des erfindungsgemäßen Gerätes auch bei Befahren eines holprigen Untergrundes. Als Beschleunigungsmesser im besonderen in Motor getriebenen Fahrzeugen ermöglicht das erfindungsgemäße Gerät eine Ablesung senkrecht zur Fahrt richtung und besitzt eine Skala, die sich bei wechselnden Neigungen selbsttätig relativ zum Zeigen einnullt.

Eine besonders einfache Vorrichtung zur Nullpunktfestlegung ist beim Steigungsmesser gegeben.

Das erfindungsgemäße Gerät wird mit einem an sich bekannten, besonders sensitiven Neigungs- bzw. Beschleunigungsmesser in einem Meßgerät zusammengefaßt und erweitert so erheblich den Meßbereich, der mit einem Blick erfaßt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist in beigefügter Zeichnung erläutert. Sie zeigt die Vorrichtung in einem zylindrischen Gefäß: links zwei Draufsichten (Abb. 1 und Abb. 2), die zueinander senkrecht sind und rechts einen Querschnitt (Abb. 3) durch die Vorrichtungen geführt entlang der Symmetrieachsen von Deckel und Boden. Bei der Draufsicht in Abb. 1 ist der Deckel entfernt.

Lösung

Der Meßwertgeber ist ein Zeiger (1), der an einem Ende drehbar gelagert ist und von einem Nocken (2), der längst der Zeigerachse gleiten kann, mitgenommen wird, wenn ein starres Pendel (3), an dem der Mitnehmernocken (2) exzentrisch oberhalb des Pendel drehpunktes (4) angebracht ist, sich in seiner Lage relativ zum Zeigerdrehpunkt (5) verschiebt. In den Patentansprüchen werden der Mitnehmernocken (2) auch Exzenterlager und die Führung des Zeigers im Nocken als Geradführung bezeichnet. Der Nocken des Exzenterlagers hat senkrecht zu seiner Achse eine weite Bohrung, durch die der Zeiger durchgesteckt ist. Pendel, Zeiger und Lager befinden sich in einem Gehäuse (7), das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, deren Viskositätsänderung im Temperaturbereich von -40 C<T<50 C die Dämpfung des Pendel/Zeigersystems nicht beeinflußt. Erfindungsgemäß können auch Flüssigkeiten mit sehr kleiner Viskosität benutzt werden. Hier wird die Dämpfung durch die Verwendung von Dämpfungslamellen erreicht, die so geformt sind, daß ein Teil von Ihnen bei der Bewegung des Pendel/ Zeigersystems eine möglichst hohe Geschwindigkeit relativ zur Flüssigkeit hat. Die sich bewegenden Teile können erfindungs gemäß auch so gestaltet werden, daß der Strömungswiderstand der bei der Bewegung des Pendel/Zeigersystems in der Flüssigkeit relativ zueinander und/oder relativ zur Gefäßwandung so hoch ist, daß hinreichende Dämpfung erfolgt. Beim Beschleunigungsmesser mit sich automatisch nullender Skala wird ein zweites Gerät gleicher Bauart Seite an Seite spiegelbildlich in das Gefäß eingebracht, das am Zeigerende eine in Bruchteilen der Erdbeschleunigung geteilte Skala trägt. Durch sehr unterschiedliche Wahl der Löcher in den Lamellen und durch sehr unterschiedliche Spalte zwischen sich beweglichen Teilen wird eine sehr unterschiedliche Dämpfung der sich bewegenden Skala relativ zum Zeigers, der über die Skala streicht, erreicht. Bei konstanter Geschwindigkeit und sich ändernder Neigung wird zuerst der Zeiger von der Nullmarke abweichen. Langsam schiebt sich die Skala unter dem Zeiger wieder in "Null"-Stellung. Bei einer plötzlichen Geschwindigkeitsände rung zeigt der Zeiger die positive oder negative Beschleunigung an, wobei sich die Skala kaum bewegt.

