DE2220999C3 - Krattmeßvorrichtung - Google Patents

Description

der Bereich 5° ^ ν ^ 30° zur Verfügung steht.

Wegen der starken Einschränkung des gunstigen Pendelausschlagsbereichs ist es bei derartigen Kraftmeßvorrichtungen üblich, den Meßbereich durch 6s Veränderungen der Masse oder der Länge des Pendels zu erweitern. Aus konstruktiven Gründen kann

3 4

fiihrung ^TOn Meßaufgabeo, bei denen eine breite neten Polarkoordinatensystem r, q durch die Funk-

<ta«uung der zu messenden Kräfte auftritt, gestaltet tionen

„eh mit den bekannten Meßvorrichtungen äußerst _ lg/> _(Ix

^öndlich, da zunächst Probemessungen durch- ^r ~ ^ci" _p

^hrt werden müssen, um zu ermitteln, welcher 5 . _αι)

Sereich eingestellt werden muß. * = arena C₈IgP "■[,.,

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kraftmeßvor- während das Kurvenprofil des mit dem Krafteinieit-

ditung der eingangs genannten Art derart weiter- glied starr verbundenen Kurvenkörpers in einem

!«baden, daß der Meßbereich bei konstanter Masse rechtwinkligen Koordinatensystem u, ν durch die

des Pendels und bei konstanter Pendellänge stark er- io Funktionen

«reitert ist, wobei der auftretende Relativfehler (Ab- _m/> _n

lesegenauigkeii) im gesamten Meßbereich etwa gleich W=C₃^ »." '

⁸¹ZUi⁶LoSUHg dieser Aufgabe schlägt die Erfindung, ^und

auseehend von einer Meßvorrichtung der eingangs _l5 . _{c XnP}

«eiannten Art, vor, daß in der kinematischen Kette ν ^ C₃ I dP (IV)

ein Kurvenmechanismus mit zwei gleitfrei aneinander J />² J1 - C₄ ² In* P

abrollenden Kurvenkörpern vorgesehen ist und daß f-

der eine Kurvenkörper mit dem Pendel und der beschrieben ist, in denen P die messende Kraft andere Kurvenkörper mit dem Krafteinlei^Ued starr 20 _uncj C₁₁ c„, C₃ und C₄ von der Konstruktion abhän-

verbunden ist und zwischen der Bewegungsgröße (.') _gj_ge Konstanten sind.

des Anzeigeorgans und der zu messenden Kraft (P) Die Kraftmeßvorrichtungen gemäß der Erfindung ein logarithmischer Zusammenhang gemäß der ermöglichen die Durchführungen von Kraftmessun-Funktion ζ (?) = C · log P besteht, in der <_{ den Pen- _{gen m}\_{t e}j_ner entsprechenden Genauigkeit in einem delausschlag und C eine Konstante bezeichnet. 25 bereits bei 0,6 bis IS des Endausschlages begm-Durch den bei der Kraftmeßvorrichtung gemäß der nenden Meßbereich. Durch den stark erweiterten Erfindung vorhandenen logarithmischen Zusammen- Meßbereich kann das Auffinden des günstigsten Meßhanc zwischen der zu messenden Kraft (P) und der bereichs durch Probemessungen und durch Aus-Bewegungsgröße (z) des Anzeigeorgans (z. B. Zeiger- wechseln der Pendelmassen vermieden werden. Die ausschlae) wird erreicht, daß die Bewegungsgröße (z) 30 Kraftmeßvorrichtung gemäß der Erfindung kann des Anzeigeorgans (z. B. der Zeigerausschlag) 1-ei außerdem bei ihrer Montage schnell und einfacn einer Belastungszunahme von 1 °/o innerhalb des ge- justiert werden und weist infolge ihres einfachen samten Meßbereichs annähernd gleich ist. Das heißt _und robusten Aufbaus keine Neigung zu Betnebsmit anderen Worten, daß dem zulässigen Relativ- störungen auf.

fehler innerhalb des vollen Meßbereichs stets die 35 Die Kraftmeßvorrichtung gemäß der Erfindung

»leiche Anzeigebewegung zugeordnet ist, wodurch kann in Werkstoffprüfgeräten, und zwar insbesondere

die Ablesegenauigkeit stets die gleiche ist. Ferner bei Laborgeräten in Gießereien zur Messung aer

kann durch den erwähnten logarithmischen Zusam- Standfestigkeit, bei Reiß-, Härtepruf-, Zug-, urucK-

Mßbih d Kftßoichtung d Blteäten des Bauwesens bei G^este"r

kann durch den erwähnten logarithmischen Zusam Standfestigkeit, bei Reiß, p

menhane der Meßbereich der Kraftmeßvorrichtung und Belastungsgeräten des Bauwesens bei r

tanerhalb des - im Hinblick auf den oben angedeu- 4° Prüfmaschinen, Reiß- und Biegeprobegeraten der

teten geometrischen Fehler günstigen - Pendelaus- Metall-, Textil- und Kunststoff.ndustne wwwMw

Sgbereichs von etwa 5 bis 30' etwa auf das Federdruckprüfmaschinen mit Erfolg und Vorteil

intake von demienieen der bekannten herkömm- verwendet werden.

ä^pSritaSSvorrichtungen erweitert wer- Zwei Ausführungsbeispiele von Kraftmeßvornch

Hp! Wehere Vorteile der logarithmischen Charakte- 45 tungen gemäß der Erfindung werden im folgenden

ristik liegen darin, daß bei Anwendung eines Rund- an Hand der Zeichnung näher erläutert m der

Ifferblattes die Verwendung einer Grundskala mit Fig. 1 das kinematische Schema fur ein erstes

e η Sng vo„ , bis 10 gtnügt, wobei der jeweils Ausführungsbeispiel der ™™£°™^^ηΙ*™*

angezeigte, ablesbare Wert zur Ermittlung der Grö- der Erfindung mit einer der R;^ch;"f_ff_m ^df_un ^S _d

ßenordnung lediglich mit dem der Anzahl der vollen so feldes entgegengenchteten Kraftein^eitung und

Messung von anderen Dimensionen, z. B. von feldes gerichteten Krafteinleitung zeigt

gaSSrS

mecüatoü, ergibt sich bei eine, Kraftmeßvornch- «„körper JjWirdl«c; ^f^™^™ &£

in vertikaler Richtung geradegeführt Bt, wenn das et«■*""*£if^f^" „„ Hebelarm von ver-

Pendeldrehpunkt 5 gelagert und an seinem unteren Wird ein bestimmter Zusammenhang zwischen der

Ende mit einer Pendelmasse 6 versehen. Durch das Bewegungsgröße des Anzeigeorgans 7 und der zu

Pendel 4 wird ein Anzeigeorgan 7 betätigt. Beim vor- messenden Kraft P vorgeschrieben, so kann aus den

liegenden Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Aus- Gleichgewichtsbedingungen des Pendelwerks die

schlag des Anzeigeorgans mit dem Sinus des Winkel- 5 mathematische Funktion des Profils für den angetrie-

aussehlagsdes Pendels' 4''proportional. - benen Kurvenkörper 3 beim dargestellten Ausfüh-

Diei j:Länge des kraftübertragenden Hebelarms rungsbeispiel gemäß Fig. 1 wie folgt hergeleitet

ändert sich bei der Kraftmeßvorrichtung während der werden:

Messung in Abhängigkeit von der zu messenden Kraft. Der vorgeschriebene Zusammenhang zwischen der Um die Wirkungslinie der zu messenden Kraft P io Bewegungsgröße ζ und der zu messenden Kraft sei während der Messung konstant zu halten, wird die Z = K-IeP {Π Kraftübertragung durch Zwischenschaltung von aneinander gleitfrei abrollenden, mit einem entspre- wobei K eine Konstante darstellt, chenden Profil versehenen Kurvenkörpern 2 und 3 In diesem Falle kann das Profil des angetriebenen vorgenommen. Das gleitfreie Abrollen stellt hierbei 15 Kurvenkörpers 3 in einem mit seinem Ursprung in eine grundlegende Bedingung dar, da durch eine aus den Pendeldrehpunkt 5 gelegten und mit seiner Achse einer Gleitbewegung resultierende Reibungskraft auf den Pendelschenkel des Pendels 4 senkrechten nicht nur die Empfindlichkeit und die Genauigkeit Polarkoordinatensystem r, q durch das folgende der Kraftmeßvorrichtung herabgesetzt würden, son- Gleichungssystem angegeben werden, in dem die zu dem auch die Reibungskräfte nach einer gewissen 20 messende Kraft P Parameter ist: Zeit zu einem Verschleiß der aneinander abrollenden ^ jg ρ Kurvenkörper führen müssen, wodurch deren Profil r = K G ^ · (2) von der vorgeschriebenen mathematischen Gesetz- ^p mäßigkeit abweichen würde, was wiederum weitere . κ. Meßfehler verursachen würde. *5 9 --arcsm _ß · IgP (3)

Ein gleitfreies Abrollen der Kurvenkörper 2 und 3

aneinander kann nur gewährleistet werden, wenn die wobei r und φ die Koordinaten des jeweiligen Be-Tangentialkomponenten ihrer Geschwindigkeiten in rührungspunktes, K die in der Gleichung (1) entden jeweiligen Berührungspunkten überall gleich.sind. haltene Konstante, G das Gewicht der Pendelmasse 6, Da infolge der ständigen Berührung die Normal- 30 b die Länge des Pendelschenkels, α die Länge des komponenten ihrer Geschwindigkeiten ohnehin stets Pendelarmes, der das Anzeigeorgan 7 bewegt, und gleich sind, bedeutet die obige Bedingung im Grunde P die zu messende Kraft darstellt, genommen eine ständige Richtungs- und Betrags- Bei Kenntnis der mathematischen Funktion des gleichheit ihrer Geschwindigkeiten. Diese Bedingung Profils für den angetriebenen Kurvenkörper 3 sowie muß entlang einer durch den Pendeldrehpunkt 5 35 auf Grund der obengenannten beiden Bedingungen gehenden und auf die Bewegungsrichtung des Kur- fürdas glcitfreie Abrollen kann auch die mathemavenkörpers 2 senkrechten Geraden p-p erfüllt werden. tische Funktion des Profils des antreibenden Kurven-Eine Bedingung für ein gleitfreies Abrollen ist körpers 2 bestimmt werden. Das Gleichungssystem somit, daß der geometrische Ort der Berührungs- hierfür lautet in einem rechtwinkligen Koordinatenpunkte die Gerade p-p ist. Die andere Bedingung für 40 system h, v_s dessen Achsen durch den Pendeldrehdas gleitfreie Abrollen ist die Gleichheit der an- punktS hindurchgehen und zur Bewegungsrichtung einander jeweils abrollenden Bogenlänge. des Kurvenkörpers 2 parallel bzw. hierzu senkrecht Aus den genannten Bedingungen und dem erfin- verlaufen, unter Verwendung der zu messenden dungsgemäß vorgegebenen Zusammenhang zwischen Kraft P als Parameter wie folgt: der zu messenden Kraft und der Bewegungsgröße des 45 I_n ρ

Anzeigeorgans 7 kann sowohl die Gleichung für a = r = G ■ b ■ C (4)

das Profil des antreibenden Kurvenkörpers 2 als auch ^p

die Gleichung für das Profil des angetriebenen Kur- *" r InP

venkörpers 3 bestimmt bzw. hergeleitet werden. ν = G · b · C J "-L_L ^p ,₅>

Erfindungsgemäß soll zwischen der Bewegungs- 50 J P* · }/l — C*-ta*P

größe des Anzeigeorgans 7 und der zu messenden *\>

Kraft P ein logarithmischer Zusammenhang bestehen, _mr>K«; η ^K i„ » »;„« v~«<* ·,«*, a ~*-n. da hierdurch einerseits der relative Fehler im gesam- ^{wobei C} = α ^lneem* Konstante darstellt, ten Meßbereich gleichbleibt und andererseits bei Mit Hilfe der obigen Gleichungen (2), (3) bzw. (4), Verwendung eines Rundzifferblattes mit kreisförmig 55 (S) können die entsprechenden Punkte der Profile aufgetragener Skalenteilung eine Skala mit geringen der Kurvenkörper 2 und 3 für jeden Wert der zu Abmessungen durch die Möglichkeit von mehreren messenden Kraft P bestimmt werden, wonach diese Umdrehungen des Zeigers oder der Skala selbst ohne Kurvenkörper 2 und 3 auch hergestellt werden können, eine Abnahme der Ablesegenauigkeit ausgebildet F i g. 2 stellt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der werden kann. Bei mehrmaligen Umdrehungen muß 60 erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung dar, welder an der Grandskala abgelesene Meßwert jeweils dies zur Messung von Zugkräften geeignet ist Hiermit einem Koeffizienten q* multipliziert werden, wo- bei sind die funktionell mit denjemgen des ersten bei q die Basis des jeweils gewählten Logarithmus, π Ausfährongsbeispiels idenaschen Elementen mit den hingegen die Anzahl der erfolgten Umdrehungen gleichen Bezugszeichen versehen, darstellt. Bei Verwendung eines Logarithmus mit «3 Das Berechnungsverfahren für die Profile der ander Basis 10 ergibt sich für die Multiplikation eine einander gleitfrei abrollenden Kurvenkörper 2 und 3 für praktische Meßzwecke äußerst günstige dezimale ist sät dem aa Hand der Fig. 1 beschriebenen Be-Zahtenreihe von 1,10,100... usw. rechnungsverfahren identisch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

■ r Ri.hplape auslenkbaren Pendel, das mit aus seiner Rub^® SiReorgan enthaltenden An ^ iReorg Patentansprüche: ^"ÄS^S den zeigevomchtaig ωά m ch ^ χ^^

1. Kraftmeßvorrichtung mit einem unter Ein- P^un,.-J:^g-„» kinematische Kette verbunden ist. wirkung der zu messenden Kraft aus seiner Ruhe- 5 glied ^u°^er *'ⁿ^_h^„_{en mit} einem aus seiner Ruhelage auslenkbaren Pendel, das mit einer ein be- Kraftm^eB™™^L" * _{der zu} messenden Kraft bis wegbares Anzeigeorgan enthaltenden Anzeige- lage unter f^^s _stat5schen Gleichgewichtsvorrichtung und mit einem den Kraftangriffspunkt zur trrei^cnu"» Pendel sind weitestgehend tragenden, beweglich gelagerten Krafteinleitglied ^"i/RriJSSe) Mit dem um einen Drehpunkt über eine kinematische Kette verbunden ist, da- io bekannt l^B"^e™» 'ö _d , _{ist bei} den bekannten durch gekennzeichnet, daß in der kine- *^^7_der Regel eine Anzeigematischen Kette ein Kurveemechanismus mit zwei ^Kra?™^eßvo™^CJ3en welche ein bewegliches Angleitfrei aneinander abrollenden Kurvenkörpern vorrichtung verbundenw ^ _mathema. (2,3) vorgesehen ist und daß der eine Kurven- ze.georgan J^^Z^^ _m Abhängigkeit vom körper (3) mit dem Pendel (4) und der andere i₅ tisch definierten FunkUon ^ _kann KurVenkörper (2) mit dem Krafteinleitgüed (1) Pendelausschlag fo) bewegt ^^ _zf_fferblaU bd i d ih d Bewegungs as ^rotierf^nder J~'f ' bild

