DD290784A7 - ARRANGEMENT FOR A COMPONENT INTEGRATED IN A MULTI-COMPONENT FORCE MOMENT SENSOR - Google Patents

ARRANGEMENT FOR A COMPONENT INTEGRATED IN A MULTI-COMPONENT FORCE MOMENT SENSOR Download PDF

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DD290784A7 DD31906488A DD31906488A DD290784A7 DD 290784 A7 DD290784 A7 DD 290784A7 DD 31906488 A DD31906488 A DD 31906488A DD 31906488 A DD31906488 A DD 31906488A DD 290784 A7 DD290784 A7 DD 290784A7
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Ulrich Schmucker
Merten Haucke
Harald Diesing
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Automatisierungsbetrieb Berlin,De
Institut Fuer Mechanik,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer eine in einem mehrkomponentigen Kraft-Momentensensor integrierte UEberlastsicherung, wobei der Sensor aus zwei durch Biegeelemente verbundenen Teilen besteht, von denen einer ein Grundkoerper und der andere Teil ein Kraftuebertragungsglied ist, zur Begrenzung der Wege, die durch Kraefte und Momente beliebiger Wirkrichtung auf das Kraftuebertragungsglied gegenueber dem Grundkoerper auftreten. Die Anordnung ist gekennzeichnet durch mindestens vier Anschlaege, die an dem Grundkoerper radialsymmetrisch angeordnet sind, deren frei bewegliche mit Spiel in das andere Teil hineinragende Spitzen als Kegel mit einem entsprechend dem Verhaeltnis zwischen maximal zulaessigen Kraeften und Momenten gewaehlten Kegelwinkel ausgebildet sind.{Mehrkomponentiger Kraft-Momentensensor; UEberlastsicherung; Grundkoerper; Kraftuebertragungsglied; Biegeelemente; Anschlaege; Kegel; Kegelwinkel}The invention relates to an arrangement for an overload protection integrated in a multicomponent force-torque sensor, the sensor consisting of two parts connected by bending elements, one of which is a basic body and the other part is a power transmission element for limiting the paths caused by forces and moments Any direction of action on the Kraftuebertragungsglied compared to the parent occur. The arrangement is characterized by at least four stops, which are arranged radially symmetrically on the base body, whose freely movable with play in the other part projecting peaks are formed as a cone with a gewaehlten according to the relationship between maximum forces and moments cone angle {multicomponent force torque sensor; Overload fuse; Grundkoerper; Kraftuebertragungsglied; Flexures; Attacks; Cone; Cone angle}

Description

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung Ist die Entwicklung einer Anordnung für eine In einem mehrkomponentigen Kraft- und Momentensensor, Insbesondere 6-kompone, tlgen Kraft· und Momentensensor, Integrierten Überlastsicherung, woboi eine Variation der Messung unterschiedlicher Kraft- und Momentenbereiche für allo Kraft- und Momontonkomponenten unabhängig voneinander eimöglicht wird und die Überlastsicherung mittels gerlngom technischen Aufwand hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der im Kraft- und Momentensensor integrierten Überlastsicherung, bei der der Sensor aus zwei durch Blegeelemente verbundenen Teilon besteht, von denen einer ein Grundkörper und der andere Teil ein Kraftübertragungsglied Ist, zur Begrenzung der Wege, die durch Kräfte und Momonte beliebiger Wirkrichtung auf das Kraftübertragungsglied gegenüber dom Grundkörpor auftreten und wobei mindestens vier Anschläge fest an dem Grundkörper radialsymmetrisch angeordnet sind, deren frei bewegliche mit Spiel in das andere Teil hineinragenden Spitzen als Kegel ausgebildet sind, erfindungsgemäß der Winkel der Kegel entsprechend dem zu erreichenden Kraft- und Momentenmeßbereich eingestellt ist und die Spitze des Kegels einem definierten Abstand zum Mittelpunkt der Meßebene des Sensors hat. Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn vier Anschläge justierbar am Grundkörper angeordnet sind. Justierbare Anschläge können beispielsweise als Schraube ausgebildet sein.OBJECT OF THE INVENTION The development of an arrangement for a multi-component force and moment sensor, in particular a six-component, force and torque sensor, integrated overload protection, wherein a variation of the measurement of different force and torque ranges for allo force and momonton components is independent of one another eimöglicht and the overload protection can be produced by means of gerlngom technical effort. According to the invention the object is achieved in that in the force and torque sensor integrated overload protection, in which the sensor consists of two connected by Blegeelemente Teilon, one of which is a base body and the other part is a power transmission element, to limit the paths through Forces and Momonte any direction of action on the power transmission member against dom Grundkörpor occur and wherein at least four stops are arranged radially symmetrically on the base body whose freely movable with game in the other part projecting tips are formed as a cone, according to the invention the angle of the cone corresponding to the reach Force and Drehmomentmeßbereich is set and the tip of the cone has a defined distance to the center of the measurement plane of the sensor. It has proved to be very advantageous if four stops are arranged adjustable on the base body. Adjustable stops can be formed for example as a screw.

