DE19605036C2 - Rope load cell - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Seilkraftaufnehmer zur Messung des Spannungszustandes eines Seiles mit mindestens einem Wegmeß geber, insbesondere einem Dehnungsmeßstreifen und mit Anschluß elementen zum Anschluß des Wegmeßgebers an ein Meßgerät.The invention relates to a cable force transducer for measuring the Tension condition of a rope with at least one distance measurement encoder, especially a strain gauge and with connection elements for connecting the encoder to a measuring device.
Derartige Seilkraftaufnehmer werden zum Beispiel in Vor richtungen verwendet, mit welchen die statische Spannkraft eines Tennisnetzes und die dynamischen Seilkraftänderungen die durch Netzschläge hervorgerufen werden, meßtechnisch erfasst und angezeigt werden. Diese Geräte können somit als "automatischer Netzrichter" eingesetzt werden.Such cable force transducers are described in, for example directions used with which the static clamping force of a tennis net and the dynamic rope force changes caused by net shocks, recorded by measurement and be displayed. These devices can therefore be used as "automatic network judge" can be used.
So wird z. B. in der DE 39 42 255 C2 eine Detektorvorrichtung beschrieben, bei der ein entsprechender Seilkraftaufnehmer am Spannseil eines Spielfeldnetzes angebracht ist. Die Dehnungsmeßstreifen dieses Seilkraftaufnehmers sind mit einer Filtervorrichtung und einem Diskriminator in einem Meßgerät verbunden, wobei die Signale der Dehnungsmeßstreifen additiv der als Bandfilter ausgestalteten Filtervorrichtung zugeführt werden. Bei Erfüllung eines vorgehbaren Diskriminatorkriteriums wird dann ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt, wodurch die Stoßberührung des Netzes durch den Spieler oder Ball angezeigt wird.So z. B. in DE 39 42 255 C2 a detector device described in which a corresponding cable force transducer on Tension rope of a field network is attached. The Strain gauges of this cable force sensor are with a Filter device and a discriminator in a measuring device connected, the signals of the strain gauges additive fed to the filter device configured as a band filter become. When an acceptable discriminator criterion is met an acoustic and / or optical signal is then generated, causing the player to knock the net or Ball appears.
Als Seilkraftaufnehmer (Umsetzer) werden in dieser Schrift zum einen ein Trägerkörper vorgeschlagen, welcher zwischen zwei Trennenden eines Spannseiles angeordnet wird. Auf dem Träger- Körper sind die Dehnungsmeßstreifen aufgekittet. As a cable force transducer (converter) in this document a proposed a carrier body, which between two Separating ends of a tension rope is arranged. On the carrier The strain gauges are cemented onto the body.
In einer alternativen Ausführungform wird vorgeschlagen den Trägerkörper als biegsames Rohr auszubilden, welcher das Spannseil axialverschieblich umgibt. Die Dehnungsmeßstreifen sind bei dieser Version auf die Seilachse bezogen um diese herum um 90° versetzt angeordnet.In an alternative embodiment, the is proposed Form the support body as a flexible tube, which the Surrounds tension rope axially displaceable. The strain gauges are related to the rope axis around this version arranged offset by 90 °.
Bei dem ersten vorgeschlagenen Modell muß das Seil zum Anbringen des Seilkraftaufnehmers zerschnitten werden. Es ist daher nicht ohne weiteres möglich, den Seilkraftaufnehmer einfach wieder vom Seil zu entfernen und zum Beispiel an einem anderen Seil bzw. Spielfeldnetz anzubringen.In the first proposed model, the rope has to Attach the cable force transducer to be cut. It is therefore not easily possible, the cable force transducer easy to remove from the rope again and for example on one attach another rope or field net.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es zwar möglich den Seilkraftaufnehmer vom Seil abzustreifen, jedoch muß hierzu recht umständlich das Seil in den Trägerkörper eingefädelt werden. Es ist daher zum Beispiel nicht möglich, einfach bei einem Wechsel des Spielfeldes auch den Seilkraftaufnehmer mitzunehmen, da zum Ausfädeln des Seils aus dem Trägerkörper das gesamte Netz abgenommen werden muß.In the second embodiment, it is possible Stripping the cable force transducer from the rope, but this must be done the rope is threaded into the carrier body in a rather cumbersome manner become. It is therefore not possible, for example, simply to changing the playing field also the cable force transducer take it with you, because you have to pull the rope out of the carrier the entire network must be removed.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Seilkraftaufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einfach und kosten günstig herstellbar ist und welcher jederzeit auf ein beliebiges Seil im bereits gespannten Zustand aufgebracht und wieder abgenommen werden kann, ohne daß das Seil hierbei zerstört wird.It is therefore an object of the invention to provide a cable force transducer to create the type mentioned above, which is simple and cost is cheap to produce and which one at any time any rope applied in the already tensioned state and can be removed again without the rope gets destroyed.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wegmeßgeber auf einem auf das Seil aufklemmbaren, sich in Längsrichtung des Seils erstreckenden Federkörper angeordnet ist.This object is achieved in that the encoder a clampable on the rope, in the longitudinal direction of the Rope extending spring body is arranged.
Da der Seilkraftaufnehmer mit seinem Federkörper nur seitlich auf das Seil aufgeklemmt wird, ist es jederzeit möglich, auf ein bereits gespanntes Seil, z. B. das Spannseil eines Spielfeldnetzes, den Seilkraftaufnehmer aufzubringen. Ein Einfädeln des Seiles ist nicht nötig. Eine Zerstörung oder Beschädigung des Seiles erfolgt nicht.Since the cable force sensor with its spring body is only on the side is clamped on the rope, it is possible at any time an already tensioned rope, e.g. B. the tensioning rope one Field network, to apply the cable force transducer. On It is not necessary to thread the rope. Destruction or The rope is not damaged.
Mit Hilfe dieses Seilkraftaufnehmers können sowohl die statische Spannkraft als auch dynamische Seilkraftänderung gut detektiert werden. Daher ist es selbstverständlich auch möglich, diesen Seilkraftaufnehmer zu anderen Zwecken als zum Gebrauch an Spielfeldnetzen zu gebrauchen.With the help of this cable force transducer, both static tension as well as dynamic rope force change well can be detected. So of course it is possible to use this cable force transducer for purposes other than Use on field nets.
Mögliche Anwendungsfälle wären hier z. B. die Überwachung von Abspannseilen an Masten, von Laufseilen oder Fangseilen in Schauaufbauten oder im Zirkus oder auch die Belastungsmessung von Kranseilen oder dgl.Possible applications would be z. B. monitoring of Guy ropes on masts, of running ropes or safety ropes in Show structures or in the circus or also the load measurement of crane ropes or the like
Als Wegmeßgeber werden vorzugsweise ein oder mehrere Dehnungs meßstreifen verwendet, da diese relativ kostengünstig sind und zudem leicht auf dem Federkörper angebracht werden können. Selbstverständlich können jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere Wegmeßgeber wie z. B. Piezoelemente oder auch optische Wegmeßgeber verwendet werden.One or more strain gauges are preferably used as displacement sensors measuring strips used because these are relatively inexpensive and can also be easily attached to the spring body. Of course, however, alternatively or additionally also other encoders such. B. piezo elements or optical encoders can be used.
Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Seilkraftaufnehmers.The sub-claims contain advantageous refinements and Developments of the cable force transducer according to the invention.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is based on an embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es stellen dar:They represent:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Seilkraftaufnehmers Fig. 1 is a side view of the cable force transducer
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Seilkraftaufnehmer mit eingespanntem Seil im lockeren Spannungszustand des Seiles (die Anschlußelemente sind hier nicht dargestellt) Fig. 2 is a plan view of the Seilkraftaufnehmer with clamped wire loose in the state of tension of the rope (the connecting elements are not shown here)
Fig. 3 eine Draufsicht wie Fig. 2 jedoch mit straffem Spannungszustandes des Seiles. Fig. 3 is a plan view like FIG. 2 but with the tension of the rope taut.
Bei dem erfindungsgemäßen Seilkraftaufnehmer (1) nach den Fig. 1 bis 3 sind auf einem auf ein Seil (2) aufklemmbaren, sich in Längsrichtung des Seil (2) erstreckenden Federkörper (6) Dehnungsmeßstreifen (3, 4) angeordnet.In the cable force transducer ( 1 ) according to FIGS. 1 to 3, strain gauges ( 3 , 4 ) are arranged on a spring body ( 6 ) which can be clamped onto a cable ( 2 ) and extends in the longitudinal direction of the cable ( 2 ).
Der Federkörper (6) besteht aus einem dünnen Blech mit im wesentlichen rechteckigen Zuschnitt. Entlang einer Längsseite sind in den Federkörper (6) zwei sich in Längsrichtung des Federkörpers (6) erstreckende Ausnehmungen (9) eingebracht. An den Enden des Federkörpers (6) sowie in der Mitte zwischen den beiden Ausnehmungen (9) bleiben jeweils ein Randsteg (7) bzw. ein Mittelsteg (8) bestehen. Der Mittelsteg (8) weist parallel zur Längsrichtung des Federkörpers (6) eine mehrfache Länge seiner quer zur Längsrichtung des Federkörpers (6) verlaufenden Erstreckung auf.The spring body ( 6 ) consists of a thin sheet with a substantially rectangular cut. Two recesses ( 9 ) extending in the longitudinal direction of the spring body ( 6 ) are made in the spring body ( 6 ) along a longitudinal side. At the ends of the spring body ( 6 ) and in the middle between the two recesses ( 9 ), an edge web ( 7 ) and a central web ( 8 ) respectively remain. The central web ( 8 ), parallel to the longitudinal direction of the spring body ( 6 ), has a multiple length of its extent transverse to the longitudinal direction of the spring body ( 6 ).
Um den Federkörper (6) am Seil anzubringen, wird dieser einfach wie ein Kamm auf das Seil aufgesteckt. Hierbei verläuft das Seil (2) entlang der Stege (7, 8) so durch die Ausnehmungen (9), daß die beiden Randstege (7) auf einer Seite des Seiles (2) und der Mittelsteg (8) auf der anderen Seite des Seiles (7) angeordnet sind.To attach the spring body ( 6 ) to the rope, it is simply attached to the rope like a comb. The cable ( 2 ) runs along the webs ( 7 , 8 ) through the recesses ( 9 ) such that the two edge webs ( 7 ) on one side of the cable ( 2 ) and the central web ( 8 ) on the other side of the cable ( 7 ) are arranged.
Zur Führung des Seiles (2) sind die zur jeweiligen Ausnehmung (9) gerichteten Seitenkanten (10) der Stege (7, 8) konkav ausgeformt. Die konkaven Ausformungen (11) sind vorzugsweise halbkreisförmig und weisen einen Radius auf, welcher in etwa dem Radius des jeweiligen Seilquerschnitts entspricht.To guide the cable ( 2 ), the side edges ( 10 ) of the webs ( 7 , 8 ) directed towards the respective recess ( 9 ) are concave. The concave formations ( 11 ) are preferably semicircular and have a radius which corresponds approximately to the radius of the respective rope cross section.
In einem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Federkörpers (6) ca. 100 mm, die Breite ca. 20 mm, die Breite der Randstege (7) ca. 5 mm und die Länge der Ausnehmungen (9) jeweils ca. 30 mm.In a present exemplary embodiment, the length of the spring body ( 6 ) is approximately 100 mm, the width approximately 20 mm, the width of the edge webs ( 7 ) approximately 5 mm and the length of the recesses ( 9 ) in each case approximately 30 mm.
In Fig. 2 und 3 ist schematisch die Funktionsweise des Seilkraftaufnehmers (1) dargestellt. Bei einem relativ locker gespannten Zustand des Seiles (2) erstreckt sich der Federkörper (6) nahezu geradlinig und das Seil (2) verläuft um die Stege (7, 8) (Fig. 2). In einem stärkeren Spannungszustand strafft sich das Seil (2) immer mehr, so daß der Federkörper (6) sich um das Seil (2) herum verbiegt. Der extreme Zustand eines vollständig gespannten Seiles (2) ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dem oben genannten Ausführungsbeispiel beträgt die Durchbiegung in der Mitte des Federkörpers (6) bis zu 1,3 mm.In FIGS. 2 and 3, the operation of the Seilkraftaufnehmers (1) is shown schematically. When the rope ( 2 ) is in a relatively loosely tensioned state, the spring body ( 6 ) extends almost rectilinearly and the rope ( 2 ) runs around the webs ( 7 , 8 ) ( FIG. 2). In a stronger state of tension, the rope ( 2 ) tightens more and more, so that the spring body ( 6 ) bends around the rope ( 2 ). The extreme state of a completely tensioned rope ( 2 ) is shown in Fig. 3. In the above embodiment, the deflection in the middle of the spring body ( 6 ) is up to 1.3 mm.