In der Abb. 1 ist die gebogene und in den oberen Teil des Gefäßes reichende Dämpfungslamelle der Übersicht halber nicht dargestellt. Die Dämpfungslamellen werden zweckmäßigerweise am Pendelkörper angebracht. Ebenso zu sehen ist ein Pendelaus schlagbegrenzer in Form eines geformten Bleches (9), der erfin dungsgemäß beim Auftreffen der Dämpfungslamelle federnd zurück weicht und in seiner weiteren Bewegung durch die Flüssigkeit bedämpft wird und somit eine prellfreie Ausschlagbegrenzung darstellt.

Der am freien Ende um 90 Grad abgewinkelte Zeiger (1) bewegt sich unterhalb einer durchsichtigen Skala (10). Der Zeiger wird durch ein Schauglas (11) betrachtet. Ein Skalenspiegel (12) ver deckt den Einblick in das Gerät und dient dem Paralaxenausgleich. Der Einblick in das Gerät kann auch durch eine Skala bei Wegfall des Skalenspiegels verdeckt werden, so daß die durchsichtige Skala entfällt.

Das Gefäß hat als Grundform zweckmäßigerweise die Gestalt eines flachen Zylinders, wobei der Zylindermantel, der aus Zeiger drehpunkt gegenüberliegt, größtenteils als Schauglas gestaltet ist. Einbaulage für Beobachtung von oben: Zeigerlager unten, Schauglas oben, montiert an Drehgelenke (13), mit deren Hilfe das Gefäß am Fahrzeug zu Eichzwecken gegenüber der Horizontalen verdreht werden kann. Ein Halter (14) verbindet das Gefäß über eine Steckverbindung (15) mit dem Fahrzeug. Einbaulage für Beobachtung in Fahrtrichtung (z. B. Einbau in ein Armaturen- Brett eines Kfz): Zeigerlager ist in der horizontalen Ebene durch die Achse des Pendellagers oder in Nähe dieser Ebene an der Gefäßwand angebracht und das Exzenterlager befindet sich in der Nähe oder in dieser Ebene an einer Nase, die am Pendelkörper mon tiert ist. Deckel oder Boden des Zylinders, d. h. seine Wangen können das Pendellager (4) aufnehmen. Es ist aber auch möglich, daß Zeiger und Pendellager von einer Stützkonstruktion aufgenommen werden, die im Gefäß in die Flüssigkeit eintaucht.

Es sei a die effektive Zeigerlänge, c der Abstand zwischen Pendellager und Zeigerlager, d der Abstand zwischen Pendellager und Exzenterlager, b die Beschleunigung des Fahrzeuges (sie kann positiv oder negativ sein) g die Erdbeschleunigung und s der Skalenausschlag, dann gelten folgende Beziehungen:

Beschleunigungsmessung:
s=a×d/c×sin arctg b/g
Neigungsmessung:
s=a×d/c×sin arctg (Steigung[in %]/100)

Durch geeignete Wahl der Größen c und d kann die gewünschte Empfindlichkeit für Neigungen, bzw. Beschleunigungen erreicht werden.

Je nach Anwendung sind unterschiedliche Einbaulagen der Skala erwünscht: Fahrrad erfordert flache Neigung zum Fahrer, Kfz- steile Neigung. Bei gegebenen Größen b und c sind erfindungs erfindungsgemäß die Lage des Zeigerdrehpunktes relativ zum Gehäuse und die Position des Nocken auf dem Pendel der Neigung der Skala zugeordnet.

In Abb. 2 sind die Skalen schematisch dargestellt. Das Schauglas kann auch ohne Skalenteilung sein, und eine in Zeigerausschlagrichtung verschiebbare Skala über dem Schauglas korreliert den Zeigerausschlag mit der Neigung des Fahrzeuges. Bei horizontaler Stellung des Fahrzeuges erlaubt die Skalen verstellung die Festlegung des Nullpunktes.

Bei konstanter Neigung des Fahrzeuges zeigt der Zeiger Geschwin digkeitsänderungen des Fahrzeuges sensitiv an. Der Prototyp wurde in einem Fahrzeug erprobt. Das gewählte Übersetzungsverhältnis ist für Neigungsmessungen an Fahrrädern wie zur Anzeige der Geschwindigkeitsänderungen in Fahrzeugen hervorragend geeignet.

