DE2226142A1

DE2226142A1 - Messaite

Info

Publication number: DE2226142A1
Application number: DE2226142A
Authority: DE
Inventors: Eugen Meier
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-05-29
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1335936A; JPS5225113B1; NL7202878A; US3779072A; FR2136569A5; CH533299A

Description

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Patentanwälte ²⁶· ^* 1972

Dipl.-Ing. A. VVEDDE
Dipl.-Ing. K. EMPL
München Schumannstr.2 Akte: P 7256

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Mes saite

Die Erfindung betrifft eine Messaite, wie sie zum Einbau in Kraft- und Dehnungsmesser oder dergleichen verwendet werden.

Solche Messgeräte arbeiten üblicherweise so, dass eine oder mehrere vorgespannte Messaiten elektronisch zu Quer schwingungen angeregt werden und die Aenderungen der Saitenfrequenzen infolge von Aenderungen der Saitenspannungen (durch Kraft- oder Längenänderungen) zur Bestimmung der gesuchten Messgrösse herangezogen werden. Eines der mit solchen Geräten verbundenen Probleme besteht darin, dass im Interesse einer befriedigenden Messgenauigkeit eine hohe

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Schwinggüte erwünscht ist, also eine gute Konstanz der verwendeten Frequenzen. Scharfe Resonanzen werden angestrebt, welche nur durch gute Entkopplung der Saite von den anschliessenden Teilen (fester Teil, z. B. Konsole, einerseits und beweglicher Teil (Messteil) andererseits) des Gerätes erreichbar sind. Diese Entkopplung dient einerseits dem Zweck, störende Schwingungen (Randstellenanregung), beispielsweise durch Vibrationen des Gerätes aufgrund äusserer Erschütterungen, von der Saite fernzuhalten (passive Entkopplung), andererseits soll sie einen Energieabfluss von der Saite zum übrigen Gerät verhindern (aktive Entkopplung) und damit durch. Verkleinerung der Verlustleistung (Entdämpfung) die Stabilität der Schwingungen verbessern. Die vorliegende Erfindung hat ihre Aufgabe darin gesehen, mit verhältnismässig einfachen Mitteln eine derartige Entkopplung zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Halteglieder vorgesehen sind, die in Saitenlängsrichtung als Biegegelenke gestaltet sind, so dass sie die Saite an beiden Enden in wenigstens einer durch die Saitenachse gehende Ebene, von den anschliessenden Teilen des Gerätes entkoppeln.

Vorzugsweise enthalten die Halteglieder dabei in jeweils wenigstens einer Ebene einen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Abschnitt. Es ergibt sich somit in jeder dieser Ebenen eine weichelastische Aufhängung der Saite und damit eine extreme Entkopplung und Entdämpfung.

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Lediglich in Längsrichtung bleibt die Saite hartelastisch gekoppelt« Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn man die Halte glieder als Kreuzbiegegelenke ausführt. Dies bewirkt eine definierte Entkopplung in zwei,Ebenen durch die Saitenachse, was praktisch einer vollständigen Entkopplung gleichkommt.

Die Ausbildung von Kreuzbiegegelenken bietet ausserdem den Vorteil, dass diese bei Verwendung von Schraubenfedern als Koppelelement zwischen Saite und beweglichem Teil eine Verdrehung des saitenseitigen Endes der Schraubenfeder bei Längung mitmachen, ohne dass das Saitenverhalten davon merklich beeinflusst würde. In Weiterbildung der Erfindung werden die Elemente Saite, Knoten und Halteglieder mit Vorteil als ein Stück hergestellt. Es ergibt sich dadurch eine einfachere Montage (es entfällt das Befestigen der Elemente untereinander durch beispielsweise Löten, Schweissen oder Klemmen), und ausserdem ist eine präzisere Zuordnung der Elemente zueinander möglich (Montagefehler entfallen). Eine Justierung ist im allgemeinen nicht mehr nötig. Ausserdem ist eine bessere Reproduzierbar keit der Saitendimensionen und damit -eigenschaften erzielbar. Je nach den Gegebenheiten können an den Knotenstellen noch zusatz *- liehe Massen erforderlich sein, welche in einfacher Weise durch Verschrauben, Löten, Schweissen, Kleben oder Quetschen angebracht werden können.