Der Kegelwinkel kann spitz-, recht- oder stumpfwinklig sein. Spitze Kegelwinkel ergeben im Vergleich zu den Momenten höhere maximal zulässige Kräfte und umgekehrtThe cone angle can be acute, right or obtuse. Peak cone angles result in higher maximum permissible forces compared to the moments and vice versa

Die Erfindung soll an einem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden und sie dennoch nicht einschränken. The invention will be explained in more detail in an embodiment below and yet not limit it.

Ausführungsbeispielembodiment

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Überlastsicherung in einem 6-Komponenten-Kraft-Momentensensor in der Draufsicht.Fig. 1 shows an example of an overload protection according to the invention in a 6-component force-torque sensor in plan view.

Der Sensor besteht aus dem Grundkörper 1 (ein starrer, ringförmiger Felgenteil) und dem zweiten Teil 2 (zentrales Nabenteil), dem Kraftübertragungsglied. BeideTeite sind durch speichenförmige Biegeelemente 4 verbunden. Die Biegeelemente 4 sind mit Dehnmeßstreifen 5 versehen. Die erfindungsgemäße Überlastsicherung besteht aus vier fest am Grundkörper 1 radialsymmetrisch angeordneten Anschlägen 3, deren frei bewegliche mit Spiel in das Teil 2 hineinragenden Spitzen als Kegel ausgebildet sind. Der Kegelwinkel wurde hierbei fast rechtwinklig gewählt, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kraft- und Momentenbegrenzung zu erzielen. Die Anschläge sind mittels eines Schraubgewindes am Grundkörper 1 justiert worden.The sensor consists of the main body 1 (a rigid, annular rim part) and the second part 2 (central hub part), the force transmission member. Both sides are connected by spoke-shaped bending elements 4. The bending elements 4 are provided with strain gauges 5. The overload protection according to the invention consists of four fixedly arranged on the base body 1 radially symmetrical attacks 3, the freely movable with play in the part 2 protruding tips are formed as a cone. The cone angle was chosen almost at right angles in order to achieve a balanced ratio between force and torque limitation. The stops have been adjusted by means of a screw thread on the base body 1.

Funktionsweise der Überlastsicherung:How the overload protection works:

Das Spiel beziehungsweise der Zwischenraum zwischen Anschlagspitze und Teil 2 wird entsprechend der jeweiligen Meßaufgabe gewählt. Dieser Zwischenraum Z ist in der Art gestaltet, daß die Überlastsicherung den Meßvorgang nichtThe game or the space between the attack tip and Part 2 is selected according to the respective measurement task. This gap Z is designed in such a way that the overload protection does not affect the measuring process

behindert und erst bei einer Überlastung durch nicht zulässige Kräfte Fx Fy F, und/oder Momente Ma Mi es zu einer Berührung von Anschlag 3 und Teil 2 kommt und damit die Meßeinrichtung selbst nicht weiter beansprucht werden kann.obstructed and only at an overload by unacceptable forces F x F y F, and / or moments Ma Mi it comes to a touch of stop 3 and Part 2 and thus the measuring device itself can not be further claimed.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung können nicht zulässige Kräfte in alle und Momente um alle drei Koordinatenachsen begrenzt werdenWith this arrangement according to the invention impermissible forces can be limited in all and moments about all three coordinate axes

Das Verhältnis der Kräfte zu Momenten, die begrenzt werden sollen, ist neben dem Kegelwinkel abhängig von der Wahl des geometrischen Ortes zum Mittelpunkt der Einrichtung und kann erforderlichenfalls verschieben angeordnet werden.The ratio of forces to moments that are to be limited, in addition to the cone angle depends on the choice of the geometric location to the center of the device and can be arranged if necessary move.

