DE3741392C2 - - Google Patents
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- DE3741392C2 DE3741392C2 DE3741392A DE3741392A DE3741392C2 DE 3741392 C2 DE3741392 C2 DE 3741392C2 DE 3741392 A DE3741392 A DE 3741392A DE 3741392 A DE3741392 A DE 3741392A DE 3741392 C2 DE3741392 C2 DE 3741392C2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dynamometer mit einem eingespannten Kraftmeßorgan und mit elastisch unter
setzender Parallelführung, bei der ein Teil der zu messenden Kraft - in
der Regel der überwiegende - durch biegeelastische Elemente aufgenommen
und direkt an die Tragstruktur des Dynamometers abgeleitet wird; nur ein
- ebenfalls in der Regel - kleiner Teil der Kraft beaufschlagt das ei
gentliche Kraftmeßorgan.
Eine solche Vorrichtung ist bekannt beispielsweise aus der EP-Bl-00 16
238. Diese weist eine beträchtliche Bauhöhe auf und erfährt im Betrieb
aufgrund ihrer Asymmetrie große Biegemomente. Diese führen zu Problemen
in bezug auf hysteresefreie Befestigung. Zudem ist diese bekannte Vor
richtung aufwendig in der Herstellung und damit entsprechend teuer.
Ein anderes, aus EP 00 46 462 A1 bekanntes Dynamometer weist übereinander
angeordnet ein Gestell 1, einen Zwischenkörper 3 und einen Lastträger 2
auf. Die Bauhöhe ist daher ebenfalls hoch und die Herstellung aufwendig.
Der Nachteil der asymmetrischen Kraftbeaufschlagung ist hier ebenfalls
vorhanden (siehe Fig. 2).
Die Aufgabe, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, ist
die Schaffung eines Dynamometers geringer Bauhöhe, einfach und preis
günstig in der Herstellung auf spanenden NC-Automaten.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich aus
durch das Vorhandensein von mindestens drei Blattfedern, aufgeteilt in
ein Paar gleicher Blattfedern und mindestens eine weitere, die in zwei
zueinander mindestens angenähert parallelen Ebenen liegen, und außen
einerseits mit einem Gestell, andererseits innen mit einem im wesentlichen
L-förmigen inneren Block verbunden sind, und daß in der Mitte jener
zwei gleichen Blattfedern, die als Paar vorkommen, je ein - senkrecht
auf den Blattfedern stehender - biegeelastischer Stab eingespannt ist.
Das Kraftmeßorgan ist dann zwischen den genannten biegeelastischen
Stäben vorgespannt befestigt und wird durch die zu messende Kraft, die
auf den im wesentlichen L-förmigen Block wirkt, zusätzlich gespannt.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung aus durch eine geringe
Bauhöhe, die durch den Abstand der Ebenen gegeben ist, in denen die
Blattfedern liegen und dadurch bewirken, daß der im wesentlichen L-för
mige Block parallelgeführt wird. Das Kraftmeßorgan liegt zwischen den
beiden genannten Ebenen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungs
gedankens dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1a bis d ein erstes Ausführungsbeispiel mit zwei Paaren von Blatt
federn in Auf- und Grundriß, einem Schnitt und einer
Perspektive,
Fig. 2a, b ein zweites Ausführungsbeispiel mit drei Paaren von
Blattfedern in Aufriß und einem Schnitt
Fig. 3a, b, c ein drittes Ausführungsbeispiel mit ebenfalls drei Paaren
von Blattfedern in Auf- und Grundriß und einem Schnitt,
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit drei Blattfedern in einer
Perspektive.
Das erfindungsgemäße Dynamometer gemäß den Fig. 1a bis d besteht aus
einem Gestell 1, aufgeteilt in zwei Blöcke 2, 3, ferner zwei unteren
Blattfedern 4, 5, zwei oberen Blattfedern 6, 7 und einem zentralen, im
wesentlichen L-förmigen Block 8. Die vier genannten Blattfedern 4 bis 7
sind einerseits in den Blöcken 2, bzw. 3, andererseits im zentralen Block
8 eingespannt. In der Mitte der Blattfedern 4, 5 sind zwei biegeelasti
sche Stäbe 9, 10 senkrecht zur Ebene der Blattfedern 4, 5, eingespannt,
die das Kraftmeßorgan 11 tragen. Als Kraftmeßorgan bieten sich hier an
entweder ein Piezoquarz, ein Dehnungsmeßstreifen auf einem elastischen
Träger oder eine querschwingende Saite. Stellvertretend für diese Mög
lichkeiten ist in den Fig. 1a bis d eine querschwingende Saite einge
zeichnet mit einem Erregermagneten 12, der auf dem horizontalen Schenkel
des L-förmigen zentralen Blockes 8 befestigt ist. Aus Gründen der Dar
stellung ist der Erregermagnet 12 nur in Fig. 1d eingezeichnet.
Die Blattfedern 4, 5, die die biegeelastischen Stäbe 9, 10 tragen, sind
dünner ausgeführt, als die Blattfedern 6, 7; damit wird das elastische
Nebenschlußverhältnis vergrößert: Das Kraftmeßorgan 11 trägt selbst
nur einen kleinen Teil der aufgebrachten Kraft.
