DE1773870A1 - Lastempfindlicher Messwertumwandler - Google Patents
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Description
DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER MORF
Patentanwälte
8 München 27, Pienzenauerstraße 28
Telefon 483225 und 486415 Telegramme: Chemindus München
19. Juli 1968 S.3302
SOCIETA1 APPLICAZIONI OOMMA ANTIVIHRANTI 11SAOA" S. p. A.
Die Erfindung betrifft lastempfindliche MeßwerUmwandler insbesondere von der Art, mit welcher eine Anzeige einer ausgeübten dynamischen oder statischen Belastung erhalten
kann*
Hin ortindungsgeiuHsser lastempfindlicher Meßwerturawandler
besitzt ein verformbares Glied, welches zwischen zwei starren LastaufnahmekörpcTn angeordnet ist und mindestens ein
lüstempfindlichs: Element aufweist, das eine Anzeige der
die mechfmUche Spannung verursachten Verformung in
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dem Glied liefern kann, welche durch eine Last erhalten werden kann, die an dem Glied durch die starren Lastaufnahmekörper ausgeübt wird, wobei mindestens einer dieser
Körper die ausgeübte Last durch ein elastisches Element überträgt, das dazu dient, die Last in wesentlichen gleichmassig über den Querschnitt des verformbaren Gliedes zu
verteilen, so dsß die aus dem Fühlelement bzw. Fühlelementen
erhaltene Anzeige von der Wirkungslinie der Last durch das Glied im wesentlichen unabhängig ist.
Das erwähnte elastische Element zur Verteilung der ausgeübten Last kann aus einem Körper aus elastischem Material
bestehen, welcher zwischen mindestens einem der Lastaufnahme· körper und dem verformbaren Glied angeordnet ist.
Das elastische Element und das verformbare Glied werden vorzugsweise einer axialen Vorspannung in der Richtung und
im Sinn der ausgeübten Last ausgesetzt. Es kann je ein solcher Körper aus elastischem Material, welcher zweckmässig die Form eines flächenhaften Materials hat, zwischen
jedem der Lastaufnahmekörper und dem verformbaren Glied angeordnet werden.
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streifen an sich bekannter Art, dessen Widerstand sich
in Abhängigkeit von der durch die mechanische Spannung
verursachten Verformung in dem verformbaren Glied verändert·
elektrischen Stromkreis geschaltet» der eine Vorrichtung
enthält» die dazu dient» eine sichtbare oder andere Anzeige ^
der Veränderung im Widerstand des Dehnungsmeßstreifens zu
liefern und dadurch mittels einer sichtbaren Eichung der
geben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das verformbare
Glied mit zwei oder vier Dehnungsmeßstreifen versehen» die mit benachbarten Zweigen einer Brückenschaltung verbunden werden können und zweckmässig so angeordnet sind»
daß Drift- und vorübergehende Veränderungen im Widerstand f
keine unerwünschten und fehlerhaften Anzeigen der ausgeübten Last zur Folge haben.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise in Vermittlung
mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines lastempfindlichen
Meßwertumwandlers gemäß einer Ausführungsform der
ERfindung; s
Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt eines Meßwertumwandlers gemäß einer weiteren Ausführungsfcrm der Erfindung
und
-■.-•iif
Fig« 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer Abänderung der
Ausführungsform nach Fig. 2.
Der in Fig. 1 dargestellte elektrische lastempfindliche Meß* wertumwandler besitzt einen ersten und einen zweiten im
wesentlichen massiven und starren scheibenförmigen Körper bzw. 2, welche Körper gleichachsig angeordnet und dazu bestimmt sind, eine ausgeübte axiale Last an ihrer jeweiligen
Aussenflache aufzunehmen.
Der erste starre Körper 1, der einen grösseren Durchmesser als der zweite Körper 2 hat, wirkt als Reaktionsglied in
der Arbeitsweise des Meßwertumwandlers, so daß eine zu messende Last auf den zweiten Körper 2 im wesentlichen in
der Richtung der gemeinsamen Achse der Körper 1 und 2 aus-
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geübt werden kann.
Zwischen und gleichachsig zu den starren Körpern 1 und 2
ist ein verformbares zylindrisches Glied 3 angeordnet, das elastisch verformbar ist, wenn es durch eine beträchtliche
axiale Last beansprucht wird, die an den Körpern 1 und 2 M ausgeübt wird. An dem verformbaren Glied 3 befestigt oder
diesem in anderer Weise einverleibt sind vier elektrische Dehnungsmeßstreifen 9 (von denen drei mit gestrichelten Linien dargestellt sind) an sich bekannter Art, die eine
Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit von der durch
die mechanische Spannung verursachten Verformung des Gliedes 3 zeigen.
Die vier Dehnungsmeßstreifen 9 sind in zwei parallelen Paaren angeordnet, wobei die Streifen des einen Paares parallel zu ™
der Richtung (in diesem Fälle axial) der ausgeübten Las,t;
angeordnet sind und die Streifen des anderen Paares senkrecht
zu dieser Richtung, Die Dehnungsmeßstreifen jedes ..Paa
res sind in die jeweils diametral gegenüberliegenden Zweige
einer Brückenschaltung geschaltet, die ein Meßgerät od....,dgla
enthält, welches eine Anzeige des Brückenabgleichstrom^
und damit der ausgeübten Last liefern kann» Durch eins solche Bfiiclensch'iltung könne λ unerwünschte Ablesungen und ein
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Drift ausgeschaltet werden.
Um sicherzustellen» daß die Ausgänge aus den Dehnungsmeßstreifen
9 von ihren räumlichen Stellungen am Glied 3 im wesentlichen unabhängig sind, ist jeweils ein Körper 4
φ aus elastischem Material, wie Gummi zwischen jedem Ende
des Gliedes 5 und dem jeweiligen Lastaufnahmekörper 1 bzw.
2 angeordnet.
Wenn eine Last an den Körpern 1 und 2 ausgeübt wird, er»
fahren die Körper 4 eine elastische Verformung, so daß die
ausgeübte Last gleichmässig über den Querschnitt des
Gliedes 3 verteilt wird. Die Wirkung der Körper 4 ist ähnlich der eines Flüssigkeitsfilms und durch die gleichmassige
Verteilung der Beanspruchung über das Glied 3
™ wird die Verformung des letzteren biegungsfrei gemacht, und
unabhängig von der Stellung mit bezug auf die Achse des Meßwertumwandlers der Wirkungslinie der ausgeübten Last.
Die Xörper 4 sind in der gleichen Richtung und im gleichen
Sinn wie die ausgeübte Last durch eine Anordnung vorgespannt, die zwei ineinandergreifende rohrförmige Teile la
und 2a aufweist, von denen jedeT gleichachsig zum Glied 3
ist und ein© geringere axiale Brstreckung wie dieses hat»
1 Ü J S Ο 3-^0 5 3 <J BAD ORIGINAL
Ein ringförmiger Teil 5 aus Gummi oder einen anderen
elastischen Material ist zwischen den Teilen la und 2a angeordnet und beispielsweise durch Vulkanisieren mit der
Aussenflache bzw. mit der Innenfläche der Teile 2a, la
haftend verbunden. Der rohrförmige Teil 2a ist zua Körper
2 mittels Schrauben 7 belastet, von denen nur eine gezeigt ist« Der rohrförmige Teil la ist in ähnlicher Weise ™
zum Körper 1 mittels Schrauben 6 belastet. Eine innere Vorspannung in Form einer axial gerichteten Scherkraft
wird in dem ringförmigen Teil 5 dadurch herbeigeführt, daß
die Schrauben 6 und 7 festgezogen werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Durch diese Scherkraft werden die Körper 1 und
2 gegeneinander belastet, wodurch den Körpern 4, ohne daß
eine Last getragen wird, eine Druckvorspannung aitgeteilt wird, so daß Hysteresewirkungen i» elastischen Material der
Körper 4 bei kleinen WErten der ausgeübten Last im wesent- g
liehen vermieden werden. ,...-
Der ringförmige elastische Teil 5 verhindert ferner eine relative radiale Verlagerung zwischen den Lastaufnähme-
* * y. ■
körpern 1 und 2, wodurch die richtige Stellung des Gliedes
* ■ -va
3 sichergestellt wird.
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-— S
auch durch andere Mittel als durch den auf Scherung beanspruchten ringförmigen Teil 5 geschehen. Beispielsweise
können die Teile 1 und 2 durch Metallfedern od. dgl. belastet werden, welche die Körper 1 und 2 in Richtung zueinander drücken und das dazwischen befindliche Glied 3 auf
Druck beanspruchen«
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hat der
erste oder untere lastaufnehmende Körper die Form eines glockenförmigen Teils aus einem massiven Basisteil 11 und
einem rohrförmigen Mantelteil lo. Der zweite oder obere lastaufnehmende Körper wird durch eine massive Scheibe 12
gebildet. Der Teil 11 und die Scheibe 12 sind von dem .verformbaren Glied 3 durch Körper 4, 4a aus elastischem Material,
wie Gummi, getrennt. Das verformbare GHßd 3 wird in diesem Falle durch einen hohlen Z/linder gebildet.
Die Körper 4, 4a und das Glied 3 sind wie bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform durch eine axiale Schervorspannung vorgespannt, die in einem ringförmigen elastischen Teil 5, beispielsweise aus Gummi, erzeugt wird, der
in geeigneter Weise mit der Fläche der Aussenkante der Scheibe 12 und mit der Innenfläche eines rohrförmigen Teils
2o haftend verbuitisn ist, welch letzterer an das Ende des
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rohrförmigen Mantelteils Io anschließt. Der Teil 2o und
der Teil Io können durch Schrauben 8 zusammengezogen werden,
um eine geregelte, axial gerichtete Scherkraft im Teil S zu erzeugen, wodurch den Teilen 5 und 3 eine Vorspannung
mitgeteilt wird« Der elastische Teil 5 ist mit flanschförmigen
Enden versehen, welche in zusammenwirkenden Ringnuten m
Sa9 5c und Sb, 5d in der Scheibe Io bzw. im Teil 2o sitzen
und dazu beitragen, den Teil 5 in seiner Isge zu halten,
wenn er der erwähnten axial gerichteten Scherspannung ausgesetzt wird,,
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Bauform des
Meßv/ertumwandlers der in Fig. 2 gezeigten ähnlich, so daß
die gleichen Bezugsziffern zur Kennzeichnung dar gleichen oder entsprechender Teile verwendet sind. In diesem Falle
ist das verformbare Glied 3 jedoch so gerichtet, daß die " Last in einer Richtung quer zu seiner Längsachse statt in
seiner Längsachse ausgeübt wird. In diesem Falle ist das Glied 3 mit angeformten Lageransätzen versehen, welche vom
Basisteil 11 und von der Scheibe 12 durch elastische Körper 4 j, 4a aus flächenhaftem Gummi oder einem anderen elastischen
Material getrennt sind«
Die Körper 4, 4a und das Glied 3 sind durch eine Scherkraft
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vorgespannt, die in eines ringförmigen elastischen Teil S9
beispielsweise aus Gummi, erzeugt wird, welcher bei dieser Ausführungsform an seines oberen Ende alt eine» erweiterten radial nach aussen gerichteten Flansch Sc ausgebildet ist, damit er leichter zwischen des Teil ϊο und
der Scheibe 12 gehalten werden kann· Nicht gezeigte Schrauben dienen dazu, den Mantelteil Io und den Teil 2o zusammen
zu spannen, um eine axial gerichtete Scherspannuag im Teil S zu erzeugen, so daß die erforderliche Vorspannung
der Körper 4, 4a und des Gliedes 3 erzielt werden.
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Claims (9)
1. Lastempfindlicher Meßwertumwandler zur Erzeugung eines
elektrischen Signals, welches eine ausgeübte Last anzeigt, mit einem verformbaren Glied, das mindesten*
ein lastempfindlicbes Element aufweist, welches ein$ „
Anzeige der durch die mechanische Spannung verursachen Verformung unter der Wirkung einer Last liefern kanu*
die an starren las tauf nehmenden Körpern ausgeübt wijcd.»
zwischen welchen des verformbare Glied angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der last*
aufnehmenden Körper (1, 2) Last auf das verformbare Glied
(3) über elastische Elemente (4) überträgt, welch letztere dazu dienen, die ausgeübte Last im wesentlichen gleichmassig über den Querschnitt des verformbaren Gliedes (3)
zu verteilen, so d?ß die aus dem Fühlelement bzw. aus den Fühlelementen erzielte Anzeige von der Wirkungslinie der Last durch das Glied (3) im wesentlichen unabhängig ist.
-11. ■ CAD CRiG/f·^
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2. Meßwertumwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (4) und das verformbare
Glied einer Vorspannung in der Richtung und in dem Sinn der ausgeübten Last ausgesetzt sind·
3. Meßwerturawandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Federung, beispielsweise ein elastisch verformbares elastisches Material (5) so angeordnet ist,
daß die lastaufnehmenden Körper (1, 2} gegeneinander
gedrückt werden, um die erwähnte Vorspannung herbei·»,
zuführen.
4« Meßwertumwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Federung durch einen ringförmigen elastische!)
Teil (5), beispielsweise aus Gummi, gebildet wird, der
axial einer elastischen Scherverformung ausgesetzt ist.
5. Meßwertumwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige elastische Teil (5) zwischen radial
voneinander in Abstand befindlichen Flächen von zwei ineinandergreifenden rohrförmigen Verlängerungen (la* 2a)
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befestigt ist, die an den lastaufnehmenden Körpern
(1, 2) vorgesehen sind, wobei Mittel (6, 7) dazu dienen, die Verlängerungen (la, 2a) gegen die jeweiligen Körper
(1, 2) zu spannen, um auf diese Ntse die elastische Scherverformung des elastischen Tells (S) herbeizuführen.
6. Meßwertumwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine lastaufnehmende Körper (11) mit einem
rohrförmigen Mantelteil (lo) versehen ist, gegen welchen ein rohrförmiger Teil (2o) mittels Schrauben (8) festgespannt ist, welcher rohrförmige Teil (2o) den anderen
lastaufnehmenden Körper (12) umgibt und sich von diesem
radial in Abstand befindet, und der ringförmige elastische Teil (5) zwischen dem rohrförmigen Teil (2o) und dem
erwähnten anderen lastaufnehmenden Körper (12) befestigt
ist.
7. Meßwertuniwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige elastische Teil (5) mit Flanschenden (Si1 Sd) versehen ist, die in entsprechenden
Ringnuten im rohrförmigen Teil (2o) und in dem anderen
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lastaufnehmenden Körper (12) sitzen, uw iur Halterung
des ringförmigen elastischen Elements (S) beizutragen.
8. Meßwertusmrandler nach den Ansprüchen 1 - 7t dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Glied (3) zylindrisch
und mit seiner Achse parallel zur Richtung der Ausübung
der Last angeordnet ist (Fig· I und 2)*
9. Meßwertuawandler nach den Ansprüchen 1-7, dadurch ge*
kennzeichnet, daß das verformbare Glied (3) die For»
eines hohlen Zylinders hat, der »it seiner Achse senkrecht zur Richtung der Lastausübung angeordnet ist
(Fig. 3).
Io· Meßvertuxwandler nach den Anspruch·» 1 · 9f dadurch gekennzeichnet, daft das bzw. jedes last empfindliche
durch einen an sich bekannten Dehnuagsneßstreifen
bildet wird.
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