Claims (2)

1. Anordnung für eine in einem mehrkomponentigen Kraft- und Momentensensor integrierte Überlastsicherung, insbesondere in 6-komponentigen Kraft- und Momentensensoren, wobei der Sensor aus zwei durch Biegeelemente verbundenen Teilen besteht, von denen einer ein Grundkörper und dor andere Teil ein Kraftübertragungsglied ist, zur Begrenzung der Wege, die durch Kräfte und Momente beliebiger Wirkrichtung auf das Kraftübertragungsglied gegenüber dem Grundkörper auftreten und mindestens vier Anschläge fest an dem Grundkörper radialsymmetrisch angeordnet sind, do rf, η frei bewegliche mit Spiel in das andere Teil hineinragenden Spitzen als Kegel ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Kegel entsprechend dem zu erreichenden Kraft- und Momentenmeßbereich eingestellt ist und die Spitze des Kegels einen definierten Abstand zum Mittelpunkt der Meßebene des Sensors hat.1. An arrangement for an integrated in a multi-component force and torque sensor overload protection, in particular in 6-component force and moment sensors, wherein the sensor consists of two parts connected by bending elements, one of which is a main body and the other part is a power transmission member Limiting the paths that occur by forces and moments of any direction of action on the power transmission element relative to the base body and at least four stops are arranged radially symmetrically to the base body do rf, η freely movable with play in the other part projecting tips are formed as a cone, characterized in that the angle of the cones is set according to the force and moment measuring range to be achieved and the tip of the cone has a defined distance from the center of the measuring plane of the sensor. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel spitz-, recht- oder stumpfwinklig sein kann.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cone angle can be acute, right or obtuse. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine in einem mehrkomponentigen Kraft· und Momentensensor integrierte Überlastsicherung. Mit dieser Anordnung werden auftretende, den vorgesehenen Meßbereich überschreitende Kräfte und Momente aufgenommen und damit Funktionsstörungen und irreversible Vorgänge an der Meßeinrichtung selbst vormieden. Damit können die vom technischen Aufwand her komplizierten und teuren Kraft- und Momentensensoren vor durch unkontrollierbare und unbeabsichtigte mögliche Überlastungen entstehenden Schädigungen geschützt werden. Besonderes Anwendungsgebiet ist das Gebiet der Kraftmeßtechnik.The invention relates to an arrangement for an overload protection integrated in a multi - component force and moment sensor. With this arrangement, occurring, the intended measuring range exceeding forces and moments are recorded and thus malfunction and irreversible processes at the measuring device itself prevail. This can be protected from uncontrollable and unintentional possible overloads damage resulting from the technical complexity ago expensive and expensive force and moment sensors. Special field of application is the field of force measuring technology. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Für ein- oder zweikomponentige Kraftmeßeinrichtungen sind mehrere Lösungen für eine Überlastsicherung bekannt. So ist eine in der Kraftmeßeinrichtung integrierte Überlastsicherung bekannt, die aus einem senkrecht zur Kraftrichtung verlaufenden Teil besteht, welches an einem Ende mit dem Kraftmeßelement starr verbunden ist und am anderen Ende Spiel zum Kraftmeßelement besitzt und das Kraftmeßelement mit Meßumformern versehen ist (DD WP 226649). Dieses Anordnungsprinzip für eine Überlastsicherung kann nicht in mehrkomponentigen Kraft- und Momentenmeßeinrichtungen eingesetzt werden. Auch die aus der DE AS 2753549 bekannte Überlastsicherung für eine Kraftmeßeinrichtur>n mit einem senkrecht zur Kraftrichtung verlaufenden Überlaststab, welcher einerseits fest eingespannt ist und andererseits mit Spiel in einer Bohrung eines beweglichen Teils verläuft, ist für den Einsatz in einem mehrkomponentigen Kraft- und Momentensensor nicht geeignet.For one or two-component force measuring several solutions for overload protection are known. Thus, an integrated in the force measuring overload protection is known, which consists of a perpendicular to the direction of force part which is rigidly connected at one end to the force measuring and at the other end game to