<Desc/Clms Page number 1>
Kraftmessungsgerät
Die Erfindung betrifft ein Kraftmessungsgerät, das eine Hohlwelle mit daran angeschlossenen Hebeln enthält, die durch Drehung beansprucht wird, wenn die zu messende Kraft auf die Hebel wirkt, welche Drehbeanspruchung mittels einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Spule und einer anderen an ein elektrisches Messgerät angeschlossenen Spule ausgewertet wird, von welchen Spulen die eine mit der Bohrung der Welle verkettet ist und die andere die Hohlwelle umgibt.
Es ist bekannt, dass die Drehspannung einer Hohlwelle elektromechanisch ausgewertet werden kann, indem man mittels einer Spule, die mit der Bohrung der Welle verkettet ist, in der Welle ein kreisförmiges magnetisches Feld erzeugt, und mittels einer anderen Spule den wegen der magnetostriktiven Eigenschaften des Materials und der Drehspannung erzeugten axialen magnetischen Fluss misst.
Die Erscheinung, von der man dabei Gebrauch macht, wird der erste umgekehrte Wiedemanneffekt"ge- nannt, und die umgekehrte Erscheinung, d. h. wenn die Drehspannung bei axialer Magnetisierung einen kreisförmigen magnetischen Fluss erzeugt, wird der zweite umgekehrte Wiede- manneffekt"genannt. Auch von der letztgenannten Erscheinung kann bei Messung der Drehspannung mit Erfolg Gebrauch gemacht werden, was sogar nicht selten vorteilhafter ist als das Benutzen der ersterwähnten.
Die beiden umgekehrten Wiedemanneffekte können auch für Kraftmessungen ausgenutzt werden, wenn die Hohlwelle mit Hebeln, auf welche die zu messenden Kräfte wirken können, versehen ist. Der Festigkeit halber ist es natürlich, den Hebel auf die Hohlwelle aufzuschweissen, was jedoch Anlass zu erheblichen Schweissspannungen gibt. Wegen der Magnetostriktion der Hohlwelle und der Schweissnaht wird das magnetische Feld des Kraftmessungsgeräts deformiert, und die Proportionalität zwischen der Kraft und dem Ausschlag des Messgeräts geht verloren. Versuche haben gezeigt, dass auch nicht Ausglühen des Gutes des Kraftmessungsgeräts die Proportionalität genügend wiederherstellen kann.
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hohlwelle mit Flan- schen mit aufgeschweissten Hebeln ausgestattet ist und dass die Hohlwelle und Flanschen in einem Stück aus homogenem Material hergestellt sind und dass die Flanschen mit Löchern versehen sind, durch welche die mit der Hohlwelle verkettete Spule gewickelt ist, und dass eine magnetische Rückleitung bestehend aus einem Ring aus magnetischem Material zwischen den Flanschen angeordnet ist, so dass nur ein geringer Teil von dem magnetischen Fluss in der Hohlwelle durch die Peripherie der Flansche verläuft.
Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 stellt schematisch eine Seitenansicht eines Kraftmessungsgerätes gemäss der Erfindung dar. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Kraftmessungsgerätes nach der Erfindung in Seitenansicht. Fig. 3 zeigt den Schnitt A-A durch das Kraftmessungsgerät gemäss Fig. 2. In Fig. 1 bedeutet 1 eine Hohlwelle oder einen Körper mit grundsätzlich ringförmigem Querschnitt. Mit 5,6, 7 sind die an der Hohlwelle befestigten Hebel, die mit Löchern 8, 9 ausgestattet sind, bezeichnet. Bei dem gezeigten Kraftmessungsgerät können z. B. die Seile an den Löchern 8 und der Haken am Loch 9 befestigt werden.
Zwei Spulen 11 und 12, die zwischen den Hebeln 5 und 6, bzw. 6 und 7 gewickelt sind, sind in Reihenschaltung an eine Wechselstromquelle 21 angeschlossen.
Eine Spule 10 ist mit der Bohrung der Hohlwelle verkettet und mit derselben an ein elektrisches Messgerät angeschlossen.
Wegen des Wechselstroms in den Spulen 11 und 12 entstehen magnetische Felder in den Teilen der Hohlwelle, die zwischen den Hebeln 5 und 6 bzw. 6 und 7 liegen. Wenn die Hohlwelle 1 magnetisch isotrop ist, wird dabei ein axialer magnetischer Induktionsfluss erzeugt, und in der Spule 10, die in einer Radialebene liegt, wird keine Spannung induziert. Das Belasten des Hebels 6 mit einer senkrecht zur Ebene der Zeichnung gerichteten Kraft, erzeugt Drehspannungen in der Hohlwelle, welche Spannungen eine magnetische Anisotropie hervorrufen, weswegen die Richtung des Induktionsflusses von der der magnetischen Feldstärke abweicht. Hiedurch bekommt der magnetische Induktionsfluss eine tangentielle Kom-
<Desc/Clms Page number 2>
ponente, die mit der Spule 10 verkettet ist und in derselben eine elektromotorische Kraft erzeugt.
