DE69200679T2 - Dynamometrische Stange. - Google Patents

Dynamometrische Stange.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamometrische Stange, d.h. eine Stange, die eine Information bezüglich der Amplitude der Kräfte liefern kann, die sie entlang ihrer Längsachse überträgt.
  • Allgemein weiß man, daß das französische Patent Nº 2 434 377 (EP-A-6051) bereits eine derartige Stange vorgeschlagen hat, die mindestens ein Einsteck- und ein Hülsenelement aufweist, die axial ineinander gleitend angeordnet sind und beide je von elastischen Mitteln beansprucht werden, welche derart angeordnet sind, daß eine von der Stange übertragene Kraft eine für diese Kraft repräsentative relative Verschiebung bewirkt. Diese relative Bewegung wird mittels eines Hebels erfaßt, der kippend im Inneren des Hülsenelements angeordnet ist und von dem ein Ende mit einer auf dem Einsteckelement angeordneten Nocke zusammenwirkt, während sein anderes Ende auf einen Mikrokontakt einwirkt, wenn die relative Verschiebung der beiden Elemente und somit das Kippen des Mebels eine bestimmte Schwelle überschreitet.
  • Um jede Störung der kinematischen Kette zu vermeiden, in die die Stange eingefügt ist, muß die relative Verschiebung der beiden Elemente selbstverständlich so gering wie möglich sein und soll vorzugsweise außerhalb der normalen Lastwerte der Stange liegen.
  • Zu diesem Zweck sieht dieses Patent zwei Maßnahmen vor:
  • - eine Vorspannung der elastischen Mittel, um zu bewirken, daß die relative Verschiebung der beiden Teile erst jenseits einer vorbestimmten Kraftschwelle auftritt,
  • - eine derartige Bemessung des Hebels und eine derartige Anordnung des Mikrokontakts, daß die durch diesen letzteren bewirkte Unischaltung erst beim Überschreiten einer zweiten Kraftschwelle geschieht, die höher ist als die erste.
  • Es hat sich herausgestellt, daß die in diesem Patent vorgeschlagenen Lösungen zwei Nachteile aufweisen.
  • Der erste dieser Nachteile besteht darin, daß das System Nocke-Anschlag-Hebel relativ platzraubend ist und eine relativ große Verstärkung der erfaßten relativen Bewegung und daher eine große Länge des Hebels erfordert. Aus diesem Grund muß das Hülsenelement der Stange, das dieses System enthält, ziemlich lang und umfangreich sein. Die Verwendung von zwei Hebeln, von denen einer den Mikrokontakt trägt, ermöglicht die Reduzierung der Länge dieses Elements um die Hälfte. Diese Verkürzung der Länge geschieht jedoch zum Nachteil des Durchmessers, der erhöht werden muß.
  • Der zweite Nachteil bezieht sich auf die Tatsache, daß diese Vorrichtung es nicht erlaubt, die Richtung der Kraft zu bestimmen, die durch die Stange übertragen wird. Diese Information ist jedoch ziemlich wichtig, da sie es ermöglicht, eine Antriebskraft von einer Kraft zu unterscheiden, die aus einer äußeren Beanspruchung entsteht, welche in Höhe der Last angelegt wird.
  • Die Erfindung hat also insbesondere zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen.
  • Sie schlägt zu diesem Zweck eine dynamometrische Stange der Art vor, die ein erstes Übertragungselement aufweist, das in Bezug auf ein zweites Übertragungselement axial gleitend montiert ist, wobei elastische Elemente derart zwischengefügt sind, daß sie sich ausgehend von einer Ruhestellung bei jeder relativen Verschiebung eines der Elemente in Bezug auf das andere elastisch verformen, wobei die relative Verschiebung der beiden Teile durch einen Hebel verstärkt wird, der mindestens zwei Arme aufweist und kippend auf einem der beiden Elemente angeordnet ist, und auf den das andere Element einwirkt, wobei die Erfassung der von der Stange übertragenen Kraft von mindestens einer Vorrichtung zur Erfassung der Stellung des freien Endes des Hebels bewirkt wird.
