DE1029598B

DE1029598B - Strain gauge

Info

Publication number: DE1029598B
Application number: DEV11220A
Authority: DE
Inventors: Fritz Muenger
Original assignee: Vibro Meter GmbH
Current assignee: Meggitt GmbH
Priority date: 1955-10-11
Filing date: 1956-09-14
Publication date: 1958-05-08

Description

Belastungsmesser Die Erfindung betrifft einen Belastungsmesser an einem Hebezeug, z. B. einem Kran oder dergleichen Arbeitsmaschine, bei welchem ein der mechanischen Belastung ausgesetztes Meßwerk auf mindestens einen elektrischen Schalter wirkt, welcher beim Überschreiten eines bestimmten Belastungszustandes anspricht.Stress meter The invention relates to a stress meter a hoist, e.g. B. a crane or the like work machine, in which a the mechanical load exposed measuring mechanism to at least one electrical Switch acts, which when a certain load condition is exceeded appeals to.

Solche Belastungsmesser waren z. B. bereits bekannt zur Messung der Muskelkraft. Es ist dabei möglich, eine als elastisches Meßorgan wirkende Feder beliebig stark zu dehnen und damit ohne Schwierigkeiten einen genügenden Meßweg zur direkten Betätigung von Schaltern zu erhalten. Außerdem wird bei solchen Geräten, die lediglich der Unterhaltung dienen, keine hohe Meßgenauigkeit verlangt. Such strain gauges were e.g. B. already known to measure the Muscle strength. It is possible to use a spring acting as an elastic measuring element to stretch as much as desired and thus a sufficient measuring path without difficulty for direct actuation of switches. In addition, such devices which are only used for entertainment, do not require high measurement accuracy.

Bei Belastungsmessern für Hebezeuge darf jedoch keine erhebliche Dehnung der Meßorgane zugelassen werden, weil diese Meßorgane direkt tragende bzw. kräfteiibertragende Elemente einer Arbeitsmaschine, z. B. eines Fachwerkes oder eines Hebeseils, sind und somit nur geringe Dehnungen erfahren dürfen. Außerdem wird bei Belastungsmessern für Hebezeuge hohe Präzision verlangt, da diese Messungen der Betriebssicherung und letztlich der Sicherung von Menschenleben dienen. Bei einem bekannten Belastungsmesser für einen Aufzug wurde zur Erfüllung dieser Bedingungen vorgeschlagen, eine Anzahl von Meßfedern parallel zu schalten, um ein hartes Meßsystem zu erhalten, und die einzelnen Dehnungen der Federn durch ein verhältnismäßig kompliziertes mechanisches System zu addieren, um trotz des kleinen Meßweges der einzelnen Federn eine direkte Schalterbetätigung zu ermöglichen. Diese Lösung mußte auch getroffen werden, weil bei eventueller Übertragung von Fremdspannungen, d. h. von nicht reinen Zugspannungen, sondern Biege oder Torsionsspannungen, über das Meßwerk die zusätzlichen Deformationen durch die Addition mehrerer einzelner Meßwege größtenteils ausgeschieden werden können, was jedoch bei einem einzigen, als Schraubenfeder ausgebildeten Meßorgan infolge der geringen Biege- und Torsionssteifigkeit dieses Elementes nicht möglich ist. In the case of load gauges for hoists, however, no significant Elongation of the measuring elements are permitted because these measuring elements are directly supporting or force-transmitting elements of a work machine, e.g. B. a truss or of a lifting rope, and are therefore only allowed to experience slight stretching. aside from that high precision is required for load gauges for hoists because these measurements serve to secure operational security and ultimately to secure human life. at a known strain gauge for an elevator was designed to meet these requirements proposed to connect a number of measuring springs in parallel to create a hard measuring system to get, and the individual elongations of the springs by a relatively complicated mechanical system to add to despite the small measuring path of the individual springs to enable direct switch actuation. This solution also had to be found because in the event of a possible transmission of external voltages, i. H. of not pure Tensile stresses, but bending or torsional stresses, via the measuring mechanism the additional Deformations due to the addition of several individual measuring paths are largely eliminated can, however, with a single measuring element designed as a helical spring not possible due to the low flexural and torsional stiffness of this element is.

