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Kraftmeßzelle.
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Gegenstand des Hauptpatentes ................. (P 21 03 404.9) ist
eine Kraftmeßzelle, bei der die.an sich bekannte durch eine auf die rotierende Symmetrieachse
(Figurenachse) eines Kreisels wirkende Kraft hervorgerufene Präzessionsbewegung
zur Kraftbestimmung verwendet wird, indem die zu messende Kraft der die Präzessionsbewegung
verursachenden Kraft entgegenwirkt, so daß die Geschwindigkeit dieser Bewegung verringert
wird, und die mittels bekannten Vorrichtungen zur Geschwindigkeitsmessung (wir z.
B.
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Tachometer, Drehzahlmesser, Längen- oder Winkelmesser, Zeitmesser)
ermittelte Differenz der- Präzessionsgeschwindigkeit vor dem Einwirken der zu messenden
Kraft und deZ durch die zu messende de Kraft verringerten Präzessionsgeschwindigkeit
als Maß für die zu messende Kraft dient.
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In Weiterbildung der Kraftmeßzelle nach dem Hauptpatent schlägt die.
Erfindung vor, daß ein die Präzessionsbewegung des Kreisels.
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um dessen Vertikalachse und die Neigung um die zur Symmetrieachse
senkrechte Horizontalachse mitmachender Hebel auf der einen der beiden Seiten der
durch die Kreiselvertikalachse und die zur hezizentalen Symmetrieachse senkrechten
Horizontalachse des Kreisels bestimmten Ebene an dem nur die Präzessionsbewegung
des Kreisels mitmachenden Tr-aigbiige-} und auf der anderen Seite an einem sowohl
diese Prazessionsb:ewegung als auch die Neigung. um die zur Symmetrieachse senkrechte
Horizontalachse mitmachenden Teil des Kreisels mittels Bändern gelagert ist, die
an diesem-Hebel und an der Aufhängung über Kreiszylinderförmige Flächen angreifen
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß durch eventuelle Neigungen des
Kreisels um seine zur seiner Symmetrieachse senkrachten Horizontalachse bedingte
Längenänderungen der Hebel-@r@@ des am Kreiset angreifenden hebels vermindert bzw.
vollstämdig vermieden werden.
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Um diese Längenänderungen vollständig zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise
vorgesehen, daß die Krümmungsradien der Kreiszylinderflächen am Hebel und an der
Bandaufhängung durch die Abstände dieser Flächen von der zugehörigen Drehachse,
der zur Symmetrieachse senkrechten Horizontalachse des Kreisels bestimmt sind.
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Dabei ist es von Vorteil, daß der Krümmungsradius der kreiszylinderfläche
an der Aufhängung des Bandes. genau so groß wie der der Kreiszylinderfläche ist,
über die dieses Band am Hebel angreift..
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Nach einem weiteren Merkmal wird vorgesehen, daß der am Kreisel angreifende
Hebel mit zwei kreiszylinderförmigen flächen versehen ist,- deren Scheitelpunkte
die auf dein horizontal liegenden Hebel senkrecht stehende Ebene durch die Kreiselvertikalachse
berühren und Bänder derart an diesen Flächen und an eineia Axiallager angreifen,..
daß dessen Achse mit der Vertikalachse zusammenfällt.
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Ferner wird es als vorteilhaft erachtet, einen mittels eines Bandes
über eine kreiszylinderförmige Fläche beweglich gelagerten zweiarmigen Hebel z.
B. am oberen Gestell vorzusehen, dessen kreis zylinderförmig ausgebildetes eines
Ende iib-er Bänder an der um.
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die Kreiselvertikalachse drehbaren axialen Welle des Axiallagers -all.gr-eift.
und dessen anderen Ende für den mttel- oder umllittelbaren Angriff einer sraft (eine-s
Gewichtes-) z. B. über ein all einer kreiszylinderförmigen Fläche gelagert Band
vorgesehen ist.
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Dabei wird es als zweckmäßig erachtet ,. daß die Krümmungsradien der
kreiszylinderförmig ausgebildeten Enden des Hebels den Abständen dieser Enden von
der zugehörigen Drehachse entsprechen.
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Weiterhin wird es als zweckmäßig betrachtet, daß an dem an einem Ende
das zweiarmigen Hebels gelagerten Band ein einarmiger Hebel angreift, der in vorteilhafter
Weise den an sich bekannten Lagefühler für den an sich bekannten Stützmotor trägt.
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Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, daß an dem Ende des hebels,
an dem die von der Welle des Axiallagers getragenen bänder angreifen,. mindestens
ein weiteres Band vorgesehen ist, an: dem eine Kraft (ein Gewicht) z. B. mittelbar
über einen weiteren Hebel angreift.
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Nach einem weiteren Merkmal wird ferner vorgesehen, das innere Kreiselgehäuse
samt Kreiselmotor am Tragbügel um die zur Symmetrieachse
senkrechte
Horizontalachse mittels Kreuzbandlenker drehbar gelagert ist, deren Stahlbänder
in bevorzugter cise gleichzeitig als Stromzuführungen für die Stromversorgung des
Kreiselmotors dienen.
