Kraftmessglied
Die Erfindung betrifft ein Kraftmessglied mit einem zwischen einem Krafteinleitungsteil einerseits und einem Widerlagerteil andererseits befindlichen Messteil geringeren Querschnittes.
Es sind zahlreiche Formen von Kraftmessgliedern bekannt, welche e alle unter Ausnutzung der Erkennt- nis arbeiten, dass ein derartiges Glied unter der Einwirkung einer Kraft eine Formänderung erfährt. Unter Ausnutzung der bekannten physikalischen Gesetze kann man aus der Formänderung auf die sie verursachende Kraft rückschliessen.
Im einfachsten Fall besteht ein derartiges Messglied aus einem Stab, der in Längsrichtung - even- tuell auch quer hierzu - mit Messelementen versehen ist, welche wiederum die Formänderung des Messgliedes in eine Messgrösse umwandeln. Am zweckmässigsten werden hierzu elektrische Widerstandsdehnungsmessstreifen verwendet. Derartige Messglieder stabartiger Ausbildung besitzen jedoch Iden Nachteil, dass im Verhältnis zu der erzeugenden Kraft eine Formänderung mit für eine Messung ausreichender Grösse nur dann gewonnen wird, wenn das Messglied verhäkmsmässig elastisch ist. Häufig ist dies aus messtechnischen Gründen aber nicht erwünscht.
Es ist, um diesem Nachteil abzuhelfen, bereits bekannt geworden, aus einem stabartigen Messglied durch Anbringen seitlicher Bohrungen oder Kerben oder Ausfräsungen einen Messteil verminderten Querschnittes zu schaffen. An dieser Stelle vermin deren Querschnittes werden sod;ann die Messelemente angebracht. Unter Ausnutzung von Kerbspannungen wird hier eine, gemessen an der Formänderung des gesamten Messgliedes, relativ hohe Formbzw. Spannungs änderung erzielt.
Derartige Messglie der haben jedoch wiederum den Nachteil, dass die Grösse der Kerbspannungen ausserordentlich stark von der Oberflächengestaltung und von der Art der Krafteinleitung, beispielsweise von der Art des Einbaues eines derartigen Messgliedes in eine Gesamteinrichtung, abhängig ist. So ist nur auf eine verhältnismässig geringe Längserstreckung in Richtung der Längsachse eines derartigen Messgliedes die Span nun, g hinreichend gross.
Die Erfindung bezweckt, ein Kraftmessglied zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Anordnun- gen vermeidet und bei dem ausser der Ausnutzung des Kerbspannungseffektes, die Ausnutzung des Bie geeffektes möglich ist, wodurch gleichzeitig über eine genügend grosse Längserstreckung hin annähernd konstante Spannungsverhältnisse geschaffen werden.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in Richtung der Längsachse des Kraftmessgliedes gesehen-vor und hinter dem Messteil angebrachte, senkrecht zur Längsachse verlaufende Durchbrechungen vorgesehen sind. Auf diese Weise kann er reicht werden, dass die e Dehnungen im Messteil weit- gehend unabhängig von den Einspann- bzw. Auflageverhältnissen des Messgliedes sind. Wie weiterhin festgestellt wurde, gelten diese Vorteile auch für die Verhältnisse in den Durchbrechungen selbst.
Weiterhin ist die Zone im Messteil, die annähernd gleich grosse Spannungsverhältnisse und damit Dehnungsverhältnisse aufweist, wesentlich grösser als bei den bekannten Kraftmessgliedern, so dass die Anbringt gung grösserer Messeiemente möglich ist, was wiederum den Vorteil einer exakteren Messung bedingt.
Darüber hinaus ist es möglich, in Iden Durchbrechun gen selbst wegen ! der dort herrschenden, gleichartigen Spannungsverhältnis sen Messelemente anzubringen, so dass bei gleicher Steifigkeit des gesamten Mess gliedes, gemessen an den bekannten Ausführungsformen, ein wesentlich höherer Messeffekt erreicht wird.
Durch die Anbringung von Ausnehmungen wird erfahrungsgemäss keine wesentliche Anderung der Elastizität gegenüber den bekannten Ausführungsformen erreicht, so dass sich das Festigkeitsverhalten des Messgliedes nicht wesentlich ändert. Bezüglich des Festigkeitsverhaltens ist das erfinduugsgemässe Kraftmessglied den bekannten daher mindestens gleichzusetzen; beziiglich des Messeffektes ist das ertindungsgemässe wesentlich vorteilhafter als jene.
Besonders zweckmässig, insbesondere aus Herstellungsgründen, ist es, die Durchbrechungen durch Bohren zu schaffen; es ist jedoch auch möglich, Durchbrechungen ovalen oder rechteckigen Querschnittes o. dergl. vorzusehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Messgliedes;
Fig. 2 zeigt eine andere Ansicht, um 90 um die Längsachse gegenüber Fig. 1 gedreht.