Die Anwendung der erfindungsgemässen entkoppelnden Halte-

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glieder bringt einen weiteren Vorteil mit sich. Es wurde die Ansicht vertreten, runde Saiten eigneten sich weniger als solche mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt für Anwendungen, welche eine grosse Stabilität der Schwingungen voraussetzen. Wie Experimente ergeben haben, ist jedoch bei genügender Entkopplung auch die Verwendung von runden Saiten möglich, sofern der Querschnitt der idealen Rundheit einigermassen nahekommt.. Dies ist mit modernen Fertigungsmethoden durchaus erreichbar.

So besteht beispielsweise eine vorteilhafte Herstellungsmethode darin, die Saite aus einem Draht nach dem Centerless-Schleifverfahren herzustellen. Dies liefert bereits sehr gute Resultate bezüglich eines weitgehend runden Querschnittes, welche Resultate durch nachfolgendes elektrolytisches Polieren noch weiter verbessert werden können.

Runde Saiten haben den Vorteil, dass ihre Verbindung mit den Knotenmassen weniger problematisch ist als bei unrunden Saitenquerschnitten (sofern man die Anordnung nicht einstückig ausführt, siehe oben). Auch ist bekanntlich ein runder Querschnitt allen anderen Querschnittformen bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften, z. B. Festigkeit, und bezüglich der Dämpfung durch das umgebende Medium überlegen. Zweckmässigerweise gestaltet man bei runden Saiten den Uebergang vom Saitenquerschnitt zum anschliessenden, vorzugsweise ebenfalls runden Knoten derart, dass sich ein stetiger Uebergang der Durchmesser er-

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gibt, vorzugsweise derart, dass die Mantellinie wenigstens angenähert parabolisch ist. Es ergeben sich so spannungs- und festigkeitsmässig besonders günstige Verhältnisse. Ausserdem ist bei dieser Ausführung die wirksame Saitenlänge keinerlei schwer berechenbaren Schwankungen, beispielsweise durch Einspannungsungenauigkeiten, unterworfen, sondern eindeutig festgelegt; eine Justierung entfällt. Es ist auf diese Weise praktisch jeder Randstellenstöreinfluss vermieden, Kerbwirkungen können nicht auftreten.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Messaite mit Haltegliedern werden anhand der schematischen, stark vergrösserten Darstellung im folgenden erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine um 90° gedrehte Ansicht der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels, teilweise

geschnitten, und
Fig. 4 eine um 90° gedrehte Ansicht der Fig. 3.

Beispiel I (Fig. 1 und 2)

Die runde Saite 5 ist mit ihren Enden 6, 6' in entsprechende Bohrungen der Knotenmassen 7, V eingelassen und verlötet. Die Knotenmassen sind Teile der Halteglieder 8, 8', welche jeweils eine Ver-

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jüngung 9 zu einem Rechteckquerschnitt 10, 10' aufweisen. An den saitenabgewandten Enden 11, II¹ haben die Halteglieder 8, 8¹ wieder den vollen Querschnitt und sind mit der Konsole 12 des Gerätes resp. einem Anschlussstück 13 zum Messteil, über das die Kraft eingeleitet wird, durch Löten verbunden. Konsole 12 und Anschlussstück 13 sind hier nur angedeutet; ihre Ausbildung ist konventionell und unerheblich für die Erfindung.

Es ist offensichtlich, dass die Verjüngungen 9 eine hartelastische Kopplung in Längsrichtung und einer Querrichtung zur Saite bewirken, wogegen in einer zweiten, auf der ersten senkrecht stehenden Ebene in Querrichtung eine weicheiastische Kopplung besteht, welche bereits . eine erhebliche Verbesserung der Schwinggüte bewirkt.

