DE1963303C3

DE1963303C3 - In Richtung des kleinen Flächenträgheitsmomentes schwingende Meßsaite, insbesondere für Schwingsaitenwaagen

Info

Publication number: DE1963303C3
Application number: DE1963303A
Authority: DE
Inventors: Burkhardt Dipl.-Ing. Dr. 7500 Karlsruhe Kuehl; Walter Dipl.-Ing. Uitikon Wirth (Schweiz)
Original assignee: August Sauter 7470 Albstadt GmbH
Current assignee: August Sauter 7470 Albstadt GmbH
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1980-01-24
Also published as: NL7017606A; GB1339576A; NL168617C; DE1963303A1; US3701392A; AT301899B; DE1963303B2; FR2073026A5; SE361215B; CH517299A; BE759990A

Description

Die Erfindung betrifft eine in Richtung des kleinen Flächenträgheitsmomentes schwingende Meßsaite — insbesondere für Schwingsaiten waagen —, deren Saitenquerschnitt eine größte und eine kleinste Querschnittsachse aufweist, deren Resonanzfrequenzen in Richtung dieser beiden Achsen differieren, und deren eine der Resonanzfrequenzen als Meßfrequenz dient

Eine derartige Meßsaite ist aus der DE-PS 12 81 695

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 Querschnittes längs der Saite derart gewählt, daß im Betriebsbereich der Belastung die zwei Resonanzfrequenzen gleicher Ordnung, deren eine für die Messung verwendet wird, in Richtung der zwei Hauptachsen der Trägheitsellipse des

in 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 Resonanzfrequenz in der

is Schwingung auftritt, die für die Messung verwendet werden soll. Die Resonanzschwingung in Querrichtung wird unterdrückt, weil ein Anstoßen dieser Schwingung durch mechanische oder sonstige Kopplung bei der gewählten Anordnung unwahrscheinlich is,L Das Verfahren ist brauchbar, wenn die Querschnittsform der nachschwingenden Saite aufgrund genauer Berechnungen, in die auch die Einflüsse der Toleranzen einzubeziehen sind, zur tatsächlichen Übereinstimmung mit den geforderten Bedingungen gebracht wird. Bei

2ί höheren Ordnungszahlen der Resonanzschwingung und insbesondere bei großer Breite des Frequenzbandes der Saite ist das aber schwierig. Es wird neuerlich zu Koppelschwinguiigen und zu entsprechenden Störungen in der funktionellen Beziehung zwischen Resonanz-ίο frequenz und auf die Saite einwirkender Zugkraft kommen. Das ist aber insbesondere bei der Verwendung der Meßsaite in einer Schwingsaitenwaage nicht zulässig.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, mit der

Vy für die Messung verwendeten Betriebsfrequenz von den möglichen Resonanzfrequenzen in Querrichtung noch weiter abzurücken und damit die Möglichkeit des Anstoßens einer Koppelschwingung in Querrichtung völlig zu unterbinden.

Erfindungsgemäß wird diese A'jfgabe dadurch gelöst, daß das Verhältnis von größter (b) zu kleinster (h) Querschnittsachse mindestens gleich m² ist, wobei m der Schwingungsmodus in Richtung der minimalen Biegesteifigkeit ist, und daß als Meßfrequenz der zweite oder

4^r) höhere Schwingungsmodus in Richtung der minimalen Biegesteifigkeit dient.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist erreicht, daß die Resonanzfrequenzen nicht mehr zwischen den Resonanzfrequenzen benachbarter Ord-

Vi nungen nebeneinander liegen. Die Betriebsfrequenz liegt vielmehr unterhalb der Resonanzfrequenz erster Ordnung in Querrichtung. Es ist damit nicht mehr möglich, daß die Betriebsfrequenz eine Resonanzschwingung in Querrichtung auslöst.

Y) Noch bessere Ergebnisse erhält man, wenn das Verhältnis von größter zu kleinster Querschnittsachse gleich 2 m² oder noch größer gewählt wird. Arbeitet man mit dem Schwingungsmodus m = 3, so beträgt dann die Länge der großen Querschnittsachse das

bo 20fache der Länge der kleinsten Querschnittsachse.

