DE1961280C - Magnetoelastischer Kraftmesser - Google Patents

Description

Balken 1. In allen Figuren ist unterstellt, daß der Balken an seinem unteren Ende eingespannt ist. An dem oberen, freien Ende hat der Balken einer Vorsprung 2, der zwei vertikale Seitenflächen 3 und 4 hat, auf die die Kraft wirkt, die gemessen werden soll. Dies geht aus Fig. 3 und 4 hervor. Die zu messenden Kräfte wirken auf.den Kraftmesser in Richtung der Pfeile 5 und 6 in F i g. 1.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform hat der Balken in der Nähe seines unteren Endes \ icr durchgehende Aussparungen 7, 8. 9 und 10 mit zweckmäßigerweise rundem Querschnitt. Eine Erregerwicklung U ist auf bekannte Weise in den Aussparungen? und 8 angeordnet und an einer Wechselspannungsquelle 13 angeschlossen, um einen magnetischen Wechselfluß in dem Gebiet um die Aussparungen zu erzeugen. In den Aussparungen 9 und 10 ist auf ähnliche Weise eine Meßwicklung 12 angeordnet, die an einem Meßgerät 14 angeschlossen ist. Um die Empfindlichkeit des Kraftmessers zu steigern, kann der Balken mit zwei langgestreckten Schlitzen 15 und 16 versehen werden, die parallel zu den Längsseiten des Balkens verlaufen.

Der in Fig.2 gezeigte Kraftmesser hat Aussparungen mit größerem Querschnitt als die Ausführungsform gemäß Fig. 1. Die Aussparungen7 bis 10 haben einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt, deren Mittelsenkrechten sich in einem in der neutralen Ebene liegenden Kreuzungspunkt der Stege 17 und 18 schneiden. Die Richtung der zwischen den Aussparungen verbleibenden Stege aus Keramatenal fallen im wesentlichen mit der Richtung der zu dem Schubspannungsfeld gehörigen Hauptspannungen zusammen. Die beiden Wicklungen 11 und 12 sind in dem Kreuz zwischen den beiden Stegen angeordnet. Sie können auch die einzelnen Stege umgeben. Dadurch, daß man den Aussparungen eine ziemliche große Querschnittsfläche gibt, erhält man reichlich Platz für die Wicklungen. Außerdem hat das an den Seiten des Balkens verbleibende Material eine kleine Querschnittsfläche, un⁴ die Stege 17 und 18 sind lang und schmal. Dies alles trägt dazu bei, daß der Kraftmesser besonders empfindlich ist. Ein ähnlicher Effekt kann auch durch Aussparungen mit quadratischem, rechteckigem oder superelliptisch^m Querschnitt erreicht werden.

Die Aussparungen mit den Wicklungen sind symmetrisch zur Symmeirieebene des Balkens angeordnet und so ausgerichtet, daß der Kraftmesser hauptsächlich Beanspruchungen unter einem Winkel von 45- zu der neutralen Achse des Balkens abtastet, d. h. die zu dem Schubspannungsfeld gehörenden Hauptspannungen. Bei einem einseitig eingespannten Balken, der mit einer Punktlast am freien Ende belastet ist, ist bekanntlich die Querkraft als Funktion ic der Balkenlängsachse konstant, während das Biege moment linear mit dem Abstand vom Kraftangriffspunkt zunimmt. Die vom Biegemoment verursachten Normalspannungen haben einen sehr kleinen Einfluß auf das Aussignal des Kraftmessers, so daß der Kraftmesser unempfindlich für kleinere Verschiebungen, des Angriffspunktes der zu messenden Kraft is; im Gegensatz zu solchen Kraftmessern, deren Funktion auf der Abtastung von Biegespannungen basiert. Der Kraftmesser ist außerdem symmetrisch und gib; ao Signal für beide Kraftric^ungen.

