DE3245453C2 - - Google Patents
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- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßplattform zur
Messung differentieller dynamischer Kraftentwicklung,
insbesondere für Anwendung in der Orthopädie, Traumatologie,
Rheumatologie und beim Sport
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die mit derartigen Kraftmeßplattformen ermöglichten
Messungen der von Hauptmuskelgruppen entwickelten
dynamischen Kräfte sind erforderlich, damit z. B. der
Arzt, der Trainer oder auch der Privatanwender die
Momentan- und die Spitzenwerte, die Zeitfunktion und
die Dynamik der totalen und der richtungsabhängigen
wie auch der flächenmäßig fein aufgelösten Kraftentwicklung
kontrollieren können.
Es sind Kraftmeßplatten gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 bekannt, die primär gestatten, die
gesamte vertikale Kraftentwicklung zu erfassen.
Speziellere Meßplattformen sind auch für mehrere
räumliche Kraftkomponenten vorgesehen. Die dabei verwendeten Kraftaufnehmer sind z. B. in den Patenten
DE 26 06 407 (EP), US 1 25 833 (EP), GB 80 22 876 (EP),
GB 79 06 621 (EP), IL 54 032 (EP) beschrieben. Hierbei
werden z. B. piezoelektrische Geber, Dehnungsmeßstreifen,
hydraulische Geber sowie variable Induktivitäten
zur Erzeugung von druckabhängigen Meßwerten benutzt.
Der derzeitige Stand für Meßplattformen ist in
Biomechanics VII. A; Morecki et al., Eds., PWN-Polish
Sci. Publ. and Univ. Park Press, Baltimore 1981;
pp. 602-608 anhand von mehreren Beiträgen beschrieben.
Bezüglich der Meßplattformen wäre es von Bedeutung,
bei Messung am Menschen neben der Gesamtkraft deren
flächenmäßig aufgelöste Verteilung zu messen, wobei
vor allem die Kraftentwicklung auf die jeweiligen Extremitäten
interessiert und hier wiederum deren topologische
Mikroverteilung. Bei der Diagnostik und Kontrolle
der Rehabilitation in den verschiedensten medizinischen
Bereichen und in der Ergonomie können nur Messungen
der topologischen Mikroverteilung der Kräfte
den Zustand von Muskeln und Gelenken hinreichend gut
beschreiben. Wie auch aus den zitierten Lösungen ersichtlich
ist, können die vorbekannten Vorrichtungen
z. B. beim Gehen zwar die Ortsabhängigkeit und die Größe
des momentanen Kraftvektors erfassen, sind aber nicht
in der Lage z. B. zu unterscheiden, ob ein Fuß oder
zwei Füße wo und wie auf die Plattform drücken. Auch
die Verwendung zweier schrittförmig versetzter Reihen
von mehreren Plattformen löst dieses Problem nicht,
da dann die zu testende Person wegen der vorgegebenen
Schrittpunkte und Gehlinie erfahrungsgemäß sich nicht
mehr natürlich fortbewegt. Darüber hinaus haben die
vorbekannten Vorrichtungen nicht die Möglichkeit der
topologisch-differentiellen Druck- bzw. Kraftverteilungsmessung
z. B. für einen Fuß, also der Messung
der Verteilung des Drucks bzw. der Kräfte auf kleinste
Teilflächen. Schließlich konnte sich die Anwendung
dieser Meßplattformen zur Erlangung wichtiger
Informationen aus den Bereichen der Psycho-Physiologie,
Orthopädie, Traumatologie, Rheumatologie und