  • Erfindungsgemäß ist diese Stange dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel einen radialen Arm, der an eines der Elemente angelenkt ist und im Abstand zum Gelenk Mittel aufweist, die eine axiale Verbindung in beiden Richtungen mit dem Einsteckelement bewirken, und einen axialen Arm aufweist, der ein freies Ende besitzt, zu dessen beiden Seiten zwei Erfassungsorgane des Hebelendes angeordnet sind, wobei jedes dieser Erfassungsorgane einer Richtung der von der Stange übertragenen Kraft zugeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise können die Erfassungsorgane aus Mikroschaltern bestehen, die gegenüber dem axialen Arm angeordnet sind, um nur jenseits eines bestimmten Kipphubs des Hebels betätigt zu werden.
  • Nachfolgend werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Figur 1 ist ein axialer Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders.
  • Figur 2 ist eine vergrößerte Perspektivansicht des Inneren des Details der Figur 1, das mit dem Kreis D&sub1; bezeichnet ist.
  • Figur 3 ist ein axialer Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders.
  • Figur 4 ist eine vergrößerte Perspektivansicht des Inneren des Details der Figur 3, das mit dem Kreis D&sub2; bezeichnet ist.
  • In diesen Beispielen besteht die dynamometrische Stange aus einem Einsteckteil, das aus einem mit Absätzen versehenen zylindrischen Stab 1 besteht, und einem Hülsenteil, das die Form einer teilweise rohrförmigen Hülse 2 hat, die einerseits eine zylindrische Bohrung 3 mit verschiedenen Niveaus, in die das Einsteckteil 1 gleitend eingebaut ist, und andererseits klassische Befestigungsmittel 4 aufweist.
  • Der gleitende Einbau des Stabs 1 im Inneren der Bohrung 3 geschieht mittels zweier Lagerringe 5, 6, die zwischen sich einen ringförmigen Raum 7 definieren, in den sich ein Absatz 8 des Stabs 1 einfügt.
  • Jeder der Ringe 5, 6 weist in seinem Bereich neben dem ringförmigen Raum 7 eine Abstufung 9 auf, die mit dem Stab 1 ein ringförmiges axiales Volumen definiert, in dem eine vorgespannte Feder 10, 11 angeordnet ist, die über eine Scheibe 12 auf dem Absatz 8 aufliegt.
  • Die beiden Federn 10, 11, sowie die von ihnen erfahrene Vorspannung, sind identisch, so daß in Abwesenheit einer auf die Stange einwirkenden Kraft der Absatz 8 sich in der Mitte des ringförmigen Raums 7 befindet und zu beiden Seiten dieser Stellung über eine bestimmte Länge ±ε beweglich ist, und dies gegen die Wirkung der Federn 10, 11.
  • Im in den Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel besteht die Vorrichtung zur Erfassung der relativen Bewegung zwischen dem Einsteck- und dem Hülsenteil der Stange aus einem radialen Plättchen 13, das aus einem elastisch verformbaren Material besteht und mit einem seiner Enden 14 auf dem Rand des Lagerrings 6 befestigt ist. Das andere Ende dieses Plättchens 13 ist mit einer Bohrung versehen, durch die eine axiale Schraube 15 gesteckt ist, deren Ende auf eine Mutter 16 geschraubt wird, die fest mit einem Kragen 17 des Stabs 1 verbunden ist.
  • Die feste Verbindung der Schraube 15 mit dem Plättchen 13 geschieht mittels elastischer Scheiben 18, die zu beiden Seiten des Plättchens 13 angeordnet sind, wobei diese Einheit axial mit Hilfe eines Absatzes, der auf einer Seite auf dem Stab 1 ausgebildet ist, und einer elastischen Klemme (Sicherungsbügel) 19 gehalten wird, die in eine in Höhe des Kopfes der Schraube 15 ausgebildete Kehle eingeführt ist.
