DE1963303A1

DE1963303A1 - Flachschwingende Messsaite,insbesondere fuer Schwingsaitenwaagen

Info

Publication number: DE1963303A1
Application number: DE19691963303
Authority: DE
Inventors: Burkhart Dipl-Ing Dr Kuehl; Walter Dipl-Ing Wirth
Original assignee: August Sauter KG
Current assignee: August Sauter KG
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1971-06-24
Also published as: GB1339576A; BE759990A; NL7017606A; SE361215B; DE1963303B2; AT301899B; FR2073026A5; NL168617C; DE1963303C3; US3701392A; CH517299A

Description

. Z/Wy/ho August S a u t e r KG-, Ebingen - ■ -

Flachschwingende Meßsaite,, insbesondere für Schwingsaitenwaagen

Die Erfindung betrifft eine flachschwingende Meßsaite', wie sie beispielsweise für Schwingsaitenwaagen Verwendung finden kann.

Eine derartige Meßsaite ist aus der deutschen Patentschrift 1 2ö1 695 bekannt. Der bekannten Saite wird ein Querschnitt gegeben, der nicht kreisförmig ist. Bei bandförmigen Saiten kann der Querschnitt insbesondere auch rechteckig sein« Dabei wird das Verhältnis der Achsen der mittleren Trägheitsellipse des Quer- g schnittes längs der Saite derart gewählt, daß im Betriebsbereich der Belastung die zwei Resonanzfrequenzen gleicher Ordnung, deren eine für die Messung verwendet wird, in Sichtung der zwei Hauptachsen der Trägheitsellipse des Querschnittes um mehr als ihre Resonanzbreite voneinander differieren, jedoch zwischen den Resonanzfrequenzen benachbarter Ordnungen liegen.

Durch eine solche Anordnung wird erreicht/ daß weitestgehend nur diejenige Hesonanzfrequenz in der Schwingung auftritt» die für die Messung verwendet werden soll. Die Resonanzschwingung

109826/0598 ■ ~*^Z~

in Querrichtung wird unterdrückt, weil ein Anstoßen dieser ichwirigung durch mechanische oder sonstige Kopplung bei der gewählten \ Anordnung unwahrscheinlich ist. Das Verfahren ist brauchbar, wenn' die Querschnittsform der flachschwingenden Saite aufgrund genauer Berechnungen, in die auch die Einflüsse der Toleranzen einzube- ' ziehen sind, zur tatsächlichen Übereinstimmung mit den geforder- ; ten Bedingungen^gebracht wird. Bei höheren Ordnungszahlen der Resonanzschwingung und insbesondere bei großer Breite des Frequenzbandes der Saite ist das aber schwierig. Es wird neuerlich zu Koppelschwingungen und zu entsprechenden Störungen in der funktioneilen Beziehung zwischen Resonanzfrequenz und auf die Saite einwirkender Zugkraft kommen. Das ist aber insbesondere bei der Verwendung der Meßsaite in einer Schwingsaitenwaage nichij ' zulässig. ^;

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, mit der \

für die Messung verwendeten Betriebsfrequenz von den möglichen Ϊ

Resonanzfrequenzen in Querrichtung noch weiter abzurücken und J

damit die Möglichkeit des Anstoßens einer Koppel schwingung in :

Querrichtung völlig zu unterbinden. ^:

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Saiten-« querschnitt mit derartig großem Verhältnis von größter zu klein-'. ster Querschnittsachse gewählt, daß die Eigenfrequenzen des gewünschten m-ten Schwingungsmodus in Richtung der minimalen Biege? steifigkeit unterhalb der Eigenfrequenz des ersten Modus in Quer-+ richtung liegen. Erfindungsgemäß liegen also die Resaanzfrequensa nicht mehr zwischen den Resonanzfrequenzen benachbarter Ordnungen nebeneinander. Die Betriebsfrequenz liegt vielmehr unterhalb; der Resonanzfrequenz erster Ordnung in Querrichtung. Es ist damit nicht mehr möglich, daß die Betriebsfrequenz eine Resonanz schwin-?

1098 26/0598 ~⁵~ ^j

gung in Querrichtung auslöst. Das gilt insbesondere dann, wenn für die Messung ein Schwingungsmodus m = 2 ist. Zweckmäßig wird das Verhältnis von größter zu kleinster Querschnittsachse größer als m gewählt. Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn das Verhäitnis von größter zu kleinster Querschnittsachse gleich 2m oder noch größer gewählt wird. Arbeitet man mit dem Sehwingungs-· modus m » 3, so beträgt dann die Länge der großen Querschnittsachse das 20-fache der Länge der kleinsten Querschnittsachse.

