DE1034391B

DE1034391B - Device for the transmission of pulling or pushing forces and for measuring the same

Info

Publication number: DE1034391B
Application number: DES51561A
Authority: DE
Inventors: Arne Olof Soederholm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-12-13
Filing date: 1956-12-11
Publication date: 1958-07-17

Description

Gerät zur Ubertragung von Zug- oder Druckkräften und zur Messung derselben Zur Übertragung von Zug- oder Druckkräften und zur Messung derselben sind Geräte bekannt, bestehend aus einem elastischen Kraftübertragungskörper mit mindestens zwei in den Seitenwandungen vorgesehenen Ausnehmungen, an deren Böden bei Druck- oder Zugbeanspruchung den Widerstandswert verändernde, in einem Meßstromkreis liegende Widerstandselemente befestigt sind. Device for the transmission of tensile or compressive forces and for measurement The same For the transmission of tensile or compressive forces and for the measurement of the same Devices known, consisting of an elastic force transmission body with at least two recesses provided in the side walls, at the bottom of which in the event of pressure or tensile stress that changes the resistance value and is located in a measuring circuit Resistance elements are attached.

Bei diesen bekannten Geräten ist der Kraftübertragungskörper aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt; dieser zusammengesetzte Körper ist nicht steif genug, um, insbesondere beim Auftreten von Querkräften, eine eindeutige Lastverteilung zu gewährleisten. In these known devices, the power transmission body is off a variety of parts assembled; this compound body is not stiff enough to ensure a clear load distribution, especially when transverse forces occur to ensure.

Um dem abzuhelfen, besteht erfindungsgemäß der Kraftübertragungskörper aus einem einstückigen Stab; dabei sind die tiefsten Stellen der die Widerstandselemente tragenden Ausnehmungen von einer Tiefe, die mindestens der halben Entfernung zwischen der Außenoberfläche des Stabes und dessen Mittelachse entspricht, und die Tiefe dieser Ausnehmungen nimmt mindestens in der Längsrichtung des Stabes allmählich ab. In order to remedy this, there is, according to the invention, the force transmission body from a one-piece rod; the lowest points are the resistance elements bearing recesses of a depth at least half the distance between corresponds to the outer surface of the rod and its central axis, and the depth these recesses gradually decrease at least in the longitudinal direction of the rod away.

Im Falle des Vorhandenseins von mehr als zwei Ausnehmungen sind diese so tief, daß sie an dem Boden verbunden sind und daß an den inneren Enden derselben ein freier Kern entsteht, an welchem die Widerstandselemente befestigt sind. In the case of the presence of more than two recesses, these are so deep that they are connected at the bottom and that at the inner ends thereof a free core is created to which the resistance elements are attached.

Der Stab kann in axialer Richtung mit die Querschnittsfläche bestimmenden Bohrungen versehen sein. The rod can determine the cross-sectional area in the axial direction Be provided with holes.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen der Erfindung. Es stellen dar Fig. 1 und 2 Seitenansicht und Querschnitt einer Ausführungsform. The drawing shows embodiments of the invention. It represent Figs. 1 and 2 side view and cross section of an embodiment.

Fig. 3 und 4 Seitenansicht und Querschnitt einer zweiten Ausführungsform, Fig. 5 das Schema der Bnickenschaltung der Widerstandselemente. 3 and 4 side view and cross section of a second embodiment, 5 shows the diagram of the corner connection of the resistance elements.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht das Gerät aus einem halbkreisförmigen Zylinder 1, der in seinem Mantel vier Ausnehmungen2,3,4,5 besitzt. Diese Ausnehmungen sind gleich breit und haben in der Vertikalen die Form von Kreissegmenten. Sie sind so breit und tief, daß ein freier Kern 6 von quadratischem Ouerschnitt in der Mitte des Zylinders entsteht. Dadurch, daß die Ausnehmungen über einen bestimmten Teil der Längsrichtung konstante Tiefe haben, erhalten der freie Kern und das verbleibende Material der Außenkante 7, 8, 9, 10 des Zylinders auf diese Länge konstanten Querschnitt. Über diese Länge des quadratischen Kernes ist eine Anzahl von dehnungsabhängigen Widerstandselementen 11 bis 14 befestigt. Die Drähte der gegenüberliegenden Widerstandselemente 11,13 laufen in der Längsrichtung der Achse des Kernes 6, die Widerstände der anderen beiden Elemente 12, 14 im rechten Winkel zur Längsachse. Die Widerstandselemente sind in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise geschaltet. Durch den Kraftübertragungskörper 1 längs dessen Symmetrieachse (Längsachse) verläuft eine Bohrung 15; je eine weitere Bohrung 16 bis 19 befindet sich in den Mantelteilen 7 bis 10. Die zentrale Bohrung 15 ist an den Enden 20, 21 mit Gewinden versehen; in das eine Gewindeende ist eine Stange 22 eingeschraubt. Die Bohrungen 15 bis 19 sind vorgesehen, um die kleinstmögliche Querschnittsfläche bei größtmöglicher Steifigkeit gegen Seitenkräfte zu erhalten; die Abmessungen der Bohrungen können vergrößert werden, nachdem die Widerstandselemente befestigt sind; dies zu dem Zweck, um den gewünschten Empfindlichkeitsgrad des Gerätes zu gewährleisten. Gemäß den Fig. 3 und 4 besteht der kraftübertragende, elastische Körper aus einem rechteckigen Körper 23, der an seinen Seiten vier Ausnehmungen 24 bis 27 von gleicher Breite und im wesentlichen konstanter Tiefe aufweist, die Tiefe nimmt aber gegen die Enden zu allmählich ab. Die Widerstandselemente 11 bis 14 sind an den Böden der Ausnehmungen 24 und 26 befestigt. Ein Widerstandselement in jeder Ausnehmung besteht aus Drähten 11',12', die in der Achsrichtung des Körpers verlaufen; die Drähte der anderen beiden Widerstandselemente 13', 14' verlaufen im rechten Winkel zu dieser Achsrichtung. Die Ausnehmungen 25 und 27 bezwecken eine Verringerung des Querschnitts, ohne die Steifigkeit gegen seitliche Kräfte mehr als notwendig zu verringern. According to FIGS. 1 and 2, the device consists of a semicircular Cylinder 1, which has four recesses2,3,4,5 in its jacket. These recesses are of the same width and have the shape of segments of a circle vertically. they are so wide and deep that a free core 6 with a square cross-section in the middle of the cylinder arises. Because the recesses over a certain part the lengthwise direction have constant depth, the free core and the remaining one are preserved Material of the outer edge 7, 8, 9, 10 of the cylinder to this length constant cross-section. About this length of the square core is a number of strain-dependent Resistance elements 11 to 14 attached. The wires of the opposing resistor elements 11,13 run in the longitudinal direction the axis of the core 6, the resistances of the other two elements 12, 14 at right angles to the longitudinal axis. The resistance elements are connected in the manner shown in FIG. Through the power transmission body 1 along its axis of symmetry (longitudinal axis) runs a bore 15; one more each Bore 16 to 19 is located in the shell parts 7 to 10. The central bore 15 is threaded at ends 20, 21; in one end of the thread is a Rod 22 screwed in. The holes 15 to 19 are provided to the smallest possible To maintain cross-sectional area with the greatest possible rigidity against lateral forces; the dimensions of the bores can be increased after the resistance elements are attached; this for the purpose of achieving the desired degree of sensitivity of the device to ensure. According to FIGS. 3 and 4, there is the force-transmitting, elastic Body of a rectangular body 23, which has four recesses on its sides 24 to 27 of the same width and substantially constant depth, the However, the depth gradually decreases towards the ends. The resistance elements 11 to 14 are attached to the bottoms of the recesses 24 and 26. A resistance element in each recess consists of wires 11 ', 12' running in the axial direction of the body get lost; the wires of the other two resistor elements 13 ', 14' run at right angles to this axial direction. the Recesses 25 and 27 aim to reduce the cross-section without reducing the rigidity against lateral To reduce forces more than necessary.

Ein Ende 28 des Körpers 23 ist sphärisch, das andere Ende 29 plan.One end 28 of the body 23 is spherical, the other end 29 is planar.

Bei der Kraftmessung mit dem beschriebenen Kraftübertragungsgerät wird die zu messende Kraftkomponente so angelegt, daß sie in oder in der Nähe der axialen Symmetrielinie, in einer Richtung wirksam wird, daß entweder eine Dehn- oder Druckbeanspruchung auf den Körper ausgeübt wird. Die Einführung der Kraft P kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 über die Stange 22 erfolgen oder aber, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4, über eine plane Fläche gegen das sphärische Ende 28; in diesem Falle können jedoch nur Druckkräfte gemessen werden. When measuring force with the force transmission device described the force component to be measured is applied in such a way that it is in or near the axial line of symmetry, is effective in one direction that either an expansion or compressive stress is applied to the body. The introduction of the force P can take place according to the embodiment of FIGS. 1 and 2 via the rod 22 or, according to the embodiment of FIGS. 3 and 4, over a flat surface towards the spherical end 28; in this case, however, only compressive forces can be measured will.

Wird längs der Symmetrielinie (Achse) eine Zug-oder Streckkraft ausgeübt, so werden die Widerstandselemente 11 und 12. gedehnt, wobei sich ihr Widerstand vergrößert, während die Widerstandselemente 13 und 14 zusammengezogen werden. Bei Schaltung der Widerstandselemente gemäß Fig. 5 in einer Strombrücke mit einer Stromquelle 30 und einem Anzeigegerät 31 zeigt das letztere die Widerstandsänderungen der Widerstandselemente an. Bei Einwirkung einer entgegengesetzt gerichteten Kraft sind die Änderungen der Widerstände der Elemente entgegengesetzt; das Anzeigegerät zeigt, ausgehend von dem ursprünglichen Brückengleichgewicht, in entgegengesetzter Richtung an. If a tensile or stretching force is exerted along the line of symmetry (axis), so the resistance elements 11 and 12 are stretched, with their resistance enlarged while the resistance elements 13 and 14 are drawn together. at Connection of the resistance elements according to FIG. 5 in a current bridge with a current source 30 and a display device 31, the latter shows the changes in resistance of the resistance elements at. When an oppositely directed force is applied, the changes are the Opposite resistances of the elements; the display device shows, starting from the original bridge equilibrium, in the opposite direction.

Wenn der kraftübertragende Körper einem Biegemoment unterworfen wird, beispielsweise einer Kraft, die im rechten Winkel zur Symmetrieachse des Zylinders wirkt und an der oberen Kante des Zylinders angreift, dann wird die Dehnung in der Symmetrielinie Null und im übrigen proportional der Entfernung auf dieser Linie. Die Beanspruchung wird an den Außenseiten des Zylinders am größten und verhältnismäßig klein in den Flächen, an welchen die Widerstandselemente untergebracht sind. Wenn z. B. die Kraft im rechten Winkel zur Zeichenebene wirkt und wenn der Angriffspunkt am oberen Ende des Kraftübertragungskörpers liegt, dann werden die Fasern über der Zeichenebene zusammengezogen und die Fasern unter der Zeichenebene gedehnt. Der Widerstand des Elementes 11 wird so kleiner und jener des Elementes 12 größer. Das Gleichgewicht der Brückenschaltung wird jedoch nicht verändert. sofern die Widerstandselemente den gleichen Widerstandsfaktor besitzen, d. h. dasselbe Verhältnis zwischen Widerstandsänderung und Dehnung. Für die Widerstandselemente 13' und i4' gelten bezüglich der Ausführungsform der Fig. 3 ähnliche Bedingungen wie für die Widerstandselemente 11 und 12, die Widerstandsänderungen sind jedoch entgegengesetzt jenen der Widerstandselemente 11' und 12'. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 liegen die Widerstandselemente 13> 14 4 in rechten Winkeln zur Symmetrielinie, in welcher die Materialdehnung Null ist und um welche sie ihr Vorzeichen ändert. Die Widerstandsänderungen dieser Teile der Widerstandselemente, die einer Zusammenziehung oder Streckung ausgesetzt werden, bleiben aus Symmetriegründen gleich; die resultierende Widerstandsänderung wird daher Null oder, wenn die Widerstandselemente unsymmetrisch angeordnet sind, nahezu Null. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Kraftübertragungskörper nur sehr schwach empfindlich gegen die Einwirkung von Querkräften in der angegebenen Richtung ist. Wenn die Querkraft in rechten Winkeln zur Symmetrielinie des Zylinders, aber längs der Zeichenebene wirkt, dann werden die Widerstandselemente 11 und 12 symmetrisch zur Symmetrielinie gedehnt, ähnlich den Widerstandselementen 13 und 14 in dem vorhergehenden auf die Ausführungsform der Fig. 1 und 2 bezogenen Fall; die resultierenden Widerstandsänderungen in den Widerstandselementen 11 und 12 werden sehr klein sein. Die Widerstandselemente 13 und 14 werden, wenn man diese- Richtung der Querkraft zugrunde legt, bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 Widerstandsänderungen zeigen wie die Elemente 11 und 12 im vorhergehenden Fall, während sie bei der anderen Ausführungsform quer zur Symmetrielinie liegen wie die Widerstandselemente 11 und 12. Der Kraftübertragungskörper wird auf diese Weise sehr unempfindlich gegenüber in der Tangentialrichtung zur Symmetrielinie wirkenden Kräften einerseits dank der Art der Anordnung der Widerstandselemente zur Symmetrielinie, teils dank dem Umstand, daß diese Kräfte nur schwache Materialdehnungen in den Flächenbereichen verursachen, an welchen die Widerstandselemente befestigt sind. Der letztere Umstand ist wichtig einerseits, weil es unmöglich ist, die Widerstandselemente an der gewünschten Stelle zu plazieren, andererseits wegen der Unvollkommenheit der Widerstandselemente oder der Heterogenität des Materials des Zylinders. When the force-transmitting body is subjected to a bending moment, for example a force at right angles to the axis of symmetry of the cylinder acts and acts on the upper edge of the cylinder, then the elongation in the Line of symmetry zero and otherwise proportional to the distance on this line. The stress is greatest and proportionate on the outside of the cylinder small in the areas where the resistance elements are housed. if z. B. the force acts at right angles to the plane of the drawing and if the point of application is at the upper end of the power transmission body, then the fibers are above the The drawing plane contracted and the fibers under the drawing plane stretched. Of the The resistance of the element 11 is thus smaller and that of the element 12 is greater. That However, the balance of the bridge circuit is not changed. provided the resistance elements have the same drag factor, d. H. same ratio between change in resistance and stretching. For the resistance elements 13 'and i4' apply with regard to the embodiment Conditions similar to those of FIG. 3 as for the resistance elements 11 and 12, the changes in resistance however, are opposite to those of the resistance elements 11 'and 12'. In the embodiment 1, the resistance elements 13> 14 4 are at right angles to the line of symmetry, in which the material strain is zero and by which it changes its sign. The changes in resistance of these parts of the resistance elements causing a contraction or stretching remain the same for reasons of symmetry; the resulting The change in resistance is therefore zero or if the resistance elements are asymmetrical are arranged almost zero. In this way it is achieved that the power transmission body only very weakly sensitive to the effects of transverse forces in the specified Direction is. If the transverse force is at right angles to the line of symmetry of the cylinder, but acts along the plane of the drawing, then the resistance elements 11 and 12 stretched symmetrically to the line of symmetry, similar to the resistance elements 13 and 14 in the previous case related to the embodiment of FIGS. 1 and 2; the resulting changes in resistance in the resistance elements 11 and 12 become be very small. The resistance elements 13 and 14 are, when one this- direction based on the transverse force, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, changes in resistance show how elements 11 and 12 are in the previous case, while they are in the other Embodiment are transverse to the line of symmetry as the resistance elements 11 and 12. The power transmission body is very insensitive to this in this way forces acting in the tangential direction to the line of symmetry on the one hand thanks to the The way in which the resistance elements are arranged in relation to the line of symmetry, thanks in part to the fact that these forces cause only weak material expansions in the surface areas, to which the resistance elements are attached. The latter fact is important on the one hand, because it is impossible to place the resistance elements in the desired location to place, on the other hand because of the imperfection of the resistance elements or the heterogeneity of the material of the cylinder.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Device for the transmission of tensile or compressive forces and for measuring the same, consisting of an elastic force transmission body with at least two recesses provided in the side walls on their bottoms in a measuring circuit that changes the resistance value in the event of compressive or tensile stress lying resistance elements are attached, characterized. that the power transmission body consists of a one-piece rod and that the deepest points of the resistance elements bearing recesses have a depth that is at least half the distance corresponds between the outer surface of the rod and its central axis, and that the depth of these recesses gradually at least in the longitudinal direction of the rod decreases.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the case of Presence of more than two recesses these are so deep that they are at the Ground are connected and that a free core at the inner ends of the recesses arises, to which the resistance elements are attached.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Rod in the axial direction with the holes determining the cross-sectional area is provided.

References considered: U.S. Patent No. 2,458 481