In Weiterbildung der Erfindung wählt man vorteilhafterweise die Form eines flachen Bandes mit rechteckigem Querschnitt. Eine derartige Meßsaite 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 Zugspannung«, 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 ^r. Dauerversuche unter Betriebsbedingungen ermittelt werden. Um aber Spannuugsspitzen an den Anschlußstellen zu vermeiden, an denen die Meßsaite befestigt ist, werden in Weiterbildung der Erfindung für die Einspannun^ an den zur Befestigung dienenden Enden in der Meßsaite bandförmige Verbreiterungen vorgesehen, in die die Meßsaite über Ausrundungen übergeht, wie sie aus der Materialprüftechnik, an Zugstäben bekannt sind, um einen Bruch am Anschlußquerschnitt und damit eine Verfälschung des Prüfergebnisses zu \^r> vermeiden. Die Ausrundungen haben zweckmäßig einen Radius, der etwa gleich der Breite der Meßsaite ist. Gelegentlich kann es aus anderen Gründen zweckmäßig sein, kleinere Ausrundungsradien zu verwenden. Man erhält dann allerdings einen vermin- ?u denen Abbau der Spannungsspitzen· Die Auswirkung der Ausrundungen auf die fünktioneUe Beziehung zwischen Schwingungsfrequenz und Btiastung 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 Regel an ihren Enden in einer Anschlußmasse biegefest eingespannt. Bloßes Festklemmen könnte zwar festigkeitsmäßig genügen, wirkt sich aber stark dämpfend auf die Schwingung aus. κι 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 Meßsaite durch Löten. Dadurch r> entstehen an den Rändern der Meßsaite Spannungsspitzen, denen durch die bereits erwähnten Ausrundungen begegnet werden kann. Sollen derartige Ausnindungen einmal nicht Verwendung finden, so kann den Spannungsspitzen auch dadurch entgegengewirkt wer- 41) den, daß /nan die Meßsaite 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 Saitenmate- <r> rials. In Weiterbildung der Erfindung wird entweder die ganze Anschlußmasse aus Kunststoff gefertigt oder zumindest mit einer »Leimfuge« zweckmäßig gewählter Stärke versehen. Dadurch werden die in der Meßsaite an der Anschlußstelle vorliegenden Spannungsspitzen >n abgebaut und der Übergang der Saitenspannkraft auf die Anschlußmasse in größerer Tiefe hinter der Einspanwstelle verlegt.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Dicke der Leimfuge beispielsweise durch Abrundung veränderlich gemach'. Besonders einfach herzustellen ist fine keilförmige Leimfuge. Es können aber auch Leimfugen gleichmäßiger Stärke verwendet werden. Die Auswirkungen der Leimfugen auf die Schwingungseigenschaften der Saite werden am besten wieder experimentell oder bei der Eichung bestimmt

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den Querschnitt einer bandförmigen Meßsaite,

F i g. 2 das für die Einspannung bestimmte Ende einer Meßsaite und

Fig. 3 bis 5 verschiedene Einspannungen der Meßsaite in Leimfugen.

F i g. 1 zeigt den Querschnitt durch eine bandförmige Meßsaite 1. Man erkennt die in Richtung der Z-Achse eines angenommenen Koordinatensystems liegende große Querschnittsachse der Länge b und die in Richtung der V-Achse des Koordinatensystems liegende kleine Querschnillsachse der Längr h. Die Saite soil in Richtung der minimalen Biegesteifigkeit, also in Richtung der V-Achse, im /η-ten Modus schwingen. Diese Betriebsfrequenz m-ter Ordnung liegt von vorneherein unterhalb der Resonanzfrequenz erster Ordnung in Querrichtung, also in Richtung der Z-Achse, da erfindungsgemäß die Länge b der größten Querschnittsachse sehr viel größer gewählt ist als die Länge h der kleinsten Querschnittsachse in Schwingrichtung.

Fig.2 zeigt die Ausbildung des für die Einspannung verbreiterten 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 rauf, der vorzugsweise etwa gleich der Breite b der Meßsaite 1 gewählt ist

Die F i g. 3 bis 5 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Einspannung der Meßsaite 1 in Leimtagen. In Anschlußmassen 4 ist dabei jeweils eine sich zur Einspannstelle hin erweiternde oder jedenfalls dort eine gvößere Breite aufweisende Fuge ausgebildet, die mit einem aushärtbaren synthetischen Klebstoff gefüllt wird. F i g. 3 zeigt eine Leimfuge 5 mit Abr !indungen, die sich im Inneren der Anschlußmassenblöcke zumindest nahezu berühren, in Fig.4 ist eine keilförmige Leimfuge und in F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. In Richtung des kleinen Flächenträgheitsmomentes schwingende Meßsaite — insbesondere für Schwingsaitenwaagen —, deren Saitenquerschnitt eine größte und eine kleinste Querschnittsachse aufweist, deren Resonanzfrequenzen in Richtung dieser beiden Achsen differieren, und deren eine der Resonanzfrequenzen als Meßfrequenz dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von größter (b) zu kleinster (h) Querschnittsachse mindestens gleich m² ist, wobei m der Schwingungsmodus in Richtung der minimalen Biegesteifigkeit ist, und daß als Meßfrequenz der zweite oder höhere Schwingungsmodus in Richtung der minimalen Biegesteifigkeit dient.

2. Meßsaite nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von größter zu kleinster Querschnittsachse 2 m² gewählt ist

3. Me£saite nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines flachen Bandes mit einem Querschnitt in Form eines Rechtecks hat.

4. Meßsaite nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsaite (1) an ihren zur Befestigung dienenden Enden mit bandförmigen Verbreiterungen (2) versehen ist und daß die Meßsaite über Ausrundungen (3) in die Verbreiterung übergeht.

5. Meßsaite nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrundungen (3) einen Radius (r) haben, der etwa gleich der Breite ^b)der Meßsaite (1) ist

6. Meßsaite nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da·., die Meßsaite (1) über Anschlußmassen (4) aus Kunststoff gehaltert ist

7. Meßsaite nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsaite (1) über eine mit aushärtbarem Klebstoff gefüllte Leimfuge (5,6,7) mit den Anschlußmassen (4) verbunden ist

8. Meßsaite nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (5) durch sich in einem Punkt zumindest nahezu berührende Abrundungen der einander gegenüberliegenden Anschlußmassenblöcke gebildet ist (F i g. 3).

9. Meßsaite nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (6) keilförmig ausgebildet ist (F ig. 4).

10. Meßsaite nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (7) rechteckig ausgebildet ist (F i g. 5).

11. Meßsaite nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leimfuge (6, 7) bis oder nahezu bis zur Mitte der Anschlußmasse (4) in diese hineinreicht