DE1773058B1

DE1773058B1 - Kraftgeber

Info

Publication number: DE1773058B1
Application number: DE19681773058
Authority: DE
Inventors: Goldman Michail Grigorjevic; Sisojan Ripsime Grigorjevna; Snaider Teodor Maisejevic; Alanija Anzor Markozovic; Sapiro Arkadij Matvejevic
Original assignee: NII PRIBOROSTROJENIJA I SREDST
Current assignee: NII PRIBOROSTROJENIJA I SREDST
Priority date: 1968-03-26
Filing date: 1968-03-26
Publication date: 1970-11-19

Description

Es ist eine Vielzahl von Gebern zum Messen von io des Gebers (F i g. 1) haben gleichen Aufbau und sind Kräften bekannt, die auf verschiedenen Methoden der in eine Stahlbüchse 3 derart eingebaut, daß sich das Umformung von mechanischen Kräften in elektrische aktive Element 1 auf eine Zwischenscheibe 4 stützt Größen beruhen. und das passive Element 2 an dieser aufgehängt ist.

In automatischen Steuerungssystemen haben Geber Die Magnetleiter der Elemente 1 und 2 sind aus

die größte Verbreitung gefunden, die den Einfluß der 15 mit Isolierlack bestrichenen Platten geschichtet, z. B. zu messenden Kraft auf den Wechselstromwiderstand aus ringförmigen gestanzten Transformatorstahlder Wicklung eines Elektromagneten ausnutzen. blechen. Auf die Magnetleiter sind Wicklungen 5

Die sogenannten induktiven Geber, die einen Ma- und 6 aufgeschoben.

gnetleiter mit veränderlichem Luftspalt, beispiels- Das aktive Element 1 enthält in der unmagne-

weise mit einem quer zur Kraftrichtung verlaufenden 20 tischen Büchse 7 aufeinandergeschichtete Bleche und Luftspalt (deutsche Auslegeschrift 1255 347, deutsche wird von der zu messenden Kraft über ein Polster 8 Patentschrift 740762), aufweisen, haben geringere und eine Stahlscheibe 9, die durch eine Gummi-Genauigkeiten, da sich dieser Luftspalt auch unter manschette 10 abgedichtet ist, beaufschlagt,
dem Einfluß von Temperaturschwankungen ändert. Der Magnetleiter des aktiven Elementes 1 ist so-

Ein wesentlicher Nachteil der elastischen magneti- 25 mit aus Blechen mit einem Zwischenluftspalt gesehen Geber besteht in der dafür erforderlichen korn- schichtet, der sich unter der Einwirkung der zu mesplizierten Fertigungstechnik. senden Kraft vermindern kann. Die Größe der Luft-

So müssen beispielsweise die Stäbe der Magnet- spalte, die sich zwischen den Blechen infolge ihrer leiter beim Zusammenbau von solchen Gebern spe- natürlichen Krümmung bilden, beträgt im Mittel 10 ziell in bezug auf die Walzrichtung orientiert werden, 30 bis 15 Mikrometer,
was den Montagevorgang wesentlich kompliziert. Unter der Einwirkung einer zu messenden Kraft

Ein anderer Nachteil der elastischen magnetischen
Geber besteht in der verhältnismäßig geringen Empfindlichkeit bei kleinen mechanischen Beanspruchungen. Dies beschränkt ihre Einsatzmöglichkeiten auf 35 kung der zu messenden Kraft stellt eine elastische die Messung von großen Kräften (Drucke in Walz- Biegeverformung dar. Nach dem Aufhören der mestraßen, Gewicht von Waggons u. a.), die im Geber
mechanische Spannungen von 15 bis 20kp/mm² erzeugen. Bei Beanspruchungen unter 1 kp/mm² ist die
Empfindlichkeit der elastischene magnetischen Geber 40
zu gering.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Kraftgeber
angegeben werden, der in einem weiten Belastungsbereich hochempfindlich ist und der fertigungstechnisch unkompliziert ist. Es soll also ein Kraftgeber 45 Umformung der Abstandsänderung zwischen den mit einem empfindlichen Element geschaffen wer- Blechen des aktiven Elementes 1 in eine Veränderung den, das sowohl auf große als auch auf sehr geringe des Wechselstromwiderstandes der Wicklung 5.
mechanische Belastungen zu reagieren in der Lage ist. Im Raum zwischen den Stahlblechen fehlt der ma-

Dies wird bei einem Kraftgeber der eingangs er- gnetische Arbeitsfluß (er schließt sich vollständig im wähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 50 Stahl, und der Streufluß kann in Anbetracht seiner das aktive und das passive Element form- und ab- unwesentlichen Größe vernachlässigt werden),
messungsgleich ausgebildet sind und daß die Ma- In diesem Raum existiert aber das magnetische

gnetleiter aus Blechen derart geschichtet sind, daß sie Feld der Wirbelströme in den Stahlblechen, das senkin Wirkungsrichtung der zu messenden Kraft und recht zu den Kraftlinien gerichtet ist. Bei Annäherung parallel zur Fläche der magnetischen Kraftlinien einen 55 der Oberflächen der Bleche führt das normale Feld Luftspalt zwischeneinander aufweisen und unter der Wirbelströme zur Erhöhung der Wirbelstrom-

