DE2248353C3 - Kraftmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftmesser mil einer Feder, deren Enden an zwei parallel zur Auslangungsachse der Feder gegeneinander verschieblich geführten Teilen angreifen, wobei der erste Teil in Verlängerung der Auslängungsachse über beide I edercnden hinaus mil jeweils einer Lasiaufnahnievorrichtung versehen ist und eine Skala zum Ablesen der Längenänderung der Feder bei Belastung aufweist, wahrend der zweite Teil mit einer Haltevorrichtung versehen ist.

Ein solcher Kraftmesser ist beispielsweise durch (.las DT-GbM 72 Ob 047 bekannt und ermöglicht die Messung von Zug- und Druckkräften. Dieser mit Druckfedern versehene Kraftmesser besteht aus einer verhältnismäßig großen Anzahl zum Teil recht kompliziert geformter Einzelteile zur Führung und Abstützung der verwendeten Federn. Auch die Montage dieses bekannten Kraftmessers ist aufwendig, weil sie verschiedene zeitraubende Arbeitsgänge erfordert. So müssen beispielsweise Widerlager für die Federn eingeschraubt werden, wobei darauf geachtet werden muß. daß die Druckfedern in einem als Griff ausgebildeten Gehäuse richtig mit hierfür vorgesehenen Führungsansäi/en zusammengepaßt werden. Der Aufbau eines derartigen Kraftmessers erfordert also einen erheblichen techni sehen und finanziellen Aufwand.

Trotz dieses Aufwands ist aber der bekannte Kraftmesser für eine bevorzugte Verwendung im Schulunterricht nur bedingt geeignet. Ein Schüler kann nämlich den Wirkungsablauf bei der Kraftbestimmung mit die-

scm Kraftmesser nicht erkennen, weil die Feder für ihn nicht sichtbar in einem Gehäuse untergebracht ist. Dieses Gehäuse ist auch unbedingt erforderlich, weil es die Widerlager für die Druckfedern trägt, und weil seine Innenbohrung die für die Federn notwendige Führung bildet.

Außerdem ist es wegen des komplizierten Aulbaus des bekannten Kraftmessers praktisch nicht möglieh. einen im Schulunterricht häufig erwünschten Austausch der Federn vorzunehmen, weil ein solcher Tauseh. -venn überhaupt, nur mit Hilfe von SpezialWerkzeugen und auch dann nur mit erheblichem Zeitaufwand aus führbar wäre.

Außer diesem Kraftmesser sind auch mit einer Zugfeder ausgestattete Kraftmesser oder Federwaagen bekannt. die vor allem auch im Unterricht benutzt werden, um Zugkräfte auf der Grundlage zu messen, daß die Längenänderung der Feder der Einwirkung der Kraft im Bereich des Hooke'schen Gesetzes proportional ist.

Wegen der verschiedenen Erscheinungsformen mechanischer Kräfte ist jedoch der Dcmonstrationswert dieser bekannten Federwaagen für Unterrichts/wecke beschränkt, weil sie nur zur Messung von Zugkräften geeignet sind. Bei Verwendung im Unterricht besieht im übrigen auch bei diesen Federwaagen wiederum der Nachteil, daß es den Schülern Schwierigkeiten bereitet, die Wirkungszusammenhängc zu erkennen, da auch hier die Feder für den Schüler nicht sichtbar ist.

Auch bei einer durch die US-PS 20 74 628 bekannten Ausführungsform einer Federwaage, bei der wiederum ein Gehäuse als Skalenträger für eine von allen Seiten sichtbare Skalenanzeige erfoderlich ist. bestehen im wesentlichen die gleichen Nachteile.

Diese Nachteile der bekannten Kraftmesser sind besonders hinderlich bei den Bemühungen, physikalische Begriffe und Erkenntnisse schon im Grundschulkurs. etwa im dritten und vierten Schuljahr, zu vermitteln.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bekannten Nachteile einen zum Messen verschiedener mechanischer Kräfte geeigneten Kraftmesser zu schaffen, welcher sich insbesondere auch zur Demonstration im Schulunterricht eignet, und bei welchem gewährleistet ist, daß die Schüler bereits in der Grundschule beim Arbeiten mit dem Kraftmesscr ohne weiteres die Wirkungszusammenhänge erkennen können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Kraftmesser der eingangs erwähnten Art. dadurch gelöst, daß der erste Teil ein im wesentlichen U-förmiger Bügel ist, daß eine der beiden Lasiaufnahmevorrichtungen an dem die Schenkel verbindenden loelr.eil des U-Bügels angeordnet ist. daß die freien Schenkelenden des U-Bügels durch die andere Laslauf-

nähme-Vorrichtung fest verbunden sind, daß der /weite Teil ein Quersteg mit zwei parallelen. ;iuf den Schenkeln des U-Bügels verschiebbar angeordneten Führimgshülsen ist, und daß die als Zugfeder ausgebildete Feder zwischen dem |ochteil des U-Bügels und dem s Quersteg angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen t nd Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unieransprüehen angegeben.