F i g. 3 zeigt den Kreismesser als Differenzdruckmesser. Ein Stativ 20 trägt zwei Druckkammern 21 und 22 mit Anschlußnippeln 23, 24 und Membranen 25, 26. Eine Stange 27 verbindet die Membrane 25 mit der Fläche 3 des Vorsprunges 2, und auf dieselbe Weise verbindet eine Stange 28 die Membrane 26 mit der Fläche 4. Der Druck in den Kammern 21 und 22 beeinflußt den Vorsprung 2 mit einer Kraft, die betreffend Größe und Richtung von der Differenz zwisehen den beiden Druckwerten bestimmt wird.

F i g. 4 zeigt, wie der Kraftmesser in einem Bandzugmesser angewandt wird. Das Stativ 29 trägt eine Platte 30, auf der ein Lagebock 31 für eine Achse 32 befestigt ist. Die Platte hat an ihrer Unterseite zwei nach unten gerichtete Ohren 33, 34 mit Gewindelochern für zwei Schrauben 35 bzw. 36, die so weit geschraubt werden können, daß sie an den Flächen 3 bzw. 4 des Vorsprunges 2 anliegen. Wird die Achse 32 einer horizontal wirkenden Kraft ausgesetzt, verschiebt sich die Platte 30 mit den darauf befestigten Teilen in seitlicher Richtung, und zwar dadurch, daß die Platte von den seitlich nachgebenden Stützen Xl und 38 des Stativs 29 getragen wird.

Die in F i g. 3 und 4 gezeigten Meßgeräte sind nur als Beispiele dafür zu betrachten, wie der Kraftmesser gemäß der Erfindung angewendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 ° 2 gewisse axiale Länge des Balkens erforderlich ist und Patentansprüche: daß insgesamt drei Wicklungen vorhanden sind, da die Meßwicklungen zu einer Differenzschaltung zu-

1. Magnetoelastischer Kraftmesser, bestehend sammengeschaltet werden.

aus einem einseitig fest eingespannten Balken aus 5 Aus der deutschen Patentschrift 955 272 ist ein ferromagnetischem Material mit einer Erreger- magnetoelastischer Kraftmesser bekannt, bei dem die wicklung und einer Meßwicklung und einer zu messende Kraft in Achsrichtung des Kernes auf-Fläche am freien Ende des Balkens^an der die zu gebracht wird. Erreger- und Meßwicklung sind so messende Kraft senkrecht zur Längsrichtung des angebracht, daß sie mit der Balkennchtung einen Balkens parallel zur Einspannebene angreift. io winkel von 45 bilder.. Der Geber ist praktisch nur dadurch gekennzeichnet, daß die Er- für die Messung von Kräften geeignet, die nur in regerwicklung (11) und die Meßwicklung (12) in einer Richtung wirken und in Längsrichtung des Baizwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. kens Druckkräfte erzeugen.

von denen die eine im wesentlichen in Längsrich Aus der deutschen Patentschrift I 215 398 ist ein

tung und die andere im wesentlichen in Querrieh- 15 magnetoelastischer Kraftmesser bekannt, der au.-

tung zur angreifenden Kraft liegt, und daß die einem Kern besteht, der vier kreuzförmig angeorci-

Aussparungen zur Aufnahme der Wicklungen nett.· Schenke; und einen die vier Schenkel umschlie-

derart angeordnet sind, daß das zwischen ihnen ßendes rechteckiges Joch hat. Auf den Schenkeln

verbleibende Material zwei sich kreuzende St- je und oder Jochabschnitten befinden sich Meß- und

^M7, 18) bildet. 20 Erregerwicklungen. Auch dieser Kraftmesser ist

2. Magnetoelastisch^ Kraftmesser nach An- pt aktisch nur zur Messung von Kräften in einer spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Be- Richtung geeignet. Die meisten Ausführungsformen reich der Aussparungen (7 bis 10) zusätzliche, in sind außerdem wegen der großen Anzahl von Wick-Längsrichtun« des Baikens verlaufende Schlitze lungen sehr aufwendig.

(15.16) vorgesehen sind. 25 Der vorliegenden Erfindung Hegt die Aufgabe zu-

3. Magnetoelastischer Kraftmesser nach An- gründe, einen magnetoelastischen Kraftmesser zu spruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entwickeln, der zur Messung einer Kraft wechselnden vier zur Aufnahme der Wicklungen bestimmten Vorzeichens geeignet ist und dessen Ansprechemp-Aussparungen (7 bis 10) im Balken (I) einen im findlichkeit unabhängig von dem Angriffspunkt der wesentlich -u dreieckförmigen Querschnitt auf- 30 Kraft ist.

weisen und deren Mittels^nkrechten sich in einem Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kraftmesser

in der neutralen Ebene liegenden Kreuzungs- der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der d<i-

punkt der Stege (17, 18; schneiden. durch gekennzeichnet ist, daß die Erregerwicklung

und die Meßwicklung in zwei unterschiedlichen Ebe-35 nen angeordnet sind, von denen die eine im wesentli-

chen in Längsrichtung und die andere im wesentlichen in Querrichtung zur angreifenden Kraft liegt, und daß die Aussparungen zur Aufnahme der Wick-

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetoeia- lungen derart angeordnet sind, daß das zwischen ih-

stischen Kraftmesser, bestehend aus einem einseitig 40 nen verbleibende Material zwei sich kreuzende Stege

fest eingespannten Balken aus ferromagnetischem bildet.

Material mit einer Erregerwicklung und einer Meß- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist

wicklung und einer Fläche am freien Ende des BaI- der Kraftmesser dadurch gekennzeichnet, daß im Be-

kens. an der die zu messende Kraft senkrecht zur reich der Aussparungen zusätzliche, in Längsrichtung

Längsrichtung des Balkens parallel zur Einspann- 45 des Balkens verlaufende Schlitze vorgesehen sind,

ebene angreift. Der Kraftmesser nach der Erfindung hat den Vor-

Ein solcher Kraftmesser is., aus der USA.-Patent- teil, daß er eine Kraft wechselnden Vorzeichens mcs-

schrift 3 168 830 bekannt. Bei dem bekannten Kraft- sen kann und die genaue Lage des Angriffspunktes

messer besteht der Balken in Längsrichtung aus keinen Einfluß auf die Anzeige hat. Die Empfind-

einem mittleren und zwei seitlichen Schenkeln. Auf 5- lichkeit des Kraftmessers ist für jede Richtung der

dem mittleren Schenkel sitzt die Erregerwicklung Kraft gleich groß. Ein weiterer Vorteil des erfin-

und auf den äußeren Schenkeln sitzt je eine Meß- dungsgemäßen Kraftmessers besteht darin, daß seine

wicklung, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind. axiale Ausdehnung sehr klein gehalten werden kann,

Am freien Ende des Balkens befindet sich ein Vor- da seine Funktion nicht auf der Auswertung eines

sprung, an dem die Kraft senkrecht zur Balkenachsc 55 Biegemomentes beruht.

angreift. Die Funktion des bekannten Kraftmessers An Hand der in den Figuren dargestellten Ausfüh-

beruht darauf, daß die Kraft ein Biegemoment im rungsbeispiele soll die Erfindung näher erläuert wer-

Balken erzeugt, durch das der eine äußere Schenkel den.

auf Zug und der andere äußere Schenkel auf Druck Fig. J und 2 zeigen zwei Ausführungsbeipiele der

beansprucht wird. Die dadurch bedingte unsymmetri- 60 Erfindung;

sehe Verteilung des magnetischen Flusses auf die Fig. 3 zeigt einen als Differenzdruckmesser die-

beiden Außenschenkel führt zu unterschiedlichen nenden Kraftmesser;

Größen der in den Meßwicklungen induzierten Span- F i g. 4 zeigt die Verwendung des Kraftmessers

nungen. Der bekannte Kraftmesser hat den Nachteil, zum Messen von horizontalen Kräften in einem

daß der axiale Angriffspunkt der Kraft sich nicht 65 Lagerbock.

verschieben darf, wenn man eine unrichtige Anzeige Der Kraftmesser gemäß der Erfindung hat einen

des Kraftmessers vermeiden will. Er hat ferner den Kern aus laminiertem ferromagnetischem Material

Nachteil, daß zur Erzeugung des Drehmomentes eine und bildet einen an einem Ende fest eingespannten