»P«, die auf die Scheibe 9 drückt, werden die Bleche ausgerichtet, und der Abstand zwischen ihnen verringert sich. Das Ausrichten der Bleche unter Einwir-

chanischen Beanspruchung kehren die Bleche in die Ausgangslage zurück, und die Größe der Luftspalte zwischen ihnen geht auf die Ausgangsgröße zurück.

Die erste Arbeitsstufe des Gebers besteht also in einer Umformung der mechanischen Beanspruchung in eine elastische Veränderung des Abstandes zwischen den Blechen des aktiven Elementes 1.

Die zweite Arbeitsstufe des Gebers besteht in einer

Druckeinwirkung einer elastischen Annäherung fähig sind, wobei sich die Größe der Wirbelströme in den Blechen und dadurch der Wechselstromwiderstand der Wicklung des empfindlichen Elementes ändern.

Vorteilhaft ist der Magnetleiter des empfindlichen Elementes als Hohlzylinder ausgebildet, der aus mit Luftspalt untereinander in einem unmagnetischen Zylinder geschichteten ringförmigen Transformatorblechen zusammengesetzt ist.

Ein Vorteil dieser Lösung liegt in einer wesentlichen Erhöhung der Empfindlichkeit auf Grund einer Veränderung der Wirbelstromleistung bei Annäheleistung im Kern, was einer Verminderung des Wechselstromwiderstandes der Wicklung 5 entspricht.

Der Gesamtwiderstand der Wicklung 6 des passiven Elementes 2 bleibt konstant, da das Element 2 an der Zwischenscheibe 4 frei aufgehängt ist und von der Kraft P nicht beaufschlagt wird. Die Wicklungen 5 und 6 des aktiven und passiven Elementes sind mit Abschnitten der Primärwicklung eines Anpassungstransformators 11 in Reihe geschaltet.

Im Ausgangszustand (P = 0) sind die Ströme Z₁ und Z₂ infolge der vollen Schaltungssymmetrie gleich

und entgegengerichtet. Deshalb sind der resultierende Magnetfluß des Transformators und die EMK der Primärwicklung gleich Null. Beim Zusammendrücken des aktiven Elementes durch die Kraft F steigt der Strom Z₁ an, und der Strom z"₂ vermindert sich. Infolgedessen entsteht im Kern des Transformators 11 ein resultierender Magnetfluß, der in der Sekundärwicklung eine verhältnisgleiche Spannung induziert. In F i g. 2 und 3 sind die Kennlinien des Gebers U = /(P, a) dargestellt. Dabei bedeuten

U Ausgangsspannung des Gebers in V,
F mechanische Kraft in kp,

p ,-

a = -„■ mechanische Spannung im Kern des

Gebers in kp/mm²,
S Querschnittfläche des Geberkernes.

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Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, beträgt die Anfangsempfindlichkeit des Gebers 0,1 V/kp im Bereich von 0 bis 0,05 kp/mm².

Eine so hohe Empfindlichkeit besitzt keiner der bekannten Kraftgeber.

Die Prüfung eines Versuchsmodells des erfindungsgemäßen Gebers hat unter allen Betriebsbedingungen eine hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Stabilität ergeben. Der größte Meßfehler des Gebers lag unter 1 %>. Die Lebensdauer beträgt mindestens 10 000 h.

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftgeber mit einem im Gehäuse eingebauten aktiven empfindlichen Element, das durch Veränderung eines quer zur Kraftrichtung verlaufenden Luftspalts auf die zu messende Kraft anspricht, und einem passiven Element, wobei die Elemente aus Blechpaketen hergestellte Magnetleiter und in Reihe mit den Abschnitten der Primärwicklung eines Anpassungstransformators liegende Wicklungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive und das passive Element (1 und 2) form- und abmessungsgleich ausgebildet sind und daß die Magnetleiter aus Blechen derart geschichtet sind, daß sie in Wirkungsrichtung der zu messenden Kraft und parallel zur Fläche der magnetischen Kraftlinien einen Luftspalt zwischen einander aufweisen und unter Druckeinwirkung einer elastischen Annäherung fähig sind, wobei sich die Größe der Wirbelströme in den Blechen und dadurch der Wechselstromwiderstand der Wicklung (5) des empfindlichen Elementes (1) ändern.

2. Kraftgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetleiter des empfindlichen Elementes (1) als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, der aus mit einem Luftspalt untereinander in einer unmagnetischen Büchse (7) angeordneten ringförmigen Transformatorstahlblechen geschichtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen