DE1204849B

DE1204849B - Force transducer

Info

Publication number: DE1204849B
Application number: DESCH31150A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Hottinger
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1962-03-20
Filing date: 1962-03-20
Publication date: 1965-11-11
Also published as: CH417147A; GB962082A; SE303618B

Description

Kraftmeßglied Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßglied mit einem zwischen einem Krafteinleitungsteil einerseits und einem Widerlagerteil andererseits befindlichen, vorzugsweise durch seitliche Aussparungen geschaffenen Meßteil geringeren Querschnitts.Force measuring element The invention relates to a force measuring element with an between a force introduction part on the one hand and an abutment part on the other hand, measuring part of smaller cross-section, preferably created by lateral recesses.

Es sind zahlreiche Formen von Kraftmeßgliedern bekannt, welche alle unter Ausnutzung der Erkenntnis arbeiten, daß ein derartiges Glied unter der Einwirkung einer Kraft eine Formänderung erfährt. Numerous forms of force transducers are known, all of which work taking advantage of the knowledge that such a limb is under the influence a force undergoes a change in shape.

Unter Ausnutzung der bekannten physikalischen Gesetze kann man aus der Formänderung auf die sie verursachende Kraft rückschließen.Taking advantage of the well-known physical laws one can choose from the change in shape to infer the force causing it.

Im einfachsten Fall besteht ein derartiges Meßglied aus einem Stab, der in Längsrichtung - eventuell auch quer hierzu - mit Meßelementen versehen ist, welche wiederum die Formänderung des Meßgliedes in eine Meßgröße umwandeln. Am zweckmäßigsten werden hierzu elektrische Widerstandsdehnungsmeßstreifen verwendet. Derartige Meßglieder stabartiger Ausbildung besitzen jedoch den Nachteil, daß im Verhältnis zu der erzeugenden Kraft eine Formänderung mit für eine Messung ausreichender Größe nur dann gewonnen wird, wenn das Meßglied verhältnismäßig elastisch ist. häufig ist dies aus meßtechnischen Gründen aber nicht erwünscht. In the simplest case, such a measuring element consists of a rod, which is provided with measuring elements in the longitudinal direction - possibly also transversely to this, which in turn convert the change in shape of the measuring element into a measured variable. Most convenient electrical resistance strain gauges are used for this purpose. Such measuring members rod-like training have the disadvantage that in relation to the generating Force a change in shape with a size sufficient for a measurement only then gained when the measuring member is relatively elastic. this is often from metrological Reasons not welcome.

Es ist, um diesem Nachteil abzuhelfen, bereits bekanntgeworde, aus einem stabartigen } teßglied durch Anbringen seitlicher Bohrungen oder Kerben oder Ausfräsungen einen Meßteil verminderter Querschnittes zu schaffen. An dieser Stelle verminderten Querscknittes werden sodann die Meßelemente angebracht. Unter Ausnutzung von Kerbspannungen wird hier eine, gemessen an der Formänderung des gesamten Meßgliedes, relativ hohe Form- bzw. Spannungsänderung erzielt. Derartige Meßglieder haben jedoch wiederum den Nachteil, daß die Größe der Kerbspannungen außerordentlich stark von der Oberflächengestaltung und von der Art der Krafteinleitung, beispielsweise von der Art des Einbaues eines derartigen Meßgliedes in eine Gesamteinrichtung, abhängig ist. So ist nur auf eine verhältnismäßig geringe Längserstreckung in Richtung der Längsachse eines derartigen Meßgliedes die Spannung hinreichend groß. In den benachbarten Zonen ist das Spannungsgefälle derart groß, daß nur eine kleine Fläche mit einigermaßen konstanten Spannungsverhältnissen zur Anbringung der Meßelemente zur Verfügung steht. It has already become known to remedy this disadvantage a rod-like element by making lateral holes or notches or Millings to create a measuring part of reduced cross-section. At this point The measuring elements are then attached with a reduced cross-section. Taking advantage of notch stresses, measured by the change in shape of the entire measuring element, relatively high change in shape or tension achieved. However, such measuring elements have again the disadvantage that the size of the notch stresses is extremely strong the surface design and the type of force application, for example from the type of installation of such a measuring element in an overall device, depending is. So is only on a relatively small longitudinal extent in the direction of Longitudinal axis of such a measuring element, the voltage is sufficiently large. In the neighboring Zones, the voltage gradient is so large that only a small area with reasonably constant voltage ratios for attaching the measuring elements is available.