Bei Belastung des Federkörpers (6) entsteht somit auf der konkav gebogenen Seite des Federkörpers (6) eine Druckspannung und auf der konvex gebogenen Rückseite eine Zugspannung. Diese Spannungen können durch die auf dem Federkörpern (6) aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen (3, 4) erfaßt werden. Vorzugsweise werden auf beiden Seiten des Federkörpers (6) Dehnungsmeßstreifen (3, 4) angeordnet, wobei die Dehnungs meßstreifen (3, 4) auf der Vorder- und Rückseite des Federkörpers (6) zueinander deckungsgleich gegenüberliegend angeordnet sein sollten. When the spring body ( 6 ) is loaded, there is a compressive stress on the concavely curved side of the spring body ( 6 ) and a tensile stress on the convex curved rear side. These tensions can be detected by the strain gauges ( 3 , 4 ) applied to the spring bodies ( 6 ). Strain gauges ( 3 , 4 ) are preferably arranged on both sides of the spring body ( 6 ), the strain gauges ( 3 , 4 ) on the front and back of the spring body ( 6 ) should be arranged congruently opposite one another.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in den beiliegenden Figuren sind die Dehnungsmeßstreifen (3, 4) in einem Abstand zu der den Ausnehmungen (9) gegenüberliegenden Kante (12) des Federkörpers (6) und bezüglich der Längsrichtung des Federkörpers (6) im Bereich des Mittelsteges (8), in einem Abstand vor oder hinter der quer zur Längserstreckung des Federkörpers (6) liegenden Mittelachse angeordnet. Diese Anordnung der Dehnungsmeßstreifen (3, 4) ist zu bevorzugen, da an dieser Stelle ein optimales, relativ großes, homogenes Spannungsfeld vorliegt. Bei einem vorliegenden Ausführungs beispiel liegt das Spannungsniveau in diesem Bereich bei rund 350 N/mm2, d. h. die Längsdehnung liegt bei ca. 1700 µm/m. Die Seilspannung kann daher so hoch aufgelöst werden, das selbst minimale Seilkraftänderungen wie sie zum Beispiel durch einen Netzstreifer verursacht werden, noch erfasst werden können. Die Dehnungsmeßstreifen (3, 4) werden als Widerstände einer gemeinsamen Meßbrücke zusammengeschaltet, wobei die eine Hälfte der Dehnungsmeßstreifen-Widerstände der Meßbrücke auf der einen Seite des Federkörpers (6) und die andere Hälfte auf der anderen Seite des Federkörpers (6) angeordnet sind.According to the exemplary embodiment in the accompanying figures, the strain gauges ( 3 , 4 ) are at a distance from the edge ( 12 ) of the spring body ( 6 ) opposite the recesses ( 9 ) and with respect to the longitudinal direction of the spring body ( 6 ) in the region of the central web ( 8 ), arranged at a distance in front of or behind the central axis lying transverse to the longitudinal extension of the spring body ( 6 ). This arrangement of the strain gauges ( 3 , 4 ) is to be preferred because there is an optimal, relatively large, homogeneous stress field at this point. In a present embodiment, the stress level in this area is around 350 N / mm 2 , ie the longitudinal expansion is approximately 1700 µm / m. The rope tension can therefore be resolved to such an extent that even minimal changes in rope force, such as those caused by a net scraper, can still be detected. The strain gauges ( 3 , 4 ) are connected together as resistors of a common measuring bridge, one half of the strain gauge resistors of the measuring bridge being arranged on one side of the spring body ( 6 ) and the other half on the other side of the spring body ( 6 ).
