DE2448749A1 - Vorrichtung zum befestigen einer schwingenden saite an einem teil eines messapparates - Google Patents

Vorrichtung zum befestigen einer schwingenden saite an einem teil eines messapparates

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DE2448749A1
DE2448749A1 DE19742448749 DE2448749A DE2448749A1 DE 2448749 A1 DE2448749 A1 DE 2448749A1 DE 19742448749 DE19742448749 DE 19742448749 DE 2448749 A DE2448749 A DE 2448749A DE 2448749 A1 DE2448749 A1 DE 2448749A1
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Armin Wirth
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Wirth Gallo and Co
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    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/16Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
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    • G01L1/106Constructional details
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Description

  • Vorrichtung zum Befestigen einer schwingenden Saite an einem Teil eines Messapparates Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Befestigen einer schwingenden Saite an einem Teil eines Messapparates, z.B. einer Waage eines Dynamometers oder eines Dehnungsinesers mittels mindestens eines BesBeschwerungskörpers und mindestens eines Zugorganes 5 das in zwei orthogonalen Richtungen quer zur Saitenachse biegeweich ausgeführt ist.
  • Nessapparate bei welchen schwingende Saiten als Frequenzgeber verwendet werden, sind bekannt. So ist zum Beispiel im Schweizer Patent 447 653 ein Massen- und Kraftmesser beschrieben, bei welchem die Saiten mittels-pilzförmiger Befestigungsvorrichtungen mit runden Stielen am Gestell des Messers angebracht sind. Die Schwingungen einer solchen Saite sind nicht nur von ihrer Masse, Länge und Spannkraft bestimmt, sondern auch von der Art ihrer Verbindung mit dem Gestell, da Saite und Gestell schwingungstechnisch gekoppelt sind. Die schwingungstechnische Isolierung mit dem Gestell ist infolge der pilzförmigen Ausbildung der Befestigungsvorrichtung in den möglichen sechs Freiheitsgraden verschieden und in der Richtung der Achsen der Stiele besonders schwach. Deshalb ist auch die Energieabsorption richtungsunabhängig und starken Schwankungen unterworfen, je nachdem welche unbeabsichtigt mitschwingenden Teile des ganzen Gerätes je Frequenz zum schwingenden System gehören. Die mitschwingenden Teile beeinflussen nicht nur die Amplitude der Saite, sondern auch, in für genaue Messungen unzulässigem Masse, deren Frequenz.
  • Bei dieser Sachlage ist es erwünscht, über eine Befestigungsvorrichtung für die schwingende Saite zu verfügen, die die Energieabgabe der Saite an das Gestell eines Messapparates im Bereiche der Nutzfrequenzen auf einen genügend kleinen Wert zu bringen vermag oder mit anderen Worten, diese Befestigungsvorrichtung für alle Freiheitsgrade als Tiefpassfilter zu gestalten. Dieser Tiefpassfilter soll auch in umgekerhter Richtung wirken: etwaige im Messapparat oder in der Umgebung vorhandene, im Bereich der Saitenfrequenz liegenden Störschwingungen sollen die Saitenfrequenz nicht stören. Eine solche Vorrichtung ist z.B. aus dem Schweizer Patent 533 299 bekannt, bei welcher Halteglieder vorgesehen sind, die in Saitenlängsrichtung als B-iege-, vorzugsweise als Kreuzbiegegelenke gestaltet sind, so dass sie die Saite an beiden Enden in wenigstens einer durch die Saitenachse gehenden Ebene von den anschliessenden Teilen des Gerätes entkoppeln. In Längsrichtung bleibt jedoch die Saite hartelastisch gekoppelt.
  • Solche Vorrichtungen weisen jedoch in der Praxis zahlreiche Nachteile auf. Sie verlangen eine sehr genaue Bearbeitung und somit hohe Fertigungskosten. Ferner ist die Saite, da sie in Längsrichtung hartelastisch ist, parametrischen Kopplungen, d.h. Kopplungen über die 2.Harmonische ausgesetzt.
  • Solche Kopplungen sind wohl schwächer als in Richtungen quer zur Längsrichtung, sie können jedoch nicht vernachlässigt werden, da über sie eine.unerwünsch-t-e Energieübertragung stattfiri-den könflte. Bei den bekannten Vorrichtungen könnte eine solche Kopplung nur dadurch vermieden werden, dass Saite und Halteglieder sehr lang ausgeführt wären. Dies ist bautechnisch misten-s unmöglich.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine Vorrichtung zum Befestigen einer Saite an einem Teil eines Messinstrumentes zu schaffen, die in bekannter Weise wohl in- zweizur Saitenachse orthogonalen Richtungen, aber-noch zusätzlich in Richtung der Saitenachse weichelastisch wirkt und die somitdie erwünschte Tiefpassfilterwirkung in drei zueinander orthogonalen Richtungen aufweist, ohne jedoch die Nachteileder bekannten Vorrichtungen aufzuweisen.
  • Die erfindu,flgsgemäs:se Lö-sung dieser Aufgabe besteht darin, dass die höchste Schwingungsf;requenz des aus der Saite, dem Zugorgan und dem Be,scwerungskörper gebildeten Schwingungssystems sowolle in Richtung der Saitenachse als auch allen Richtungen quer dazu tiefer liegt, als die tiefste Nutzfrequenz der Saite. Gemäss einer besonderen Ausführung der Erfindung können Saite und Zugorgan aus einem einzigen, z.B. durch Stanzen, Aetzen oder elektrolytisches Abtragen hergestellten Stück bestehen.
  • Dadurch wird- eine sehr genaue Bearbeitung beider Teile und somit hohe Fertigungskosten vermieden.
  • In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch- dargestellt.
  • Es ze-igen; -Fig. 1 einen Schweremesser mit eingebauter Saite, Fig. 2 und 3 eine Seiten- und eine Vorderansicht mit teilweisem Schnitt der Ausführung nach Fig. 1 im Schweremesser eingebaut, Fig. 4 eine Ausführung de-r Saite und des Zugorgans aus einem Stück, Fig. 5 und 6 eine Aus führungsvariante, und Fig. 7-9 Ausführungsvarianten des Zugorgans.
  • In Fig. 1 ist ein Schweremesser schematisch dargestellt. Er besteht aus einem Gestell 1, an welchem eine Saite 2 mittels eines Zugorgans 3 angebracht ist. Zwischen der Saite 2 und dem Zugorgan 3 ist ein Beschwerungskörper 4 vorgesehen. Am unteren Ende der Saite 2 ist ein Körper 5 befestigt, dessen Masse wesentlich grosser, z.B. 20 Mal, als die Masse des Beschwerungskörpers 4 ist. Ein Erreger- und Abnehmerkopf 6 ist mit einem elektronischen Auswertegerät 7 verbunden. Bei bekannter Masse des Beschwerungskörpers 4, des Körpers 5 und bei bekannten Saiteneigenschaften, ist die Querschwingungsfrequenz der Saite 2 von der Schwerekraft bzw. vom Breitengrad und Meereshöhe abhängig. Diese Frequenz wird im Auswertegerät verarbeitet und die gewünschte Messung digital in der digitalen Anzeigevorrichtung 8 angezeigt. An einem gegebenen Ort der Erde hingegen können aus der Frequenz der Saite 2 Schlüsse auf die Grösse der Nasse des Körpers 5 bzw. deren Veränderung gezogen werden, d.h. die Anordnung ist dies falles ein geeichtes Massen-Messinstrument und kann in diesem Sinne auch als Waage für die unbekannte Masse 5 benützt werden.
