DE1648692C - Vorrichtung zum Messen von Kräften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen Stabes veränderbar ist und die beiden freien Enden von Kräften unter Verwendung eines ersten einseitig der Stäbe mit einem sie verbindenden Querstab vereingespannten Biegestabes mit einem elektrischen bunden sind.

Wegaufnehmer zur Messung seiner Durchbiegung Bei einem einseitig eingespannten Biegestab ist es und eines zweiten dazu parallelen, ebenfalls einseitig 5 an sich bekannt, zum Zwecke der Veränderung des eingespannten Biegestabes, wobei beide Biegestäbe Meßbereichs die Einspannstelle stufenlos zu veränüber ihre freien Enden mechanisch miteinander ver- dem. Hierbei läßt sich jedoch nicht verwirklichen, bunden sind. daß in allen Meßbereichen bei der jeweiligen Maxi-Es sind bereits Vorrichtungen zum Messen von malkraft die Krümmung des Stabes stets die gleiche Kräften unter Verwendung eines einseitig eingespann- io ist, so daß bei einer Abnahme mittels Dehnmeßten Biegestabes bekannt, wobei die am freien Ende streifen für jeden Meßbereich eine andere Kennlinie des Stabes wirkende Kraft zu einer Durchbiegung des gültig wäre.

Stabes führt, dessen Durchbiegung über Dehnungs- Die variable Einspannstelle bei der erfindungsgemeßstreifen abgenommen wird. Das Maß der Durch- mäßen Vorrichtung des zweiten Biegestabes wird vorbiegung entspricht der auf den Stab wirkenden Kraft. 15 zugsweise durch längsverschiebbare Klemmbacken Mit einer solemn Vorrichtung kann nur ein Meßbe- gebildet. Der zweite Biegestab besteht hierbei vorreich erfaßt werden, der bestimmt ist durch die Ab- zugsweise aus einem Federblatt, dessen Breite über messung des Stabes und die maximal zulässige Durch- seine Länge veränderlich ist. Auf diese Weise ist es biegung bzw. Ausschlag. Um mehrere Meßbereiche möglich, der Meßbereichsskala die gewünschte Einerfassen zu können, wurde bei einem Meßwertgeber ao teilung zu geben. So kann beispielsweise die Meß dieser Art bereits verwirklicht, daß am freien Ende bereichsskala im Bereich kleiner Kräfte stark gedes Stabes einander gegenüberliegende Wendelfedern dehnt werden. Es ist jedoch auch möglich, der Skala angeordnet sind, durch die es möglich wird, mit dem durch entsprechende Formgebung des Federblattes gleichen Biegestab höhere Kräfte zu messen. Der je- einen linearen Verlauf zu geben. Als vorteilhaft hat weilige Meßbereich ist dann bestimmt durch die »5 es sich erwiesen, dem Federblatt die Form eines Stärke dieser Zi-satzfedern. Rhombus zu geben. Damit die Bereichswerte im Be-

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß für jeden reich hoher Kräfte nicht zu nahe beieinanderliegsn,

Meßbereich d'e Zusatzfedern ausgetauscht werden ist es möglich, die das freie Ende des rhombischen

müssen. Außerdem können die Meßbereiche nicht Federblattes bildenden Seiten konkav zu krümmen,

stufenlos eingestellt werden. Es t.Jten Meßfehler auf, 30 vorzugsweise nach einer Parabelfunktion,

wenn die beiden Zusatzfedern nicht genau die gleichen Die freien Enden der Biegestäbe sind über einen

Kennwerte aufweisen. Querstab miteinander verbunden. Hierbei ist zu be-

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art . achten, daß die Verbindungsstellen spielfreie Gelenke

trägt ein erster der Feinmessung dienender Biegestab darstellen. Bei Verwendung von Dehnungsmeßstrei-

einen Dehnmeßstreifen zur Messung seiner Durch- 35 fen kann der erste Biegestab tmen den Biegebereich

biegung. Der zweite Biegestab, an dem die zu darstellenden geschwächten Querschnitt aufweisen,

messende Kraft angreift, muß bis zu einer vorge- an dem die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind,

gebenen Kraft belastet werden, bis er mit dem ersten während der übrige Teil des Stabes gegen Biegung