Beispiel Π (Fig. 3 und 4)

Hier bilden die Saite 15, die Knoten 16, 16' und die Halteglieder (16, 16') 18, 18' ; 19, 19' ; 20, 20' und 21, 21' ein einziges, aus einem Stück hergestelltes Element 14. Die Saite 15 endet in den Knoten 16, 16', wobei stetige, näherungsweise parabolische Uebergänge 17, 17¹ vom Kreisquerschnitt der Saite 15 zum Kreisquerschnitt der Knoten 16, 16' führen. An die Knoten schliesst sich jeweils ein Kreuzbiegegelenk an, bestehend aus den Verjüngungen 18, 18' sowie 19, 19' und den Zwischenstücken 20, 20'. Mittels der runden Endstücke 21, 21^f ist das ganze Element 14 in die Konsole 12 resp. den Messteil 13

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eingelötet. Als zweekmässig kann sich ein Massenverhältnis Saite zu Knoten von etwa 1000 erweisen (z. B. Saite ca. 4,5 nag, Knoten ca. 4,5 g). Um dies zu erreichen, wird man auf die Knoten 16, IQ? des Elementes 14 zusätzliche Massen. 22, 22' aufsetzen, vorzugsweise durch Löten oder Schweissen; auch ein Pressen resp. Quetschen von Ringen auf die Knoten bildet eine rationelle Methode. Bei Verwendung der Saite mit Haltegliedern nach Beispiel II hat sich bei Versuchen gezeigt, dass unter sonst gleichen Bedingungen gegenüber einer Ausführung ohne Entkopplung, bei welcher 6 störende Resonanzen im Messbereich auftraten, nunmehr ein völlig stabiles, praktisch störungsfreies Frequenzverhalten erreicht wurde. Es wurden zwei Beispiele mit Biegegelenken in einer resp. zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen dargestellt. Es ist ohne weiteres möglich, beispielsweise Biegegelenke mit drei um jeweils 120° versetzten Verjüngungen zu verwenden, jedoch durfte dies nur in Ausnahmefällen notwendig sein. Weiterhin kann man den Biegegelenken auch einen Kreisquerschnitt geben. In diesem Fall sind für eine gute Entkopplung je nach Querschnitt entsprechend längere Halteglieder erforderlich.

Die erfindungsmässige Messaite mit Haltegiedern eignet sich sowohl für Ein- als auch für Mehrsaitenanordnungen. Im letzteren Fall bietet sie auch den Vorteil einer guten gegenseitigen Entkopplung beider Saiten, beispielsweise bei gleichen Saitenfrequenzen.

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Claims

2226U2 Patentansprüche

1.) Messaite zum Einbau in ein Kraftmessgerät oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass Halteglieder vorgesehen sind, die in Saitenlängsrichtung als Biegegelenke gestaltet sind, so dass sie die Saite an beiden Enden in wenigstens einer durch die Saiten-' achse gehenden Ebene von den anschliessenden Teilendes Gerätes entkoppeln.

2. Messaite nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteglieder in jeweils wenigstens einer Ebene einen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Abschnitt (9, 9') enthalten.

j5. Messaite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteglieder als Kreuzbiegegelenke (18, 19; 18', 19^r) ausgebildet sind.

4. Messaite nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, dass Saite und Halteglieder aus einem Stück (l4) hergestellt sind.

5. Messaite nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saite (5i 15) einen runden Querschnitt aufweist.

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6. Messaite nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass der Uebergang (17, 17') des·Saitenquerschnittes zu den Knotenpunkten (l6, 16') rotationssymmetrisch und stetig ist.

7. Messaite nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Uebergang wenigstens näherungsweise eine parabolische Mantellinie aufweist.

8. Messaite nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Knotenmassen (22, 22') angebracht sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Messaite nach einem der Ansprüche 5 bis 7* dadurch gekennzeichnet, dass die Saite (5; 15) centerless geschliffen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass die Saitenoberfläche anschliessend elektrolytisch poliert wird.

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