Der erfindungsgemüßc Kraftmesser zeichnet sich durch einen äußerst einfachen Aufbau aus, bei v.elchem sämtliche am Wirkungsablauf beteiligten Teile, vor allem also auch die Feder, für den Schüler sichtbar sind, so daß die bei der Messung einer Kraft auftretenden Wirkungsabläufe ohne Schwierigkeit vollständig erkennbar sind. ,^

Hierin ist ein wesentlicher didaktischer Vorteil des erfindungsgemälJen Kraftmessers gegenüber den bekannten Kraftmessern zu sehen.

Der sehr einfache Aufbau aus wenigen Teilen wirkt sieh auch günstig auf die Herstellungskosten und damit auf den Anschaffungspreis des erfindungsgemäßen Kraftmessers aus.

Einen weiteren Vorteil stellt die leichte Austauschbarkeit der erfindungsgemäß vorgesehenen Zugfeder dar. weil hierdurch der Anwendungsbereich des erfindiingsgemäßen Kraftmessers trotz des äußerst einfachen Aufbaus erheblich breiter ist als der bekannte Kraftmesser.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf der vorteilhaften Anordnung einer Zugfeder, für die bei der erfindungsgemäßen Konstruktion auch keinerlei Führungsmittel benötigt werden.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung kann der Kraftmesser dazu verwendet werden, zur Einführung in die Physik, insbesondere auch im Grundschulunterricht, den Kraftbegriff anschaulich zu machen und sogar halbquantitativ Kräfte zu vergleichen, wobei nicht nur Zugkräfte, sondern auch Druckkräfte gemessen werden können. Weiter können mit einem erfindungsgemäßen Kraftmesser z. B. der Auftrieb eines schwimmenden Körpers, die Haftreibung oder Federkonstanten bestimmt werden. Auch ist es möglich, an Stelle der Feder Gummibänder zwischen den gegeneinander verschieblichcn Teilen des Kraftmessers zu befestigen, so daß ein nichtlineares Kraftgeset/ demonstriert werden kann.

An Hand der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Einsatzmöglichkeiten gezeigt ist, wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Kraftmessers.

F i g. 2 eine Teildarstellung einer Verrichtung zum Befestigen einer Feder und einer Last,

F i g. i bis 7 schematisch verschiedene Beispiele für die Verwendung eines Kraftmessers im Unterricht.

Ein Kraftmesser gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung — siehe F i g. 1 und 2 — weist einen U-förinigen Bügel 2 aus hinreichend starrem Material auf. An den freien Enden des Bügels 2 ist ein Teller 1 befestigt, dessen mittlerer Teil gegenüber dem Rand etwas verlieft ist. Auf den -Schenkeln des U-förmigen Bügels 2 ist ein Quersteg 3 mit Hilfe von Hülsen \2 versehicblich angeordnet. Die Hülsen 12 sind an dem Quersteg 3 befestigt und führen die Verschiebungsbewegung des Quersteges 3 i.i Längsrichtung der Schenkel des Bügels 2. Die äußeren freien Enden de:·. Quersieges S sind als Griffe geformt. Der Quersteg 3 kann stattdessen oder zusätzlich mit Mitteln ausgestaltet sein, die eine Befestigung in einem Stativ od. dgl. ermöglichen.

Zwischen dem Quersteg 3 und dem Mitielabsehnitt des U-Bügels ist eine Zugfeder 4 auswechselbar angeordnet. Das eine Ende der Zugfeder greift an einem Doppelhaken 5 an, der fest mit dem Mittelteil des Bügels 2 verbunden ist. Das äußere freie Hakenende, siehe I⁷ i g. 2. dient zur Kopplung mit beliebigen Versuchselemcnicn. Die Zugfeder 4 kann leicht gegen Zudedern mit anderen Federkonstanten ausgetauscht werden. Auch ist es möglich, die Zugfeder durch ein übliches Gummiband zu ersetzen, das über den Quersteg 3 derart gelegt wird, daß es mit zwei Schlaulen in den inneren Teil des Doppelhakcns 5 eingehakt werden kann.

Zur Ablesung der Relativbewegung /wischen dem Quersteg 3 und dem Bügel 2 ist mindestens auf einem Bügelsehenkel eine Skala 6 in Form von mit gleichmaßigeir Abstand angebrachten Strichmarken angeordnet. Die jeweilige Belastung des Kraftmessers kann aul Grund der Verschiebung des Quersteges an den oberen oder unteren Kanten der Führungshülsen 12 abgelesen werden.

Die vorteilhafte und universelle Anwendung des Kraftmessers zur Demonstration und zur Messung im Unterrichtsbeirieb wird an einigen möglichen Beispielen nachfolgend kurz, erläutert.

F i g. 3 zeigt ilen Kraftmesser als Modell einer Federwaage zur Massebestimmung. Analog der bekannten Federwaage kann hier die zu bestimmende Masse auf den Teller 1 gelegt oder an den Haken 5 angehängt werden. Dazu wird der Kraftmesser mit der Hand am Quersteg 3 gehalten oder in ein festes Stativ eingespannt.

Fig. 4 veranschaulicht die Anwendung des Kraftmessers als Gerät zur Bestimmung ties Auftriebs schwimmender Körper. Gegenüber dem Beispiel nach F i g. 3 ist die Gcbrauchslage des Kraftmessers um 180 gedreht. Der Schüler drückt den Quersteg 3 soweit herunter, bis durch die Auslängung der Feder 4 am Bügel 2 eine Zugkraft angreift, die dem Auftrieb entspricht. Die Auslängung kann an der Skala abgelesen und mit Auslängungen verglichen werden, die sich durch bekannte Belastungen ergeben.

F" i g. 5 erläutert die Anwendung des Kraftmessers als Gerät zur Ermittlung spezifischer Reibungen und Kräfte in einer gegenüber dem Beispiel nach F 1 l^t. 3 um ¹W gedrehten Gebrauchslage.

Ein weiteres Beispiel /ur Bestimmung von Kräften veranschaulicht I- i g. b.

Bei der Verwendung nach F" i g. 7 wird der Kraftmesser benutzt, um die Größe der Impulsenergie zu demonstrieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ■; 1. Kraftmesser mil einer Feder, deren Enden an zwei parallel zur Auslangungsach.se der Keder gegeneinander verschieblich geführten Teilen angreifen, wobei der erste Teil in Verlängerung der Auslängungsaehse über beide Federenden hinaus mil jeweils einer Lastaufnahmevorrichuing verschen ist und eine Skala zum Ablesen der Längenänderung der Feder bei Belastung aufweist, während der zweite Teil mit einer Haltevorrichtung verschen ist. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil ein im wesentlichen U-förmiger Bügel (2) ist. daß eine der beiden Lastaufnahmevorrichtungen (5) an dem die Schenkel verbindenden lochteil des U-Bügels (2) angeordnet ist, daß die freien Schenkelenden des U-Bügels (2) durch die andere Lastaufnahmevorrichtung (I) fest verbunden sind, daß der zweite Teil ein Quersteg (3) mit zwei parallelen, auf den Schenkeln des U-Bügels (2) verschiebbar angeordneten Führungshülsen (12) ist. und daß die als Zugfeder (4) ausgebildete Feder /wischen dem Jochteil des U-Bügels (2) und dem Quersteg (3) angeordnet ist.
2. 2. Kraftmesser nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) leicht auswechselbar angeordnet ist.
3. 3. Kraftmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am lochteil des U-Bügcls (2) angeordnete Lastaufnahmevorrichtung ein S-förmiger Haken (5) ist. daß in dessen /wischen den Bügelschenkcln liegenden Abschnitt die Feder (4) eingehakt ist. und daß dessen freies Ende zur Lastaufnahme dient.
4. 4. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die die freien Schenkelenden verbindende Lastaul'nahmevorrichtung ein Teller (1) ist.
5. 5. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die freien F.nden des Quersteges (3) außerhalb der Führungshülsen (12) als Griff ausgebildet sind.

   b. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Schenkel des U-Bügcls (2) eine Sirichskala (6) ausgebildet ist, für welche die Hndkantcn der darauf verschiebbaren Führungshülse (12) den Ablesezeiger bilden.