DE2719776A1

DE2719776A1 - Vorrichtung und verfahren zum nachweis bestimmter erschuetterungen

Info

Publication number: DE2719776A1
Application number: DE19772719776
Authority: DE
Inventors: Ulyss Ray Rubey
Original assignee: Detectors Inc
Current assignee: Detectors Inc
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1977-11-24
Also published as: JPS52134477A; US4068613A; GB1544150A; FR2350607B1; US4125085A; JPS6032825B2; FR2350607A1; DE2719776C2; IT1075467B

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis bestimmter Erschütterungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis solcher mechanischer Erschütterungen oder Stöße von Geräten oder Produkten, durch die sie funktionsuntüchtig werden können. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die ohne weiteres an einem Behälter oder dergleichen befestigt werden kann, um festzustellen, ob der Behälter einer Beschleunigung (oder Krafteinu/irkung) unterlag, die groß genug war um eine Funktionsuntüchtigkeit der in ihm enthaltenen Geräte oder Teile hervorzurufen.

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Es sind bereits eine Vielzahl komplexer elektronischer mechanischer und elektromechanischer Geräte entwickelt morden, die aus den verschiedensten Gründen nicht immer zufriedenstellend arbeiten. Einer dieser vielen Gründe bei kürzlich entwickelten Geräten war , daß das Gerat oder eines seiner Bauteile selbst durch genügend große, einwirkende mechanische Erschütterungen funktionsuntüchtig u/ird, z.B. durch Verändern der Domänenorientierung, Bruch oder DeformierwnK eines oder mehrerer der Bauteile. Insbesondere trifft dies für Testgerate, Plattenstapel, Plattenkassetten und ähnliche Geräte zu, die Magnetspeicher für Computerprogramme verwenden und nach Einwirkung übermäßiger mechanischer Stöße nicht mehr verwendungsfähig sind.

Ein Mab für die Einwirkung mechanischer Erschütterung ist die Anzahl G (wobei mit G die Erdbeschleunigung bezeichnet ist), die auf das Bauteil oder den Behälter einwirken. Diese Anzahl Γ. wird als Stoß, Beschleunigungskraft oder auch nur Beschleunigung bezeichnet. Sie kann als auch negative Beschleunigung oder Verzögerung angesehen werden, da sie ein Maß für die Schnelligkeit ist,mit der ein Behälter angehalten wird, beispielsweise beim Anstoßen an einen Türstock.

Bis jetzt sind keine wirtschaftlichen Vorrichtungen bekannt geworden, mit denen der Nachweis erbracht werden kann, ob ein Teil einem Stoß oder einer Beschleunigung ausgesetzt gewesen ist oder nicht. Lohnte sich der Einsatz wirtschaftlich, so wurden komplizierte Anordnungen eingesetzt, um diejenigen Beschleunigungen oder Beschleunigungskräfte zu messen und anzuzeigen, die auf die Teile eingewirkt hatten. Derartige Anordnungen jedoch sind aufwendig und teuer und daher nicht wirtschaftlich genug, um bei billigeren Platten, Kassetan und kleineren Testgeräten eingesetzt zu werden.

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Aufgabe der Erfindung ist es,eine einfache und wirtschaftliche Einrichtung zu schaffen, die ohne weiteres an einem Behälter oder dergleichen befestigt werden kann, um wenigstens anzuzeigen, ob eine bestimmte mechanische Erschütterung oder Beschleunigung auf diese η Behälter oder das Bauteil eingewirkt hat, sowie die Schaffung einer oder mehrerer Vorrichtungen,die entweder als einfache "ja-nein^H-Vorrichtung ausgestaltet ist um anzuzeigen, daß eine bestimmte Erschütterung aufgetreten ist, oder etwas aufwendiger ausgestaltet ist, um den Verlauf der Erschütterung zu registrieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung zum Nachweis einer bestimmten mechanischen Erschütterung oder Verzögerung ein Befestigungsteil aufweist, um sie an einem

die

Gehäuse anzubringen und dergestalt einen Nachweis über aufgetretene Erschütterung zu ermöglichen, ein Meßteil um die auf den Behälter oder dergleichen einwirkende Beschleunigung zu messen und ein Anzeigeteil zur Anzeige der aufgetretenen und vom Meßteil gemessenen bestimmten Beschleunigung. Das Befestigungsteil, das Meßteil und das Anzeigeteil sind zu einer kompakten Einheit zusammengebaut, die ohne weiteres am zu überwachenden Behälter angebracht werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dienen physikalischchemische Grenzflächenspannungen zur "ja-nein"-Anzeige. Die Vorrichtung weist mit anderen Worten ein Hohlrohr auf, dessen Hohlraum zwei unterschiedliche Substanzen mit einer Grenzflächenschicht dazwischen enthält, die beim Auftreten einer bestimmten Beschleunigung zerstört wird. Diese Zerstörung der Grenzflächenschicht wird also dazu verwendet, um das Auftreten einer bestimmten Beschleunigung anzuzeigen.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Gewicht oder dgl. vorgesehen, das durch eine geeignete Vorspannungsvorrichtung zentriert ist und dae in der Lage ist, eine

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aufgetretene bestimmte Beschleunigung anzuzeigen. Die Anzeige kann eine dauernde Darstellung der aufgetretenen Beschleunigungen sowie ihrer Richtungen sein.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ein Gewicht auf mit einem Verbundstück, das beim Auftreten einer bestimmten Beschleunigung bricht,um dergestalt eine "ja-nein"-Anzeige zu ermöglichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer Magnetplattenkassette;

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Magnetplatter.g'ehüuse

Fig. 3A:eine perspektivische Ansicht eines einfachen Ausführungsbeispiels;

Fig. 3B:ein Diagramm, in dem der Zusammenhang einer Vorrichtung gemäß Fig. 3A verschiedener innerer Durchmesser mit der Zerstörung der Grenzflächenschicht durch Beschleunigungen dargestellt ist;

Fig. 4A:eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Ausfünrungsbeispiels für ein Röhrchen;

Fig. 4B:eine Seitenansicht einer Hülle, zum Beispiel für das in Fig. 4A gezeigte Röhrchen;

Fig. 4C:eine Endansicht der Hülle gemäß Fig. 4B;

Fig. 5: eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Röhrchens;

Fig. 6t ein Querschnitt eines vereinfachten theoretischen Ausführungsbeispiels;

Fig. 7: ein Querschnitt eines anderen vereinfachten theoretischen Ausführungsbeispiels mit Zwischenraum -Kapillarwirkung;

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Fig. 8: ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels, in dem die Achsen der Hohlräume senkrecht zueinander und zu einem Schnittpunkt in einer Ebene angeordnet sind;

Fig. 9: eine perspektivische Ansicht eines mehrdimensionalen Ausführungsbeispiels, bei dem die 3 Achsen der Hohlräume senkrecht aufeinander stehen und sich in einem Punkt schneiden;

Fig. 10: ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels;

Fig. 11: ein Querschnitt einer mechanischen Vorrichtung mit "ja-nein"-Anzeige;

Fig. 12: eine Unteransicht der in Fig. 11 dargestellten Vorrichtung ;

Fig. 13: eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer

mechanischen Vorrichtung mit dauerhafter Anzeige der aufgetretenen Stöße;

Fig. 14: eine Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 13 und

Fig. 14: eine Draufsicht auf die Anzeige der Vorrichtung nach Fig. 13.

