DE2215232A1

DE2215232A1 - Vorrichtung zur Messung von mechanischen Kräften

Info

Publication number: DE2215232A1
Application number: DE19722215232
Authority: DE
Inventors: Michio; Ishii Jiro; Hiwatashi Koshi; Mizoguchi Toshiaki; Ogata Yoshikazu; Ono Makoto; Goto Yoshiyuki; Iruma Saitama Hiratsuka (Japan)
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1972-10-05
Also published as: US3745448A

Description

Paienkmwälte

Dr.4ng. Wilhelm Mchel Dipl-Ing. Wolfgang ßoichel

6 Frankfuri a. M. 1 .

Parkslraße 13

■ 7OT9

KABUSHIKI KAISKA YASKAWA DENKI SEISAKUSHO/ Fukuoka-Ken, Japan

Vorrichtung zur Messung von mechanischen Kräften

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen für die Messung von mechanischen Kräften und vor allem auf Vorrichtungen für die Messung von grossen Kräften, wie die Belastungen m einem Walzwerk bzw. Walζstuhl und das Gewicht des Inhalts von Bunkern.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine BelastungsmessvorrichtUiig, bei der eine hohe Belastung auf einen toroidförmig bzw, ringförmig gewundenen Magnetkern von der sogenannten Uhrfederkern-Bauart senkrecht zur Windungs- oder Badialrichtung des Kerns, das heißt parallel zur Achsrichtung des Kerns aufgebracht 7/ird und die Grosse der Belastung durch die Änderung der Magnetostriktion (oder des Piezomagnetismus nach einer vorgeschlagenen Ausdrucksweise) des gewundenen Kerns gemessen wird.

Unter den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art haben die am meisten benutzten Typen Beanspruchungsmesser, von denen jeder Änderungen in dem elektrischen Widerstand eines Beanspruchungsfühlers misst, der an der Innenfläche eines Eisenrahmens in der Form einer Scheibe oder eines Ringes befestigt ist, sowie Vorrichtungen, deren jede pr'imäre und sekundäre Wicklungen so um einen geschichteten Kern gewickelt enthält,

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daß sie einen Winkel von 45 mit der Richtung der aufgebrachten Kraft bilden und sich gegenseitig unter 90 schneiden, und von denen Änderungen in den Slektrizitätsmengen gemessen werden, die von einer an die Primärwicklung angeschlossenen Energiequelle für konstanten Strom zugeführt und in der Sekundärwicklung induziert werden.

Da die Messgrößen in diesen Vorrichtungen äußerst klein sind, ergeben sich Schwierigkeiten u.a. in der Verstärkungseinrichtung.'

Gegenstand der Erfindung ist eine.Meßvorrichtung für Belastungen, die so ausgebildet ist, daß versetzte oder exzentrische Belastungen und Stoßbelastungen nicht leicht auf die Vorrichtung einwirken können und daß die Vorrichtung, wenn sie in einer Maschine, etwa in einem Walzwerk verwendet wird, sich als sehr geeignet erweist, nicht nur bei der Messung der Grosse von Belastungen, sondern auch- im Hinblick auf die Zuführung von Kühlwasser zum Walzgut. Bei Verwendung an einem Walzstuhl hat die Belastungsmessvorrichtung die Form einer Belastungszelle"von Toroid- bzw. Sing- oder Scheibenform, die zwischen dem 7/alzstuhl . und der darin angeordneten Druckschraubenmutter zur Regulierung, des Walzdrucks angebracht ist. Die Vorrichtung ,ist ferner mit Mitteln zur Verstärkung der Magnetostriktionserscheinung beim Belasten des gewundenen Kerns und einer Kalibriervorrichtung für die Messung der Grosse des elektrischen Ausgangs versehen und besitzt außerdem eine verbesserte Linearität ihrer Belastungs-Ausgangs-Gharakteristik.

Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist eine Messvor- , richtung für die Grosse einer Belastung, die parallel zur Achsrichtung eines gewundenen Magnetkerns auf diesen aufgebracht wird, mit zwei Gruppen von Spulen versehen, von denen die eine parallel zur Richtung der Belastung (hier als Kompensationsspulen bezeichnet) und die andere senkrecht dazu (hier als

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aktive Spulen "bezeichnet) angeordnet ist, derart, daß jede der Spulen durch ein radial durch den Magnetkern gebohrtes loch verläuft und eine Differenz, die in den an den beiden Gruppen auftretenden Spannungen durch eine Änderung der magnetischen Permeabilität im Magnetkern beim Aufbringen der Belastung verursacht wird,- zwecks Peststellung der Größe der Belastung ermittelt wird. · ■

Ein drittes Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß bei einer Meßvorrichtung für'die G-röße einer Belastung von der obigen Beschaffenheil; einzelne aktive Spulen und kompensierende Spulen für sieh in Reihe geschaltet sind und eine Differenz zwischen den in diesen -beiden Gruppen von Spulen sich einstellenden Spannungen zur Messung der Größe der Belastung herangezogen wird. -

Ais viertes Kennzeichen der Erfindung sind bei einer Messvorrichtung für die Grosse einer Belastung der oben angegebenen ' Ausbildung die aktiven Spulen parallel geschaltet und die kompensierenden Spulen ebenfalls parallel geschaltet und wird eine Differenz zwischen an diesen'.'Gruppen von Spulen auftretenden Spannungen für die Messung der Grosse der Belastung herangezogen.

.Nach einem fünften Kennzeichen der Erfindung sind bei der obigen Beiastungsmessvorrichtung einige der aktiven Spulen sowie die übrigen Spulen dieser Gruppe m das eine Paar von gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung und einige der kompensierenden' Spulen sowie die übrigen Spulen dieser Gruppe in das andere Paar von gegenüberliegenden Zweigen der Brücke einbezogen, während eine Spannungsquelle in der einen Brückendiagonale und ein Spannungsaufnahmeglied in der anderen Brückendiagonale liegen*

2 G 9 8 U / 0 8 & 9

Ein sechstes Kennzeichen der Erfindung sieht vor, daß bei der obigen Be.lastungsmessvorrichtung eine Mehrzahl zusätzlicher aktiver Spulen und .kompensierender Spulen sowie entsprechende Durchgangslöcher im Magnetkern vorgesehen sind und die Spulen zu Gruppen von wenigstens zwei Spulen gleicher Art zusammengefaßt sind, die parallel in gegenseitiger enger .Nachbarschaft angeordnet sind, um ihre Empfindlichkeit zu verbessern.

Nach einem siebenten Kennzeichen der Erfindung ist die Meßvorrichtung für die Größe einer an einem Magnetkern angreifenden Belastung so beschaffen, daß jede der aktiven Spulen und der kompensierenden Spulen in zwei Teile unterteilt ist, von denen der eine als Teil eines Primärkreises und der andere als Teil eines Sekundärkreises in die Meßvorrichtung eingeschaltet ist.

Als achtes Kennzeichen der Erfindung sind bei der angegebenen Belastungsmeßvorrichtung auf dem gewundenen Magnetkern ferner Druckringe für die Aufnahme des Belastungsdruckes vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht des wesentlichen Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels der Belastungsmeßvorrichtung der Erfindung;

Fig. 2

und 3 schematische Diagramme, die die Verteilungen des magnetischen Flusses im Eisenkern der Vorrichtung nach Pig. 1 veranschaulichen;·

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Fig. 4 ■ · ■ . ■.'■■-

und 5 zwei sich geringfügig unterscheidende elektrische Schaltungsanordnungen für das erste Ausführungsbeispiel der Belastungsmeßvorrichtung der Erfindung;

Pig. 6 .

und 7 elektrische Schaltungsanordnungen für eine zweite und dritte Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 8 eine schaubildliche Ansicht, die das Prinzip einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;

Pig. 9 ' / ".-.-■

und 10 schematische Diagramme, die die Verteilung der Magnetflüsse im Eisenkern der vierten. Ausfülmingsform der Erfindung in Pig. 8 wiedergibt;

Pig. 11 eine Schaltungsanordnung für eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 12 eine schaubildliche. Ansicht, die das Prinzip der fünften Ausführungsform der Erfindung angibt;

Pig. 13 eine graphische Darstellung der Belastungs-Ausgangs- ; Kennlinie der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 14 im Schnitt die mechanische Ausbildung der ersteh Ausführungsform der Erfindung, bei der Tragringe an der inneren und äußeren radialen Umfangsflache des gewundenen Magnetkerns vorgesehen sind;