des Sports nicht in der nötigen Weise auf breiter
Basis durchsetzen, da hierzu einmal die Anwendung
und der Aufbau solcher Meßplattformen viel zu kompliziert
sind, und zum anderen hierfür insbesondere
die dadurch letztlich bedingten erheblichen Kosten
für derartige Vorrichtungen ein entscheidendes Hindernis
darstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben
angeführten Nachteile zu eliminieren und die Kraftentwicklungsmessung
mit der Plattform mit einer
zweckmäßigen Konstruktion vergleichsweise einfach
zu lösen, die damit darüber hinaus auch noch vergleichsweise
kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß auf die Grundplatte der Meßplattform entsprechend
verteilt Montageplatten aufgebracht sind. Auf jeder
der Montageplatten sind "U"-Träger und Rechteck-
Profilträger befestigt, die als Lager einmal für die
die Vertikalkräfte messenden, rechteckigen Meßplatten
und zum anderen für die die Horizontalkräfte und das
an der vertikalen Achse angreifende Drehmoment messenden
Trapez-Meßplatten vorgesehen sind. Die als
Kraftmeßfühler dienenden rechteckigen Meßplatten
wie auch die Trapezmeßplatten sind jeweils zueinander
vollsymmetrisch angeordnet und definieren dabei
drei räumlich orthogonale Ebenen. Ein aus vier auf
vertikale Kräfte ansprechende Vertikal-Trägern und
aus vier auf horizontale Kräfte ansprechende
horizontalen Trägerelement-Paaren definiertes,
kreisförmiges System ist als ein geschlossenes mechanisches
System vorgesehen, wobei die von den in den
Meßplatten integrierten Dehnungsmeßstreifen Brückenschaltungen
realisieren, die damit in das geschlossene
mechanische System eingebaut sind. Die als
Kombinations- und Kompensationsschaltungen angeordneten
Brückenschaltungen sind in der Lage, Richtung
und Drehmoment der Kräfte zu differenzieren bzw.
deren Größe zu erfassen. Hierbei ist eine auf die
jeweilige rechteckige Meßplatte drückende Kugel in
einem Vertikalträger befestigt, der auf einem steifen
Trägerelement montiert ist. Die Trägerelemente sind
alle an einer dünnen elastischen Metallplatte und an
einer zweckmäßigerweise aus Holz bestehenden Versteifungsplatte
befestigt. Die Trapez-Meßplatten sind
an von Montageplatten getragenen vier Rechteck-Profil-
Trägern befestigt und zwischen Kräfte übertragenden
Kugelpaaren eingebracht, die in den horizontalen
Trägerelementen gelagert sind. Auf der unteren Fläche
der zweckmäßigerweise aus Holz gefertigten Versteifungsplatte
sind horizontale Kanäle sowie vertikale Durchführungen
zu den auf der oberen Fläche eingebrachten
kreisförmigen Versenkungen vorhanden. In diese sind
mit der Oberfläche eben abschließende Metallscheiben
eingelegt und von unten über die vertikalen Durchführungen
und die horizontalen Kanäle mit elektrischen
Anschlüssen versehen. Auf die Fläche mit den
eingelegten Metallscheiben ist eine druckabhängig
elektrisch halbleitende Matte und auf diese eine
vorzugsweise netzartige, elektrisch gut leitende Matte
aufgelegt, die mit einer die gesamte Vorrichtung
bedeckenden, gummiartigen Platte überzogen ist.
Außerdem ist es möglich, daß an die elektrischen
Anschlüsse der Metallscheiben ein Analog-Multiplexer
bzw. ein Analog-Rechner, ein Analog-Digital-Wandler,
ein Mikrocomputer und gegebenenfalls vorzugsweise eine
LED-Matrix sowie daneben auch von Dehnungsmeßstreifen
gebildete Brückenschaltungen jeweils über einen Verstärker
an einen Analog-Multiplexer bzw. -Rechner
angeschlossen werden. Ferner soll die beschriebene,
elektrisch halb leitende Matte vorzugsweise von
Dynacon-Material sein. Dabei ist es möglich, die
elektrisch halb leitende Matte durch entsprechende,
auf den Metallscheiben aufgebrachte Einzelelemente
zu ersetzen. Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die
vier in der vertikalen z-Richtung ansprechenden
rechteckigen Meßplatten zueinander insbesondere
quadratisch angeordnet sind und die vier auf Kräfte
in der horizontalen xy-Ebene ansprechenden Trapez-
Meßplatten ebenfalls quadratisch zueinander angeordnet
sind, wobei die Ecken des durch diese Meßplatten
gebildeten Quadratsystems in die Mitte der Seiten
des Quadratsystems zu liegen kommen, des durch die
rechteckigen Meßplatten gebildet wird. Eine andere
Möglichkeit der Meßplattenanordnung besteht darin,
die auf die Kräfte in der horizontalen xy-Ebene ansprechenden
Meßplatten in rechtwinklig zueinander angeordneten
Paaren auf die Grundplatte zu befestigen
wobei die Paare selbst wiederum ein rechtwinkliges,
vorzugsweise quadratisches System bilden. Auch kann
aus vier Meßplatten, die auf in einer Ebene wirkende
Kräfte ansprechen, ein geschlossenes quadratisches
System gebildet werden, in dem oder um das herum
eine zentrale Vorrichtung, vorzugsweise ein Rohr oder
ein Quadrat-Profileisen als das auf die Meßplatten
Kräfte übertragende Element dient. Schließlich ist es
vorteilhaft, zur vektoriellen Addition der einzelnen
Kraftkomponenten einen Analog-Multiplexer bzw. -Rechner
einzusetzen, der an die räumlich orthogonal angeordneten
Meßplattensysteme angeschlossen ist, der aus
elektronischen Quadrier-, Summier- und Wurzelziehbausteinen
besteht. Eine andere Möglichkeit, die vektorielle
Addition der einzelnen Kraftkomponenten vorzunehmen
besteht darin, einen Analog-Multiplexer bzw.
eine Analog-Signale verarbeitende Vorrichtung zu verwenden,
bei der die Größe der einzelnen Kraftkomponenten
durch eine sinusförmige Wechselspannung entsprechender
Amplitude dargestellt ist. Zur Addition jeweils zweier
Komponenten werden die entsprechenden Wechselspannungen
gegeneinander um 90 Grad in der Phasenlage verschoben
addiert, so daß die Summenspannung damit dem Summenvektor
der beiden Einzelkraftvektoren entspricht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß bei Messungen z. B. am Menschen
neben den drei räumlich orthogonal liegenden einzelnen
Kraftvektorgrößen, der jeweils einer Ebene zuzuordnenden
Summenkraftgröße und dem Betrag der Größe der
Gesamtkraft auch die auf die horizontale xy-Ebene senkrecht
wirkenden Kräfte flächenmäßig fein aufgelöst erfaßt
werden können, wobei vor allem die Kraftverteilung
auf die jeweiligen Extremitätenpaare
interessiert und hier wiederum deren topologische
Mikroverteilung. Die Vorrichtung ermöglicht, im Rahmen
der Diagnostik und Kontrolle der Rehabilitation
in den verschiedensten medizinischen Bereichen und
in der Ergonomie den interessierenden Zustand von
Muskeln und Gelenken meßtechnisch zu bewerten.
Weiter kann man sogar z. B. bei zwei auf die Meßplattform
drückenden Füßen unterscheiden, welche Kraft jeweils
durch den einzelnen Fuß ausgeübt wird und wo
bzw. wie stark die Kräfte, auf kleinste Flächenelemente
aufgelöst, auf der Meßplattform angreifen.
Eine weitere neue zusätzliche Möglichkeit eröffnet
sich dadurch, daß man den zeitlich aufgelösten Ablauf beliebiger
Kraftkomponenten, die auf die Meßplatte wirken, der
jeweiligen Momentanverteilung der flächenmäßig fein aufgelösten
Druckverteilung zuordnen kann, wenn man die
gelieferten Meßdaten über eine zusätzliche Speicherungsmöglichkeit
weiterverarbeitet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
In Fig. 1 ist im Grundriß die Grundplatte,
In Fig. 2 speziell die Anordnung der Trapez-Meßplatten
und der in der horizontalen Ebene wirkenden Kräfte
dargestellt.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Meßplatten auf der Grundplatte
und die Art der Zusammenschaltung der darauf befestigten
Dehnungsmeßstreifen zu Brückenschaltungen.
Fig. 4 zeigt eine rechteckige Meßplatte und einen zugehörigen
Ausschnitt der Meßplattform,
Fig. 5 zwei Trapez-Meßplatten-Ansichten mit zugehörigem
Ausschnitt der Meßplattform.
Fig. 6 gibt den oberen Teil der Meßplattform wieder,
schichtweise geöffnet.
Fig. 7 zeigt das Beispiel eines zeitabhängigen Verlaufs
der Kraft in der Vertikal-Richtung mit zugehörigen
Momentanzuständen der flächenmäßig feinaufgelösten
Druckverteilung.
Fig. 8 gibt anhand eines Blockschaltbildes den Verlauf
der Signalverarbeitung wieder.
In den Figuren ist eine Meßplattform zur Messung
vorzugsweise differentieller dynamischer Kraftentwicklung
dargestellt, bei der drei, die räumliche Lage
bestimmende Kraftvektoren und das der vertikalen Achse
zuzuordnende Drehmoment über vorzugsweise mit Dehnungsmeßstreifen
aufgebauten Meßplatten erfaßt werden
und die außerdem ermöglicht, die flächenmäßige
Feinverteilung der auf die Horizontalebene senkrecht
angreifenden Kräfte zu analysieren. Die Meßplattform
besteht erfindungsgemäß aus einer Grundplatte 1 mit
aufmontierten Montageplatten 2, auf die "U"-Träger 3
und Rechteck-Profilträger 4 befestigt sind, als Lager
einmal für die Vertikalkräfte messenden, rechteckigen
Meßplatten 5, 6, 7, 8 und zum anderen für die die Horizontalkräfte
und das der vertikalen Achse zuzuordnende
Drehmoment messenden Trapez-Meßplatten 9, 10, 11, 12.
Dabei sollen die als Kraftmeßfühler aufgebauten rechteckigen
Meßplatten 5, 6, 7, 8 und Trapez-Meßplatten 9,
10, 11, 12 vollsymmetrisch und die durch diese Meßplatten
5-12 definierten Kraftmeßebenen zueinander
räumlich orthogonal liegen sowie mit dem von den vier
Vertikal-Trägern 13 und von den vier horizontalen
Trägerelement-Paaren 25 definierten, kreisförmig angeordneten
System als ein geschlossenes mechanisches
System M vorgesehen sind.
Die kräftemäßigen Zusammenhänge sind aus Fig. 2 zu entnehmen.
Bei der hier gezeigten vollsymmetrischen Anordnung
der Meßplatten 5-12 erfassen die vier rechteckigen
Meßplatten 5, 6, 7, 8 Teilkomponenten Fz1,
Fz2, Fz3, Fz4 der Vertikalkraft Fz, die durch einfaches
Summieren der Teilkomponenten erhalten wird.
Nur auf die in der horizontalen xy-Ebene wirkenden
Kräfte Fx und Fy sprechen die Trapez-Meßplatten 9,
10, 11, 12 an, wobei sich diese Kräfte durch Summation
der jeweiligen Teilkomponenten ergeben, gemäß
Fx = Fx1 + Fx2 sowie Fy = Fy1 + Fy2. Im Falle eines
auf die Meßplattform wirkenden, beispielsweise rechtsdrehenden
Drehmomentes wirken auf die vier Trapez-Meßplatten
9, 10, 11, 12 die Teilkomponenten
Fx1, -Fy2, -Fx2, Fy1 und können im Zusammenhang mit
dem Abstand der Fx-Meßplatten 10, 12 bzw. Fy-Meßplatten
9, 11 zum Gesamtdrehmoment -Dz aufsummiert werden.
Die über Kugel-Paare 26 zwecks Kraftübertragung an
die Trapez-Meßplatten 9, 10, 11, 12 fixierte Meßplattform-
Oberpartie 15-25 ist damit auch lagemäßig
in der Horizontal-Ebene fixiert.
Die auf die Meßplatten 5-12 einwirkenden Kräfte
werden über Dehnungsmeßstreifen R₁-R₂₀ aufgenommen,
die zu differenzierenden Brückenschaltungen W₁, W₂,
W₃, W₄ zusammengeschaltet und damit auch in das
geschlossene mechanische System M einbezogen sind.
Die Brückenschaltungen arbeiten als Kombinations-
und als Kompensationsschaltungen. Bei einer beispielsweise
in Fig. 3 gezeigten Anordnung sind auf die Trapez-Meßplatten
9, 10, 11, 12, die auf Drehmoment ansprechenden
Dehnungsmeßstreifen R₁₇, R₁₈, R₁₉, R₂₀ und die auf Kräfte
in der x-Richtung ansprechenden Dehnungsmeßstreifen R₉, R₁₀,
R₁₁, R₁₂ aufgebracht und zu den Brückenschaltungen W₄ und W₂
zusammengeschaltet. Als Folge dieser elektromechanischen Kombinations-
und Kompensationsschaltung resultieren Ausgangssignale,
welche die von den anderen Kräften in dem entsprechenden
Kanal resultierende, unerwünschte Superposition der Signale
kompensieren und praktisch eliminieren. In dieser elektro-mechanisch
differenzierenden Lösung wird also das unerwünschte
Übergreifen der Kräfte durch die Brückenschaltungen
W₁, W₂, W₃, W₄ praktisch eliminiert, so
daß jede Brückenausgangsspannung ein proportionales
Maß zu der entsprechenden Kraft Fx oder Fy
oder Fz, sowie zum Drehmoment darstellt, d. h.,
daß für die auf den gemeinsamen Trapez-Meßplatten
9, 10, 11, 12 für die Fx, Fy, Dz auftretenden Belastungen
die Brückenschaltungen W₂, W₃, W₄ unabhängig
funktionieren, als Folge der kompensierenden
Anordnung der Dehnungsmeßstreifen R₉ bis R₂₀.
Erfindungsgemäß ist ferner eine auf die jeweilige
rechteckige Meßplatte 5, 6, 7, 8 drückende Kugel 14
in einem Vertikalträger 13 befestigt, der auf einem
steifen Trägerelement 15 montiert ist, wobei die Trägerelemente
15 alle an einer dünnen elastischen Metallplatte
16 und an einer zweckmäßigerweise aus Holz
bestehende Versteifungsplatte 17 befestigt sind.
Die Trapez-Meßplatten 9, 10, 11, 12 werden an von
Montageplatten 2 getragenen vier Rechteck-Profilträgern
4 befestigt und sind zwischen Kräfte übertragenden
Kugelpaaren 26 eingebracht. Auf der unteren Fläche
der zweckmäßigerweise aus Holz gefertigten Versteifungsplatte
17 sind horizontale Kanäle 18 sowie
vertikale Durchführungen 19 zu den auf der oberen
Fläche eingebrachten kreisförmigen Versenkungen vorhanden,
in welche mit der Oberfläche eben abschließende
Metallscheiben 21 eingelegt sind. Damit können
die Metallscheiben 21 von unten über die horizontalen
Kanäle 18 und die vertikalen Durchführungen 19 elektrisch
angeschlossen werden 32. Auf die Fläche mit den
eingelegten Metallscheiben kommt eine druckabhängig
elektrisch halbleitende Matte 22, auf die eine vorzugsweise
netzartige, elektrisch gutleitende Matte 23
aufgelegt ist. Diese gutleitende Matte 23 dient zur
Zuführung des Gesamtstroms, der sich durch die elektrisch
halbleitende Matte 22 auf die einzelnen darunterliegenden
Metallscheiben 21 verteilt. Wegen der
Druckabhängigkeit des elektrischen Widerstandes der
halbleitenden Matte 22 liefern die mittels der Metallscheiben
21 erfaßten Teilströme ein Maß für die flächenmäßige
Feinverteilung des Drucks bzw. der Kräfte
auf der Meßplattform in der Vertikalrichtung. Die
gesamte Vorrichtung ist letztlich mit einer gummiartigen
Platte 24 überzogen.
In vorteilhafter Weise wird an die elektrischen Anschlüsse
32 der Metallscheiben 21 ein Analog-Multiplexer 28,
ein A/D-Wandler 29, ein Mikrocomputer 30 und gegebenenfalls
vorzugsweise eine LED-Matrix 31 angeschlossen.
Auch die von den Brückenschaltungen W₁, W₂, W₃, W₄
kommenden, über Verstärker 27 weiterverarbeiteten
Signale können dem Analog-Multiplexer bzw. Analog-
Rechner 28 zwecks weiterer Signalauswertung zugeführt
werden.
Vorteilhaft ist es weiter, für die elektrisch halb
leitende Matte 22 ein Dynacon-Material zu verwenden
und/oder die halb leitende Matte 22 durch entsprechende
auf die Metallscheiben 21 aufgebrachte Einzelelemente
zu ersetzen.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die vier in der vertikalen
z-Richtung ansprechenden rechteckigen Meßplatten
5, 6, 7, 8 zueinander vorzugsweise quadratisch angeordnet
sind und vier auf Kräfte in der horizontalen
xy-Ebene ansprechenden Trapez-Meßplatten 9, 10, 11, 12
ebenfalls vorzugsweise quadratisch zueinander angeordnet
und mit den Ecken deren Meßplatten-Quadratsystems
in die Mitte der Seiten des Quadratsystems der rechteckigen
Meßplatten 5, 6, 7, 8, auf die Grundplatte 1 montiert
sind.
Erfindungsgemäß werden die einzelnen Kraftkomponenten
Fx, Fy, Fz für eine räumlich orthogonale Orientierung
gewonnen. Für diesen Fall vereinfacht sich die vektorielle
Addition der Teilkomponenten zu
Für den Vorgang der vektoriellen Addition ist es daher
vorteilhaft, wenn der dazu dienende Analog-Multiplexer
bzw. Analog-Rechner 28, an dem die räumlich orthogonal
angeordneten Meßplattensysteme angeschlossen sind,
aus elektronischen Quadrier-, Summier- und Wurzelziehbausteinen
aufgebaut ist. Weiter ist es auch vorteilhaft,
wenn der der vektoriellen Addition dienende
Analog-Multiplexer bzw. Analog-Rechner 28 mit sinusförmigen
Wechselspannungen operiert, die amplitudenmäßig
den einzelnen Kraftkomponenten entsprechen.
Sind diese Wechselspannungen jeweils paarweise um
90 Grad in der Phasenlage verschoben, so ergibt eine
einfache Summation solcher zweier Komponenten den
Betrag der Gesamtkomponente, wie dies aus der Verwendung
der komplexen Rechnung für Wechselströme z. B. bekannt
ist. Eine nochmalige Addition der so gewonnenen
Gesamtkomponente zweier Teilkomponenten mit der dritten
Komponente, ebenfalls unter Berücksichtigung der
90 Grad Phasenverschiebung, ergibt letztlich den Betrag
für alle drei Teilkomponenten.
Claims (7)
1. Meßplattform zur Messung vorzugsweise differentieller
dynamischer Kraftentwicklung, bei der drei, die räumliche
Lage bestimmende Kraftvektoren und das der vertikalen
Achse zuzuordnende Drehmoment über vorzugsweise mit
Dehnungsmeßstreifen aufgebauten Meßplatten erfaßt werden,
insbesondere für Anwendung in der Orthopädie,
Traumatologie, Rheumatologie und beim Sport, dadurch
gekennzeichnet,
daß auf eine Grundplatte (1) Montageplatten (2) aufmontiert sind, auf den Montageplatten (2) "U"-Träger (3) und Rechteck-Profilträger (4) befestigt sind, die als Lager für die Vertikalkräfte messenden, rechteckigen Meßplatten (5, 6, 7, 8) und die horizontale Kräfte und das Drehmoment messenden Trapez-Meßplatten (9, 10, 11, 12) vorgesehen sind, und daß die durch die Anordnung der als Kraftmeßfühler zueinander vollsymmetrisch angeordneten, rechteckigen Meßplatten (5, 6, 7, 8) und Trapezmeßplatten (9, 10, 11, 12) definierten Ebenen zueinander räumlich orthogonal liegen und mit dem von den vier Vertikal-Trägern (13) und von den vier horizontalen Trägerelement-Paaren (25) definierten, kreisförmig angeordneten System als ein geschlossenes mechanisches System (M) vorgesehen sind, wobei die von den Dehnungsmeßstreifen (R₁ bis R₂₀) gebildeten, Kombinations- und Kompensationsschaltungen realisierenden, Richtung und Drehmoment der Kräfte differenzierenden Brückenschaltungen (W₁, W₂, W₃, W₄) in das geschlossene mechanische System (M) eingebaut sind, und daß eine auf die jeweilige rechteckige Meßplatte (5, 6, 7, 8) drückende Kugel (14) in einem Vertikalträger (13) befestigt ist, der auf einem steifen Trägerelement (15) montiert ist, wobei die Trägerelemente (15) alle an einer dünnen elastischen Metallplatte (16) und an einer zweckmäßigerweise aus Holz bestehenden Versteifungsplatte (17) befestigt sind, ferner die Trapez-Meßplatten (9, 10, 11, 12) die, an von Montageplatten (2) getragenen vier Rechteck-Profilträger (4) befestigt, zwischen Kräfte übertragenden, in horizontale Trägerlemente (25) gelagerte Kugelpaare (26) eingebracht sind,
auf der unteren Fläche der zweckmäßigerweise aus Holz gefertigten Versteifungsplatte (17) horizontale Kanäle (18) sowie vertikale Durchführungen (19) zu den auf der oberen Fläche eingebrachten kreisförmigen Versenkungen (20) vorhanden sind, in welchen mit der Oberfläche eben abschließende Metallscheiben (21) eingelegt sind, die von unten über die horizontalen Kanäle (18) und die vertikalen Durchführungen (19) mit elektrischen Anschlüssen (32) versehen sind, auf die Fläche mit den eingelegten Metallscheiben (21) eine druckabhängig elektrisch halbleitende Matte (22) und auf diese eine vorzugsweise netzartige, elektrisch gut leitende Matte (23) aufgelegt ist, die mit einer, die gesamte Vorrichtung bedeckenden, gummiartigen Platte (24) überzogen ist.
daß auf eine Grundplatte (1) Montageplatten (2) aufmontiert sind, auf den Montageplatten (2) "U"-Träger (3) und Rechteck-Profilträger (4) befestigt sind, die als Lager für die Vertikalkräfte messenden, rechteckigen Meßplatten (5, 6, 7, 8) und die horizontale Kräfte und das Drehmoment messenden Trapez-Meßplatten (9, 10, 11, 12) vorgesehen sind, und daß die durch die Anordnung der als Kraftmeßfühler zueinander vollsymmetrisch angeordneten, rechteckigen Meßplatten (5, 6, 7, 8) und Trapezmeßplatten (9, 10, 11, 12) definierten Ebenen zueinander räumlich orthogonal liegen und mit dem von den vier Vertikal-Trägern (13) und von den vier horizontalen Trägerelement-Paaren (25) definierten, kreisförmig angeordneten System als ein geschlossenes mechanisches System (M) vorgesehen sind, wobei die von den Dehnungsmeßstreifen (R₁ bis R₂₀) gebildeten, Kombinations- und Kompensationsschaltungen realisierenden, Richtung und Drehmoment der Kräfte differenzierenden Brückenschaltungen (W₁, W₂, W₃, W₄) in das geschlossene mechanische System (M) eingebaut sind, und daß eine auf die jeweilige rechteckige Meßplatte (5, 6, 7, 8) drückende Kugel (14) in einem Vertikalträger (13) befestigt ist, der auf einem steifen Trägerelement (15) montiert ist, wobei die Trägerelemente (15) alle an einer dünnen elastischen Metallplatte (16) und an einer zweckmäßigerweise aus Holz bestehenden Versteifungsplatte (17) befestigt sind, ferner die Trapez-Meßplatten (9, 10, 11, 12) die, an von Montageplatten (2) getragenen vier Rechteck-Profilträger (4) befestigt, zwischen Kräfte übertragenden, in horizontale Trägerlemente (25) gelagerte Kugelpaare (26) eingebracht sind,
auf der unteren Fläche der zweckmäßigerweise aus Holz gefertigten Versteifungsplatte (17) horizontale Kanäle (18) sowie vertikale Durchführungen (19) zu den auf der oberen Fläche eingebrachten kreisförmigen Versenkungen (20) vorhanden sind, in welchen mit der Oberfläche eben abschließende Metallscheiben (21) eingelegt sind, die von unten über die horizontalen Kanäle (18) und die vertikalen Durchführungen (19) mit elektrischen Anschlüssen (32) versehen sind, auf die Fläche mit den eingelegten Metallscheiben (21) eine druckabhängig elektrisch halbleitende Matte (22) und auf diese eine vorzugsweise netzartige, elektrisch gut leitende Matte (23) aufgelegt ist, die mit einer, die gesamte Vorrichtung bedeckenden, gummiartigen Platte (24) überzogen ist.
2. Meßplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an die elektrischen Anschlüsse (32) der Metallscheiben
(21) ein Analog-Multiplexer (28), ein A/D-
Wandler (29), ein Mikrocomputer (30) und gegebenenfalls
vorzugsweise eine LED-Matrix (31) angeschlossen
sind, sowie eine von den Dehnungsmeßstreifen (R₁ bis
R₂₀) jeweils gebildete Brückenschaltung (W₁ bis W₄)
über einen Verstärker (27) an einen Analog-Multiplexer
(28) angeschlossen ist.
3. Meßplattform nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch halb leitende Matte
(22) vorzugsweise aus Dynacon-Material ist.
4. Meßplattform nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrisch halb leitende Matte
(22) durch entsprechende, auf die Metallscheiben
(21) aufgebrachte Einzelelemente ersetzt ist.
5. Meßplattform nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,,
daß vier in der vertikalen z-Richtung
ansprechende rechteckige Meßplatten (5, 6, 7, 8)
zueinander vorzugsweise quadratisch angeordnet sind
und die vier auf Kräfte in der horizontalen xy-Ebene
ansprechenden Trapez-Meßplatten (9, 10, 11, 12)
ebenfalls vorzugsweise quadratisch zueinander angeordnet
und mit den Ecken ihres Meßplatten-Quadratsystems
in die Mitte der Seiten des Quadratsystems der rechteckigen
Meßplatten (5, 6, 7, 8) auf die Grundplatte (1)
montiert sind.
6. Meßplattform nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der der vektoriellen Addition der
einzelnen Kraftkomponenten dienende Analog-
Multiplexer beziehungsweise Analog-Rechner
(28) an räumlich orthogonal angeordnete Meßplattensysteme
angeschlossen und aus elektronischen Quadrier-,
Summier- und Wurzelziehbausteinen aufgebaut ist.
7. Meßplattform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der der vektoriellen Addition dienende Analog-
Multiplexer beziehungsweise Analog-Rechner
(28) als mit sinusförmigen, den Kraftkomponenten
entsprechenden Wechselspannungen, die jeweils um 90 Grad
in der Phasenlage gegeneinander verschoben sind,
arbeitender Addierer aufgebaut ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19823245453 DE3245453A1 (de) | 1982-12-08 | 1982-12-08 | Messplattform fuer differentielle kraftanalyse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823245453 DE3245453A1 (de) | 1982-12-08 | 1982-12-08 | Messplattform fuer differentielle kraftanalyse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3245453A1 DE3245453A1 (de) | 1984-09-27 |
DE3245453C2 true DE3245453C2 (de) | 1992-01-23 |
Family
ID=6180151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19823245453 Granted DE3245453A1 (de) | 1982-12-08 | 1982-12-08 | Messplattform fuer differentielle kraftanalyse |
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DE19925532B4 (de) * | 1999-06-04 | 2007-05-24 | Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH | Einrichtung zur Ermittlung der Anschubkräfte an einem Bob |
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