force measuring element and the force measuring element is provided with transducers (DD WP 226649) , This arrangement principle for an overload protection can not be used in multi-component force and moment measuring. Also known from DE AS 2753549 overload protection for a Kraftmeßeinrichtur> n with a perpendicular to the direction of force overload rod, which is on the one hand firmly clamped and on the other hand with play in a bore of a movable part, is for use in a multi-component force and moment sensor not suitable. Des weiteren ist eine Kraftmeßeinrichtung mit zwei gegeneinander beweglichen Teilen bekannt, von denen einer ein Grundkörper ist, der mit einem frei abragenden Biogeelement versehen ist, an welchem Dehnmeßstreifen angebracht sind, und von denen der andere Teil ein Kraftübertragungsglied ist, welches durch eine zentrale Bohrung im Grundkörper hindurch an dem Biegeelement angreift sowie mit einer Überlastsicherung zur Begrenzung der Wege des Kraftübertragungsgliedes gegenüber dem Grundkörper (DE PS 3148670). Hierbei Ist als Überlastsicherung mindestens ein Paßstift vorgesehen, der an einem der beiden gegeneinander beweglichen Teile fest angeordnet ist und in das andere Teil mit Spiel eingreift. Auch diese Lösung kann in einem mehrkomponentigen Kraft- und Momentensensor nicht zur Anwendung kommen. Weiterhin ist bei den bekannten Lösungen (DE AS 275 354 9, DE 314 867 0) nachteilig, daß die eingesetzten Überlaststifte beziehungsweise der eingesetzte Überlaststab nicht justierbar und einseitig starr angeordnet sind.Furthermore, a force measuring device with two mutually movable parts is known, one of which is a base body, which is provided with a freely projecting Biogeelement on which strain gauges are mounted, and of which the other part is a force transmission member, which by a central bore in Body through engages the flexure and with an overload protection to limit the path of the power transmission member relative to the body (DE PS 3148670). In this case, at least one dowel is provided as overload protection, which is fixedly arranged on one of the two mutually movable parts and engages in the other part with play. This solution can not be used in a multi-component force and moment sensor. Furthermore, in the known solutions (DE AS 275 354 9, DE 314 867 0) disadvantageous that the overload pins used or the overload bar used are not adjustable and rigidly arranged on one side. Des weiteren ist eine Einrichtung zum Messen von Kräften und Drehmomenten in verschiedenen Richtungen bekannt (DE PS 3516234), dieeine Sicherung gegen mechanische Überlastung enthält. Bei dieser Überlastsicherung sind vier Bohrungen an der Nabe angebracht, zu denen vier Bohrungen am Flansch konzentrisch liegen. In diese Bohrungen werden Sicherungsbolzen eingeschoben. Nachteil dieser Lösung ist, daß die als Überlastschutz eingefügten Sicherungsbolzen eine freie Festlegung aller Kraft- und vlomentenbereiche nicht zulassen, da die Sicherungsbolzen starr angeordnet sind. Aufgrund des relativ steifen Sensors ist nur ein kleines Spiel bis zur Überlastung möglich. Bei der Herstellung der Überlastsicherung muß das Spiel mit hohem technischen Aufwand und des Bedarfs präziser Hilfseinrichtungen hergestellt werden.Furthermore, a device for measuring forces and torques in various directions is known (DE PS 3516234), which contains a safeguard against mechanical overload. In this overload protection four holes are attached to the hub, to which four holes are concentric on the flange. Safety bolts are inserted into these holes. Disadvantage of this solution is that the inserted as overload protection locking pins do not allow free determination of all power and vlomentenbereiche, since the locking pins are rigidly arranged. Due to the relatively stiff sensor is only a small game to overload possible. In the manufacture of the overload protection game must be made with great technical effort and the need for precise auxiliary equipment. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist der sichere Schutz der mehrkomponentigen Kraft- und Momentensensoren vor durch unkontrollierbare und unbeabsichtigte Überlastungen entstehenden irreversiblen Schädigungen.The aim of the invention is the safe protection of multicomponent force and moment sensors from irreversible damage resulting from uncontrollable and unintentional overloads.
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