DE741021C - Anordnung zum Messen von mechanischen Kraeften - Google Patents

Anordnung zum Messen von mechanischen Kraeften

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DE741021C
DE741021C DES110956D DES0110956D DE741021C DE 741021 C DE741021 C DE 741021C DE S110956 D DES110956 D DE S110956D DE S0110956 D DES0110956 D DE S0110956D DE 741021 C DE741021 C DE 741021C
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Germany
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forces
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Expired
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DES110956D
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Inventor
Dr-Ing Wilhelm Janovsky
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/127Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means

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Description

  • Anordnung zum Messen von mechanischen - Kräften Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen von mechanisehen Kräften durch Bestimmung der magnetischen Durchlässigkeit eines geschlossenen magnetischen Kreises mit einem den zu messenden Kräften unterworfenen, mit einer Wicklung versehenen Teil, wobei der magnetische Kreis durch ein aus einem oder aus mehreren parallel zueinander liegenden Teilen bestehendes unbewickeltes, den zu messenden Kräften nicht unterworfenes Joch geschlossen ist.
  • Eine solche Anordnung, die im besonderen zum Messen von Druckkräften geeignet ist, ist beispielsweise nach Art leines Manteltransformators gestaltet, wobei- der bewickelte Kern I (vgl. Fig. I) den zu messenden Druckkräften dadurch ausgesetzt wird, daß er mit seiner unteren Stirnfläche auf einer festen Unterlage 4 ruht, während die zu messenden Druckkräfte, beispielsweise mittels eines Druckstempeis 5, auf die obere Stirnfläche einwirken. Das den Rückschluß der Kraftlinien bildende unbewickelte Joch 3 wur.de bisher mit dem Kern nicht starr verbunden, um es nicht ebenfalls den zu messenden Kräften auszusetzen.
  • Bei der Benutzung derartiger Anordnungen hat sich nun der Übelstand herausgestellt, daß, besonders bei stoßweiser Beanspruchung oder allgemein bei Beanspruchung durch Kräfte schnell veränderlicher Größe, eine gegenseitige Verschiebung zwischen Kern und Joch eintritt. Dadurch ändert sich der magnetische Übergangswiderstand an den Berührungsstellen zwischen Kern und Joch, was sich als Nullpunktverschiebung in der Meßeinrichtung bemerkbar macht.
  • Um dieslen Fehler zu vermeiden, wird bei einer Einrichtung zum Messen mechanischer Kräfte durch Bestimmen der magnetischen Durchlässigkeit eines geschlossenen magnetisicken Kreises, dessen einer Teil mit einer Erregerwicklung versehen und den zu messenden Kräften unterworfen ist, erfindungsgemäß der den zu messenden Kräften unterworfene, mit der Wicklung versehene Teil des magenetischen Kreises lediglich an einer Stelle mit dem den zu messenden Kräften nicht unterworfenen Joch starr, im übrigen aber mit möglichst geringem Spiel verschiebbar verbunden. Dadurch wird eine Änderung des magnetischen Übergangswiderstandes zwischen Kern und Joch vermieden, ohne daß das Joch ebenfalls den zu messenden Kräften unterworfen wird.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Befestigungsstelle so gelegt wird, daß sie bei der Belastung durch die zu messenden Kräfte in Ruhe bleibt. Der auf diese Weise erdreich bare Vorteil läßt sich am besten an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutern, Die Fig. I bis 4 zeigen ion je zwei Ansichten, teilweise im Schnitt. zwei verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen zum Messen von Druckkräften, während die Fig. 5 und 6 eine Anordnung zum Messen von Zugkräften darstellen. Fig. 7 ist mach einem Oszillogramm gezeichnet und dient zur Erläuterung der Wirkungsweise. In den Fig. I bis 6 sind der Kern mit I, ia, 1b die Meßwicklung mit 2 und das Joch mit 3, 3a, 3b bezeichnet.
  • In Fig. 1 und 2 ist der den zu messenden Kräften unterworfene Kern 1 derart in das aus einzelnen Blechen aufgeschichtete mantelförmige Joch 3 eingJepaßt, daß der magnetische Übergangswiderstand zwar möglichst gering ist, aber dennoch eine leichte gegenseitige Verschiebbarkeit an den Übergangsstellen vorhanden ist. Nur an einer Stelle ist der Kern 1 mit dem Joch 3 durch einen fest in beide Teile eingepaßten Bolzen 6 in einer solchen Lage starr verbunden. daß der K+ern an beiden Enden ein wenig über das Joch hinausragt. Infolgedessen wird lediglich der Kern I den zu messenden Kräften unterworfen. wenn er mit seiner unteren Fläche auf eine feste Unterlage 4 gelegt und. beispielsweise durch einen Stempel 5, in der Pfeilrichtung belastet wird. In der Zeichnung ist der Fall dargestellt, daß der Bolzen 6 in der Nähe der unteren Auflagefläche angebracht ist, die auch bei stark wechselnder Belastung stets in Ruhe bleibt. Dies ist aus folgenden Gründen besonders vorteilhaft: Würde die Verbindungsstelle etwa in der Nähe der oberen durch den Stempel 5 unmittelbar belasteten Stirnfläche dles - Kernes liegen oder die dargestellte Anordnung in umgekehrter Lage belastet werden, so würde die ganze Masse des Jochkörpers 3 bei schnell verlaufenden Druckänderungen den entsprechend schnell verlaufenden Bewegungen des Druckstempels 5 folgen müssen. Da nun der magnetische Leitwert. des Joches vorzugsweise groß sein soll im Vergleich zu dem magnetischen Leitwert des bewickelten, den zu messenden Kräften ausgesetzten Teiles, ist es im allgemeinen nötig, den Eisenquerschnitt des Joches und damit auch die Masse des Jochkörpers entsprechend groß zu wählen. Infolgedessen hat es sich gezeigt, daß bei einer derartigen Anordnung durch die verhältnismäßig große Massenträgheit des Jochkörpers die Messung schnell veränderileher Druckkräfte in unzulässigem Maße gefälscht wird, wie es durch Fig. 7 veranschaulicht ist.
  • In dem Diagramm deü Fig. 7 ist durch den stark ausgezogenen Linienzug ein Belastung fall dargestel]t, bei dem eine auf den Kern wirkende Kraft P0 zur Zeit t0 plötzlich aufgehoben wird, so daß die Belastung den Wert Null annimmt. Wird die in Fig. und 2 dargestellte Anordnung in der gezeichneten Lage einer solchen Belastung ausge setzt, so zeigt die durch starke Strichelung angedeutete Linie den Verlauf des mit einer Oszillographenschleife aufgenommenen Diagramms. Zu diesem Zweck wurde die Meßwicklung in den einen Brückenzweig einer mit einer genügend hohen Trägerfrequenz gespeisten Brückenschaltung gelegt und die Oszillographenschleife über einen Verstärker und einen Gleichrichter an den Diagonalzweig angeschlossen. Man erkennt. daß das Diagramm den Verlauf des Druckvorganges richtig wiedergibt bis auf eine vernachlässigbar kleine Verzögerung t1 bis t0, die durch die elektrischen Größen der Meßschaltung und die geringe mechanische Trägheit der Oszillographenschleife bedingt ist. Wurde jedoch die Meßanordnung umgekehrt eingelegt, so daß die Verbindungsstelle in der Nähe der oberen Stirnfläche des Kernes liegt. so wurde der durch feine Strichelung angedeutete Verlauf des Oszillogramms erhalten, bei dem der Vorgang erst nach einer Zeit t abklingt. also mit einer verhältnismäßig großen Verzögerung t2 bis to wiedergegeben wird.
  • Durch einen Vorschlag voll N e t t m a n n ist bereits eine Einrichtung zur Bestimmung von Torsionskräften mittels des bekannten SIagnetisierungsapparates nach K o e p 5 e 1 bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung sollte ein den zu messenden Torsionskräften unterworfener, mit Wicklungen versehener Stab an zwei Punkten nahe an seinen Enden mit einem Schlußjoeh fest verbunden werden. Wenn ein solcher Stab durch eilen in seinem mittleren Teile befestigten Hebel verdreht wird, so verkürzt er sich, und die dadurch bedingten Verschiebungen seiner Enden pflanzen sich auf das Joch fort. so daß auch dieses bei schnellen Änderungen der Torsionskraft mitschwingt. Bei einer solchen Einrichtung befinden sich also die Befestigungsstellen bei wechselnder Belastung durch die zu messenden Kräfte nicht in Ruhe, so daß die durch die vorliegende Erfindung ermöglichte weitgehend verzerrungsfreie Wiedergabe schnell veränderlicher Vorgänge nicht erreicht werden kann.
  • In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für leine Anordnung zum Messen von Druckkräften dargestellt. Auch hier ist der Kern 1a derart in ein aus einzelnen Blechen zusammengesetztes mantelförmiges Joch 3a eingepaßt, daß bei möglichst geringem magnetischem Übergangswiderstand keine Übertragung der zu messenden Kräfte auf den Jochkörper stattfindet. Im übrigen ist der im wesentlichen zylindrisch gestaltete Kern 1a am unteren Ende mit einem niedrigen Ansatz 7 und einem daran anschließenden Gewinde 8 versehen zum Einschrauben in einen aus unmagnetisierbar,em Werkstoff, z. B. Messing, hergestellten U-förmigen Tragkörper 9.
  • Zwischen die Schenkel des U-förmigen Tragkörpers ist der Jochkörper 3a eingepaßt, des sen einzelne Bleche zweckmäßig durch Schraubenbolzen IO zusammengehalten und mit dem Tragkörpler g verbunden sind.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen leine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, die besonders für die Messung von Zugkräften geeignet ist. Der den zu messenden Kräften unterworfene Teil des magnetischen Kreises besteht aus einer Flachschiene 1b, die - in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise in einen aus einzelnen Blechen aufgeschichteten mantelförmigen Jochkörper 3b in der bereits bei der Beschreibung der Fig. I bis 4 angegebenen Weise eingepaßt ist. Die Verbindung zwischen Kern und Joch erfolgt durch zwei Stifte 6, die in ,der Nähe des oberen Endes des Kerns angebracht sind. Durch den Bolzen 11 ist das Ganze an dem festen Teil 12 einer Einspannvorrichtung aufgehängt. Wenn die Flachschiene Ib nun durch eine am unteren Ende in der Pfeilrichtung angreifende Zugkraft belastet wird, so wirkt diese Zugkraft lediglich auf die Flachschiene Ib, und die schwere Masse des Jolchkörpers bleibt auch bei schnellen Änderungen der Zugkraft in Ruhe, da sie in der Nähe der Einspannstelle mit dem Kern verbunden ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf Anordnungen zum Messen von Zug- oder Druckkräften beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auch bei Anordnungen zum Messen von Torsionskräften oder Drehmomenten anwenden.

Claims (4)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Anordnung zum Messen mechanischer Kräfte durch Bestimmen der magenetischen Durchlässigkeit eines geschlossenen magnetischen Kreises, dessen einer Teil mit leine Erregerwicklung versehen und den zu messenden Kräften unterworfen ist, dadurch gekennzeichnlet, daß der den zu messenden Kräften unterworfene, mit der Wicklung versehene T<eil des magnetischen Kreises mit dem unbewickelten, den zu messenden Kräften nicht unterworfenen Joch lediglich an einer Stelle starr, im übrigen aber mit möglichst geringem Spiel verschiebbar, verbunden ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, insbesondere zum Messen schnell veränderlicher Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung in der Nähe der Stelle liegt, die bei der Belastung durch die zu messenden Kräfte in Ruhe bleibt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2 unter Benutzung eines nach Art eines Manteltransformators gebauten Eisenkörpers zum Messen von Druckkräften, dadurch ekennzeichnet, daß der den zu messenden Kräften unterworfene Kern des Eisenkörpers nur in der Nähe der festen Auflagfläche mit dem Joch starr verbunden ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 unter Benutzung eines nach Art eines Mantitransformators gebauten Eisenkörpers zum Messen von Zugkräften, dadurch gekennzeichnet, daß der den zu messenden Kräften unterworfene Kern des Eisenkörpers nur in der Nähe der Einspannstelle mit dem Joch starr verbunden ist.
    Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom- Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren keine Druckschriften in Betracht gezogen worden.
DES110956D 1933-09-12 1933-09-12 Anordnung zum Messen von mechanischen Kraeften Expired DE741021C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2292212A1 (fr) * 1974-11-22 1976-06-18 Asea Ab Dispositif magneto-elastique pour la mesure d'une force mecanique

Non-Patent Citations (1)

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None *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2292212A1 (fr) * 1974-11-22 1976-06-18 Asea Ab Dispositif magneto-elastique pour la mesure d'une force mecanique

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