DE1228436B

DE1228436B - Force measuring device

Info

Publication number: DE1228436B
Application number: DEM55056A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Guenter Gackstetter
Original assignee: AUGSBURG NUERNBERG A G ZWEINGN
Current assignee: AUGSBURG NUERNBERG A G ZWEINGN
Priority date: 1962-12-08
Filing date: 1962-12-08
Publication date: 1966-11-10
Also published as: CH411391A

Description

Kraftmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einer mit einem Drehstab fest verbundenen Scheibe sowie einer oder mehreren Umlenkrollen und einem um diese Rollen geführten Stahlband od. dgl. bestehende Kraftmeßeinrichtung.Force measuring device The invention relates to one of a disc firmly connected to a torsion bar and one or more pulleys and a steel band or the like guided around these rollers.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, unter einfachster Verwendung fester und loser Rollen bei verschwindend geringer Reibung für die Kraftaufnahme eine Kraftmeßeinrichtung von sehr hoher Meßgenauigkeit zu schaffen. The object on which the invention is based is, under Easiest use of fixed and loose rollers with negligible friction a force measuring device of very high measuring accuracy for the force absorption create.

Mit einem Drehstab als Meßglied ausgestattete Kraftmeßgeräte unterscheiden sich in der Hauptsache durch die Art der Krafteinleitung in den Drehstab oder in die Drehfeder. Bei bekannten Torsionsfedermeßwerken ist die Drehfeder an ihrem einen Ende fest eingespannt und mit ihrem anderen Ende beispielsweise in Wälzlagern gelagert. Dabei wirkt die zu messende Kraft entweder auf einen mit der Drehfeder fest verbundenen Hebel oder, um den hierbei entstehenden Cosinusfehler zu vermeiden, auf eine Traverse, die über ein Stahlband am Umfang einer mit der Drehfeder fest verbundenen Scheibe zieht. Eine reibungsarme Lagerung des Drehstabes oder der Drehfeder könnte durch die Benutzung von Schneidenlagern an sich erreicht werden, jedoch läßt sich dies insofern nicht verwirklichen, als die Drehstab-Lagerstelle auch eine durch ein Biegemoment entstehende Schrägstellung des Stabes mitmachen muß, was für Schneidenlager aber wiederum aus baulichen Gründen schwer durchführbar ist. Das Auftreten einer Querkraft im Stab ist also ein großer Nachteil derart aufgebauter Kraftmeßeinrichtungen. Differentiate between force measuring devices equipped with a torsion bar as the measuring element mainly through the type of force introduction into the torsion bar or into the torsion spring. In known Torsionsfedermeßwerke the torsion spring is at its one End firmly clamped and stored at its other end, for example in roller bearings. The force to be measured either acts on one that is firmly connected to the torsion spring Lever or, in order to avoid the resulting cosine error, on a traverse, the one with a steel band on the circumference of a disk firmly connected to the torsion spring pulls. A low-friction mounting of the torsion bar or the torsion spring could result the use of cutting edge bearings can be achieved per se, but this can be inasmuch as the torsion bar bearing point is also not realized by a bending moment resulting inclination of the rod must participate, but what for cutting edge bearings again is difficult to carry out for structural reasons. The occurrence of a transverse force In the rod, therefore, is a major disadvantage of force measuring devices constructed in this way.

Der Drehstab soll nämlich einerseits zur Erzielung einer großen Verdrehung ein geringes polares Trägheitsmoment besitzen, sich aber andererseits unter der unerwünschten Querkraft möglichst wenig durchbiegen. Es hängt also die Genauigkeit eines mit einer Drehfeder oder einem Drehstab als Meßglied ausgerüsteten Kraftmeßgerätes weitgehend von der Art der Krafteinleitung ab.The torsion bar should namely on the one hand to achieve a large rotation have a low polar moment of inertia, but on the other hand are below the Bend unwanted shear force as little as possible. So it depends on the accuracy a force measuring device equipped with a torsion spring or a torsion bar as the measuring element largely depends on the type of force application.