Die erfindungsgemäbe Vorrichtung zum Nachweis von Erschütterungen kann auf jeglichem Instrument, Gehäuse, Behälter oder dgl. angebracht werden, um anzuzeigen, ob der Behälter oder sein Inhalt erschüttert worden ist. Ein besonderes wichtiges Anwendungsgebiet ist, insbesondere im Hinblick auf die hohe Verantwortlichkeit von Eomputer-Herstellern und Lieferanten von hardware, dasjenige von magnetischen Plattenkassetten und Platten gehäusen. Dementsprechend ist in Fig. 1 eine Plattenkassette 11 dargestellt, an deren Gehäuse die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen fest angeordnet ist. Die Vorrichtung kann außen am Kassetten-

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behälter einfach befestigt sein, beispielsweise mittels eines Xlebstoffes, oder in einer von vornherein angebrachten Aussparung befestigt werden. Auf jeden Fall gestattet die Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen eine visuelle Anzeige, ob eine bestimmte Erschütterung oder Beschleunigung, durch die die Grenzflächenschicht zerstört wird, aufgetreten ist. Dadurch erhält der Vertuender der Kassette einen Hinweis, daß ein Stoß aufgetreten ist, der so groß ist, daß die Platte überprüft werden muß.

De nach Erfahrungswerten kann der Verwender vom Kundendienst nachsehen lassen, ob die Platte in Ordnung ist, oder ob sie beschädigt worden ist. Bekanntlich werden diese Platter.gehüuse unter Verwendung von Präzisionsgeräten in höchster Qualität hergestellt und können normalerweise in der peripheren Speicherung jahrelang störungsfrei verwendet werden, wenn sie keinen übermäßigen Stoßen oder dergleichen ausgesetzt werden.Aufgrund der großen Verantwortlichkeiten weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen eine Bedeutung auf, die ihre Kosten weit übertrifft.

In Fig. 2 ist ein Plattengehäuse dargestellt, an dem die Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen stabil befestigt ist. Wenn auch die Vorrichtung von der in Fig. 1 gezeigten äußerlich abweichen kann, so ist ihre Aufgabe doch dieselbe und sie gewährleistet eine "ja-nein"-Anzeige für den Verwender der Platten oder des Plattengehäuses. Die Vorrichtung 13 zum Nachweis der Erschütterungen von Fig. 2 kann versenkt angeordnet sein um dergestalt ein Stapelnder Plattengehäuse oder dgl. zu ermöglichen.

Die Vorrichtungen 13 zum Nachweis von Erschütterungen können verschiedene Formen aufweisen. Eine der einfachsten Formen ist in Fig. 3A dargestellt. Die dort gezeigte Vorrichtung 13 weist ein Befestigungsteil 17 auf, um sie an einem Behälter oder dgl. zu befestigen, ein Meßteil 19 um zu messen ob eins bestimmte Erschütterung oder Beschleunigung aufgetreten ist,

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sowie ein Anzeigeteil 21, um anzuzeigen,ob eine bestimmte Beschleunigung aufgetreten ist.

Das Befestigungsteil 17 weist eine Grundplatte 23 auf, die mit einer vorher angebrachten Klebeschicht und einer abziehbaren Abdeckfolie oder dgl. versehen sein kann. Weist die Grundplatte 23 keine derartige Klebeschicht auf, so kann sie am Behälter, Instrument oder dgl. auf jegliche konventionelle Art befestigt werden. Solche konventionellen Befestigungen schließen Klebemittel oder Haftmittel, wie beispielsweise Epoxyharz, Klebstoff oder andere Materialien ein, um eine feste Verbindung mit dem Gehäuse zu ermöglichen. Auch mechanische Vorrichtungen, wie Schrauben, Bolzen und dgl. können verwendet werden um die Grundplatte mit dem zu überwachenden Gehäuse oder Instrument fest zu verbinden. Die Grundplatte kann aus Kunststoff, Metall oder jeglichem anderen geeigneten Material bestehen. Für moderne Anwendungszwecke hat sich Kunststoff als vorteilhaft erwiesen. Der Kunststoff kann ein aushärtbarer Kunststoff, wie beispielsweise Phenolformaldehydhaltiger Kunststoff sein oder ein thermoplastischer Kunststoff, wie beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischpolymere (ABS), Nylon, Delrin, Crlon und dgl. Die Grundplatte soll aus einem Material bestehen, das ohne weiteres mit dem Meßteil 19 verbunden werden kann.

Das Meßteil 19 weist ein hohles Röhrchen 25 auf, mit einem Hohlraum 27, der sich in seiner Längsrichtung erstreckt und in dem wenigstens zwei Materialien 29 und 31 angeordnet sind, sowie Dichtungen 33 um die Enden des Hohlraums abzuschließen.

Das Meßteil 19 ist, wie dargestellt, so eng mit dem Anzeigeteil verbunden, daß es als eine Einheit aufgefaßt werden kann. Insbesondere weist das Anzeigeteil 21 einen durchsichtigen Abschnitt 35 an wenigstens einem Ende des hohlen Röhrchens auf, vorzugsweise jedoch an beiden Enden. Dadurch wird eine

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visuelle Anzeige gewährleistet, ob ein bestimmter Stoß aufgetreten ist, uiie es im folgenden näher erläutert wird.

Vorzugsweise ist das hohle Röhrchen 25 ein durchsichtiges Ruhren mit relativ kleinem inneren Durchmesser, so daß der Hohlraum 27 ohne weiteres ein Flüssigkeitströpfchen oder dgl. festhalten kann. Ist das ganze Röhrchen durchsichtig, so kann ein undurchsichtiger Streifen 37 verwendet werden, um das Material 31 so lange zu bedecken, bis die Grenzflächenschicht bei einem vorgegebenen Stoß zerstört ujird, luie es im folgenden noch näher erläutert wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Materialien 29 und 31 aus einem Gas bzw. einer Flüssigkeit, die derart ausgewählt sind, daß der Flüssigkeitstropfen, aus dem das Material 31 besteht, in der Nähe der Mitte des Röhrchens durch getrennte Gasabschnitte gehalten wird, die sich bis zu den Enden des Röhrchens erstrecken. Wie dargestellt sind drei getrennte Materialabschnitte 29 und 31 vorgesehen, wobei das Flüssigkeitströpfchen 31 in der Nähe der Mitte des Hohlraumes 27 angeordnet ist und diesen vollständig ausfüllt, während getrennte Gasabschnitte, wie beispielsweise Luft, 29 sich an jedem Ende des Hohlraumes befinden. Die Grenzflächenschichten zwischen der Flüssigkeit und dem Gas werden durch eine bestimmte Erschütterung zerstört. Durch entsprechende Stopfen 33, die das Röhrchen dicht abschließen, werden die Luft und die Flüssigkeit festgehalten.

Wie noch näher ausgeführt werden wird, können die Materialien 20 und 31 aus einer Vielzahl von Stoffen ausgewählt werden. Gerade in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem das Material 29 ein Gas ist und das Material 31 eine Flüssigkeit ist, steht eine Vielzahl von Materialien zur Verfügung. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel bilden eine wässrige Lösung

eines Gefrierschutzmittels, beispielsweise Athylenglykol, und ein wasserlöslicher Farbstoff, beispielsweise ein roter Farbstoff, ein rotes Tropfchen 31, das durch Luftabschnitte an Ort und Stelle gehalten wird, die wiederum Luftstopfen an jedem Ende des Hohlraumes bilden. Das durchsichtige Röhrchen 25 besteht aus einem hydrophoben Material, so daß das wässrige Flüssigkeitstrüpfchen 31 die Oberflächen des ifuhrchens nicht benetzt. Genau so gut kann auch das durchsichtige Röhrchen 25 aus Glas bestehen und durch geeignete, bekannte Techniken derart vorbehandelt sein, daß es nicht benetzbar ist. Beispielsweise können die inneren Flächen durch Besprühen mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Material oder einem Silikon, wie beispielsweise Siliclad, hydrophob gemacht werden. Das Flüssigkeitstrüpfchen 31 kann bei spieisweise 6Π-70 Gew.-,'i Wasser, 26-36 Gew.-/S wässriges Gefrierschutzmittel , wie z.B. Äthylenglykol, Diäthylenglykol oder Triäthylenglykol und 1-6 % eines geeigneten Farbstoffes, beispielsweise den oben erwähnten, wasserluslichen roten Farbstoff, aufweisen.