  • Würden Saite 2 und Zugorgan 3 einen gleichen Querschnitt und eine gleiche Länge aufweisen, so wären - da das Gewicht des Körpers 5 in praktisch gleicher Weise auf die Saite 2 und das Zugorgan 3 wirkt, gleiches Material vorausgesetzt - die Querschwingungsfrequenzen des Zugorgans 3 und die der Messaite 2 praktisch gleich, also störend. Deshalb wird beispielsweise die Länge und/oder der Querschnitt des Zugorgans 3 leicht verändert, damit die Querschwingungen des Zugorgans 3 genügend ausserhalb der Frequenz der Saite 2 liegt. Nimmt nun das Gewicht des Körpers 5 zu, so erhöhen sich die Querschwingfre quenzen der Saite 2 und des Zugorgans 3 relativ zueinander gleich, so dass sich die Resonanzfrequenz des Zugorgans 3 immer mit dem gleichen Frequenzabstand ausserhalb des Nutzfrequenzbandes de-r Saite 2 befindet. Das System Saite 2 - Zugorgan 3 ist also immer in gleichem Masse verstimmt. Bei den vorstehenden Ausführungen wird angenommen, dass die Saite 2 auf ihrer Grundfrequenz, also auf ihrer ersten Ordnung schwingt. Eine höhere Ordnung, z.B. 2. oder 3. Ordnung, ist oft im Gebrauch. In diesem Falle kann das Zugorgan 3 entsprechend gpkUrzt-werden, wiederum bleiben Saite 2 und Zugorgan 3 über den ganzen Nutzbereich verstimmt.
  • Der Béschwerungskörper 4 kann auch Schwingungen in der Längsrichtung ausführen. Es wird vereinfachend vorausgesetzt, dass die Masse des Körpers 5 gegenüber der Masse des Beschwerungskörpers 4 so gross ist, dass im Nutzfrequenzband der Saite 2 der Punkt 9 als fest betrachtet werden kann. Die Längselestizität der Saite 2 und des Zugorgans 3, die am Beschwerungskörper 4- zusammengekoppelt sind, bestimmt die Frequenz des Beschwerungskörpers 4 in Längsrichtung. Die Frequenz dieser Schwingung ist vom Gewicht des Körpers 5 praktisch unabhängig.
  • Es wird deshalb die Masse des Beschwerungskörpers 4 so gross gewählt, dass die Frequenz dieser Schwingung genügend unterhalh der -ciefsten Nutzfrequenz der Messaite 1 liegt.
  • Das ganze Schwingungssystem, bestehend aus dem Beschwerungskörper 4, Saite 2 und Zugorgan 3, zeichnet sich dadurch aus, dass seine Resonanzfrequenz in Längsrichtung genügend unterhalb der tiefsten Nutzfrequenz, und dass seine Resonanzfrequenz in den zwei zur Längsrichtung orthogonalen Richtungen erheblich tiefer als die Resonanzfrequenz in Längsrichtung liegt. Die Resonanzfrequenz für Drehung des Beschwerungskörpers um die Saitenachse liegt jedenfalls für eine Entkopplung tief genug. Die Resonanzfrequenz um die Querachse kann z.B.
  • durch Verlegung eines Teiles der Masse nach aussen ebenfalls tief genug gelegt werden.
  • In Fig. 2, 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel schematisch dargesteilt. Die Saite 2 und das Zugorgan 3 bestehen je aus einem Stück, das beispielsweise durch einfaches Stanzen, Aetzen oder elektrolytisches Abtragen hergestellt werden kann. Die Saite 2 und das Zugorgan 3 weisen je zwei Ringe 10, -10aund 11, lla auf. Der Ring 11 ist mittels einer Scheibe 12 und einer-Schraube 13 am Gestell 1 befestigt. In der Bohrung der Ringe lOa, lla steckt der erste Teil 14 des Beschwerungskörpers 4 somit dem Zapfen 15. Ueber diesen ist der zweite Teil, ein Hohlzylinderstück 16, geschoben und durch Vernieten des Zapfens 15 befestigt. Die Masse des Teils 14, des Zapfens 15, des Hohlzylinderstücks 16 und der Ringe 10a, lla hilden zusammen somit die gesamte Masse des fleschwerungskörpers 4. Dieser könnte statt vernietet auch auf andere Weise, z.B. durch Verschrauben, mit den Ringen 10a, lla fest verbunden werden. Ferner ist ein am Gestell 1 angebrachter Schutzring 17 vorgesehen, der gegen Schäden während Transport des Gerätes schützt. Der Körper 5 ist mittels einer Scheibe 18 und einer Schraube 19 an dem unteren Ring 10 der Saite 2 befestigt.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung gemäss welcher die Saite 2, ihr unterer Ring 10, das Zugorgan 3 und seine Ringe 11, lla aus einem Stück bestehen.
