DE1274804B

DE1274804B - Torsionsstab zur Umwandlung eines Drehwinkels in einen elektrischen Wert nach dem Dehnungswiderstandsprinzip

Info

Publication number: DE1274804B
Application number: DES86050A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Klaus Horn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-07-08
Filing date: 1963-07-08
Publication date: 1968-08-08
Also published as: US3293585A

Description

Torsionsstab zur Umwandlung eines Drehwinkels in einen elektrischen Wert nach dem Dehnungswiderstandsprinzip Es ist bekannt, bei selbstabgleichenden Kompensatoren an Stelle eines Potentiometers mit einem beweglichen Abgriff, dessen Stellung ein Abbild der Eingangsgröße des Kompensators darstellt, ein abgriffloses Potentiometer nach dem Prinzip dehnungsempfindlicher Widerstände zu verwenden. Dabei wird ein Winkelweg in eine entsprechende Dehnung eines Federkörpers umgewandelt, der mit dehnungsempfindlichen Widerständen bestückt ist. Der Federkörper wird vom Abgleichmotor des Kompensators mechanisch verspannt.
Bei bisher bekanntgewordenen Kompensatoren der beschriebenen Art waren als Dehnungskörper Biegefedern, einfache Widerstandsdrähte, die einer Zugspannung ausgesetzt wurden, oder auch Torsionsfedern verwendet worden. Um eine Auslenkung in einen elektrischen Wert umzuformen, war es auch bekannt, dehnungsempfindliche Widerstände auf einer spiralfederartig gekrümmten vorgespannten Biegefeder anzuordnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsstab für den oben beschriebenen Zweck geeigneter zu machen. Ein einseitig eingespannter Torsionsstab sucht sich beim Verdrehen zu verkürzen, daraus resultiert ein Zugspannungseffekt, der sich dem durch die Torsionsspannung hervorgerufenen Effekt überlagert und dadurch stören kann.
Diese Fehlerquelle wird bei einem Torsionsstab zur Umwandlung eines Drehwinkels in einen elektrischen Wert nach dem Dehnungswiderstandsprinzip gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß ein Ende des Torsionsstabes am freien Ende an einer Spiral- oder Schraubenfeder befestigt ist.
Die Spiral- oder Schraubenfeder kann die bei der Tordierung des Stabes auftretende Verkürzung auffangen, so daß kein Zugspannungseffekt in dem Torsionsstab entsteht. Zusätzlich gestattet diese Anordnung auch einen größeren Winkelausschlag eines Mitnehmers für den Torsionsstab. Der Torsionsstab selbst kann einen runden Querschnitt haben und dehnungsempfindliche Widerstandselemente tragen, die unter einer Neigung von 450 zur Stabachse fest auf der Oberfläche des Stabes anliegen. Der Torsionsstab kann auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und zweckmäßigerweise auf seinen Breitseiten dehnungsempfindliche Widerstände in mäanderförmiger Anordnung tragen. Ein besonders großer Widerstandsänderungseffekt wird erzielt, wenn die dehnungsempfindlichen Teile der Mäanderschleifen denjenigen Stabfasern folgen, die bei der Torsion eine maximale Dehnung erfahren. Der Torsionsstab kann auch von quadratischem Querschnitt sein und Määnderschleifen auf allen vier Seiten tragen.
Eine andere Lösung zur Verringerung des Zugspannungseffektes bei der Tordierung eines Stabes besteht darin, daß sie aus einem einseitig fest eingespannten, mit koaxialen, längs der Stabachse verteilten Scheiben versehenen Stab besteht und das über die Ränder der Scheiben Widerstandsdrähte unter 450 Neigung zur Stabachse frei gespannt sind.
Durch den gegenüber dem Torsionsstab größeren Radius der Scheiben wird die Winkelverdrehung des Stabes in größere Weglängen übersetzt, so daß der auf die Widerstandsdrähte ausgeübte Effekt verstärkt wird.
