DE1957586B2

DE1957586B2 - Kraftumformer

Info

Publication number: DE1957586B2
Application number: DE19691957586
Authority: DE
Inventors: lan Francis Malcolm Farnborough Hampshire Curtis (Großbritannien)
Original assignee: The Solartron Electronic Group Ltd, Farnborough, Hampshire (Großbritannien)
Priority date: 1968-11-18
Filing date: 1969-11-15
Publication date: 1978-01-26
Also published as: US3600614A; DE1957586A1; FR2024885A1; GB1288378A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftumformer mit einem länglichen Teil, das in einer ersten und in einer zweiten Einrichtung so eingespannt ist, daß an den Einspannstellen Schwingungsknoten entstehen, mit einer Treibereinrichtung zur Erzeugung transversaler Schwingungen in dem Stück des länglichen Teiles, das sich zwischen den Einspannstellen befindet, und mit einer Abtasteinrichtung, die ein zur Frequenz oder Amplitude der Schwingung proportionales Signal abgibt. Derartige Kraftumformer werden als Kraftmeßwandler eingesetzt.

Eine bekannte Ausführungsform eines Kraftumformers, bei welcher transversale Schwingungen eines länglichen Teiles verwendet werden, ist in der US-PS 32 42 738 beschrieben. Bei diesem bekannten Umformer wird jedoch ein gestreckter Draht verwendet, der auf einer Seite an einem festen Rahmen verankert ist und an der anderen Seite mit einer biegsamen Membran verbunden ist, so daß eine Ablenkung der Membran die Spannung in dem Draht verändert. Ein ernsthafter Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der gestreckte Draht ständig unter Spannung steht, was dazu führt, daß in dem Draht Materialwanderung auftritt, wodurch eine Frequenznacheichung notwendig ist. Darüber hinaus steht die Forderung, daß die Membran stark genug ist, um das als Draht ausgebildete längliche Teil zu haltern, im Widerspruch zu der Forderung, daß sie genügend biegsam ist, um die gewünschte Ablenkung zu ermöglichen. Die Membran ist mit einem schwingenden Stück des als Draht ausgebildeten länglichen Teils verbunden, so daß sie die Schwingung des länglichen Teils mit ausführt und damit die Schwingung des länglichen Teils nachteilig beeinflussen kann.

In der französischen Patentschrift 15 22971 und der DT-OS 16 48 690 wird ein Kraftumformer beschrieben,

so in dem zwei steife, jedoch nachgiebige längliche Teile an ihren Enden miteinander verbunden sind und bei dem Vorrichtungen vorgesehen sind, die die transversalen Schwingungen der beiden länglichen Teile in Gegenphase zueinander aufrecht erhalten, wobei die Frequenz der Schwingungen der Kraft entspricht, die den Teilen gemeinsam in Richtung ihrer Längsachse zugeführt wird. Da die beiden Teile, wenn sie sich in gleicher Umgebung befinden und unter gleicher Spannung stehen, identische Eigenfrequenzen aufweisen müssen, müssen ihre mechanischen Eigenschaften sorgfältig aneinander angepaßt sein. Dies ist jedoch schwierig, wenn andere Werkstoffe als homogener Quarz verwendet werden, und es ist insbesondere schwierig bei Metallen, bei denen eine Verfestigung zu verschiedene nen Elastizitäten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftumformer zu schaffen, der nur ein Schwingungen ausführendes längliches Teil aufweist, das nicht ständig

