DE2401360A1

DE2401360A1 - Elektromechanischer messumformer

Info

Publication number: DE2401360A1
Application number: DE2401360A
Authority: DE
Inventors: Rowland Hardy Bingham
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1974-07-25
Also published as: JPS5047668A; US3938379A; GB1429511A

Description

293-22.O13P(22.O14H) 11. 1. 1974

National Research Development Corporation, London (Großbrit.)

Elektromechanischer Meßumformer

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Meßumformer.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Meßumformer zur Erfassung von mechanischen Spannungen in Stäben, Stangen und dergleichen und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Ausgangssignals. Zwar wurde die Erfindung für eine Halo-Pelvis-Zugvorrichtung, also eine Zugvorrichtung zwischen einem Ring in Augenhöhe und einem in Beckenhöhe, entwickelt, jedoch kann die Erfindung auch dort angewendet werden, wo ein kompakter, vergleichsweise leichter und robuster Meßumformer zur Messung kleiner Schwankungen mechanischer Spannungen benötigt wird.

293-(JX 4097/04)-MeHd-r (9)

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Ein Halo-Pelvis-Zug ist eine neue Behandlungsart auf dem Gebiet der Orthopädie, bei der stark verformte Wirbelsäulen von Kindern durch die Anwendung geregelter Kräfte zwischen dem Beckengürtel und dem Schädel, insbesondere Schädeldach, mittels vier gleich beabstandeter Stahlstäben, korrigiert werden. Eine gute Genauigkeit bei der Herstellung der Vorrichtung oder der Überwachung der Kräfte konnte bisher nicht erreicht werden. Die Belastung in jeder Stange muß notwendigerweise gleichförmig sein und ist derart kritisch, daß übermäßiger Zug sich als verhängnisvoll und gar tödlich erweisen kann. Sobald die Belastung einwirkt, wird sie aufrechterhalten, bis im Laufe der Zeit die Wirbelsäule sich zu strecken beginnt und eine Abnahme der Gesamtkraft auftritt. Die Kennlinien dieser Abweichungen sind von höchstem Interesse für die Medizin, um die Widerstandsfähigkeit der Wirbelsäule festzustellen und natürlich auch als Anleitung zur späteren Nachstellung. Ein hohes Maß an Genauigkeit und Stabilität wird deshalb während einer beträchtlichen Zeitdauer benötigt.'

Es wurden schon Anstrengungen unternommen, die mechanischen Spannungen in den Stäben einer solchen Halo-Pelvis-Zugvorrichtung zu messen durch das direkte Aufkleben von Dehnungsmeßstreifen auf die Stäbe der Vorrichtung, jedoch hat sich dies als unzweckmäßig erwiesen wegen Mangels an dynamischer Elastizität, Verfälschung der Messung und Gefahr einer Körperverletzung des Patienten durch Metallsprünge .

Kraftmeßdosen zur Messung von mechanischen Spannungen sind für diese Anwendungen nicht brauchbar wegen ihres großen Gewichtes,

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ihrer Größe und der Tatsache, daß sie unempfindlich gegenüber kleinen mechanischen Spannungsänderungen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Meßumformer zu schaffen, der ein geringes Gewicht und eine große Empfindlichkeit gegenüber kleinen mechanischen Spannungsänderungen aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

ein im wesentlichen zylindrisches Hauptstück, das um eine zentrale Längsachse angeordnet ist und zwei Endteile sowie ein Biegeelement, das in einer zur zentralen Längsachse senkrechten Ebene angeordnet

ein Paar paralleler äußerer Flächen, die durch einen Kranz miteinander verbunden sind,

mit dem einen Endteil durch mindestens eine erste Stütze, die sich in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks erstreckt, und mit dem anderen Endteil durch mindestens eine zweite Stütze, die sich in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks erstreckt, verbunden ist, und

mindestens einen Dehnungsmesser, insbesondere Dehnungsmeßstreifen, enthält, der auf einer der parallelen Flächen des Biegeelements befestigt ist.

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Ein elektromechanischer Meßumformer gemäß der Erfindung kann mit geringstem Gewicht hergestellt werden und ist äußerst empfindlich gegenüber geringen Schwankungen der einwirkenden Belastung. Aus diesem Grund ist er besonders gut geeignet bei der Anwendung auf Halo-Pelvis-Zug gemäß der beschriebenen Art.