Die Erfindung zielt auf die Schaffung eines Belastungsmessers der eingangs erwähnten Art, bei welchem die Schalter durch ein einziges, geringe Dehnung aufweisendes Meßorgan betätigt werden können, ohne daß Fremdspannungen die Messung in unzulässigem Maße fälschen könnten. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Meßwerk ein einziges ringartiges Meßorgan aufweist, welches quer zu der die Richtung der zu messenden Kräfte und das Meßorgan selbst enthaltenden Ebene quasi starr, jedoch in der Richtung der zu messenden Kräfte elastisch ist und dessen Formänderungen vor- zugsweise über eine Ilebelübersetzung auf das Betätigungsorgan eines oder mehrerer in dem vom Ring eingeschlossenen Raum befindlicher Schalter übertragen werden, und daß das Meßorgan bzw. starr mit demselben verbundene Teile direkt als Montageorgan für den bzw. die Schalter und deren Betätigungs-Organe dienen. Während das ringförmige Meßorgan unter diametralem Zug verhältnismäßig stark deforciert wird und somit einen genügenden Meßweg zur direkten Schalterbetätigung liefert, kann der Ring in Richtung quer zu dieser Zugrichtung und quer zur Ringebene als praktisch starr betrachtet werden, so daß er durch Übertragung von Torsions- oder Biegekräften nur unwesentlich deformiert wird. Der Meßring ist daher einerseits genügend steif, um die Montage der Schalter bzw. der Betätigungsorgane für dieselben direkt am Ring selbst zu gestatten, und andererseits weist der Ring in der gewünschten Richtung eine genügende Elastizität auf, um eine zuverlässige Messung zu ermöglichen. Die umständliche und an sich auch mit Fehlerquellen behaftete Addition der Meßwege mehrerer einzelner Meßelemente fällt damit weg. The invention aims to provide a strain gauge of the type mentioned at the beginning, in which the switch by a single, slight stretch having measuring element can be operated without external voltages affecting the measurement could falsify to an unacceptable extent. This object is achieved according to the invention achieved that the measuring mechanism has a single ring-like measuring element, which transversely to those containing the direction of the forces to be measured and the measuring element itself The plane is quasi rigid, but elastic in the direction of the forces to be measured and its shape changes. preferably via an ilebel translation on the actuator one or more switches located in the space enclosed by the ring are transmitted, and that the measuring element or rigidly connected to the same parts serve directly as a mounting member for the switch or switches and their actuating members. While the ring-shaped measuring element is relatively strongly deforced under a diametrical train and thus provides a sufficient measuring path for direct switch actuation, can be the ring in the direction transverse to this pulling direction and transverse to the plane of the ring as can be considered practically rigid, so that it is due to the transmission of torsion or Bending forces is only slightly deformed. The measuring ring is therefore on the one hand sufficiently stiff to allow the switch or the actuators to be mounted for the same to allow directly on the ring itself, and on the other hand, the ring points in the desired Direction has sufficient elasticity to enable a reliable measurement. The cumbersome addition of the measuring paths, which in itself also has sources of error several individual measuring elements are thus omitted.

Es ist allerdings an sich auch bekannt, Ringdynamometer zu verwenden, an welchen in elektrische Brücken geschaltete Meßwiderstände befestigt sind. Diese Anwendung hat jedoch nicht ohne weiteres die Vorteile der Verwendung des Ringdynamometers zur direkten Schalterbetätigung nahelegen können. However, it is also known per se to use ring dynamometers, to which measuring resistors connected in electrical bridges are attached. These However, application does not necessarily have the advantages of using the ring dynamometer can suggest direct switch actuation.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines beispielsweisen Gebers des erfindungsgemäßen Belastungsmessers dargestellt. In the drawing is an embodiment of an exemplary encoder of the load meter according to the invention shown.

Fig. 1 zeigt den Geber in Seitenansicht bei weggenommenem Gehäusedeckel; Fig. 2 zeigt den Geber im Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1. 1 shows the encoder in a side view with the housing cover removed; FIG. 2 shows the encoder in section along line II-II in FIG. 1.