In einem bereits angemeldeten Patent (P 38 29 204.1-52) der unterzeichnenden Autoren wurde ein Gerät beschrieben, bei dem der Exzenternocken unterhalb des Drehpunktes des Pendels angebracht ist. Nähert sich d der Größe c, so wird die Empfindlichkeit des Gerätes bei kleinen Änderungen der Neigung bzw. der Geschwindig keit besonders groß. Ein Doppelgerät bestehend aus einem solchen Gerät und dem erfindungsgemäßen Gerät, die beide Seite an Seite in einem Gefäß montiert sind, ermöglichen mit einem Blick, Neigungen bzw. Geschwindigkeitsänderungen zu erfassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung und Darstellung der Höhendifferenz zwischen den Auflagezonen der Vorder- und der Hinterräder eines Fahrzeuges relativ zur Horizontalen, d. h. Neigungsmesser für Fahrzeuge, sowie Vorrichtung zur Anzeige einer Geschwindigkeitsänderung von Fahrzeugen dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeiger am Boden eines an einem Halter befestigten, mit Flüssigkeit gefüllten und mit Schauglas versehenen Gefäßes drehbar gelagert ist, dessen Wand oberhalb des Zeigerlagers das Pendellager mit Pendel aufnimmt, das seinerseits oberhalb des Pendellagers auf dem Pendel ein weiteres Lager, das Exzenterlager, aufweist, das seinerseits eine Geradführung für den Zeiger aufnimmt, die sich frei um das Exzenterlager drehen kann und somit bei großen Neigungen und bei großen Geschwindigkeitsänderungen einen ablesbaren Zeigerausschlag bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zeigerlager und Pendellager in einem Stützgestell Aufnahmen haben, das in das Gefäß als mechanisch selbständige Einheit eingebracht ist.

3. Vorrichtung zur Dämpfung des Pendels des Neigungsmessers nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß niederviskose Flüssigkeiten, deren Viskosität sich im Temperaturbereich -40 C<T<50 C kaum ändert, in das Gefäß gefüllt ist und die Spalte zwischen Zeiger und Pendel und/oder zwischen Pendel und Gefäßwand und/oder zwischen Zeiger und Gefäßwand und/oder zwischen gelochtem oder ungelochtem Lamellenblech, das am Pendel und/oder am Zeiger befestigt ist und sich im freien Raum zwischen Pendelachse und Zeigerende bewegt, eng sind.

4. Vorrichtung für prellfreie Endanschläge des Pendels des Neigungsmessers nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß gekrümmte Lamellen aus gelochtem oder ungelochtem, federndem Blech einen engen Spalt zu den Gehäusewangen freilassen und mit einem Ende an der Mantelfläche des zylindrischen Gefäßes oberhalb oder unterhalb der beiden Durchdringungslinien zwischen Gefäßmantel und Dämpfungs lamelle in Endausschlagsstellung befestigt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger ein Draht ist, der an einem Ende eine Schlinge hat, die in einer Öse am Behälterboden befestigt ist, der das zu einem Zapfen vereinfachte Exzenterlager des Pendels, den Mitnehmer, parallel flankiert und an dem anderen Ende zwecks guter Positionserkennung abgewinkelt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger ein eckiger Draht ist, der an einem Ende eine Schlinge hat, die an einer Öse am Behälterboden befestigt ist, der durch eine eckige radiale Bohrung im Zapfen des Exzenterlagers mit Spiel durchgesteckt ist und der an dem anderen Ende zwecks guter Positionserkennung abgewinkelt ist.

7. Vorrichtung zur Messung der Neigung des Neigungsmessers nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß in dem dem Zeigerlager am Gefäßboden gegenüberliegenden Teil des Zylindermantels eine Aussparung besitzt, in die ein Schauglas eingelassen ist, das mit einer durchsichtigen Skala in "Grad Neigung"-Teilung überdeckt ist, unter welcher der Zeiger des erfindungsgemäßen Neigungsmessers sich über einem Skalenspiegel bewegt.

8. Vorrichtung zur Messung der Neigung des Neigungsmessers nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß in dem dem Zeigerlager im Gefäßboden gegenüberliegenden Teil des Zylindermantels eine Aussparung besitzt, in die ein Schauglas eingelassen ist, das eine Betrachtung einer Skala in "Grad-Neigung"-Teilung, über die sich das abgewinkelte Ende des Zeigers bewegt, erlaubt.