Eine Applizierung der Dehnungsmeßstreifen (3, 4) direkt an den Ausnehmungen (9) sollte vermieden werden, da hier höchste Spannungskonzentrationen auftreten und evtl. zurückbleibende plastische Verformungsanteile ein Offset für weitere Messungen hervorrufen könnten.Application of the strain gauges ( 3 , 4 ) directly to the recesses ( 9 ) should be avoided, as the highest stress concentrations occur here and any remaining plastic deformation components could cause an offset for further measurements.
Die Dehnungsmeßstreifen sind über einen Kabel (5) an ein Meßgerät anschließbar. Die Befestigung der Kabel (5) erfolgt hierbei im einfachsten Falle mittels Klebestreifen (13) o. dgl. Selbstverständlich ist es auch möglich, direkt am Federkörper (6) entsprechende Steckelemente zur lösbaren Verbindung mit einem Meßkabel des Meßgerätes anzuordnen. Die Kabel (5) werden im vorliegenden Beispiel zu einer Seite des Federkörpers (6) einem Meßkabel des Meßgerätes anzuordnen. Die Kabel (5) werden im vorliegenden Beispiel zu einer Seite des Federkörpers (6) weggeführt. Die Dehnungsmeßstreifen (4) auf der Rückseite des Federkörpers (6) sind hierzu nach vorne durchkontaktiert.The strain gauges can be connected to a measuring device via a cable ( 5 ). In the simplest case, the cables ( 5 ) are fastened by means of adhesive strips ( 13 ) or the like. Of course, it is also possible to arrange corresponding plug-in elements directly on the spring body ( 6 ) for releasable connection to a measuring cable of the measuring device. In the present example, the cables ( 5 ) are to be arranged on one side of the spring body ( 6 ), a measuring cable of the measuring device. In the present example, the cables ( 5 ) are led away to one side of the spring body ( 6 ). The strain gauges ( 4 ) on the back of the spring body ( 6 ) are contacted through to the front.
Bei der Herstellung des Federkörpers (6) ist darauf zu achten, daß dieser nicht zu starr ist, damit der Seilkraftaufnehmer (1) nicht zu unempfindlich wird. Gleichzeitig darf der Federkörper (6) auch nicht zu nachgiebig gegenüber der Biege beanspruchung sein.When manufacturing the spring body ( 6 ), make sure that it is not too rigid so that the cable force transducer ( 1 ) does not become too insensitive. At the same time, the spring body ( 6 ) must not be too resilient to the bending stress.
Da der Seilkraftaufnehmer (1) im Außenbereich zum Einsatz kommt, sollte vorzugsweise ein nichtrostender Stahl zum Beispiel nach DIN 17 440 wie z. B. X20Cr13 oder X20CrNi17 2 gewählt werden. Bei einer Fertigung aus diesen Werkstoffen kann die Zugkraft des Seiles bis zu 1470 N betragen, ohne das der Federkörper (6) bleibend verformt wird. Die übliche Spannkraft des Seiles (2) an Spielfeldnetzen beträgt ca. 1000 N.Since the cable force transducer ( 1 ) is used outdoors, a stainless steel should preferably be used, for example according to DIN 17 440 such as B. X20Cr13 or X20CrNi17 2 can be selected. When manufacturing from these materials, the tensile force of the rope can be up to 1470 N without the spring body ( 6 ) being permanently deformed. The usual tension force of the rope ( 2 ) on field nets is approx. 1000 N.
Sollte eine höhere Belastbarkeit des Seilkraftauf nehmers (1) gewünscht sein, so ist es vorteilhaft den Federkörper (6) aus Vergütungsstählen, wie zum Beispiel 41Cr4 oder 34CrMo4 zu fertigen. Hier läge die Belastungsgrenze eines Federkörpers (6) mit den genannten Ausmaßen bei ca. 2130 N. In diesem Fall ist es sinnvoll den Seilkraftaufnehmer (1) bzw. den Federkörper (6) mit einem Korrosionsschutz zu überziehen.If a higher load capacity of the cable force transducer ( 1 ) is desired, it is advantageous to manufacture the spring body ( 6 ) from tempered steel, such as 41Cr4 or 34CrMo4. Here the load limit of a spring body ( 6 ) with the stated dimensions would be approx. 2130 N. In this case it makes sense to coat the cable force transducer ( 1 ) or the spring body ( 6 ) with a corrosion protection.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |