DE1935183C - Meßgeber mit einem schwingungsfähj gen, an beiden Enden fixierten, stabarti gen Element - Google Patents

Description

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' Die Erfindung betrifft einen Meßgeber mit einem parallel zueinander. Die an die fixierten Stellen enzu Biegeschwingungen fähigen, an beiden Enden grenzenden Abschnitte können aber auch in einer gefixierten, stabartigen Element. Solche Geber werden meinsamen Achse liegen. Bei bestimmten Belastungszur Messung von Kräften, Längenänderungen, Be* zuständen, beispielsweise bei Stößen und Schlügen, wegungen u. dgl. verwendet. ' 9 kann jedoch die letztgenannte AusfUhrungsform we-

Die bekannten Geber dieser Art sind in Meßinstru- niger geeignet sein als die erstgenannte AusfUhrungs-

mente, beispielsweise Dynamometer, eingebaut und form, da bei ihr eine gewisse Gefahr bestehen kann,

besitzen Elemente in Form gerader, gespannter SaI- daß der Körper in eine Stellung auf der gegenüber-

-ten, wobei die im Sinne einer Zugbelastung wirkende liegenden Seite bezüglich der gemeinsamen Achse Vorspannung dadurch erzielt wird, daß man die Saite ^o gefangen kann. Diese Gefahr besteht bei der zuerst

wahrend der Befestigung an ihren beiden Enden einer erwähnten AusfUhrungsform nicht. Ferner kann bei

Zugbeanspruchung unterwirft. Die Messung wird bei der zuerst erwähnten AusfUhrungsform die Schwln- Verwendung solcher Geber in der Weise ausgeführt, gungsamplitude des Körpers beträchtlich höher sein

daß mittels eines Elektromagneten, der neben der als bei der anderen AusfUhrungsform. Das größere

Saite angeordnet ist, die Eigenfrequenz dar Saite er- 15 Ausgangssignal ist insofern vorteilhaft, weil dadurch

mittelt wird. Wenn die Saite eine* über die Befesti- eine Meßeinrichtung verwendet werden kann, die ver-

gungsstellen einwirkenden äußeren Kraft unterwor- gleichsweise einfacher und weniger empfindlich gegen

fen wird, ändert sich ihre Spannung und dadurch äußere StöreinflUsse ist. Ferner können die Befesti-

auch ihre Eigenfrequenz. Der Meßbereich, der sich gungsstellen eines Körpers, dessen an diese Stellen

mit einem solchen Meßgerät erreichen läßt, ist jedoch ao angrenzenden Abschnitte in verschiedenen Achsen

verhältnismäßig klein. Außerdem besteht die Gefahr, liegen, seitlich gegeneinander in einem erheblichen

daß ein Kriechen zwischen der gespannten Saite und Maße verschoben werden, ohne daß die Funktions-

ihren Befestigungsstellen auftritt, das, besonders bei fähigkeit dadurch beseitigt wird. Hierdurch ist es

Saiten geringer Länge, zu einer beträchtlichen Null- möglich, die Meßbereiche beträchtlich zu erweitern Abweichung und dadurch zu einer erheblichen Ver- 35 und die Einstellung auf den gewünschten Bereich

schlechterung der Langzeit-Stabilität führt. in einer einfachen Weise vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erfindungsgemäß kann die Krümmung des Kör- Meßgeber zu schaffen, der einen großen Meßbereich pers permanent sein, d. h.\ dem Körper kann die

besitzt und eine gute Langzeit-Stabilität aufweist. Krümmung schon gegeben worden sein, ehe er im

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Meßgeber 30 Geber fixiert worden ist.

der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß da- Der Vorteil der großen Langzeit-Stabilität ist be-

durch gelöst, daß das Element als biegesteifer, zwi- sonders für solche Fälle vorteilhaft, in denen der

sehen seinen Fixierungsstellen im schwingungsfreien Körper unter einer axialen Druckvorspannung steht.

Zustand gekrümmter Körper ausgebildet ist. Die Gefahr des Kriechens oder Gleitens zwischen

Unter einem gekrümmten Körper werden hierbei 35 dem Körper und den Befestigungsstellen ist hierdurch auch solche Körper verstanden, die eine winkelige praktisch beseitigt, und zwar auf Grund der Tatsache, Form besitzen. Der Körper kann durch einen Stab, daß die Kräfte im Körper auf die Ausknickungsein Band od. dgl. gebildet sein. kräfte vermindert sind, die relativ klein sind.