Der dargestellte Belastungsmesser ist beispielsweise zur Messung einer bestimmten, an der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit ihrer Belastung auftretenden Zugkraft bestimmt. Diese Zugkraft greift an zwei Bolzen 1 bzw. 2 des Gebers an und wird über einen mit den Bolzen 1 und 2 an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten verschraubten Ring 3 aus elastischem Material, z. B. Stahl, übertragen. Unter dem Einfluß der variierenden, auf die Bolzen 1 und 2 wirkenden Zugkräfte wird der Ring 3 elastisch deformiert. Der Ring 3 ist von einem Gehäuse 4 umgeben, welches mit einem am unteren Teil des Ringes befestigten Block 5 verschraubt ist. Mit dem Block 5 ist ein Blech 6 verschraubt, dessen oberer Rand nach innen abgewinkelt ist. Am oberen Teil des Ringes 3 ist ein dem Block 5 ähnlicher Block 7 befestigt, mit welchem zwei Bleche 8 bzw. 9 verschraubt sind. Am Blech 8 sind zwei seitliche Träger 10 befestigt, in welchen zwei Drehachsen 11 und 12 befestigt sind. The strain gauge shown is for measurement, for example a certain one that occurs on the machine depending on its load Tensile force determined. This tensile force acts on two bolts 1 and 2 of the encoder and is via one with the bolts 1 and 2 at two diametrically opposite points screwed ring 3 made of elastic material, e.g. B. steel, transferred. Under the The ring becomes the influence of the varying tensile forces acting on bolts 1 and 2 3 elastically deformed. The ring 3 is surrounded by a housing 4, which with a block 5 attached to the lower part of the ring is screwed. With the block 5 a plate 6 is screwed, the upper edge of which is angled inward. At the upper part of the ring 3 is a block 5 similar to the block 7 attached, with which two sheets 8 and 9 are screwed. There are two lateral supports 10 on the sheet metal 8 attached, in which two axes of rotation 11 and 12 are attached.

Auf der Drehachse 11 sind vier Mikroschalter 13 dreh bar gehalten, während auf der Achse 12 vier diesen Mikroschaltern zugeordnete Steuerhebel 14 drehbar gelagert sind. Im Ruhezustand werden die Steuerhebel 14 durch eine um die Achse 12 gelegte Drahtfeder 15 gegen den Steuerstift 16 des zugeordneten Mikroschalters gepreßt und halten damit den Mikro schalter geöffnet. leder Mikroschalter ist mit einem Halter 17 verbunden, welcher in Axialrichtung je einer in der Platte 8 verschraubten Einstellschraube 18 verstellbar ist, um die Neigung des zugeordneten Mikroschalters 13. zu verändern. Die Steuerhebel 14 sind am unteren Ende mit einer Steuerrolle 19 versehen, welche in die Bahn der oberen Kante des Bleches 6 ragen. Die Decke des Gehäuses 4 ist mit einer mit dem Bolzen 1 verschiebbaren Hülse 20 durch einen dehnbaren Dichtungsbaig 21 verbunden. Am Gebergehäuse 4 ist ein Klem mengehäuse 22 befestigt, in welchem die Klemmen. zum Anschluß eines Steuerkabels 23 vorgesehen sind.On the axis of rotation 11 four microswitches 13 are rotatably held, while four control levers 14 associated with these microswitches are rotatable on the axis 12 are stored. In the idle state, the control lever 14 by a about the axis 12 placed wire spring 15 against the control pin 16 of the associated microswitch pressed and thus keep the microswitch open. leather microswitch is with a holder 17 which is screwed into the plate 8 in the axial direction Adjustment screw 18 is adjustable to the inclination of the associated microswitch 13. to change. The control levers 14 are at the lower end with a control roller 19, which protrude into the path of the upper edge of the plate 6. The ceiling of the housing 4 is with a sleeve 20 displaceable with the bolt 1 by a expandable sealing strip 21 connected. On the encoder housing 4 is a terminal housing 22 attached, in which the clamps. provided for connecting a control cable 23 are.

