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KraftmeBvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßvorrichtung
für gleichbleibende oder langsam veränderliche Kräfte, bei der die zu messende Kraft
als Druckkraft einen elastischen stabförmigen Körper axial belastet, der zwischen
die Druckkräfte übertragendeii Druckstücken liegt, deren Abstandsänderung auf eine
Meßuhr übertragen wird.
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Bei einer bekannten Kraftmeßvorrichtung dieser Art ist der stabförmige
Druckkörper als Rohr ausgebildet. Die Meßuhr ist an einen seitlichen hohlen Ansatz
des unteren Druckstückes angebaut und von einem Hebelarm eines in dem Hohlraum des
Druckstückes gelagerten zweiarmigen Schwinghebels beeinflußt, zwischen dessen anderem,
kürzerem Hebelarm und dem oberen Druckstück innerhalb des rohrförmigen Druckkörpers
ein stabförmiges Übertragungsglied angeordnet ist.
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Demgegenüber ist gemäß der Erfindung der stabförmige Druckkörper
in ein geschlossenes Gehäuse in der Weise eingehaut, daß das obere, die Kraft aufnehmende
Druckstück in einem Deckel des Gehäuses geführt und das untere Druckstück von einem
Gehäuseboden in einer Kugelpfanne abgestützt ist, wobei an die Druckstücke innerhalb
des Gehäuses Anschlagstücke angeklemmt sind, die mit der seitlich neben dem Druckkörper
ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordneten Meßuhr zusammenwirken.
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Nunmehr ist im Gegensatz zu der bekannten Kraftmeßvorrichtung die
Anzeigevorrichtung von den durch die druckkraft belasteten Teilen klar getrennt.
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Es kann jederzeit ein anderer Druckkörper mit einem anderen Meßbereich
eingebaut werden. Der Druckkörper kann Ring- oder Vollquerschnitt haben. Die zwischen
den Druckstücken und der Anzeigevorrichtung seitlich neben dem Druckkörper angeordneten
t2bertragungsglieder können zur Nullpunktjustierung der Anzeigevorrichtung einstellbar
ausgebildet werden.
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Die Länge des Druckkörpers ist vorzugsweise so gewählt, daß die größte
elastische Längenänderung des Druckkörpers in einer Größenordnung von etwa 0,2 mm
liegt. Dieser Kraftweg ist hinreichend groß, um auf eine übliche l/1000-mm-Meßuhr
unmittelbar einen Zeigerausschlag von 3600 zu übertragen, aber doch so klein, daß
er als Verlagerung der Kraftquelle, z. B. eines Behälters, vernachlässigt werden
kann.
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Der stabförmige Druckkörper ist bevorzugt in an sich bekannter Weise
als Rohr ausgebildet und hat hierdurch eine größere Knickfestigkeit als ein den
gleichen zur Kraftaufnahme dienenden Querschnitt aufweisender Vollstab. Die beiden
Druckstücke sind hierbei zweckmäßig durch ein sie verbindendes elastisches Glied
mit dem Druckkörper in ständigem Kraftschluß gehalten. Bei einem rohrförmigen Druckkörper
kann das Zugglied als in der Rohrachse liegender Stab ausgebildet sein.
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Die Meßuhr kann mit weiteren Einrichtungen verbunden werden, welche
das Meßergebnis über beliebige Entfernungen weitergeben oder Steuervorgänge auslösen.
Das kann dadurch erreicht werden, daß die Abtriebwelle der Meßuhr auf die mit ihr
in einem eindeutigen Drehmomentschluß gehaltene Drehachse eines elektrischen Fernsenders,
z. B. eines Widerstandfernsenders (Potentiometer), treibt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform greift das obere Druckstück
von oben her an dem kurzen Hebelarm eines zweiarmigen Hebels an, der auf einer Stütze
von unten her schwingbar abgestützt ist und mit seinem längeren Hebelarm von oben
her auf den zur Achse des Druckkörpers parallelen Stößel einer Meßuhr wirkt, die
zusammen mit der Lagerstütze des Hebels mit einem am unteren Druckstück starr befestigten
Halter verbunden ist, der auch den Fernsender trägt, wobei die Lagerstütze des Hebels
zur Nullpunktjustierung der Meßuhr in Richtung der Druckkörperachse einstellbar
ist. Auf diese Weise kann die maximale, etwa 0,2 mm betragende, Federung des Druckkörpers
ohne Schwierigkeiten in einem Verhältnis von 1 : 5 auf die Meßuhr übertragen werden,
und man kann bei Verwendung einer üblichen l/100-mm-Meßuhr einen Zeigerausschlag
von 3600 erzielen. Die l/ooo-mm-Meßuhr hat den Vorzug, daß über ihr Räderwerk das
Drehmoment zum Antrieb des Fernsenders sicher übertragen werden kann.
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Bei der Übertragung der kleinen Federwege auf den Übersetzungshebel
ist es wichtig, daß Spiel und Reibung möglichst ausgeschaltet sind. Das wird in
vollkommener Weise dadurch erreicht, daß das am oberen Druckstück befestigte Übertragungsglied
mit dem Schwinghebel durch ein an sich bekanntes Bänderkreuz verbunden ist, das
durch eine am langen Hebelarm abwärts gerichtete Federkraft in Spannung gehalten
ist.
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Überträgt man die Längenänderung des Druckkörpers unmittelbar auf
den Stößel der Meßuhr, z. B. einer l/l000-mm-NIeßuhr, dann ist die Meßuhr bei parallel
zur Druckkörperachse angeordnetem Stößel mit einem der beiden Druckstücke verbunden,
und ihr Stößel liegt gegen einen am anderen Druckstück vorgesehenen Anschlag aus,
der zur Nullpunktjustierung der Meßuhr in Achsrichtung des Druckkörpers einstellbar
ist.
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Der Drehmomentschluß zwischen der Drehachse des Fernsenders und der
Abtriebwelle der Meßuhr wird in jedem Falle sicher dadurch erreicht, daß die Abtriebwelle
der Meßuhr durch einen Mitnehmerhebelarm mit einem mit der Drehachse des Fernsenders
verbundenen Hebelarm zusammenwirkt und die Drehachse des Fernsenders unter der Kraft
einer auf sie drehend wirkenden Rückholfeder steht.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf zwei in der Zeichnung
dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
der Kraftmeßvorrichtung mit mehrfach übersetztem Federweg, Fig. 2 eine Einzelheit,
Fig. 3 einen Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt einer Kraftmeßvorrichtung mit unmittelbarer
Übertragung des Federwegs auf die Meßuhr.
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Der mit 1 bezeichnete Druckkörper aus gehärtetem Stahl ist beim Ausführungsbeispiel
als Rohr ausgebildet. Er ist zwischen zwei mit ihm zentrierten, an seinen beiden
Stirnflächen anliegenden Drudstücken 2 und 3 angeordnet. Die beiden Druckstücke
2 und 3 sind beim Ausführungsbeispiel durch eine in der Rohrachse verlaufende Zugstange
4 verbunden, die durch eine Bohrung des unteren Druckstückes 3 hindurchgeht. sich
an diesem mit einem Schraubenkopf 5 abstützt und mit einem Gewindeende 6 in das
obere Druckstück 2 einschraubbar ist. Der Zugstange 4 ist zweckmäßig eine solche
Vorspannung gegeben, daß sie auch bei der höchsten Druckbelastung des Druck körpers
1 noch eine Zugspannung hat.
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Der Druckkörper 1 ist in einem Gehäuse 7 angeordnet, das oben durch
einen Deckel 8 und unten durch einen Boden 9 abgeschlossen ist. Das obere Druckstück
2, auf dem sich die zu messende Kraft abstützt, ist in einer Bohrung 10 des Gehäusedeckels
8 in seiner Achsrichtung verschiebbar geführt. Das untere Druckstück 3 stützt sich
auf dem Gehäuse boden 9 ab, und zwar mit einer Kugelfläche in einer in den Gehäuseboden
eingesetzten Kugelpfanne 11. An die beiden Druckstücke sind innerhalb des Gehäuses
7 für den Anschluß der Übertragungselemente schellenartige Ringkörper 12 und 13
angeklemmt. Insoweit stimmen die beiden Ausführungsbeispiele überein.
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Beim Ausführungsbeispiel Fig. 1 trägt der um das untere Druckstück
3 gespannte Ringkörper 13 einen Halter 14. In dem Halter 14 ist in einigem Abstand
vom Druckkörper 1 eine Meßuhr 15 so befestigt, daß ihr Stößel 16 parallel zur Druckkörperachse
nach oben gerichtet ist und daß ihre Abtriebwelle 17 zur Druckkörperachse im rechten
Winkel steht. Seitlich neben der Meßuhr 15 ist auf dem Halter 14 ein elektrischer
Fernsender, z. B. ein Widerstandsfernsender 18 fest angeordnet. Die Drehachse 19
des Fernsenders 18 liegt parallel zur Abtriebwelle 17 der Meßuhr 15.
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Die Abtriebwelle 17 der Meßuhr 15 trägt an ihrem vom Druckkörper 1
abgekehrten Ende eine Scheibe 20 mit einem exzenrisch angeordneten Mitnehmerstift
21.
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Achsgleich zur Abtriebwelle 17 der Meßuhr ist in auf dem Halter 14
vorgesehenen Lagern eine Zeigerwelle 22 angeordnet, auf deren von der Meßuhr abgekehr-
tem
Ende ein Zeiger 23 sitzt. Dem Zeiger 23 ist in einer an das Gehäuse 7 angeschlossenen
Zeigerdose 24 eine Skala 25 zugeordnet. Das andere Ende der Zeigerwelle 22 trägt
eine Scheibe 26, die auf ihrer der Meßuhr zugekehrten Stirnseite einen radialen
Schlitz 27 hat, in den der SIitnehmerstift 21 der Abtriebwelle 17 der Meßuhr 15
eingreift. Hierdurch ist die Abtriebwelle 17 der Meßuhr mit der Zeigerwelle 22 derart
beweglich gekuppelt, daß geringfügige Unter schiede in der Achslage beider Wellen
nicht stören.
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Die Scheibe 26 ist als Ritzel ausgebildet, das mit einem Zahnrad 28
der Fernsenderwelle 19 im Eingriff steht. Die Feruseuderwelle 19 ist mit dem einen
Ende einer Spiralfeder 29 verbunden, deren anderes Ende festliegt. Durch die Spiralfeder
29 wird auf die Fernsenderwelle 19 ein Drehmoment ausgeübt, das sie im Sinne eines
Zurückstellens der Meßuhr 15 in ihre Nullage zu drehen versucht. Hierdurch ist ein
eindeutiger Drehmomentfluß vom letzten Glied der Aleßkette (Fernsenderwelle 11)
bis zum ersten Glied (Meßuhrstößel 16) gesichert. An Stelle der Spiralfeder 29 könnte
auch eine auf die Fernsendeswelle 19 wirkende Schnurrolle mit einem durch eine Zugfeder
abgespannten Faden vorgesehen sein.
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Zur Übertragung der Längenänderung des Druckkörpers 1 auf die Meßvorrichtung
ist an dem mit dem oberen Druckstück 2 verbundenen Ringkörper 12 ein parallel zur
Druckkörperachse nach unten gerichteter Arm 30 befestigt. An dem Arm 30 ist unten
ein Querbalken 31 vorgesehen, der durch zwei waagerechte Bänder 32 und ein zwischen
diesen angeordnetes senkrechtes Band 33 mit einem auf den Stößel 16 der Meßuhr drückenden
Hebel 34 verbunden ist (Fig. 2).
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Die Bänder 32 und 33 bestehen vorzugsweise aus dünnem Bandstahl. Der
an das Bänderkreuz 32, 33 angeschlossene Hebel 34 ist zwischen dem Druckkörper 1
und der Meßuhr 15 durch eine als Stößel ausgebildete Stiitze 35 von unten her schwingbar
abgestützt. Die Stütze 35 ist parallel zur Druckkörperachse angeordnet und liegt
mit ihrem unteren Ende in dem mit dem unteren Druckstück 3 verbundenen Halter 13,
14 in ihrer Achsrichtung fest. Der Abstand der Stütze 35 vom DruclklSörper1 bzw.
der Meßuhr 15 ist so gewählt, daß der Hebelarm bis zum Schnittpunkt des Bänderkreuzes
32, 33 etwa ein Fünftel der Länge des mit dem WIeßuhrstößel 16 zusammenwirkenden
Hebelarmes hat. Durch eine von oben her in schräger Richtung vom Druckkörper 1 weg
auf den langen Arm des Hebels 34 drückende Feder 36 ist das Bänderkreuz 32, 33 in
Spannung gehalten, so daß der Schnittpunkt seiner Bänder eindeutig die Gelenkachse
des Hebels 34 mit dem an das obere Druckstück 2 angeschlossenen Übertragungsglied
30, 31 bildet. Durch die Bänderkreuzverbindung wird ein spiel-und reibungsfreies
Gelenk erzielt. Die Stütze 35 ist in dem Halter 14 durch ein Stellglied 37 in Richtung
der Druckkörperachse einstellbar und dient hierdurch gleichzeitig der Nullpunktjustierung
für die Meßuhr.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die zu messende Kraft,
z. B. das Gewicllt eines Behälters, wirkt auf das obere Druckstück 2, während das
Gehäuse 7 starr abgestützt ist. Hierdurch wird der Druckkörper 1 elastisch zusammengedrückt.
Sein bei der maximalen Belastung etwa 0,2 mm betragender Federweg A 1 errechnet
sich aus der Bezeichnung zil 1 = t. Der Federweg wird vom oberen q Der Druckstück
2 über das Bänderkreuz 32, 33 spiel- und reibungsfrei auf den Hebel 34 übertragen,
der um das obere Ende der Stütze 35 ausschwingt. Hierbei wird
das
auf den Meßuhrstößel wirkende Hebelende angehoben, und der Meßuhrstößel folgt ihm
unter der Wirkung der in die Meßuhr eingebauten Rückstellfeder. Gleichzeitig wird
durch die sich drehende Abtriebwelle 17 der Meßuhr 15 die Zeigerwelle 22 und die
Achse 19 des Fernsenders 18 gedreht. Die Größe der auf den Druckkörper 1 wirkenden
Kraft ist an der Skala 25 unmittelbar ablesbar. Durch den Fernsender 18 wird das
Meßergebnis auf ein in beliebiger Entfernung aufgestelltes Anzeigegerät übertragen.
Dieses Anzeigegerät kann beliebiger Art sein. Es können auch Fallbügelregler oder
ähnliche Geräte zur Auslösung von Steuerungsvorgängen an den Fernsender angeschlossen
sein.
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Durch die beim Ausführungsbeispiel Fig. 1 zwischen dem Druckstück
2 und dem Meßuhrstößel 16 vorgesehene Hebelübersetzung von 1 : 5 beträgt der Meßuhrausschlag
beim maximalen Federweg von 0,2 mm 1 mm. Es kann also eine übliche l/lO0-mm-Meßuhr
verwendet werden, deren Zeigerausschlag bei einem Stößelweg von 1 mm 3600 beträgt.
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Beim Ausführungsbeispiel Fig. 3 wird der Federweg des Druckkörpers
unmittelbar auf eine Meßuhr 115 übertragen. Hierzu ist beispielsweise die Meßuhr
mit parallel zur Achse des Druckkörpers 1 nach unten gerichtetem Stößel 116 an dem
Klemmring 12 des oberen Druckstückes 2 befestigt. Von unten her liegt gegen den
Meßuhrstößel 116 ein Anschlag 135 an, der an dem am unteren Druckstück 3 angeordneten
Klemmring 13 festliegt. Zur Nullpunktjustierung der Meßuhr ist der Anschlag 135
in Richtung parallel zur Druckkörperachse einstellbar. Das Gehäuse des Fernsenders
118 ist mit dem Gehäuse der Meßuhr 115 in achsgleicher Anordnung fest verbunden.
Auf der Abtriebwelle 117 der Meßuhr sitzt ein Hebel 120, der mit einem Mitnehmerstift
121 eines auf der Welle 119 des Fernsenders sitzenden Hebels 126 zusammenwirkt.
Der Drehmomentschluß zwischen der Welle 119 des Fernsenders und der Abtriebwelle
117 der Meßuhr wird durch eine an der Fernsenderwelle angreifende Spiralfeder 129
bewirkt. Die Fernsenderwelle 119 bildet in ihrer Verlängerung gleichzeitig die Zeigerwelle
122, auf der ein zur Nahanzeige dienender Zeiger 123 sitzt. Die Kupplung der Meßuhr
mit dem Fernsender könnte aber auch in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel
Fig. 1 ausgebildet sein.
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Da beim Ausführungsbeispiel Fig. 3 der Federweg des Druckkörpers
ohne Übersetzung auf den Meßuhrstößel 116 übertragen wird, ist eine übliche i/1000-mm-Meßuhr
vorgesehen, deren Zeigerausschlag von 360° einem Stößelweg von 0,2 mm entspricht.