DE3227497A1 - Kreisel-kraftmesszelle - Google Patents

Description

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Anlage zum Patentgesuch der
Pfister GmbH, Augsburg

vom 22. Juli 1982

Kreisel-Kraftmeßzelle

Die Erfindung betrifft eine Kreisel-Kraftmeßzelle mit einem Gehäuse und einem darin mit einem inneren und einem äußeren Kardanring kräftefrei aufgehängten Kreisel, dessen Präzessionsbewegung um die Präzessionsachse der zu bestimmenden, am inneren Kardanring angreifenden Kraft proportional ist, und bei welcher die Gelenkverbindung zwischen innerem und äußerem Kardanring aus blattförmigen Gelenkbändern besteht.

Die Grundbegriffe der Mechanik in der Kreiseltechnik sind hinlänglich bekannt und beispielsweise dem Lehrbuch

KREISELGERÄTE
Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck, Vogel-Verlag

zu entnehmen.

Bei Kreiselgeräten, insbesondere bei der gyrodynamischen Meßzelle, ist die Einhaltung der Orthogonalität der Sekundärpräze^sionsachse zur Primär-Präzessionsachse für die Meßgenauigkeit von entscheidender Bedeutung.

Es ist eine Kreiselmeßzelle bekannt, bestehend aus einem Kreisel, dessen durch die zu bestimmende Kraft hervorgerufene Präzessionsbewegung ein Maß dieser Kraft ist, mit einem' inneren und einem äußeren Kreiselgehäuse, bei dem das innere Kreiseigehause mittels Kreuzbandlenkern um die zur

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Symmetrieachse senkrechte Horizontalachse drehbar am äußeren Tragbügel gelagert ist (DE-PS 21 19 546).

Weiter ist eine ahnliche Anordnung einer Kreiselkraftmeßzelle bekannt, bei welcher sowohl die Gelenkverbindung zwischen innerem Kardanring und äußerem Kardanring aus einem Kreuzbandgelenk besteht, als auch die Verbindung zwischen der drehbar gelagerten Einrichtung zur Krafteinleitung und dem inneren Kardanring (DE-PS 22 35 808).

Aus Fig. 2 der letztgenannten Schrift ist die Anordnung der Kreuzbandlenker 6a, 6b und 6c deutlich zu erkennen. Aus der Sicht senkrecht zur Wirkungslinie der von den Kreuzbandlenkern gebildeten Gelenkachse ist zu erkennen, daß die Bänder nebeneinander über Kreuz laufen. Der beispielsweise in Fig. 1 mit 6e bezeichnete Kreuzungspunkt der Bänder besitzt demnach keine mechanische Verbindung der sich kreuzenden Bänder.

Es ist .das Verdienst des Erfinders, erkannt zu haben, daß bei einem so gearteten Kreuzbandgelenk im Falle einer Sekundärpräzession die Gelenkachse aus der Präzessionsachse seitlich auswandert und somit zu Meßfehlern führt. Dies wird im folgenden anhand einer zeichnerischen Darstellung der geometrischen Verhältnisse eines Kreuzbandgelenkes vom Stand der Technik näher erläutert werden. Dabei ist die Sekundärpräzession eine Abweichung der Winkelstellung kleiner oder größer 90 ° des inneren Kardanringes zur Präzessionsachse. Sie tritt ein infolge nichtkompensierter Reibkräfte, unter Wirkung des Massenträgheitsmomentes der präzedierenden Teile um die Präzessionsachse, sowie durch Nutation infolge Krafteinleitung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Gelenkanordnung zwischen innerem und äußerem Kardanring zur Verfügung zu stellen, welche unter Beibehaltung der funktioneilen

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Vorzüge einer reibungslos arbeitenden Band-Gelenkanordnung den Fehler der Auswanderung der Sekundär-Präzessionsachse beziehungsweise der Gelenkachse aus der Präzessionsachse vermeidet und infolgedessen die Einhaltung der Orthogonalität bei Kreiselsystemen und gyrodynamischen Meßzellen unter allen Last- und Betriebsbedingungen sichert.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung dadurch, daß die Gelenkverbindung als V-Bandgelenk ausgebiloet ist, wobei die Bänder se angeordnet sind, daß ihre, die Gelenkachse bildende Wirkungslinie die Präzessionsachse unter einem Winkel von 90 ° schneidet.

Wie ebenfalls anhand einer zeichnerischen Darstellung der Geometrie eines V-Bandgelenkes im folgenden gezeigt werden wird, hat dieses den Vorteil, daß seine Gelenk-Wirkungslinie bei einer Sekundärpräzession nicht aus der Präzessionsachse auswandert, sondern in der Präzessionsachse lediglich eine geringfügige Vertikalbewegung vollführt, welche die Meögenauigkeit nicht beeinträchtigt.'

Um darüoerhinaus auch Fehlermoglichkeiten durch Temperaturgang der Gelenkbänder zu vermeiden, ist mit einer Ausgestaltung vorgesehen, daß diese aus einem Material bestehen, welches einen möglichst geringen Temperatur-Ausaehnungs-Koeffizienten aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine geometrische Anordnung eines Kreuzbandgelenkes vom Stand der Technik, in schematischer Darstellung,

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Fig. 2 eine geometrische Anordnung eines V-Bandgelenkes nach der Erfindung, ebenfalls in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Kreisel-Kraftmeßzelle mit erfindungsgemäßer Anordnung eines V-Banagelenkes zwischen innerem und äußerem Kardanring, teils in Ansicht, teils im Schnitt,

Fig. 4 eine vergrößerte Dastellung der mit einem V-Bandgelenk verbundenen Kardanringe, in Seitenansicht.

