DE3227497A1 - Kreisel-kraftmesszelle - Google Patents
Kreisel-kraftmesszelleInfo
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Description
-2 - PFISTER
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Anlage zum Patentgesuch der
Pfister GmbH, Augsburg
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
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
- 3 - PFISTER
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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)
- 22. Juli 1982 PFISTERGr/Ju H 82/34PatentansprücheKreisel-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. Kreisel-Kraftmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkbänder (2, 3) aus einem Werkstoff bestehen, der einen möglichst' geringen Temperatur-Dehnungskoeffizienten aufweist.
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