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Halter für druckabtastende Organe Die Erfindung betrifft einen Halter
für druckabtastende Organe, insbesondere nach Art magnetischer Meßkörper mit zwei
oder mehreren Wicklungen, deren induktive Schaltung untereinander sich auf Grund
der Magnetostriktion verändert, wenn der Körper einem Druck ausgesetzt wird.
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Es ist bei diesen Meßkörpern von großer Bedeutung, daß der Halter
dieser Körper die nicht mit der Achse des Meßkörpers zusammenfallende Kräfte aufnehmen
kann, so daß der Meßkörper nicht deformiert wird und nur die Kräfte, die in Druckrichtung
des Meßkörpers wirken, gemessen werden. Da der Meßkörper dieser Art außerdem eine
Charakteristik hat, die, abgesehen von verhältnismäßig kleinen Belastungen, gradlinig
ist, ist es wünschenswert, dem Meßkörper eine gewisse Vorspannung zu geben, um sicherzustellen,
daß er auf dem linearen Teil der Charakteristik arbeitet.
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Es sind Halter bekannt, bei denen das druckabtastende Organ in einer
aus mehreren Teilen gebauten, geschlossenen Dose oder zwischen zwei miteinander
durch mehrere Säulen verbundenen Endplatten untergebracht ist, so daß die Halter
die nicht mit der Achse des Meßkörpers zusammenfallenden Kräfte aufnehmen können.
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Diese Halter erfordern aber einen sorgfältigen Zusammenbau der einzelnen
Teile, weil die Lage der Teile gegeneinander und gegenüber dem Meßkörper symmetrisch
sein muß, um schiefe Belastungen innerhalb der Halter zu vermeiden. Sollen die Teile
dieser Halter ihre gegenseitige Lage unter großen Belastungen beibehalten, müssen
die Teile zusammengeschweißt werden, aber bei diesem Verfahren treten unvermeidlich
Schweißspannungen auf, die es noch mehr erschweren, die symmetrische Lage der Teile
zu erreichen.
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Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der
Halter in einem Stück ausgeführt ist und aus einem Block besteht, der eine innerhalb
des Blockes liegende Ausnehmung hat, in der das druckabtastende Organ zwischen zwei
gegenüberliegenden Seiten mit einer gewissen Vorspannung liegt, und weiter ebenfalls
innerhalb des Blockes liegende Schlitze von solcher Form, daß im Block die erforderliche
Federung in Druckrichtung erhalten wird.
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Die Schlitze und die Ausnehmung im Block werden in der Weise hergestellt,
daß Teile des Blocks einen relativ kleinen Querschnitt erhalten und so bei äußerer
Belastung als Federn wirken. Man erreicht so, daß die Seiten der Ausnehmung, gegen
die sich der Meßkörper anlegt, gegeneinander bewegt werden. In einem solchen, in
einem Stück ausgeführten Halter gibt es kein Lagerspiel und keine Lagerreibung,
nicht mit der Achse zusammenfallende äußere Druckkräfte können den Halter nicht
deformieren. Nur die Kräfte, die in Druckrichtung des Meßkörpers wirken, werden
gemessen.
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Die Schlitze können von der Ausnehmung, in welcher der Meßkörper
angeordrret ist, ausgehen und/oder innerhalb des Blocks an anderen geeigneten Stellen
angebracht sein.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung
beschrieben, in der Fig. 1 einen magnetostriktiven Meßkörper zeigt, der in dem Halter
der Erfindung angeordnet ist, Fig. 2 eine Seitenansicht des Halters und Fig. 3 einen
Schnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Halter; Fig. 4 bis 10 zeigen alternative Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Halters; Fig. 11 zeigt einen Halter, der als Seilbalanz verwendet
wird, und Fig. 12 einen Halter in der Hebevorrichtung eines Stapelkrans oder Gabelstaplers.
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In Fig. 1 bezeichnet A einen Meßkörper, der aus mehreren Blechen
besteht, die z. B. miteinander verklebt sind, B eine Wechsel- oder Gleichstromquelle,
die an einer Erregerspule C angeschlossen ist, und D ein für Impuls- oder Wechselspannung
empfindliches Organ, das an einer Meßspule E angeschlossen ist.
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In den Fig. 2 bis 12 bezeichnet 1 einen Block, 2 eine Ausnehmung
und 7 ein druckabtastendes Organ oder einen Meßkörper, wie er in Fig. 1 gezeigt
ist.
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In den Fig. 2 und 3 bezeichnet 1 einen Block mit einer »fensterartigen«
Öffnung oder Ausnehmung2, die durch zwei Schlitze 3 und 4 erweitert ist. Diesen
Schlitzen kann eine ganz geringe Höhe gegeben werden, wenn man der Ausnehmung eine
größere Breite gibt. Eine Ausnehmung mit größerer Breite ist aber nicht wünschenswert,
weil damit die Starrheit des Blocks vermindert wird. Maßgebend für den erforderlichen
Querschnitt der federnden
Teile des Blocks und die Breite der Ausnehmung
bzw die Länge der Schlitze ist selbstverständlich die Anwendung des Halters und
die vorgesehene Belastung.