  • In der Ausführung nach Fig. 5, 6 besteht der Beschwerungskörper aus zwei prismatischen Teilen 20, 21, die mittels Schrauben 22 verbunden sind.
  • In den vorstehenden Ausflihrungsbcispielen (Fig. 4-6) bestehen die Saite 2 und das Zugorgan 3 aus einem einzigen Stück. Diese beiden Elemente können gemäss Fig. 2r3 einzeln ausgeführt und am Beschwerungskörper befestigt werden. Fig. 7-8 zeigen besondere Ausführungen des Zugorgans. Das Zugorgan 3 geroiss Fig. 7 kann einen runden oder rechteckSgen Querschnitt haben und ist, mindestens im mittleren Teil schrauben- oder wellenförmig. Die Endstücke können, soweit gerade, einen kleineren Querschnitt haben. Die Erhöhung der Längcelastizität erfolgt durch Streckung der Wellen.
  • Das Zugorgan 3 nach Fig. 8 weist einen bandförmigen Mittelteil auf, der zur Erhöhung der Längselastizität ebenfalls wellenförmig -ausgebildet ist. -Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 weist das Zugorgan 3 einen mittleren Ring 18 auf. Die Erhöhung der Längselastizität erfolgt durch Streckung dieses ringförmigen Teiles.
  • In allen Ausführungsbeispielen sind die verschiedenen Organe so gewählt, (mit Bezug auf ihre Länge, Querschnitt, Masse und Weichheit) dass die höchste Schwingungsfrequenz des aus der Saite 2, dem Zugorgan 3 und dem Beschwerungskörpers 4 bestehenden Schwingungssystems tiefer liegt, als die tiefste Nutzfrequenz der Saite 2. Die praktische Verwirklichung dieser Anleitung bietet für den Fachmann keine grosse Schwierigkeit.
  • Die Zugorgane müssen natürlich mindestens auf einen Teil ihrer Länge, zweckmässig an ihren Enden, in beiden Querrichtungen genügend biegeweich sein, dass sie im wesentlichen nur Zugkräfte übertragen, deren Wirkungsgerade - an der Länge des Zugorgans gemessen - annähernd mit der Verbindungsgeraden der zwei Anschlussstellen des Zugorgans übereinstimmen. Die se Zugorgane sollen ferner so gewählt werden, dass sie mit Bezug auf den Betriebsbereich der Saite verstimmt sind. Mit anderen Worten, sollen sie stets mit einer Frequenz schwingen, die von derjenigen der Saite verschieden ist.
  • Die beschriebene Befes tigungs vorrichtung kann natürlich für Messgeräte verschiedenster Art verwendet werden. Die Saite kann dabei z.B. beiderends an einem Zugorgan befestigt werden.
  • In diesem Falle wird an jedem Ende der Saite je ein Beschwerungskdrper vorgesehen.

Claims (7)

?ATENTARS'PRUE CHE
1.) Yorrichtung zum Befestigen einer schwingenden Saite an einem Teil eines Nessapparates mittels mindestens eines Beschwerungskörpers und mindestens eines Zugorgans, das in zwei orthogonalen Richtungen quer zur Saitenachse biegeweich ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die höchste Schwingungsfrequenz des aus der Saite, dem Zugorgan und dem Beschwerungskörper gebildeten Schwingungssystems sowohl in Rich-tung der Saitenachse als auch in allen Richtungen quer dazu tiefer liegt, als die tiefste Nutzfrequenz der Saite.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass die Saite und das Zugorgan aus einem Stück bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschwerungskörper an einem zwischen Saite und Zugorgan vorgesehenen Ring befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugorgan zur Erhöhung seiner Längselastizität über einen Teil seiner Länge gewellt ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugorgan zur Erhöhung seiner Längselastizität einen ringförmigen Teil aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saite und das Zugorgan durch Stanzen, Aetzen oder elektrclytischens Abtragen hergestellt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bi.egequerschwingungsfrequenz des Zugorgans gegenüber der Saitenfrequenz verstimmt ist.
L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3142165A1 (de) * 1980-12-16 1982-07-29 Mettler Instrumente AG, 8606 Greifensee Flache messsaite
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