Es ist zweckmäßig, daß das Biegeelement mit dem einen Endteil . durch ein Paar sich diametral gegenüberliegender erster Stützen verbunden ist, die sich von der einen parallelen äußeren Fläche in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks erstrekken, und mit dem anderen Endteil durch ein Paar sich diametral gegenüberliegender zweiter Stützen verbunden ist, die sich von der anderen parallelen äußeren Fläche in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks erstrecken, wobei die zweiten Stützen orthogonal zu den ersten Stützen angeordnet sind, und

daß mindestens zwei Paare von Dehnungsmessern vorgesehen sind, wobei die ersten Dehnungsmesser jedes Paares auf der einen parallelen äußeren Fläche des Biegeelements und die zweiten Dehnungsmesser jedes Paares auf der anderen parallelen äußeren Fläche des Biegeelements gegenüber dem ersten Dehnungsmesser des Paares befestigt sind.

Vorteilhafterweise ist das Biegeelement als eine Anzahl von geführten freitragenden Gliedern ausgeführt.

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Mit dieser Ausbildungsform kann ein äußerst empfindliches Ansprechen erreicht werden.

Eines der Probleme bei der Verwendung einer Anordnung von Dehnungsmessern, beispielsweise zwei Paaren von Dehnungsmessern, die auf beispielsweise diametral sich gegenüberliegenden geführten freitragenden Gliedern befestigt sind und von der beschriebenen Art sind, ist ein bestimmtes Maß an Zusammenwirken zwischen Dreh- und Längsbelastung. Um dieses Problem zu überwinden, ist der erfindungsgemäße elektromechanische Meßumformer dadurch weitergebildet, daß das Biegeelement aus vier geführten freitragenden Gliedern besteht und mit acht Druckmessern versehen ist, die in vier Paaren angeordnet sind, wobei ein Paar auf jedem der geführten freitragenden Glieder und in korrespondi erender Anordnung zu jeder der anderen Paare befestigt ist.

Für größte Empfindlichkeit ist es besonders vorteilhaft, daß die Dehnungsmesser an einer Stelle mittig zwischen dem Befestigungsort und dem Biegeort jedes geführten freitragenden Gliedes befestigt sind.

Besonders vorteilhaft weist ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Meßumformer eine axiale Längsbohrung auf.

Es ist bei einem elektromechanischen Meßumformer der beschriebenen Art wünschenswert, ein Verbiegen des Meßumformers zu vermeiden oder zu verringern. Deshalb enthält die Erfindung in einer vorteilhaften "Weiter ge staltung einen Stab, der in der beschriebenen Längs-

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bohrung befestigt ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Stab in einer Kugellagerhülse gelagert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die beschriebene Längsbohrung an ihren Enden mit Gewinden versehen. Die Gewinde können Gewinde-Stäbe beispielsweise einer Halo-Pelvis-Zugvorrichtung aufnehmen; an deren Stelle oder zusätzlich können Gewinde-Zapfen in den Gewinden der Längsbohrung befestigt sein, um Beschädidigungen der elektrischen Verdrahtung im Inneren der Vorrichtung durch zu weites Einschreiben der Gewinde-Stäbe zu verhindern oder um Beschädigungen der Verdrahtung im Inneren durch Fremdkörper zu verhindern, die durch die Längsbohrung gestoßen werden.

Eine weitere wichtige, besondere Ausgestaltung weist eine Endkappe auf. Durch die Endkappe kann zusätzlich dazu die Kugellagerhülse gesichert werden.

Um das Anschließen und das Trennen eines äußeren Steckers zu ermöglichen, zur Verbindung mit beispielsweise einer Meßvorrichtung, kann das Hauptstück eine Gewinde-Öffnung aufweisen, in der ein Sockel, der an seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen ist, angebracht sein kann.

In einer weiteren wichtigen, besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Meßumformer einen Mantel auf, der zumindest das Biegeelement umschließt. Der Mantel kann eine Öffnung aufweisen, die mit der Gewinde-Öffnung für den Sockel im Hauptstück in Deckung

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ist. Dieser Mantel kann zusätzlich mit einem Schlitz versehen sein, die eine Schraubvorrichtung in dem Hauptstück aufnimmt, wodurch eine Drehbewegung des Mantels gegenüber dem Hauptstück möglich ist, um die besagte Gewinde-Öffnung zu verschließen oder offenzulegen.

Vorzugsweise ist zumindest das Hauptstück aus Monelmetall, einer Legierung mit 70 % Ni, 28 % Cu, 2 % Fe.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Meßumformers,

Fig. 2 eine Ansicht des Hauptstücks des Meßumformers nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III—III der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 einen Schnitt entlang der linie V-V der Fig. 2, Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 2,

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Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig, 3,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Endkappe des Meßumformers nach Fig. 1,

Fig. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht des Mantels des Meßumformers nach Fig. 1,

Fig. 10 eine Brückenschaltung von Dehnungsmessern bei Verwendung von vier Dehnungsmessern an dem Biegeelement,

Fig. 11 eine Brückenschaltung von Dehnungsmessern bei Verwendung von acht Dehnungsmessern an dem Biegeelement,

Fig. 12 eine verbesserte Brückenschaltung bei Verwendung von acht Dehnungsmessern an dem Biegeelement, und

Fig. 13 eine Halo-Pelvis-Zugvorrichtung, bei der die Erfindung verwendet ist.

In den Fig. 1 bis 9 umfaßt ein elektromechanischer Meßumformer ein Hauptstück 10, das um eine zentrale Längsachse angeordnet ist und zwei Endteile 30 und 31 und ein Biegeelement 34 aufweist, das zwei parallele ebene äußere Flächen 34A, 34B (Fig. 5 und 6) aufweist, die durch einen Kranz 34C (Fig. 3) voneinander getrennt sind, und das eine zentrale Öffnung 33 besitzt. Das Biegeelement 34 ist zwi-

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sehen den beiden Endteilen 30, 31 in einer Ebene senkrecht zur zentralen Längsachse angeordnet. Das Biegeelement 34 ist mit dem Endteil 30 des Hauptstücks 10 durch ein Paar sich diametral gegenüberliegenden Stützen 32 verbunden, die in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks 10 von der Fläche 34A wegragen. In gleicher Weise ist das Biegeelement 34 mit dem anderen Endteil 31 des Hauptstücks 10 durch sich diametral gegenüberliegende Stützen 36 verbunden, die in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks von der Fläche 34B wegragen. Die Stützen 32 und 36 sind auf zueinander orthogonalen Durchmessern des Biegeelements 34 und benachbart zum Kranz 34C angeordnet. Eine zentrale, im wesentlichen quadratische öffnung 33 ist in dem Biegeelement 34 vorgesehen (Fig. 5 und 6), und der Kranz 34C des Biegeelements 34 erstreckt sich parallel zu den Rändern der Öffnung 33 zwischen den Stützen 32 und 36, weshalb dann das Biegeelement 34 die Form von vier geführten freitragenden Gliedern 34D zwischen den Stützen 32 und 36 besitzt. Dehnungsmesser sind paarweise auf jeder Fläche des Biegeelementes angeordnet, und zwar oberhalb und unterhalb von entweder zwei oder vier sich gegenüberliegenden freitragenden Gliedern an einer Stelle mittig zwischen dem Befestigungsort und dem Biegeort, d.h. daß die Zugerfassungslage für rechnerische Zwekke 1/4 ist. Vier Dehnungsmesser 38A, 38C, 4OA, 4OC können in zwei Paaren oder acht Dehnungsmesser 38 A - D, 40 A - D in vier Paaren verwendet werden. Elektrische Leitungen von den Dehnungsmessern 40 A - D sind durch Bohrungen 35 in dem Biegeelement 34 geführt.