Die Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen uiird, wie oben beschrieben, zusammengesetzt. Die Flüssigkeit wird durch die Oberflächenspannung oder den "skin"-Effekt zusammengehalten und durch die Luftabschnitte oder Luftstopfen an jedem Ende des Ruhrchens 25 derart an Ort und Stelle gehalten, daß sie den Hohlraum 27 ausfüllt. Die Flüssigkeit weist eine kontrastreiche Farbe, beispielsweise Rot,auf. Üblicherweise ist sie wegen des undurchsichtigen Streifens 37 nicht sichtbar. Die Vorrichtung wird nun am zu überwachenden Behälter angebracht. Erleidet der Behälter oder die Vorrichtung einen Stob ausreichender Grübe (nucreichendo BsGchleunigung oder Beschleunigungskraft), um die Lbcrflächenspannung der Flüssigkeit zu zerstören, durch die die Grenzflächenschicht zwischen dem Flüssigkeitströpfchen und dem Luiftstopfen 29 gebildet wird, fließt die Flüssigkeit

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in eines oder in beide Endendes Rohrchens und u/ird dadurch sichtbar. Durch die Sichtbarmachung wird der mögliche Benutzer gewarnt, daß eine bestimmte Erschütterung aufgetreten ist und dab er tunlichst das Gerät, die Magnetplatte oder das überwachende Material überprüfen sollte.

Fig. 3D zeigt für die oben beschriebene Vorrichtung eine graphische Darstellung, die den empirischen Zusammenhang zwischen dem Kapillarradius in cm, einer harten Oberfläche und den Beschleunigungskräften in G angibt. Die empirische Beziehung kann durch die folgende Gleichung I dargestellt werden:

G = (3,28/r¹»¹¹) (I)

wobei mit G die dimensionslose Erdbeschleunigung bezeichnet ist und mit r der Kapillarradius in cm.

Obwohl die angegebene Beziehung für die oben beschriebene Vorrichtung genau ist, gibt es noch verschiedene Faktoren, dio die Kraft beeinflussen, mit der ein Bruch der Grenzflächenschicht zwischen den Materialien erfolgt. So tuird diese Kraft durch die folgenden Faktoren beeinflußt:

1. Durchmesser des Ruhrchens 25;

2. Grenzflächenspannung zwischen den Fluiden (beispielsweise Oberflächenspannung des wässrigen Tröpfchens bezüglich Luft);

3. Dichte der Flüssigkeit und Länge der Flüssigkeitssäule oder des Flüssigkeitströpfchens;

4. Röhrchenmaterial das den Randiuinkel beeinflußt, unter dem die Flüssigkeit versucht, die inneren Wände des Hohlraumes zu benetzen.

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Es wurde festgestellt, daß beim Auftreten einer bestimmten Erschütterung ein Teil der in den Röhrchenenden eingeschlossenen Luft dazu neigt, eine Bewegung des gesamten Tröpfchens zu verhindern, wahrscheinlich aufgrund der Luftkompression. Dies resultiert in einer nur teilweisen Zerstörung der Grenzflächenschicht zwischen der Flüssigkeit und der Luft, so daß sich ein kleines Tröpfchen vom übrigen Flüssigkeitskörper löst. Um dieses kleine Tröpfchen deutlich sichtbar zu machen, ist es vorteilhaft, das Meßteil und das Anzeigeteil so auszugestalten, wie es in Fig. 4A dargestellt ist. Die Luft 2V und die Flüssigkeit 31 sind in dem durchsichtigen Röhrchen 25 mittels der Enden 33 dicht eingeschlossen. Die inneren Wände des Hohlraumes 27 sind so behandelt, daß sie von der Flüssigkeit nicht benetzt werden. Weist die Flüssigkeit beispielsweise eine wässrige Lösung von Farbstoff und Äthylenglykol auf, so sind die inneren Flächen des Röhrchens von diesem Tröpfchen nicht benetzbar. Besteht das Röhrchen aus Glas oder dergleichen, so können die inneren Oberflächen des Hohlraumes 27 mit einem Silikon, beispielsweise Siliclad,besprüht werden, damit sie von einer wässrigen Flüssigkeit nicht benetzt werden. Andererseits können die inneren Oberflächen auch von vornherein hydrophob sein, oder von vornherein nicht benetzbar durch wässrige Lösungen, zum Beispiel,wenn das Röhrchen 25 aus transparentem Polyäthylen oder dgl. besteht. Die Enden 33 sind, wie dargestellt, mittels Epoxy, Leim oder Harz mit dem Glasröhrchen verbunden. Bevor diese Verbindung jedoch hergestellt wird, werden leere Röhrchen 39 an jedem Ende des Röhrchens 25 eingeführt. Die leeren Röhrchen 39 passen so genau hinein, daß sie eich nicht bewegen können. Die Röhrchen 39 können entweder hydrophil oder hydrophob sein, da aufgrund der Kapillarwirkung die Flüssigkeit den schmalen ringförmigen Zwischenraum (oder die Zwischenräume) vollständig ausfüllt. Auch ein kleines, vom Hauptflüssigkeitströpfchen abgespaltenes Tröpfchen, bedeckt demzufolge vollständig die Oberflächen der leeren Röhrchen, um dergestalt vom Beobachter deutlich wahrgenommen zu werden. Durch diese Ausgestaltung wird die Schwierigkeit überwunden, daß ein kleines Tröpfchen schwierig zu sehen ist.

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Das in Fig.4A dargestellte Ausführungsbeispiel löst also das Problem, daß ein kleines,vom Hauptkörper der Flüssigkeit abgespaltenes Tröpfchen schwer zu sehen ist, wenn es in dem am Ende des Röhrchens 25 eingeschlossenen Luftabschnitt gelangt.

In den Fig. 4B und 4C ist ein Gehäuse 41 für das Röhrchen 25, beispielsweise dasjenige von Fig. 4A dargestellt. Das Gehäuse 41 ist undurchsichtig und bedeckt das Röhrchen 25 bis auf die Stellen, an denen das Anzeigeteil 21 oder das leere Röhrchen 39 angeordnet ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Röhrchen 39 in der zweiten Bohrung 43 innerhalb des Gehäuses 41 angeordnet. Danach werden die Endstücke 45 mittels Klebstoff oder dergleichen befestigt. Das Gehäuse 41 ist von vornherein mit einer Grundplatte 47 versehen, auf der ein Kleberücken 49 aufgebracht ist, der wiederum mit einer Abziehfolie aus Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, Wachspapier oder dergleichen bedeckt ist. Das Gehäuse 41 kann aus beliebigem Material bestehen, beispielsweise aus dem oben erwähnten aushärtbarem Kunststoff, Thermoplast, Metall oder anderen wirtschaftlichen Stoffen. Das Gehäuse 41 kann aus einem weißen, steifen Kunststoff bestehen, der insbesondere auch für die Grundplatte 23 geeignet ist. Die Aussparungen 51 im Gehäuse werden durch eine geeignete Vorrichtung erzeugt. Beispielsweise können sie durch einen geeigneten Fräsvorgang hervorgerufen werden, wobei sich zur wirtschaftlichen Herstellung ein einziges Absenken einer Fräse eignet. Die leichte Ausbuchtung entlang den. Schnittstellen ist nicht störend, da das innere Röhrchen deutlich sichtbar bleibt. Die Wandstärke des Kunststoffes wird so gewählt, daß sie die erforderliche Festigkeit gewährleistet, und beträgt vorzugsweise weniger als 0,127 cm.

