Snelheidsmeter

Achtergrond

Een snelheidsmeter is een apparaat dat wordt gebruikt om de rijsnelheid van een voertuig te meten, meestal om een ​​verstandig tempo aan te houden. De ontwikkeling en uiteindelijke status als standaardkenmerk in auto's leidde tot de handhaving van wettelijke snelheidslimieten, een idee dat in de praktijk was geweest sinds het begin van paardloze koetsen, maar dat grotendeels door het grote publiek was genegeerd. Tegenwoordig is geen enkele auto uitgerust zonder een intacte snelheidsmeter; het is bevestigd aan de cockpit van een voertuig en deelt meestal een behuizing met een kilometerteller, een mechanisme dat wordt gebruikt om de totale afgelegde afstand te registreren. Twee basistypen snelheidsmeters voor auto's, mechanisch en elektronisch, worden momenteel geproduceerd.

Geschiedenis

Het concept van het vastleggen van reisgegevens is bijna net zo oud als het concept van voertuigen. De vroege Romeinen markeerden de wielen van hun strijdwagens en telden de omwentelingen, waarbij ze de afgelegde afstand en de gemiddelde dagelijkse snelheid schatten. In de elfde eeuw kwamen Chinese uitvinders met een mechanisme met een tandwieltrein en een bewegende arm die na een bepaalde afstand op een trommel zou slaan. Nautische snelheidsgegevens werden in de jaren 1500 vastgelegd door een uitvinding die de chiplog wordt genoemd, een lijn die met regelmatige tussenpozen wordt geknoopt en verzwaard om in het water te slepen. Het aantal knopen dat in een bepaalde tijd wordt losgelaten, zou de snelheid van het vaartuig bepalen, vandaar de nautische term "knopen" die vandaag nog steeds wordt gebruikt.

Het eerste patent voor een snelheidsindicator met roterende as werd in 1916 verleend aan uitvinder Nikola Tesla. Op dat moment waren snelheidsmeters echter al enkele jaren in productie. De ontwikkeling van de eerste snelheidsmeter voor auto's wordt vaak toegeschreven aan A.P. Warner, oprichter van de Warner Electric Company. Aan het begin van de eeuw vond hij een mechanisme uit, een snijmeter genaamd, die wordt gebruikt om de snelheid van industriële snijgereedschappen te meten. Hij realiseerde zich dat de snijmeter kon worden aangepast aan de auto, paste het apparaat aan en begon een grote promotiecampagne om zijn snelheidsmeter onder het grote publiek te brengen. Verschillende snelheidsindicatorconcepten werden destijds geïntroduceerd door concurrerende bronnen, maar het ontwerp van Warner kende aanzienlijk succes. Tegen het einde van de Eerste Wereldoorlog produceerde de Warner Instrument Company negen van de tien snelheidsmeters die in auto's werden gebruikt.

De Oldsmobile Curved Dash Runabout, uitgebracht in 1901, was de eerste autolijn die was uitgerust met een mechanische snelheidsmeter. Cadillac en Overland volgden al snel en snelheidsmeters begonnen regelmatig te verschijnen als een fabrieksoptie in nieuwe auto's. Snelheidsmeters waren in deze tijd bij daglicht moeilijk af te lezen en, zonder lamp in de behuizing, 's nachts vrijwel onleesbaar. De aandrijfkabel in vroege modellen was bevestigd aan de voorwielen of de achterkant van de transmissie, maar de integratie van de aandrijfkabel in het transmissiehuis zou pas over 20 jaar plaatsvinden. Nadat die verbetering was doorgevoerd, zou het technische basisontwerp van een snelheidsmeter onaangetast blijven tot de komst van de elektronische snelheidsmeter in het begin van de jaren tachtig.

Grondstoffen

Materialen die worden gebruikt bij de productie van snelheidsmeters variëren met het type meter en de beoogde toepassing. Oudere mechanische modellen bestonden volledig uit staal en andere metaallegeringen, maar in latere jaren was ongeveer 40% van de onderdelen voor een mechanische snelheidsmeter gegoten uit verschillende plastic polymeren. Nieuwere elektronische modellen zijn bijna volledig gemaakt van plastic en ontwerpingenieurs verbeteren voortdurend de gebruikte polymeren. De behuizing van de hoofdeenheid van een snelheidsmeter is bijvoorbeeld meestal gemaakt van nylon, maar sommige fabrikanten gebruiken nu het meer waterbestendige polybutyleentereftalaat (PBT) polyester. De wormaandrijving en magneetas zijn ook van nylon, net als de tandwieltrein en spindels van de snelheidsmeter. De glazen displaylens van het recente verleden is nu gemaakt van transparant polycarbonaat, een sterke, flexibele kunststof die bestand is tegen hitte, vocht en stoten.

Ontwerp

In een mechanische snelheidsmeter is een roterende kabel bevestigd aan een set tandwielen in de transmissie van de auto. Deze kabel is direct bevestigd aan een permanente magneet in de snelheidsmeter, die draait met een snelheid die evenredig is met de snelheid van het voertuig. Terwijl de magneet draait, manipuleert deze een aluminium ring en trekt deze in dezelfde richting als het draaiende magnetische veld; de beweging van de ring wordt echter tegengewerkt door een spiraalveer. Aan de aluminium ring is de wijzer bevestigd, die de snelheid van het voertuig aangeeft door de balans tussen deze twee krachten te markeren. Naarmate het voertuig vertraagt, neemt de magnetische kracht op de aluminium ring af en trekt de veer de wijzer van de snelheidsmeter terug naar nul.

Elektronische snelheidsmeters zijn bijna universeel aanwezig in auto's van de laatste jaren. In dit type meter meet een pulsgenerator (of tachgenerator) die in de transmissie is geïnstalleerd, de snelheid van het voertuig. Het communiceert dit via elektrische of magnetische pulssignalen, die ofwel worden vertaald in een elektronische uitlezing of worden gebruikt om een ​​traditionele magnetische meeteenheid te manipuleren.

Het fabricageproces

Stalen onderdelen

• 1 Om gesmolten staal te vormen, wordt ijzererts gesmolten met cokes, een koolstofrijke stof die ontstaat wanneer steenkool in een vacuüm wordt verwarmd. Afhankelijk van de legering kunnen ook andere metalen zoals aluminium, mangaan, titanium en zirkonium worden toegevoegd. Nadat het staal is afgekoeld, wordt het tussen hogedrukrollen tot platen gevormd en naar de fabriek gedistribueerd. Daar kunnen de afzonderlijke onderdelen in mallen worden gegoten of met grote walsmachines uit stafmateriaal worden geperst en gevormd.

Kunststof onderdelen

• 2 De verschillende kunststoffen die in een productiestation voor instrumenten aankomen, werden eerst gemaakt van organische chemische verbindingen die zijn afgeleid van aardolie. Deze polymeren worden in korrelvorm verdeeld voor gebruik in het spuitgietproces. Om de kleine onderdelen voor een snelheidsmeterassemblage te maken, worden deze pellets in de hopper van een vormmachine geladen en gesmolten. Een hydraulische schroef dwingt het plastic door een mondstuk en in een voorgegoten mal, waar het plastic wordt afgekoeld en stolt. De onderdelen worden vervolgens verzameld en getransporteerd naar assemblagestations.

Montage

• 3 De wijze van montage en de mate van menselijke interactie is afhankelijk van de kwaliteit van de snelheidsmeter. Sommige goedkope snelheidsmetersystemen zijn gemaakt om "wegwerpbaar" te zijn, wat betekent dat de instrumenten niet zijn gebouwd voor gemakkelijke demontage of reparatie. In dit geval wordt de hardware bevestigd met behulp van een proces dat klinken genoemd wordt, waarbij een koppen wordt ingebracht en aan het andere uiteinde wordt afgestompt, waardoor een permanente bevestiging wordt gevormd. Hogere snelheidsmetersystemen bestaan ​​uit twee grote assemblages die met schroeven zijn bevestigd; het voordeel is dat de interne hardware van de meter toegankelijk is voor reparatie en herkalibratie.
• 4 De binnenas en de snelheidsmeter worden vervolgens op hun plaats vastgesmolten met klinknagels of schroeven. De permanente magneten die in mechanische snelheidsmeters worden gebruikt, worden vóór aankomst in de fabriek gecomprimeerd en gegoten en hoeven daarom alleen op de wormaandrijving te worden gemonteerd. In het geval van elektronische snelheidsmeters worden glasvezel-en-koperen circuits ook vervaardigd door leveranciers, en vereist programmering voordat het in het grotere systeem wordt geschroefd. Deze grotere componenten worden naar een apart montagestation getransporteerd, waar ze met behulp van stud-terminal of blade-terminal plastic connectoren in de behuizing worden gemonteerd. Voorbij zijn primaire De innerlijke mechanismen van een snelheidsmeter. Als beschermhoes dient de behuizing ook als platform voor het bevestigen van uiterlijke kenmerken zoals de wijzerplaat, de naald en het etalagevenster. Nogmaals, deze processen vereisen automatisering vanwege de grote output, maar bij elke stap is menselijke inspanning nodig om de productconsistentie te inspecteren en te waarborgen.

Kalibratie

• 5 Kalibratie is het proces van het bepalen van de werkelijke waarde van spaties in elk meetinstrument. Het is een bijzonder vitaal proces bij de vervaardiging van snelheidsmeters, omdat de veiligheid van de bestuurder afhankelijk is van een nauwkeurige uitlezing. In een mechanische meter produceren magnetische krachten het koppel dat de indicatornaald afbuigt. Bij het kalibreren van dit type meter wordt een elektromagneet gebruikt om de sterkte van de in de snelheidsmeter gemonteerde permanente magneet aan te passen totdat de naald overeenkomt met de invoer van de roterende kabel. Bij het kalibreren van een elektronische meter worden aanpassingen gemaakt wanneer kalibratiefactoren in het geheugen van de meter worden geschreven. Het systeem kan dan de balans tussen input van de transmissie en output van de naald opnieuw bepalen. Er zijn nu nieuwe geautomatiseerde systemen beschikbaar voor het kalibreren van zowel mechanische als elektronische snelheidsmeters, waardoor een enorm aantal manuren wordt bespaard die normaal gesproken voor dit proces nodig zijn.

Kwaliteitscontrole

Waarschijnlijk de meest directe methode van kwaliteitscontrole is het kalibratieproces. Fabrikanten van auto-onderdelen werken volgens de meetnormen die zijn ontwikkeld door de International Organization for Standardization (ISO), die ervoor zorgt dat universele richtlijnen tussen fabrikanten van meters worden gebruikt. Interne kwaliteitsborgingsteams ontwikkelen specificaties voor elk nieuw product voordat het naar de assemblagelijn gaat, en dezelfde teams rapporteren later of deze richtlijnen op de fabrieksvloer worden nageleefd. Geleidelijke niveaus van assemblage omvatten ook inspectie door fabriekspersoneel om ervoor te zorgen dat de automatisering soepel werkt.

Bijproducten/afval

Er ontstaan ​​geen bijproducten van de vervaardiging van meters. Afvalmaterialen zijn onder meer schroot en kunststoffen, waarvan een deel kan worden hergebruikt in latere productieruns. Omdat de betrokken grondstoffen buiten de fabriek worden bereid, ontstaat er bij de fabricage geen noemenswaardige hoeveelheid gevaarlijk industrieel afval. Emissies van fabrieksautomatisering worden door de overheid gereguleerd en onderzocht door milieubeschermingsgroepen.

De Toekomst

Ontwerpbureaus experimenteren momenteel met verbeteringen in de uitlezing van de snelheidsmeter, een poging om het moment van afleiding te elimineren dat een bestuurder nodig heeft om naar beneden te kijken en zijn of haar snelheid te meten. Digitale uitlezingen die op de voorruit worden geprojecteerd, lijken de volgende ontwikkelingsstap te zijn. Sommige prototypes voor deze snelheidsmeters laten de uitlezing lijken alsof deze over de motorkap zweeft. Omdat dit type display eruitziet alsof het zich enkele meters buiten het stuur bevindt, kunnen bestuurders de snelheid continu in de gaten houden zonder hun ogen van de weg te hoeven halen. De spiegels en projectie-inrichtingen die in dit systeem worden gebruikt, kunnen ook worden aangepast aan de positie van de bestuurder, ongeveer op dezelfde manier als een achteruitkijkspiegel. Bovendien zullen snelheidsmeterprojectiesystemen uiteindelijk worden geïntegreerd met navigatiehulpmiddelen, waardoor richtingsinformatie kan verschijnen met meteruitlezingen.

Waar meer te leren

Overige

Devaraj, Ganesh, et al. "Automatisering van de kalibratie van de snelheidsmeter." Webpagina Evaluatie Engineering. december 2001. .

"Hoe een toerenteller/snelheidsmeter werkt met behulp van een magnetische sensor." Handleiding. Stewart-Warner Co., april 2001.

"Hoe een elektrische meter wordt samengesteld." Handleiding. Stewart-Warner Co., april 2001.

"Hoe kilometertellers werken." Marshall Brain's Hoe dingen werken. december 2001. .

"Snel door de tijd". Transportonderwerpen Elektronische krant. November 1998. December 2001. .

"Snelheidsmeter." Volledige webpagina met computersoftware. december 2001. .

"De zwevende snelheidsmeter." Siemens.com-webpagina. December 2001. .

Kate Kretschmann