  • Auf dem mittleren Bereich des Plättchens 13 ist ein Hebelarm 21 starr befestigt, der sich axial im Inneren der Bohrung 3 erstreckt und dessen freies Ende mit zwei Mikrokontakten 22, 23 zusammenwirkt, die zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
  • Um den Platzbedarf zu reduzieren, enthält in diesem Beispiel das freie Ende des Hebelarms 21 zwei axiale Bereiche 24, 25, die zueinander in einer Drehebene senkrecht zur mittleren Symmetrieebene P, P' der Stange (und senkrecht zur Drehachse des Hebels) verschoben sind. Jeder dieser Bereiche besitzt einen einstellbaren Anschlag 26, 27, der auf das Betätigungsorgan eines entsprechenden Mikrokontakts 22, 23 einwirken soll. Der Platzgewinn wird dadurch erhalten, daß die Verschiebung der beiden Armbereiche 24, 25 ein leichtes Überlappen der beiden Mikrokontakte 22, 23 in einer Ebene senkrecht zur Ebene P, P' erlaubt.
  • Der Betrieb der soeben beschriebenen Stange ist dann wie folgt:
  • In Abwesenheit einer von der Stange übertragenen Kraft (Ruhezustand), oder sogar, wenn die übertragene Kraft unterhalb eines ersten Schwellenwerts bleibt, der von der Steifheit der Federn 10, 11 und ihrem Vorspannungsgrad abhängt,
  • - ist der Absatz 8 des Stabs 1 im ringförmigen Raum 7 zentriert,
  • - erstreckt sich das Plättchen 13, das nicht von dem Stab 1 beansprucht wird, in radialer Richtung.
  • - erstrecken sich die beiden Bereiche 24, 25 des Hebelarms 21 parallel zur Längs-Symmetrieebene P, P' und wirken nicht auf die Mikrokontakte 22, 23 ein.
  • Wenn die von der Stange in Richtung Stab 1/Hülse 2 übertragene Kraft die erste Schwelle übersteigt, entsteht eine relative Verschiebung zwischen diesen beiden Teilen 1, 2 mit gleichzeitiger Komprimierung der Feder 11.
  • Das Plättchen 13, dessen freies Ende axial verschoben wird (zum freien Ende der Hülse 2), verformt sich elastisch um eine Gelenkachse, die sich in der Nähe des Endes 14 befindet.
  • Aufgrund dieser Verformung kippt der Hebel 21 nach oben und nimmt den Armbereich 24 zum Betätigungsorgan des Mikrokontakts 22 mit.
  • Wenn die von der Stange übertragene Kraft eine zweite Schwelle überschreitet (deren Wert mithilfe des einstellbaren Anschlags 27 geregelt wird), wirkt der Armbereich 24 auf den Mikrokontakt 22 ein und bewirkt seine Umschaltung. Vorteilhafterweise kann dieser Mikrokontakt 22 (wie auch der Mikrokontakt 23) mit einer Kontroll- und/oder Sicherheitsschaltung verbunden sein, die die Information in Bezug auf die Zustandsänderung dieses Mikrokontakts in geeigneter Weise auswerten kann.
  • 5Wenn eine in Richtung Hülse 2/Stab 1 ausgeübte Kraft die erste Schwelle überschreitet, verformt sich das in Richtung des Stabs 1 gezogene Plättchen 13 elastisch durch einen ähnlichen Prozeß und bewirkt ein Kippen des Hebelarms 21 nach unten. Wenn danach diese Kraft die zweite Schwelle überschreitet, betätigt der Armbereich 25 den Mikroschalter 23.
  • Es ist klar, daß die Richtung der von der Stange übertragenen Kraft von demjenigen Mikroschalter 22, 23 bestimmt wird, der betätigt wurde.
  • Natürlich können die beiden oben erwähnten Schwellen im wesentlichen in einer einzigen Schwelle zusammenfallen. In diesem Fall müssen die einstellbaren Anschläge 26, 27 so angepaßt werden, daß sie mit den Betätigungsorganen der Mikrokontakte 22, 23 in der Nähe der Umschaltschwelle dieser letzteren in Eingriff gelangen.
  • Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsform ermöglicht gleichzeitig:
  • - die Präzision der dynamometrischen Stange zu verbessern und p- den Koeffizienten des vom Hebel gebildeten Verschiebungsmul tiplikators zu erhöhen (praktisch zu verdoppeln).
  • In diesem Beispiel ist die von dem Plättchen und dem Hebel gebildete Einheit durch einen starren, in Form eines liegenden L gekrümmten Hebel 30 ersetzt, dessen kurzer Arm 31, dessen Länge im wesentlichen gleich dem Radius der Bohrung 3 ist, auf seiner Außenseite einerseits eine Kerbe 32 V-förmigen Querschnitts, die sich an seinem Ende nahe der Wand der Bohrung 3 befindet, und andererseits eine rechteckige Kerbe 33 mit rechteckigem Querschnitt aufweist, deren Achse parallel zur vorhergehenden ist und die sich in Höhe des zweiten Endes befindet.
  • Die Kerbe 32 wird mit Hilfe einer biegsamen Lamelle 34, die in der Mitte des Arms 31 befestigt ist, gegen eine Achse 35 angelegt gehalten, die fest mit der Hülse 2 verbunden ist und die Kippachse des Hebels 30 bildet.
  • Desgleichen wird die Kerbe 33 von der Lamelle 34 gegen eine Achse 36 angelegt gehalten, die parallel zur Achse 35 liegt, aber fest mit dem Stab 1 verbunden ist.
  • Tatsächlich gewährleistet die Kombination Kerben 32, 33/Achsen 35, 36/Lamelle 34 die Funktion einer doppelten Gelenkverbindung, mit einem Gelenk ohne Spiel auf der Hülse 1 (Achse 32/Kerbe 35) und einem Gelenk mit einem radialen, aber nicht axialen Spiel (Achse 36/Kerbe 33).
  • In diesem Beispiel erstrecken sich die Achse 36 sowie der lange Arm 37 des Hebels 30 in der Längs-Symmetrieebene P, P' der Stange, während die beiden Mikrokontakte 38, 39 sich zu beiden Seiten des Endes des Arms 37 und somit in dieser Symmetrieebene P, P' befinden.
  • Der Betrieb dieser Stange ist gleich dem oben beschriebenen.
  • So bewirkt eine Drehbewegung Stab 1/Hülse 2 aufgrund der Wirkung der Achse 36 auf die Kerbe 33 eine Verschiebung des Endes des Arms 31 des Hebels 30 und folglich ein Kippen der Gesamtheit des Hebels 30 um die Achse 35 nach oben. Jenseits einer bestimmten Kraftschwelle bewirkt dieses Kippen die Zustandsänderung des Mikrokontakts 38.
  • Eine relative Verschiebung Hülse 2/Stab 1 bewirkt ihrerseits aufgrund der Wirkung der Achse 36 auf die Lamelle 34 eine Drehung des Hebels 30 in umgekehrter Richtung und eine Betätigung des Mikrokontakts 39.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Anlegepunkt der vom Stab 1 auf den Hebel 30 ausgeübten Kraft viel näher an der Gelenkachse 35 als im vorhergehenden Beispiel ist, ist der Drehwinkel für die gleiche Verschiebung viel größer (hier im wesentlichen doppelt so groß). Die Verschiebung des Endes (Arm 37) des Hebels 30 (mit gleicher Länge) ist also doppelt so groß wie vorher.
  • Es wird also möglich, die Länge des Hebels 30 und damit die Maße der Stange zu reduzieren und trotzdem eine größere Präzision als die zu erhalten, die im vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel erhalten wird.

Claims (9)

1. Dynamometrische Stange des Typs mit einem ersten Übertragungselement (1), das im Verhältnis zu einem zweiten Übertragungselement (2) axial gleitend montiert ist, unter Zwischenfügung elastischer Elements (10, 11), die so angeordnet sind, dass sie elastisch verformt werden, wenn, von der Ruhestellung ausgehend, eines der Elemente im Verhältnis zum anderen relativ verschoben wird, wobei die Erfassung der relativen Verschiebung der beiden Teile (1, 2) von einem Hebel (21, 30) mit wenigstens zwei SchenkeIn verstärkt wird, der kippbar auf eines der beiden Elemente (2) montiert ist und auf den das andere Element (1) einwirkt, wobei die Erfassung der von der Stange übertragenen Kraft durch mindestens eine Vorrichtung zur Erfassung der Stellung des freien Endes des Hebels (21, 30) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel einen radial ausgerichteten Schenkel (13, 31) aufweist, der an eines der Elements (2) angelenkt ist und in einer gewissen Entfernung von der Anlenkung Mittel (15 bis 18 und 34, 36) aufweist, die eine axiale Verbindung in beiden Richtungen zum anderen Element (1) ermöglichen und einen axial ausgerichteten Schenkel (21, 37), mit einem freien Ende zu dessen beiden Seiten zwei Organe (22, 23 - 38, 39) zur Erfassung der Stellung des besagten Endes angeordnet sind und jedes dieser Erfassungsorgane (22, 23 - 38, 39) die von der Stange übertragene Kraft in einer verschiedenen Richtung erfasst.
2. Dynamometrische Stange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Übertragungselemente (1, 2) männlicher und weiblicher Art sind und jeweils ineinandergleiten und dass in diesem Falle der besagte Hebel (21, 30) im weiblichen Teil (2) angelenkt und mit dem männlichen Teil (1) gekuppelt ist.
3. Dynamometrische Stange nach einem der Ansprüche 1 und dadurch gekennzeichnet, dass besagte Erfassungsorgane (22, 23 - 38, 39) Mikroschalter sind, die so gegenüber dem radial ausgerichteten Schenkel (21, 37) angeordnet sind, dass sie nur nach Überschreiten eines bestimmten Kipphubs des Hebels betätigt werden.
4. Dynamornetrische Stange nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des besagten Hebels (21) mit einstellbaren Anschlägen (26, 27) versehen ist, die auf die Betätigungsorgane der Mikrokontakte (22, 23) einwirken.
5. Dynarnometrische Stange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Hebel ein radial ausgerichtetes Plättchen (13) aus elastischem Material aufweist, welches durch eines seiner Enden fest mit dein weiblichen Element (2) verbunden ist und das andere Ende dieses Plättchens (13) mit dem männlichen Element (1) verbunden ist und einen Mittelteil aufweist, auf dem ein Hebelschenkel (21) starr befestigt ist, zu dessen beiden Seiten die besagten Mikrokontakte (22, 23) angeordnet sind.
6. Dynomometrische Stange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Hebelschenkel (21) zwei axial ausgerichtete Abschnitte (24, 25) aufweist, die in einer zur Drehachse des Hebels senkrechten Ebene gegeneinander versetzt sind.
7. Dynamometrische Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Hebel (30) starr und knieförmig gebogen ist und das freie Ende des ersten Schenkels (31) ohne Spiel an das weibliche Element (2) angelenkt ist, während besagter Schenkel im gebogenen Bereich mit einem geringen radialen Spiel an das männliche Element (1) angelenkt ist und der andere Schenkel (37) des Hebels sich axial zwischen den beiden Mikrokontakten (38, 39) erstreckt.
8. Dynamometrische Stange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkung zwischen dem Hebel (30) und dem weiblichen Element (2) einen im Querschnitt V-förmigen, am freien Ende des ersten Schenkels (31) angebrachten, Einschnitt (32) umfasst, welch Einschnitt (32) gegen eine mit dem weiblichen Element (2) fest verbundene Welle (35) angelegt ist, durch eine elastische, fest mit besagtem Hebel (30) verbundene Zunge (34)
9. Dynamometrische Stange nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkung zwischen dem Hebel (30) und dem männlichen Element (1) einen im Querschnitt rechteckigen, auf dem ersten Schenkel im Bereich des gebogenen Abschnittes angebrachten, Einschnitt (33) umfasst, welch Einschnitt (33) gegen eine mit besagtem männlichem Element fest verbundene Welle (36) angelegt ist, dank der besagten elastischen Zunge (34).
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