DD152627A1 - Einrichtung zum elektrischen messen statisch-dynamischwirkender mechanischer kraefte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung wird angewendet zur Messung gerichteter Kraefte bzw. Druecke. Die Erfindung hat das Ziel, diese beliebigen Kraefte mit groesster Genauigkeit zu messen. Durch die Umwandlung der mechanischen Kraft in ein elektrisches Signal ist eine lokale Trennung der Messwertauswertung von der Messeinrichtung moeglich. Es erfolgt eine exakte Messung mechanischer Kraefte bzw. Druecke durch Kompensation dieser mittels Elektromagneten. Durch d. angewandte Messprinzip (Bildung von Stromimpulsen mittels Lichtschranke) wird d. mechanische Reibung innerhalb d. Messgeraetes auf ein Minimum verringert. Mit dieser Messeinrichtung ist eine zeitkontinuierte Messung moeglich. D. Erfindung findet Anwendung z.B. bei d. Messung des Bandandruckes von Magnetbandkassetten, bei Farbbandkassetten von Schreibmaschinen, bei der Messung der Riemenspannung von Treibriemen oder auch zum genauen Waegen.

Description

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Gryl, Ralf geb. 18.07.1953, Dipl.-Ing. бОбО Zella-Mehlis Thälmann-Str. 35

Heyer, Eckardt geb. 31.03.1938, Ing. 6058 Viernau Langes Tal 5

Woitschehofsky, Hans geb. 12.09.1922, Konstrukteur бОбО Zella-Mehlis August-Bebel-Str. 23

Titel der Erfindung:

Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte, mit der es möglich ist, gerichtete Kräfte bzw. Drucke zu messen.

In der v/eiteren Ausführung wird auf eine Einrichtung zur Kessung des Вапаалdruckes bei einem Kassettenmagnetbandgerät eingegangen. Jedoch ist das beschriebene Meßverfahren auch für andere Einsatzgebiete anwendbar, wo mechanische Kräfte mit großer Genauigkeit gemessen v/erden sollen und eine lokale Trennung von Meßeinrichtung und Keßwert ausgabe notwendig oder vorteilhaft ist, wie z.B. bei der Iwessung des Farbbanddruckes

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von Farbbandkassetien bei Schreibmaschinen,Messung der Riemenspannung von Treibriemen oder auch beim genauen Wägen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bisher werden zur MeßkraftbeStimmung mechanische Prüfmittel mit Hebelsystemen und Gegengewicht (Balkenwaage, Briefwaage) oder solche mit Federelementen (Federwaage mit Druckfedern oder Spiralfedern) eingesetzt. Die Nachteile der ersteren bestehen hauptsächlich darin, daß infolge der unvermeidbaren Lagereibung die Keßergebnisse mit einer relativ hohen Unsicherheit behaftet sind, die mechanischen Prüfmittel mit Hebelsystemen meist große geometrische Abmessungen aufweisen und speziell bei der Balkenwaage eine direkte Anzeige unmöglich ist·

Bei den Prüfmitteln mit Federelementen müssen infolge der Eigenreibung der Federelemente ebenfalls relativ hohe Meßunsicherheiten in Kauf genommen werden. Y/eiterhin sind zur Kräftemessung Systeme bekannt, die nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten sowie Anordnungen mit Dehnungsmeßstreifen. Beide haben die Nachteile, daß zur Messung kleiner Kräfte der Verstärkeraufwand sehr groß wird und eine derartige Meßanordnung demzufolge erhebliche Kosten verursacht. Die zum Messen großer Kräfte oder Druck bekannten hydraulischen und pneumatischen Meßdosen mit Anzeigegerät, z.B· Flüssigkeitsmanometer, konnten bisher wegen der zu großen Meßunsicherheiten nicht zum Bestimmen von kleinen Meßkräften eingesetzt werden. Die ebenfalls bekannten Meßeinrichtungen mit induktivem Geber weisen ein nicht befriedigendes Langzeitverhalten auf.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung liegt darin,mit dieser Einrichtung beliebige mechanische Kräfte bzw. Drücke (statisch oder dynamisch) mit größter Genauigkeit zu messen. Durch die Umwandlung der mechanischen Kraft in ein elektrisches Signal ist eine lokale Trennung der tleßv/ertausv/ertung von der Meßeinrichtung möglich.

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Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die im folgenden beschriebene Einrichtung zeichnet sich gegenüber anderen ähnlichen Meßapparatüren durch folgende Vorzüge aus:

- Exakte Messung mechanischer Kräfte bzw. Drücke durch Kompensation dieser mittels Elektromagneten, da durch das angewandte Meßprinzip (Bildung von Stromimpulsen mittels Lichtschranke) die mechanische Reibung innerhalb des Meßgerätes auf ein Minimum verringert wird,

- Der räumliche Punkt, an dem die zu messende Kraft angreift, wird durch die Lichtschranke festgelegt· Der Punkt ist ortsfest und nicht abhängig von der Größe der Kraft, wie es z.B. bei der Federwaage der Fall ist.

- Die Meßeinrichtung gestattet eine zeitkontinuierliche Messung· So ist bei zeitlich inkonstanten Kraftenoder Drücken der Meßwert zu jedem beliebigen Zeitpunkt ablesbar (dynamische Messung)·

- Umwandlung der mechanischen Kraft in ein elektrisches Signal (Strom bzw. Spannung). Dadurch ist es möglich, die Ließeinrichtung auf einfache Weise räumlich getrennt von der Meßwertanzeige anzuordnen. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit der analogen (Zeigerinstrumente) oder digitalen Meßwertausgabe, aber auch der direkten weiteren Meßwertverarbeitung zur automatischen Auslösung beliebiger Vorgänge, z.B. automatische Aussortierung von zu schweren Postsendungen·

- Einfacher Aufbau und damit kostengünstig in der Herstellung.

- Einfache Bedienbarkeit und sofortige Einsatzbereitschaft.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung soll nachfolgend an dem Ausführungsbeispiel eines Meßgerätes zur Bändandruckmessung näher erläutert v/erden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: den mechanischen Teil der Meßeinrichtung Fig. 2: das Zusammenwirken der elektronischen Baugruppen

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Das Bandandruckmeßgerät dient zur Messung des mechanischen Druckes auf den Magnetkopf eines Kassettenmagnetbandgerätes, der durch die in der Magnetbandkassette 3 Fig, 1 befindliche Andruckfeder 2,sowie durch den Bandzug hevorgerufen wird. Die Einhaltung eines bestimmten Toleranzbereiches des Bandandruckes ist hierbei ein bedeutender Qualitätsparameter der Magnetbandkassetten« Die Wirkungsweise der Messung beruht darauf, daß die Kraft, welche in Richtung auf den Magnetkopf 1 wirkt und durch die Andruckfeder 2 in der Magnetbandkassette 3 und den Bandzug hervorgerufen wird, durch eine gleichgroße Gegenkraft, hervorgerufen durch einen Elektromagneten 4 (Schubmagnet) kompensiert wird, wobei der Strom durch den Elektromagneten 4 direkt proportional zur Andruckkraft ist. Der Magnetkopf 1 befindet sich auf dem Kopf schütten 5 (kugelgelagert), der ein Eintauchen des Magnetkopfes 1, in den Kassettenschlitz bis zu einer durch den Bolzen 6 festgelegten Eintauchtiefe gestattet. Über eine Schubstange 7 ist der Kopfschlitten 5 mit dem aus magnetesierbaren Material hergestellten Anker 8 des Elektromagneten 4 mechanisch fest verbunden. Die nichtmagnetische Verlängerung des Ankers 9 wird außerhalb des Elektromagneten 4 auf zwei Kugellagern 10 gelagert. Damit wird erreicht, daß der Anker 8, dessen Verlängerung 9, sowie die Schubstange an keiner Stelle am Spulenkörper des Elektromagneten 4 bzw. an der Buchse 11 anliegen und die Reibung gering bleibt. Mechanisch mit dem Kopf schütten 5 verbunden ist die Blende 12, die den Strahlengang einer Lichtschranke 13, bestehend aus Leuchtdiode 14 (Fig. 2) und einen Fototransistor 15 bei einer bestimmten Eintauchtiefe des Magnetkopfes 1 freigibt. In Verbindung mit der Lichtschranke 13 wird erreicht, daß der Elektromagnet 4 während der Messung nicht von Gleichstrom, sondern von Stromimpulsen durchflossen wird. Dieses hat eine Rüttelbewegung des Ankers 8 zur Folge, -wodurch die Reibungseinfliisse weitestgehend eliminiert werden. Die den Elektromagneten speieenden Stromimpulse werden wie im folgenden erklärt im Gerät gebildet (siehe dazu auch Fig. 2).

Nach Einschalten des MagnetStromkreises drückt der Elektromagnet 4 den Magnetkopf 1 gegen die Andruckfeder 2 der ^Magnetbandkasfsette 3, "bis eine bestimmte Eintauchtiefe des Magnetkopf es

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in die Magnetbandkassette 3 erreicht ist (Pig.1).Nun gibt die Blende 12 der -Lichtschranke den Strahlengang der Lichtschranke 13 frei, was ein als Komparator geschalteter Operationsverstärker 16 (Pig.2) auswertet und über einen Schaltverstärker 17 den Magnet Stromkreis unterbricht. Damit sind nur noch die Kraft der Andruckfeder 2 und der Bandzug wirksam, welche den Magnetkopf 1 zurückschieben, wodurch jedoch wieder der Elektromagnet 4 eingeschaltet wird und erneut den Magnetkopf 1 gegen die Andruckfeder 2 drückt. Während die Ausschaltzeit des Elektromagneten 4 relativ unabhängig von der Kraftwirkung der Andruckfeder 2 ist, ist die Einschaltzeit direkt proportional zur Andruckkraft, so daß der Strom durch den Elektromagneten eine Reckteckimpulsfolge mit je nach Andruckkraft unterschiedlichen Tastverhältnis und unterschiedlicher Frequenz ist. Die Meßwertanzeige wird beim aufgebauten Gerät mittels eines Drehcpultneßgerätes 18 im Magnetstromkreis realisiert, welches die Impulsfolge integriert und einen der ^Andruckkraft proportionalen Zeigerausschlag liefert« Unter Berücksichtigung der drückenden Fläche der Andruckfeder 2 kann die Skala dieses Meßgerätes direkt in der Maßeinheit des Druckes geeicht werden. Der Referenzspannungseingang des Operationsverstärkers 16 und die Leuchtdiode 14 werden aus einer gemeinsamen nicht dargestellten Spannungsquelle gespeist, um Änderungen des Meßpunktes (=Eintauchtiefe) bei Spannungsschwankungen gering zu halten(Fig.2).

Infolge des Meßprinzips schwankt die Eintauchtiefe des Magnetkopfes 1 bei der Messung ständig zwischen maximaler und minimaler Eintauchtiefe, deren Differenz je nach der Höhe der zu messenden Kraft schwankt und zwischen-denen die optimale Eintauchtiefe liegt. Diese kann auf einfache V/eise in gewissen Grenzen, die durch die Konstruktion der Lichtschranke 13 festgelegt sind, durch Verändern der Referenzspannung mittels des Potentiometers 19 beeinflußt werden. Der Bolzen 6 verhindert ein übermäßig starkes Überschwingen des Magnetkopfes 1 und ist so positioniert, daß -bei der eingestellten optimalen Eintauchtiefe die Amplitude der mechanischen Schwingungen des Llagnetkopfes 1 möglichst klein ist. Charakteristisch für das Ließprinzip ist, daß mit wachsender

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Andruckkraft die Frequenz der Rechteckimpulsfolge sinkt und damit auch die Differenz zwischen maximaler und minimaler Eintauchtiefe des Magnetkopfes 1 wächst, was ab einem gewissen Frequenzwert störend sein oder die >Messung sogar unmöglich machen kann. Durch Überlagerung der Rechteckimpulsfolge durch den Elektromagneten 4 mit einem Gleichstrom in einem weiteren Meßbereich 20 ist es jedoch möglich, ohne mechanische Änderung an der Meßapparatur bedeutend größere Kräfte zu messen. Durch eine zusätzliche Gleichstromeinspeisung ist der Elektromagnet 4 auch in ier Ausschaltphase (Strahlengang der Lichtschranke nicht unterbrochen) nicht stromlos, was diese wiederum verkürzt und die Frequenz der Rechteckimpulsfolge erhöht, sowie die Amplitude der mechanischen Schwingungen des Magnetkopfes 1 verringert. Um die störende Anzeige des Gleichstromes durch den Elektromagneten 4 bei fehlender Kraftwirkung auf den Magnetkopf 1 im zweiten Meßbereich 20 zu verhindern, wird das Drehspuläaeßgerät 18 nur dann im Magnetstromkreis eingeschaltet, wenn ein Schwingungsindikator, bestehend aus einer Gleichrichterschaltung · 21 und einer Schaltstufe 22 am Elektromagneten 4 eine Rechteckimpulsfolge feststellt.

Claims (6)

22 3 2 68 -τ·· Erfindungsanspruch

1. Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Kraft durch die Kraftwxpkung eines Elektromagneten (4) kompensiert wird, wobei der Strom durch den Elektromagneten (4) proportional zur Meßkraft ist und der Meßpunkt mittels Lichtschranke (13) bestimmt wird.

2· Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung des Elektromagneten (4) mittels Stromimpulsen erfolgt, deren Impulsabstand und Länge eine Aussage über die Meßkraft ermöglicht·

3» Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte nach Punkt 1 und 2, dadurch . gekennzeichnet, daß die den Elektromagneten (4) speisenden Impulse in Verbindung mit einer Lichtschranke (13) hergeleitet werden, wobei mit der Lichtschranke (13) gleichzeitig der Meßpunkt bestimmt werden kann·

4. Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkraft durch eine Kraft kompensiert wird, die ein Anker (8) in dem Elektromagneten (4) erzeugt, welcher reibungsarm gelagert ist»

5. Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (4) zur Kompensation höhere Kräfte mit einer den Impulsen überlagerten Gleichspannung beaufschlagt wird·

6· Einrichtung zum elektrischen Messen statisch-dynamisch wirkender mechanischer Kräfte nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine elektrische Schaltung die Meßwertanzeige mittels Drehspulmeßgerät (18) nur bei Anliegen einer Impulsfolge am Elektromagneten (4) erfolgt.

. Hierzu *?....Seilen Zeichnungen