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Pig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XY in Pig. 14;

Pig.. 16 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Magnet-. kerns in Pig. 14;

Pig. 17 im Schnitt ein Beispiel einer Dr-uckaufnahmeanordnung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung nach Pig, Hi

Pig. 18 einen Teilschnitt, der die Leitungsdrähte und Ableitungskabel bei der Anordnung nach Pig. 17 wiedergibt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Belastungsmessers der Erfindung nach Pig. 1 ist ein Magnetkern in Porm eines toroid- bzw. ringförmig gewundenen Streifens vorgesehen* Dieser Kern weist ringsherum acht Paar kleinere Durchgangslöcher auf, die radial zur Achse des ringförmigen Kerns gebohrt sind. Vier dieser Paare liegen als "Erstlöcher" 2 in der Umfarigorichtung des Kerns in einer Plucht, während die anderen vier Paare als "Zweitlöcher" 3 in Sichtungen parallel zur Achse des Kerns fluchten. Aktive Spulen 4a bis 4d sind durch entsprechende Paare der Erstlöcher 2 geführt und damit parallel zu diametralen Richtungen des Kerns gewickelt, während kompensierende Spulen 5a bis 5d durch entsprechende Paare von Zweitlöchern 3 geführt sind und damit senkrecht zu den aktiven Spulen gewickelt sind.

Die in dieser Weise ausgebildete Belastungsmeßvorrichtung ist im Betrieb einer Belastung W unterworfen, die auf dieselbe in Richtung ihrer Achse in gleichmäßiger Verteilung über die ringförmige Stirnfläche des Kerns ausgeübt wird, wie in den Abbildungen durch Pfeile angedeutet ist. Diese Belastung W ist eine axiale Druckbelastung, wobei eine aufwärts gerichtete Kraft W

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auf den gewundenen Kern 1 dur.ch die Druckschraubenmutter (nicht dargestellt) ausgeübt wird, wie durch die aufwärts gerichteten -Pf eile in 3J¹Ig. 2 und 3 verdeutlicht ist, und eine abwärfs gerichtete Reaktionskraft W auf den Kern 1 durch das Walzwerkgehäuse "bzw. den Walzstuhl (nicht dargestellt) ausgeübt wird, wie durch die abwärts gerichteten Pfeile angedeutet ist.

Diese Belastung V/ löst eine Magnetostriktiortswirkung im Kern 1 aus, durch die ein Magnetfluß von einer Verteilung, wie sie die Pfeile in Pig. 2 angeben, in der Nachbarschaft jedes der Erstlöcher 2 erzeugt wird, durch die eine der aktiven Spulen 4a bis 4d gewickelt ist. Infolgedessen fließt ein Strom durch den Leitungsdraht jeder dieser Spulen, wie in Fig. 2 angedeutet ist. . ■

Gleichzeitig erzeugt die Magnetostriktionswirkung einen Magnetfluß von einer Verteilung und in Richtungen, wie in Pig. 3 angegeben, in der Nachbarschaft jedes Paares von Zweitlöchern 3, demzufolge ein Strom durch den Leitungsdraht jeder der senkrechten Spulen 5a bis 5d fließt, wie in Pig. 3 angedeutet.

Die Leitungsdrähte der aktiven Spulen 4a bis 4d und der kompensierenden Spulen. 5a bis 5d.sind in der unten beschriebenen Y/eise verbunden;und bilden so einen Teil einer Vorrichtung zur Erfassung der Stromstärken, die in diesen Spulen in der oben beschriebenen Weise induziert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dessen Schaltung in Pig. 4 veranschaulicht ist, sind vier aktive Spulen 4a bis 4d und vier kompensierende Spulen 5a bis 5d in Reihe geschaltet. ·

Die in Reihe geschalteten aktiven Spulen und kompensierenden Spulen sind ferner an eine Spannungsquelle 10 für eine konstante Spannung^über einen Transformator 11 angeschlossen. Der Transformator 11 besitzt'eine Primärspule 12 und zwei Sekundärspulen

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13 und 14, mit denen die Reihenschaltungen der aktiven Spulen 4a bis 4d. und der kompensierenden Spulen 5ä bis 5d verbunden sind. Gleichrichterkreise 15 und I6«sind ebenfalls mit den aktiven Spulen bzw. mit den kompensierenden Spulen in Reihe geschaltet, und die Gleichstromausgänge der Gleichrichterkreise. 15 und 16 liegen an Widerständen 17 und 18. .

Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist ferner ein Widerstand R₀ vor·*

gesehen, und eine Spannung e gleich der Differenz der beiden

an den Widerständen 17 und 18 auftretenden Spannungen ist von

den Ausgangsklemmen 20 und 21 an den beiden Enden des Widerstandes R abzunehmen.

Bei der Schaltung nach Pig. 4 ist außerdem eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Ausgleich der Ausgangsspannungen der : aktiven Spulen 4a bis"4d und der kompensierenden Spulen 5a bis

5d vorgesehen, wenn keine Belastung auf den ringförmigen Magnet-' kern 1 ausgeübt wird, so daß nur eine Differenzspannung, die . durch Aufbringen einer Belastung auf den Kern erzeugt wird, von den Ausgangsklemmen 20 und 21 abgenommen wird. Bei der vor-• beschriebenen Schaltungsanordnung können Fehlereinflüsse durch Temperaturänderung oder durch SpannungsSchwankung der Energiequelle völlig eliminiert werden und kann so eine genaue Anzeige der gemessenen Belastung erhalten werden.

In Pig. 13 sind Kennlinien der Ausgangsspannungen dieser Spulen in Abhängigkeit von der auf den Ringkern aufgebrachten Belastung wiedergegeben. So stellt die. Kurve 131 die Charakteristik der aktiven Spulen und die Kurve 132 die Charakteristik der kompen-~ sierenden Spulen dar, während die Kurve 133 die Charakteristik der resultierenden Spannung der Belastungsmeßvorrichtung nach der Erfindung als Differenz der Ordinaten zwischen den beiden Kurven 131 und 132 wiedergibt. Obwohl die Kurve 133 in einem schwachen Belastungen entsprechenden Teil eine leichte Krünmung zeigt, ist diese JMichtlinearität nicht problematisch, weil sie

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leicht elektrisch kompensiert werden kann». . .· '

Insbesondere kann die Mchtlineatität einer Diode ausgenutzt werden, und der vorerwähnte leicht gekrümmte Teil der Kennlinie kann kompensiert werden durch die Ausgangsspannung eines line-. aren Operators, dessen Arbeitsimpedanz im Einklang mit. der Eingangsspannung sich ändert. ,. .

.Tätsächlich kann die Arbeitsimpedanz, des linearen Operators willkürlich gewählt werden im Einklang mit der Belastungs-Aus-« gangs-Gharakteristik der Belastungsmeßvorrichtung, und ein solcher Kompensationskreis ist mit den Ausgangsklemmen 20 un*d 21 in Pig. 4 verbunden, um eine kompensierte Spannung zu erzeugen. .Wegen der Übersichtlichkeit der Schaltung ist der Kompensationskreis in Pig. 4 nicht mit dargestellt. -

In Fig. 5 ist eine Schaltung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Ausgangsspannungen der aktiven Spulen und der kompensierenden Spulen in Einklang mit dem Wechsel einer Wechselspannung differenziert abgenommen werden. Bei dieser Anordnung besitzt ein Transformator 11 zwei Sekundärwicklungsabschnitte 13a und 14a, die im Mittelpunkt verbunden sind, und ein Widerstand R liegt zwischen diesem Mittelpunkt und dem Verbindungspunkt der beiden Gruppen von Spulen 4 und 5. An dem 7/iderstand E₀ kann eine Spannu;
entspricht, abgenommen werden.

7/iderstand R kann eine Spannung e , die der Größe der Belastung

Es ist ersichtlich, daß die Grosse der Magnetflußdichte (magnetische Induktion) in dem Magnetkern am größten ist an einer Stelle zwischen den beiden Löchern 2 eines Lochpaares für die '■ aktive Spule 4 (Pig. 2), wenn der Abstand zwischen diesen Löchern weit kleiner als die Höhe des ringförmig gewundenen Kerns ist, wobei die Magnetisierungscharakteristik des Kerns von der Spule 4 aus gesehen stark durch den Zustand desjenigen Teils des

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- ίο -

Magnetkerns, in dem die Magnetfluß-dichte auf einem Höchstwert gehalten wird, beeinflußt wird.

