DE2712359C2 - Elektromechanischer Kraftmesser - Google Patents
Elektromechanischer KraftmesserInfo
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kraftmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger elektromechanischer Kraftmesser ist aus der DE-PS 11 95 512 bekanntgeworden. Er besitzt
eine Unterlage mit einem zylindrischen Zapfen, auf welchen ein hohlzylindrisch gestaltetes piezoelektrisches
Element als Wandler aufgeklebt oder in anderer Weise befestigt ist.
Der Wandler selbst wird von einer Masse umgeben, die am Wandler befestigt ist. Diese rotationssymmetrische
Gestaltung stellt sicher, daß die Einzelteile des Gerätes kostengünstig und mit großer Präzision durch
Drehen und Schleifen hergestellt werden können. Ferner ist die Empfindlichkeit auf Bewegungen in Richtung
senkrecht zur Achse äußerst klein. Ein Nachteil dieser Gestaltung ist allerdings darin zu sehen, daß die Verbindungen
zwischen den zylindrischen Elementen bei Temperaturänderungen eine besonders schlechte Festigkeit
haben. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Temperatur der Bauelemente geben Anlaß zu unerwünschten
mechanischen Spannungen.
Bei einer weiteren bekannten Bauart nach der DK-PS 1 31 401 ist der Zapfen als im Querschnitt einem regelmäßigen
Polygon entsprechendes Prisma gestaltet. Die vertikalen Flächen des Prismas tragen flache Wandlerelemente,
die durch Druckringe in ihrer Stellung gehalten werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß die mechanische
Steifigkeit des prismaförmigen Zapfens im wesentlichen in allen Richtungen senkrecht zur Achse
die gleiche ist. Ein technischer Nachteil dieser Bauart liegt aber in der teuren Herstellung von prismatischen
Zapfen und vor allem in der meist durch Klebung vorzunehmenden mechanischen Verbindung des Zapfens mit
der Grundplatte: dies gilt vor allem dann, wenn das eigentliche Meßgerät sehr klein ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den elektromechanischen Kraftmesser nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß er nicht nur preiswert mit größtmöglicher Präzision herstellbar
ist sondern ebenfalls eine ausreichende Stärke und Widerstandskraft gegen Wärme in der Verbindung
zwischen den zylindrischen Komponenten erreicht, ohne daß mechanische Spannungen auftreten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im
to Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen technischen Merkmale erreicht Die Unteransprüche beschreiben
die zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 in Explosionsdarstellung die wesentlichen Bauteile des Ausführungsbcispieles;
F i g. 2 das vollständig zusammengesetzte Meßgerät ohne Abdeckhaube von oben;
F i g. 2 das vollständig zusammengesetzte Meßgerät ohne Abdeckhaube von oben;
F i g. 3 die Art der Befestigung der Abdeckhaube auf der Grundplatte; und
F i g. 4 eine perspektivische Darstellung des fertig zusammengebauten
Beschleunigungs-Meßgerätes.
Das Meßgerät weist zunächst eine Unterlage oder Grundplatte (1) auf, welche im oberen Bereich einen
Schlitz (9) aufweist. In diesen Schlitz (9) ist mit Preßfassung ein prismatischer Zapfen (2) eingesetzt, der im wesentlichen
die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden T hat. Der Zapfen (2) trägt auf jeder flachen Seite des
schmalen oberen Abschnitts ein piezoelektrisches Element (3), auf dessen Außenseite jeweils eine Meßmasse
(4) angeordnet ist.
Die Teile (2), (3) und (4) werden in der aus F i g. 1 ohne weiteres erkennbaren Weise mittels eines Federringes
oder -Zylinders (5) zusammengehalten. Durch aus F i g. 1 erkennbare Bohrungen (6) und (8) in der Grundplatte
führt ein Koaxialkabel in den eigentlichen Meßgeber hinein, wobei der Innenleiter des Kabels elektrisch mit
einer der beiden aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden Massen (4) oder dem elektrisch leitenden
Ring (5) verbunden ist und der Außenleiter mit der Grundplatte (1). Danach wird — siehe Fig. 1 und 3 —
das kappenförmige Gehäuseteil (7) auf die Grundplatte aufgesetzt, wodurch zwei Dinge erreicht werden: Die
Innenteile des Gebers werden fest gegeneinander gesichert und durch die Kappe gegen Einwirkungen von
außen geschützt. Der Sitz der Kappe auf der Platte (1) kann ein Preßsitz sein.