Die induzierte elektromotorische Kraft treibt einen Strom durch das elektrische Messgerät 22, dessen Messergebnis ein Mass für die Drehspannung ist. Weil die Drehspannungen in den beiden belasteten Teilen der Hohlwelle entgegengesetzt sind, wenn die Kraft am Loch 9 angreift, müssen die Spulen 11 und 12, wie in Fig. 1 angedeutet, entgegengesetzte Wicklungsrichtungen haben, damit die Wirkungen der beiden aktiven Teile sich in dem Ausgangskreis addieren.
In den meisten Fällen besteht die Hohlwelle 1 aus Eisen, das magnetostriktiv ist und deswegen die Eigenschaft hat, dass die Permeabilität bei Drehung in der Richtung der einen mechanischen Hauptspannung zunimmt, und in der Richtung der anderen abnimmt, was eine
Drehung des Induktionsflusses hervorruft. Auch wenn das Material der Hohlwelle 1 magnetisch neutral ist, kann eine Drehung des Induktions- flusses stattfinden. Dies ist darauf zurückzu- führen, dass der Widerstand des Materials eine
Funktion seiner mechanischen Spannungen ist (elastoresistiver Effekt), und dass die Wirbel- ströme im Material darum verzerrt werden.
Diese Erscheinung ist jedoch nicht besonders ausgeprägt und hat zur Zeit keine praktische Bedeutung im Vergleich zum magnetostriktiven Effekt.
Die oben beschriebenen idealen Verhältnisse werden durch jeden mechanischen Spannungszustand im magnetisierten Material gestört, und die durch das Aufschweissen der Hebel 5, 6,7 erzeugten kräftigen Schweissspannungen verursachen einen grossen Ausschlag am elektrischen Messgerät 22, auch wenn die Hebel 5, 6,7 unbelastet sind. Dieser Nullausschlag kann jedoch in den in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen des Kraftmessungsgeräts vermieden werden.
In dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Kraftmessungsgerät sind die HebelS,. 6, 7 nicht direkt auf der Hohlwelle 1 aufgeschweisst, sondern auf Flanschen 2, 3, bzw. 4, die in einem Stück mit der Hohlwelle 1 hergestellt sind. Die Flanschen 2,3, 4 sind mit je vier Löchern versehen und die Spule 10 ist durch diese Löcher gewickelt und bildet dabei vier symmetrische Teilspulen, die die Hohlwelle wie eine Ringwicklung einschliessen. Die Spulen 11 und 12 sind auf die Spulen 10 gewickelt und sind von den Ringen 14 aus magnetischem Material umgeben. Die Ringe 14 dienen als magnetische Rückleitung für den von den Spulen 11 und 12 erzeugten magnetischen Fluss.
Die Schweissnähte zwischen den Hebeln 5, 6,7 und den Flanschen 2,3, 4 geben Anlass zu magnetischen Anisotropien auch in dem in
Fig. 2 und 3 dargestellten Kraftmesssungs- gerät, aber der Einfluss dieser Anisotropien auf den Ausschlag des Messgeräts 22 kann vernach- lässigt werden, weil die Spule 10 keinen Teil des magnetisch anisotropen Materials ein- schliesst.
Weil die Ausbreitung des von den Spulen 11 und 12 erregten magnetischen Feldes von den magnetischen Rückleitungen 14 effektiv be- grenzt ist, können die Schweissnähte 13 einfach feldfrei gemacht werden, indem der Durchmesser der Flanschen so gross gemacht wird, dass die Ringe 14 innerhalb der Peripherie der Flanschen 2,3, 4 liegen. Weil die Schweissnähte 13 feldfrei sind, würden sie selbstverständlich nicht das Messergebnis beeinflussen, auch wenn die Schweissnähte 13 durch die Spule 10 eingeschlossen wären. Deswegen kann der Nullausschlag des Messgeräts 22 nur mit Hilfe der Flanschen 2,3, 4 vermieden werden, ohne dass diese mit Löchern für die Spule 10 zu versehen sind.
Wie oben erwähnt, können die von den Schweissnähten 13 verursachten Störungen auf zwei Arten vermieden werden, wenn die Hohlwelle 1 und die Flanschen 2,3, 4 aus einem Stück hergestellt werden, was in einem bo-
EMI2.1
nungslosem isotropem Material resultiert, an welchem die Hebel 5, 6,7 befestigt werden können. Das beste Resultat erhält man, wenn die beiden beschriebenen Massnahmen kombiniert werden.