Der erfindungsgemäße Geber gibt die Möglichkeit, Ein weiterer Vorteil ist die mechanisch einfache ein Element zu verwenden, das eine sehr geringe 40 Art der Fixierung im Vergleich zu einem gespannten Länge besitzt und ein sehr großes Ausgangssignal Draht. Dies gilt insbesondere j>»ch im Vergleich zu liefert. Der Raumbedarf eines Meßgerätes, beispicia- c- ! !«1 geraden Stab, der mit ci.io: in axialer Richweise eines Dynamometern, k«>.: ]v,v■.■.]■. :h i i.'ijcht- tung wirkenden Druckvorspannung eingespannt ist. Π""- utüv: .!ι .·· .vj-i'· ι } ·.-., . eiterer Voneil neben Dksc Vorspannung birgt nämlich die große Gefahr der Langzeit-Stabilität ist die Möglichkeit, den Geber 45 des Ausknickens in sich. Diese Gefahr ist bei dem unempfindlich für Temperatureinflüsse zu machen. erfindungsgemäßen Geber beseitigt, da hier das ent-Ein weiterer und sehr wesentlicher Vorteil des erfin- sprechende Element gekrümmt ist. Auf Grund der dungsgemäßen Elementes ist darin zu sehen, daß der erwähnten Vorteile kann das schwingungsfähige EIe-Meßbereich erheblich erweitert werden kann. Ein und ment jedoch auch als gespannter Stab ausgebildet dasselbe Element kann sowohl für Messungen von 50 sein, der biegesteif ist und gekrümmt ist. Auch sehr kleinen Kräften, Längenänderungen, Bewegun- ohne eine in axiale Richtung wirkende Vorspangen u. dgl. als auch für große Kräfte usw. durch eine nung ist ein biegesteifer, gekrümmter Stab vereinfache Änderung seiner Krümmung verwendet wer- wendbar.

den. Die Empfindlichkeit des Meßgerätes kann auf Zur Verminderung des Temperatureinflusses bediese Weise innerhalb eines weiten Bereiches beein- 55 steht bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erflußt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht findungsgemäßen Gebers das Element aus einem Madarin, daß durch Wahl einer geeigneten Vorspannung terial, dessen lineare Wärmedehnung der Wärmefür das Element eine lineare Beziehung zwischen der dehnung des Gebers angepaßt ist.
elastischen Deformation und der Schwingungsdauer Im folgenden ist die Erfindung an Hand verschiecrrcicht werden kann, wodurch die Messung verein- 60 dener auf der Zeichnung dargestellter Ausführungsfacht wird. Schließlich ist noch der Vorteil zu er- beispiele im einzelnen erläutert. Es zeigt
wähnen, daß das Element einfacher in seiner Halte- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines berung fixiert werden kann als beispielsweise die bc- kannten Gebers mit einer gespannten Saite,
kannten, gespannten Saiten, so daß sich auch hin- F i g. 2 bis 4 je eine schematische Darstellung versichtlich der Befestigung Vorteile ergeben. 65 schiedener Ausführungsformen des erfindungsgemä-

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die ßen Gebers,

an die fixierten Stellen angrenzenden Abschnitte in Fig 5 ein an einem Ausführungsbeispiel aufge-

verschicdencn Achsen, verlaufen also beispielsweise nominelles Diagramm,

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Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Dynamometer seitlich versetzt, wodurch das Element in einer ein-

mi; mehreren erfindungsgemllflen Gebern. deutig festgelegten ursprunglichen Stellung fixiert