Die dehnungsempfindlichen Widerstände bei allen Ausführungsbeispielen können einfache Widerstandsdrähte oder auch sogenannte Dehnungsmeßstreifen sein. Die Dehnungsmeßstreifen können in Fällen, in denen es besonders zweckmäßig erscheint, in geätzter bzw. gedruckter Technik als sogenannter Folien-Dehnungsmeßstreifen ausgebildet werden.
Die Erfindung wird an Hand von vier schematischen Figuren, die einzelne Beispiele der Erfindung darstellen, erläutert.
In F i g. 1 ist ein Torsionsstab 7 dargestellt, der an seinem freien Ende über einen Drehwinkel a verdreht wird. Sein festes Ende ist am freien Ende einer einseitig fest eingespannten Schraubenfeder 19 befestigt. Die Schraubenfeder nimmt die Verkürzung des Torsionsstabes auf, so daß nur geringe Zugspannungen im Torsionsstab entstehen. Der Torsionsstab ist mit einer bifilaren Wicklung eines Widerstandsdrahtes 10 versehen. Die Wicklung weist eine Steigung von 450 auf.
In den F i g. 2 und 3 sind andere Torsionsstäbe 11 und 12 an sich dargestellt, die rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt aufweisen. Ihre Enden 13 bzw. 14 sind fest eingespannt, während Enden 15 bzw. 16 entsprechend einem Drehwinkel ou ausgelenkt werden. Dehnungsempfindliche Widerstände 17 bzw. 18 sind in Mäanderschleifen auf den Seitenflächen der Stäbe angeordnet. Die dehnungsempfindlichen Teile dieser Schleifen verlaufen auf denjenigen Materialfasern der Stäbe, die bei einer Verdrillung maximal gedehnt werden. Die dehnungsempfindlichen Widerstandselemente 17 und 18 können beispielsweise Dehnungsmeßstreifen in geätzter bzw. gedruckter Technik sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die F i g. 4. Ein Torsionsstab 20, der wiederum an einem Ende 21 fest eingespannt ist und mit dem freien Ende einem Ausschlagwinkel folgen kann, trägt, über seine Länge verteilt, einzelne Scheiben 22, die mit dem Stab fest verbunden sind. Ueber die Ränder der Scheiben sind schraubenlinienförmig unter 450 Neigung Widerstandsdrähte 23 frei ausgespannt.
Die Widerstandsdrähte sind mit den Rändern fest verbunden und folgen damit jeder Auslenkung der Scheiben. Der Dehnungseffekt der Widerstandsdrähte wird durch den gegenüber dem Durchmesser des Torsionsstabes sehr viel größeren Durchmesser der Scheiben verstärkt.

Claims

Patentansprüche: 1. Torsionsstab zur Umwandlung eines Drehwinkels in einen elektrischen Wert nach dem Dehnungswiderstandsprinzip, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß ein Ende des Torsions- stabes (7) am freien Ende einer Spiral- oder Schraubenfeder (19) befestigt ist.
2. Torsionsstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (16) einen quadratischen Querschnitt hat und Mäanderschleifen (12) auf allen vier Seiten aufgebracht sind.
3. Torsionsstab zur Umwandlung eines Drehwinkels in einen elektrischen Wert nach dem Dehnungswiderstandsprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem einseitig fest eingespannten, mit koaxialen, längs der Stab achse verteilten Scheiben (22) versehenen Stab (20) besteht und über die Ränder der Scheiben Widerstandsdrähte (23) unter 450 Neigung zur Stabachse frei gespannt sind.
4. Torsionsstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnungsempfindlichen Widerstände einfache Widerstandsdrähte sind.
5. Torsionsstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnungsempfindlichen Widerstände Dehnungsmeßstreifen sind.
6. Torsionsstab nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnungsempfindlichen Widerstände in geätzter bzw. gedruckter Technik sind. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 112 196; USA.-Patentschriften Nr. 2913 690, 2924883.