DD148382A1

DD148382A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen messung einer axialkraft

Info

Publication number: DD148382A1
Application number: DD21834680A
Authority: DD
Inventors: Helmut Reichel; Werner Saupe; Karl-Heinz Lachmann; Helmut Wolf
Original assignee: Helmut Reichel; Werner Saupe; Lachmann Karl Heinz; Helmut Wolf
Priority date: 1980-01-09
Filing date: 1980-01-09
Publication date: 1981-05-20
Also published as: DD148382B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung, Registrierung und Regelung der Axialkraft einer Drehachse. Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei Einwirkung von Radialkraeften und unterschiedlichen Umgebungstemperatur die Axialkraft kontinuierlich gemessen werden kann. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus drei konzentrisch und parallel zur Drehachse angeordneten Messstegen, die einen Lagersitz mit einer Halterung verbinden und vorzugsweise drei gegenueber den Messstegen um jeweils 60 Winkelgrad versetzten Kompensationsstegen der gleichen Geometrie und Anordnung wie die Messstege. Die der Axialkraft proportionale Dehnung der Messtege wird mit Dehnungswadlern in einer Brueckenschaltung in ein elektrisches Ausgangssignal umgeformt. Die Anwendung der Erfindung ist bei der Axialkraftmessung an Drehachsen technischer Aggregate insbesondere unter Produktionsbedingungen zweckmaessig. Die zugehoerige Zeichnung zeigt den konstruktiven Aufbau der Vorrichtung. Figur

Description

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Titel der Erfindung

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung einer Axialkraft

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung einer Axialkraft einer Drehachse bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und vorzugsweise unter Produktionsbedingungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen An Drehachsen technischer Aggregate treten in der Regel Axial- und Radialkräfte kombiniert auf. Es sind Vorrichtungen bekannt, mit denen Axialkräfte, gemessen v/erden können. Darunter auch solche, die trotz Einwirkung von Radialkräften funktionieren, beispielsweise nach SU-PS 297 883. Vorrichtungen zur Entkopplung von Kräften unterschiedlicher Wirkungsrichtungen und zur definierten Einleitung einer Kraftkomponente auf einen Kraftwandler, beispielsweise nach DT-OS 2 121 357, sind jedoch kompliziert im Aufbau und erfordern deshalb einen hohen Aufwand bei der Herstellung und Justierung. Ebenso aufwendig sind bekannte Vorrichtungen mit Kompensation von Beanspruchungen, die nicht gemessen werden sollen, beispielsweise nach DT-OS 2 124 112 und US-PS 3 422 445.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll erreicht werden, daß die Axialkraft einer Drehachse mit geringem Aufwand bei unterschiedlichen

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Umgebungstemperaturen kontinuierlich gemessen werden kann, ohne daß beispielsweise, durch das Eigengewicht der Drehachse hervorgerufene Radialkräfte das Meßergebnis unzulässig verfälschen.

Darlegung des Wesens der Erfindung ^: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rückkraft an Schnecken von Schneckenpressen bei unterschiedlichen Temperaturen kontinuierlich zu messen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen einfachen Aufbau auf, um unter Prodüktionsbedingungen zuverlässig zu funktionieren. Drei rotationssymmetrisch und parallel zur Drehachse angebrachte Meßstege verbinden einen Lagersitz für ein Axiallager mit einer Halterung. Die drei Meßstege mit rechteckigem, über die gesamte Länge konstanten Querschnitt sind Stäbe, deren Länge eine Seitenlänge des Querschnitts deutlich überragt. Die Meß-Btege sind vorzugsweise um jeweils 120 Winkelgrad versetzt, stehen mit ihren schmalen Seiten des rechteckigen Querschnitts dem Drehmittelpunkt der Drehachse gegenüber und tragen Dehnungswandler, vorzugsweise auf längs der beiden breiten Seiten der Meßstege aufgeklebte Dehnmeßstreifen mit gleichern Übertragungsfaktor. Zwischen den Meßstegen befinden sich ein oder mehrere, vorzugsweise drei gegenüber den Meßstegen um jeweils 60 Winkelgrad versetzte Kompensationsstege der gleichen geometrischen Form und Anordnung wie die Meßstege. Die Kompensationsstege sind jedoch durch eine schmale Trennstelle am Lagersitz oder an der Halterung nicht an der Kraftübertragung beteiligt. Die Trennstellen sind zur Absicherung eines näherungsweise gleichen Temperaturgefälles mit Bügeln aus gut wärmeleitendem Material überbrückt.

Die zu messende Axialkraft wirkt so auf das Axiallager, daß die Meßstege auf Zug beansprucht .werden. Die Axialkraft teilt sich durch die mechanisch definierte Dreipunktanordnung auf die drei Meßstege auf. Sind die Meßstege aus einem einheitlichen Material, bei dem die Dehnungen den Spannungen proportional sind, ist die Summe der Dehnungen der drei Meßstege ein Maß für die Axialkraft.

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Die Summe der Dehnungen läßt sich leicht in einer bekannten Brückenschaltung auswerten, in der die Dehnungswandler mit gleichem Übertragungsfaktor in einem aktiven Zweig hintereinandergeschaltet sind·

Das von der .Brückenschaltung erzeugte elektrische Signal läßt sich in bekannter Weise zur Anzeige, Registrierung und Regelung der Axialkraft verwenden.