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Weitere Einzelheiten des Hauptstücks 10 können am besten anhand der Fig. 2 bis 7 erläutert werden. Das eine Endteil 30 weist einen konischen Ansatz 14 an seinem äußersten Ende auf. Der Ansatz 14 ist mit sich gegenüberliegenden Einschnitten 22 versehen, an die ein Schraubenschlüssel cxier ein anderes ähnlich wirkendes Werkzeug angesetzt werden kann. Eine axiale Längsbohrung 11 erstreckt sich durch das Hauptstück 10. Die Wandung dieser Bohrung 11 weist ein Gewinde 23 im Bereich des Ansatzes 14 auf. Der Umfang des Endteils 30 besitzt eine kreisförmige Nut 26, in die ein O-Ring 28 (Fig. l) einlegbar ist. Zwei gegenüberliegende radiale öffnungen 16 und 20 sind in dem Hauptstück 10 vorgesehen. Die kleinere öffnung 16 weist ein Innengewinde auf. Parallel zur Gewinde-Öffnung 16 ist eine weitere Bohrung 29 von kleinerem Durchmesser und mit Gewinde versehen angeordnet, die sich durch das Hauptstück 10 von der Außenfläche zu der axialen Längsbohrung 11 erstreckt. Das andere Endstück 31 des Hauptstücks 10 hat an seinem äußersten Ende 13 ein Außengewinde 12. Im Inneren dieses Endstücks 31 ist die axiale Längsbohrung 11 abgestuft und weist einen Abschnitt 25 mit vergrößertem Durchmesser auf, in dem eine Kugellagerhülse 58 (Fig. l) .gefangen ist.

Wie aus der Fig. 1 ersehen werden kann, ist das Außengewinde in dem Innengewinde 46 einer Endkappe 42 befestigbar. Die Endkappe 42 weist eine mit einer Senkung versehene Öffnung 52 auf, durch die eine Schraube 72 einführbar ist, die in eine Gewinde-Bohrung 15 im Hauptstück 10 eingreift, um die JEndkappe 42 in ihrer Stellung zu halten. Die Endkappe 42 hat eine zentrale durchgehende Bohrung 44, wobei die Bohrung 44 in Stufen 56 und 54 zu größerem Durchmesser an-

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wächst. Die Endkappe 44 hat einen konischen Ansatz 48, dessen Oberfläche Einschnitte 49 aufweist, um ein en Schraubenschlüssel oder ein anderes ähnlich wirkendes Werkzeug aufzunehmen. Innerhalb des Ansatzes 48 weist die Bohrung 44 ein Gewinde 50 auf. Einzelheiten der Endkappe 42 gibt am besten die Fig. 8 wieder.

Die Kugellagerhülse 58 ist innerhalb des Abschnittes 25 mit größerem Durchmesser der Längsbohrung 11 befestigt, sowohl durch eine kreisförmige Klammer 60 mit Ansätzen, die zwischen dem ätßersten Ende 13 des Hauptstücks 10 und der Stufe 54 eingeklemmt sind, als auch durch Eingriff der Stufe 56. Durch einen Teil der Längsbohrung 11 und der zentralen Öffnung 33 des Biegeelements erstreckt sich ein Stab 62, der innerhalb der Längsbohrung 11 eng eingepaßt ist, um seitliche Bewegungen des Meßumformers einzuschränken.

Eine äußere elektrische Verbindung mit dem Meßumformer kann durch einen Mehrfachstecker hergestellt werden, der mit einem Sockel 18 mit vielen Stiften in Verbindung steht, der wiederum an seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen ist, um in der Gewinde-Öffnung 16 des Hauptstücks 10 befestigt werden zu können. Die Öffnung 20 mit großem Durchmesser ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, dazu vorgesehen, eine Zugangsmöglichkeit zur Rückseite des Sockels 18 zu schaffen. Von dem Sockel 18 führen innere elektrische Leitungen, also eine elektrische Verdrahtung, durch die Bohrung 41 parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks 10 zu einem Mehrfachr-Klemmenstreifen 37 (Fig. 4), der in einer Vertiefung des Endteils 30 des Hauptstücks 10 befestigt ist.

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Von dem Klemmenstreifen 37 sind einzelne Anschlüsse zu den Dehnungsmessern 38 A - D, 40 A - D hergestellt, wobei die Anschlüsse durch Bohrungen 35 in dem Biegeelement 34 geführt sind, wenn dies zweckmäßig ist. Um die elektrischen Leitungen und die Dehnungsmesser zumindest teilweise zu schützen, sind ihre hervorragenden Teile von einer Polstermasse bedeckt.

