DD148382A1

DD148382A1 - DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF AN AXIAL FORCE

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. FigurThe invention relates to the measurement, registration and control of the axial force of a rotation axis. The aim of the invention is to provide a device with which upon application of radial forces and different ambient temperature, the axial force can be continuously measured. The device consists essentially of three concentric and parallel to the axis of rotation arranged measuring webs, which connect a bearing seat with a holder and preferably three opposite the measuring webs by 60 angular degrees offset compensation webs of the same geometry and arrangement as the measuring webs. The axial force proportional strain of the measuring webs is transformed with strain gauges in a bridge circuit in an electrical output signal. The application of the invention is expedient in the Axialkraftmessung on axes of rotation of technical units, especially under production conditions. The associated drawing shows the structural design of the device. figure

Description

•ι- 21 8 346 • ι- 21 8 346

Titel der ErfindungTitle of the invention

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung einer AxialkraftApparatus for continuously measuring an axial force

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung einer Axialkraft einer Drehachse bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und vorzugsweise unter Produktionsbedingungen.The invention relates to a device for continuously measuring an axial force of a rotation axis at different ambient temperatures and preferably under production conditions.

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.Characteristic of the known technical solutions As a rule, axial and radial forces are combined on rotary axes of technical units. Devices are known with which axial forces can be measured. Including those that work despite the action of radial forces, for example, according to SU-PS 297 883. Devices for decoupling forces of different directions of action and defined introduction of a force component on a force transducer, for example, according to DT-OS 2,121,357, but are complicated in construction and therefore require a lot of effort in the production and adjustment. Equally complicated are known devices with compensation of stresses that are not to be measured, for example according to DT-OS 2,124,112 and US-PS 3,422,445.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung soll erreicht werden, daß die Axialkraft einer Drehachse mit geringem Aufwand bei unterschiedlichenBy the invention is to be achieved that the axial force of a rotation axis with little effort at different

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Umgebungstemperaturen kontinuierlich gemessen werden kann, ohne daß beispielsweise, durch das Eigengewicht der Drehachse hervorgerufene Radialkräfte das Meßergebnis unzulässig verfälschen.Ambient temperatures can be continuously measured without, for example, caused by the weight of the rotation axis radial forces incorrectly distort the measurement result.

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.Statement of the essence of the invention ^: The object of the invention is to continuously measure the return force on screws of screw presses at different temperatures. The device according to the invention has a simple construction in order to function reliably under production conditions. Three rotationally symmetrical and parallel to the axis of rotation mounted measuring webs connect a bearing seat for a thrust bearing with a holder. The three measuring webs with a rectangular cross-section, which is constant over the entire length, are rods whose length clearly exceeds one side of the cross-section. The Meß- Btege are preferably offset by 120 degrees, are with their narrow sides of the rectangular cross-section of the center of rotation of the axis of rotation and carry strain gauges, preferably on along the two broad sides of the Meßstege glued strain gauges with the same transfer factor. Between the Meßstegen are one or more, preferably three offset from the measuring webs by 60 angular degrees offset compensation webs of the same geometric shape and arrangement as the Meßstege. However, the compensation webs are not involved in the power transmission through a narrow separation point on the bearing seat or on the holder. The separation points are bridged to protect an approximately equal temperature gradient with brackets of good heat conducting material.

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.The axial force to be measured acts on the thrust bearing so that the Meßstege claimed to train .werden .werden. The axial force is divided by the mechanically defined three-point arrangement on the three Meßstege. If the measuring webs are made of a uniform material in which the strains are proportional to the stresses, the sum of the strains of the three measuring webs is a measure of the axial force.

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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·The sum of the strains can be evaluated easily in a known bridge circuit in which the strain transducers with the same transmission factor are connected in series in an active branch.

Das von der .Brückenschaltung erzeugte elektrische Signal läßt sich in bekannter Weise zur Anzeige, Registrierung und Regelung der Axialkraft verwenden.The electrical signal generated by the bridge circuit can be used in a known manner to display, register and control the axial force.

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.The influence of the radial force on the measurement result is suppressed all the more, the greater the ratio of the side lengths of the cross-sectional area. "Preferably caused by the bearing friction bending the Meßstege v / earth compensated by the fact that the Meßstege are provided on the two wide sides with strain transducers and so that the effect of the tensile and compressive parts resulting from the bending is canceled.

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·To compensate for the temperature-proportional expansion of the material used for the device, the compensation webs of the same material as the measuring webs and in the same vee as the measuring webs are formed, arranged and equipped with Konipensationswandlern, preferably strain gauges · Has the material used in the temperature range of interest a uniform coefficient of linear thermal expansion, the same summation principle as in the active branch can be used in the compensation branch of the bridge circuit.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt den konstruktiven Aufbau der Vorrichtung.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the structural design of the device.

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 derThree rotationally symmetrical arranged, offset by 120 angular degrees measuring webs 2 with. The axis of rotation protrudes through the central bore in the holder 1 and transmits the axial force to be measured via a thrust bearing on the bearing seat, that the Meßstege 2 are stretched proportional to the axial force · The strain gauges 3 on the Meßstegen 2 convert the strain in the active branch of a bridge circuit in one of

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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.Axial force proportional electrical output signal. The three interrupted by narrow separation points near the bracket 1 compensation webs 5 experience only temperature-proportional changes in length, which are used by the strain gauges 3 on the compensation bars 5 in Kompensationszweig the Brückenschalt.ung for temperature compensation of the active branch · The by mutual placement of the measuring and the compensation bridges existing twelve strain gauges 3 all have the same transfer factor to summon the expansion components without additional computational effort by cascading functionally identical strain gauges.

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.The central bore in the bearing seat 4 allows to extend the axis of rotation through the thrust bearing and the bearing seat 4 through, for example, for the purpose of driving. The separation points in the compensation bars 5 are thermally bridged by brackets made of thin copper sheet. The brackets are approximately as wide as the compensation webs and attached to the attachment points 6.

Claims

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invention claim

1. A device for continuously measuring an axial force of a rotation axis at different ambient temperatures by means of strain transducers which convert in a bridge connection caused by the axial force acting in one direction deformations on three measuring webs with a constant, rectangular cross section in an electrical signal, characterized in that the measuring webs are arranged rotationally symmetrical and parallel to the axis of rotation, connect a bearing seat for a thrust bearing with a holder and have an extreme aspect ratio of the sides of the cross-sectional area.

1 · 1 · Device according to item 1, characterized in that the measuring webs with a narrow side of the cross-sectional area facing the center of rotation of the axis of rotation.

1 · 2 · device according to point 1 · and point 1 · 1 ·, characterized in that on the two broad sides of the Meßstege the strain transducers, preferably strain gauges are mounted ·

1 · 3 · device according to point 1 · to point 1 * 2 ·, characterized by the fact that preferably three opposite the measuring webs offset by 60 degrees, by a narrow separation point on the bearing seat or on the holder not burdened by the axial force to be measured compensation webs same geometric shape and anard

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tion as the Meßstege are attached.

1.4 · Device according to point 1. to point 1.3 · »characterized by the fact that the separation points at the compensation webs are bridged by good heat-conducting material.

1.5 · Device according to item 1 to item 1.4 », characterized in that the assembly formed by the measuring webs, the compensation webs, the bearing seat and the holder is preferably made of a uniform material in which strains and stresses are proportional and in the temperature range of interest has a linear thermal expansion coefficient.

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