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Vorrichtung zur Messung von Kraft oder Gewicht
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Kraft oder
Gewicht, bei der die Kraft oder das Gewicht auf ein elastisches Federelement mit
wenigstens annähernd geradliniger Federkennlinie einwirkt, und bei der der Verformungsweg
des Federelementes durch ein handelsübliches Längenmeßgerät meßbar ist.
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Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Das Federelement ist dabei vorzugsweise
als sogenannter Kraftmeßring, d.h. als in sich geschlossenes, kreisringförmiges
oder ovales Teil ausgebildet, welches an zwei einander diametral gegenüberliegenden
Stellen mit der zu messenden Kraft oder dem zu messenden Gewicht beaufschlagt wird.
Die Veränderung des Durchmessers in Kraftrichtung wird dann z.B. mittels einer handelsüblichen
Meßuhr ermittelt. Um nun aus der gemessenen Durchmesserveränderung auf die einwirkende
Kraft schließen zu können, bedarf es eines Kraft-Weg-Diagrammes, welches bei der
ursprünglichen Eichung des Kraftmeßringes erstellt wurde und aus welchem für jede
gemessene Durchmesseränderung die zugehörige Kraft abgelesen werden kann.
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Dies zeigt, daß die Durchführung von Kraft- oder Gewichtsmessungen
auf diese Weise wegen des Erfordernisses, ein Kraft-Weg-Diagramm benutzen zu müssen,
nicht nur umständlich
ist, sondern daß es auch mit der Gefahr der
Fehlablesung im Diagramm behaftet ist.
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Natürlich wäre es auch denkbar, bei derartigen Kraftmessungen ein
Längenmeßgerät einzusetzen, welches mit veränderlichen Hebelübersetzungen ausgestattet
ist, die eine Angleichung derart ermöglichen, daß aufgrund des gemessenen Weges
die daraus resultierende Kraft unmittelbar angezeigt wird. Dies bedürfte jedoch
eines erheblichen mechanischen Aufwandes und das zu erwartende Ergebnis dürfte wegen
der Vielzahl der erforderlichen Gelenkstellen in diesen Hebelsystemen keine besonders
hohe Genauigkeit erwarten lassen.
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Schließlich sind derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen der unter
Krafteinwirkung auftretende Verformungsweg an einem elastischen Federelement über
einen elektronischen Verstärker auf ein Anzeigeinstrument übertragen wird. Dabei
ist es möglich, die Spreizung des Meßbereiches und den Nullpunkt so einzustellen,
daß das Anzeigegerät unmittelbar die auf das Federelement einwirkende Kraft anzeigt.
Der Aufwand hierfür ist jedoch erheblich und durch die Einschaltung der ihrerseits
fehlerbehafteten Elektronik ist auch hier mit gewissen Ungenauigkeiten zu rechnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der beschriebenen
Nachteile eine Vorrichtung zu schaffen, bei der mit einfachsten Mitteln erreicht
wird, daß ein handelsübliches Längenmeßgerät unmittelbar die Ablesung der auf die
Vorrichtung einwirkenden Kraft bzw. des einwirkenden Gewichtes zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Längenmeßgerät
an einer solchen Stelle des Federelementes angreift, daß es nur einen Teilbetrag
des gesamten Verformungsweges mißt derart, daß eine Anderung der Anzeige des Längenmeßgerätes
um eine Längeneinheit einer Anderung
der auf das Federelement wirkenden
Kraft oder Gewichtes um eine Kraft- oder Gewichtseinheit (oder einer oder mehreren
Zehnerpotenzen davon) entspricht, und daß die Anzahl der vom Längenmeßgerät angezeigten
Längeneinheiten der Anzahl der auf das Federlement wirkenden Kraft- oder Gewichtseinheiten
(oder einer oder mehrerer Zehnerpotenzen davon) entspricht.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß das Federelement
als Blattfeder ausgebildet ist und das Längenmeßgerät als Meßuhr, die entlang einer
geradlinigen, parallel zur unbelasteten Blattfeder verlaufenden Führung verschiebbar
und an dieser festklemmbar ist. Die erforderliche Eichung dieser Vorrichtung erfolgt
nun dadurch, daß zunächst bei unbelasteter Blattfeder die Meßuhr auf ihrem Nullpunkt
eingestellt wird. Anschließend wird die Blattfeder beispielsweise mit dem Gewicht
1 kg belastet. Die Meßuhr wird nun einen Zeigerausschlag zeigen, der zunächst keinen
Rückschluß auf das einwirkende Gewicht zuläßt. Verschiebt man nun jedoch die Meßuhr
entlang ihrer Führung so weit, bis sie gerade einen Teilstrich anzeigt, dann bedeutet
dies, daß ein Teilstrich auf der Skala der Meßuhr den Wert von 1 kg Gewicht, das
auf die Blattfeder wirkt, direkt entspricht. Man kann also, wenn man die Meßuhr
in dieser Position festklemmt, an deren Skala unmittelbar den Wert des auf die Blattfeder
einwirkenden Gewichtes ablesen.
