DE1548706B2 - Kraft messwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraft-Meßwandler mit vier ringartig und symmetrisch angeordneten Armen, welche Weggeber tragen und bei dem die Kraft in Diagonalrichtung dieses Meßringes eingeleitet wird.

Bei bekannten Kraft-Meßwandlern der genannten Art sind die Arme fest miteinander verbunden und werden in sich deformiert. Diese Deformation wird von Meßelementen, ζ. B. Weggebern, abgetastet und zur Anzeige gebracht.

Da bei derartigen ringförmigen Kraft-Meßwandlern die Materialkonstanz und die Wandstärke in die Messung eingehen, ist eine außerordentlich präzise Verarbeitung aus einem in sich völlig homogenen Rohling erforderlich, wenn nicht die Meßgenauigkeit hierunter leiden soll. Die Anzeige ist bei derartigen bekannten Kraft-Meßwandlern auch nicht linear, und die Anzeigeskala muß entsprechend den Probemessungen für jeden Meßring gesondert geeicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßring der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine hohe Meßgenauigkeit und ein großer Meßbereich erzielt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Kraft-Meßwandler der eingangs genannten Art vor, daß die vier Arme in sich starr ausgebildet, aber gelenkig miteinander verbunden sind.

Auf diese Weise werden alle möglichen Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Arme und in Homogenitäten des Werkstoffes als Fehlerquellen bei der Messung ausgeschaltet.

Die gelenkige Verbindung der Arme miteinander kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen.

Es ist auch denkbar, den eigentlichen Meßrihg aus einem Block zu schneiden, in dem die Verbindungsstellen der Arme miteinander als im Material geschwächte Stellen ausgebildet sind.

Üblicherweise ist einem solchen Meßring noch ein äußerer Ring zugeordnet, der eine gleichmäßige Kraftverteilung bewirkt und einen Großteil der eingeleiteten Kraft in sich aufzunehmen vermag.

Für einen Kraft-Meßwandler dieser genannten Art sieht die Erfindung ebenfalls vor, daß der Meßring zusammen mit dem genannten äußeren Ring einstückig verbunden ist.

Eine besonders einfache Ausgestaltung ist dadurch möglich, daß die vier Arme des Meßringes als Weggeber je einen Spiegel tragen, wobei ein Meßlichtstrahl von einem gesonderten Element in diesen Reflexionskreis ein- und ausgeleitet werden kann.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 die Vorderansicht der in F i g. 1 gezeigten Ausführung der Erfindung;

F i g. 3 und 4 zeigen je eine allgemein der F i g. 2 ähnliche Ansicht, jedoch mit einer weiteren Ausführung der Erfindung;

F i g. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Prismas in F i g. 3 und

F i g. 6 das Schema einer abgewandelten Prismenanordnung der F i g. 2,

F i g. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der F i g. 4, in Richtung der Pfeile gesehen.

In den Figuren geben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wieder.

Der erfindungsgemäße Kraft-Meßwandler nach F i g. 1 zeigt einen Meßring, der ein hohles Quadrat 5 oder Parallelogramm mit den vier Seiten 10,11,12 und 13 bildet; dabei sind die Seiten an ihren Verbindungsstellen durch Krümmungen 33, 34, 35 und 36 verbunden dargestellt, die vorteilhaft gekrümmte Gelenke sind, um eine Reibung auszuschließen, obgleich andere geeignete Formen gelenkiger Verbindungen verwendet werden können.

Der Meßring ist an den oberen und unteren Ecken diametral gegenüberliegend mit Endflächen 18 und 19 für eine Druck- oder Zugbelastung versehen.

Die Einleitung der zu messenden Kraft in den Meßwandler erfolgt als eine linear fortschreitende Bewegung, die auf die zwei gegenüberliegenden Ecken des Meßwandlers durch eine z. B. Druckbelastung der Endflächen 18 und 19 übertragen wird.