Ein Mantel 64, mit einer schwer beweglichen Gleitpassung auf dem O-Ring 28 ist dazu vorgesehen, die Dehnungsmesser und die innere Verdrahtung in dem Hauptstück 10 zu schützen. Der Mantel 64 ist im einzelnen in Fig. 9 dargestellt. Er weist eine Öffnung 66, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Gewinde-Öffnung 16 im Hauptstück 10 besitzt, und einen Schlitz 68 auf, der sich entlang eines Teils des Umfangs des Mantels 64 erstreckt. Eine Rändelung 70 ist vorgesehen, um das Drehen des Mantels 64 zu erleichtern.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine Schraube 64 durch den Schlitz 68 führt und in der mit Gewinde-Bohrung 29 des Hauptstücks 10 befestigt ist. Das ermöglicht, daß der Mantel 64 gegenüber dem Hauptstück 10 gedreht werden kann und so die Gewinde-Öffnung 16 aufdeckt, wodurch das Einführen eines Steckers zum Sockel 18 ermöglicht wird, um Spannungsmessungen vorzunehmen. Wenn der Stecker entfernt wird, wird die Abdeckung 64 wieder gedreht und die Gewinde-Öffnung 16 verdeckt.

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Ein weiterer Schutz des Meßumformers wird durch die Gewinde-Zapfen 76 und 80 erreicht, die in den Gewinden 24 bzw. 44 befestigt sind (Fig. 1). Diese Gewinde-Zapfen 76, 80 sind mit Schlitzen 78 bzw. 82 versehen, zur Aufnahme eines Schraubenziehers oder eines ähnlichen Werkzeuges, damit ihre Lage verstellt werden kann. Diese Gewinde-Zapfen 76, 80 verhindern, daß Fremdkörper in das Innere des Meßumformers eindringen können und insbesondere das Eindringen der Stäbe 86 und 90, deren mechanische Spannung der Meßumformer mißt. Zusätzlich dient der Gewinde-Zapfen 80 auch dazu, das Ausmaß der Bewegung, die durch den inneren Stab 62 zugelassen wird, in kleinem Maße zu verstellen.

Die Stäbe 86 und 90, beispielsweise Stäbe einer Halo-Pelvis-Zugvorrichtung, weisen Endgewinde auf, um in den Gewinden 24 und 44 befestigt werden zu können. Feststellmuttern 88 und 92 sind vorgesehen, um die Stäbe in ihrer Lage zu halten.

Die Stäbe 86 und 90 und die Feststellmuttern 88 und 92 stellen an sich keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar.

In Fig. 10 ist ein System mit vier Dehnungsmessern dargestellt; Die Dehnungsmesser sind als zwei gegenüberliegende Paare 38A, 4OA und 38C, 4OC angeordnet, der eine jedes Paares (38A, 38C) auf der äußeren Fläche 34A des Biegeelements 34 (gemäß Fig. 5), der andere jedes Paares (4OA, 40C) auf der äußeren Fläche 34B des Biegeelements 34 (gemäß Fig. 6). Die Dehnungsmesser 38A und 38C sind in

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gegenüberliegenden Zweigen der Brücke angeordnet, ebenso wie die Dehnungsmesser 4OA. und 4OC. Eine elektrische Spannung ist zwischen den Anschlüssen 94A und 94B angelegt und die Brückenverstimmung , die abhängig von der angelegten mechanischen Belastung entlarg der L ngsachse des Meßumformers ist, wird zwischen den Anschlüssen 96A und 96B der Brücke genessen.

Eines der Probleme bei einem System mit vier Dehnungsmessern ist, daß geringe Fehler bei der Messung der Zugbelastung entstehen können, da ein geringes Verbiegen des Meßumformers auftreten kann. Dies wird weitestgehend durch den Stab 62 beseitigt; um jedoch absolut sicher zu sein, jeden dadurch entstehenden Fehler zu vermeiden, wird ein Netzwerk mit acht Dehnungsmessern verwendet (Fig. 11). Die Anordnung der Dehnungsmesser 38 A — D, 40 A - D auf den äußeren Flächen 34A, 34B des Biegeelements 34 kann den Fig. 5 und 6 entnommen werden. Die Schaltung, die in der Fig. 11 dargestellt ist, erfordert, daß die Dehnungsmesser in abgestimmten Paaren vorhanden sind; um diese Forderung zu überwinden, kann ein Potentiometer 98 (Fig. 12) angeschlossen werden, um die Brücke auf Null abzugleichen, bevor die mechanische Belastung angelegt wird.

Fig. 13 stellt die Anwendung der Erfindung auf eine Halo-Pelvis- · Zugvorrichtung dar. Die Vorrichtung enthält ein Stabwerk, das vier untere Stäbe 102 und vier entsprechende obere, gebogene Stäbe 106 enthält. Jeder der unteren Stäbe 102 ist mit den oberen Stäben 106 durch erfindungsgemäße Meßumformer 100 verbunden. Feststellmuttern 104 und 108 sind dargestellt, die die Stäbe 106, 102 in ihrer

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Stellung gegenüber den Meßumformern 100 halten. Die oberenStäbe 106 sind durch Bolzen 112 mit einem Schädelring 110 verbunden. Justierschrauben 114 sind an dem Schädelring 110 vorgesehen, um diesen fest mit dem Schädel, insbesondere dem Schädeldach eines Patienten, zu verbinden. Die unteren Stäbe 102 sind mit Endgewinden versehen und mit einem Hüftring 116 mittels Justierbolzen 120 verschraubt. Ein Paar Hüftstangen 122 sind vorgesehen, die mit den Hüften verbunden sind und mit dem Hüftring 116 durch Bolzen 124 verschraubt sind.

Beim Betrieb wird der Mantel (64 in Fig. l) und der Meßumformer 100 gedieht, um den Sockel (18 in Fig. l) freizulegen. In den Sockel wird ein Stecker eingeführt, um die Dehnungsmesser an dem Biegeelement mit einem Meßinstrument, beispielsweise einem Galvanometer, zu verbinden. Die Justierbolzen 120 werden dann gegen den Hüftring 116 verstellt, bis die erforderliche Belastung auf dem Meßinstrument angezeigt wird. Der Stecker wird von dem Sockel entfernt und der Mantel verdreht, um den Sockel zu verdecken; die Schraube 74 (Fig. l) wird angezogen, um zufällige Bewegungen des Mantels 64 (Fig. l) zu verhindern. Die mechanische Belastung in allen Stäben wird in gleicher Weise eingestellt. Nachdem die Belastung ■angelegt ist, kann sich der Patient frei bewegen bis eine erneute Verstellung der Belastung notwendig ist, die in gleicher Weise durchgeführt wird.

Selbstverständlich ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Meßumformers auf eine Halo-Pelvis-Zugvorrichtung, wie sie anhand der

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Fig. 13 erläutert wurde, lediglich als Beispiel für eine der Hauptanwendungen der Erfindung zu verstehen. Die Erfindung kann Anwendung

in allen Fällen finden, bei denen verhältnismäßig leichte und sehr empfindliche elektromechanische Meßumformer benötigt werden.

Im beschriebenen Anwendungsfall waren die Teile des Meßumformers aus spannungsfreiem Monelmetall hergestellt. Diese Legierung weist eine gute Empfindlichkeit auf, ist leicht einzustellen und besitzt Abmessung für Abmessung eine größere dynamische Elastizität in den unerwünschten Ebenen einer Membran oder eines einseitig eingespannten Trägers. Das Gewicht des Umformers kann dadurch herabgesetzt werden, daß der Mantel und die Endkappe aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sind.

Die Dehnungsmesser sind zweckmäßigerweise lineare Dehnungsmeßstreifen mit Nennwiderstand 120 Ohm, die gegenüber Scheinspannungen kompensiert sind, und weisen keinen Temperaturgang in einem weiten Umgebungstemperaturbereich auf.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektromechanischer Meßumformer, gekennzeichnet durch

ein im wesentlichen zylindrisches Hauptstück (1O), das um eine zentrale Längsachse angeordnet ist und zwei Endteile (30, 31) sowie ein Biegeelement (34) hat, das in einer zur zentralen Längsachse senkrechten Ebene angeordnet ist,

ein Paar paralleler äußerer Flächen (34A, 34B), die durch einen Kranz (34C) miteinander verbunden sind, aufweist,