Es ist eine aus einer Drehstabfeder bestehende Anordnung für Kraftmessungen bekannt, bei der' die zu messende Kraft querkraftfrei in den Drehstab eingeleitet wird. In nachteiliger Weise kann sich aber bei dieser Anordnung das nicht eingespannte Drehstab ende nicht frei, und zwar senkrecht zur Drehstabachse bewegen, so daß eventuell auftretende Biegespannungen, die stets die Meßgenauigkeit ungünstig beeinflussen, nicht durch die freie Beweglichkeit des nicht eingespannten Drehstabendes ausgeglichen werden können. Die dabei verwendeten Drehstäbe sind nämlich über die sich aufeinander abwälzenden Stabteile durch Reibungskräfte miteinander verbunden. Ein Meßfehler kann bei dieser bekannten Anordnung leicht dadurch entstehen, daß der Berührungspunkt der beiden aufeinander abwälzenden Stabteile bei der Messung aus der Stab mitte um den Hebelarm der rollenden Reibung auswandert, wodurch sich der Hebelarm der wirkenden Kräftepaare verringert. Außerdem bewegt sich der Angriffspunkt der zu messenden Kraft bei der Verformung des Drehstabes auf einem Kreisbogen um den Drehstabmittelpunkt, so daß auch schon dadurch eine Änderung des Kräftepaarhebelarmes eintritt. It is an arrangement for force measurements consisting of a torsion bar known, in which 'the force to be measured is introduced into the torsion bar without transverse force will. In this arrangement, however, the unrestrained can be disadvantageous The torsion bar does not end free, namely move perpendicular to the axis of the torsion bar, so that possibly occurring bending stresses, which always have an unfavorable influence on the measurement accuracy, not compensated by the free mobility of the unclamped torsion bar end can be. The torsion bars used are namely about each other rolling off Rod parts connected to one another by frictional forces. A measurement error can occur with this known arrangement easily arise in that the point of contact of the two Rolling rod parts when measuring from the rod center around the lever arm the rolling friction migrates, whereby the lever arm of the acting pairs of forces decreased. In addition, the point of application of the force to be measured moves at the Deformation of the torsion bar on an arc around the center of the torsion bar, so that this also results in a change in the force couple lever arm.

Um nun eine gegenüber den bekannten Anordnungen günstigere Krafteinleitung zu erreichen, geht der Vorschlag gemäß der Erfindung dahin, die Umlenkrollen und die auf dem Drehstab befestigte Scheibe so zueinander und zu einer die eingeleitete Kraft aufnehmenden losen Rolle anzuordnen, daß mittels des über Rollen und Scheibe geführten Stahlbandes ein Kräftepaar am Drehstab zur Einwirkung gelangt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zueinanderordnung der Rollen und der Scheibe so gewählt, daß das freie Drehstabende sich zum Ausgleich von auftretenden Biegebeanspruchungen zwanglos senkrecht zur Drehstabachse bewegen kann. In order to now introduce a force that is more favorable than the known arrangements to achieve, the proposal according to the invention is directed to the pulleys and the disk attached to the torsion bar so to each other and to one of the initiated To arrange force-absorbing loose role that by means of the rollers and disc guided steel band a couple of forces on the torsion bar comes into effect. In further The embodiment of the invention is the relationship between the rollers and the disc chosen so that the free end of the torsion bar is to compensate for bending stresses that occur can move freely perpendicular to the torsion bar axis.

Es können also im Drehstab selbst keine Biegebeanspruchungen entstehen. Zudem tritt durch den erfindungsgemäßen Kraftangriff über die Stahlbänder bzw. die Stahlbandführungen keine Anderung des Hebelarmes des Kräftepaares auf. Es bewegt sich vielmehr der Angriffspunkt der zu messenden Kraft bei Verformung des Drehstabes auf einer Geraden, wobei die Drehung bei maximaler Last etwa 150 beträgt. Das Stahlband ist nämlich so über feste Rollen geführt, daß es an einer losen Rolle symmetrisch, d. h. parallel oder in gleichen Winkeln zusammenläuft und sich die auf die lose Rolle wirkende Kraft je zur Hälfte in die beiden abführenden Bandteile absetzt, wodurch am Drehstab ein Kräftepaar angreift.So there can be no bending stresses in the torsion bar itself. In addition, the application of force according to the invention occurs via the steel strips or the Steel band guides do not show any change in the lever arm of the force couple. It moves rather, it is the point of application of the force to be measured when the torsion bar is deformed in a straight line, the rotation at maximum load being approximately 150. The steel belt is namely so about solid Rolls led it to a loose Symmetrical roll, d. H. converge parallel or at the same angles and become half of the force acting on the loose roll is transferred to the two leading belt parts settles, whereby a couple of forces attack the torsion bar.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. The invention is described below with reference to the drawing.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung in schematischen sowie in beispielsweisen Ausführungen, und zwar zeigt F i g. 1 eine einfache Ausführung in Vorderansicht und Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 1; Fig. 3 und 4 stellen abgewandelte Anwendungsbeispiele dar, während F i g. 5 bauliche Einzelheiten eines Kraftmeßgerätes nach F i g. 1 zeigt. The drawing illustrates the invention in schematic as well in exemplary embodiments, namely FIG. 1 a simple design in front view and FIG. 2 shows a side view of the embodiment according to FIG. 1; Fig. 3 and 4 show modified application examples, while FIG. 5 structural Details of a force measuring device according to FIG. 1 shows.