Der Meßwandler ist für verschiedene Zwecke geeignet und verwendbar, wie z. B. zum Messen dynamischer Kräfte, wozu er mit einer Dauerprüfeinrichtung verbunden werden kann, zum Eichen von Universalmaschinen für statische Prüfungen usw. Die Abtastung der Verformung des eigentlichen Meßringes kann durch mechanische oder optische Mittel, wie einen Autokollimator, erfolgen. Er eignet sich besonders als ein bewegungsoptischer Meßwandler, und in dieser Verwendung ist er besonders für Fernmessungen dynamischer Verschiebungen und Kräfte durch Messen der Verschiebung, welche die Kraft hervorgerufen hat, ohne irgendwelche mechanischen Verbindungselemente brauchbar.

Zur Verwendung als bewegungsoptischer Meßwandler trägt jeder der vier starren Arme einen Reflektor, vorzugsweise einen an ihr befestigten Frontflächenspiegel, wobei die Reflektoren optisch zueinander ausgerichtet sind.

Ein feststehendes Paar Reflektoren 24 und 25 (F i g. 6) dient dazu, einen gerichteten Meßlichtstrahl von außen auf einen ersten Spiegel 20 fallen zu lassen, von dem er auf einen zweiten Spiegel, von diesem auf einen dritten Spiegel und von diesem wiederum auf den vierten Spiegel 21 geworfen wird, der den Meßlichtstrahl auf den Reflektor 25 und von dort zurück in einen Autokollimator wirft. Das Spiegel-Reflektor-System ist symmetrisch, und Licht vom Autokollimator — der vorzugsweise für dynamisches Arbeiten eine stroboskopische Licht-So quelle benutzt, aber für statisches Arbeiten auch eine Glühlampe besitzen kann — trifft auf beide Reflektoren 24 und 25 gleichmäßig und geht zur Hälfte in der einen Richtung durch das Spiegelsystem und zur anderen Hälfte in der entgegengesetzten Richtung. Die Wirkung ist in beiden Richtungen die gleiche.

Eine Änderung in der senkrechten diagonalen Ausdehnung des Meßringes bewirkt eine entgegengesetzte Änderung in der waagerechten Diagonale, indem sie eine Drehung jedes der vier Arme 10,11, 12 und 13 und der vier an ihnen befestigten Spiegel bewirkt.

Die Gesamtwinkeldifferenz zwischen dem einfallenden und dem ausgehenden Meßstrahl ist Sx, wobei χ gleich der Winkelbewegung jedes Spiegels ist. Ein wünschenswerter Zusatzteil ist der Kontrollspiegel 24, der festsitzt und an derselben Stütze wie der feste Spiegel 25 befestigt ist. Dieser gibt einen

Kontrollnachweis dafür, daß der ortsfeste Reflektor wirklich festsitzt. Sitzen sie nicht fest, kann ihre Lage korrigiert werden.

In F i g. 6 ist eine solche Anordnung der Reflektoren wiedergegeben, wobei einer (25) durch ein Prisma und der andere (24) durch einen ebenen Spiegel senkrecht zur Richtung eines Kontroll-Lichtstrahls ersetzt ist.

In F i g. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher der eigentliche Meßring und ein eine Belastung aufnehmender, ihn umgehender Teil 29 aus einem Stück bestehen, d. h., aus einem Metallstück hergestellt sind und dadurch ohne weiteres einen Temperaturausgleich herbeiführen.

Bei dieser Ausführung der Erfindung ist der Meßwandler aus einem einzigen Metallblock geformt, indem zwei gegenüberliegende bogenförmige Schlitze 27 und 28 aus dem Block herausgearbeitet sind, die den Meßring von dem die Belastung aufnehmenden Ring 29 trennen. Beide Ringe sind durch die Teile 30 und 31 verbunden; der Meßring ist mit einer Mittelöffnung 32 versehen, in welcher das optische Reflektorsystem untergebracht ist.

Die biegbaren gekrümmten Bereiche 33, 34, 35 und 36 werden von Bohrungen oder Öffnungen 37, 38, 39 und 40 gebildet.