9. Vorrichtung zum Messen der Beschleunigung des Beschleu nigungsmessers nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekenn zeichet, daß das Gefäß in dem dem Zeigerlager im Gefäßboden gegenüberliegenden Teil des Zylindermantels eine Aussparung besitzt, in die ein Schauglas eingelassen ist, das mit einer durchsichtigen Skala überdeckt ist, die eine Teilung in Bruchteilen der Erdbeschleunigung aufweist und unter welcher sich der Zeiger des erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers bewegt.

10. Vorrichtung zum Messen der Beschleunigung des Beschleu nigungsmessers nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gefäß in dem dem Zeigerlager im Gefäßboden gegenüberliegenden Teil des Zylindermantels eine Aussparung besitzt, in die ein Schauglas eingelassen ist, das die Betrachtung einer Skala erlaubt, über die sich der abgewinkelte Zeiger bewegt. Die Teilung der Skala ist in Bruchteilen der Erdbeschleunigung.

11. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeitsänderung von Fahrzeugen nach den Ansprüchen 1-6 und 9-10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Öse zur Aufnahme der Zeigerschlinge, die beide zusammen das Zeigerlager bilden, bei waagerechter Stellung des Beschleunigungsmessers in der horizontalen Ebene, die durch die Achse des Pendellagers führt oder in Nähe dieser Ebene an der Wand des Gefäßes angebracht ist, daß das Exzenterlager am Pendel ebenso in dieser Ebene oder in ihrer Nähe angebracht ist und daß das Schauglas und Skala dem Zeigerlager diametral entgegengesetzt wie in Anspruch 9-10 dargelegt angebracht sind, so daß der erfindungsgemäße Beschleunigungsmesser dem in Fahrtrichtung Blickenden die Geschwindigkeitsänderung anzeigt.

12. Vorrichtung zur Reduzierung des Einflusses der Fahrzeug neigung bei der Bestimmung der Geschwindigkeitsänderung des erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers nach den Ansprüchen 1-6 und 10-11, dadurch gekennzeichnet, daß in das selbe Gefäß eine zweite Vorrichtung der gleichen Art Seite an Seite spiegelbildlich einbracht ist, die sich von der vorgenannten dadurch unterscheidet, daß der Zeiger etwas kürzer abgeknickt ist und eine Skala mit Teilung in Bruchteilen der Erdbeschleunigung trägt, über die der Zeiger des anderen Gerätes streicht und daß die Dämpfungslamellen gemäß Anspruch 3 kleinere Lochungen haben als die der Nachbarvorrichtung und daß die Spalte gemäß Anspruch 3 enger sind als die der Nachbarvorrichtung, so daß bei einer raschen Geschwindigkeitsänderung die Skala fast ortfest bleibt und bei Änderungen der Neigung des Fahrzeuges langsam in die dieser Neigung zugeordneten Ruhelage kriecht.

13. Vorrichtung zur simultanen Bestimmung kleiner und großer Steigungen oder Geschwindigkeitsänderungen, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, die für große Steigungen und große Geschwindigkeitsänderungen ausgelegt ist, zusammen mit der an sich bekannten Vorrichtung zur Erfassung kleiner Steigungen und kleiner Geschwindigkeitsänderungen, die ihr Exzenterlager unterhalb des Drehpunktes des Pendels angebracht hat, in einem Behälter mit einem Schauglas und zwei Skalen untergebracht ist, über die gegenläufig die beiden Zeiger streichen.

14. Vorrichtung zur Justierung des Neigungsmessers nach den Ansprüchen 1-8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß über ein Gelenk mit einem Halter drehbar zur Justierung der horizontalen Position des Neigungsmessers verbunden ist, und das Gelenk mit feiner Teilung definiert rastet oder so vorgespannt ist, daß Erschütterungen das Gefäß nicht aus der eingestellten Lage bewegen.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gefäßträger an dem Fahrzeug durch eine rastende Steckverbindung, die nicht Bestandteil des Fahrzeuges ist, befestigt ist.