Der Einfluß der Radialkraft auf das Meßergebnis wird um so stärker unterdrückt, je größer das Verhältnis der Seitenlangen der Querschnittsfläche ist« Vorzugsweise durch die Lagerreibung hervorgerufene Verbiegungen der Meßstege v/erden dadurch kompensiert, daß die Meßstege auf den beiden breiten Seiten mit Dehnungswandlern versehen sind und so die Wirkung der von der Verbiegung herrührenden Zug- und Druckanteile aufgehoben wird.

Zur Kompensation der temperaturproportionalen Ausdehnung des für die Vorrichtung verwendeten Materials sind die Kompensationsstege aus dem gleichen Material wie die Meßstege und in der gleichen V/eise wie die Meßstege geformt, angeordnet und mit Konipensationswandlern, vorzugsweise Dehnmeßstreifen, bestückt· Hat das verwendete Material im interessierenden Temperaturbereich einen einheitlichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, läßt sich im Kompensationszweig der Brückenschaltung das gleiche Summierungsprinzip wie im aktiven Zweig anwenden·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt den konstruktiven Aufbau der Vorrichtung.

Drei rotationssymmetrisch angeordnete, um 120 Winkelgrad versetzte Meßstege 2 mit. konstantem Querschnitt verbinden den Lagersitz 4 mit der Halterung 1. Die Drehachse ragt durch die Zentralbohrung in der Halterung 1 und überträgt die zu messende Axialkraft über ein Axiallager so auf den Lagersitz, daß die Meßstege 2 proportional der Axialkraft gedehnt werden· Die Dehnmeßstreifen 3 auf den Meßstegen 2 wandeln die Dehnung im aktiven Zweig einer Brückenschaltung in ein der

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Axialkraft proportionales elektrisches Ausgangssignal. Die drei durch schmale Trennstellen nahe der Halterung 1 unterbrochenen Kompensationsstege 5 erfahren nur temperaturproportionale Längenänderungen, die durch die Dehnmeßstreifen 3 auf den Kompensationsstegen 5 im Kompensationszweig der Brückenschalt.ung zur Temperaturkompensation des aktiven Zweigs genutzt werden· Die durch beiderseitiges Bestücken der Meß- und der Kompensationsstege vorhandenen zwölf Dehnmeßstreifen 3 besitzen alle den gleichen Übertragungsfaktor, um die Dehnungskomponenten ohne zusätzlichen rechentechniachen Aufwand durch Hintereinanderschalten funktionsgleicher Dehnmeßstreifen summieren zu können.

Die Zentralbohrung im Lagersitz 4 erlaubt, die Drehachse durch das Axiallager und den Lagersitz 4 hindurch zu verlängern, beispielsweise zum Zwecke des Antriebes. Die Trennstellen in den Kompensationsstegen 5 sind durch Bügel aus dünnem Kupferblech thermisch überbrückt. Die Bügel sind ungefähr so breit wie die Kompensationsstege und an den Befestigungsstellen 6 angebracht.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung einer Axialkraft einer Drehachse bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen mit Hilfe von Dehnungswandlern, die in einer Brückenachaltung die von der in einer Richtung wirkenden Axialkraft hervorgerufenen Verformungen an drei Meßstegen mit konstantem, rechteckigem Querschnitt in ein elektrisches Signal umwandeln, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßstege rotationssymmetrisch und parallel zur Drehachse angeordnet sind, einen Lagersitz für ein Axiallager mit einer Halterung verbinden und ein extremes Längenverhältnis der Seiten der Querschnittsfläche aufweisen·

1·1· Vorrichtung nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Meßstege mit einer schmalen Seite der Querschnittsfläche dem Drehmittelpunkt der Drehachse gegenüberstehen.

1·2· Vorrichtung nach Punkt 1· und Punkt 1·1·, gekennzeichnet dadurch, daß an den beiden breiten Seiten der Meßstege die Dehnungswandler, vorzugsweise Dehnmeßstreifen, angebracht sind·

1·3· Vorrichtung nach Punkt 1· bis Punkt 1*2·, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise drei gegenüber den Meßstegen um jeweils 60 Winkelgrad versetzte, durch eine schmale Trennstelle am Lagersitz oder an der Halterung nicht von der zu messenden Axialkraft belastete Kompensationsstege der gleichen geometrischen Form und Anard-

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nung wie die Meßstege angebracht sind.
1.4· Vorrichtung nach Punkt 1. bis Punkt 1.3·» gekennzeichnet dadurch, daß die Trennstellen an den Kompensationsstegen durch gut wärmeleitendes Material überbrückt sind.
1.5· Vorrichtung nach Punkt 1. bis Punkt 1.4.» gekennzeichnet dadurch, daß die von den Meßstegen, den Kompensationsstegen, dem Lagersitz und der Halterung gebildete Baugruppe vorzugsweise aus einem einheitlichen Material besteht, bei dem Dehnungen und Spannungen proportional sind und das im interessierenden Temperaturbereich einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

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