Das Vorerwähnte ist.auch auf die Kompensationsspule' 5 anwendbar» die durch die Löcher 5 (^ig* 3) geführt ist, wobei die Magneti-■ sierungscharakteristik des Kerns von der Spule 5,aus gesehen stark durch die Verhältnisse in demjenigen Teil des Magnetkern.S; beeinflußt wird, in dem die Magnetflußdichte auf einem Höchstwert gehalten wird. . - .

Nach der Untersuchung von S. Becker kann die Beziehung zwischen einer von außen, aufgebrachten Kraft und der Magnetisierung eines magnetischen Stoffes in einem idealen Zustand ausgedrückt werden durch ο - „.

worin χ die magnetische Suszeptibilität, J₀ die Sättigungsmagnetisierung, σ eine in Richtung des magnetischen Feldes aufgebrachte Druckkraft und \ die Sättigungsmagnetisierungsstärke. Aus dieser Gleichung geht hervor, daß die magnetische Suszeptibilität χ umgekehrt proportional zur Druckkraft » ist. Dies bedeutet, daß die magnetische Suszeptibilität des Kerns von der aktiven Spule in Fig. 2 aus gesehen in umgekehrter proportionaler Beziehung zur Druckbelastung W steht.

Auf der anderen Seite wird eine Komponente der Kraft, die an einem !eil des Magnetkerns ausgeübt wird, in der die Flußdichte längs der Richtung des Magnetfeldes einen Höchstwert hat, zu einer Zugkraft. Da jedoch die magnetische Suszeptibilität keinen negativen Wert annehmen kann, wird die magnetische Suszeptibilität, die von der Kompensationsspule wahrgenommen wird, im Hin-, blick auf eine Änderung der Druckbelastung W im wesentlichen nicht verändert. :

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Wenn eine konstante Spannung an die Spule angelegt wird-, wird eine umgekehrt proportionale Beziehung -zwischen dem die Spule durchfließenden Strom und der Suszeptibilität des Kerns zu diesem Zeitpunkt aufrecht erhalten, so'daß ein der Belastung proportionaler Strom durch die aktive Spule 4 fließt, und es kann unterstellt werden, daßjäer durch die kompensierende Spule 5 fließende Strom fast keine Änderung erfährt.

In der derzeitigen Praxis werden manche Abweichungen von dem oben beschriebenen Idealfall festgestellt, weil die magnetische Suszeptibilität bei fehlender Belastung einen gewissen Grenzwert besitzt und"nicht nur der Teil zwischen den beiden Löchern des Magnetkerns, sondern der gesamte Bereich um die Löcher herum mehr oder weniger Bezug auf die Suszeptibilität des . Magnetkerns hat, und es kann eine Charakteristik wie in Pig. 13 angegeben, erhalten werden.

In Pig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, bei der alle aktiven Spulen 4a bis 4d bzw» kompensierenden Spulen 5a bis 5d je für sich parallel geschaltet sind.

In Pig. 7 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der jeweils die Hälfte der aktiven Spulen 4a bis 4h bzw. der kompensierenden Spulen 5a bis 5h in den beiden" Paaren der gegenüberliegenden Zweige einer Brückenschaltung angeordnet sind. Die konstante Spannungsquelle 10 liegt in der einen Diagonale der Brücke und ein Widerstand R. für die Erfassung der Differenzspannung in der .anderen Diagonale der Brücke. . " ■

In Pig. 8 ist ein Magnetkern mit Spulen gezeigt., um das Prinzip einer vierten Ausführungsform der Erfindung zu' erläutern. Bei . dieser Ausführungsform sind zwei Paar Durchgangslöcher■in den • Magnetkern gebohrt, anstelle von einem Paar wie in-iig. 1 bis-.3',

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und zwei Paar aktive Spulen 4e bis 4h und kompensierende Spule 5e bis 5h sind durch diese Löcher gewickelt, wie aus Fig. 8 hervorgeht. Die Verteilung der magnetischen Flüsse um die aktiven Spulen und die kompensierenden Spulen herum ist schematisch in Fig. 9 und 10 wiedergegeben.