Aus einem zylindrischen Stab 1 ist durch Fräsen von seitlichen Ausnehmungen 2 ein Messglied herausgearbeitet worden, dessen Krafteinleitungsteil la und dessen Widerlagerteil lb die Kraft in das eigentliche Messglied einleiten. Durch Anbringen von seitlichen Aussparungen 3 ist ein Messteil 4 geschaffen, in dem zufolge Kerbwirkung relativ grosse Spannungen und Dehnungen auftreten. Ober- und unterhalb des Messteiles 4 sind nun in Richtung der Messachse des Kraftmessgliedes gesehen, Durchbrechungen in Form von Bohrungen 5 und 6 symmetrisch zur Längsachse des Kraftmessgliedes angebracht worden.
Durch diese Bohrungen 5, 6 sind die Krafteinleitungsverhältnisse zwischen dem Kraftmessgiied 1 und dem Messteil 4 so beeinflusst worden, dass ohne Vermir- derung des Kerospaunungseffektes diesem ein Bie geeffekt überlagert wird d und dadurch ein kontinuier- licherer Spannungsverlauf im Messteil 4 und in dem angrenzenden Querschnitt auftritt. Die Konstruktion ermöglicht ausser der an sich bekannten Anbringung von Mess-Streifen 7 am Messteil 4 die Anbringung weiterer Mess-Streifen 8 in den Bohrungen 5 und 6, wodurch sich eine Verdoppelung des Messeffektes ergibt.
Force transducer
The invention relates to a force measuring element with a measuring part of smaller cross section located between a force introduction part on the one hand and an abutment part on the other hand.
Numerous forms of force measuring members are known, all of which work using the knowledge that such a member undergoes a change in shape under the action of a force. Using the known physical laws, one can draw conclusions from the change in shape about the force causing it.
In the simplest case, such a measuring element consists of a rod which is provided with measuring elements in the longitudinal direction - possibly also transversely thereto - which in turn convert the change in shape of the measuring element into a measured variable. It is best to use electrical resistance strain gauges for this purpose. Such measuring elements with a rod-like design, however, have the disadvantage that, in relation to the generating force, a change in shape of a size sufficient for a measurement is only obtained if the measuring element is elastic in terms of entanglement. However, this is often not desirable for technical reasons.
In order to remedy this disadvantage, it has already become known to create a measuring part of reduced cross-section from a rod-like measuring element by making lateral bores or notches or millings. The measuring elements are attached at this point to reduce their cross-section. By taking advantage of notch stresses, a relatively high shape or shape, measured by the change in shape of the entire measuring element, is achieved. Voltage change achieved.
Such measuring elements, however, in turn have the disadvantage that the magnitude of the notch stresses is extremely dependent on the surface design and the type of force application, for example on the type of installation of such a measuring element in an overall device. Thus, the span is now, g sufficiently large only over a relatively small longitudinal extension in the direction of the longitudinal axis of such a measuring element.
The aim of the invention is to create a force measuring element which avoids the disadvantages of the known arrangements and in which, in addition to utilizing the notch stress effect, it is possible to utilize the bending effect, whereby at the same time approximately constant stress ratios are created over a sufficiently large length.
According to the invention, this is achieved in that, viewed in the direction of the longitudinal axis of the force measuring element, openings are provided in front of and behind the measuring part and running perpendicular to the longitudinal axis. In this way it can be achieved that the elongations in the measuring part are largely independent of the clamping or support conditions of the measuring element. As was also stated, these advantages also apply to the conditions in the openings themselves.
Furthermore, the zone in the measuring part, which has approximately the same stress ratios and thus expansion ratios, is significantly larger than in the known force measuring elements, so that larger measuring elements can be attached, which in turn has the advantage of more precise measurement.
In addition, it is possible to use Iden breakthroughs by yourself! the prevailing, similar tension ratios sen measuring elements, so that with the same rigidity of the entire measuring element, measured in the known embodiments, a significantly higher measuring effect is achieved.
Experience has shown that the application of recesses does not result in any significant change in the elasticity compared with the known embodiments, so that the strength behavior of the measuring element does not change significantly. With regard to the strength behavior, the force measuring element according to the invention is therefore at least equivalent to the known ones; With regard to the measurement effect, that according to the invention is significantly more advantageous than that.
It is particularly useful, especially for manufacturing reasons, to create the openings by drilling; however, it is also possible to provide openings with an oval or rectangular cross section or the like.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown in a schematic manner.
Fig. 1 shows a view of the measuring element;
FIG. 2 shows another view, rotated by 90 about the longitudinal axis compared to FIG. 1.
A measuring element has been worked out of a cylindrical rod 1 by milling lateral recesses 2, the force introduction part la and the abutment part lb of which introduce the force into the actual measuring element. By making lateral recesses 3, a measuring part 4 is created in which, as a result of the notch effect, relatively large stresses and strains occur. Above and below the measuring part 4 are now seen in the direction of the measuring axis of the force measuring element, openings in the form of bores 5 and 6 have been made symmetrically to the longitudinal axis of the force measuring element.
Through these bores 5, 6, the force transmission conditions between the force measuring element 1 and the measuring part 4 have been influenced in such a way that a bending effect is superimposed on this without diminishing the keroscopic effect d and thus a more continuous stress curve in the measuring part 4 and in the adjacent cross section occurs. In addition to the known attachment of measuring strips 7 to the measuring part 4, the construction enables further measuring strips 8 to be attached in the bores 5 and 6, which results in a doubling of the measuring effect.