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Der Block hat zwei ebene Flächen 5 und 6, zwischen welche der Meßkörper
eingeschoben werden kann, nachdem die Flächen auseinandergepreßt worden sind. Die
Blockteile 8 und 9 wirken wie Federn und geben einem Druck nach, der winkelrecht
gegen die Fläche 10 gerichtet wird, wobei der Druck auf den Meßkörper 7 übertragen
wird. Da der Halter in der Richtung PT1 und PT2 sehr starr ist, wird nur die Vertikalkomponente
PN einer nicht vertikal gegen die Fläche 10 gerichteten Kraft P auf den Meßkörper
übertragen. Die Horizontalkomponenten PT1 und PT2 vermögen auch nicht den Halter
zu kippen, wenn dieser im unteren Teil befestigt ist.
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In Fig. 4 bezeichnet 11 einen Hebelarm mit einem Loch 12 zur Aufnahme
der zum Messen bestimmten Kraft. Der Block hat einen Schlitz 14, das Blockstück
13 dient als Aufhängepunkt für den Hebelarm 11. Das Blockstück 15 überträgt auf
den Meßkörper 7 die im Loch 12 angreifende, mit dem Übersetzungsverhältnis multiplizierte
Kraft. 16 bezeichnet z. B. eine Grundplatte, auf welcher der Halter befestigt ist.
Mit diesem Halter können Meßkörper der genannten Art für kleinere Drucke verwendet
werden, als dies bisher möglich ist.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Halters, mit der unerwünschte
Momente beseitigt werden können. Gemäß der Erfindung wird der Angnffspunkt der äußeren
Kraft P in den Block hinein verlegt, indem eine kraftüberführende Kugel 17 in einer
konischen Versenkung 18 in der Blockseite angeordnet wird. Die an der Innenfläche
der Versenkung anliegende Kreislinie der Kugel wird vorzugsweise in die neutrale
Zone der federnden Blockteile 8 und 9 verlegt.
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Fig. 6 zeigt einen Block 1, der oberhalb der Ausnehmungen 2,3 und
4 und des Organs 7 mit zwei innerhalb des Blockes liegenden Schlitzen 19 und 20
versehen ist, die symmetrisch zu beiden Seiten der Achse des Meßkörpers liegen.
Durch Erhöhung der Anzahl der federnden Blockteile in dem Ausführungsbeispiel erhält
man vier federnde Teile 8, 9, 21 und 22, man kann aber auch mehr als zwei Schlitze
anwenden und gleichzeitig die Starrheit der Konstruktion in der Hauptrichtung der
Kraft bei behalten, wobei man gegebenenfalls die Dicke der einzelnen federnden Teile
vermindern muß. Bei bei behaltener Breite erhält man eine größere Starrheit gegenüber
Kräften in der Längsrichtung, z. B. gegenüber einer in einem Loch 23 im Block gelagerten
Achse.
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Gleichzeitig erhält man bei diesem Halter eine bedeutend größere Starrheit
gegenüber Drehmomenten, die in der Axialebene der Achse wirken, verglichen mit der
des Halters gemäß den Fig. 2 und 5 gegenüber gleichen Beanspruchungen. Der Block
nach Fig. 6 wird beispielsweise in Umlenkrollen (Seilführungsrollen) für Hebezeuge,
Tragrädern für Laufkatzen usw. verwendet.
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Fig. 7 zeigt einen Blockl zum Herabsetzen der äußeren Kraft P. Der
Block ist oberhalb der Ausnehmung2 gut über die halbe Breite des Blocks nach oben
verlängert, in dieser Verlängerung 24 ist mindestens ein Schlitz 25 angebracht,
so daß ein federnder Blockteil 8 im Übergang vom winkdrechten Block zur Verlängerung
erhalten wird. Der Druck des Blocks 26 wirkt dann wie ein Aufhängepunkt für die
Verlängerung 24. Die äußere tl Kraft P wird proportional dem Faktor g +g herabgesetzt,
wobei t, der Abstand von der Vertikalachse des Stückes 26 zur Kraft P und 12 der
Abstand von der Vertikalachse des Organs 7 zur Kraft P ist.
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Fig. 8 zeigt einen Block 1 mit einer Ausnehmung 2, bei dem sich die
Schlitze 27 und 28 innerhalb des Blocks von
der diagonal gegenüberliegenden Ecke
der Ausnehmung 2, in der das druckabtastende Organ 7 liegt, erstrecken. Die Schlitze
verlaufen erst in Richtung nach außen gegen zwei gegenüberliegende Außenseiten 29
und 30 des Blocks und danach parallel zu einander und in derselben Richtung in einer
zu der Druckrichtung der äußeren Kraft P vertikalen Richtung. Die Form der Schlitze
als solche kann variieren, aber das Wesentliche ist, daß an den beiden entgegengesetzten
Außenseiten des Blocks federnde Teile 31 und 32 bestehenbleiben und der oder die
Blockteile, auf denen das druckabtastende Organ 7 ruht, so starr sind, daß in diesen
Teilen keine Biegung nach unten entsteht. Im Prinzip wirkt der Halter in der Weise,
daß auf das druckabtastende Organ 7 die mit der Vertikalachse des Organs parallele
Komponente der Kraft P wirkt, unabhängig davon, wie groß der Abstand 1 von der Vertikalachse
des Organs 7 ist. Das entstehende Moment wird von Zug- bzw. Druckkräften Q in den
federnden Blockteilen 31 und 32 aufgenommen, wobei P.
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Q = P 5 ist, wenn a der Abstand zwischen den Achsen der federnden
Teile ist.
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Fig. 9 zeigt einen Block, bei dem die Breite des Blocks senkrecht
zur Druckrichtung P im wesentlichen dadurch vermindert ist, daß die Schlitze 33
und 34 in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Es muß hier, wie auch beim Block
in Fig. 8, beachtet werden, daß die Blockteile, zwischen deren Flächen das druckabtastende
Organ 7 liegt, die erforderliche Starrheit erhalten.
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Fig. 10 zeigt einen Block 1 mit ungefähr derselben Schlitzform wie
Fig. 9; zwei gegenüberliegende Seiten des Blocks sind mit Verlängerungen 35 und
36 versehen, in denen die aufgedruckten Kräfte P in entgegengesetzten Richtungen
längs einer Achse angreifen, die mit der Achse des druckabtastenden Organs 7 zusammenfällt.
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Durch diese Konstruktion kann eine Zugkraft in eine auf dasselbe Organ
ausgeübte Druckkraft verwandelt werden.
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Fig. 11 zeigt einen Block nach Art der Fig. 8, der zum Wägen bei
einer Seilbalanz für Lauflsräne od. dgl. verwendet wird. Der Block 1 hat ein Loch
37 zwischen den horizontal liegenden Schlitzteilen, und mit Hilfe des genannten
Loches kann der Block schwenkbar auf einer Achse in einer Rahmenkonstruktion 38
gelagert werden.
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Die Seilaufhängeanordnungen 39 und 40 werden an jedem Ende des Blocks
außerhalb des Ausnehmungs- und Schlitzgebietes angebracht.
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Fig. 12 zeigt einen Blocktyp ungefähr wie in Fig. 9, der zum Wiegen
von Lasten auf einer Gabel od. dgl. in Stapelkränen, Gabelstaplern od. dgl. verwendet
wird.
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Vorzugsweise sind zwei Blöcke 1 zwischen dem Wagen, der die Vertikalbewegung
des Führungsleistensystems 41 und der Gabel 42 selbst steuert, befestigt. Die Zug-
bzw.
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Druckkraft in den federnden Teilen des Blocks beträgt Q = P; t, wobei
I der Abstand von P zur Vertikalachse des Organs 7 ist und a der Abstand zwischen
den Achsen der federnden Teile. Die auf das druckabtastende Organ wirkende Kraft
wird von einer Reibung im Rad bzw. zwischen dem Rad und den Führungsleisten nicht
beeinflußt. Wenn der Wagen auf schwenkbaren Führungsleisten in einem Gabelstapler
angeordnet ist, so hängt die Kraft auf das druckabtastende Organ davon ab, in welchem
Winkel die Führungsleisten sich im Verhältnis zur Vertikalebene neigen, weshalb
das Wiegen immer in einer bestimmten Lage vorgenommen werden muß.
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Aus dem Obigen geht hervor, daß der Halter in der Gestalt eines erfindungsgemäß
geschlitzten Blocks mit einem eingebauten druckabtastenden Organ an und für sich
ein robustes Maschinenelement ist, das bei den Konstruktionen, in denen der Druck
gemessen werden
soll, ein natürlicher Teil der Konstruktion ist
und nicht als ein gesonderter Teil hinzukommen muß, der das Gewicht der Konstruktion
und den Platzbedarf ver größert.
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Die in der Zeichnung gezeigten Beispiele sind für gewisse Aufgaben
besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und sollen nur das Prinzip
der Erfindung illustrieren. Viele abweichende Ausführungsformen sind im Rahmen der
Erfindung denkbar, ohne daß die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung geändert
wird. Das druckabtastende Organ kann auch durch andere solche Organe ersetzt werden,
z. B. durch einen Klotz mit einem angesetzten Drahtdehnungsgeber.