Wie aus dieser Verteilung ersichtlich ist, sind die Bereiche, in denen die Magnetflußdichte einen Höchstwert hat, bei diesem Ausführungsbeispiel wesentlich vergrößert, wodurch die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung wesentlich verbessert ist.

In Fig. 11 ist eine Schaltung einer fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Anordnung ist jede der aktiven Spulen in eine Primärspule 6 und in eine Sekundärspule 7 und jede der kompensierenden Spulen in eine Primärspule 8 und eine Sekundärspule 9 aufgefeilt, wie Fig. 12 erkennen läßt. Die Primärspulen 6 und 8 sind zum Primärkreis eines Transformators verbunden, der vom Magnetkern der Vorrichtung gebildet wird, während die Sekundärspulen 7 und 9 zum Sekundärkreis des Transformators verbunden sind, wodurch ein sog. Wechselstromausgleichstrafo gebildet wird.

Stattdessen ist es natürlich möglich, jede der aktiven Spulen 6 und 7 und der kompensierenden Spulen 8 und 9 so zu verbinden, wie in Fig. A, 6 und 7 dargestellt ist.

Bei der fünften Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 11 geben die gestrichelten Linien die Wicklungsanfänge der Spulen an. Somit sind die Primärspulen 6 und 8 der aktiven Spulen und der kompensierenden Spule in derselben Richtung gewickelt und mit einer Spannungsquelle 10 in Reihe geschaltet. Die beschriebene Schaltung wiederholt sich für alle anderen Primärspulen 6 und 8 der aktiven Spulen und der kompensierenden Spulen, wobei alle von diesen Primärspulen gebildeten Primärkreise mit der Wechselstromquelle 10 parallel geschaltet sind. Statt der in Fig. 11

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dargestellten Schaltung können die aktive Spule 6 und die kompensierende Spule 8 im Primärkreis miteinander sowie mit der Spannungsquelle 10 parallel geschaltet sein.

Ferner sind gemäß Fig. 11 die Sekundärspülen der aktiven und der kompensierenden Spulen, die in dieselben Löcher gewickelt sind,wie die zuvor beschriebenen beiden Primärspulen β und 8, entgegengesetzt gewickelt (wie die Lage der gestrichelten Linie angibt) und. in Heihe..geschaltet, so daß diese beiden Spulen den ,Sekundärkreis bilden, der einer mathematischen Beziehung von der Art unterliegt, wie sie oben mit Bezug auf Pig. 4 beschrieben wurde» ■

Da die Belastungsmeßvorrichtung einen gewundenen Magnetkern . . . besitzt, wie er für alle Ausführungsformen der Erfindung besehrieben würde, kann eine Belastungszelle von Ring- oder Scheibenform auf einfache Weise mit hoher mechanischer Festigkeit und Stabilität im Betrieb hergestellt werden; Da ferner eine Ausgleichsschaltung aus den aktiven Spulen und. den kompensierenden Spulen, die in den einzigen Magnetkern gewickelt sird, zusammengesetzt werden kann, läßt sich eine Vorrichtung für die, Messung einer schweren Belastung, die sieh im Betrieb gegen plötzliche Änderung der Spannung e₀ der Spannungsquelle und der Umgebungstemperatur stabil erweist, schnell herstellen., -

In Pig. H ist ein.Beispiel für den mechanischen Aufbau der. '- "" Belastungsmeßvorrichtung nach Pig. 4 dargestellt, bei.dem Tragringe 141 und 142 am äußeren bzw. inneren Umfang des gewundenen Magnet-kerna vorgesehen sind. Ein Querschnitt nach der Linie XV-XV in Pig. 14 ist in Pig. 15 und eine teilweise geschnittene Seitenansicht dazu in Pig. 16 wiedergegeben. ·

Bei der Konstruktion nach Pig. Ή, 15 und 16 ist ein gewundener Magnetkern 1 mit ^?elner Mehrzahl von Paaren von radial verlaufenden

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kleinen Lochern 2 und 3 zum Aufwickeln der aktiven Spulen 4 bzw«, der kompensierenden 5 vorgesehen. Die Tragringe 141 und 142 liegen an der äußeren bzw. inneren Umfangsfläche des Magnetkerns 1 an. Die Tragringe 141 und 142 weisen eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern 143 bzw. 140 auf, um die Wicklungsenden der aktiven Spulen 4 und der kompensierenden Spulen 5 aufzunehmen.