Die erfindungsgemäße Meßsaite kann grundsätzlich jede beliebige, dieser Bedingung genügende Form haben. Vcoteilhafterweise wählt man aber die Form eines flachen Bandes mit recht- · eckigem Querschnitt. Eine derartige Saite ist leicht herstellbar und bietet auch hinsichtlich der Einspannung ihrer Enden die geringsten Schwierigkeiten,

Grundsätzlich wird man danach streben, den Abstand der Meßfrequenz von der ersten Resonanzfrequenz in Querrichtung möglichst groß zu machen. Hieraus ergibt sich eine "zulässige Zug- I spannung", die nicht mit der zulässigen Spannung im Sinne der , Festigkeitslehre identisch und darum gesondert zu untersuchen ist. Die zulässige Zugspannung im Sinne der Festigkeitslehre kann berechnet oder einfacher und sicherer durch Dauerversuche unter Betriebsbedingungen ermittelt werden. Um aber Spannungsspitzen an den Anschlußstellen zu vermeiden, an denen die Saite befestigt ist, werden erfindungsgemäß für die Einspannung an den Enden der Saite Bandverbreiterungen vorgesehen, die mit der .Saite über Ausrundungen verbunden sind, wie sie aus der Mat er i aliprüf technik an Zugstäben bekannt sind, um einen Bruch,am An- , Schlußquerschnitt und damit eine Verfälschung des Prüfergebnisses zu vermeiden» Die Ausrundungen haben zweckmäßig einen Hadius, der etwa gleich der Bandbreite der Meßsaite ist. Gelegentlich

kann es aus anderen Grün- -4-

109826/0598

den zweckmäßig sein, kleinere Ausrundungsradien zu verwenden. Man erhält dann allerdings einen verminderten Abbau der Spannungs spitzen. Die Auswirkung der Ausrundungen auf die funktioneile Beziehung zwischen Schwingungsfrequenz und Belastung der Meßsaite wird am einfachsten experimentell bestimmt. Die genaue Last-Frequenz-Beziehung wird ohnehin erst durch die Justierung bzw. die Eichung erhalten.

Die Meßsaiten werden in der Eegel an ihren Enden in einer Anschlußmasse biegefest eingespannt. Bloßes Festklemmen könnte zwar festigkeitsmäßig genügen, wirkt sich aber stark dämpfend auf die Schwingung aus. Man verwendet deshalb Einspannmassen aus einem Material, dessen Festigkeit und Elastizitätsmodul mit den entsprechenden Werten des Saitenmaterials größenordnungsmäßig übereinstimmen, und verbindet die Anschlußmasse mit der Sailte durch löten. Dadurch entstehen an den Bändern der Saite Spannungsspitzen, denen durch die bereits erwähnten Ausrundungen begegnet werden kann. Sollen derartige Ausrundungen einmal nicht Verwendung finden, so kann den Spannungsspitzen auch dadurch entgegengewirkt werden, daß man die Saite nicht in die Anschlußmasse einlötet, sondern mit dieser durch einen synthetischen Klebstoff verbindet. Solche synthetischen Klebstoffe weisen einen Elastizitätsmodul auf, der um ein bis zwei Größenordnungen kleiner ist als der des Saitenmaterials. Erfindungsgemäß wird entjweder die ganze Anschlußmasse aus Kunststoff gefertigt oder zumindest mit einer "Leimfuge¹¹ zweckmäßig gewählter Stärke versehen. Dadurch werden die in der Saite an der Anschlußstelle vorliegenden Spannungsspitzen abgebaut und der Übergang der Sai- j tenspannkraft auf die Anschlußmasse in größerer Tiefe hinter der j Einspannstelle verlegt. · ;

Erfiridimgsgemäß wird die Dicke der Leimfuge beispiels- ^:

109 8 26/0598 _^_/

weise durch Abrundung veränderlich gemacht. Besonders einfach j herzustellen ist eine keilförmige Leimfuge. Es können aber auch j

. i

Leimfugen gleichmäßiger Stärke verwendet werden. Die Auswirkun— ; gen der Leimfugen auf die Schwingungsei genschaft en der Saite wer-!· den am besten wieder experimentell oder bei der Eichung bestimmtI

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In den Zeichnungen ; ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zei- ; M gen . . , ■

Fig. 1 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen bandförmigen \

Meßsaite, ·

Fig. 2 das für die Einspannung bestimmte Ende einer erfin- ; dungsgemäßen Meßsaite, und ^:

Fig. 5 bis 5 verschiedene Einspannungen der Meßsaite in .

Leimfugen. : ' * |

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine bandförmige er- | findungsgemäße Meßsaite 1. Man erkennt die in Richtung der Z- j Achse eines angenommenen Koordinatensystems liegende große Quer-' " schnittsachse der Lange b und die in Richtung der Y-Achse des
Koordinatensystems liegende kleine Querschnittsachse der Länge h» Die Saite soll in iiichtung der minimalen Biegesteifigkeit, also ; in Bichtung der Ϊ-Achse im m-ten Modus schwingen. Diese Betriebs«- frequenz m-ter Ordnung liegt von vorneheisn unterhalb der Resonanzfrequenz erster Ordnung in Querrichtung^ also in Richtung det Z-Achse, da erfindungsgemäß die Länge b der größten Querschnittsachse sehr viel größer gewählt ist als die Länge h der kleinsteni Quersennittsaehse in Schwingrichtung.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung des für die Einspannung ver- -

109826/0598 -6-

breiterten Endes der Meßsaite 1. Die bandförmigen Verbreiterungen 2 gehen über Ausrundungen 3 in die eigentliche bandförmige Meßsaite 1 mit der Breite b über. Die Ausrundungen 3 weisen einen Radius r auf, der vorzugsweise etwa gleich der Breite b der Meßsaite 1 gewählt ist.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Einspannung der Meßsaite 1 in Leimfugen. In Arischlußmassen 4 ist dabei jeweils eine sich zur Einspannstelle hin erweiternde oder jedenfalls dort eine größere Breite aufweisende Fuge ausgebildet, die mit einem aushärtbaren synthetischen Klebstoff gefüllt wird. Fig. 3 zeigt eine leimfuge 5 mit Abrundungen, die sich im Inneren der Anschlußmassenblöcke zumindest nahezu berühren. In '. Fig. 4 ist eine keilförmige Leimfuge und in Fig. 5 eine Fuge gleichförmiger Dicke gezeigt. Diese Leimfugen reichen bis oder ■ nahezu bis zur Mitte der Anschlußmasse in diese hinein und verlegen so den Übergang der die Saite spannenden Kraft auf die Anschlußmasse in die Anschlußmasse hinein.

-Ϊ-

109826/0598

Claims

Patentansprüche;

©Flachschwingende Meßsaite, insbesondere für Schwing- -

saitenwaagen, gekennzeichnet durch einen Saitenquerschnitt mit derartig großem Verhältnis von größter zu kleinster Querschnitt achse, daß die Eigenfrequenzen des gewünschten m-ten Schwingungämodus in Kichtung der minimalen Biegesteifigkeit unterhalb der ; Eigenfrequenz des ersten Modus in Querrichtung liegen, ·

2. Flachschwingende Meßsaite nach Anspruch 1, dadurch ; gekennzeichnet, daß der Schwingungsmodus m ^= 2 ist.

3. Flachs chwingende Meßsaite nach Anspruch 1 oder 2, da- ^:

durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis τοη größter zu klein- ;

2
ster Querschnittsachse größer als m ist. ;

4. Flachschwingende Meßsaite nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von größter;

2 ^j

zu kleinster yuerschnittsachse 2m gewählt ist. \

5. Flachschwingende Meßsaite nach einem der Ansprüche 1 : bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines flachen Bandes mit einem querschnitt in Form eines Rechtecks hat.

6. Flachschwingende.fcfeßsaite nach Anspruch b, dadurch ge-_: kennzeichnet, daß die Saite (1) an ihren zur Befestigung dienen-» den Enden mit bandförmigen Verbreiterungen (2) versehen ist und daß die Saite über Ausrundungen (3) in die Verbreiterung über- ^: geht.

7. Flachschwingende Meßsaite nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrundungen (3) einen Hadius (r) haben, der etwa gleich der handbreite (b) der Meßsaite (1) ist.

109 8 26/0598 -u-

-8. Flachschwingende Meßsaite nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saite (1) über Anschlußmassen (4) aus Kunststoff gehaltert ist.

9. Flachschwingende Meßsaite nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saite (1) über eine mit aushärtbarem Klebstoff gefüllte Leimfuge (5, 6, 7) mit den Anschlußmassen (4) verbunden ist.

10. Flachschwingende Meßsaite nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (5) durch sich in.einem Punkt zumindest nahezu berührende Abrundungen der einander'gegenüberliegenden Anschlußmassenblöcke gebildet ist (Fig. 3)·"

11. Flachschwingende Meßsaite nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (6) keilförmig ausgebildet ist (Fig. 4). -, "■ ■ '

12. Flachschwingende Meßsaite nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (7) rechteckig ausgebildet ist \ (Fig. 5). ■ .

13. Flachschwingsnde Meßsaite nach Anspruch 11 oder 12, ^: dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (6,7) bis oder nahezu , bis zur Mitte der Anschlußmasse (4) in diese hineinreicht.

109826/0598