DE532045C

DE532045C - Device for measuring mechanical forces based on the contact effect between electrically conductive parts

Info

Publication number: DE532045C
Application number: DEG74718D
Authority: DE
Original assignee: ERICH GUTTMANN DIPL ING
Current assignee: ERICH GUTTMANN DIPL ING
Priority date: 1928-10-28
Filing date: 1928-10-28
Publication date: 1932-09-23

Description

Es sind Einrichtungen zum Messen mechanischer Kräfte bekannt, bei denen die Veränderung des Übergangswiderstandes zwi-, sehen stromleitenden Körpern als Maß für die zu bestimmende Kraft benutzt wird. Die bekannten Einrichtungen der genannten Art bestehen aus einer Säule, die aus zahlreichen aufeinandergeschichteten Kohleplättchen zusammengesetzt ist. Diese Säule wird den zu messenden Kräften ausgesetzt. Die bekannte Einrichtung ist verhältnismäßig teuer, da die Kohleplättchen an ihren Deck- und Grundflächen genau planparallel geschliffen werden müssen. Weiterhin nimmt die bekannte Einrichtung relativ viel Platz ein, so daß ihre Anbringung häufig . ziemlich viel Schwierigkeiten bereitet. Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß bei ihrer Verwendung sehr feine und sehrThere are devices for measuring mechanical forces are known in which the change the contact resistance between, see electrically conductive bodies as a measure of the force to be determined is used. The known facilities of the type mentioned consist of a column made up of numerous layers of carbon flakes is. This column is exposed to the forces to be measured. The known device is relatively expensive because the Carbon platelets are ground exactly plane-parallel on their top and base surfaces have to. Furthermore, the known device takes up a relatively large amount of space, so that their Attachment often. causes quite a bit of trouble. Another disadvantage of the known devices is that in their use very fine and very

ao teure Instrumente notwendig sind, um die Widerstandsänderungen zu registrieren.ao expensive instruments are necessary to register the changes in resistance.

Die mit den bekannten Einrichtungen verbundenen Nachteile werden dadurch vermieden, daß als Meßkörper mit durch Druck veränderlichem Widerstand ein Körper benutzt wird, welcher aus einer Mischung von Leitern und nichtleitenden Bindemitteln besteht, wobei das Gemisch aus Leitern und nichtleitenden Bindemitteln eine harte, kompakte Masse bildet. Ein aus dem genannten Material hergestelltes dünnes Plättchen, welches zwischen zwei Metallpole gelegt wird, reicht aus, um je nach der Meßschaltung sowohl bei kleinen Drücken als auch bei Drücken bis zu 31 Ausschläge des Meßinstrumentes zu erzielen, die über die ganze Skala gehen. Hierbei ist die Widerstandsveränderlichkeit des erfindungsgemäß zusammengesetzten Plättchens so groß, daß ein registrierendes Millivoltmeter verwendet werden kann. Der erfindungsgemäß verwendete Meßkörper hat aber nicht nur eine außerordentlich große, auf dem Kontakteffekt beruhende Widerstandsveränderlichkeit, sondern er weist auch den weiteren wesentlichen Vorteil auf, daß die Charakteristik dieser Wider stands Veränderlichkeit wegen der festen, jede Lagenveränderung verhindernden Einbettung der leitenden Teilchen in dem Bindemittel völlig unveränderlich ist. Daß schließlich der Meßkörper, der erfindungsgemäß zusammengesetzt ist, nur klein zu sein braucht und daher wenig Platz beansprucht, ist schon oben zum Ausdruck gebracht worden, wo gesagt wurde, daß ein einziges Plättchen, welches aus einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Masse besteht, für alle Meßbereiche genügt.The disadvantages associated with the known devices are avoided by that a body is used as a measuring body with variable resistance by pressure, which is made of a mixture of Ladders and non-conductive binders, the mixture of ladders and non-conductive binders form a hard, compact mass. One of the above Material made thin plate, which is placed between two metal poles, is sufficient to, depending on the measuring circuit, both at low pressures and at Press up to 31 deflections of the measuring instrument to achieve over the full scale walk. Here, the resistance variability is the composite according to the invention Plate so large that a registering millivoltmeter can be used. The measuring body used according to the invention not only has an extremely large, resistance variability based on the contact effect, but it also exhibits the further significant advantage that the characteristic of this resistance was variability because of the solid embedding of the conductive particles in the binder, which prevents any change in position is immutable. Finally, the measuring body, which is composed according to the invention, only needs to be small and therefore takes up little space, has already been expressed above, where it was said, that a single platelet, which consists of a compound according to the invention is sufficient for all measuring ranges.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es schon früher vorgeschlagen worden ist, eine lose Mischung aus -körnigen Leitern und Nichtleitern zur Herstellung eines durch Druck variablen Widerstandes zu verwenden. Bei diesem bekannten Widerstand waren die nichtleitenden Bestandteile aber keine Binde-It should be noted that it has been suggested earlier, a loose mixture of -grained conductors and non-conductors to produce a through Use variable resistance pressure. With this well-known resistance they were non-conductive components but no binding

mittel, welche das Gesamtmaterial zu einer festen, kompakten Masse zusammenbanden. Vielmehr bestand die Mischung aus einer lockeren Masse. Infolgedessen ist dieser bekannte Widerstand für Druckmessungen unbrauchbar, da bei ihm dauernd Verlagerungen der Leiter zueinander auftreten und infolgedessen eine konstante Charakteristik unmöglich ist. "Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß es auch schon vorgeschlagen worden ist, einen aus Leitern und nichtleitenden Bindemitteln zusammengesetzten Körper, welcher eine kompakte, harte Masse bildet, als Material für Widerstände zu verwenden. Diese Widerstände dienten aber nicht zu Druckmessungen, und dieses Material wurde daher auch keinen Drücken unterworfen. Es war auch keineswegs vorauszusehen, daß ein aus einer Mischung von Kontakteffekt zeigenden Leitern und Bindemitteln bestehender, eine kompakte Masse bildender Körper seinen Widerstand bei Änderung des Druckes ändern würde. Vielmehr ist es äußerst überraschend, daß ein unhomogenes Material, wie es das erfindungsgemäß ausgebildete Material ist, einen besseren Kontakteffekt zeigen soll als ein homogenes Material. Denn der Anteil der leitenden Bestandteile an der für den Kontakteffekt maßgebenden Körperoberfläche ist bei einem unhomogenen Material naturgemäß wesentlich geringer als bei einem homogenen Material. Entsprechend diesem geringeren Anteil müßte man auch an sich annehmen, daß der Kontakteffekt eines unhomogenen Materials wesentlich schlechter ist als der eines homogenen Materials. Dennoch hat die Praxis erwiesen, daß das unhomogene Material gemäß der Erfindung die oben erläuterten hervorragenden Eigenschaften für Meßzwecke hat.means that bound the entire material together to form a solid, compact mass. Rather, the mixture consisted of a loose mass. As a result, this one is well known Resistance cannot be used for pressure measurements because it is constantly displaced of the conductors occur to each other and consequently a constant characteristic is impossible is. "It should also be noted that it has already been proposed is, a body composed of conductors and non-conductive binders, which forms a compact, hard mass to be used as a material for resistors. These However, resistors were not used to measure pressure, and so this material was also not subjected to pressure. It was by no means foreseeable that an out a mixture of conductors and binders showing the contact effect, one compact mass-forming bodies change their resistance when the pressure changes would. Rather, it is extremely surprising that an inhomogeneous material like that According to the invention is formed material, should show a better contact effect than a homogeneous material. Because the proportion of the conductive components in the for the The body surface, which is decisive for the contact effect, is natural in the case of an inhomogeneous material much less than with a homogeneous material. Corresponding to this lesser one Share one would have to assume that the contact effect of an inhomogeneous material is much worse than that of a homogeneous material. Nevertheless, practice has shown that the inhomogeneous Material according to the invention the above-mentioned excellent properties for Has measurement purposes.

Ganz besonders zweckmäßig ist es, den erfindungsgemäß zu Druckmessungen benutzten Widerstandskörper aus Kohle als leitenden Bestandteil und Hartgummi als · nichtleitendes Bindemittel herzustellen. Der Kontakteffekt der leitenden Kohlebestandteile ist ein sehr guter, wie aus den Untersuchungen, welche sich mit den beim Mikrophon auftretenden Kontaktwirkungen beschäftigt haben, hervorgeht. Kohle hat weiterhin in Verbindung mit Gummi die an sich bekannte Eigenschaft, nicht bloßer Füllstoff zu sein, sondern die Eigenschaften und Lebensdauer des Vulkanisationsproduktes günstig zu beeinflussen. Das aus Kohle und Gummi hergestellte Widerstandsmaterial zeichnet sich daher durch große Härte und gute innere Elastizität aus, so daß es zu unmittelbaren Messungen sehr erheblicher Drücke ohne weiteres benutzt werden kann. Auch war es bei länger währenden Versuchen nicht möglich, ein Abnehmen der Leistungsfähigkeit der Plättchen infolge etwaiger Alterung des Hartgummis festzustellen. It is particularly expedient to use the pressure measurement device according to the invention Resistance body made of carbon as the conductive component and hard rubber as the non-conductive one Manufacture binders. The contact effect of the conductive carbon components is very good, as can be seen from the investigations who dealt with the contact effects occurring with the microphone, emerges. In connection with rubber, coal also has the property, which is known per se, not being a mere filler, but the properties and service life of the vulcanization product favorable to influence. The resistance material made from carbon and rubber is therefore characterized by great hardness and good internal elasticity, so that there are very immediate measurements significant pressures can easily be used. It was also used for longer periods Trying not possible a decrease in the performance of the platelets as a result determine any aging of the hard rubber.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.The subject of the invention is shown in the drawing, for example.

In Abb. I, welche die Erfindung schematisch veranschaulicht, ist mit 1 der die Ohmschen Widerstandsänderungen erleidende Körper bezeichnet, welcher erfindungsgemäß aus einer Mischung von Kontakteffekt zeigenden Leitern, wie Kohle oder Metall und schlecht leitendem Material, welches als Bindemittel wirkt, besteht. Als schlecht leitende 'Mischungsbestandteile können Hartgummi, ferner Kunstharze Verwendung finden. Es sei bemerkt, daß der Meßkörper ohne jede Beeinträchtigung des Effektes auch wesentlich dünner sein kann, als in der Zeichnung dargestellt ist. Mit 2 sind die zu beiden Seiten des Körpers 1 angebrachten, von den übrigen Teilen der Dose durch die Isolatoren 3 getrennten Metallbeläge bezeichnet, welche die elektrischen Zuleitungen 4 aufnehmen. S ist eine am Dosengehäuse 6 befestigte Platte.In Fig. I, which illustrates the invention schematically, 1 is the ohmic Body that experiences changes in resistance denotes which, according to the invention, consists of a mixture of contact effects Conductors, such as carbon or metal, and poorly conductive material, which acts as a binder acts, exists. As poorly conductive 'mixture components Hard rubber and synthetic resins can also be used. It should be noted that the measuring body without any impairment the effect can also be much thinner than shown in the drawing is. With 2 are attached to both sides of the body 1, from the rest Dividing the box by the insulators 3 designated metal coverings, which take up the electrical leads 4. S is one attached to the can body 6 Plate.

Die Stromdrähte 4 laufen durch einen Strommesser 7 und einen Widerstand 8 in eine Spannungsteileranordnung 9. 10 ist ein Spannungsmesser. goThe power wires 4 run through an ammeter 7 and a resistor 8 in a voltage divider assembly 9. 10 is a voltmeter. go

Unter Einwirkung der Kraft/⁵ deformiert sich die Platte 5, wodurch die Kraft P bei geeigneter Einstellung teilweise auf den Körper ι übertragen wird. Hält man mit Hilfe der Spannungsteileranordnung die Spannung konstant, was bei 10 zu kontrollieren ist, so kann-die Stromanzeige bei 7 als ein Maß der Kraft gelten. -Under the action of the force / ^{5, the plate 5 is} deformed, as a result of which the force P is partially transmitted to the body ι given a suitable setting. If the voltage is kept constant with the aid of the voltage divider arrangement, which is to be checked at 10, then the current display at 7 can be taken as a measure of the force. -

Abb. 2 veranschaulicht im Schnitt und im Grundriß ein Ausführungsbeispiel eines Drehbankmeßsupportes. 11 ist eine Welle, 12 der sie bearbeitende Drehstahl, der mit Hilfe der Schrauben 13 in der Spannhülse 14 befestigt ist. Mit dem eigentlichen Support 15 ist die Spannhülse durch Vermittlung der beschriebenen Meßdosen 16 bis 18 verbunden. 16 sind zwei elektrisch hintereinander-, mechanisch parallel geschaltete Dosen unterhalb der Hülse, 17 zwei elektrisch hintereinandergeschaltete Dosen links- und rechtsseits derselben und 18 eine Dose an ihrem hinteren Ende.Fig. 2 illustrates in section and in plan an embodiment of a lathe measuring support. 11 is a shaft, 12 of the turning tool that processes it, with the help of the screws 13 are fastened in the clamping sleeve 14 is. With the actual support 15, the clamping sleeve is through the mediation of the described Load cells 16 to 18 connected. 16 are two electrically one behind the other, mechanically sockets connected in parallel below the sleeve, 17 two electrically connected in series Cans on the left and right of the same and 18 one can on its rear End.

Die Hintereinanderschaltung mehrerer an verschiedenen Stellen als Auflager dienender Meßdosen hat zur Folge, daß irgendwelche Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung der Belastung auf die verschiedenen Meßdosen vollkommen ausgeglichen werden. So bestimmt beispielsweise die Gesamtheit des Widerstandes der beiden - Meßdosen 16 die Größe der vertikalen Druckkomponente, welche auf den Drehstahl 12 einwirkt. FürThe series connection of several serving as supports in different places Load cells has the consequence that any irregularities in the distribution of the Load on the various load cells are completely balanced. So determined for example, the entirety of the resistance of the two - load cells 16 die Size of the vertical pressure component which acts on the turning tool 12. For

das Meßresultat ist es ganz gleichgültig, ob die Lastverteilung auf die beiden Meßdosen 16 gleich oder ungleich ist.the measurement result does not matter whether the load is distributed over the two load cells 16 is equal or not equal.

Beginnt der Stahl einen Span zu nehmen, so wirkt eine räumlich gelegene Schnittkraft auf den Support, deren drei Raumkomponenten einzeln aufgenommen werden. Der Hauptschnittdruck trifft auf 16, der Vorschubdruck auf 17 und der Rückdruck auf r8. Durch einen Schalter kann wechselweise jede der Komponenten an die Meßanordnung angeschaltet werden.If the steel begins to take a chip, a spatially located cutting force acts on the support, the three room components of which are recorded individually. The main cut print hits 16, the feed pressure hits 17 and the back pressure hits r8. By a switch can alternately connect each of the components to the measuring arrangement will.

Claims

Patent claims:

i. Device for measuring mechanical forces, in which by change of the contact resistance between electrically conductive bodies Ohmic changes in resistance the size of which is used as a measure of the size of the forces to be investigated, characterized in that the measuring body or bodies, their variable under pressure Resistance is used as a measure of the forces to be measured, from a mixture of contact effects known per se pointing ladders and poorly conductive binders, e.g. B. coal with hard rubber, exist which, to a solid. Mass compressed, a change in position the ladder prevent each other.

2. Device according to claim 1, characterized in that upon distribution one pressure to be measured on several serving as supports at different points Measuring body these connected electrically one behind the other in a manner known per se are.

1 sheet of drawings