DE3232349C2 - Magnetoelastische Kraftmeßeinrichtung - Google Patents

Abstract

Zur Messung einer mechanischen Kraft dient ein Hallgenerator, der in einem magnetischen Kreis angeordnet ist, der mindestens teilweise von einem magnetoelastischen Wirkkörper gebildet ist.

Description

rator 22 aufgesetzt Der magnetische Rückschluß zwischen den Magneten 20 und 21 und dem Hallgenerator 22 erfolgt durch eine Brücke 24 aus weichmagnetischem Werkstoff.

Wird auf den Unterlenker 18 die Kraft l· ausgeübt, so wirkt in der Platte 10 ein Biegemoment, das im Schenkel 11 eine Druckkraft- und im Schenkel 12 eine Zugkraftkomponente hervorruft Dadurch werden die magnetischen Widerstände der Schenkel 11 und 12 gegensinnig verändert, d. h. der magnetische Widerstand im einen Schenkel wird größer und der magnetische Widerstand im anderen Schenkel wird geringer. Die magnetoelastische aktive Strecke in jedem Schenkel ist offensichtlich nur die Strecke zwischen dem Hallgeneraior 22 und den Magneten 20 bzw. 21, die vom Magnetfluß durchsetzt ist

Dies wird auch aus F i g. 4 deutlich, in der der magnetische Kreis schematisch dargestellt ist In den Schenkel 11 und 12 der magnetoelastischen Platte 10 wird beim Ausüben der Kraft P der magnetische Widerstand gegensinnig geändert, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Solange keine Kraft P auftritt schließt sich der magnetische Kreis der Magnete 20 und 21 über die Platte 10 und die Brücke 24. Ändert sich jedoch der magnetische Widerstand in den Schenkeln 11 und 12 gegensinnig infolge einer ausgeübten Kraft so werden die Magnetlinien zum Ausgleich dieses Ungleichgewichts gezwungen auch über die Brücke 24 und den Hallgenerator 22 zurück in die Platte 10 zu fließen. Dieser Magnetfluß durch den Hallgenerator 22 ist der Änderung des magnetischen Widerstandes in den Schenkeln 11 und 12 und damit der Kraft P proportional. Die Ausgangsspannung des Hallgenerators kann unmittelbar angezeigt werden oder dem Verstärker eines Magnetventils zur Wegesteuerung eines hydraulischen Motors zugeführt werden, der den Unterlenker 18 anhebt bzw. absenkt um die im Unterlenker wirkende Kraft P konstant zu halten. Aus der schematischen Darstellung der F i g. 4 ist ersichtlich, daß es sich um eine magnetische Brückenschaltung handelt bei der der Hallgenerator im Nullzweig der Brücke und die Kraft proportionalen magnetischen Widerstände in den Brückenzweigen angeordnet sind. Anstelle der Dauermagnete 20 und 21 können vorteilhafterweise Elektromagnete vorgesehen sein, so daß die Stärke des Magnetfeldes zu Justierzwecken verstellt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

Claims (3)

1 2 stange des Anhängers angreift, wenn die in der Zugstan- Patentansprfiche: ge auftretende Zugkraft gemessen werden soll. Der Hallgenerator und die Magnete sind auf die Platte auf-

1. Magnetoelastische Kraftmeßeinrichtung mit ei- gesetzt, wobei der magnetische Rückschluß über eine nem Hallgenerator, von dem abhängig von einer An- 5 Brücke erfolgt Es kann ein handelsüblicher Hallgeneraderung der magnetischen Eigenschaften eines ma- tor Verwendung finden, in dem der Anschluß für eine gnetoelastischen Wirkkörpers unter mechanischer Bezugsspannung sowie ein Verstärker eingebaut sind Krafteinwirkung ein Signal erzeugt wird, wobei der und der eine dem magnetischen Feld linear proportio-Hallgenerator in dem Nullzweig einer magnetischen nale Ausgangsspannung aufweist Brückenanordnung vorgesehen ist und in den beiden io Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung Brückenzweigen je ein Magnet und ein magnetoela- näher erläutert Es zeigt

stischer Wirkkörper in Reihe zueinander angeord- Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kraftmeßnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einrichtung in einem magnetischen Kreis; magnetoelastischen Wirkkörper von einer U-förmi- F i g. 2 die Draufsicht auf eine Kraftmeßeinrichtung gen Piatte (10) gebildet sind, deren Schenkel (11,12) 15 in einer bevorzugten Ausführungsform; gehäusefest befestigt sind und an deren Steg (16) die Fig. 3 eine Seitenansicht der Kraftmeßeinrichtung zu messende Kraft angreift, daß der Hallgenerator nach F i g. 2 teilweise im Schnitt und (22) auf den Steg und je ein Magnet (20, 21) auf F i g. 4 eine schematische Darstellung der Kraftmeßeinem Schenkel der Platte aufgesetzt sind, und daß einrichtung nach F i g. 2 und 3 im magnetischen Kreis, der Hallgenerator mit den Magneten mittels einer 20 Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ist in Brücke (24) für den magnetischen Rückfluß verbun- Fig. 1 schematisch dargestellt Dabei ist ein Magnet 1 den ist zwischen den Schenkeln 2 und 3 eines Joches 4 angeord-

2. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch net Das Joch 4 bildet somit in bekannter Weise den gekennzeichnet, daß die magnetoelastischen Wirk- Rückschluß für die vom Magnet 1 erzeugten magnekörper (11,12) von einer U-förmigen Platte (10) aus 25 tischen Feldlinien. An einer Stelle ist das Joch 4 untermagnetoelastischem Werkstoff gebildet sind\ in de- brachen und dafür ein Hallgenerator 5 eingesetzt, der ren Schenkel infolge der an der Platte angreifenden somit von den magnetischen Feldlinien durchsetzt wird. Kraft unterschiedliche mechanische Spannungen er- Auf den Schenkel 2 des Joches 4 wirkt eine mechanische zeugt werden, und daß der Hallgenerator (22) zwi- Kraft P, deren Größe gemessen werden soll. Der Schenschen dem Steg (16) der Platte und einer für den 30 kel 2 dient somit als magnetoelastischer Wirkkörper. Rückfluß der Magnetlinien von den Magneten zum Entweder ist nur der Schenkel 2 oder das ganze Joch aus Hallgenerator vorgesehenen Brücke (24) eingesetzt einem Werkstoff wie einer Eisen-Nickel-Verbindung ist. beispielsweise »Permalloy« hergestellt das einen gro-

3. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprü- Ben magnetoelastischen Effekt besitzt Infolge der Kraft ehe 1 —2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete 35 P ändert sich der magnetische Widerstand des magneals Elektromagnete ausgebildet sind. tischen Kreises. Die Änderung des Magnetfeldes wird

unmittelbar vom Hallgenerator 5 gemessen und führt zu

einer veränderten Ausgangsspannung, die somit unmittelbar proportional angelegten mechanischen Kraft P 40 ist.

Die Erfindung betrifft eine magnetoeiiastische Kraft- In den F i g. 2 und 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsmeßeinrichtung mit einem Hallgenerator gemäß dem beispiel der Erfindung dargestellt Der magnetoelasti-Oberbegriff des Patentanspruchs 1. sehe Wirkkörper weist hier die Form einer U-förmigen

Ein derartiger Hallgenerator als Kraftmesser ist be- Platte 10 aus magnetoelastischen Werkstoff auf. Auf

kannt (US-PS 35 17 227). Dabei ist der Hallgenerator in 45 diese Platte 10 wirkt die zu messende mechanische

dem Nullzweig einer magnetischen Brückenanordnung Kraft P. Hierzu sind die beiden Schenkel 11 und 12 der

vorgesehen und sind in den beiden Brückenzweigen je Platte 10 an einem ortsfesten Bauteil befestigt das in

ein Magnet und ein magnetoelastischer Wirkkörper in F i g. 3 allgemein mit 13 bezeichnet ist. Die Befestigung

Reihe zueinander angeordnet. Der Hallgenerator ist un- erfolgt durch je eine Schraube 14. Das Bauteil 13 bzw.

mittelbar von den magnetischen Feldlinien durchsetzt. 50 ein zur Befestigung der Schrauben 14 dienender Vor-

Wird der magnetoelastische Wirkkörper einer mechani- sprung 15 des Bauteils ist aus nicht magnetischem Mate-

schen Kraft unterworfen, so ändert er seinen magne- rial, um die magnetische Streuung von der Platte 10 in

tischen Widerstand. Dies führt zu einer entsprechenden das Bauteil 13 möglichst gering zu halten. Das Bauteil 13

Änderung der Ausgangsspannung des Hallgenerators. kann beispielsweise ein aus Grauguß bestehendes Ge-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- 55 triebegehäuse sein. Im Steg 16 der Platte 10 ist ein BoI-

steht darin, eine Kraftmeßeinrichtung unter Ausnüt- zen 17 eingesetzt an dem die Kraft fangreift An diesem

zung der magnetoelastischen Eigenschaften einfach und Bolzen kann beispielsweise der Unterlenker für ein von

robust auszubilden, so daß sie sich insbesondere zum einem Traktor gezogenen Arbeitsgerät, beispielsweise

Einsatz bei Mobilgeräten unter erschwerten äußeren ein Pflug befestigt sein. Wird die für den Pflug benötigte

Bedingungen eignet. 60 Zugkraft zu groß, so wird der Unterlenker mittels eines

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kenn- hydraulischen Servomotors angehoben, um somit die

zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Zugkraft für den Pflug zu verringern.

Merkmale gelöst. Auf die beiden Schenkel 11 und 12 der Platte 10 ist

Man erhält eine Kraftmeßeinrichtung, die sehr robust jeweils ein Magnet 20 und 21 aufgesetzt. Dabei ist der

und einfach aufgebaut ist. Die beiden Schenkel der U- 65 Nordpol des Magneten 21 dem Schenkel 12 zugekehrt,

förmigen Platte können in einfacher Weise beispielswei- während der Magnet 20 umgekehrt eingesetzt ist, so

se am Getriebegehäuse einer Zugmaschine ange- daß sein Südpol dem Schenkel 11 zugekehrt isL

schraubt werden, während am Steg der Platte die Zug- Im Bereich des Steges 16 der Platte ist der Hallgcnc-