DE3741392A1 - Dynamometer mit elastisch untersetzender parallelfuehrung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dynamometer mit elastisch unter­ setzender Parallelführung, bei der ein Teil der zu messenden Kraft - in der Regel der überwiegende - durch biegeelastische Elemente aufgenommen und direkt an die Tragstruktur des Dynamometers abgeleitet wird; nur ein - ebenfalls in der Regel - kleiner Teil der Kraft beaufschlagt das ei­ gentliche Kraftmessorgan.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt beispielsweise aus der EP-B1-00 16 238. Diese weist eine beträchtliche Bauhöhe auf und erfährt im Betrieb aufgrund ihrer Asymmetrie grosse Biegemomente. Diese führen zu Problemen in bezug auf hysteresefreie Befestigung. Zudem ist diese bekannte Vor­ richtung aufwendig in der Herstellung und damit entsprechend teuer.

Die Aufgabe, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, ist die Schaffung eines Dynamometers geringer Bauhöhe, einfach und preis­ günstig in der Herstellung auf spanenden NC-Automaten.

Die erfindungsgemässe Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich aus durch das Vorhandensein von mindestens drei Blattfedern, aufgeteilt in ein Paar gleicher Blattfedern und mindestens eine weitere, die in zwei zueinander mindestens angenähert parallelen Ebenen liegen, und aussen einerseits mit einem Gestell, anderseits innen mit einem im wesentlichen L-förmigen inneren Block verbunden sind, und dass in der Mitte jener zwei gleichen Blattfedern, die als Paar vorkommen, je ein - senkrecht auf den Blattfedern stehender - biegeelastischer Stab eingespannt ist. Das Kraftmessorgan ist dann zwischen den genannten biegeelastischen Stäben vorgespannt befestigt und wird durch die zu messende Kraft, die auf den im wesentlichen L-förmigen Block wirkt, zusätzlich gespannt. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung aus durch eine geringe Bauhöhe, die durch den Abstand der Ebenen gegeben ist, in denen die Blattfedern liegen und dadurch bewirken, dass der im wesentliche L-för­ mige Block parallelgeführt wird. Das Kraftmessorgan liegt zwischen den beiden genannten Ebenen.

In der beiligenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungs­ gedankens dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1a bis d ein erstes Ausführungsbeispiel mit zwei Paaren von Blatt­ federn in Auf- und Grundriss, einem Schnitt und einer Perspektive,

Fig. 2a, b ein zweites Ausführungsbeispiel mit drei Paaren von Blattfedern in Aufriss und einem Schnitt

Fig. 3a, b, c ein drittes Ausführungsbeispiel mit ebenfalls drei Paaren von Blattfedern in Auf- und Grundriss und einem Schnitt,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit drei Blattfedern in einer Perspektive.

Das erfindungsgemässe Dynamometer gemäss den Fig. 1a bis d besteht aus einem Gestell 1, aufgeteilt in zwei Blöcke 2, 3, ferner zwei unteren Blattfedern 4, 5, zwei oberen Blattfedern 6, 7 und einem zentralen, im wesentlichen L-förmigen Block 8. Die vier genannten Blattfedern 4 bis 7 sind einerseits in den Blöcken 2, bzw. 3, anderseits im zentralen Block 8 eingespannt. In der Mitte der Blattfedern 4, 5 sind zwei biegeelasti­ sche Stäbe 9, 10 senkrecht zur Ebene der Blattfedern 4, 5, eingespannt, die das Kraftmessorgan 11 tragen. Als Kraftmessorgan bieten sich hier an entweder ein Piezoquarz, ein Dehnungsmessstreifen auf einem elastischen Träger oder eine querschwingende Saite. Stellvertretend für diese Mög­ lichkeiten ist in den Fig. 1a bis d eine querschwingende Saite einge­ zeichnet mit einem Erregermagneten 12, der auf dem horizontalen Schenkel des L-förmigen zentralen Blockes 8 befestigt ist. Aus Gründen der Dar­ stellung ist der Erregermagnet 12 nur in Fig. 1d eingezeichnet.

Die Blattfedern 4, 5, die die biegeelastischen Stäbe 9, 10 tragen, sind dünner ausgeführt, als die Blattfedern 6, 7; damit wird das elastische Nebenschlussverhältnis vergrössert: Das Kraftmessorgan 11 trägt selbst nur einen kleinen Teil der aufgebrachten Kraft.

Die Blöcke 2, 3 weisen je eine durchgehende Bohrung 13, 14 auf. Die Be­ festigung an der Tragstruktur erfolgt mit nicht gezeichneten Spannele­ menten durch die Bohrungen 13, 14.

Der zentrale Block 8 weist ebenfalls eine Bohrung 15 auf, die beispiels­ weise als Sackloch ausgeführt ist. Je nachdem, ob die zu messende Kraft als Druck- oder Zugkraft auftritt, und abhängig von weiteren konstruk­ tiven Merkmalen der gesamten Kraftmessvorrichtung, in die das erfin­ dungsgemässe Dynamometer eingesetzt wird, ist die Bohrung von oben oder von unten her in den zentralen Block 8 eingesenkt.

Es ist jedoch im Erfindungsgedanken mitenthalten, die Bohrung 15 als Durchgangsloch auszubilden. Damit kann ein Zugorgan durch die ganze Boh­ rung 15 hindurchlaufen und auf der vom Zug abgewandten Seite des Blockes 8 verankert werden.

Der Angriff der zu messenden Kraft kann auch erfolgen beispielsweise über eine Stelze 18, die in die Bohrung 15 eingesetzt ist. Durch den Kraftangriff verformen sich die vier Blattfedern 4 bis 7 S-förmig, wo­ durch der zentrale Block 8 parallel geführt nach oben versetzt wird. Dadurch werden die biegeelastischen Stäbe 9, 10 auseinandergespreizt und die querschwingende Saite - die hier als Kraftmessorgan 11 gezeichnet ist - wird zusätzlich gespannt. Es ist selbstverständlich im Erfindungs­ gedanken enthalten, dass in den Fig. 1a bis d die Begriffe oben und un­ ten vertauscht werden können. Im Erfindungsgedanken ist ferner enthal­ ten, die Saite so stark vorzuspannen, dass sie durch die zu messende Kraft teilweise entspannt wird. Es ist ebenfalls erfindungsgemäss, von einer mittleren Saitenspannung auszugehen. Damit können Wechselkräfte in Form von Zug- und Druckkräften gemessen werden.

Die Fig. 1a ist ein Aufriss des ersten Ausführungsbeispieles, die Fig. 1b ein Grundriss. Der Schnitt durch die Linie AA ist in Fig. 1c dargestellt. Er verläuft durch die beiden Blattfedern 4, 6. Fig. 1d ist eine per­ spektivische Ansicht.

In Fig. 2a, b ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeichnet. Hier sind - im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 - zwei weitere Blattfedern 19, 20 vorhanden. Diese sind ebenfalls aussen mit den Blöc­ ken 2, 3 und innen mit dem ebenfalls L-förmigen zentralen Block 8 ver­ bunden. Die weiteren Merkmale sind die gleichen wie bei Fig. 1.

Fig. 3a, b, c zeigt ein drittes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel. Es weist ebenfalls insgesamt sechs Blattfedern auf. Die Blattfedern 4 bis 7 des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 sind hier ergänzt durch zwei Blattfedern 21, 22, die in der gleichen Ebene liegen, wie die Blattfe­ dern 6, 7. Der zentrale Block 8 weist demzufolge im wesentlichen doppelte L-Form auf. Die sechs genannten Blattfedern 4 bis 7, 21, 22 liegen im wesentlichen in zwei parallelen Ebenen. Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist bezüglich der durch die Bohrungen 13, 14 definierten Längs­ achse völlig symmetrisch. Der Angriff der zu messenden Druckkraft er­ folgt beispielsweise eine Stelze 18, die in eine zentrale Bohrung 23 eingeführt ist.

Fig. 4 ist die Perspektive eines vierten Ausführungsbeispieles. Das Ge­ stell 1 ist hier annähernd C-förmig ausgeführt. Eine obere einzelne Blattfeder 24 trägt hier den L-förmigen Block 8, mit welchem auch die Blattfedern 4, 5 wiederum verbunden sind. Die Biegeachsen der Blattfeder 24 einerseits und der Blattfedern 4, 5 anderseits stehen nun senkrecht aufeinander. Die Blattfedern 4, 5 tragen, wie in den anderen Ausfüh­ rungsbeispielen, je einen biegeelastischen Stab 9, 10, zwischen denen das Kraftmessorgan 11 - hier eine vorgespannte querschwingende Saite - eingespannt ist.

Das Gestell weist - wie in den vorigen Ausführungsbeispielen - zwei Boh­ rungen 13, 14 auf, die zum Befestigen des Dynamometers an der Tragstruk­ tur dienen. Der Block 8 trägt ebenfallls eine Bohrung 15. Die drei Boh­ rungen 13, 14, 15 liegen in einer Ebene. In der Bohrung 15 wird, mit Hilfe geeigneter Maschinenlemente, wie Stelzen oder Zugdrähten, die zu messende Kraft eingeleitet. In der Darstellung gemäss Fig. 4 wirkt die zu messende Kraft als Druckkraft von unten nach oben; eine Stelze (nicht gezeichnet), die Druckkräfte überträgt, wird also von unten in die Boh­ rung 15 eingeführt; ein Zugkräfte übertragender Draht (ebenfalls nicht gezeichnet), der in der Bohrung geeignet befestigt ist, zieht von oben.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Kraftrichtung - entspre­ chend dem zu Fig. 1 Ausgeführten - umgedreht werden. Dies ist auch der Fall, wenn anstelle einer schwingenden Saite beispielsweise ein Piezo­ quarz als Kraftmessorgan 11 verwendet wird.

Claims (5)

1. Dynamometer mit elastisch untersetzender Parallelführung, bei der ein Teil der zu messenden Kraft durch biegeelastische Elemente aufgenommen und direkt an die Tragstruktur des Dynamometers abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet,

• - dass ein Paar gleicher Blattfedern (4, 5) vorhanden ist, die minde­ stens angenähert in einer Ebene liegen und die biegeelastischen Elemente bilden, wobei die Blattfedern (4, 5) aussen in einem Gestell (1) und innen in einem im wesentlichen L-förmigen Block (8) eingespannt sind,
• - dass mindestens eine weitere Blattfeder (24) aussen ebenfalls im Ge­ stell (1) und innen im Block (8) eingespannt ist, welche Blattfeder (24) in einer zu jener der Battfedern (4, 5) mindestens angenähert par­ allelen Ebene liegt, wobei die weitere Blattfeder (24) so angeordnet ist, dass ihre Biegeachse zu jenen der Blattfedern (4, 5) senkrecht steht,
• - dass die Blattfedern (4, 5) je in ihrer Mitte einen biegeelastischen Stab (9, 10) eingespannt tragen, der auf ihrer Ebene senkrecht steht und in den Raum zwischen den beiden mindestens angenähert parallelen Ebenen hineinragt, und dass ein Kraftmessorgan (11) zwischen den zwei biege­ elastischen Stäben (9, 10) so eingespannt ist, dass es durch die zu mes­ sende Kraft zusätzlich gespannt wird,
• - dass das Gestell (1) zwei Bohrungen (13, 14), und der Block (8) eine Bohrung (15) aufweisen, die alle in einer Ebene liegen.

2. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (1) im wesentlichen C-förmig ist.

3. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - dass zusätzlich zu den Blattfedern (4, 5) ein Paar weiterer, untereinander gleicher Blattfedern (6, 7) vorhanden ist, die einer zu jener der Blattfedern (4, 5) mindestens angenähert parallelen Ebene liegen und ihre Biegeachsen parallel laufen zu jenen der genannten Blattfedern (4, 5),
• - dass die Blattfedern (6, 7) gegenüber den Blattfedern (4, 5) mindestens um die eigene Breite seitlich in ihrer Ebene versetzt angeordnet sind,
• - dass das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3).

4. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - dass zusätzlich zu den Blattfedern (4, 5) zwei weitere Paare von innerhalb eines Paares gleichen Blattfedern (6, 7, 19, 20) vorhanden sind, die paarweise so in zwei mindestens angenähert parallelen Ebenen liegen, dass das eine Paar Blattfedern (6, 7) in der einen, das andere Paar Blattfedern (19, 20) in der dazu parallelen Ebene liegt,
• - dass die beiden genannten Paare von Blattfedern (6, 7, 19, 20) paarweise übereinander liegen,
• - dass die Blattfedern (4, 5), die die biegeelastischen Stäbe (9, 10) tragen, gegenüber den anderen Blattfedern (6, 7, 19, 20) mindestens um ihre eigene Breite in ihrer Ebene seitlich versetzt angeordnet sind,
• - dass das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3).

5. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - dass zusätzlich zu den Blattfedern (4, 5) zusätzlich zwei weitere Paare von paarweise gleichen Blattfedern (6, 7, 21, 22) vorhanden sind, die ihrerseits mindestens angenähert in der gleichen Ebene liegen, hingegen in bezug auf die genannten Blattfedern (4, 5) in einer mindestens angenähert parallelen Ebene,
• - dass die zusätzlich vorhandenen Blattfedern (6, 7, 21, 22) symmetrisch zu den ersten Blattfedern (4, 5) paarweise um mindestens ihre eigene Breite in ihrer Ebene seitlich versetzt angeordnet sind,
• - dass das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3),
• - dass der Block (8) anstelle der Bohrung (15) eine als Sackloch ausgebildete Bohrung (23) aufweist, und die Bohrungen (13, 14, 23) in der gleichen Ebene liegen.