mit dem einen Endteil (30) durch mindestens eine erste Stütze (32), die sich in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks (10) erstreckt, und mit dem anderen Endteil (31) durch mindestens eine zweite Stütze (36), die sich in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks (l0) erstreckt, verbunden ist, und

mindestens einen Dehnungsmesser, insbesondere Dehnungsmeßstreifen, enthält, der auf einer der parallelen Flächen (34A, 34B) des Biegeelements (34) befestigt ist.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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das Biegeelement (34) mit dem einen Endteil (30) durch ein Paar sich diametral gegenüberliegender erster Stützen (32) verbunden ist, die sich von der einen parallelen äußeren Fläche (34A ) in einer Richtung parallel zur zentralen Längsachse des Hauptstücks (10) erstrekken, und mit dem anderen Endteil (31) durch ein Paar sich diametral gegenüberliegender zweiter Stützen (36) verbunden ist, die sich von der anderen parallelen äußeren Fläche (34B) in einer Richtung parallen zur zentralen Längsachse des Hauptstücks (1O) erstrecken, wobei die zweiten Stützen (36) orthogonal zu den ersten Stützen (32) angeordnet sind, und

daß mindestens zwei Paare von Dehnungsmessern (38A, 4OA; 38C, 40C) vorgesehen sind, wobei die ersten Dehnungsmesser (38A, 38C) jedes Paares auf der einen parallelen äußeren Fläche (34A) des Biegeelements (34) und die zweiten Dehnungsmesser (4OA, 40C) jedes Paares auf der anderen parallelen äußeren Fläche (34B) des Biegeelements (34) gegenüber dem ersten Dehnungsmesser (38A, 38C) des Paares befestigt sind.

3. Meßumformer nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement (34) als eine Anzahl von geführten freitragenden Gliedern (34D) ausgeführt ist.

4. Meßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement (34) aus vier geführten freitragenden Gliedern (34D) besteht.

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5. Meßumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Paare von Dehnungsmessern (38A, 4OA; 38B, 4OB; 38C, 4OC; 38D, 40D) als gegenüberliegende Paare angeordnet und befestigt sind, und zwar die einen Dehnungsmesser jedes Paares auf der einen parallelen äußeren Fläche (34A) des Biegeelements (34), die anderen Dehnungsmesser jedes Paares auf der anderen parallelen äußeren Fläche (34B) des Biegeelements (34) und jeweils ein Paar auf einer der geführten freitragenden Glieder (34D).

6. Meßumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmesser (38 A - D, 40 A - D) an einer Stelle mittig zwischen dem Befestigungsort und dem Biegeort jedes- geführten freitragenden Glieder (34D) befestigt sind.

7. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine axiale Längsbohrung (11).

8. Meßumformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab (62) in der Längsbohrung (ll) befestigt ist.

9. Meßumformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem erweiterten Abschnitt (25)* der Längsbohrung (ll) eine Kmpllagerhülse (58) angeordnet und der Stab (62) in der Kpgellagerhülse (58) gelagert ist.

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10. Meßumformer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (ll) an jedem Ende Gewinde (24, 44) aufweist.

11. Meßumformer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gewinde-Zapfen (76, 80) mit den Gevänden (24, 44) der Längsbohrung (ll) verschraubt sind.

12. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Endkappe (42).

13. Meßumformer nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Endkappe (42) die Kugellagerhülse (58) gesichert ist.

14. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptstück (l0) eine Gewinde-Öffnung (16) zur Aufnahme eines Sockels (18) hat, an dem elektrische Anschlüsse (84) zu den Dehnungsmessern (38 A -D, 4OA -D) angebracht sind.

15. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Mantel (64).

16. Meßumformer nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Mantel (64) eine Öffnung (66) besitzt.

17. Meßumformer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (64) einen Schlitz (68) aufweist, mittels dem in Eingriff mit einer Schraube (74) im Hauptstück (1O) der Mantel (64) gegenüber dem Hauptstück (1O) drehbar ist, um die Öffnung (66) in Deckung mit der Gewinde-Öffnung (16) zu bringen.

18. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Hauptstück (1O) aus Monelmetall besteht.

19. Meßumformer nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Gewinde-Stäbe (86, 90) einer Halo-Pelvis-Zugvorrichtung mit den Gewinden (24, 44) der Längsbohrung (ll) verschraubt sind.

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