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Es versteht sich, daß es dabei nicht auf die Relation: 1 Teilstrich
der Meßuhr = 1 kg ankommt. Es kommt vielmehr nur darauf an, daß dem Wert 1 auf der
Meßuhr der Wert 1 (oder eine oder mehrere Zehnerpotenzen davon) der auf das Federelement
wirkenden Kraft oder Gewichtes entspricht. So kann also beispielsweise der Meßuhranzeige
1 pm die auf das Federelement wirkende Kraft von 100 N entsprechen. Es kann aber
auch der Meßuhranzeige
1/10 mm die auf das Federelement wirkende
Kraft 10 kN entsprechen.
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Anstelle der beschriebenen Blattfeder kann gemäß der Erfindung auch
ein Kraftmeßring ve-rwendet werden,bei welchem das Längenmeßgerät einerseits in
dessen Bohrung an einer Stelle, an der die zu messende Kraft eingeleitet wird, und
andererseits an einem quer zur Kraftrichtung verlaufenden Balken angreift, der an
zwei einander gegenüberliegenden Punkten des Kraftmeßringes befestigt ist, die auf
diesem verschieb- und festklemmbar angeordnet sind.
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Der erforderliche Eichvorgang ist hier sinngemäß der gleiche wie vorher
im Zusammenhang mit der Blattfeder beschrieben.
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Im vorliegenden Falle werden die beiden Angriffspunkte für den quer
verlaufenden Balken solange auf dem Kraftmeßring verschoben, bis das Längenmeßgerät
die gewünschte Anzeige angibt.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Blattfeder in Ansicht, Fig.
2 einen Schnitt nach Linie II-II der Figur 1 und Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße
Vorrichtung in Ansicht.
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Gemäß Figur 1 ist an einem Trägerteil 1 eine Blattfeder 2 angebracht,
welche im unbelasteten Zustand die gestrichelt dargestellte PositiOn einnimmt.
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Auf diese Blattfeder 2 kann mittels eines Stößels 3, welcher in einer
Bohrung des Trägerteils 1 geführt ist, ein Kraft ausgeübt werden, wodurch die Blattfeder
2 nach
oben durchgebogen wird.
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An dem Trägerteil 1 ist in einer Gleitführung 4 der Bügel 5 längsverschiebbar
gelagert, welcher an seinem oberen Ende eine Meßuhr 6 trägt, deren Meßstift 7 auf
der Oberfläche.der Blattfeder 2 anliegt.
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In Figur 1 ist durch mehrere nebeneinander eingezeichnete Pfeile dargestellt,
daß die Durchbiegung der Blattfeder 2 bei Belastung über ihre Länge ganz unterschiedliche
Werte annimmt. Dadurch, daß die Meßuhr auf dem Bügel 5 entlang der Gleitführung
verschiebbar angeordnet ist, kann sie somit durch Längsverschiebung auf einen beliebigen
Wert eingestellt werden. Es ist auf diese Weise möglich, zur Eichung den Bügel 5
soweit längs der Blattfeder 2 zu verschieben, daß die Meßuhranzeige dem Wert der
auf die Blattfeder einwirkenden Kraft (oder einer oder mehrerer Zehnerpotenzen davon)-direkt
entspricht.
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In Figur 3 ist ein Meßring 8 dargestellt, der an zwei diametral gegenüberliegenden
Enden mit Gewindestücken 9 versehen i.st, mit denen er mit weiteren Elementen verbunden
werden kann, über die eine Druck- oder Zugkraft auf ihn ausgeübt werden kann. Normalerweise
wird bei derartigen Meßringen die eingesetzte Meßuhr 10 unmittelbar den Bohrungsdurchmesser
des Meßringes und dessen Veränderung bei Belastung messen.
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Gemäß der Erfindung liegt nun die Meßuhr einerseits oben an der Stelle
der Bohrung des Meßringes an, an welcher die Kraft eingeleitet wird, während sie
unten an einem quer verlaufenden Balken 11 anliegt, der an zwei einander gegenüberliegenden
Punkten 12 des Meßringes 8 befestigt ist.
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Diese Punkte 12 befinden sich auf Gleitstücken 13, die entlang des
Meßringes 8 verschoben und mittels der Rändelschrauben 14 festgeklemmt werden können.
Um einerseits die
Verstellmöglichkeit der Gleitstücke 13 und andererseits
die freie Verformbarkeit des Meßringes 8 zu gewährleisten, ist der Balken 11 mit
Langlöchern 15 versehen.
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Die Angabe im Hauptanspruch, daß das Längenmeßgerät an einer solchen
Stelle des federelementes angreift, daß es nur einen Teilbetrag des gesamten Verformungsweges
mißt, ist bei Verwendung einer Blattfeder so zu verstehen, daß das Längenmeßgerät
auch an einem über den Kraftangriffspunkt hinaus gehenden Bereich der Blattfeder
angreifen kann, wie es in Figur 1 am freien Ende der Blattfeder 2 durch die eingezeichneten
Pfeile angedeutet ist.
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