Es ist weiterhin bekannt, im Meßteil seibst Bon rungen vorzusehen. Hierbei wird die Kraftwirkung an Hand des durch sie verursachten Biegeeffektes gemessen, wobei das Meßglied relativ großen elastischen Verformungen unterworfen ist. Diese Ausgestaltung bedingt eine relativ große Bauhöhe. It is also known to provide Bon ments in the measuring part. Here, the force effect is based on the bending effect caused by it measured, wherein the measuring member is subjected to relatively large elastic deformations. These Design requires a relatively large overall height.

Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet, und ein Meßglied zu schaffen, bei dem der Ausnutzung der Kerbspannungserscheinung überlagert die Ausnutzung eines Biegeeffektes möglich ist, wobei gleichzeitig über eine genügend große Längserstreckung hin annähernd konstante Spannungsverhältnisse geschaffen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß - in Richtung der Längsachse des Kraftmeßgliedes gesehen -vor und hinter dem Meßteil angebrachte, senkrecht zur Längsache verlaufende, vorzugsweise diese mit ihrer Längsachse schneidende Ausnehmungen vorgesehen sind, die vorzugsweise zu der durch ihre Längsachse und durch die Längsachse des Kraft meßgliedes bestimmten Ebene symmetrisch ausgebildet sind. Auf diese Weise wird ferner erreicht, daß die Dehnung im Meßteil weitgehend unabhängig von den Einspann- bzw. Auflageverhältuissen des Meßgliedes sind. Wie weiterhin festgestellt wurde, gelten diese Vorteile auch für die Verhältnisse in den Ausnellmungen selbst. Weiterhin ist die Zone im Meßteil, die annähernd gleich große Spannungsverhäitnisse und damit Dehnungsverhältnisse aufweist, wesentlich größer als bei den bekannten Einrichtungen, so daß die Anbringung größerer Meßelemente möglich ist, was wiederum den Vorteil einer exakteren Messung bedingt. Darüber hinaus ist es möglich, in den erfindungsgemäßen Ausnehmungen selbst wegen der dort herrschenden gleichartigen Spannungsverhältnisse Meßelemente anzubringen, so daß bei gleicher Steifigkeit des gesamten Meßgliedes, gemessen an den bekannten, die Kerbspannungserscheinung ausnutzenden Ausführungsformen, ein wesentlich höherer Meßeffekt erreicht wird. The invention aims to provide an arrangement which has the disadvantages avoids the known arrangements, and to create a measuring element in which the utilization the notch stress phenomenon superimposes the exploitation of a bending effect possible is, at the same time approximately over a sufficiently large longitudinal extent constant tension is created. According to the invention, this is thereby achieved achieved that - seen in the direction of the longitudinal axis of the force measuring element - before and mounted behind the measuring part, perpendicular to the longitudinal axis, preferably this intersecting with its longitudinal axis recesses are provided, which are preferably to the determined by its longitudinal axis and by the longitudinal axis of the force measuring member Are formed symmetrically plane. In this way it is also achieved that the Expansion in the measuring part largely independent of the clamping or support conditions of the measuring element are. As was further noted, these benefits also apply for the conditions in the grooves themselves. Furthermore, the zone in the measuring part, the approximately equal stress ratios and thus expansion ratios has, much larger than in the known devices, so that the attachment larger measuring elements is possible, which in turn has the advantage of a more precise measurement conditional. In addition, it is possible in the recesses according to the invention themselves to attach measuring elements because of the similar tension conditions prevailing there, so that with the same stiffness of the entire measuring element, measured against the known, Embodiments exploiting the notch stress phenomenon, a significantly higher one Measurement effect is achieved.

Durch die erfindungsgemäße Anbringung von Ausnehmungen wird erfahrungsgemäß keine wesentliche Änderung der Elastizität gegenüber den bekannten, die Kerbspannungserscheinung ausnutzenden Ausführungsformen erreicht, so daß sich das Festigkeitsverhalten des Meßgliedes nicht wesentlich ändert. Bezüglich des Festigkeitsverhaltens sind die erfindungsgemäßen Meßglieder den bekannten daher mindestens gleichzusetzen. Bezüglich des Meßeffektes sind sie jedoch wesentlich vorteilhafter als jene. By making recesses according to the invention, experience shows no significant change in elasticity compared to the known, the notch stress phenomenon exploiting embodiments achieved, so that the strength behavior of the Measuring element does not change significantly. Regarding the strength behavior are Measuring elements according to the invention therefore at least equate to the known ones. In terms of of the measuring effect, however, they are much more advantageous than that.

Besonders zweckmäßig, insbesondere aus Herstellungsgründen, ist es, die Ausnehmungen durch Bohren zu schaffen. Es ist jedoch auch möglich, ovale Ausnehmungen oder Längsschlitze od. dgl. vorzusehen. It is particularly useful, especially for manufacturing reasons, to to create the recesses by drilling. However, it is also possible to have oval recesses or longitudinal slots or the like. To be provided.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. In the drawing, an embodiment of the invention is in schematic Way presented.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Meßgliedes; Fig.2 eine Ansicht um 900 um die Längsachse gegenüber F i g. 1 gedreht. Fig. 1 shows a view of the measuring member; Fig. 2 is a view around 900 about the longitudinal axis compared to F i g. 1 rotated.

Aus einem zylindrischen Stab 1 ist durch seitliches Fräsen von Ausnehmungen 2 ein Meßglied herausgearbeitet worden, dessen Krafteinleitungsteil la und dessen Widerlagerteil 1 b die Kraft in das eigentliche Meßglied einleiten. Durch Anbringen von seitlichen Aussparungen 3 ist ein Meßteil 4 geschaffen, in dem zufolge Kerbwirkung relativ große Spannungen und Dehnungen auftreten. Erfindungsgemäß sind nun ober- und unterhalb des Meßteils 4, in Richtung der Meßachse des Kraftmeßgliedes gesehen, Bohrungen 5 und 6 symmetrisch zur Längsachse des Kraftmeßgliedes angebracht worden. Durch diese Bohrungen sind die Krafteinleitungsverhältnisse zwischen dem Kraftmeßglied 1 und dem Meßteil 4 so beeinflußt worden, daß ohne Verminderung des Kerbspannungseffektes ein Biegeeffekt überlagert wird und dadurch ein kontinuierlicherer Spannungsverlauf im Meßteil 4 und in dem angrenzenden Querschnitt auftritt. Die Konstruktion ermöglicht außer der an sich bekannten Anbringung von Meßstreifen 7 am Meßteil 4 die Anbringung weiterer Meßstreifen 8 in den Bohrungen 5 und 6, wodurch sich eine Verdoppelung des Meßeffektes ergibt. A cylindrical rod 1 is made by lateral milling of recesses 2 a measuring element has been worked out, its force introduction part la and its Abutment part 1 b initiate the force in the actual measuring element. By attaching a measuring part 4 is created by lateral recesses 3, according to which notch effect relatively large stresses and strains occur. According to the invention are now above and below the measuring part 4, seen in the direction of the measuring axis of the force measuring element, Bores 5 and 6 have been attached symmetrically to the longitudinal axis of the force measuring element. The force transmission conditions between the force measuring element are through these bores 1 and the measuring part 4 have been influenced so that without reducing the notch stress effect a bending effect is superimposed and thereby a more continuous voltage curve occurs in the measuring part 4 and in the adjacent cross section. The construction enables apart from the per se known attachment of measuring strips 7 on measuring part 4, the attachment further measuring strips 8 in the bores 5 and 6, whereby a doubling of the measuring effect results.

Claims

Claims: 1. Force measuring element with one between a force introduction part on the one hand and an abutment part on the other hand, preferably through lateral recesses created measuring part of smaller cross-section, d a d u r c h g e - indicates that - seen in the direction of the longitudinal axis of the force measuring element (1) -In front of and behind the measuring part, perpendicular to the longitudinal axis, preferably this intersecting with its longitudinal axis recesses (5, 6) are provided which preferably to that through its longitudinal axis and through the longitudinal axis of the force measuring element (1) defined plane are designed symmetrically.

2. Force measuring element according to claim 1, characterized in that the Recesses (5, 6) are obtained by drilling.

3. Force measuring element according to claim 1 or 2, characterized in that that in the recesses (5, 6) as well as in a known manner on the measuring part (4) tension or strain sensitive measuring elements (7, 8), preferably electrical ones Resistance strain gauges are arranged.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1,014,757; U.S. Patent Nos. 2576417, 2775 887, 2796503.