Die Blöcke 2, 3 weisen je eine durchgehende Bohrung 13, 14 auf. Die Be
festigung an der Tragstruktur erfolgt mit nicht gezeichneten Spannele
menten durch die Bohrungen 13, 14.
Der zentrale Block 8 weist ebenfalls eine Bohrung 15 auf, die beispiels
weise als Sackloch ausgeführt ist. Je nachdem, ob die zu messende Kraft
als Druck- oder Zugkraft auftritt, und abhängig von weiteren konstruk
tiven Merkmalen der gesamten Kraftmeßvorrichtung, in die das erfin
dungsgemäße Dynamometer eingesetzt wird, ist die Bohrung von oben oder
von unten her in den zentralen Block 8 eingesenkt.
Es ist jedoch im Erfindungsgedanken mitenthalten, die Bohrung 15 als
Durchgangsloch auszubilden. Damit kann ein Zugorgan durch die ganze Boh
rung 15 hindurchlaufen und auf der vom Zug abgewandten Seite des Blockes
8 verankert werden.
Der Angriff der zu messenden Kraft kann auch erfolgen beispielsweise
über eine Stelze 18, die in die Bohrung 15 eingesetzt ist. Durch den
Kraftangriff verformen sich die vier Blattfedern 4 bis 7 S-förmig, wo
durch der zentrale Block 8 parallel geführt nach oben versetzt wird.
Dadurch werden die biegeelastischen Stäbe 9, 10 auseinandergespreizt, und
die querschwingende Saite - die hier als Kraftmeßorgan 11 gezeichnet
ist - wird zusätzlich gespannt. Es ist selbstverständlich im Erfindungs
gedanken enthalten, daß in den Fig. 1a bis d die Begriffe oben und un
ten vertauscht werden können. Im Erfindungsgedanken ist ferner enthal
ten, die Saite so stark vorzuspannen, daß sie durch die zu messende
Kraft teilweise entspannt wird. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, von
einer mittleren Saitenspannung auszugehen. Damit können Wechselkräfte in
Form von Zug- und Druckkräften gemessen werden.
Die Fig. 1a ist ein Aufriß des ersten Ausführungsbeispieles, die Fig. 1b
ein Grundriß. Der Schnitt durch die Linie AA ist in Fig. 1c dargestellt.
Er verläuft durch die beiden Blattfedern 4, 6. Fig. 1d ist eine per
spektivische Ansicht.
In Fig. 2a, b ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeichnet. Hier sind
- im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - zwei weitere
Blattfedern 19, 20 vorhanden. Diese sind ebenfalls außen mit den Blöc
ken 2, 3 und innen mit dem ebenfalls L-förmigen zentralen Block 8 ver
bunden. Die weiteren Merkmale sind die gleichen wie bei Fig. 1.
Fig. 3a, b, c zeigt ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Es
weist ebenfalls insgesamt sechs Blattfedern auf. Die Blattfedern 4 bis 7
des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 sind hier ergänzt durch zwei
Blattfedern 21, 22, die in der gleichen Ebene liegen, wie die Blattfe
dern 6, 7. Der zentrale Block 8 weist demzufolge im wesentlichen doppelte
L-Form auf. Die sechs genannten Blattfedern 4 bis 7, 21, 22 liegen im
wesentlichen in zwei parallelen Ebenen. Das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3 ist bezüglich der durch die Bohrungen 13, 14 definierten Längs
achse völlig symmetrisch. Der Angriff der zu messenden Druckkraft er
folgt beispielsweise eine Stelze 18, die in eine zentrale Bohrung 23
eingeführt ist.
Fig. 4 ist die Perspektive eines vierten Ausführungsbeispieles. Das Ge
stell 1 ist hier annähernd C-förmig ausgeführt. Eine obere einzelne
Blattfeder 24 trägt hier den L-förmigen Block 8, mit welchem auch die
Blattfedern 4, 5 wiederum verbunden sind. Die Biegeachsen der Blattfeder
24 einerseits und der Blattfedern 4, 5 andererseits stehen nun senkrecht
aufeinander. Die Blattfedern 4, 5 tragen, wie in den anderen Ausfüh
rungsbeispielen, je einen biegeelastischen Stab 9, 10, zwischen denen
das Kraftmeßorgan 11 - hier eine vorgespannte querschwingende Saite -
eingespannt ist.
Das Gestell weist - wie in den vorigen Ausführungsbeispielen - zwei Boh
rungen 13, 14 auf, die zum Befestigen des Dynamometers an der Tragstruk
tur dienen. Der Block 8 trägt ebenfallls eine Bohrung 15. Die drei Boh
rungen 13, 14, 15 liegen in einer Ebene. In der Bohrung 15 wird, mit
Hilfe geeigneter Maschinenelemente, wie Stelzen oder Zugdrähten, die zu
messende Kraft eingeleitet. In der Darstellung gemäß Fig. 4 wirkt die
zu messende Kraft als Druckkraft von unten nach oben; eine Stelze (nicht
gezeichnet), die Druckkräfte überträgt, wird also von unten in die Boh
rung 15 eingeführt; ein Zugkräfte übertragender Draht (ebenfalls nicht
gezeichnet), der in der Bohrung geeignet befestigt ist, zieht von oben.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Kraftrichtung - entspre
chend dem zu Fig. 1 Ausgeführten - umgedreht werden. Dies ist auch der
Fall, wenn anstelle einer schwingenden Saite beispielsweise ein Piezo
quarz als Kraftmeßorgan 11 verwendet wird.
Claims (7)
1. Dynamometer mit elastisch untersetzender Parallelführung, bei der ein
Teil der zu messenden Kraft durch biegeelastische Elemente aufgenommen
und direkt an die Tragstruktur des Dynamometers abgeleitet wird, und
mit einem eingespannten Kraftmeßorgan, dadurch gekennzeichnet,
- - daß ein Paar gleicher erster Blattfedern (4, 5) vorhanden ist, die mindestens angenähert in einer Ebene liegen und die biegeelastischen Elemente bilden, wobei die Blattfedern (4, 5) außen in einem Gestell (1) und innen in einem im wesentlichen L-förmigen Block (8) eingespannt sind,
- - daß mindestens eine weitere Blattfeder außen ebenfalls im Gestell (1) und innen im Block (8) eingespannt ist, welche Blattfeder in einer zu jener der ersten Battfedern (4, 5) mindestens angenähert parallelen Ebene liegt,
- - daß die ersten Blattfedern (4, 5) je in ihrer Mitte einen biegeelastischen Stab (9, 10) eingespannt tragen, der auf ihrer Ebene senkrecht steht und in den Raum zwischen den beiden mindestens angenähert parallelen Ebenen hineinragt, und daß das Kraftmeßorgan (11) zwischen den zwei biegeelastischen Stäben (9, 10) so eingespannt ist, daß es durch die zu messende Kraft zusätzlich gespannt wird.
2. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gestell (1) zwei Bohrungen (13, 14) und der Block (8) eine Bohrung
(15) aufweisen, die alle in einer Ebene liegen und die der Beaufschlagung
des Dynamometers mit der zu messenden Kraft dienen.
3. Dynamometer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gestell (1) im wesentlichen C-förmig ist und daß zusätzlich zu den
ersten Blattfedern (4, 5) genau eine weitere Blattfeder (24) vorhanden
ist, die so angeordnet ist, daß ihre Biegeachse zu jenen der ersten
Blattfedern (4, 5) senkrecht steht.
4. Dynamometer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zusätzlich zu den ersten Blattfedern (4, 5) ein Paar weiterer, untereinander gleicher Blattfedern (6, 7) vorhanden ist, die in einer zu jener der ersten Blattfedern (4, 5) mindestens angenähert parallelen Ebene liegen und deren Biegeachsen parallel laufen zu jenen der ersten Blattfedern (4, 5),
- - daß die weiteren Blattfedern (6, 7) gegenüber den ersten Blattfedern (4, 5) mindestens um die eigene Breite seitlich in ihrer Ebene versetzt angeordnet sind,
- - daß das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3).
5. Dynamometer nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zusätzlich zu den ersten Blattfedern (4, 5) zwei weitere Paare von innerhalb eines Paares gleichen Blattfedern (6, 7, 19, 20) vorhanden sind, die paarweise so in zwei mindestens angenähert parallelen Ebenen liegen, daß das eine Paar weitere Blattfedern (6, 7) in der einen, das andere Paar weitere Blattfedern (19, 20) in der dazu parallelen Ebene liegt,
- - daß die beiden genannten Paare von weiteren Blattfedern (6, 7, 19, 20) paarweise übereinander liegen,
- - daß die ersten Blattfedern (4, 5), die die biegeelastischen Stäbe (9, 10) tragen, gegenüber den weiteren Blattfedern (6, 7, 19, 20) mindestens um ihre eigene Breite in ihrer Ebene seitlich versetzt angeordnet sind,
- - daß das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3).
6. Dynamometer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zusätzlich zu den ersten Blattfedern (4, 5) zusätzlich zwei weitere Paare von paarweise gleichen Blattfedern (6, 7, 21, 22) vorhanden sind, die ihrerseits mindestens angenähert in der gleichen Ebene liegen, hingegen in bezug auf die ersten Blattfedern (4, 5) in einer mindestens angenähert parallelen Ebene,
- - daß die weiteren Blattfedern (6, 7, 21, 22) symmetrisch zu den ersten Blattfedern (4, 5) paarweise um mindestens ihre eigene Breite in ihrer Ebene seitlich versetzt angeordnet sind,
- - daß das Gestell (1) aufgeteilt ist in zwei Blöcke (2, 3).
7. Dynamometer nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gestell (1) zwei Bohrungen (13, 14) und der Block (8) eine als Sackloch
ausgebildete Bohrung (23) aufweist, die alle in einer Ebene
liegen und die der Beaufschlagung des Dynamometers mit der zu messenden
Kraft dienen.
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