DE1284102B - Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Groessen - Google Patents

Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Groessen

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DE1284102B
DE1284102B DE1966W0041635 DEW0041635A DE1284102B DE 1284102 B DE1284102 B DE 1284102B DE 1966W0041635 DE1966W0041635 DE 1966W0041635 DE W0041635 A DEW0041635 A DE W0041635A DE 1284102 B DE1284102 B DE 1284102B
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/163Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of potentiometers

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Größen mittels mechanisch-elektrischer Meßumformer, bei der die Anderung des Kontaktwiderstandes zweier elektrischer Leiter oder Halbleiter zur Umformung in elektrische Vorgänge herangezogen wird.
  • Es ist ein Regeiwiderstand für Fahrregler beispielsweise von Elektro-Flur-Fördergeräten mit einem stufenlos veränderbaren elektrischen Widerstandswert bekannt, bei dem der Widerstandskörper eine gestreckte bzw. band- oder drahtförmige Gestalt hat.
  • Ein derartiger Regelwiderstand hat die Aufgabe, einen möglichst großen Regelbereich zu schaffen, so daß aus diesem Grunde nicht die Flächenpressung für die Querschnittsveränderung und damit Änderung des Übergangswiderstandes verantwortlich ist, sondern die bewußt sehr groß gehaltenen, sich nacheinander anlegenden Flächen. Es handelt sich hier also speziell um großeLängenänderungenbeikleinenWiderstandsänderungen, während bei der vorliegenden Erfindung für die Schnittkraftmessung z. B. kleinste Längenänderungen wegen einer Schwingungsneigung bei großen Widerstandsänderungen meßbar sein müssen.
  • Es ist ferner eine Kontaktanordnung, insbesondere für elektrische Musikinstrumente, aber auch in der Meß- und Regeltechnik bekannt, bei der Stromkreise über einen Widerstand geschlossen werden, der von einer Kraft, z. B. dem Tastendruck oder auch einer zu messenden oder zu regelnden Größe, stark abhängig ist. Dabei besteht die Oberfläche dieser Körper aus leitfähigem Kautschuk, die unter dem Einfluß von willkürlichen oder zu messenden Kräften deformiert und dabei in mehr oder weniger innige Berührung gebracht werden, so daß eine mit den mechanischen Kräften stark veränderliche Berührungsfläche und damit ein stark veränderlicher Obergangswiderstand entsteht. Diese Kontakte aus leitfähigem Kautschuk lassen sich sehr leicht deformieren, so daß für die Messung große Wege entstehen, die jedoch im Falle der vorliegenden Erfindung gerade vermieden werden sollen.
  • Es ist ferner eine Leiteranordnung mit veränderlichem elektrischem Widerstand bekannt, wobei als Gegenstück zu einer festen Metallelektrode eine Elektrode aus einem Werkstoff mit gummiartiger Elastizität verwendet wird, so daß wiederum große Meßwege entstehen, wobei durch die Verformung der Pastille der ohmsche Widerstand geändert wird und dabei nur ein Bruchteil der Widerstandänderung auf die Flächenpressung entfällt.
  • Die bekannten Anordnungen lassen sich nicht auf den Gegenstand der vorliegenden Erfindung anwenden, da zur Vermeidung von Schwingungen oder Rattermarken kleine Kraftänderungen sehr stark gemessen und abgefangen werden müssen.
  • Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Werkzeugträger ein Torsionsstab mit einer Meißelwiege vorgesehen ist, daß ein Werkzeug am äußeren Ende der Wiege angebracht ist und in ihrem Kopf eine Kugel eingelassen ist, die gegen ein federndes, elektrisch leitendes Blech, das mit dem Gehäuse verbunden ist, drückt, das seinerseits an einer Kalotte anliegt, die mit einer elektrischen Meßbrücke verbunden ist, während in der Seitenwand der Meißelwiege eine weitere Kugel eingesetzt ist, die auf eine Feder aus elektrisch leitendem Werkstoff drückt, die an einer Kalotte anliegt, die ebenfalls mit der elektrischen Meßbrücke verbunden ist.
  • Mit dieser Vorrichtung lassen sich beispielsweise auch für Glanz- und Feindrehvorgänge.. schwingungsfreie Schnittkraftmessungen durchführen, da die kleinen Kraftänderungen sehr starr gemessen und abgefangen werden. Ähnlich steif mit Eigenfrequenzen bis zu 50 kHz kann nur noch mit Quarzmeßwertgebern gearbeitet werden, bei denen jedoch eine statische Eichung sehr schwierig ist, da die Ladung durch Isolationsfehler und Luftfeuchtigkeit sehr schnell abgebaut wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat darüber hinaus den großen Vorteil, daß praktisch schon ein Ohinmeter genügt, um die Messung durchzuführen und keine sonstige komplizierte Meßtechnik angewendet werden muß.
  • Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen beispielsweise erläutert.
  • Es zeigt in schematischen Skizzen Fig. 1 ein Gerät zum Messen von zwei Komponenten einer Schnittkraft im Grundriß, F i g. 2 einen Seitenriß von F i g. 1 und F i g. 3 einen Kreuzriß davon, F i g. 4 den : Aufbau- eines Meßgerätes und die F i g. 5 und 6 aufgenommene Eichkurven.
  • Der Schnittkraftaufnehmer ist auf einer Grundplattel aufgebaut, auf der als Distanzstücke bzw.
  • Montagehilfe Platten 2, 22 und 25 angeordnet sind.
  • Zur Aufnahme der Rückkräfte dient ein Torsionsstab 3, auf den eine Meißelwiege 23 aufgeschrumpft ist und die so konstruiert wurde, daß am äußersten Ende ein Werkzeug 20 eingespannt werden kann. Die auf das Werkzeug einwirkenden Rückkräfte werden also eine Torsion des Stabes 3 bewirken.
  • In die Meißelwiege 23 ist im Kopf 21 eine Kugel 10 eingelassen, die gegen ein federndes elektrisch leitendes Blech 5 drückt, das zur Trennung von Hauptschnittkräften und Rückkräften dient. Dieses Blech 5 ist an einem Klötzchen 4 angebracht und so mit dem Gehäuse verbunden. Das Blech 5 drückt, je nach der Stärke der Rückkraft, mehr oder weniger fest gegen eine Kalotte 9, die aus Kohle, Ferrit oder einem anderen Werkstoff besteht, der sehr empfindlich auf Änderungen des Kontaktwiderstandes reagiert, was durch die Schwankungen der Flächenpressung und der Größe der berührenden Fläche herbeigeführt wird. Die Kalotte 9 ist in eine Fassung 8 eingelötet, die mechanisch durch ein Stahlklötzchen 7 mit dem Gehäuse verbunden wird. Die Fassung 8 ist elektrisch isoliert-und mit einem Teil einer Meßbrücke dort dem Anschluß 36 (s. F i g. 4) verbunden.
  • In der einen Seitenwand 21 der Meißelwiege 23 ist eine weitere Kugel 19 eingelassen, die auf eine etwas stärkere Feder 18, als es die Feder 5 ist, drückt, wobei diese Feder aus elektrisch leitendem Werkstoff in einem Block 16 gehaltert ist. Der Block 16 ist mit der Platte 22 und damit mit dem Gehäuse verbunden.
  • Zur Messung wird eine Meßbrücke herangezogen, die aus zwei Teilen besteht, wobei beide Teile der Meßbrücke von einer Gleichspannungsquelle 31 mit Strom gespeist werden. Der linke Teil der Meßbrücke besteht aus den Trimmerwiderständen 32 und 41 sowie dem Abgleichwiderstand35, wobei bei 34 der Kontaktwiderstand des Wandlers der Hauptschnittkraft Ps angeschlossen ist. Der rechte Teil der Meßbrücke besteht aus den Trimmerwiderständen 39 und 40 sowie dem Abgleichwiderstand 37, wobei bei 36 der Kontaktwiderstand des Wandlers für die Rückkraft angeschlossen ist.
  • Die Rückkraftmessung entspricht einer Belastung der in der Fassung 8 sitzenden Kohle 9 mit steigender Rückkraft. In den Kurven (F i g. 6) ist der Widerstand als Funktion der Rückkraft aufgetragen sowie die Auslenkung als Funktion der Rückkraft. Die Hauptschnittkraft bewirkt in erster Linie eine Biegung der Meißelwiege 23 und eine Verwindung des Torsionsstabes 3. Durch die steigende Hauptschnittkraft wird durch die Durchbiegung der Meißelwiege und des Torsionsstabes eine Entlastung des Kohlekörpers 15, der in der Fassung 14 eingelassen ist, herbeigeführt, und da die Fassung in einem Isolator 13, der im Stahlblock 11 gehalten ist, sitzt, geht über eine elektrische Verbindung vom Anschluß 12 der Anschluß an den linken Teil der Meßbrücke bei 34.
  • Bezüglich der Hauptschnittkraft ist zu beachten, daß der ohmsche Widerstand mit der Zunahme der Schnittkraft ebenfalls zunimmt, und es ist hier das Kurvenblatt gemäß F i g. 5 zu vergleichen.
  • Die Anderungen des Kontaktwiderstandes als Folge der Änderungen der Schnittkraft bzw. die nach einer Eichung statisch vergleichbaren Kontaktwiderstände als Folge von Meißelbelastungen, die in den entsprechenden Richtungen statisch aufgebracht wurden, werden mit der Meßbrücke angezeigt und können gegebenenfalls auch registriert werden. Die Anzeige für die Hauptschnittkraft geschieht durch die Messung des Querstromes mit einem Ft-Amperemeter 33 mit entsprechender Empfindlichkeit und für die Rückkraft mit einem Ft-Amperemeter 38. Wenn es gebraucht wird, kann man eine Spreizung oder Einengung des Bandes durch entsprechende Shuntung der Meßgeräte erzielen.