Biegestab in Kontakt tritt und eine Messung vorge- starr ausgebildet ist.

nommen werden kann. Es ist also ein erster Last- 40 Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel

bereich, in dem nur der zweite Biegestab zur Wir- des Erfindungsgegenstandes.

kung kommt, und ein sich daran anschließender Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht den Auf-

zweiter Lastbereich vorhanden, bei dem eine Kraft- bau der Meßvorrichtung;

messung erfolgt. Eine stufenlose Einstellung des Meß- F i g. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele des

bereichs ist nicht möglich, d h., es können nur Kräfte 45 zweiten Biegestabes und der Meßbereichseinteilung,

von einer bestimmten Mindestkraft bis zu einer In F i g. 1 ist Teil 1 der erste Biegestab, der bei 3

Maximalkraft erfaßt werden. einseitig eingespannt ist. An seinem freien Ende trägt

Bei einer anderen Vorrichtung zur Ermittlung des er eine Einhängevorrichtung 5. Parallel zu diesem

Spannungsdehnungszüfammenhangs bei einem Faden ersten Biegestab ist ein zweiter Biegestab 2 angeord-

ist der Faden zwischen zwei einseitig eingespannten 50 net, dessen Einspannstelle durch die Klemmbacken 8

Biegestäben gespannt, von denen einer durch ein gebildet wird. Die freien Enden der beiden Biegestäbe

Gewicht belastet wird. Der eine Biegestab dient hier- sind über einen Querstab 7 miteinander verbunden,

bei der Messung der am Faden angreifenden Kraft Die Gelenke 9 dieser Verbindungsstellen müssen

und der andere, an welchem das Gewicht angreift, spielfrei ausgeführt sein. Die Angriffsrichtung der zu

der Meiisung der durch die Kraft bewirkten Längung 55 messenden Kräfte ist durch die Pfeile 6 dargestellt,

des Fadens. Auch hier ist eine stufenlose Einstellung Die Klemmbacken 8 sind in Längsrichtung des

des Kraftmeßbereiches nicht möglich. Biegestabes 2 verstellbar. Entsprechend der geklemm'

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese ten Stellung ist die zu messende Maximalkraft be·

vorgenannten Nachteile zu beseitigen. Insbesondere stimmt. Der Aufbau sollte so ausgeführt sein, daß

sollen die Meßbereiche stufenlos eingestellt werden 60 die Durchbiegung des Gebildes 1, 2 in erster Linie

könne», wobei weiterhin die Forderung besteht, daß bestimmt ist durch den Biegestab 2. Der Anteil des

in allefli Meßbereichen bei der jeweiligen Maximal· Biegestabes 1 am Gesamtbiegeträgheltsmoment ist

kraft die Krümmung des den Wegaufnehmer tragen- also auch bei der Messung kleiner Kräfte geringer als

den Biegestabs stets die gleiche ist. der Anteil des Biegestabes 2. Der Biegestab 1 weist

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art «5 einen geschwächten Querschnitt 10 auf, welcher den

wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, Biegebereich darstellt, und an dem die Dehnungsmeß-

i'aß die Einspannstelle des zweiten Biegestabes in an streifen 4 aufgeklebt sind. Der übrige Teil des Biege·

«ich bekannter Weise stufenlos in Längsrichtung des Stabes 1 ist durch Sicken 12 oder durch Umbiegen

seiner Ränder 11 versteift und so gegen Biegung starr ausgebildet.

Durch geeignete Wahl des Biege-Trägheitsmomentes des Biegestabes 2 kann die Einteilung der Meßbereiche entsprechend gewählt werden. Durch eine Einstellmarke an den Klemmbacken kann der eingestellte Meßbereich an einer Skala 9 abgelesen werden. Bei der Verwendung eines Federblattes als Bieges,tab kann das Federblatt die Form eines Rhombus aufweisen, wodurch sich etwa eine Skaleneinteilung ergibt, wie sie In F i g. 1 dargestellt ist. Eine Spreizung der Skala im Bereich der hohen Meßwerte läßt sich erreichen, wenn die das freie Ende des rhombischen Federblattes bildenden Seiten konkav gekrümmt sind, wie dies die Form III in Fig. 3 zeigt. Die Meßwertsbereiche im Bereich hoher Meßwerte liegen um so enger beieinander, je mehr sich das freie Ende einer Rechtecksform annähert. In jedem Fall sollte das Federblatt 2 sich in Richtung auf die Einspannstelle im Gehäuse zu verjüngen, damit die Skala im Bereich kleiner Meßwerte nicht zu stark gedehnt wird.

Zur Festlegung der Skala bedient man sich der Durchbiegeformel für den einseitig eingespannten Träger. Diese lautet

Falls der Träger Rechteckstorm aufweist, verläuft die Skala nach der Formel

Pl³ = const.

Die Form dieses Trägers ist in Fig.3 mit I bezeichnet und der Skalenverlauf in F i g. 2 ebenfalls mit I.

Falls ein dreiecksförmiger Träger verwendet wird, folgt die Skala der Formel

P/² = const.

In F i g. 2 und 3 ist dies mit II bezeichnet.
Für die Skala gilt allgemein

PPIJ = const.,
wobei bei veränderlichem Querschnitt

Für die Arbeitsweise erweist es sich als vorteilhaft, wenn das die Meßvorrichtung aufnehmende Gehäuse gleichzeitig die Abgleichelemente für den elektrischen Nullpunkt des Meßwertgebers enthält.

Bei einer praktisch ausgeführten Vorrichtung der vorgenannten Art kann ohne weiteres ein kontinuierlicher Verstellbereich von etwa 1:100 erfaßt werden. Die zu messenden Kräfte werden wegarm

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45 erfaßt, d, h„ die Durchbiegung beträgt bei jedem Meßbereich etwa ± 2 mm bei jeweils maximaler Belastung in diesem Bereich,

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Kräften unter Verwendung eines ersten, einseitig eingespannten Biegestabes mit einem elektrischen Wegaufnehmer zur Messung seiner Durchbiegung und eines zweiten dazu. parallelen, ebenfalls einseitig eingespannten Biegestabes, wobei beide Biegestäbe über ihre freien Enden mechanisch miteinandei verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannstelle des zweiten Biegestabes (2) in an sich bekannter Weise stufenlos in Längsrichtung des Stabes > wandelbar ist und die beiden freien Enden der Stäbe (1, 2) über spielfreie Gelenke (9) mit einem sie verbindenden Querstab (7) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einspannstelle des zweiten Biegestabes (2) längsverschiebbare Klemmbacken (8) dienen, die mit der Einspannstelle (3) des ersten Biegestabes (1) starr verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Biegestab (2) ein über seine Länge veränderliches Biege-Trägheitsmoment aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Biegestab (2) ein Federblatt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Federblattes (2) über seine Länge veränderlich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federblatt (2) die Form eines Rhombus aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch <\ dadurch gekennzeichnet, daß die das freie Ende des rhombischen Federblattes bildenden Seiten konkav gekrümmt sind, vorzugsweise nach einer Parabelfunktion.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Wegaufnehmer ein Dehnmeßstreifen (4) dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, daß die Wegänderung des ersten Biegestabes (1) induktiv oder kapazitiv abgetastet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Biegestab (1) einen den Biegebereich darstellenden geschwächten Querschnitt aufweist, an de": die Dehnungsmeßstreifen (4) angeordnet sind, während der übrige Teil des Stabes gegen Biegung starr ausgebildetist,

Hierzu i Blatt Zeichnungen