Das soweit beschriebene Beschleunigungs-Meßgerät soll Beschleunigungen einer linearen Bewegung anzeigen,
zu welchem Zweck die piezoelektrischen Elemente (3) in einer Richtung parallel zur Achse des Zapfens
polarisiert sind. Wie dies im einzelnen geschieht, ist dem Fachmann bekannt. Die Basis oder Grundplatte (1) wird
nun mit dem Körper verbunden, dessen Beschleunigung gemessen werden soll, so daß also praktisch die Relativbeschleunigung
zwischen der Grundplatte (1) und dem Zapfen (2) einerseits und den Massen (4) andererseits
meßbar ist. Diese Kräfte sind proportional zu den Massen (4) und zu der genannten Relativbeschleunigung.
Die Orientierung des Meßgerätes wird so vorgenommen, daß die piezoelektrischen Elemente einer Scherwirkung
unterworfen werden; durch diese letztere Angäbe ist dem Fachmann ohne weiteres klar, in welcher
geometrischen Zuordnung das Meßgerät an dem Gegenstand zu befestigen ist, dessen Beschleunigung gegen
den Ruhezustand gemessen werden soll. Die Sehe-
rung der piezoelektrischen Elemente bringt aufgrund bekannter physikalischer Phänomene eine Ladungsumverteilung
mit sich, die proportional zur Beschleunigung ist; die Ladung wird durch hier nicht näher ::u beschreibende
elektrische Meßgeräte gemessen. Kräfte, die durch Beschleunigungen im rechten Winkel zur Achse
auftreten, entwickeln nur dann eine elektrisch meßbare Ladungsverschiebung, wenn die Flächen des Zapfens (2)
nicht genau parallel zur Bewegungsachse der zu messenden Beschleunigung liegt Dasselbe tritt ein, wenn
die Polarisierung der piezoelektrischen Elemente nicht genau parallel zu dieser Achse verläuft
Wenn die piezoelektrischen Elemente so angeordnet werden, daß die Richtungen der Polarisationen senkrecht
zur Achse und gegensinnig angeordnet sind, dann erhält man klar erkennbar ein Meßgerät, das Winkelbeschleunigungen
von Drehbewegungen um die Achse messen kann.
Die beschriebenen Merkmale gestatten es, die Einzelteile besonders genau herzustellen, was insbesondere
für die Anlageflächen der piezoelektrischen Elemente wichtig ist. Dies ist bei vorbekannten, im wesentlichen
verklebte Teile aufweisenden Meßgeräten nicht möglich. Außerdem kann man durch Wahl der Vorspannung
des Ringes (5) die Linearität besonders gut machen. Eine entsprechende Vorspannung durch den Ring erhöht
auch die Empfindlichkeit und die Resonanzfrequenz ein wenig und verringert die Empfindlichkeit auf Verbiegungen
der Grundplatte (1).
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (3)
1. Elektromechanischen Kraftmesser mit einem rechteckigen Prisma (2) und einer Anzahl von auf
den entgegenstehenden breiten Seitenflächen des Prismas angeordneten Meß-Elementen (3), am Prisma
befestigt durch einen gegen die Achse des Prismas gerichteten Druck, der durch eine das Prisma
umschließende, ringförmige Feder entstehen kann, und welche zum Verschieben der Kräfte beeinflußt
wird, die zu messen sind und infolgedessen Änderung der elektrischen Ladung, Spannung, Strom
oder Impedanz aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Prismas (2) oben ein Rechteck und unteji ein Rechteck mit derselben Breite
aber größerer Länge ist
2. Elektromechanischer Kraftmesser gemäß Anspruch J1 mit dem Prisma (2) an einer Basis (1) befestigt
und mit einem Gehäuse (7) geschlossen, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (2) durch einen
Preßsitz in einer Aussparung (9) in der Basis (1) festgehalten wird.
3. Elektromechanischer Kraftmesser gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Prisma (2) in einer Aussparung (9) in der zylindrischen Basis (1) angebracht ist und durch Zusammenklemmender
Basis (1) festgehalten wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: RITTER VON RAFFAY, V., DIPL.-ING. FLECK, T., DIPL. |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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