  • Bei Beginn der Messung wird an den Meßwandlern ein leichter Kontaktdruck eingestellt und die beiden Teile der Meßbrücke auf Null abgeglichen. Dieser Abgleich geschieht durch Anderung der Widerstände 35 und 37, nachdem die Trimmerwiderstände 32 und 41 bzw. 39 und 40 richtig einjustiert wurden.
  • Dann wird eine Eichung der Meßgerätanzeige durch Aufbringen von Gewichten in der entsprechenden Richtung am Schnittkraftaufnehmer durchgeführt.
  • Nach dieser Eichung kann dann, wie vorstehend beschrieben, die Messung durchgeführt werden.
  • F i g. 5 zeigt die Änderung des Kontaktwiderstandes R mit der Hauptschnittkraft Ps, bei der die Meißelwiege entlastet wird, d. h., die Kohle steht unter einer bestimmten mechanischen Vorspannung, welche durch die Hauptschnittkraft verringert wird.
  • Auch hier erkennt man wieder einen linearen Bereich, in dem der Kontaktwiderstand proportional der Durchbiegung der Meißelwiege und proportional der Hauptschnittkraft Ps verläuft. Für den vorliegen- den Fall wurde der Proportionalitätsfaktor zu 0,1 berechnet.
  • In F i g. 6 wurde der Kontaktwiderstand R über der Rückkraft P, aufgetragen (durchgezogene Kurve).
  • Man sieht, daß für die niedrigen Rückkräfte der Kontaktwiderstand hoch ist, während er nahezu linear bis zu einem gewissen Punkt abfällt und sich dann dem Vollkontakt nähert. In diesem linearen Bereich kann ohne weiteres gemessen werden, und die Federkräfte sind so abzustimmen, daß der Meßbereich in den linearen Bereich fällt. Im vorliegenden Fall wurde die Kohle durch die Rückkraft belastet. Trägt man die Torsion der Meißelwiege, welche die Rückkraft aufnimmt, über der Rückkraft auf, so ergibt sich ein annähernd spiegelbildlicher Verlauf.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Größen mittels mechanisch-elektrischer Meßumformer, bei der die Anderung des Kontaktwiderstandes zweier elektrischer Leiter oder Halbleiter zur Umformung in elektrische Vorgänge herangezogen wird, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß als Werkzeugträger ein Torsionsstab (3) mit einer Meißelwiege (23) vorgesehen ist, daß ein Werkzeug (20) am äußersten Ende der Wiege (23) angebracht ist und in ihrem Kopf eine Kugel (10) eingelassen ist, die gegen ein federndes, elektrisch leitendes Blech (5), das mit dem Gehäuse verbunden ist, drückt, das seinerseits an einer Kalotte (9) anliegt, die mit einer elektrischen Meßbrücke verbunden ist, während in der Seitenwand (21) der Meißelwiege (23) eine weitere Kugel (19) eingesetzt ist, die auf eine Feder (18) aus elektrisch leitendem Werkstoff drückt, die an einer Kalotte (15) anliegt, die ebenfalls mit der elektrischen Meßbrücke verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotten (9, 15) aus Kohle, Ferrit oder einem anderen auf Schwankungen der Flächenpressung gut reagierenden Werkstoff bestehen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßbrücke vorgesehen ist, bei der von einer Stromquelle (31) beide Teile mit Gleichstrom gespeist sind, die jeweils aus je zwei Trimmerwiderständen (32, 41 bzw. 39, 40) und einem Abgleichwiderstand (35 bzw. 37) bestehen, wobei die Kalotten (9, 15) elektrisch mit den beiden Teilen der Meßbrücke mittels Anschlüssen (34, 36) verbunden sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE845076C (de) * 1950-10-05 1952-07-28 Karl H Dr-Ing Reiss Kontaktanordnung, insbesondere fuer elektrische Musikinstrumente
DE858144C (de) * 1951-06-05 1952-12-04 Hans Dr-Ing Rumpff Elektrischer Dehnungsmesser
DE885446C (de) * 1949-01-08 1953-08-06 Jacques Henri Jarret Leiteranordnung mit veraenderlichem elektrischem Widerstand

Patent Citations (3)

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DE885446C (de) * 1949-01-08 1953-08-06 Jacques Henri Jarret Leiteranordnung mit veraenderlichem elektrischem Widerstand
DE845076C (de) * 1950-10-05 1952-07-28 Karl H Dr-Ing Reiss Kontaktanordnung, insbesondere fuer elektrische Musikinstrumente
DE858144C (de) * 1951-06-05 1952-12-04 Hans Dr-Ing Rumpff Elektrischer Dehnungsmesser

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