DE1548706C - Kraft-Meßwandler - Google Patents
Kraft-MeßwandlerInfo
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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 Meßnhg 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;
Fig. 3 und 4 zeigen je eine allgemein der Fig. 2
ähnliche Ansicht, jedoch mit einer weiteren Ausführung der Erfindung;
F i g. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Prismas in Fig. 3 und
Fig. 6 das Schema einer abgewandelten Prismenanordnung
der F i g. 2,
Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 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 Meßwändler 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 Lichtquelle 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 Ausführung der Erfindung nach Fig. 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)
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 Fig. 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 Fi 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 Anspruch 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
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