CH366682A - Kraftmesseinrichtung - Google Patents

Description

  



  Kraftmesseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftmesseinrichtung, insbesondere zur Ermittlung pneumatischer oder hydraulischer Drücke. Einrichtungen dieser Art werden sowohl zur Messung einzelner Drücke als auch in geeigneter Variation zur Messung von Differenzdrücken verwendet.



   Die Erfindung bezweckt, eine stabile und sich durch besonders gedrängte Bauweise auszeichnende Einrichtung hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu schaffen. Erreicht soll dies dadurch sein, dass ein seine Ausdehnung in Richtung einer Achse unter der Kraftwirkung veränderndes Glied in Richtung dieser Achse an seinem einen Ende an einem mit Messelementen versehenen Stützglied und an seinem anderen Ende an einem federnden Stützglied befestigt ist.



   Vorteilhaft ist das federnde Stützglied in seinen Federungseigenschaften einstellbar, wodurch die   Mög-      lichkeit    einer   Empfindlichkeits-und Messbereichs-    regulierung sowie einer Anpassung an die gegebenen räumlichen und konstruktiven Verhältnisse geschaffen wird.



   Durch spiegelbildliche Verdoppelung kann eine Differenzdruckmesseinrichtung geschaffen werden, bei der sich die Einstellbarkeit der Federungseigenschaften der federnden Stützglieder besonders vorteilhaft auswirkt, da hierdurch zusätzlich noch ein Ausgleichen der physikalischen und geometrischen Verschiedenheiten der einzelnen Bauteile ermöglicht wird. Die Schwierigkeit, eine gegenseitig angepasste Betriebsweise zu erzielen, entspringt der Tatsache, dass die einer Kraftwirkung unterliegenden Glieder selten die gleichen Nutzflächen besitzen, wo ein hoher Genauigkeitsgrad gefordert wird.



   Die einer Kraftwirkung unterliegenden Glieder können jede bekannte Form haben, wie z. B. die eines Metall-oder Plastikbalges oder eines Elementes mit Blende, Kolben und Zylinder.



   Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen in schematischer Darstellung :
Fig.   1    den Seitenriss einer   Differenzdruckmess-    einrichtung,
Fig. 2 den Grundriss zu Fig.   1,   
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für die eine Hälfte der Einrichtung nach Fig.   1,   
Fig. 4 eine besondere Ausführungsform eines einer Kraftwirkung unterliegenden Gliedes mit einstellbarer Empfindlichkeit.



   Wie in Fig.   1    dargestellt, ist auf einer Montagebasis 1 ein mit Messelementen 10 versehenes   Stütz-    glied 2, das-vorzugsweise, aber nicht unbedingtfedernde Eigenschaften besitzt, angeordnet. Dieses ist an seinem unteren Ende mittels Schrauben 3 auf der Basis 1 aufgeschraubt.



   Um das Glied 2 auf einer gegebenen Mitte 4 zu lagern (Fig. 2), ist die Basis bei   5    ausgespart. Das Glied 2 ist vorzugsweise als Mehrfach-Biegestab ausgebildet, indem in einem vollen Glied zwei Löcher 6 vorgesehen und durch einen Schlitz 7 miteinander verbunden sind. Hierdurch werden Parallelstäbe 8 und 9 geschaffen, die an beiden Enden starr miteinander verbunden sind. Die Kraft, die am freien Ende des Stabes angreift, kann durch geeignete Mittel gemessen werden, besonders durch elektrische Dehnungsmessstreifen der gekitteten Fadentype, die an den inneren Flächen der Löcher 6 angeordnet sind. Die Messstreifen sind in bekannter Weise zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet.



  Der Mehrfach-Biegestab ist besonders vorteilhaft, weil er relativ steif ist und daher einen relativ geringen Ausschlag bei gutem Messeffekt hat. Ebenfalls bleiben die oberen Enden horizontal während der  Bewegung, anstatt sich in einem Winkel zu neigen, wie es der Fall ist bei einem Einzelstab, der in einen Bogen gekrümmt wird.



   Die der Kraftwirkung unterliegenden Glieder 12 und 13, für pneumatische oder hydraulische Drücke vorzugsweise in der Form von Bälgen ausgebildet, sind an ihren inneren Enden starr verbunden mit dem freien Ende des Gliedes 2 und vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, in axialer Ausrichtung zueinander. Die äusseren Enden der   Bäl ! ge tragen    Stiftschrauben 14 mit kurzen Gewindeenden 15, die durch die Muttern 16 an das obere Ende der Stützglieder 17 angeklemmt sind, die begrenzte, aber einstellbare Biegsamkeit besitzen. Die unteren Enden dieser Stützglieder 17 sind mit der Basis 1 mittels Schrauben 18 verschraubt. Beide Enden der Stützglieder 17 weisen Vertikalschlitze 19 und 20 auf, durch welche die mit Gewinde versehenen Stiftschrauben 15 und die Schrauben 18   durchragen.   



   Beim beschriebenen Beispiel sind die Stützglieder vertikal, doch kann die Einrichtung auch jede andere Lage einnehmen.



   Das untere Ende 22 jedes Stützgliedes 17 ist stärker bemessen als der sich nach oben ausdehnende flexible Teil. Es ist daher bei konstantem Abstand zwischen Basis 1 und Balg 13 möglich, die federnde Länge des Stützgliedes relativ zu verändern, indem man das Stützglied in den Schlitzen 19, 20 auf  wärts    oder abwärts schiebt. Die federnde Länge des biegbaren Gliedes 17 ist für jede bestimmte Lage der Abstand zwischen der Schulter 23 und dem Punkt, an dem die Mutter 16 das Stützglied mit der Schraube 14 verbindet.



   Die verringerte Stärke des Stützgliedes 17 ist so berechnet, dass sie diesem eine vorbestimmte Biegsamkeit oder Federung verleiht, die sich mit der federnden Länge des Gliedes verändert. Die Ausnutzung dieser Federung in Verbindung mit der Federung des Balges und des Biegestabes 2 erlaubt nicht nur die Einstellung des Bereiches für die   Einzeldruck-oder    Differenzdruckmesseinrichtung, sondern auch die Kompensierung des Unterschiedes in den Nutzflächen der sich gegenüberstehenden Bälge 12, 13 bei der   Differenzialdruckmesseinrichtung.    Die Bälge 12 und 13 dehnen sich aus und ziehen sich zusammen längs einer Achse B, je nachdem, ob der auf sie wirkende Druck sich vergrössert oder verringert.

   Sie besitzen eine federnde Wirkung, welche sie in ihre natürliche Lage zurückkehren lässt, nachdem sie durch den Druck gedehnt oder zusammengezogen wurden.



   Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung, bei der die Einstellbarkeit der aktiven   Biegelänge    des Gliedes 17 es erlaubt, Bälge mit unterschiedlichen Nutzflächen zu kompensieren, dient das Ersatzschaltbild in Fig. 3. Dieses stellt unter Vernachlässigung des Balges 12 eine Einzeldruckmesseinrichtung dar, die empfindlich ist gegenüber dem auf Balg 13 wirkenden Druck. Die Steifigkeit (Federkonstante) der drei federnden Elemente sei mit   Kf,      K,    und   K3    bezeichnet.



   Innerhalb des Balges 13 wirkt ein Druck p, der sich auf eine   Nutzfläche      A    auswirkt.



  Die Kraft P, die auf den Biegestab 2 einwirkt, ist
EMI2.1     
 Wenn wir weiterhin annehmen, dass die Steifigkeit K3 unendlich gross ist, der Biegestab 2 also sehr steif ist, vereinfacht sich die Formel auf
EMI2.2     
 woraus zu ersehen ist, dass durch die Auswahl der relativen Grössen der Steifigkeiten Ki und K2 die Kraftwirkung auf die Messelemente variiert werden kann.



   Es ist ebenfalls daraus ersichtlich, dass mit Anwachsen des   Ausdruckes K2    die Kraftwirkung gegen     @@ Null geht, wÏhrend mit kleiner werdendem K2 K1 die    Kraftwirkung sich dem Betrag   p    nähert. Durch    geeignete Wahl von-das heisst der relativen kit    Steifigkeit, kann jeder zwischen diesen beiden Extremen liegende Arbeitspunkt gewählt werden. Falls   K3    in Formel (I) nicht fühlbar unendlich ist im VerhÏltnis zu K1 und K2, wird der Bereich beeinflu¯t durch die Anwesenheit des   Begriffes K2 K@, doch    bleibt
3 das Prinzip unverändert. In der Praxis wird das Verhältnis vorzugsweise so klein genommen,   dal3    die einfachere Formel   (II)    eine gute Annäherung ergibt.