Obwohl bisher aus wirtschaftlichen Gründen eine in Luft eingeschlossene wässrige Flüssigkeit beschrieben worden ist, kann auch eine Vielzahl anderer Materialien vertuendet werden. So eignen sich für eine Verwendung mit einer Flüssigkeit auch ge-

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eignete poröse Festkörper, iuie beispielsweise Fritteglas, poröses Aluminiumoxid, Silikagel und dgl. die entsprechend behandelt sein können, um nicht benetzt zu werden. In Abhängigkeit von der Art des Festkörpers kann die Flüssigkeit hydrophil sein, wie beispielsweise eine wässrige Flüssigkeit (wenn der Festkörper hydrophob ist), oder eine hydrophobe Flüssigkeit, wie beispielsweise ein kohlenwasserstoffhaltiger Stoff (wenn der Festkörper hydrophil ist). Die Grenzflächenschicht wird in diesem Fall zwischen dem porösen,permeablen Festkörper und der Flüssigkeit gebildet. In den Poren des Festkörpers kann auch ein gasförmiger Stoff enthalten sein. Der poröse Festkörper und die Flüssigkeit werden vorzugsweise so gewählt, daß im Fall einer Zerstörung der Grenzflächenschicht die Farbe des porösen Festkörpers oder des betroffenen Stoffes sich ändert, um eine deutliche Anzeige zu gewährleisten, daß eine bestimmte Erschütterung aufgetreten ist.

Außer den bisher beschriebenen wässrigen Flüssigkeiten können auch hydrophobe Flüssigkeiten, wie beispielsweise kohlenwasserstoff haltige Stoffe wie Ul, Pentan, Hexan, Heptan, Kerosin, Naphta und dgl. als flüssiger Bestandteil verwendet werden, wenn als anderes Material oder Gas Luft oder ein anderes nicht lösliches, kompressibles Fluid verwendet wird. Auch Quecksilber kann als flüssiges Material 31 eingesetzt werden, da es im reinen Zustand eine hohe Oberflächenspannung von ungefähr 485 dyn/cm aufweist, und damit viel höhere G-Kräfte aushält. Da Quecksilber jedoch schnell verunreinigt ist, beträgt die Oberflächenspannung in der Praxis ungefähr 400 dyn/cm.

An den Enden der Kapillare kann Silikagel verwendet werden, während in der Mitte Phenolphthalein als Flüssigkeit eingesetzt wird. In diesem Fall färbt sich die Lösung bei Kontakt mit dem Silikagel rot.

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Des weiteren können auch unvermischbare Flüssigkeiten verwendet werden, sofern zwischen ihnen eine Crenzflächenschicht entsteht. Die Verwendung von Flüssigkeiten ist jedoch etwas schwieriger, da ihr relativer Mangel an Kompressivität eine geeignete Zerstörung der Grenzflächenschicht verhindert und so die Reproduzierbarkeit der Zerstörung bei einer gegebenen Erschütterung oder Beschleunigung negativ beeinträchtigt.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Rohrchens 25, das mit einer geeigneten Grundplatte 23 oder mit einem Gehäuse 41 versehen sein kann. Das Röhrchen 25 ist durchsichtig und enthält ein zentral angeordnetes Rohrchen 53 mit einer Kapillare 55,in der das flüssige Material 31 angeordnet ist. Wie bereits oben erwähnt sind die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Wände vorzugsweise von ihr nicht benetzbar. Das innere Rohrchen 53 kann beispielsweise aus Glas bestehen, wobei seine inneren Wände entlang des Hohlraums 55 mit einem Material bedeckt sind, das von der Flüssigkeit 31 nicht benetzbar ist. Wenn als Flüssigkeit beispielsweise eine wässrige Lösung eine Farbstoffs mit Äthylenglykol gewählt wird, so können die Wände mit einem Silikon oder dergl. bedeckt sein, wenn das Röhrchen 53 aus Glas besteht. Besteht das Röhrchen dahingegen aus einem hydrophoben Material, wie beispielsweise Polyäthylen, so wird es von der wässrigen Flüssigkeit 31 nicht benetzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird an jedem Ende des Röhrchens 25 ein poröser, permeabler Festkörper 57 gehalten. Der poröse, permeable Festkörper 51 kann Fritteglae, Aluminiumoxid oder dgl. aufweisen, das ohne weiteres schon von einem sehr kleinen Tröpfchen einer flüssigen Farbstofflösung benetzt werden kann. Das heißt, daß, schon ein sehr kleines Tröpfchen eine leicht sichtbare Verfärbung des Festkörpers bewirkt, so daß der Benutzer darauf hingewiesen wird, daß eine bestimmte Erschütterung stattgefunden hat.

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Durch die Endstücke 45 werden wiederum die Enden des Röhrchens 25, beispielsweise durch Epoxykleber, dicht verschlossen.

Für ihren Einsatz werden die Röhrchen, wie in den Fig. 4A oder 5 dargestellt und , wie oben beschrieben hergestellt und in ein Gehäuse 41 eingesetzt oder auf einer geeigneten Grundplatte angeordnet. Die Vorrichtung wird dann, wie oben beschrieben, mit dem zu überwachenden Gerät oder Gehäuse fest verbunden. Wird die Grenflächenschicht zwischen den beiden Materialien 29 und 31 zerstört, so bedeutet dies eine sichtbare Anzeige für den Beobachter, daß ein bestimmter Stoß aufgetreten ist und daß geeignete Maßnahmen getroffen werden müssen.

Zum besseren Verständnis und um sicherzustellen, daß reproduzierbare Meßergebnisse mit der Vorrichtung 13 beim Auftreten bestimmter Erschütterungen erzielt werden, werden im folgenden einige theoretische Betrachtungen gegeben. Dabei ist jedoch festzuhalten, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert und daß die gewünschten Resultate, wie oben beschrieben, erhalten werden, und daß sie weder direkt noch indirekt von den Schlußfolgerungen abhängen, die bei der folgenden theoretischen Erklärung abgeleitet werden können; es sei ausdrücklich festgestellt, daß die theoretische Erklärung nur zum besseren Verständnis erfolgt.

Theoretische Betrachtungen: Im folgenden wird die Beziehung angegeben zwischen der minimalen Beschleunigung oder Erschütterung, die notwendig ist um die Vorrichtung 13 zu betätigen,als Funktion der Masse der Flüssigkeit, des .Randwinkels zwischen der Flüssigkeit und der Kapillarwand, des Radius der Kapillare, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der Flüssigkeitsdichte. Wenn nämlich die Vorrichtung einer ausreichend großen Beschleunigung oder einem mechanischen Stoß

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ft-

ausgesetzt wird, so wird ein Flüssigkeitströpfchen vom Flüssigkeitskörper abgelöst und es ist möglich, daß die Gleichung zur Messung der Oberflächenspannung mittels der Fallgewichtsmethode anwendbar ist. Diese Gleichung lautet:

W — 2ΤΓ ΊΓΛ/ "f-

(II)

wobei mit W das Gewicht des Flüssigkeitstropfens bezeichnet ist, mit r der Kapillarradius in entsprechenden Einheiten, mit'V die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und f=(r/a) ist, wobei mit a die Kapillaritätskonstante be-

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zeichnet ist und a =rh ist, und mit h die Höhe bezeichnet ist, die die Flüssigkeit in einer Kapillare mit dem Radius r aufsteigt. Der Wert (r/a) ist für eine Reihe von r/a von Harkins und Brown gemessen worden und in Tabellenform öffentlich erhältlich.

A bezeichnet die Beschleunigung (g) bei Verwendung der Fallgewichtsmethode und m' die Tropfenmasse.

W=m'A (III)

G=A/g=2nrryf/(gm) (M)

wobei g die Erdbeschleunigung ist und den Wert 980 cm/sec aufweist.

Das Tröpfchen kann entweder kugelförmig sein oder eine, in Fig. 6 dargestellte,Flüssigkeitssäule 59. Im kugelförmigen Fall lautet die Gleichung für die Masse:

ro'=(4/3)frr³p

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wobei ρ die Flüssigkeitsdichte ist.