Bei der Ausführung nach F i g. 2 sind drei Reflektoren 43 in dem Hohlteil 32 angeordnet, und ein Prisma 45 sitzt ebenfalls in diesem Hohlteil 32. Die drei Reflektoren 43 sitzen auf drei Seiten des Quadrats, und das Prisma 45, das außen Würfelform sowie innen eine versilberte Fläche unter 45° und eine versilberte Außenfläche besitzt, ist auf der vierten Seite angebracht. Das Meßlicht von einem Autokollimator fällt auf die Vorderfläche des Prismas, dringt in dieses ein, wird nach oben durch die um 45° geneigte Fläche abgelenkt, tritt aus dem Prisma aus und wird wiederum von den Spiegeln 43 reflektiert, von wo das Licht auf die äußere versilberte Fläche des Prismas fällt, welches das Strahlenbündel zurück auf den nächstgelegenen Reflektor, dann auf die anderen Spiegel nacheinander und schließlich zurück in das Prisma durch die obere Fläche wirft; das Licht wird von der um 45° geneigten Fläche auf die Vorderseite reflektiert, tritt aus dem Prisma aus und wird in den Autokollimator zurückgeworfen (vgl. hierzu F i g. 5 a).

Die vordere Fläche des Prismas ist teilweise versilbert, um eine Bezugsfläche zu schaffen. Als umgewandelte Meßgröße erscheint nun der Unterschied zwischen der ursprünglichen Richtung des zurückgeworfenen Strahls und der endgültigen Richtung nach der Messung.

Die Ausführung der Erfindung, wie sie F i g. 3 zeigt, ist im allgemeinen der nach F i g. 1 und 2 ähnlich, wobei der die Belastung aufnehmende äußere Ring 29 und der Meßring aus einem einzigen Metallstück geformt sind. Bei dieser Ausführung ist die Höhlung 32 zu den Krümmungen 33, 34, 35 und 36 so ausgerichtet, daß die Reflektoren an den Wänden der Öffnung oder Höhlung 32 befestigt sind.

Bei der Ausführun» der Erfindung nach Fis. 4 und 7 ist der äußere Ring 44 mit Ansätzen 45 und versehen, die eine Druckbelastung aufnehmen können und ein Gewinde 47 für eine Aufnahme einer Zugbelastung aufweisen.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Meßwandler von Trägern 48 gebildet, die die Spiegel und das Prisma 51 tragen. Die Träger bzw. Arme sind durch sich kreuzende Verbindungsplatten verbunden. An dem Meßring greifen von Zapfen

ίο 52 getragene Ansatzstücke 53 an. Die Zapfen 52 sind mit dem äußeren Ring 44 aus einem Stück gefertigt.

Die Wirkungsweise der Reflektoren 50 und des Prismas 51 ist die gleiche wie die in Verbindung mit der Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 3 und 5 beschriebene.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kraft-Meßwandler mit vier ringartig und symmetrisch angeordneten Armen, die Weggeber tragen und bei dem die Kraft in Diagonalrichtung dieses Meßringes eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Arme (10,11,12,13; 48) starr ausgebildet und gelenkig miteinander verbunden sind.

2. Kraft-Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke als Kreuzbandgelenke (49 in Fig. 6) ausgebildet sind.

3. Kraft-Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Arme einstückig miteinander verbunden sind und daß die Gelenke von in der Dicke geschwächten Verbindungsstücken (33, 34, 35, 36 in Fi g. 3) der Arme gebildet sind.

4. Kraft-Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme von einem einstückigen Ring (29) umgeben sind, der mit dem Meßring (10,11,12,13) an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken (30, 31 in F i g. 3) in Richtung der Krafteinwirkung verbunden ist.

5. Kraft-Meßwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßring mit dem ihn umgebenden Ring (29) einstückig verbunden ist (F i g. 3).

6. Kraft-Meßwandler nach Ansprach 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Meßring umgebende Ring (29 bzw. 44) mit die Kraft aufnehmenden Ansätzen (18,19 bzw. 45, 46) einstückig verbunden ist.

7. Kraft-Meßwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Arme als Weggeber je einen Spiegel (20 bis 23) tragen.

8. Kraft-Meßwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung eines Meßlichtstrahls ein Prisma (24, 25 bzw. 45) vorgesehen ist.

9. Kraft-Meßwandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung eines Meßlichtstrahls einer der Spiegel von einem Prisma (45 bzw. 51) gebildet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen