DE1125204B

DE1125204B - Kraftmessdose mit Biegefedern zur Aufnahme von Dehnungsmessstreifen

Info

Publication number: DE1125204B
Application number: DES71843A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Horn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-12-28
Filing date: 1960-12-28
Publication date: 1962-03-08
Also published as: GB974519A

Description

Kraftmeßdose mit Biegefedern zur Aufnahme von Dehnungsmeßstreifen Die Erfindung bezieht sich auf Biegefedern, die in Verbindung mit Dehnungsmeßstreifen zur elektrischen Messung von mechanischen Kräften herangezogen werden. Neben reinen Dehnungs- oder Torsionskörpern werden auch Biegekörper als Träger von Dehnungsmeßstreifen zur Kraftmessung benutzt.
Als Biegekörper sind sogenannte Ringfedern und Biegebalken bekanntgeworden. Zur Ausschaltung von Querkräften benötigen die bekannten Biegekörper komplizierte Krafteinleitungskonstruktionen. Außerdem ist für ihre Herstellung ein erheblicher Arbeitsaufwand erforderlich, besonders für die letztgenannten Biegebalken, die gewöhnlich aus einem massiven Werkstoffklotz herausgefräst werden.
Die Erfindung soll die Aufgabe lösen, einen Biegekörper für den oben genannten Zweck bereitzustellen, der an sich unempfindlich gegen Querkräfte ist und deshalb auch keine aufwendigen Krafteinleitungskon struktionen benötigt.
Der Biegekörper nach der Erfindung soll auch leicht herzustellen und deshalb billig sein. Weiterhin soll er den Bau sehr flacher Kraftmeßdosen ermöglichen.
Demnach geht die Erfindung von einer Kraftmeßdose mit Biegefedern zur Aufnahme von Dehnungsmeßstreifen aus. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenes Blech aus federndem Material durch Aussparungen (Schlitze, Bohrungen) in mindestens zwei strahlenförmig angeordnete Gruppen mit einzelnen, parallel zueinander liegenden und an je einem Ende miteinander zusammenhängenden Blattfedern aufgelöst ist und die zusammenhängenden Enden der Einzelfedern jeder Gruppe frei sind, während die anderen Enden durch die zu messende Kraft belastet bzw. aufgelagert sind, wobei die belasteten Federenden bzw. aneinanderstoßende aufgelagerte Federenden miteinander verbunden sind.
Dem bekannten Biegebalken gegenüber beschreibt der Lastangriffspunkt bei der Anordnung nach der Erfindung während der Beanspruchung einen geradlinigen Weg. Senkrecht zu diesem Weg weist die Meßfeder, ähnlich wie eine Membran, große Steifigkeit auf. Querkräfte beeinflussen die Biegefedern nach der Erfindung deshalb nur schwach. Die Meßfeder kann außerdem einfach aus einem kalibrierten Blech ausgestanzt oder gebohrt werden. Die Stanztechnik gestattet, enge Toleranzen bei der Herstellung einzuhalten, so daß die einzelnen Geber in ihren Eigenschaften untereinander sehr wenig streuen. Die Biegefeder nach der Erfindung ermöglicht den Bau sehr flacher Kraftmeßdosen.
Mindestens die mit Dehnungsmeßstreifen zu ver- sehenen Blattfedern können so gestaltet sein, daß auf ihnen bei Biegebelastung Abschnitte mit dem Betrag nach konstanten oder weitgehend konstanten Biegespannungen entstehen. Auf diesen Abschnitten können die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sein.
Zur Erzielung dieser Abschnitte konstanter Biegespannung können die einzelnen Blattfedern zweckmäßig derart gestaltet sein, daß sie von einer Stelle geringster Breite in ihrer Mitte nach den Enden zu trapezförmig breiter werden. Dabei müssen sämtliche schräg verlaufenden Kanten der Trapezabschnitte sich in einem Punkt schneiden (Balken gleicher Festigkeit).
Bei richtiger Dimensionierung läßt sich auch mit einer Bohrung eine der dem vorliegenden Fall ähnliche Spannungsverteilung in den Abschnitten erzielen, in denen die Dehnungsmeßstreifen geklebt wurden.
Die Kraft kann über ein biegesteifes Paßstück und über eine Kugelkalotte auf die Blattfedern übertragen werden. Auch die Auflagerstellen werden zweckmäßig als biegesteife Paß stücke ausgeführt.
Die Lastfedern können in ihrer Gesamtheit die gleiche Biegesteifigkeit aufweisen, wie die aufgelagerten Federn.
Am freien Ende der einzelnen Federgruppen kann zur Erhöhung der Torsions- und Biegesteifigkeit quer zur Längsrichtung der Federn eine Aufbiegung oder Sicke angebracht sein.
Die Erfindung wird an Hand von sechs Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das aus zwei einander gegenüberstehenden Federgruppen besteht.
In seiner Gesamtheit stellt es eine sogenannte Labyrinthfeder dar. Die linke und die rechte Federgruppe besteht aus je einer Lastfeder 1 und aus je zwei aufliegenden Federn 2. Die Lastfedern sind mit den Auflagefedern an den äußeren Enden miteinander verbunden. An den miteinander verbundenen Enden sind Aufbiegungen a zu erkennen. In der Mitte der Federgruppen wird die Last über ein Paßstück c und eine Kugelkalotte d eingeleitet. Die äußeren Federn 2 liegen auf zwei Paßstücken e auf. Die Paßstücke e sind mit der Druckmeßdose fest verbunden. Die äußeren Enden der Labyrinth-Feder mit den Aufbiegungen a sind dagegen frei.
Auf den Lastfedern sind je vier Dehnungsmeßstreifen b angeordnet. Die Dehnungsmeßstreifen sind auf trapezförmige Abschnitte der Biegefedern aufgeklebt.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die unbelastete Labyrinthfeder in der Linie A-A.
In Fig. 3 ist dieser Längsschnitt im belasteten Zustand der Feder dargestellt. Die Verformung der Feder ist dabei zur besseren Übersicht stark übertrieben.
Ebenso sind bei der Fig. 3 die Dehnungsmeßstreifen zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel als Draufsicht dargestellt, bei dem insgesamt vier Federgruppen kreuzförmig angeordnet sind. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 5 und 6 zeigen Draufsicht und Querschnitt einer Meßfeder bei der die Gestalt der einzelnen Blattfeder im wesentlichen durch Bohrungen in einer Federplatte herausgearbeitet ist. Die Teile mit den gleichen Funktionen wie bei den übrigen Figuren sind auch in Fig. 5 und 6 mit den gleichen Bezugszeichen. versehen.
Es sind noch Ausführungsformen mit mehr als vier strahlenförmig angeordneten Federgruppen denkbar.
Je mehr Federgruppen verwendet werden, desto größer wird die Steifigkeit der Anordnung quer zur Lastangriffsrichtung. Die Anordnung erhält dann weitgehend die Eigenschaften einer Membran. Bei allen Ausführungsbeispielen beschreibt der Lastangriffspunkt bei Belastung einen geradlinigen Weg. Die freien Enden der Federgruppen nähern sich in der Ebene der Feder dem Lastangriffspunkt, behalten aber stets eine zur Ebene der unverspannten Feder parallele Lage.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kraftmeßdose mit Biegefedern zur Aufnahme von Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenes Blech aus federndem Material durch Aussparungen (Schlitze, Bohrungen) in mindestens zwei strahlenförmig angeordnete Gruppen mit einzelnen, parallel zueinander liegenden und an je einem Ende miteinander zusammenhängenden Blattfedern aufgelöst ist und die zusammenhängenden Enden der Einzelfedern jeder Gruppe frei sind, während die anderen Enden durch die zu messende Kraft belastet bzw. aufgelagert sind, wobei die belasteten Federenden bzw. aneinanderstoßende aufgelagerte Federenden miteinander verbunden sind.
2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß mindestens die mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Blattfedern so gestaltet sind, daß bei Durchbiegung auf ihnen Abschnitte mit dem Betrag nach konstanten oder angenähert konstanten Biegespannungen vorhanden und die Meßstreifen auf diesen Abschnitten angeordnet sind.
3. Kraftmeßdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Blattfedern trapezförmige Abschnitte aufweisen, deren verlängert gedachte unparallele Seiten sich in einem Punkt in der Mitte der Blattfeder schneiden.
4. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft über ein biegesteifes Paßstück auf die Blattfedern übertragen wird.
5. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerstellen durch biegesteife Paßstücke gebildet sind.
6. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Lastfedern die gleiche Biegesteifigkeit wie die Gesamtheit der Auflagefedern aufweist.
7. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der Federgruppen quer zu ihrer Längsrichtung Aufbiegungen oder Sicken angebracht sind.