unter Spannung steht und das nicht durch die die Kraft übertragende Membran gehaltert werden muß.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Abschnitt des länglichen Teils in der ersten Einspanneinrichtung befestigt ist und ein zweiter Abschnitt des länglichen Teils über die zweite Einspanneinrichtung hinausragt, daß dieses Ende an einem starren Kraftübertragungsteil befestigt ist, daß der zweite Abschnitt des länglichen Teils zwischen mindestens zwei drehbaren Teilen in der zweiten Einspanneinrichtung gehalten ist und daß die drehbaren Teile derart ausgeführt sind, daß sie dann am länglichen Teil abrollen, wenn sich der zweite Abschnitt in axialer Richtung des länglichen Teiles bei einer in axialer Richtung wirkenden, auf es übertragenen Kraft bewegt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftumformers besteht darin, daß das längliche Teil von der zweiten Einspanneinrichtung gehaltert ist und getrennt an dem Kraftübertragungsteil befestigt ist. Die Schwingungsknoten biiden sich an den Einspannstellen aus, so daß das Kraftübertragungsteil, das an einem nichi schwingenden Abschnitt des /anglichen Teils jenseits der zweiten Einspannvorrichtung befestigt ist, keinen Teil des Schwingungssystems bildet und dieses auch nicht beeinflussen kann mit der Ausnahme, daß es lediglich die gewünschte Axiallast vorsieht. Die drehbaren Teile der zweiten Einspanneinrichtung ermöglichen eine axiale Bewegung des länglichen Teils entsprechend der Axiallast. Da das Kraftübertragungsteil (das beispielsweise eine Membran ist) von dem schwingenden Abschnitt des länglichen Teils getrennt ist und nicht so stark ausgebildet sein muß, daß es dieses Teil haltert sind die transversalen Schwingungsknoten in dem länglichen Teil scharf definiert und die innere statische Reibung und die Hysterese sind sehr klein.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Beispielsweise sind die drehbaren Teile vorzugsweise als Rollen ausgebildet.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen solchen Kraftumformer,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Umformer nach F i g. 1 und

F i g. 3 einen anderen Querschnitt durch einen Teil des Umformers nach F i g. 1.

Der Umformer, der in F i g. 1 dargestellt ist, spricht auf Kraft an, die einem steifen, jedoch elastischen länglichen Teil zugeführt wird, welches als ein Stab 11 aus einer ferromagnetischen rostfreien Legierung ausgebildet isL Es sind Magnetvorrichtungen mit einer Treiberspule 12 vorgesehen, die transversale Schwingungen in einem Stück des Stabes 11 erzeugen, wobei dieses Stück von zwei rechteckigen Blöcken 13 wegragt, zwischen denen ein Ende des Stabes 11 festgeklemmt ist, bis zu zwei weiteren rechteckigen Blöcken 14, die das andere Ende des Stabes festhalten.

Die Blöcke 14 sind von entsprechenden ähnlichen Blöcken 15 durch jeweils zwei zylindrische Rollen 16 getrennt. Die Rollen 16 haben alle die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser.

Einer der Blöcke 13 liegt an einer Innenfläche 18 eines Rahmens 17 an und einer der Blöcke 15 liegt an einer anderen Innenfläche 19 des Rahmens 17 an. Der Stab 11 hat rechteckigen Querschnitt, und die gegenüberliegenden Flächen der Blöcke 13 und der Blöcke 14 liegen an den breiteren Seitenflächen des Stabes 11 an.

Zwei mit rundem vorderem h'nde versehene Klemmschrauben 20, die an ihrem vorderen Ende Lagerkugeln 21 aufweisen, sind in öffnungen einer Wand 22 des Rahmens 17 eingeschraubt, es ist jedoch nur eine solche Schraube in Fig. 1 sichtbar, da ihre Achsen in einer Ebene liegen, die zur Achse des Stabes 11 senkrecht steht (siehe Fig. 2). Die Berührungspunkte der Lagerkugeln 21 gegenüber dem entsprechenden Block 15

ίο liegen in einer Linie, die parallel zu und in gleichem Abstand von den Achsen der Rollen 16 liegen, so daß der Rahmen 17, die Blöcke 14 und 15, die Rollen 16 und die Klemmschrauben 20 eine abgeglichene Einspannvorrichtung bilden, die einen Knoten für die transversalen Schwingungen des Stabes 11 bei seiner Betätigung bildet.

Zwei weitere mit rundem vorderem Ende versehene Klemmschrauben 23 mit Lagerkugeln 24 sind in öffnungen in der Wand 22 eingeschraubt, wobei ihre Achsen in einer Ebene liegen, die parallel in der Achse des Stabes 11 liegt, so daß der Rahmen 17, die Blöcke 13 und die Klemmschrauben 23 eine weitere abgeglichene Einspannvorrichtung bilden, die einen Knoten für die transversalen Schwingungen des Stabes 11 während seiner Betätigung bilden.