Im Falle einer Flüssigkeitsäule wird die Masse durch die Gleichung VII ausgedrückt:

(WII)

Durch Lösung lässt sich folgender Gleichungsansatz gewinnen! G = A/g=2rrr-yfC/(grⁿlf) (VIII)

wobei η ein unbekannter Exponent ist, 1 die Länge der Flüssig· keit in der Kapillare in entsprechenden Einheiten ist und C eine unbekannte Konstante ist.

Da sowohl η als auch C unbekannt sind, kann die Beziehung ζ luischen dem Durchmesser und dem Fluid durch empirische Daten gewonnen werden, die auf einer gegebenen Flüssigkeit 59 (Fig.6) und auf einem, gegebenen inneren Durchmesser beruhen. Anders ausgedrückt,kann Gleichung VIII in folgender Form geschrieben werden:

Log G-Log C₁«(n-l)Log r (IX)

wobei C₁=2n^rr^/}(fC/(glp) ist.

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Aus dem vorstehenden folgt eine empirische Losung, wie sie in Fig. 3B dargestellt ist, für eine gegebene Kombination von Materialien 29 und 31 in einem gegebenen Röhrchen 25. Mit diesem vorgegebenen System beschreibt Gleichung X, wie zuvor festgestellt, die Zuordnung. Dabei entspricht die Gleichung X der Gleichung I.

G=3,28/(r¹·¹¹) (X)

Oa die in der Kapillare gemäß Fig. 6 aufgestiegene Flüssigkeitsmasse als eine Funktion des Radius (r)_f der Länge (l) und der Dichte (p) erscheint, drückt Gleichung XI eine wahrscheinliche Beziehung aus.

G=C₂/(lJr¹'¹¹) (XI)

wobei C₂ eine unbekannte Konstante ist.

Gleichung XI kann durch empirische Daten verifiziert werden, indem unter Konstanthaltung der anderen Variablen der Log G gegen Log L aufgetragen wird.

Es ist schwierig aus dieser Analogie einen sicheren Schluß zu ziehen, da offensichtlich die Wirkungsweise der Vorrichtung von der Abtrennung der Flüssigkeit von der Kappilarwandung abhängt,wie es Gleichung XII ausdrückt:

(XII)

wobei tfGS die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit- Gas ist,

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LS die Grenzflächenspannung zwischen Festkörper-Flüssigkeit ist,

die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist und & der Randuiinkel ist.

Im übrigen erleidet das zusammendrückbare Fluid unterhalb der in der Kapillare einer abgeschlossenen Röhre angeordnete Flüssigkeit eine Kompression, die, da sie im Bruchteil einer Sekunde erfolgt, adiabatisch ist und damit berechenbar. In Tabelle I ist eine derartige Berechnung angegeben.

Tabelle:

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TABELLE I Druckänderung für die adiabatische Kompression eines idealen Gases

Höhenabnahme der	Neues
Flüssigkeit im	Volumen
Ruhrchen
0,0	V
0,IL	0,9V
0,2L	0,BV
0,5L	0,5V

Druck	Druck	G	0
Atmos.	Atmos.		3,51
1,0	0	8,41
1,19	0,19	40,90
1,45	0,45
3,18	2,18

wobei mit L die Länge der Hohlraumes, mit V das ursprüngliche Volumen und mit C und C.. die die thermodynamischen Gaseigenschaften bezeichnet sind.

_og P₂ = -1,67Lo₉(V₂Zv₁)

* Diese Berechnungen beziehen sich auf ein ideales einatomiges Gas und geben nur die ungefähre Größenordnung an.

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Eine andere Annäherung erhält man unter Verwendung einer Kapillare, die derjenigen in Fig. 6 gezeigten ähnlich ist, und eines theoretischen Röhrchenquerschnitts gem. Fig. 7. Mit θ sei dabei der Randu/inkel bezeichnet, der bei einer kreisförmigen Grenz fläche mit dem Radius R auftritt. Wird weiterhin mit P^ der Druck innerhalb der Flüssigkeit und mit P₂ der Druck außerhalb der Flüssigkeit bezeichnet, so gilt folgende Beziehung:

ΔΡ=ρ_χ -P₂=;

wobei mit γ die Oberflächenspannung, mit R der wesentliche Krümmungsradius, mit r der Kapillarradius bezeichnet sind, alle in entsprechenden Einheiten.

Aus der Elementargeometrie folgt, daß R=r/coe0 ist, so daß die Gleichung in die Gleichung XIII übergeht.

Δ P=2-^/(r cos θ ) (XIII)

in Bewegt sich der Flüssigkeitsabschnitt der Kapillare nach unten entlang und tritt aus dem Ende aus, so geht der Krümmungsradius R=r/cosB an dem Teil, der in die Kapillare eindringt, in R=r über und der Druck, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit aus der Kapillare zu drücken, beträgt:

t-=2.v (1 + cos θ )/r (XIW)

In dem Augenblick, in dem die Flüssigkeit den Radius r am Ende des Röhrchens annimmt, fließt sie vollständig heraus. Die durch die Beschleunigung A auf die Flüssigkeit in der Kapillare wirkende Kraft ist durch Gleichung XV gegeben:

π»Α=ΤΓΓ²1? A (XV)

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Diese Kraft wirkt auf den gesamten Querschnitt der Kapillare) damit ergibt sich für die Kraft pro Flächeneinheit Gleichung XUI

mfl/(T

= TT r²l

Α/(τί r²)= f IA

(XUII) (XUIII)

Die Abhängigkeit vom Winkel θ ist in Tabelle II dargestellt, die Abhängigkeit von r in Tabelle III.

Tabelle II

	(1 + cos θ)	,826	G als	Funk	39	tion von θ	wot
θ	1	,658	G-Kraft G = 2-# (1 + c ο s	46	θ )/grlj>
90°	0	,500	5,	54
100°	0	,357	4,	70
110°	ü	3,	93
12Ü°	0	2,
130°		1,

wobei>v zu 7ü dyn/cm

g zu 980 dyn

r zu 0,053 cm

1 zu 0,5 cm

j zu 1 Gramm/cm'

angesetzt wurden.

Tabelle III G als Funktion von r

	0	Γ	4	U	wobei	K	ZU	70 dyn/cm
ι	0	cm	5			g	ZU	980 dyn
0	,05 %	7	,72		θ	ZU	0,10°
0	,04	11	,90		1	ZU	0,5 cm
0	,03	23	,87		S	ZU	1
	,02		,87	709	8 4	7/0	827
,01	,6
_ _ _ j

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Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei schneiden sich die beiden Glasröhrchen 25A und 25B in der Nähe ihrer Mittelpunkte und bilden einen Schnittpunkt 63. Die Hohlräume sind durch geeignete Endstücke 45 dicht verschlossen. Auf den Endstücken 45 sind Stopfen 65 angeordnet, die frei in den inneren Hohlraum der Röhrchen 25A und 25B ragen. Die Stopfen 65 sind porös und permeabel mit einer vorgegebenen Porengröüe in der Art von Mikrofiltern, wobei sie von dem im Schnittpunkt 63 angeordneten Flüssigkeitstrupfchen 31 nicht benetzbar sind. Ist das Flüssigkeitstrupfchen 31 beispielsweise eine wässrige Lösung, so können die Stopfen aus einem nicht-benetzbaren Material, beispielsweise Teflon, bestehen, mit vorgegebener Porengröße und -verteilung. Der Stupfen 65 kann andererseits auch aus Glas bestehen, dessen poröse überfläche vorher mit einem derartigen Stoff getränkt wurde, daß der Stopfen vom wässrigen Flüssigkeitströpfchen nicht benetzt wird. Umgekehrt wird verfahren, wenn das Flüssigkeitströpfchen 31 eine hydrophobe Flüssigkeit ist, d.h., daß die überfläche der Mi kroporen nicht benetzbar gemacht werden, entweder durch die Auswahl des Materials oder durch eine andere Flüssigkeit, mit der sie getränkt werden. Diese Vorrichtung ist entlang der x- und y-Achsen in einer vorbestimmten Ebene richtungsempfindlich und dadurch besonders vorteilhaft. Des weiteren ermöglicht die exakte Vorherbestimmung der Mikroporen in den Stopfen 65 eine vorzügliche Eichung einer derartigen Vorrichtung im Vergleich zu anderen Vorrichtungen.