KurVenkörper (2) mit dem Krafteinleitgüed (1) Pendelaug fo ^^ _zf_fferblaU

starr verbupden ist und zwischen der Bewegungs- as ^rotierf.^nder J~'f t' zeiger od. dgl. ausgebildet

größe (ζ) des Anzeigeorgans (7) und der zu mes- als gerad.mg,bewegte _a£&_kmntctl ^& _Kraftmeßvor-

senden Kraft (P) ein logarithmischer Zusammen- sein. Weiterhin ist rauen _Kraftei_nleitgHed

hang gemäß der Funktion - ndjung «teg-JJ ° _Angriffs_PUnkt für die zu

^) - C · log P äsende kraft trag, und das mit dem Pendel über

besteht, in der , den Pendelausschlag und C eine «^^"„^nemTchenkette soll im folgenden

Konstante bezeichnen. . · η PonnUübertraeungsmechanismus verstanden

2. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1 mit ._s em Bewegungs^^^aJ^ungs _{d E}i_ng_angsgrö8e und

Sinusanzeige.beiwelcherzwischenderBewegungs- werden ^J^^S£maüiniihe Funk-

größe des Anzeigeorgans und dem Pendelaus- der A-⁸^f ^f ¹^,Schlupf, keine Hysterese

schlag ein Zusammenhang gemäß tu* besaht, wobei ^^J^ _Μ^^_ιΧ

ζ = K · sin q ₃₀ beeinflussende Störgrößen vorhanden sind.

besteht und das Krafteinleitglied in vertikaler Bei den ^^SJ^^^S^!-

Richtung geradegeführt ist, dadurch gekennzeich- angegebenen A«™£™***™^οτ& ^

net, daß das Kurvenprofil des mit dem Pendel (4) del *^lhJ\ "^Sj^K? als KrafteinleitgHed

starr verbundenen Kurvenkörpers (3) m einem der Pende^usschlag se bst ^ Hebelarm ver-

dem Pendel (4) zugeordnet Polarkoordmaten- 35 ^em ™ ^ A^mSe »Craft direkt an-

system r, _Ψ durch die Funktionen wendet,^ d^m ^n. _Γ^_κ ^η _{Γ3ηΐηεβνΟΓΓί<:Ηΐιιη86η}

_le ρ der genannten Art sind zwischen dem Anzeigeorgan

r = C₁ · ^lß (D und dem Pendel und/oder zwischen dem Pendel und

^P 40 dem Krafteinleitglied verschiedene Mechanismen an-

V = aresin CJgP (II) geordnet, die kinematische ^Ketten _u ^da"^te"^e"^f^^a"-

^v - delt sich hierbei zumeist um Hebelmechanismen,

während das Kurvenprofil des mit dem Kraft- Zahnradpaarungen oder Zahnrad-Zahnstangen-Paa-

einleitglied (1) starr verbundenen Kurvenkörpers rangen. _P(,_nrt_ei_n arbeitenden Kraft-

^S^¹¹ ^^"^ « ÄSSSS S^SÄ^^

^dUTe^nSn^ „ÄhSSSS hSn^SaÄd^d^aus

u, ν durch die Funktionen Justierungsungenauigkeiten resultierenden geometn-

. ρ sehen Fehler mit wachsendem Pendelausschlag pro-

u = C₃ ^ln (IH) gressiv ansteigen. Als obere Grenze des Pende aus-

P co schlags wählt man daher allgemein q = 30 . Zugleich

und verursachen die im Übertragungsmechanismus unver-

*■ meidbar vorhandenen Reibungen einen im gesamten

f C₁InP Meßbereich nahezu konstanten Absolutfehler, wel-

/ P» 11 - C · In« P eher als RelativfeWer bei zunehmender Belastung

rl * * 55 durch eine absteigende Hyperbelfunktion gekennzeichnet ist. Das heißt mit anderen Worten daß der

beschrieben ist, in denen P die zu messende Relativfehler ^^SS^SS