   Durch Einstellen der federnden Länge der   Stütz-    glieder 17 ist es bei der   Differenzialdruckmess-    einrichtung möglich, den Unterschied in den Nutzflächen der Bälge 12 und 13 auszugleichen, wodurch ihre   Nutzkräfte,    die am Biegestab 2 angreifen, für einen bestimmten Druck zum Ausgleich gebracht werden, obwohl die Achsen dieser Bälge und ihre Verbindung mit dem Biegestab 2 jederzeit fest bleiben. Die Stützglieder 17 sollen also stabil genug sein, um kräftige Stützen für die Bälge zu bilden und den in diesen auftretenden Drucken zu widerstehen und doch den   erforderl'ichen    geringen Betrag Biegsamkeit besitzen im Vergleich zu der des Biegestabes 2.

   Die gesamte Einrichtung kann somit äusserst robust gehalten werden bei   Gewähr-    leistung eines hohen Empfindlichkeits-und Genauigkeitsgrades in Verbindung mit leichter Einstellungsmöglichkeit zum Ausgleich der Unterschiede in den Nutzflächen der Bälge.



   Die relative Steifigkeit der Bälge 12, 13 und der Glieder 17 kann weiterhin auch verändert werden durch eine Vorrichtung zur Einstellung der Steifigkeit der Bälge, wie sie z. B. in Fig. 4 dargestellt ist.



  Hier sind zwei Federlaschen 26, 27 mit den Enden des Balges 13 verbunden und mit Distanzstücken 28 und 29 ausgerüstet, welche in Längsrichtung der Laschen eingestellt werden können, z. B. auf die Stellungen 28'und 29', um die   Gesamtsteifigkeit    des Balges zu verändern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kraftmesseinrichtung, insbesondere zur Ermittlung pneumatischer oder hydraulischer Drucke, dadurch gekennzeichnet, dass ein seine Ausdehnung in Richtung einer Achse (B) unter der Kraftwirkung veränderndes Glied (13) in Richtung dieser Achse an seinem einen Ende an einem mit Messelementen (10) versehenen Stützglied (2) und an seinem anderen Ende an einem federnden Stützglied (17) befestigt ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dal3 das federnde Stützglied (17) in seinen Federungseigenschaften einstellbar ist.

   2. Kraftmesseinrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Stützglied (17) aus einem starren unteren und einem federnden oberen Teil besteht und seine Befestigungsstellen (19, 20) derart-beispielsweise in Form von Längs- schlitzen-ausgebildet sind, dass das Stützglied (17) in Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist, so dass bei Einhalten eines konstanten Abstandes zwischen dem der Kraftwirkung unterliegenden Glied (13) und einer Montagebasis (1) für die Stützglieder (2, 17) die federnde Länge des Gliedes (17) und damit seine federnden Eigenschaften veränderbar sind.

   3. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit Messelementen (10) versehenen Stützglied (2) dem der Kraftwirkung unterliegenden Glied (13) entgegengerichtet ein wei- teres einer Kraftwirkung unterliegendes Glied (12) befestigt ist, das sich auf seiner dem Stützglied (2) abgewandten Seite auf einem weiteren federnden Stützglied (17) abstützt.

   4. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Messelementen (10) versehene Stützglied (2) als Biegestab ausgebildet ist, dessen zufolge einer Kraftwirkung auftretende Spannungen durch elektrische Widerstandsdehnungsmessstreifen ermittelt werden.

   5. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Messelementen (10) versehene Stützglied (2) als Mehrfach-Biegestab ausgebildet ist, der aus mindestens zwei parallel verlaufenden und an ihren oberen und unteren Enden starr miteinander verbundenen Biegestäben besteht.

   6. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützglied (2) durch Querschnittsverminderung definierte Messstellen besitzt, an denen die Messelemente (10) angeordnet sind.

   7. Kraftmesseinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das der Kraftwirkung unterliegende Glied (13) zur Einstellung seiner Empfindlichkeit zwischen federnden Teilen (26, 27) angeordnet ist, deren freie Enden durch in Richtung auf das Glied (13) und von diesem weg verschiebbare Distanzstücke miteinander verbunden sind.