Eine noch bessere Vorrichtung 13 ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei ist ein durchsichtiger Würfel 67 vorgesehen, in dem die Hohlräume 27A, 27B und 27C derart angeordnet sind, daß ihre Achsen analog den x-, y- und z-Achsen senkrecht aufeinander stehen. Der Schnittpunkt der Hohlräume in der Nähe ihrer Mitten ist mit 69 bezeichnet. Im Schnittpunkt 69 befindet sich ein Flüssigkeitströpfchen 31, das von Luftblasen oder einem anderen Material 29 in den jeweiligen Enden der Hohlräume einge-

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schlossen wird. Der Würfel 67 ist mit einem Kleberücken 49 versehen, tuie oben beschrieben, um dergestalt mit einem tragbaren Gehäuse oder Gerät verbunden zu werden, das auf Erschütterungen überwacht werden soll. Die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie in jeder der drei Achsen richtungsempfindlich ist. Die Enden der Hohlräume sind auch hier mit Endstücken fest und dicht verschlossen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen einfachen Vorrichtung mit nur einem Rohrchen gem. Fig. 3A besteht darin, daß sie durch geeignete Mabe der im Röhrchen 25 enthaltenen Materialien in allen Richtungen empfindlich wird.

Die Faktoren, die die Wirkung eines senkrechten Falles beeinflussen, sind folgende:

(1) Röhrchendurchmesser;

(2) Grenzflächenspannung zwischen den Materialien;

(3) Flüssigkeitsdichte;

(4) Überflächenspannung der Flüssigkeit;

(5) freier Luftraum im Röhrchen und

(6) Flüssigkeitsvolumen.

Die Faktoren, die die Wirkung einer horizontalen Bewegung (oder Querbeschleunigung) beeinflussen,sind folgende:

(1) Durchmesser des Röhrchens;

(2) Grenzflächenspannung zwischen den Materialien;

(3) Flüseigkeitsdichte und

(4) Oberflächenspannung der Flüssigkeit.

Aus dem vorstehenden wird ersichtlich, daß der freie Luftraum und das FlüsBigkeitsvolumen die Querbeschleunigung nicht beeinflussen, wie es auch bei der Bewegung eines horizontal angeordneten Röhrchens (im folgenden als Horizontalbewegung bezeichnet) festgestellt worden ist. Dies ermöglicht die Ausge-

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staltung einer für alle Richtungen empfindlichen Überwachungseinrichtung 13. Dazu sind die folgenden Schritte nötig. Zuerst wird der G-Faktor bestimmt für die Horizontalbeuiegung einer Vorrichtung mit bestimmter Flüssigkeit, Röhrchen und Hohlraumdurchmesser. Dies kann, wie oben dargelegt, dadurch erfolgen, daß für eine gegebene Flüssigkeit-Gas-Anordnung und ein gegebenes Röhrchen mit verschiedenen Durchmessern die MeOergebnisse empirisch aufgezeichnet werden. Danach wird sowohl die Länge des Rührchens als auch die Länge des freien Luftraumes und das Flüssigkeitsvolumen innerhalb des Röhrchens vielfach variiert.

Zweitens wird die Länge des Flüssigkeitströpfchens, die einen Teil des inneren Hohlraumes des Röhrchens ausfüllt, so lange variiert, bis das Flüssigkeitsvolumen dieselben G-Werte beim Bruch der Grenzflächenschicht liefert, sowohl für den senkrechten Fall als auch für die Horizontalbeuiegung. Unter senkrechtem Fall ist dabei zu verstehen, daß das Röhrchen vertikal fällt und die Beschleunigung entlang der Längsachse des Röhrchens angreift. Andere Fallwinkel, beispielsweise bei 45°, bewirken keine Zerstörungseffekte bei deutlich unterschiedlichen Beschleunigungen, wenn senkrechter Fall und Horizontalbewegung gleichwertig sind.

Die folgenden Kriterien haben sich als nützlich erwiesen. Die Länge des Flüssigkeitströpfchens braucht nicht größer zu sein als ungefähr 5d, wobei d der Durchmesser des Hohlraumes ist. Die Länge des Flüssigkeitströpfchens darf nicht kleiner als 1d sein. 3e kleiner der Durchmesser des Hohlraumes nämlich ist, umso größer ist die erforderliche Anzahl von G-Werten,um eino gegebene Grenzflächenschicht zu zerstören. Im übrigen wurde festgestellt, daß die Länge der Flüssigkeitssäule ungefähr dem Hohlraumdurchmesser proportional ist. Daraus folgt, daß die Verwendung von Röhrchen mit kleinerem Durchmesser den Einsatz kürzerer Röhrchen und damit kürzere Materialabschnitte in den Röhrchen ermöglicht, um eine Vorrichtung zu erzielen, die größeren Erschütterungen oder Beschleunigungen widersteht.

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V?" 271977b

In Tabelle IU sind einige Beispiele angegeben von v/erschiedenen Durchmessern um die Richtungsempfindlichkeit zu bestimmen. Die Vorrichtungen, mit denen die in Tabelle IU angegebenen Daten erzielt wurden, bestanden sämtlichst aus Ruhrchen mit Flüssigkeitssäulen «on C,58G cm Länge, während die Ruhrchen selbst 2,54 cm Länge aufwiesen, wobei der Restraum mit Gas, nämlich Luft, gefüllt war. Die oben angegebenen Lösungen aus Wasser, Glykol und Farbstoff wurden als Flüssigkeit verwendet. Wie die Tabelle zeigt, beeinflußt der Durchmesser die Horizontalbewegung mehr als den senkrechten Fall.

Tabelle IU

Durchmesser (cm) Senkr.Fall (cm) Horizontalbewegung (cm)

0,269	8,26	5,72
0,216	1Ü,16	8,26
0,168	17,78	13,97
U,135	20,32	20,96
U,107	26,03	31,8

Tabelle U zeigt, daß bei den gemessenen Uorrichtungen eine Änderung der Länge des Flüssigkeitströpfchens B,Fig.6, keinen großen Einfluß auf die Horizontalbewegung hat. Umgekehrt wird der senkrechte Fall erheblich mehr beeinflußt, da die längeren Tröpfchen einen größeren Aufschlag nicht aushalten. Die Kenntnis des Abstandes C bis zum Tröpfchen ist nützlich, um Einsatzstücke anzuordnen, die die Flüssigkeit aufsaugen und deutlicher sichtbar machen.

In Tabelle U wurde die gleiche wässrige Lösung aus Glykol und Farbstoff verwendet wie oben beschrieben, bei einer inneren Länge des Hohlraumes von 2,54 cm.

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Dei der Durchführung der oben beschriebenen Versuche wurde eine optimale Vorrichtung gefunden, die gemäü Fig. 4A Einsatzstücke 39 innerhalb eines Glasröhrchens,sowie eine wässrige Lösung von Glykol und Farbstoff aufwies. Das Röhrchen wies einen Hohlraum von 0,119 cm Durchmesser auf. Die Einsatzstücke 39 waren 0,318 cm lang und wiesen nach dem Einsetzen in den Hohlraum einen Spielraum von weniger als 0,00254 cm auf, so daß sie durch Reibung festgehalten wurden. Ihr Abstand vom Flüssigkeitströpfchen betrug 0,1778 cm, während die Länge des Flüssigkeitströpfchens 0,2794 cm betrug. Dadurch erhält man den gleichen Zerstörungswert, ausgedrückt als Beschleunigungskraft, sowohl für senkrechte als auch für horizontale oder longitudinale und transversale Beschleunigungen.