Eine Metallmembran 25 ist zwischen einem kreisförmigen Flansch 26 an dem Rahmen 17 und einem kreisförmigen Rand einer kappenähnlichen Abdeckung 27 festgespannt. Eine Einlaßöffnung 28 für Gas ist in der Mitte der ebenen Wand der Abdeckung 27 vorgesehen. Dadurch entsteht eine Kammer 29 für Gas. Ein zylindrisches Gehäuse 30 weist ein Fach 31 auf, in welchem der Rahmen 17 mit Hilfe seines Flanschs 26 und mit Hilfe von sechs Schrauben 32 befestigt ist, die durch die zylindrische Wand der Abdeckung 27 und dem Flansch 26 hindurchgehen und in einem äußeren Flansch 33, der an dem Gehäuse 30 gebildet ist, festgeschraubt sind. Das Fach 31 ist durch die Membran 25 verschlossen, und es ist ausgepumpt, so daß irgendein Gasdruck in der Kammer 29 die Membran gegen eine Scheibe 34 drückt.

Die Scheibe 34 weist einen zentrisch angeordneten Wellenstumpf 35 auf, der eine koaxiale Bohrung 36 von kreisförmigem Querschnitt enthält. Ein Ende des Stabes 11 ist starr in der Bohrung 36 befestigt, wobei der Stab fest in der Bohrung sitzt und Kunstharz dazu benutzt wird, den verbleibenden Raum in der Bohrung auszufüllen, was eine Befestigung des Stabes an der Scheibe 34 bewirkt.

Wenn bei Betrieb eine Kraft, die auf die Membran 25 als Folge eines Gadruckes in der Kammer 29 einwirkt, auf den Stab 11 durch die Scheibe 34 übertragen wird, dann wirkt die übertragene Kraft in axialer Richtung des Stabes 11.

Es sind weitere Magnetvorrichtungen vorgesehen, die eine Abtastspule 37 aufweisen, die ein Signal abgeben, dessen Frequenz der Frequenz der transversalen Schwigungen des obenerwähnten Stückes des Stabes 11, die bei Betrieb entstehen, entspricht. Dieses Signal wird dem Eingang eines Verstärkers 38 zugeführt, der in einem weiteren Fach 39 des Gehäuses 30 angebracht ist, wobei die beiden Fächer 31 und 39 durch eine Innenwand 40 des Gehäuses voneinander getrennt sind. Der Ausgang des Verstärkers 38 ist mit der Treiberspule

hi 12 verbunden. Die Leitungen der Abtastspule 37 und der Treiberspule 12 sind mit dem Verstärker 38 über entsprechend elektrisch isolierte Glas-Metull-Dichtungen in der Wand 40 verbunden.

Die Achsen der Spulen 12 und 37 stehen senkrecht auf der Achse des Stabes 11 und liegen in einer Ebene, die parallel zu der Schmalseite des Stabes 11 verläuft.

Die Treiberspule 12 und die Abtastspule 37 sind mit Dauermagnetkernen 41 versehen, wobei der Dauermagnetkern 41 der Treiberspule 12 eine Frequenzverdopplung verhindert, die in dem sich ändernden Magnetfeld auftritt, welches dem Stab 11 durch die Treiberspule 12 während des Betriebs zugeführt wird. Der Kern 41 der Abtastspule 37 führt dazu, daß der Magnetfluß durch die transversale Schwingung des Stabes 11 unterbrochen wird. Wenn das Stück des Stabes U in transversaler Richtung mit seiner Grundfrequenz in einer Ebene parallel zu seinen schmalen Seitenflächen schwingt, dann wird durch die Rückführung von der Abtastspule 37 über den Verstärker 38 und die Treiberspule 12 die Schwingung aufrechterhalten. Bei Betrieb wird eine elektromotorische Kraft in der Abtastspule 37 durch die transversale Schwingung des Stabes 11 erzeugt, wobei diese elektromotorische Kraft proportional zu und in Phase mit der transversalen Geschwindigkeit des Stückes des Stabes 11 ist, das mit dem entsprechenden Kern 41 der Spule 37 einen Teil eines Magnetkreises bildet. Die Phasenverschiebung, die durch den Verstärker 38 hervorgerufen wird, ist derart bemessen, daß der veränderliche magnetische Fluß, der durch die Treiberspule 12 hervorgerufen wird, in Phase mit der elektromotorischen Kraft ist, die in der Abtastspule 37 erzeugt wird, so daß die Kraft, die auf das Stück des Stabes 11, der mit dem entsprechenden Kern 41 der Treiberspule 12 einen Teil eines Magnetkreises bildet, in Phase mit der transversalen Geschwindigkeit des obenerwähnten Teiles ist, welches zu der Abtastspule 37 gehört. Unter diesen Bedingungen kann Resonanz auftreten, wodurch die Wirkung der viskosen Dämpfung ausgeschaltet wird.

Die Konstruktion eines geeigneten Verstärkers ist für den Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich.

Die Schnittpunkte der Achsen der Spulen 12 und 37 mit der Achse des Stabes 11 liegen jeweils etwa bei drei Zehntel des senkrechten Abstandes von der Ebene einer Fläche 42 des einen Blockes 13 bis zu der Ebene einer Fläche 43 des einen Blockes 15. Folglich wird durch die Phasenverschiebung der Rückführung von der Abtastspule 37 zu der Treiberspule 12 das Auftreten von zweiten Harmonischen der transversalen Schwingung des gegebenen Stückes verhindert.

Die Knoten, die zwischen den Blöcken 13 und den Blöcken 14 entstehen, befinden sich in den Teilen des Stabes, die zwischen den Blöcken gehalten sind, in einem kleinen Abstand von den Rändern der Blöcke, und diese Punkte sind in der Zeichnung mit 45 und 46 bezeichnet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform spricht der Umformer auf axial gerichtete Kräfte an, die den Stab 11 zusammenzudrücken suchen, und die Scheibe 34 bewegt sich dabei in F i g. 1 nach links. Durch diese Bewegung der Scheibe 34 wird das Ende des daran befestigten Stabes entsprechend bewegt, und folglich w> bewegen sich die Blöcke 14 mit dem dazwischenliegenden Teil des Stabes 11 auch nach links. Gleichzeitig rollen die Rollen 16 auf den Blöcken 15, dadurch daß sie durch die darauf silzenden Blöcke 14 angetrieben werden, nach links. Da die Rollen 16 frei rollen können, wenn sich die Blöcke 14 in axialer Richtung des Stabes 11 bewegen, tritt kein Gleiten zwischen den Rollen 16 und den Blöcken 14 und /wischen den Rollen 16 und den Blöcken 15 auf. Wenn in entsprechender Weise die axial gerichtete Kraft entfernt wird, dann bewegt sich das Ende des Stabes, das an der Scheibe 34 befestigt ist und der Teil des Stabes zwischen den Blöcken 14 nach rechts, wodurch die Blöcke 14 in die Stellung, die in F i g. 1 dargestellt ist, zurückbewegt werden und die Rollen 16 in ihre Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, zurückgerollt werden. Bei den beschriebenen Bewegungen ist die Rückstellkraft des Stabes 11 der Kraft die der Scheibe 34 zugeführt wird entgegengerichtet, und der Stab biegt sich zwischen den beiden knotenbildenden Einspannvorrichtungen, um die Kraft auszugleichen.

Drei Klemmschrauben 47, die durch eine konische Wand 48 des Rahmens 17 geschraubt sind, sind als Anschläge vorgesehen, damit die Scheibe 34 nicht über eine Stellung hinaus verschoben werden kann, in der der Stab 11 eine ständige Biegung aufweist.

An Hand von F i g. 2, die ein Querschnitt durch einen Teil des Rahmens 17 längs der Linie 2-2 in F i g. 1 ist, läßt sich erkennen, daß ein Abstand zwischen den Blöcken 14 und 15 und den Rollen 16 einerseits und der Innenfläche des Rahmens 17 andererseits besteht. In F i g. 3 ist im Querschnitt ein anderer Teil des Rahmens 17 längs der Linie 3-3 in Fig. 1 dargestellt, der einen entsprechenden Abstand zwischen den Blöcken 13 und der Fläche 49 zeigt. Der Abstand zwischen den Rollen 16 und den Blöcken 14 einerseits und der Fläche 49 andererseits ist notwendig, damit eine Bewegung ohne Gleiten gegenüber der Fläche 49 des Rahmens 17 möglich ist. Während des Zusammenbaus wird eine Abstandsscheibe an die Fläche 49 angelegt, damit der notwendige Abstand vorgesehen werden kann, und es ist dabei zweckmäßig, für die Blöcke 13 und 15 den gleichen Abstand vorzusehen. Da ferner der Block 13, an dem die Kugeln 24 anliegen, und der Block 15, an dem die Kugeln 21 anliegen, durch die Schrauben 23 und 20 gegenüber der Fläche 49 bewegbar sein muß, wird eine Reibung zwischen der Fläche 49 und diesen beiden Blöcken durch den Abstand vermieden.