Bei unbelastetem Ring 3 haben die Steuerrollen 19 der Steuerhebel 14 den oberen Rand des Bleches 6 alle verlassen, so daß die Steuerstifte 16 der Mikroschalter 13 alle nach innen gedrückt sind und die Mikroschalter 13 geöffnet halten. feder Mikroschalter 13 überwacht einen Stromkreis, wobei die Stromkreise von drei Mikroschaltern z. B. je eine Leuchtanzeige und der vierte Mikroschalter eine Alarmvorrichtung undZoder eine Notauslösung und gegebenenfalls eine vierte Leuchtanzeige zu betätigen bestimmt ist. Die Mikroschalter 13 sind so ausgebildet, daß sie bei Nachlassen des Druckes auf ihren Steuerstift 16 geschlossen werden. When the ring 3 is unloaded, the control rollers 19 have the control lever 14 leave the upper edge of the plate 6 all so that the control pins 16 of the Microswitches 13 are all pressed inwards and microswitches 13 are open keep. spring microswitch 13 monitors a circuit, the circuits of three microswitches z. B. each a light display and the fourth microswitch an alarm device andZ or an emergency release and possibly a fourth Illuminated display is intended to be operated. The microswitches 13 are designed so that they are closed when the pressure on their control pin 16 is released.

Der dargestellte Belastungsmesser arbeitet wie folgt: Im unbelasteten Zustand des Ringes 3 sind, wie erwähnt, die Stromkreise aller Mikroschalter 13 geöffnet, so daß keine Anzeige oder Auslösung erfolgt. The strain gauge shown works as follows: Im unloaded State of the ring 3, as mentioned, the circuits of all microswitches 13 are open, so that there is no display or triggering.

Wird nun über die Bolzen 1 und 2 und den Ring 2 eine Zugkraft übertragen, so geht der im unbelasteten Zustand kreisförmige Ring 3 in eine schwach elliptische Form über, wobei die größere Achse der Ellipse in Richtung der Bolzen 1 und 2 liegt. Wie aus der Zeichnung klar ersichtlich ist, bewegen sich dabei die Bleche 8 und 9 mit dem Bolzen 1 nach oben, während der Block 5 und das Blech 6 in der gleichen Lage verbleiben. Mit den Blechen 8 und 9 werden auch die daran befestigten Mikroschalter 13, und Steuerhebel 4 nach oben bewegt, so daß die Steuerrollen 19 der Steuerhebel 4 auf den oberen, nach innen gebogenen Rand des Bleches 6 auftreffen können. Die Mikroschalter 13 sind nun so eingestellt, daß die zugeordneten Steuerrollen 19 nicht gleichzeitig auf das Blech 6 auftreffen, sondern daß zuerst nur die eine Steuerrolle auftrifft und eine Verschwenkung des zugehörigen Steuerhebels 14 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt. Dadurch wird der Steuerstift des zugehörigen Mikroschalters 13 entlastet und der Mikroschalter geschlossen, wodurch die entsprechende Leuchtanzeige aufleuchtet und einen bestimmten, relativ geringen Belastungszustand anzeigt. Die übrigen Mikroschalter 13 werden bei zunehmender Belastung der Reihe nach ebenfalls eingeschaltet und vermitteln in der soeben beschriebenen Weise weitere Leuchtanzeigen, die den erhöhten Belastungszustand anzeigen. Der zuletzt eingeschaltete Mikroschalter ist beispielsweise so eingestellt, daß er erst bei einer bestimmten Überlastung anspricht und eine Notauslösung steuert, die den Antrieb der Arbeitsmaschine, z. B. den Hebemotor eines Krans, ausschaltet.If a tensile force is now transmitted via bolts 1 and 2 and ring 2, so the ring 3, which is circular in the unloaded state, changes to a weakly elliptical one Shape above, with the major axis of the ellipse in the direction of bolts 1 and 2. As can be clearly seen from the drawing, the sheets 8 and 8 move 9 with the bolt 1 upwards, while the block 5 and the sheet 6 in the same Remain. The microswitches attached to them are also connected to the sheets 8 and 9 13, and control lever 4 moved upwards, so that the control rollers 19 of the Control lever 4 can hit the upper, inwardly bent edge of the metal sheet 6. the Microswitches 13 are now set so that the associated control rollers 19 are not hit the sheet 6 at the same time, but that first only the one control roller occurs and a pivoting of the associated control lever 14 counterclockwise causes. This relieves the load on the control pin of the associated microswitch 13 and the microswitch is closed, causing the corresponding indicator light to light up and indicates a certain, relatively low load condition. The remaining microswitches 13 are also switched on and mediate one after the other as the load increases in the manner just described, more light indicators that indicate the increased load condition Show. The microswitch that was switched on last is set, for example, so that that it only responds in the event of a certain overload and controls an emergency release, which drive the machine, e.g. B. the lifting motor of a crane, turns off.

In vielen Fällen ist die an den Bolzen 1 und 2 angreifende Zugkraft nicht direkt proportional der zu messenden Belastung, wenn z. B. bei einem Kran das an demselben angreifende Belastungsdrehmoment zu messen ist. Es ist dann relativ leicht, durch entsprechende Einstellung der einzelnen Mikroschalter 13 den funktionellen Zusammenhang zwischen der zu messenden Belastung und der zur Verfügung stehenden Zugkraft zu berücksichtigen. In many cases the tensile force acting on bolts 1 and 2 is not directly proportional to the load to be measured, if z. B. a crane the load torque applied to it is to be measured. It is then relative easily, by appropriately setting the individual microswitches 13 the functional Relationship between the load to be measured and the available one Tension force to be taken into account.

Natürlich könnten auch mehr oder weniger als vier Mikroschalter vorgesehen sein, wobei in der einfachsten Ausführungsform nur ein einziger Mikroschalter vorgesehen sein könnte, welcher lediglich eine Alarmvorrichtung und eine Notauslösung steuern könnte. Vorzugsweise sind die Mikroschalter 13. so ausgebildet, daß sie bei Uber- bzw. Unterschreitung eines bestimmten Steuerdruckes selbsttätig aus der einen in die andere Betriebslage überspringen. Es könnten aber selbstverständlich auch andere geeignete Schalter verwendet werden. Of course, more or fewer than four microswitches could also be provided be, in the simplest embodiment only a single microswitch is provided could be, which only control an alarm device and an emergency release could. The microswitches 13 are preferably designed so that they or falling below a certain control pressure automatically from one in skip the other operating position. Of course, others could too suitable switches are used.

Die Ausbildung des die Belastung messenden Organs als Ring 3 hat den Vorteil, daß für relativ schwache Zugkräfte eine erhebliche Formänderung erzielt wird. Außerdem ist die Fabrikation eines kreisförmigen Ringes verhältnismäßig einfach und billig. The training of the organ measuring the load as a ring 3 has the advantage that a considerable change in shape is achieved for relatively weak tensile forces will. In addition, the manufacture of a circular ring is relatively simple and cheap.

Die Ringform des belastungsmessenden Organs gestattet auch, die Steuerschalter 13 und deren Steuerorgane im Innern des Ringes unterzubringen, so daß die Platzausnutzung im Geber des Belastungsmessers eine sehr günstige ist.The ring shape of the load-measuring organ also allows the control switch 13 and their control elements in the interior of the ring, so that the use of space in the encoder of the load meter is a very favorable one.

PATENTANSPRSCHE. PATENT CLAIMS.

Claims

1. Load meter on a hoist or similar machine, in which a measuring mechanism exposed to the mechanical load is set to at least one electrical switch acts, which when a certain load condition is exceeded responds, characterized in that the measuring mechanism is a single ring-like measuring element has, which is transverse to the direction of the forces to be measured and the measuring element self-contained plane quasi rigid, but in the direction of the forces to be measured is elastic and its shape changes preferably via a lever transmission on the actuator of one or more in the space enclosed by the ring located switch are transferred, and that the measuring element or rigid with the same connected parts directly as Mounting member for the switch or switches and their actuators serve.

2. load meter according to claim 1, characterized in that the switch or switches and the leverage between two rigidly connected plates are stored, which plates are connected to the one force application point of the measuring element are, while one is connected to the other force application point of the measuring element common control organ acts on the leverage.

3. Load meter according to claim 1 or 2, characterized in that that levers are provided, one arm of which acts on the switch and the other Arm carries a control roller, and that the mentioned control member with one to the stretching direction the measuring element strongly inclined surface acts on the control rollers, such that the Changes in shape of the measuring element translated to the control rollers or the levers will.

4. load meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the switch or switches are arranged to be adjustable.

5. load meter according to claim 4, characterized in that individual, independently adjustable switches are provided.

6. load meter according to one of claims 1 to 5, characterized in that that microswitches are used that are activated when a certain value is exceeded or not reached Control pressure automatically jump from one to the other operating position.

Documents considered: German Patent No. 921 052, British Patent No. 659,384; U.S. Patents No. 2,550,588, 2 526 495; French patent specification No. 836 746.