	Fall	Tabelle V	* B/qrnj	Horizontalbewequnq	Strecke bis zu Aufprall *> /cm/
Senkrechter	ZfcmJ	Strecke bis	0,254	C/CJ7	15,2
B /cm /	0,635	zum , Aufprall ' lcm)	0,254	0,305	15,2
0,254	0,457	15,2	0,254	0,317	15,2
0,254	0,508	15,2	0,508	0,330	12,7
0,254	0,381	15,2	0,508	0,305	15,2
0,5L6	0,229	10,2	0,508	0,330	15,2
Q,5L8	0,254	7,6	0,508	0,317	15,2
0,5C8	0,254	7,6	0,762	0,330	12,7
L,500	0,254	7,6	0,762	0,292	15,2
0,762	0,254	7,6	0,762	0,305	15,2
0,762	0,203	7,6		0,292
0,762	6,4

Wenn das Rohr 25 von Fig. 6 um die "Strecke bis zum Aufprall" (Tabelle V) fällt, verstellt sich der Tropfen gegenüber der Abmessung B um die Strecke C.

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~33 " 271977b

In Fig. 1Ü ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die Flüssigkeit 31 zwischen nicht-benetzbaren, porösen, permeablen Stupfen 73 im Hohlraum des Rohrchens 25 eingeschlossen ist. Beim Auftreten einer bestimmten großen Erschütterung wird die Flüssigkeit durch die Stopfen hindurchgedrückt. Gbendrein können auch die Stopfen, wenn dies wünschenswert ist, zerbrechlich sein, um analog dem mechanischen Ausführungsbeispiel zu funktionieren.

In den Fig. 11 und 12 ist ein weiteres, mechanisches Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 13 dargestellt, das ebenfalle eine "ja-nein"-Anzeige ermöglicht. In Fig. 11 ist mit 75 ein Gewicht bezeichnet, das über einen Hartkleber oder eine andere, geeignete Vorrichtung über einen vorhandenen Ansatz 77 mit der konkaven Seite 79 einer durchsichtigen Haube 81 verbunden ist. Ein Sockel 83 ist als Bestandteil der Haube mit eingegossen und bietet eine exakte Kontaktfläche für das anzuhängende Gewicht. Übersteigen die am Gewicht angreifenden Kräfte, beispielsweise durch eine bestimmte Erschütterung oder Beschleunigung, die Haltbarkeit der Klebeverbindung, so löst eich das Gewicht 77 von der Haube. Die transparente Haube kann mit einem doppelseitigen Klebeband oder Kleberücken 85 versehen sein, um direkt an der Überfläche 87 eines Gehäuses oder dgl· angebracht zu werden. Es ist auch möglich, die transparente Haube auf einer geeigneten Grundplatte anzuordnen, die wiederum mit der Oberfläche 87 oder dem zu überwachenden Gerät verbunden wird.

Die Vorrichtung 13 zur Anzeige von Erschütterungen wird, wie oben beschrieben, zusammengebaut und fest mit einer Fläche 87 verbunden. Der Behälter oder das Gehäuse wird danach transportiert. Im Falle eines Auftretens einer bestimmten Erschütterung wird das Gewicht 75 abgebrochen und der Beobachter sieht es in einer anderen als der Mittenstellung, beispielsweise auf einer Seite, wie es durch die gestrichelte Linie 89 angedeutet ist. Dadurch wird der Beobachter gewarnt, daß eine bestimmte

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Erschütterung aufgetreten ist und die Anordnung oder das Gerät im Gehäuse neu geeicht oder untersucht werden muß.

In den Fig. 13 bis 15 ist ein weiteres mechanisches Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei weist die Vorrichtung 13 zum Nachweis von Erschütterungen eine oben beschriebene Grundplatte 23 auf, ein Meßteil 19 und ein Anzeigeteil 21 (Fig.15). Das Meßteil enthält hierbei eine Spiralfeder 91, deren eines Ende fest mit dem Gehäuse 93, beispielsweise mittels Stift und Lasche 95, befestigt ist. Die Druckfeder 91 trägt ein Gewicht 97, an dem eine Markierungsnadel 99 derart befestigt ist, daß sie auf einer Aufzeichnungsfläche 101 eine Spur der Auslenkung oder des Weges des Gewichtes 97 aufzeichnet. Die Nadel 99 kann eine abgerundete Nadel sein, wie beispielsweise eine abgerundete Schneidnadel, eine Corundnadel, eine Diamantnadel oder dgl.; sie kann auch aus einer geeigneten Markierungsanordnung bestehen, beispielsweise einer Kugelschreibermine oder dgl. Durch letztere wird die Reibung mit der Aufzeichnungsfläche 101 vermindert.

Die Aufzeichnungsfläche kann auch oberhalb des Gewichtes angeordnet werden, wie es durch die gestrichelten Linien 103 angedeutet ist, um die Reibung noch weiter zu vermindern.

Wie Fig. 15 zeigt, ist die Aufzeichnungsfläche 101 mit einer Richtungsmarkierung 105 versehen, so daß die Richtung, aus der die Erschütterung auftritt, festgestellt werden kann, beispielsweise durch den dargestellten Peak 107 mit ungefähr 85 Abweichung von der Markierung 105. Die Aufzeichnungsfläche 101 ist mit einer Vielzahl von Ringen versehen, die im Abstand von jeweils 1C; G angeordnet sind und damit 10 mal der Schwerkraft entsprechen. Die Ringe sind entsprechend den Federeigenschaften angeordnet, obwohl auch jede andere beliebige Markierung verwendet werden kann.

Auf jeden Fall wird die Vorrichtung 13 mit dem zu überwachenden Gehäuse körperlich fest verbunden. Nach Ankunft am Bestimmungsort genügt ein Blick auf die Aufzeichnungsfläche. Bei Verwendung

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einer oben angeordneten Aufzeichnungsfläche (mit geeigneter Markierung) erzielt man den Vorteil, daß diese leichter ablesbar ist, ohne daß der Blick durch die Feder oder dergleichen beeinträchtigt wird. Wunschgemäß können auch Aufzeichnungsflächen sowohl oben und unten angeordnet werden, um eine doppelte Ablesemöglichkeit zu haben. Ein weiterer Vorteil der in den Fig. 13 bis 15 gezeigten Vorrichtung ist, daß eine Aufzeichnung über den Verlauf aller aufgetretenen Erschütterungen erhalten wird, anstelle einer einfachen "ja-nein"-Anzeige.

Die Bauteile der in den Fig. 13 bis 15 dargestellten Vorrichtung sind von herkömmlicher Art. So besteht die Feder ⁽>1 üblicherweise aus Stahl. Das Gehäuse kann aus jedem geeigneten Material bestehen, wie beispielsweise leichtgewichtige Kunststoffe, wie oben näher ausgeführt, oder leichtgewichtige Materialien, wie Aluminium oder Magnesium. Die Aufzeichnungsfläche kann aus auswechselbaren Blättern bestehen, beispielsweise aus Papier, Kunststoff oder dgl. Sinnvollerweise werden die Nadel und die Aufzeichnungsfläche aufeinander abgestimmt, so daß eine deutliche Markierung erfolgt, wenn die Aufzeichnungsfläche von der Nadel berührt wird.

Aus dem vorgehenden wird deutlich, daß die erfindungsgemäüe Vorrichtung zum Nachweis von Erschütterungen besonders wirtschaftlich ist, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und einem bestehenden Bedürfnis entspricht. Ebenso fallen Variationen und weitere Ausführungsbeispiele unter den Gegenstand der Erfindung.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE MENGES & PRAHL Erhardtstrasse 12,0-8-XX) M'jnchsn £ 2710776 Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr 12, D-8000 München 5 Dipl -Ing RoIt Menges Dipl -C hem Dr Horst Prahl Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BiPAT München Ihr Zeichen/Your ref Patentansprüche Unser Zeichen/Our ret D 203/4 Datum/Date g Ma

1., Vorrichtung zum Nachweis von Beschleunigungen vorgegebener Stärke, die auf einen Behälter, Gegenstand, Erzeugnis oder dgl.el gewirkt haben, gekennzeichnet durch:

A. Ein Halteteil,um die Vorrichtung am Behälter anzubringen, der auf das Auftreten der bestimmten Beschleunigung überwacht werden soll;

B. ein Meßteil, das mit dem Halteteil verbunden ist und das feststellt, ob die bestimmte Beschleunigung aufgetreten ist, und

C. ein Anzeigeteil, das derart mit dem Meßteil verbunden ist, daß es auf es reagiert und das anzeigt, ob die bestimmte Beschleunigung aufgetreten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil eine mechanische Struktur aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeteil einen Anzeiger und eine Aufzeichnungsfläche aufweist, auf der die Beschleunigungskräfte aufgezeichnet sind, die auf die mechanische Struktur eingewirkt haben und daß die mechanische Struktur eine Vorspannungsanordnung aufweist, um den Anzeiger auf einen neutralen Wert vorzuspannen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeteil derart ausgestaltet ist, daß es nur dann, wenn wenigstens die Beschleunigungskraft vorgegebener Stärke auftritt, eine "ja-nein"-Anzeige ermöglicht.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

A. das MeUteil einen Hohlkörper mit einem ersten Hohlraum darin enthält;

Q. wonigstens zujei Materialien in diesem Hohlraum angeordnet sind, von denen wenigstens eines ein Fu.id ist und an das andere Material angrenzt, so daß eine Grenzflächenspannung auftritt und eine Grenzflächenschicht zwischen den beider. Materialien entsteht, wobei die Grenzflächenspannung und der Hohlraum des Hohlkörpers so bemessen sind, daß die ücschleunigung vorgegebener Stärke die Grenzflächencchicht zerstört;

C. Verschlüsse am Hohlraum vorgesehen sind,um die Materialien carin einzuschließen und

D. das Anzeigeteil eine sichtbare Anordnung aufweist,um die durch die Beschleunigung hervorgerufene Zerstörung der Grenzflächenschicht anzuzeigen.

6. Verrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daU die beiden Materialien eine Flüssigkeit und ein Festkörper sind, wobei der Festkörper porös und permeabei ist, so daß die Flüssigkeit nach der Zerstörung der Grenzflächcnschicht zwischen ihnen in den Festkörper eindringt und daß ein derartiger Festkörper und eine derartige Flüssigkeit gewählt werden, daß beim Eindri°gen der Flüssigkeit in den Festkörper dieser seine Farbe ändert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Materialien zwei Flüssigkeiten sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Materialien eine Flüssigkeit und ein Gas sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daü die Flüssigkeit Trupfchenform aufweist und sich im wesentlichen über den Durchmesser des Hohlraumes des Hohlkörpers erstreckt und daü ein bestimmter, mit Gas gefüllter,getrennter Abschnitt an wenigstens einem Ende des Hohlraumes vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zwischen wenigstens zwei getrennten, mit Gas gefüllten Abschnitten eingeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine Vielzahl von Hohlräumen aufweist, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkörper zwei koplanare und senkrecht aufeinanderstehende, röhrchenfürmige Hohlräume aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dab die beiden kuplanaren Hohlräume sich schneiden und daß die Flüssigkeit im Schnittpunkt der beiden kuplanaren, senkrecht aufeinander stehenden,röhrchenfürmigen Hohlräume angeordnet ist und daß das Gas an den vier entsprechenden Endßn eingeschlossen ist dergestalt auf Beschleunigungskräfte entlang jeder Achse zu reagieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper wenigstens drei Hohlräume aufweist, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen.

15. Vorrichtung ⁿach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die drei Hohlräume in der Nähe ihrer Mittenschneiden, so daß ein hohler Schnittpunkt entsteht, in dem rlae

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Flüssigkeitstrüpfchen angeordnet ist und ^aU das Gas an den sechs entsprechenden ^nden eingeschlossen ist um dergestalt auf Beschleunigung^kräfte entlang jeder der drei senkrecht aufeinander stehenden Ochsen zu reagieren.

16. Vorrichtung ach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit hydrophil ist und "*ie mit der Flüssigkpit in Kontakt stehenden Oberflächen des Hohlraumes hydrophob sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit hydrophob ist und die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Oberflächen des Hohlraumes hydrophil sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einer Gruppe von Materialien gewühlt ist, die aus einer wässrigen Lösung eines Farbstoffes sowie eines Gefrierschutzmittels, Quecksilber und eines paraffinhaltigen flüssigen Kohlenwasserstoffs besteht.

19.Verfahren zum Erstellen einer Vorrichtung zum Nachweis von Erschütterungen und zur Warnung, daß eine Beschleunigung vorgegebener Stärke an einem zu überwachenden Gegenstand aufgetreten ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

A. Erstellen eines Meßteils um festzustellen, ob eine Beschleunigung vorgegebener Stärke aufgetreten ist;

B. Erstellen eines Anzeigeteils und Verbinden dieses Anzeigeteils mit dem Meßteil um anzuzeigen, daß die Beschleunigung vorgegebener Stärke aufgetreten ist;

C. Verbinden des Meßteils und des Anzeigeteils mit einem Halte teil zum Anbringen der Vorrichtung an dem auf Beschleunigung zu überwachenden Gegenstand.

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20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Vorrichtung zum Nachweis von Erschütterungen im wesentlichen für alle Richtungen empfindlich ist, dadurch gekennzeichnet , daß die in Anspruch 19 genannten Schritte A und B noch folgende Schritte aufweisen:

A. Erstellen eines Röhrchens mit einem Hohlraum vorgegebenen Durchmessers;

B. Erstellen einer Flüssigkeit und Einbringen eines Tröpfchens derart in den Hohlraum, daß ein Teil davon vollständig ausgefüllt wird, so daß eine Grenzflächenschicht auf beiden Seiten des Tröpfchens entsteht und an jedem Ende des Hohlraumes ein Gasabschnitt eingeschlossen wird, nachdem die Enden dicht verschlossen sind, wobei der Durchmesser und die Flüssigkeit bezüglich eines vorgegebenen Röhrchens derart gewählt werden, daß eine Zerstörung der Crenzflächenschicht erfolgt, so wie eine transversale Erschütterung auftritt, die ausreichend stark ist, um eine mögliche Funktionsuntüchtigkeit des überwachenden Gegenstandes hervorzurufen;

C. experimentelles Verändern der Tröpfchenlänge und der entsprechenden eingeschlossenen Luftabschnitte so lange, bis eine longitudinale, im wesentlichen gleich große Erschütterung wie die transversale Erschütterung eine Zerstörung der Grenzflächenschicht hervorruft, so daß diese Zerstörung auftritt, gleichgültig aus welcher Richtung die Beschleunigung erfolgt;

D. Verschließen des Röhrchens, in dem außer den Gasabschnitten das Flüssigkeitströpfchen mit einer solchen Länge enthalten ist, daß es für alle Richtungen empfindlich ist. und

E. Verbinden des so erhaltenen, dicht verschlossenen, mit Gas und Flüssigkeit gefüllten Röhrchens mit dem Halteteil, um am zu überwachenden Gegenstand angebracht zu werden, so daß der mit Gas gefüllte Raum vom Beobachter gesehen wird, um beim Abtrennen eines Flüssigkeitströpfchens anzuzeigen, daß die Grenzflächenschicht zerstört worden ist.

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