In den Fig. 1 bis 5 ist mit 1 der bei 2 fest eingespannte Drehstab und mit 3 die auf dessen freiem Ende befestigte Scheibe benannt, auf deren Umfang das Stahlband 4 befestigt ist, welches danach gemäß Fig. 1 und 2 über eine lose Rolle 5, an die die eingeleitete und zu messende Kraft P0 angreift, geführt und dann, über eine feste Rolle 6 laufend, wieder mit dem Umfang der Scheibe 3 fest verbunden ist. In FIGS. 1 to 5, 1 is the torsion bar firmly clamped at 2 and with 3 the disk attached to its free end is named, on its circumference the steel band 4 is attached, which then according to FIGS. 1 and 2 via a loose Roller 5, on which the force P0 introduced and to be measured acts, is guided and then, running over a fixed roller 6, stuck to the circumference of the disk 3 again connected is.

An der Scheibe 3 greifen die beiden Enden 7 und 8 des Stahlbandes 4, und zwar um 1800 in ihrer Wirkrichtung versetzt, als Kräftepaar P,-P an. Das Band 4 wird an der festen Rolle 6 um 1800 umgelenkt, so daß das Bandteil 9 parallel zu Bandteil 7 in die lose Rolle 5 einmündet, in welche die zu messende Kraft PO eingeleitet wird. Die Lagerstelle 10 der losen Rolle 5 und das Lager 11 der festen Rolle 6 können nunmehr sehr leicht als Schneidenlager, d. h. als Lager mit sehr geringer Reibung ausgeführt werden.The two ends 7 and 8 of the steel strip grip the disk 3 4, offset by 1800 in their direction of action, as a pair of forces P, -P. That Band 4 is deflected on the fixed roller 6 by 1800 so that the band part 9 is parallel to tape part 7 opens into the loose roller 5, in which the force to be measured PO is initiated. The bearing point 10 of the loose roll 5 and the bearing 11 of the fixed Roll 6 can now very easily be used as a cutting edge bearing, i.e. H. as a warehouse with very low friction.

An dem freien Ende des Drehstabes 1, an dem keine Querkraft vorhanden ist, braucht keine Lagerung vorgesehen zu werden, da hier, also an der Scheibe 3, stets das KräftepaarP,-P wirksam wird. Eine Drehung der losen RolleS kommt dadurch zustande, daß sich die Bandteile 9 und 8 bei Belastung stärker dehnen als das kürzere Bandteil 7.At the free end of the torsion bar 1 where there is no transverse force no storage needs to be provided because here, i.e. on the disk 3, the pair of forces P, -P is always effective. This results in a rotation of the loose roller S it comes about that the band parts 9 and 8 stretch more under load than the shorter one Hinge part 7.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 münden die Bandteile 12 und 13 des Stahlbandes 4, wieder um 1800 versetzt, in die mit dem Drehstab 1 verbundene Scheibe 3 ein, jedoch beträgt gegenüber der Anwendung nach Fig. 1 der Umschlingungswinkel an der losen Rolle 14 und der festen Rolle 15 nicht mehr 1800. Die Kraft P0 wird an der losen Rolle 14 eingeleitet. In the arrangement according to FIG. 3 open the band parts 12 and 13 of the Steel band 4, again offset by 1800, into the disc connected to the torsion bar 1 3, however, compared to the application according to FIG. 1, the wrap angle is on the loose roller 14 and the fixed roller 15 no longer 1800. The force P0 is initiated on the loose roller 14.