An der äußeren Fläche des äußeren Tragrings 141 ist in einem in Achsrichtung mittleren Abschnitt eine Umfangsnut 160 vorgesehen für die Aufnahme von Leitungsdrähten 41 und 51> die die aktiven Spulen 4 bzw. die kompensierenden Spulen 5 verbinden. An der äußeren Fläche des äußeren Tragringes 141 ist außerdem eine Hut 161 ausgebildet, die sich von der Umfangsnut 160 senkrecht zu einem Seitenrand am Umfang des äußeren Tragrings 141 erstreckt und dazu dient, die Leitungsdrähte zu den aktiven Spulen und den kompensierenden Spulen aufzunehmen.

Auf Grund der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Belastungsmeßvorrichtung der Erfindung tritt eine Magnetostr&tionserscheinung auf, wenn eine Belastung auf den Magnetkern einwirkt, und die Größe der Belastung kann gemessen werden, indem eine Änderung des durch die Meßspulen fließenden Stroms erfaßt wird I Ferner wird eine Tendenz zum Verwerfen der gewundenen Magnetkernlamelle durch Anbringen der Tragringe 141 und 142 unterbunden, so daß eine genaue Messung der Grosse der Belastung möglich ist.

Da eine Mehrzahl von Löchern 140 und 143 und fluten 160 und 161 in den Tragringen 141 und 142 vorgesehen ist, wie beschrieben wurde, können die aktiven Spulen 4 und kompensierenden Spulen 5 eingebracht werden, nachdem die Tragringe 141 und 142 angesetzt sind. Außerdem können die Wicklungsenden der aktiven Spulen und kompensierenden Spulen in entsprechenden Löchern 143 und 140 im äußeren und inneren Tragring 141 und 142 untergebracht werden. Ferner können Leitungsdrähte und Ausführungskabel in den fluten 160 und

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161 untergebracht werden, wodurch j ede Tendenz zur Beschädigung ■ der Spulen und leitungen durch äußere Ursachen wesentlich ausgeschaltet werden kann. Falls es erwünscht ist,_: können Deckel über den äußeren und inneren ümfangsflachen der Meßvorrichtung vorgesehen werden, so daß alle' Spulen und. Leitungen durch diese Deckel hermetisch abgeschlossen sind.

In der Darstellung ist ein Magnetkern 1 angegeben, der aus-magnetischem dünnen Blech oder Band zu einem..zylindrischen oder ringförmigen Gebilde gewunden ist. Durch eine Mehrzahl von Löchern.im Magnetkern sind aktive Spulen 4 und kompensierende Spulen 5 gewickelt, und diese Spulen sind durch.Leitungsdrähte

• 4-1 bzw. 51 miteinander verbunden. !Tragringe 174 und 175 liegen an der inneren bzw. äußeren Ümfangsflache des Magnetkerns 1 an,

:.. und Löcher 178 und 179 zur Aufnahme der Spulenden sind durch die Tragringe 174 und 175 gebohrt. Am äußeren Umfang des äußeren

• Tragrings 175 ist eine Nut 180 für die Aufnahme der Leitungsdrähte 41 und 51 ausgebildet. .

Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß ferner Druckaufnahmeringe 171 und 172 an den gegenüberliegenden Stirn- - flächen des Ringkerns 1 angeordnet sind. Der äußere und innere Umfangsbereieh jedes dieser Druckaufnahmeringe 171 und 172 ist zu einem flanschartigen Rand 102 bzw. 103 in Fig. 17 ausgeformt. Als Abschluß ist ein inneres Abdeckblech 176 und ein äußeres Abdeckblech 177 an den flanschartigen Rändern 102 und 103.der Druckaufnahmeringe mit Hilfe irgendeines bekannten Abdichtverfahrens befestigt.