In Fig. 1 erkennt man, daß die Treiberspule 12 auf einen Spulenkörper 50 gewickelt ist, der aus Isolierwerkstoff besteht, und der auf eine zylindrische Säule 51 einer ferromagnetischen Halterung 52 koaxial aufgesetzt ist. Die Halterung 52 enthält eine kurze zylindrische Basis 53, die einen Flansch 54 aufweist, der dazu dient, die Stellung der Spule 12 und des Kerns 41 relativ zu einer Außenfläche 55 festzulegen, dadurch daß sie an dieser Außenfläche 55 anliegt. Ein ferromagnetischer zylindrischer Mantel 56, der an einem Ende offen ist und an dem anderen Ende durch eine konische Wand 57 teilweise verschlossen ist, sitzt mit seinem offenen Ende auf der Basis 53 auf.

Die konische Wand 57 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und derart geöffnet, daß sie mit einem Ende des Kernes 41 abschließt, und sie weist eine Rille 58 von rechteckigem Querschnitt auf, die quer über die Öffnung verläuft, so daß sie einen Teil des Stabes 11 mit einem gewissen Abstand aufnehmen kann, so daß der Stab transversal schwingen kann, ohne daß er die konische Wand 57 berührt. Die Anordnung des Stabes 11 in dei Rille 58 ist in F i g. 3 genauer dargestellt.

Die obenerwähnte Anordnung des Mantels 56, de; Kernes 41 und des Stabes 11 in der Rille 58 führt dazu daß während des Betriebes nur sehr kleine magnetische Streufelder auftreten und daß der Kern 41, die Halterung 52, der Mantel 56 und der Stab 11 einer geschlossenen Magnetkreis bilden, bis auf die kleiner Abstände zwischen dem Stab, dem Kern und dci

konischen Wand 57.

Eine entsprechende Halterung 52 und ein Mantel 56 sind für die Spule 37 vorgesehen, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Da die Magnetfelder, die zu den Spulen 12 und 37 gehören und ihre entsprechenden Kerne 41 auf die Teile des Stabes 11 begrenzt sind, der durch die Rillen 58 verläuft, besteht im wesentlichen keine direkte Kopplung zwischen den Spulen 12 und 37.

Die Grundfrequenz, mit der das Stück des Stabes 11 transversal, so wie es oben beschrieben ist, schwingt, ändert sich mit der Kraft, die in axialer Richtung auf den Stab einwirkt. Für diese Frequenz kann eine stetige Kurve als Funktion der axialen Kraft aufgetragen werden, wobei diese Kurve stetig von dem Zustand, in dem die Kraft den Stab zu strecken sucht in den Zustand übergeht, in dem die Kraft den Stab zusammenzudrükken sucht. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform kann nun eine Druckkraft auf den Stab 11 übertragen werden. Die Einspannvorrichtung mit den Blöcken 13 und den Schrauben 23 wird dazu verwendet den Stab 11 auf eine Bezugsfrequenz abzustimmen, ohne daß die Einspannvorrichtung einschließlich der Rollen 16 verändert werden muß. Das Auspumpen des Faches 31 vermindert die Dämpfung der Schwingungen, und der Werkstoff des Stabes 11 kann so ausgewählt sein, daß die Wirkungen der Temperaturänderungen ausgeschaltet oder stark vermindert sind.

Die Blöcke 13, 14 und 15 und die Rollen 16 bestehen aus Wolframcarbid oder einem anderen harten Werkstoff.

Die Anordnung ist vorzugsweise so aufgebaut, daß Temperaturänderungen keine Änderungen der Grundfrequenz der Schwingung bei transversalen Schwingungen hervorrufen. Da die Membran 25 eine begrenzte Festigkeit aufweist, sollte vorzugsweise kein Unterschied zwischen der thermischen Ausdehnung des Stabes 11 parallel seiner Längsachse und der thermischen Ausdehnung des Rahmens 17 in gleicher Richtung relativ zu dem Ende des Stabes in der Bohrung 36 vorliegen. Wenn ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausdehnungen bei Temperaturänderungen vorliegt, dann führt dies zu einer Veränderung der axialen Belastung des Stabes 11 bei einer Temperaturänderung. Wenn der Stab 11 aus einer ferromagnetischen rostfreien Legierung besteht, dann können der Rahmen 17 und die Scheibe 34 aus Titan hergestellt sein. Die ferromagnetische rostfreie Legierung ist eine Eiscn-Nickel-Chrom-Legierung, wie sie beispielsweise von der Huntingdon Alloy Products Division der International Nickel Company, Incorporated, Huntingdon, West Virginia, USA, hergestellt wird, und ihre chemische Zusammensetzung liegt innerhalb der folgenden Grenzwerte:

Nickel (und Kobalt)	41,0 bis 43,50%
Chrom	4,90 bis 5,75%
Titan	2,20 bis 2,75%
Aluminium	0,30 bis 0,80%
Kohlenstoff	0,06% maximal
Mangan	0,08% maximal
Silicium	1,00% maximal
Schwefel	0,04% maximal
Phosphor	0,04% maximal
F. IS LMl	Ri'stbeandteilc

Das Gehäuse 30 und die Abdeckung 27 bestehen mis rostfreiem Stahl. Die öffnung 28 in der Abdeckung 27 ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß Gas hindurchströmen kann, daß jedoch kein Draht in die Kammer 29 eingeführt und dadurch die Membran 25 verletzt werden kann. Beispielsweise kann die öffnung 28 mit einem Gewinde versehen sein, in das ein mit Gewinde versehener Stöpsel eingeschraubt ist, der an einer Endseite eine Rille aufweist und der ferner eine Rille aufweist, die durch das Gewinde hindurchgeht, wobei die beiden Rillen miteinander verbunden sind, so daß ein Durchlaß für ein Strömungsmittel von einer Seite des Stöpsels zur anderen besteht und daß ferner in der Öffnung 28 an der Verbindungsstelle der beiden Rillen ein Absatz vorgesehen ist, so daß ein direkter Durchgang eines Drahtes von der Rille durch das Gewinde auf dem Stöpsel in die Kammer 29 verhindert wird. Andererseits kann auch ein Filter in der Öffnung 28 angebracht sein. Die Membran 25 war bei der dargestellten Ausführungsform so aufgebaut, daß ihre Dicke nur 0,025 mm betrug. Sechs Schrauben 59, die durch Öffnungen in der zylindrischen Wand der Abdeckung 27 hindurchgehen, sind in dem Flansch 26 festgeschraubt, so daß der Umfang der Membran 25 zwischen dem Flansch 26 und dem Rand der zylindrischen Wand der Abdeckung 27 festgeklemmt wird. Eine dünne Schicht aus Kunstharz wird dazu verwendet, die Übergänge zwischen der Abdeckung 27, der Membran 25, dem Flansch 26 und dem Flansch 33 gasdicht abzuschließen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform war der Stab 11 zwischen 25 und 28 mm lang, 0,6 mm dick und zwischen 0,9 und 1,0 mm breit.

Wenn das Fach 31 nicht ausgepumpt ist sondern mit der umgebenden Atmosphäre verbunden ist oder einen Bezugsdruck aufweist, dann kann es erwünscht sein, daß die Membran 25 an der Scheibe 34 befestigt ist. Um eine solche Befestigung zu erreichen, kann ein Ring an dem Umfang rechts der Scheibe 34 festgeschraubt sein, so daß die Membran 25 dazwischen eingespannt wird.

Der Ausgang des Verstärkers 38 ist einmal mit der Treiberspule 12 verbunden, er ist aber auch zum anderen mit einem Frequenzmesser verbunden, so daß die Schwingungsfrequenz des Stückes des Stabes 11 gemessen werden kann. Der Frequenzmesser kann zweckmäßigerweise in Druckeinheiten geeicht sein oder aber es kann ein Frequenz-Druckumwandlungsdiagramm, welches experimentell abgeleitet ist, vorgesehen sein.
Andere ähnliche Ausführungsformen können dcrari

so aufgebaut sein, daß der Stab 11 durch die zugeführte Kraft, die in axialer Richtung wirkt, gestreckt wird wobei beispielsweise in einer druckempfindlicher Membranenanordnung die Mitte der Membran mechanisch mit dem Ende des Stabes 11, welches sich gemäO F i g. 1 in der Bohrung 36 befindet, verbunden ist, und be dieser Ausführungsform wird durch die mechanische Verbindung eine Bewegung der Mitte der Membran ir eine Streckung des Stabes 11 übersetzt.

Es können auch ähnliche Ausführungsformcn derari

w) aufgebaut sein, daß eine Kraft den Stab 11 streckt oclei zusammendrückt, dadurch daß beispielsweise zwe Drucke auf gegenüberliegende Seiten der Membran 25 einwirken und daß die Membran an der Scheibe 34 befestigt ist.

f>5 Bei anderen Ausfiihrungsformen können die siel· drehenden Teile, beispielsweise die Rollen 16, dcrarl angeordnet sein, daß sie direkt auf dem nachgiebiger länglichen Teil aufliegen, vorausgesetzt, daß das

längliche Teil aus einem Werkstoff besteht, der genügend hart ist. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, zwei Rollen zu verwenden. Ferner können dann, wenn Zwischenteile, beispielsweise die Blöcke 14, zwischen den sich drehenden Teilen und dem länglichen Teil vorgesehen sind, so wie es bei der Ausführungsform, die an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben ist, die drehbaren Teile, die zu jedem Zwischenteil gehören, kugelförmig sein oder es können drei derartige Teile vorgesehen sein oder sie können eine Kugel und eine Rolle enthalten, die einen im Durchmesser verminderten Mittelteil aufweisen, so daß eine Dreipunktberührung durch das entsprechende Zwischenteil vorgesehen ist.

Das längliche Teil muß nicht ein Stab sein, sondern es kann auch ein Rohr sein und es kann sogar elliptischen Querschnitt aufweisen.

Die Vorrichtungen zur Erregung der Schwingungen müssen nicht magnetisch sein, sie können beispielsweise auch elektrostatisch, akustisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv sein, was von dem Werkstoff abhängt, aus dem das längliche Teil besteht oder aus dem das längliche Teil vorgesehen werden kann.

Ferner kann die Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, dessen Frequenz der Frequenz der Schwingung entspricht, beispielsweise elektrostatisch, kapazitiv, induktiv, akustisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv usw. ausgeführt sein, was von dem Werkstoff des länglichen Teils oder seiner Anpassung an eine dieser Vorrichtungen abhängt.

Die vorstehenden Anordnungen können dort verwendet werden, wo eine physikalische Größe, die abgetastet oder gemessen werden soll, derart umgewandelt werden kann, daß sich daraus eine entsprechende Kraft ergibt. Bei der in den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsform wird beispielsweise ein Gasdruck indirekt abgetastet, und andere Ausführungsformen können so ausgebildet sein, daß sie zum Abtasten oder Messen eines Strömungsmitteldruckes dienen, beispielsweise beim Messen eines Tankinhaltes, einer Temperatur, einer Beschleunigung, einer Verschiebung usw.

Bestimmte Ausführungsformen können so ausgebildet sein, daß bei Betrieb die Vorrichtungen zur

ίο Erregung von transversalen Schwingungen das Stück des länglichen Teiles derart erregen, daß es transversal bei einer festen Frequenz schwingt, und daß dann ein Signal, welches die Amplitude der Schwingung wiedergibt, durch geeignete Mittel vorgesehen wird. Die Amplitude der Schwingung ändert sich bei diesen Ausführungsformen mit dem Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz des erwähnten Stückes und der konstanten Frequenz. Als konstante Frequenz wird die Frequenz gewählt, bei der Resonanz des Stückes vorliegt, wenn das längliche Teil einer ausgewählten axialen Bezugskraft ausgesetzt wird, die bei einem steifen, jedoch nachgiebigen länglichen Teil Null sein kann.

Andere Ausführungsformen mit Vorrichtungen zur Abgabe eines Signals proportional zur Amplitude der transversalen Schwingungen des obenerwähnten Stiikkes können derart ausgebildet sein, daß bei Betrieb die Vorrichtungen zur Erregung der transversalen Schwingungen eine Schwingung in einem Bereich von Frequenzwerten erzeugen und daß sie ein Spitzensignal abgeben, welches die Amplitude der Schwingung wiedergibt, die bei der Resonanzfrequenz auftritt, wodurch man Information erhält, die sich auf die axiale Kraft beziehen, welche auf das längliche Teil einwirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftumformer mit einem länglichen Teil, das in einer ersten und in einer zweiten Einrichtung so eingespannt ist, daß an den Einspannstellen Schwingungsknoten entstehen, mit einer Treibereinrichtung zur Erzeugung transversaler Schwingungen in dem Stück des länglichen Teils, das sich zwischen den Einspannstellen befindet, und mit einer Abtasteinrichtung, die ein zur Frequenz oder Amplitude der Schwingung proportionales Signal abgibt, d a durch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des länglichen Teils (11) in der ersten Einspanneinrichtung (l3, 23) befestigt ist und ein zweiter Abschnitt des länglichen Teils (11) über die zweite Einspanneinrichtung (14, 15, 16, 20) hinausragt, daß dieses Ende an einem starren Kraftübertragungsteil (34) befestigt ist, daß der zweite Abschnitt des länglichen Teils (11) zwischen mindestens zwei drehbaren Teilen (16) in der zweiten Einspanneinrichtung (14, ί5, (6, 20) gehalten ist und daß die drehbaren Teile (16) derart ausgeführt sind, daß sie dann am länglichen Teil abrollen, wenn sich der zweite Abschnitt in axialer Richtung des länglichen Teiles (11) bei einer in axialer Richtung wirkenden, auf es übertragenen Kraft bewegt.

2. Kraftumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenstücke (14) zwischen dem zweiten Abschnitt des länglichen Teiles (11) um den drehbaren Teil (16) vorgesehen sind.

3. Kraftumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Teile (16) zylindrische Rollen sind.

4. Kraftumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspanneinrichtungen (13, 23; 14, 15, 16, 20) in einem gemeinsamen Rahmen (17) angeordnet sind.

5. Kraftumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Teil (11) zwei flache, einander gegenüberliegende Seiten aufweist, daß die erste Einspanneinrichtung zwei rechteckige Blöcke (13) aufweist, die in dem Rahmen (17) angeordnet sind und mindestens eine mit rundem vorderen Ende versehene Klemmschraube (23) aufweist, die in den Rahmen (17) eingeschraubt ist und mit den Blöcken (13) derart zusammenwirkt, daß sie den einen Abschnitt des länglichen Teiles (11) an seinen beiden flachen Seiten, die an den gegenüberliegenden Flächen der entsprechenden Blöcke (13) anliegen, festklemmt, daß die zweite Einspanneinrichtung mindestens einen weiteren rechteckigen Block (15) aufweist, der zwischen mindestens zwei drehbaren Teilen (16) angeordnet ist, sowie eine weitere mit einem runden vorderen Ende versehene Klemmschraube (20), die in den Rahmen (17) eingeschraubt ist und die derart angeordnet ist, daß sie den zweiten Abschnitt des länglichen Teiles (11) zwischen den drehbaren Teilen (16) festklemmt und daß sie den weiteren Block (15) gegen die beiden drehbaren Teile (16) drückt und durch Festklemmen festhält.

6. Kraftumformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Rahmen (17) aus einem Werkstoff besteht, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der die thermischen Änderungen des länglichen Teiles(l 1) kompensiert.

7. Kraftumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibereinrichtung (12) und die Abtasitvorrichtung (37) eine Treiber- und eine Abtastspule aufweisen und mit entsprechenden ferromagnetischen Mänteln (5) versehen sind, die derart gestaltet und angeordnet sind, daß mit den entsprechenden Abschnitten des länglichen Teiles (11) im wesentlichen geschlossene Magnetkreise entstehen.