Die Anordnung nach F i g. 4 zeigt wieder den Drehstab 1 und die auf ihm befestigte Scheibe 3, welche auch von dem Stahlband 4 umfaßt wird. Bei dieser Ausführung finden gegenüber den anderen Beispielen drei feste Rollen 16, 17 und 18 Verwen- dung, während mit 19 die lose Rolle benannt ist, an die die zu messende Kraft P0 angreift. The arrangement according to FIG. 4 again shows the torsion bar 1 and FIG Disk 3 fastened to it, which is also encompassed by the steel band 4. At this Compared to the other examples, there are three fixed rollers 16, 17 and 18 use application, while 19 denotes the loose roll to which the measurement is to be carried out Force P0 attacks.

Der Vorteil der schematisch dargestellten Anordnungen besteht darin, daß eine Trennung von Kraft und Moment stattfindet. Es wirkt in der Meßstrecke des Drehstabes 1 nur noch ein Drehmoment. Die Lager für die lose Rolle sowie für die festen Rollen können in einfacher Weise als Schneidenlager ausgeführt werden. Es kann somit gegenüber den bisher bekannten Anordnungen infolge der nunmehr verschwindend geringeren, auf Grund der Verwendung von Schneidenlagern für die Kraftaufnahme vorhandenen Reibung eine weit größere Meßgenauigkeit erzielt werden. The advantage of the arrangements shown schematically is that that there is a separation of force and moment. It acts in the measuring section of the Torsion bar 1 only needs a torque. The bearings for the loose roll as well as for the Fixed roles can be designed in a simple manner as a knife bearing. It can thus be compared to the previously known arrangements as a result of now disappearing lower, due to the use of cutting edge bearings for the force absorption Friction a far greater measurement accuracy can be achieved.

Bei der Darstellung nach F i g. 5, die auf das Schema der F i g. 1 zurückgeht, wird die zu messende Kraft P0 über einen Stempel 20 in eine Traverse 21 eingeleitet. In dieser Traverse 21 setzt sich die Kraft PO je zur Hälfte auf die losen Rollen 5 von zwei hintereinanderliegenden Systemen nach F i g. 1 ab. In the illustration according to FIG. 5, which refer to the scheme of FIG. 1 decreases, the force to be measured P0 is transferred to a traverse via a punch 20 21 initiated. In this traverse 21, half of the force PO is applied the loose rollers 5 of two systems lying one behind the other according to FIG. 1 from.

Da die beiden Anordnungen der Bänder und Rollen hintereinanderliegen, ist in der F i g. 5 nur eine dieser Anordnungen zu erkennen. Es werden beide hintereinanderliegenden Bänder an einer gemeinsamen festen Rolle 6 umgelenkt und durch Klemmten22 mit der Scheibe 3 verbunden. Der Drehpunkt der festen Rolle 6 ist als Schneidenlagerll ausgebildet, während bei 23 das Schneidenlager der losen Rolle 5 liegt. Eine Verdrehung der Drehfeder 1 wird an einer Anzeigescheibe 24 durch ein Kunststoffband 25 abgegriffen und an einer Skala 26 sichtbar gemacht.Since the two arrangements of the belts and rollers are one behind the other, is in FIG. 5 only one of these arrangements can be seen. There will be both one behind the other Belts deflected on a common fixed roller 6 and clamped 22 with the Disc 3 connected. The fulcrum of the fixed roller 6 is designed as a knife-edge bearing, while at 23 the cutting edge bearing of the loose roller 5 is located. A twisting of the torsion spring 1 is tapped on an indicator disc 24 by a plastic band 25 and on a scale 26 made visible.

Claims

Claims: 1. From a rigidly connected to a torsion bar Disc as well as one or more pulleys and a steel belt guided around them or the like. Existing force measuring device, characterized in that the pulleys (6 or 15 or 16 to 18) and the disc (3) attached to the torsion bar (1) as above to each other and to a loose roller (5 or 14 or

19) are arranged that by means of the guided over rollers and disc Steel band (4) a couple of forces (P, -P) on the torsion bar (1) comes into effect.

2. Force measuring device according to claim 1, characterized in that the relationship between the rollers and the disc is chosen so that the free end of the torsion bar to compensate for bending stresses that occur freely perpendicular to the Torsion bar axis can move.

Considered publications: German Patent Specifications No. 722 915, 813 318; "Grimsehl's Textbook of Physics", Vol. 1, 14. Aufs, 1944, p. 195 and 196.