Ein Geber mit einem schwingungsfUhlgen Element wird. Versuche haben gezeigt, daß außerdem die In Form einer Saite 1 ist, wie Fi g. 1 zeigt, an seinen Schwingungsnmplltude des Elementes 5 wesentlich beiden Enden in Klemmvorrichtungen 2 festgehalten, S hühe» ist, was zu einem vergrößerten Ausgangsslgnul wobei die Saite 1 unter einer gewissen Zugvorspan- ftlhrt und die Möglichkeit gibt, eine einfachere Meß· nung steht. Diese Vorspannung erhalt man dadurch, einrichtung zu verwenden, die weniger empfindlich duß man die Saite einer Zugspannung F unterwirft, gegen äußere Störelnflüsso ist. wührend man die Enden festklemmt. Die Eigen- Die Elemente können auch eine andere Form als frequenz der Saite wird mittels eines Elektromagne- io diejenige auiwelsen, die die Ausfiihrungsbeisplelo getcn 3 ermittelt. Wenn die Saite einer über die beiden muß den F i g. 2 bis 4 besitzen. Dio gekrümmte Form Klemmvorrichtungen 2 einwirkenden äußeren Kraft kann auch dauerhaft sein, d. h, das Element kann ausgesetzt wird, ändert sich die Spannung und da- die gekrümmte Form auch schon vor der Fixierung durch die Eigenfrequenz der Saite. Dieser bekannte im Geber besitzen, also vorgeformt sein. Die stab-Geber birgt neben anderen Nachteilen die Gefahr in 15 förmigen Elemente können ferner verschiedene Quersich, daß die gespannte Saite in den Befestigungs- schnittsform besitzen, beispielsweise eine reehtvorrichtungen kriecht, was zu einer Nullpunktver- eckige, dreieckige, halbkreisförmige oder elliptische Schiebung und dadurch zu einer beträchtlichen Ver- Form. Durch die Wahl der Querschnittsform und der schlechterung der Langzeit-Stabilität insbesondere Grüße der Querschnittsfläche kann das Ausgangsbci einer aus Raumgründen vorteilhaften geringen ao signal verändert werden. Ferner kunn hierdurch die Lunge führt. mechanische Stabilität beeinflußt und die Fixierung

Durch den erfindungsgemäßen Geber wurde die des Elementes vereinfacht werden.

Möglichkeit geschaffen, ein solches Kriechen zu ver- F i g. 5 zeigt einen anderen wesentlichen Vorteil,

mindern oder vollständig zu beseitigen und die Vor- der sich mit einem erfindungsgemäßen Geber er-

aussetzungen für die Stabilität wesentlich zu verbes- as reichen läßt. Das Diagramm gemäß F i g. 5, in dem

sern. Alle in den F i g. 2 bis 4 dargestellten verschie- die Abszisse mit der Belastung in Tonnen und die

denen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ordinate mit der Schwingungszeit in Millisekunden

Gebers besitzen ein biegesteifes Element S mit einer beziffert ist, zeigt eine lineare Beziehung zwischen

gekrümmten Form zwischen den Fixierungsstellen. der elastischen Deformation und der Schwingungs-

Das Element kann unter einer in axialer Richtung 30 zeit. Diese lineare Beziehung wird durch die Wahl

wirkenden Druckvorspannung oder einer in axialer einer geeigneten Vorspannung des Elementes er-

Richtung wirkenden Zugvorspannung stehen. Es kann reicht. Es ist also möglich, die Messungen mit einem

aber auch keine in axialer Richtung wirkende Vor- erfindungsgemäßen Geber wesentlich zu vereinfachen,

spannung aufweisen. Das schwingungsfähige, biege- F i g. 6 zeigt ein Dynamometer, in dem in axial

steife und gekrümmte Element 5 ist in den Ausfüh- 35 unterschiedlichen Abständen drei querliegende, band-

rungsbeispielen ein Stab, könnte aber auch ein Band förmige Geber mit je einem Element 5 angeordnet

od. dgl. sein. sind, wobui die Elemente S unter einer Vorspannung

Durch die Vt;-.v. -uung eines erfindungsgemäßen stehen, die eine in Fig. 5 riT^ei'U- lineare Pe-Eiementes an Stelle einer der bekannten Saiten erhält Ziehung zwischen der Schwinguügs;:e:t un~ uwr Bernau die gewünschten Ergebnisse. Gleichzeitig ist es 40 lastung ergibt. Durch die Veiwt üunr dieser landfliügluh, Elemente zu verwenden, die eine beträcht- förmigen Elementes und cii'r Ar» irw-r A.io.rinung lieh grrngiif Lange als die bekannten Elemente auf- und Fixierung im Dynamometer kann dieses beträr!;tweise'n, von dene« e'r«e Ausführungsforn. in Fig. 1 '"ich Jem· »■ λ\» das übliche n-yiiamometer r? ?!c:rh dargestdl» κ:. AuSc-.Ι-·*! ergibt sich bei dem erfin- £>■ Γ- ; ··■·«, i^gnal gebaut werden. Lht Geber dungsgemäßen Geber auch eine mechanisch ein- 45 sind langzeitstabil und unempfindlich gegen Tempefachere Fixierung des Elementes. Darüber hinaus ratureinflUsse. Außerdem können ihre Meßbereiche können in einfacher Weise durch Änderung der ge- in weiten Bereichen durch eine einfachere Änderung krümmten Form des Elementes die Meßbereiche er- der Krümmung geändert werden,
weitert werden. Die übrigen Einzelheiten des Dynamometers sind

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform 50 im folgenden kurz zusammengefaßt. Eine äußere, ausist das Element S an beiden Enden angelenkt, könnte weitbarc Hülse 6 schließt einen hohlen Körper 7 ein, aber auch lose in Nuten, Vertiefungen od. dgl. fixiert der aus zwei Teilen zusammengeschweißt ist. Dieser sein, während die F i g. 3 eine Ausführungsform des Körper 7 ist an seinem einen Ende mit einem Elementes 5 zeigt, bei dem die Enden in der Weise Deckel 8 verschlossen, der mit dem Körper 7 verfixiert sind, daß ein Verlust an Schwingungsenergie 55 schweißt ist. In das andere Ende ist eine Kabelverhindert wird. Die Enden sind hier fest eingespannt. durchführungshülse 9 eingeschraubt. In erweiterten Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 Hohlräumen 10 und 11 sind die Elementes quererfüllen in den meisten Anwendungsfällen alle An- liegend mittels Schraubbefestigungen 12 gehalten, forderungen. Bei bestimmten Belastungsfällen und bei und zwar in der Weise, daß jeweils das eine Ende bestimmten Querschnittsformen des Elementes be- 60 an einer Stirnfläche des Hohlraumes anliegt. Das ansteht jedoch die Gefahr, daß das Element in die ge- dere Ende jedes der Elemente 5 liegt auf je einem genüberliegende Stellung springt, die mit gestrichelten Distanzstück 13 auf, um die gewünschte gekrümmte Linien dargestellt ist. Form der Elementes und die seitliche Versetzung

Diese Gefahr besteht bei der Ausführungsform ge- der an die Befestigungsstellen angrenzenden Abmaß F i g. 4 nicht. Im Gegensatz zu den Ausfüh- 65 schnitte zu bewirken. Neben jedem der Elemente 5 rungsformen gemäß den F i g. 2 und 3, wo die beiden ist je ein Magnet 14 angeordnet. Ein Verbindungs-Enden des Elementes 5 in einer gemeinsamen Achse kabel 15, das zu einem Meßinstrument führt, enthält ließen, sind hier die Fixierungsstellen des Elementes 5 mehrere Leiter, die an die Magnete angeschlossen

ind. Die Magnete, die Leiter und das Kabel sind in iner Vergußmasse eingegossen. Ferner sind Luftanäle 16 und 17 vorgesehen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Meßgeber mit einem zu Biegeschwingungen, an beiden Enden fixierten, stabartigen Element, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als biegesteifer, zwischen seinen Fixierungsstellen im schwingungsfreien Zustand gekrümmter Körper (S) ausgebildet ist.

2. Meßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die fixierten Stellen angrenzenden Abschnitte in verschiedenen Achsen liegen.

3. Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die fixierten Stellen angrenzenden Abschnitte parallel zueinander verlaufen.

4. Meßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die fixierten Stellen angrenzenden Abschnitte in einer gemeinsamen Achse liegen.

5. Meßgeber nach eineih der Ansprüche 1 bis 4, as

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (S) eine vorgeformte Krümmung besitzt.

6. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Körpers (5) in Befestigungsvorrichtungen festgeklemmt sind.

7. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zumindest an seinem einen Ende angelenkt ist.

8. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine in axialer Richtung wirkende Druckvorspannung aufweist.

9. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper unter einer Zugvorspannung steht.

10. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper verspannungsfrei ist.

11. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (5) aus einem Material besteht, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient eine der Wärmedehnung einer Haltevorrichtung, in der der Körper fixiert ist, entsprechende Wärmedehnung ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen