DE1269387B - Vorrichtung zum Messen einer Kraft mit hoher Resonanzfrequenz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIl

GOIg

Deutsche Kl.: 42 k-7/05

P 12 69 387.7-52
9. Januar 1962
30. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Kraft mit hoher Resonanzfrequenz, insbesondere zum Steuern, Regeln und Anzeigen mit einem Federsystem, welches durch die zu messende Kraft ausgelenkt wird, und mit einem induktiven Meßwertgeber, der mit dem Federsystem verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Auslenkung des Federsystems proportional ist, und mit einer Temperaturkompensation, die zwischen dem Federsystem und dem induktiven Meßwertgeber ίο eingeschaltet ist.

Es war bisher üblich, bei Kraftmeßsystemen, die mit einer Auslenkung von Federn arbeiten, zwischen der Feder und der Anzeigevorrichtung eine thermische Kompensation vorzusehen. Bei den bisher bekannten Einrichtungen hatte diese thermische Kompensation den Zweck, die wärmebedingten Längenänderungen im Federsystem und im Übertragungssystem zu kompensieren, um Anzeigefehler zu vermeiden, die ihre Ursache in thermischen Längenänderungen haben.

Bei derartigen Vorrichtungen ist es ferner bekannt, die verwendeten Federn aus einem Material herzustellen, dessen Federungseigenschaften gegenüber der Temperatur stabil sind, so daß die Kräfte, die der as Belastung entgegenwirken, im wesentlichen in einem großen Temperaturbereich konstant bleiben. Derartige Materialien sind teuer und stehen nicht immer zur Verfügung. Die technische Entwicklung hat die Tendenz gezeigt, Materialien zu verwenden, deren Elastizitätsmodul in dem Temperaturbereich, in dem gemessen wird, konstant bleibt. Dadurch wird aber der Bereich der verwendbaren Materialien ganz erheblich eingeschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, diesen Nachteil zu beheben.

Erfindungsgemäß weist die Temperaturkompensation zur Kompensation der Temperaturänderungen des Elastizitätsmoduls des Federsystems eine in Auslenkrichtung sich erstreckende Tragstange aus einem Material mit vernachlässigbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, von der aus sich eine Querstange erstreckt, an der eine Hülse befestigt ist, die eine Stange aufnimmt, an der der Kern des Meßwertgebers befestigt ist, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Stange größer ist als der des Materials der Hülse.

In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine Kompensation für die thermischen Veränderungen des Elastizitätsmoduls der Feder geschaffen. Hierdurch ist es möglich, einen größeren Bereich unterschiedlicher Materialien nutzbar zu machen.

Vorrichtung zum Messen einer Kraft
mit hoher Resonanzfrequenz

Anmelder:

Clarence Johnson, Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. G. Hauser,

Patentanwälte,

8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Clarence Johnson, Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 10. Januar 1961 (81 815)

Es ist zwar ganz allgemein bereits eine Kompensation der Einwirkung der Temperatur auf den Elastizitätsmodul bekannt. Es handelt sich hierbei um sogenannte Spannungsmesser, die auf Prüfkörper aufgeklebt werden und mit denen Dehnungen gemessen werden sollen. Es werden hierbei Widerstandsdehnungsstreifen verwendet, die auf eine spezielle Temperatur kalibriert sind. Die Empfindlichkeit des Wandlers nimmt bei einer Zunahme der Temperatur zu, und zwar deshalb, weil der Elastizitätsmodul des Materials abnimmt, an welchem diese Dehnungsmeßstreifen befestigt sind. Bei einer bekannten Einrichtung werden diese Effekte in einer Wheatstoneschen Meßbrücke elektrisch kompensiert.

Mit besonderem Vorteil kann die Tragstange aus Invar, die Hülse aus Messing und die von der Hülse aufgenommene Stange aus Magnesium bestehen. Die Hülse kann in an sich bekannter Weise gegenüber der Querstange, und die Stange wiederum gegenüber der Hülse einstellbar sein.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 eine Vorderansicht des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels und

F i g. 3 eine Vorderansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels.

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Es ist eine Basis 12 vorgesehen, die einen Ständer folgende Abbiegungen auftreten, weil winzige Bewe-20 hat. An diesem Ständer 20 ist über ein Kreuz- gungen der Stange 242 gegenüber der Hülse 238, die gelenk 76 eine die Last aufnehmende Plattform 70 durch. Vibrationskräfte hervorgerufen werden, verangeordnet. Diese Plattform kann beispielsweise hindert werden. Es ist ersichtlich, daß die Vermeiunterhalb einer Förderanlage angeordnet sein. Diese 5 dung solcher winzigen Bewegungen, welche durch Plattform 70 ist über ein Verbindungsgestänge 144 den Wandler verstärkt würden und eine Ungenauigmit einem Federsystem 166 verbunden. Durch diese keit im Meßsystem zur Folge hätten, äußerst wün-Verbindung wird die von der Plattform 70 auf- sehenswert ist.

genommene Kraft auf das Federsystem 166 über- Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es ertragen und lenkt dieses aus. Das Federsystem 166 ist io sichtlich, daß die Anordnung, bestehend aus der bei 180 an der Basis 12 befestigt. Die Befestigung Stange 230, der Querstange 232, der Stange 242 und kann einstellbar sein. dem Kern 244, als Einheit in das Gehäuse 30 ein-

Die Plattform 70 weist eine abgestufte Bohrung gesetzt, mit der Plattform 70 verbunden und inner-224 auf, welche sich über der Öffnung 39 im Gehäuse halb der Wicklung 200 angeordnet werden kann, weil 30 befindet und mit dieser fluchtet. In der Bohrung 15 die Anordnung eine vorgefertigte, aus mehreren Tei-224 ist eine Kupplungsschraube 228 angeordnet, len bestehende Konstruktion ist. Diese vorgefertigte welche mit ihrem verbreiterten Kopf an dem durch Anordnung führt auch zu einem Kern 244, der durch die Stufenschulter gebildeten Sitz anliegt und eine richtige Einstellung der Stange 242 und der Hülse Betätigungsstange 230 starr mit der Plattform 70 ver- 238 für eine durch die Flexibilität (wirksame Länge) bindet, welche von der Plattform 70 herabhängt. Die 20 der Feder 166 bestimmte gegebene Null-Abbiegung Betätigungsstange 230 ist vorzugsweise aus Invar der Plattform 70 innerhalb der Wandlerwicklung oder einem anderen Metall, welches sich mit Tempe- leicht in seine Null-Stellung gebracht werden kann, raturänderungen nicht ausdehnt und zusammenzieht, Bei einer Anlage, bei welcher die Umgebungs-

hergestellt. Die sich nach unten erstreckende Stange temperatur nicht geregelt ist, hat eine Temperatur-230 geht durch die Öffnung 39 hindurch. Wie am 25 änderung kleine, aber meßbare Änderungen des EIabesten in F i g. 2 zu sehen, ist an dem unteren Ende stizitätsmoduls der Feder 166 und Differenzen hinder Stange 230 eine Querstange 232 mittels einer sichtlich der Expansion und Zusammenziehung der Schraube 234 befestigt, weiche durch eine Bohrung Metalle der Anordnung zur Folge. Es ist daher erin einem Ende der Querstange 232 hindurchgeht und forderlich, Temperaturänderungen zu kompensieren, in die Stange 230 eingeschraubt ist. Das andere Ende 30 da kleine Bewegungen bei der vorliegenden Wiegeder Querstange 232 ist mit einer Gewindebohrung vorrichtung kritisch sind und unzulässige Abwei-236 ausgestattet, die bei 237 geschlitzt ist, damit chungen der Steuer- oder Anzeigecharakteristiken Klemmbacken gebildet werden. Durch die Bohrung bewirken.

236 ist eine innen und außen mit Gewinde versehene Eine wirksame Temperaturkompensation wird da-

Kupplungshülse 238 aus Messing mit einem verbrei- 35 durch gebildet, daß die Stange 230, welche die Wandterten Sechskantkopf 240 nach oben oder nach unten leranordnung mit der Plattform 70 verbindet, vorhindurchgeschraubt, welche in der Bohrung 236 zugsweise aus Invar oder einem anderen Metall, das klemmend festgehalten ist und das untere Ende eines einen gleichermaßen kleinen oder vernachlässigbaren mit Gewinde versehenen Magnesiumstabes 242 auf- Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, hergestellt nimmt. Der Magnesiumstab ist mit einer Endöffnung 40 wird, die Gewindestange 242, welche den Wandler-243 für einen Schlüssel ausgestattet, mit welchem er kern 244 trägt, vorzugsweise aus Magnesium oder gegenüber der Hülse 236 verschraubt und eingestellt einem ähnlichen Metall mit einem großen Wärmewerden kann. Der Stab 242 erstreckt sich in die hohle ausdehnungskoeffizienten hergestellt wird und die Wicklung 200 und trägt an seinem oberen Ende einen Stellhülse 238, welche die Verbindung zwischen der hohlen Ankerkern 244, der auf das obere Ende auf- 45 Querstange 232 und der Gewindestange 242 bildet, geschraubt ist. aus Messing oder einem anderen Metall mit einem

Bei der Anordnung nach F i g. 2 kann die Ein- Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt wird, der stellung des Ankerkernes 244 bezüglich der Wandler- kleiner ist als derjenige der Stange 242. Daher kann wicklung 200 leicht dadurch vorgenommen werden, durch Änderung des Verhältnisses von Messing und daß ein üblicher »Allen«-Schlüssel in die Schlüssel- 5° Magnesium in der Verbindung zwischen der Queröffnung 243 eingesetzt und der Sechskantkopf 240 stange 232 und dem Wandlerkern 244 das Stück, um der Hülse 238 beim Einschrauben der Stange 242 in welches sich der Kern 244 in den Wandleranker hindie Hülse 238 oder beim Herausschrauben der Stange ein erstreckt, so gesteuert werden, daß Temperatur-242 aus der Hülse 238 mit einem Schlüssel festgehal- änderungen automatisch kompensiert werden, nachten wird. Mit dieser Einstellung kann der Wandler 55 dem das Instrument einmal eingestellt und das Wand-190 so eingestellt werden, daß das Steuersignal be- lersystem richtig geeicht ist.

züglich der Null-Stellung der Plattform 70 geeicht Wenn man annimmt, daß die zu messende Kraft

wird. Bei der Anordnung nach F i g. 3 kann die konstant bleibt, so bewirkt eine weitere Durchgleiche Einstellung des Differentialtransformators 190 biegung der Feder 166 durch eine Temperaturoder Wandlers 190 bewirkt werden, nachdem die 60 zunähme, daß der Kern 244 relativ zur Wicklung 200 Verriegelungsmutter 241, die auf die Stange 242 auf- weiter nach unten bewegt wird, so daß das elektrische geschraubt ist und an dem oberen Ende der Hülse Ausgangssignal geändert wird. Dies ist der Fall, da anliegt, gelöst worden ist. Bei der Anordnung die Tragstange 230 aus einem Metall besteht, dessen nach F i g. 3 ist eine weitere Verriegelungsmutter 245 lineare Wärmeausdehnung vernachlässigbar ist. zum Festspannen des Ankerkernes 244 am oberen 65 Die Bewegung des Kernes 244 nach unten als ErEnde der Stange 242 vorgesehen. gebnis einer Temperaturzunahme, die eine Verände-Die zusätzliche Verriegelungsmutter 245 ist ins- rung des Elastizitätsmoduls des Federsystems 166 bebesonderere dort von Vorteil, wo rasch aufeinander- wirkt, wird durch die Stange 242 kompensiert. Die

Stange 242 besteht aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, und diese Stange dehnt sich aus, wenn die Temperatur zunimmt, und dadurch wird der Kern 244 aufwärts bewegt. Ein Nachlassen der Spannung der Feder 146, durch welches der Kern 244 nach unten bewegt wird, wird demzufolge durch die Ausdehnung der Stange 242 kompensiert, durch welcher der Kern 244 in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Die zueinander entgegengesetzten Bewegungen werden kornpensiert.

Durch eine entsprechende Einstellung der Längen der Stange und des Ubertragungssystems zwischen der Plattform 70 und dem Kern 244 ist es also möglich, die Veränderungen des Elastizitätsmoduls des Federsystems 166 zu kompensieren.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen einer Kraft mit hoher Resonanzfrequenz, insbesondere zum Steuern, Regeln und Anzeigen mit einem Federsystem, welches durch die zu messende Kraft ausgelenkt wird, und mit einem induktiven Meßwertgeber, der mit dem Federsystem verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Auslenkung des Federsystems proportional ist, und mit einer Temperaturkompensation, die zwischen dem Federsystem und dem induktiven Meßwertgeber eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensation zur Kompensation der Temperaturveränderungen des Elastizitätsmoduls des Federsystems (166) eine in Auslenkungsrichtung sich erstreckende Tragstange (230) aus einem Material mit vernachlässigbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, von der aus sich eine Querstange (232) erstreckt, an der eine Hülse (238) befestigt ist, die eine Stange (242) aufnimmt, an der der Kern (244) des Meßwertgebers (190) befestigt ist, und daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Stange (242) größer ist als der des Materials der Hülse (238).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tragstange (230) aus Invar, die Hülse (238) aus Messing und die Tragstange (242) aus Magnesium besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (238) gegenüber der Querstange (232) und die Stange (242) gegenüber der Hülse (238) einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 056 391;
USA.-Patentschrift Nr. 2 930 227;
Zeitschrift »Product Engineering«, März 1956, , 196 bis 198.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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