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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Kräften und Bewegungen Es
sind bereits Vorrichtungen zum Anzeigen und Messen von Kräften oder Bewegungen bekannt,
bei denen ein elastischer Werkstoff, z. B. Gummi, in einer allseitig geschlossenen
Kammer eingeschlossen ist und durch die unter dem Druck der zu prüfenden Kraft eine
eintretende Formänderung auf eine zwischen dem elastischen Stoff liegende deformierbare
Flüssigkeitsleitung einwirkt, wodurch die Flüssigkeit verdrängt wird und auf einen
Druckanzeiger einwirkt. Man kennt ferner auch schon Vorrichtungen, bei welchen die
Zusammenpreßbarkeit einer in eine Kammer mit Druckplatte eingeschlossenen komprimierbaren
Masse zum Anzeigen von Kräften ausgenutzt wird, indem der Rückdruck der zusammengepreßten
Masse auf eine Anzeigevorrichtung übertragen wird.
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Die vorliegende- Erfindung unterscheidet sich hiervon im wesentlichen
dadurch, daß der hochelastische, nicht metallische und nicht flüssige Werkstoff,
wie z. B. Gummi, durch die zu messende Kraft oder Bewegung aus der ihn aufnehmenden,
mit Druckplatte oder Druckstempel versehenen Kammer durch eine oder mehrere Öffnungen
nach außen gedrückt wird oder auf einen von außen in die Druckkammer eingeführten
festen oder elastischen Körper wirkt, wobei die Größe der Auspressung des elastischen
Werkstoffes durch die Öffnung oder die Größe der Ausstoßbewegung des eingeführten
Körpers als Maßstab für die zu messende Kraft oder Bewegung gewertet wird.
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Die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung besteht aus
einer den hochelastischen Werkstoff aufnehmenden Kammer, die mit einer oder mehreren
Öffnungen zum Auspressen des elastischen Werkstoffes oder zum Einführen eines durch
die Formänderung des elastischen Werkstoffes beeinflußten Körpers versehen ist.
Die Öffnungen der Kammer können von beliebiger Form, z. B. kreisrund, eckig oder
schlitzartig, sein. Vorzugsweise sind sie mit Düsen versehen, die auswechselbar
sind und in verschiedener Größe eingesetzt werden können.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Meß- und Prüfapparate zeichnen
sich durch besondere Einfachheit in der Bauart und kleine Abmessungen, selbst zum
Messen großer Kräfte, aus. Sie können zum Messen von statischen Drücken und von
Kräften oder Bewegungen aller Art verwendet werden.
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Um eine Überlastung der Vorrichtung zu vermeiden, können die Auspressungen
des elastischen Werkstoffes oder die Bewegungen des in die Kammer eingeführten Körpers
begrenzt werden, oder es kann der Hauptdruck der zu messenden Kraft oder Bewegung
in
anderer Weise aufgenommen werden und nur mit einem Bruchteil
seiner Stärke auf den elastischen Werkstoff wirken. Ferner kann der der Auspressung
unterworfene oder auf den eingeführten Körper wirkende Teil des in der Kammer befindlichen
elastischen Werkstoffes aus einem besonderen auswechselbaren Stück bestehen, das
von gleicher oder anderer Elastizität als der übrige Teil des elastischen Werkstoffes
sein kann.
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Durch ein an der den elastischen Werkstoff aufnehmenden Kammer angebrachtes
Stehstück, durch eine Druckschraube o. dgl., kann der elastische Werkstoff auch
unter vorzugsweise regelbaren Vordruck gesetzt werden.
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In den Abb. i bis 6 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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In Abb. i besteht der Kraftprüfer aus zwei Druckbacken i, 2 bzw. aus
einem Grundkörper i und einem Druckkörper 2, die den mit dem hochelastischen Werkstoff
3, vorzugsweise Gummi, ausgefüllten Druckraum einschließen. Beide Backen i, 2 können
durch Bolzen q. gegeneinander geführt werden. Wird an einer Stelle, z. B. bei 5,
eine Öffnung angebracht, so wird der in dem Druckraum eingeschlossene elastische
Werkstoff 3, wenn auf die Platte z in Richtung des Pfeiles ein Druck P ausgeübt
wird, durch diese Öffnung 5 nach außen gepreßt. Die dadurch entstehende Auspressung
6 des Werkstoffes 3, die nur wenige Millimeter zu sein braucht, kann auf ein bewegliches
Glied 7 bzw. auf einen Fühlhebel einer Meßuhr 8 oder eines ähnlichen Feinmeßwerkzeuges
einwirken, durch welches je nach der Größe der Auspressung6 die Kraft P gemessen
und angezeigt wird.
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Um Leerräume in der Druckkammer auszuschalten und den statischen Druck
messen zu können, kann der in der Druckkammer eingeschlossene elastische Werkstoff
3 unter einen gewissen Vordruck gesetzt werden. Dies kann z. B. durch eine auf den
elastischen Werkstoff 3 einwirkende Druckschraube 9 geschehen, durch deren Einstellung
die gewünschte Vorspannung des elastischen Werkstoffes 3 erreicht wird und gleichzeitig
nach Bedarf geregelt werden kann. Dadurch kann auch die Trägheit des elastischen
Werkstoffes erforderlichenfalls beeinflußt werden.
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Wenn der Druck P aufhört, geht der elastische Werkstoff 3 wieder in
seine ursprüngliche Form zurück, und es verschwindet die Auspressung 6 wieder. Wenn
das auch eine geringe Zeit in Anspruch nimmt, da Gummi bekanntlich eine gewisse
eigentümliche Trägheit hat, so haben doch die hochwertigen Gummisorten der Neuzeit
dieEigenschaft, daß jede Deformation nach kurzer Zeit verschwindet und der Gummi
stets wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeht, auch wenn die Formänderungen
beliebig oft wiederholt werden. Die Trägheit des Gummis beim Zurückgehen in die
ursprüngliche Form kann auch dadurch ausgeschaltet werden, daß man die Auspressung
6 des elastischen Werkstoffes 3 durch eine entgegenwirkende Kraft zurückdrückt.
Zu diesem Zwecke kann z. B. an der Meßuhr ein Druckknopf io o. dgl. angebracht sein,
mittels dessen das Glied 7 gegen die-Auspressung 6 bewegt werden kann, um letztere
zurückzudrücken. Das kann natürlich auch durch irgendwelche andere Mittel geschehen.
Bei den in Frage kommenden großen Beanspruchungen des Kraftprüfers spielt die erwähnte
Trägheit des Gummis beim Zurückgehen in seine ursprüngliche Form keine wesentliche
Rolle, da die Auspressung 6 bei zunehmendem, d. h. erneutem Druck sich wieder richtig
einstellt, ganz gleich, ob der Kraftprüfer den ursprünglichen Nullpunkt vollständig
erreicht hat oder nicht.
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Abb. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführung der Vorrichtung, bei
der an _ der Stelle, an welcher der in der Druckkammer eingeschlossene elastische
Werkstoff 3 ausgepreßt wird, an Stelle einer gewöhnlichen runden Öffnung, wie in
Abb. i, eine Düse i2 eingesetzt ist, in welche sich der elastische Werkstoff 3 unter
der Wirkung der Kraft P einpreßt. Die sonstige Einrichtung ist die gleiche wie in
Abb. :i. Unterschiedlich ist nur noch, daß die Auspressung des elastischen Werkstoffes
in Abb. 2 seitlich anstatt oben erfolgt und ferner noch ein Halterohr 13 für die
Meßuhr 3 vorgesehen ist.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist ein besonderer Stöpsel 14
aus hochelastischem Stoff vorgesehen, der bei Ausübung der Kraft P zum Teil in die
Öffnung bzw. Düse 12 ausgepreßt wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Stöpsel
14 an Stelle der ganzen Gummimasse erforderlichenfalls ausgewechselt und erneuert
werden kann, wäh- i rend der in der Druckkammer eingeschlossene Werkstoff 3 beibehalten
bleibt und der letztere selbst ferner auch nicht mehr mit den zur Messung dienenden
Auspressungen 6 versehen wird. Der Halter 13 ist hierbei bis zur Druckkammer verlängert
und nimmt den Stöpsel 14 und die Düse 12 auf. Der Werkstoff 3 und der Stöpsel 14.
können aus gleichen oder verschiedenen elastischen Stoffen bestehen.
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Abb.3a zeigt eine ähnliche Ausführung wie Abb. 3 mit der Abweichung,
daß hier zwei Düsen 12, 121 hintereinander angeordnet sind, um den Druck auf beide
Düsenöffnungen zu verteilen. Der in der Druckkammer eingeschlossene hochelastische
Werkstoff 3 wirkt auf die Düse i21 und der hochelastische Stöpsel
14
auf die Düse 12. Diese Anordnung ist besonders bei hohen Drücken zu empfehlen, um
die Auspressung in den einzelnen Düsen zu begrenzen und den Druck auf zwei Druc',:-kammern
zu verteilen. Es können gegebenenfalls auch mehrere Druckstufen, d. h. mehrere Düsen
und Druckkammern Anwendung finden, wobei die vorgeschalteten Druckkaminern einen
Teil der zu messenden Kraft oder Bewegung aufnehmen und nach Art von vorgeschalteten
Puffern wirken, während auf die Meßuhr 8 nur noch ein geringerer Teil der Kraft
oder Bewegung wirkt. Solche den Hauptdruck aufnehmende Puffer können in beliebiger
Anordnung Anwendung finden, um nur einen Bruchteil des Druckes bzw. der Kraft auf
die Meßvorrichtung wirken zu lassen.
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Abb. _l. zeigt eine Ausführung des Kraftprüfers in Verbindung mit
einem Blechprüfapparat. Hierbei bildet der obere Teil 15 des Kraftprüfers, der in
den Unterteil 16 des letzteren verschiebbar eingesetzt ist, gleichzeitig die Matrize
für den Blechprüfapparat, während 17 der sogenannte Faltenhalter und 18 der Stößel
bzw. die Patrize ist, die unter Druck auf das Blech ig einwirkt. In der geteilten
Druckkammer, die durch die beiden auf Bolzen 2o geführten Backen 15, 16 des Kraftprüfers
gebildet wird, liegt der in diesem Falle ringförmige elastische Werkstoff 7i, der
unter der Wirkung der Kraft P wieder bei 6 durch eine Öffnung 5, Düse o. dgl. zum
Teil nach außen gepreßt wird, um durch die Größe der Auspressung 6 die Kraft an
der Meßuhr 8 anzuzeigen.
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Der benutzte Blechprüfapparat kann in bekannter Weise zum Beulen,
Tiefziehen oder zum sonstigen Prüfen des Bleches dienen. In gleicher Weise kann
der beschriebene Kraftprüfer auch mit Stanz- oder sonstigen Blechbearbeitungsapparaten
verbunden werden. Ferner kann der Kraftmesser auch in Verbindung mit Apparaten zum
Prüfen und Bearbeiten von anderen Stoffen, wie z. B. Gewebe, Papier usw., Anwendung
finden.
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Abb. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abb. 4, nur daß hier eine
besondere Matrize 22 für den Prüfapparat 17, 18,:22 Anwendung findet, und ähnlich
wie in Abb. 3 und 3a wieder ein besonderer auswechselbarer Stöpsel 23 aus hochelastischem
Werkstoff eingesetzt ist, der unter der Wirkung der Kraft P zum Teil in eine in
den Halter 13 eingesetzte Düse 12 eingepreßt wird. Auch hier können, ähnlich wie
in Abb. 3a, zwei oder mehr Düsen eingesetzt werden, um mehrere Druckstufen und Druckkammern
zu bilden.
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Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen die Auspressung
6 unmittelbar auf die Meßuhr 8 o. dgl. einwirkt, kann zwischen beiden auch ein starres,
elastisches oder bewegliches Zwischenglied eingeschaltet sein, das gegebenenfalls
unter besonderem Federdruck steht. Ferner kann auch dieses Zwischenglied dazu ausgenutzt
werden, nur einen Teil der ausgeübten Kraft oder Bewegung auf die Meßuhr zu übertragen
und an Stelle von Auspressungen nach Art der Bukkel 6 andere Formänderungen des
elastischen Werkstoffes zu messen, die unter der Wirkung der ausgeübten Kraft oder
Bewegung eintreten.
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Eine derartige Ausführungsform zeigt z. B. Abb. 6. Hier sind 24, 25
die beiden Platten der den hochelastischen Werkstoff 26 aufnehmenden Druckkammer,
die von letzterem ganz oder zum Teil ausgefüllt wird. In einem Halterohr 27 ist
ein Stößel 28 o. dgl. verschiebbar, der unter Druck steht und gegen bzw. in den
elastischen Werkstoff 26 gedrückt wird. In der gezeichneten Ausführungsform wird
dieser Druck durch eine Feder 29 ausgeübt, die auf einen Flansch 3o des Stößels
28 wirkt und gegen eine in das Halterohr 27 eingeschraubte Mutter 3i abgestützt
ist, durch deren Verstellung gleichzeitig die Spannung der Feder 2g und damit der
auf den Stöße128 ausgeübte Druck geregelt werden kann. Zur Einstellung des Druckes
kann außen an dem Halterohr 27 bei 31' eine Skala vorgesehen und die Mutter
30 mit einem Zeiger bzw. mit einer als Zeiger wirkenden überwurfmuffe 32
versehen sein. 8 ist wieder die Meßuhr o. dgl., die mit ihrem Stellglied 7 gegen
den Stößel 28 bzw. dessen Flansch 3o anliegt.
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Der Stößel 28 wird unter der Spannung der Feder 29 in den hochelastischen
Werkstoff a6 eingedrückt, wie das z. B. punktiert angegeben ist. Bei Ausübung der
Kraft P tritt eine Formänderung des elastischen Werkstoffes 26 ein, die den Stößel
28 entgegen der Feder 2g nach außen drückt, wobei die Größe der Stößelbewegung durch
die Meßuhr 8 o. dgl. angezeigt wird.
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An der Stelle, wo der Stößel 28 in den Druckraum eintritt, kann der
letztere gegebenenfalls mit entsprechenden Ausbuchtungen 33, 34 versehen sein, damit
die Formänderungen des Gummis o. dgl. hier besser auf den Stößel 28 zur Wirkung
kommen. Ferner kann auch hier ein elastisches Auswechselstück eingesetzt werden.
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An Stelle des Stößels 28 kann auch ein anderer fester oder elastischer
Körper von außen in die Druckkammer eingeführt und bei zunehmendem Druck P mehr
oder weniger aus der letzteren herausgedrückt werden.
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Um das elastische Fließen des in dem Druckraum eingekapselten elastischen
Werkstoffes zu erleichtern und ein Festkleben an
den Kammerwandungen
zu verhindern, können der Werkstoff oder die Kammerwandungen mit Gleitmitteln, z.
B. Graphit, Talkum o. dgl., bestrichen werden.
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Kraftprüfer gemäß der Erfindung können für beliebig hohe Drücke in
verhältnismäßig kleinen Abmessungen hergestellt und in Verbindung mit beliebigen
Meßvorrichtungen, wie Mikrometer usw., benutzt werden.
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Ferner können mit dem neuen Kraftprüfer anstatt mechanische auch andere,
z. B. hydraulische Druckmessungen ausgeführt werden. In letzterem Falle kann die
Auspressung des elastischen Werkstoffes oder die Bewegung des in die Druckkammer
eingeführten Körpers dazu ausgenutzt werden, eine Flüssigkeit, z. B. Quecksilber,
zu verdrängen, um die Kraft auf Grund des verdrängten Flüssigkeitsvolumens zu messen.
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Die Druckkammer kann auch elastisch, z. B. als Membrankammer, ausgeführt
werden, wobei der elastische Werkstoff zwischen einer Membran und einer festen Gegenlage
oder zwischen zwei Membranen eingeschlossen sein kann. Auch hierbei können besonders
eingesetzte auswechselbare Stöpsel o. dgl., die gleiche oder verschiedene Elastizität
wie der übrige Teil des elastischen Werkstoffes haben, für die eigentliche Messung
Anwendung finden.
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Die Düsen, durch welche die Auspressung erfolgt, können auswechselbar
sein und inverschiedener Größe eingesetzt werden, um die Düsen den verschiedenen
Druckverhältnissen anzupassen und die Empfindlichkeit zu steigern. Sie können ferner
verstellbar und z. B. nach der Druckkammer zu verschiebbar sein, um den elastischen
Werkstoff nach erfolgter Druckablesung und nach Entlastung des Kraftmessers entgegen
seiner natürlichen Trägheit in die Anfangs- oder Nullstellung zurückzubringen.
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Um die Ausmaße der Werkstoffauspressungen oder der Bewegung des in
die Druckkammer eingeführten Körpers zu begrenzen und eine Überlastung des Kraftmessers
zu verhindern, können noch besondere Begrenzungsanschläge o. dgl. vorgesehen werden,
die eine Formänderung des elastischen Werkstoffes nur bis zu einer bestimmten Höchstgrenze
zulassen. Ferner kann der Auspressung des elastischen Werkstoffes oder der Bewegung
des in die Druckkammer eingeführten Körpers bei ansteigendem Druck ein Gegendruck
von außen entgegengesetzt werden, der z. B. durch Federn, Gummipuffer, die auf Zug
oder Druck wirken, usw. erzeugt werden kann, wodurch gleichzeitig die Empfindlichkeit
der Messung für kleine und große Kräfte in weiten Grenzen geändert werden kann.