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Anhand der kusfiihrungsbeispiele der beigefügten Zeichnungen sei im
folgenden die Erfindung, weitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eilies Ausführungsbeispiels für einen
Kreiselaufbau, der sich besonders für Wägetechnische Anwendungen eignet. Die Fig.
2 stellt die Seitenansicht der Fig. 1 dar. Zur Lagerung und Halterung des kreisels
dient dns auf dem Postament 12 aufgebaute obere Gestell 20, das die Trägerplatte
4 trägt. In dieser Trägerplatte ist die Welle 34 z. B. mittels @ugellagers um die
Vertikalachse des Kreisels Drehbar gelagert. Oberhalb der Trägerplatte 4 trägt die
Welle 37 die in dem Lagergehäuse 25 angeordneten kohlebiirsten 24, die zur stromversorgung
des Sireiselmotors 23 dienen. Über dem Lager gehäuse 25 trägt cic Welle 34 die Impulsscheibe
26, die Impulse an den Impulsabgriff 3 abgibt.
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Die Aiizahl der in der Zeiteinheit abgegebenen Impulse wird durch
die Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung um die Kreiselvertikalachse bestinimt.
Die kohlebürsten 24, die Iiiipulsscheibe- 26 und das Lagergehäuse 25 sind in der
Haube 2 untergebracht, die den Stützmotor 1 trägt, -der in an sich bekannter Weise
durch die Lagefühler 38 gesteuert auf die Welle 34 einwirkt. Diese Welle trägt unterhalb
der Trägerplatte 4 den äußeren Tragbügel 5 mit seinem unteren Tragbügel 22. Am Tagbügel
5 ist das Kreiselgehäuse 39 mittels der Kreuzbandlenker 6 um die zur horizontalen
Symmetrieachse des Kreisels senkrechte Horizontalachse drehbar gelagert.
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Im Kreiselgehäuse 39 ist die Welle des Kreiselmotor 23 um die Symmetrieachse
des Kreisels drehbar gelagert. Am inneren kreiselgehäuse 3@ ist die bandaufhängung
7 vorgesehen, an der das Band 7 a einerseits über die kreiszylinderlärmige @@läche
dieser Auflängung
7 und andererseits über die kreiszylinderförmige
Fläche des Hebels 8 mit diesem verbinden ist. Der krümmungsradius der Kreiszylinderfläche
7 b der Aufhängung 7 ist genau so groß wie der der Kreiszylinderfläche 8 b, über
die das Band 7 a am Hebel 8 angreift. Am anderen Ende des Hebels 8 ist das Band
22 a.befestigt, das über die kreiszylinderförmige Fläche o a an delit unteren Tragbügel
22 angreift. Zu beiden Seiten des Hebels 8 sind 2 weitere Kreiszylinderförmige Flächen
vorgesehen, deren Scheitelpunkte die auf dem horizontal liegenden Hebel 8 senkrecht
stehende Ebene durch die Kreiselvertikalachse berühren. Die über diese Kreiszylinderflächen
am Hebel 8 angreifenden Länder 9 a und 9 b greifen andererseits am äußeren Teil
des Axiallagers 9 derart an, daß dessen Achse mit-der Kreiselvertikalachse zusammenfällt.
Das untere Ende der um diese Achse drehbaren axialen Welle 34 des Axiallagers 9
ist vorzugsweise in einem Axial Gelenklager gelagert. Ferner ist es von Vorteil,
das obere Ende dieser Welle 34 zusätzlich zu seiner Lagerung in einem Axialen-Kugellager
mittels eines Axial-Gelenklagers zu lagers.
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Während die Krümmungsradien der Kreiszylinderflächen über die die
Bänder 9 a und 9 b am Hebel 8 angreifen beliebig gewählt werden können, sind die
Krümmungsradien der lkreiszylinderflächen 7 b, 8 a und 8 b durch die Abstände dieser
Flächen von der zugehörigen Drehachse, der zur Symmetrieachse senkrechten lIorizontalachse
des Kreisels bestimmt. An-der um die Kreiselvertikalachse drehbaren axialen Welle
34 des Axiallagers 9 greifen die 2 Bänder 35 und 3G, deren anderen Enden über kreiszyllnderförilige
Flächen an dem einen Ende des Hebels 10 angreifen. Dieser Hebel 10 ist an der am
oberen Gestell 20 befestigten Aufhäugung ijber das Band 20 a, das an der kreiszylinderförmigen
Fläche des Hebel 10 angreift, gelagert. Am anderen Ende des Hebels 10 greift itber
eine weitere kreiszylinderförmige Fläche das Band 11 a an, dessen anderes Ende die
Pfanne trägt, auf, die die Sdineide des iiebels 11 bei dessen Belastung einwirkt.
Außer den beiden Bänderne 35 und 36 greift über die gleiche kreiszylinderförmige
Fläche am ifebel 10 noch ein weiteres Band 18 a an, das die Schneide des Hebels
18 mittels einer Pfanne trägt. Der auf dem Lagerbock 15 gelagerte Hebel trägt den
an sich bekannten Lagefühler 38 zur Steuerung- des an sich bekannten Stützmotors
1. Der Hebel 1 ist auf dem Lagerbock 17 gelavge-rt.
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Imfolgenden sei kurz die Messung einer Kraft oder die Feststellung
eines Gewichtes beschrieben. Bei der Annahme, daß es sich um einen kräftefreien
Kreisel' handelt, entspricht die Geschwindigkeit der Präzessionsbewegung des Kreisels
um seine Vertikalachse der in dem durch das Gehänge 19 getragenen Behälter # 16
untergebrachteii Vorlast. handelt es sich uin einen schweren Kreisel, so wird die
durch die Volast hervorgerufene Präzessionsgeschwindigkeit vergrößert oder verringert,
je nachdem die Schwerkraft des kreisels auf der gleichen Seite des kreisels wie
die Vorlast oder auf der entgegengesetzten Seite angreift. Die durch die Vorlast
verursachte Präzessionsgeschwindigkeit wird durch auf die von dem Gehänge 13 getragene
Schale 14 aufgebrachte Last verringert. Diese Verringerung dient als Naß für die
zu messende Kraft bzw. für das Gewicht der auf die Schale 14 aufgebrachten Last.
Die Vorlast könnte auch in der Schale 14 ualtergebracht werden, während die zu wiegende
Last im Behälter 16 untergebracht wird. Die beiden Lasten (Vorlast Wid Last) können
gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden. Eirie besonders einfache Anordnung
ergibt sich dann, wenn die Vorlast am Land 42 und die zu messende Kraft am Band
41 angreift.
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Die Messung der die Präzessionsgeschwindigkeit des um seine Symmetrieachse
rotierenden Kreisels verringernden Kraft kann z. B. dadurch erfolgen, daß zunächst
die durch die in den Behälter 16 gebrachte Vorlast verursachte Präzessionsgeschwindigkeit
z. B.
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mitiels der in einer vorbestimmten Zeit von der die Präzessionsbewegung
mitmachenden Impulsscheibe 26 an einen Impulszähler abgegebenen Impulse ermittelt
wird. Nach Aufbringen der zu wägenden Last auf die Schale 14 wird druch eine zweite
Wägung die durch die zu wägende Last verringerte Präzessionsgeschwindigkeit auf
die gleiche Weise ermittelt. Die Differenz dieser beiden Geschwindigkeiten ist ein
Maß für die zu messenden Kraft bzw. die zu wägende Last.
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Bei der Bestimmung der zu messenden Kraft mit nur einer Wägung ist
der Impulszähler derart geschaltet, daß er nur die der Differenz der durch die Vorlast
verursachten Präzessionsgeschwindigkei und der durch die zu messenden Kraft verringerten
Präzessionsgeschwindigkeit des um seine Symmetrieachse rotierenden Kreisels entsprechende
Anzahl von Impulsen z. b. an Anzeigerohren oder an
eine Drucker
weitergibt. Durch entsprechen Abgleich des .Impulszählers wird erreicht # daß die
voll al abgegebenen In pulse das Gewicht der zu messenden Kraft in Gewichtseinheiten
(z. B. gr, kg) angibt.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ansicht eines der beideii Kreuzhandlenker, die
bei der Anordnung der Fig. 1 und 2 zur Lagerung des inneren Kreiselgehäuses 39 am
Tragbügel 5 dient. Die Kreuzbandlenker, von denen auf jeder Seite des Tragbügels
5 einer vorgesehen ist, bestimmen die zur Symmetrieachse des kreisels senkrechte
liorizontalachse und die das innere an den beiden unteren Tragkörpern 32 der beiden
kreuzbandlenker 6 befestigte kreiselgehäuse 39 drehbar ist. Die Fig. 4 gibt eine
Seitenansicht der F Fig 3 Wieder.
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Jeder der beiden Kreuzbandlenker ist in einer von dem # Rahmen 31
gebildeten Aussparung 31 a angeordnet. Am oberen Teil je<tes der beiden Rahmen
31 ist mittels Schraubern der aus Isoliermaterial bestehende obere Tragkörper 27
befestigt. Auf de£i abgeschrägten Kanten der Tragkörper 27 Sind 2 Stahlbänder 29
mittels Klemmklötzen 28 festgemacht. Diese Stahlbänder 29 sind über Kreuz ebenfalls
mittels Elemmklötzen mit dein untern Tragkörper 32 verbunden. Jeder dieser unteren
Tragkörper ist mit der entsprechenden Seite des Kreiselgehäuses 39 verbunden. Die
Rahmen 31 mit ihren Kreuzbandlenkern werden in entsprechenden Aussparungen des Tragbügels
5 befestigt.' Diese Aussparungen könrieii in vorteilhafterweise selbst anstelle
der Rahmen 31 zur Aufnahme der Kreuzbandlenker 6 dienen,