Wie am besten in Fig. 18 erkennbar, sind Leitungsdrähte 41 und und Ab±eitungskabel 181 durch eine iM'ut 180 geführt bzw. 'durch '" eine Öffnung, die zum Beispiel in dem unteren Druckaufnähmering;" 172 ausgebildet ist, und eine in diese eingepaßte Buchse'"T82T herausgeführt. - ■_ ■ "' . ■ " ' '¹^"'"''" --"'-■'-- "^ -

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Wenn eine Belastung auf die Druckaufnahmeringe 171 und 172 aufgebracht wird, tritt im Magnetkern 1 eine Magnetostriktions-erscheinung auf, so daß die Größe der Belastung gemessen werden kann, indem die Impedanzänderung der aktiven Spulen gegenüber derjenigen der kompensierenden Spulen gemessen wird. Hierbei ist jeder der flanschartigen Ränder 102 und 103 der Druckaufnahmeringe von dem inneren dickeren Bereich der Druckaufnahmeringe durch einen ringförmigen Bereich von geringerer Dicke getrennt, wie am besten aus Pig. 17 hervorgeht. Ferner sind die abschließenden Deckbleehe 176 und 177 ausreichend dünn gemacht. Daher ist es unmöglich, daß die Belastung durch andere Glieder als den Magnetkern 1, etwa die Planschränder 102, 103 und die Deckbleehe 176, 177 aufgenommen wird, so. daß die Genauigkeit der Messung der Belastung nicht durch das Vorhandensein der Deckbleehe beeinträchtigt wird. Die Deckbleehe 176 und 177 verleihen der Vorrichtung vorteilhafte Merkmale, wie den Schutz des Magnetkerns, der aktiven und kompensierenden äpulen und der Leitungsdrähte gegen mechanische Beschädigung, korrosive Gase und Feuchtigkeit.

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Claims

Pat entans prü ehe

Vorrichtung zur Messung von mechanischen Kräften, g e k e η η ze i chn e t -du r c Ii einen gewundenen Magnetkern mit zentraler Achse, wenigstens eine aktive Spule, die in einer zur Achse senkrechten Ebene durch, eine entsprechende Anzahl von radial durch den .Magnetkern ge- .. bohrten Erstlöchern gewickelt ist, wenigstens eine kompensierende Spule, die in einer zur Achse parallelen Ebene durch eine entsprechende Anzahl von radial durch den , Magnetkern gebohrten und von den Erstlöchern ausreichend entfernten Zweitlöchern gewickelt ist, Mittel zum Anlegen einer konstanten Spannung an jede der aktiven Spulen und kompensierenden Spulen zwecks Erzeugung eines S.tromflusses durch dieselben, eine Vorrichtung zur-Messung der durch■" ' Aufbringen einer Belastung auf den Magnetkern hervorgerufenen Differenz zwischen den durch die aktiven und kompensierenden Spulen fließenden Strömen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,, daß die aktiven Spulen und die kompensierenden.Spulen je unter sich in Reihe geschältet sind und eine Differenz zwischen den Spannungen an den in Reihe geschalteten.aktiven Spulen einerseits und kompensierenden Spulen andererseits . mit der Meßvorrichtung meßbar ist.
3» Vorrichtung nach Anspruch 1, ·

dadurch . gekennzeichnet-, ■ ' " daß die aktiven und die kompensierenden Spulen je unter sich parallel geschaltet sind und eine Differenz zwischen den Spannungen an den parallel geschalteten aktiven Spulen einerseit und kompensierenden Spulen andererseits mit der

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Meßvorrichtung meßbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß einige der' aktiven Spulen und dieselbe Anzahl der kompensierenden Spulen in gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung liegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß in zu den Löchern benachbarten Bereichen eine Anzahl weiterer Löcher für die Aufnahme der aktiven Spulen und der kompensierenden Spulen vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die aktiven Spulen und die kompensierenden Spulen je in zwei Teile unterteilt sind und der erste Teil der aktiven Spulen und kompensierenden Spulen in einen Primärkreis, der zweite Teil der aktiven Spulen und kompensierenden Spulen in einen Sekundärkreis der Meßvorrichtung einbezogen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß Tragringe an der inneren und äußeren Umfangsflache des Magnetkerns angebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch' gekennzeichnet, daß Druckaufnahmeringe an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Magnetkerns angebracht sind.

Reüeu/Pi.

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