Das dem Stand der Technik entsprechende Kreuz-Banogelenk 1 in Figur 1 wird aus den Bändern 2 und 3 gebildet. Diese sind oben an den Gelenkpunkten 4 und 5 gelenkig angeordnet, und unten mit den Gelenkpunkten 6 und 7 an ein Bauelement 8 angeschlossen. Sobald dieses eine Pendelbewegung zur Seite macht, wie in Figur 1 in Richtung der linken Seite dargestellt, verändern sich die Gelenkpunkte 6 und 7 in die neue Position 6¹, 7¹. Bei unveränderter Länge der Gelenkfedern 2 und 3 sowie bei unveränderter Position der Gelenkpunkte 4 und 5 verschiebt sich damit, wie aus der Darstellung ersichtlich, der sich aus den Wirkungslinien der Federn 2 und 3 ergebende optische Schnitt X, um den Betrag "a" nach links in eine neue Position X^· Mithin verscniebt sich die Wirkungslinie des von den Bändern 2 und 3 gebildeten Gelenkes in horizontaler Richtung aus der Vertikalen.

Die im Vergleich hierzu andersartige Funktion des erfindungsgemäßen V-Bandgelenkes zeigt Figur 2. Dabei sind die beiden Gelenkfedern 2 und 3 in den oberen Gelenkpunkt 4 und 5 gelenkig angeordnet. Mit den unteren Gelenkpunkten 6 und 7 sind die Federn 2 und 3 des V-Bandgelenkes 10 mit dem als Dreieck symbolisierten Element 8' verbunden. Wenn dieses

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eine Taumelbewegung ausführt, verlagert sich der Gelenkpunkt Y durch Anheben um den Betrag "b" nach Y„ entlang der vertikalen Achse "A".

Setzt man die vertikale Achse "A" mit der Präzessionsachse des Kreiselsystems der Kreisel-Kraftmeßzelle gleich, dann zeigt sich, daß bei Auslenkung der Sekundär-Präzessionsachse im Falle eines Kreuz-Bandgelenkes die Gelenkachse X, aus der Präzessionsachse zur Seite hin auswandert. Hingegen im Falle des V-Bandgelenkes 10 nach der Erfindung verursacht eine Gelenkbewegung eine Verschiebung des Gelenkpunktes Υ·, nach Y„ in vertikaler Richtung entlang der Präzessionsachse. Ein Auswandern findet nicht statt.

Eine mit dem V-5andgelenk 10 nach der Erfindung ausgestattete Kreisel-Kraftme3zeile 11 zeigt Figur 3. Bei dieser ist der äußere Kardanring 12 im Lager 13 innerhalb ces Geräte-Gestelles IA drehbar angeordnet. Mit dem V-3andgelenk .10 ist der innere Kardanring 15 gelenkig verbunden, und zwr so, daß der Gelenkpunkt Y-, und die Kreiselachse "K" sow: e die Präzessionsachse "P" sich in einem Punkt schneiden. Bei Angriff einer Last, angedeutet durch aen Pfeil "Q", an dem nicht mitpräzedierenden Lastaufnehmer 16, wird aiese über den Lastarm 17 und das gelenkige Übertragungselement 18 auf den inneren Kardanring 15 übertragen und übt bei einseitigem Angriff auf diesen ein Drehmoment aus. Der Drehpunkt dieses Drehmomentes ist der V-Bandgelenks-GelenKpunkt Y,. Aus der Darstellung wird im Hinblick auf die vorgängigen Erläuterungen bezüglich des V-Bandgelenkes verständlich, daß eine Nutationsbewegung der Achse "K" um den Gelenkpunkt Y. keine Auswanderung aus der Präzessionsacnse "P" zur Folge hat. Infolgedessen weroen Meßfenler, wie sie mit einem Kreuzbandgelenk vorkommen, bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden.

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Die gleiche Anordnung ist im Detail in vergrößertem Maßstab in Figur 4 dargestellt. Sie zeigt die Anlenkungen oer Gelenkbänder 2 und 3 in den Gelenkpunkten 4, 5, 6 und 7. Sei der Darstellung sind im übrigen gleiche Teile mit gleicnen Bezugszeichen beziffert. Der um die Achse "K" drehbar aufgehängte Kreisel 19 ist deutlich erkennbar. Die V-Gelenkachse Y₁, die Kreiselachse "K" und die Präzessionsachse "P" schneiden sich in einem Punkt. Diese für die Meßgenauigkeit der Kreisel-Kraftmeßzelle wichtige Bedingung bleibt auch erhalten, falls die Achse "K" eine geringfügige Nutationsbewegung um ihre ursprünglich horizontale Lage machen sollte.

Claims (2)

1. 22. Juli 1982 PFISTER

   Gr/Ju H 82/34

   Patentansprüche

   Kreisel-Kraftmeßzelle mit einem Gehäuse und einem darin mit einem inneren und einem äußeren Kardanring kräftefrei aufgehängten Kreisel, dessen Präzessionsbewegung um die Präzessionsachse der zu bestimmenden, am inneren Kardanring angreifenden Kraft proportional ist, und bei welcher die Gelenkverbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Kardanring aus blattförmigen Gelenkbändern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung als V-Bandgelenk (10) ausgebildet ist, wobei die Bänder (2, 3) so angeordnet sind, daß ihre, die Gelenkachse (Y,) bildende Wirkungslinie die Präzessionsachse (P) unter einem Winkel von 90° schneidet.
2. 2. Kreisel-Kraftmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkbänder (2, 3) aus einem Werkstoff bestehen, der einen möglichst' geringen Temperatur-Dehnungskoeffizienten aufweist.