DE1773727A1

DE1773727A1 - Messwandler,insbesondere mit Dehnungsmessstreifen

Info

Publication number: DE1773727A1
Application number: DE19681773727
Authority: DE
Inventors: Sandor Dipl-Ing Dr Kovacs
Original assignee: MERETECHNIKAI KOEZPONTI KUTATO
Current assignee: MERETECHNIKAI KOEZPONTI KUTATO
Priority date: 1967-07-07
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR1571916A; DE1773727C3; NL164665C; US3513431A; DE1773727B2; CS151473B2; NL6809576A; NL164665B; GB1237453A

Description

Patentanwaiie

Dipl. Ing. Walter Meissner 1 7 7 *ί 7 9

Dipl. Ing. Herbert Tischer \ I I O I C I

Büro München München, 28. Juni 1968

München 2, Tal 71

M£££STECHNIKi.I KÖZPONTI KUTlTO LABORATORIUM Budapest (Ungarn)

MEflWANDLBR, INSBESONDERE MT DEHNUNGSMEßSTREIFEN

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Meßwandler, bei welchem ein inhomogenes, mechaninchea Spannungafeld erzeugt wird und somit eine vollständige DehnungsDießbriicke aus aktiven Elementen unter Schwerbeanspruchung des beanspruchten Teiles des Meßkö'rpera, im weiteren; des Meßteiles, aufgebaut wird.

Bei den meisten bekannten MeßwandLerauaführungen

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wirkt die zu messende Kraft auf einen Meßkörper, und die auf einen Querschnitt berechnete Resultante, der im Meßkörper entstehenden mechanischen Spannung, hält mit der zu messenden Kraft Gleichgewicht. Dabei wird der Meßkörper deformiert

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und dies wird durch die Dehnungsmeßstreifen als Änderung vom Unmandlungsfaktor abhängt. Bei den meisten bekannten Meßkörpern wurde es angestrebt, einerseits auf den unterhalb des Dehnungsmeßstreifens befindlichen Flächen ein homogenea Spannungsfeld zu sichern, andererseits wurde in meisten Fällen lediglich eine gleichsinnige Spannung nutzbar gemacht, wobei ein Teil der Elemente der Meßbrücke nur für Kompenäierungszwecke nutzbar gemacht wurde. Bei einigen in letzterer Zeit entwickelten Au3führungen sind jedoch auch die für Kompensierungszwecke dienenden Dehnungsmeßstreifen aktive Teile der Brückenschaltung geworden. Bei einem z.B. gebogenen trägerartigen Meßkörper kann aus den auf den auf Zug beanspruchten und auf Druck beanspruchten Oberflächenelementen angeordneten Dehnungsmeßstreifen eine derartige Meßbrückenschaltung ausgebildet werden. Die Scheropannungen wurden lediglich zum Messen des Torsionsmomenteo nutzbar gemacht, undzwar in der Weise, daß die als Resultante der Scherspannungen entstandene, unter 45°-igem Winkel wirkende Zieh- oder Drucknormalspannung mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen gemessen wurde. Für Kraftmessung ausgebildete, auf Torsion beanspruchte und eine Spannungsansammelstelle enthaltende Meöelemente sind ebenfalls bekannt, doch 1^t für Kraftübertragung an den Meßkörper eine beaondere konstruktionelle Ausbildung erforderlich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei diesen

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Ausführungen eine symmetrische Ausbildung, welche «ufolge ihrer Korrigierwirkung zahlreiche Vorteile bieten würde, niriht möglich i3t.

Mit dem Meßwandler gemäß der Erfindung 1st die Ausbildung einea vorteilhaften Spannungsfeldes in einfacher geometrischer Form möglich, wobei ea ermöglicht wird, in der ganzen Brückenschaltung aktive Dehnungsmeßstreifen anzuwenden. Zwischen der Kraft und dem entstehenden Spannungsfeld entsteht ein einsinniger Funktionszusammenhang, und somit kann auch das inhomogene Oberflächenspannungsfeld vorteil- Q haft nutzbar gemach}; werden. Der MeQtell und der kraftübertragende Oberteil und der die Reaktionskraft übermittelnde Unterteil können in vollkommener ZyIinderaymmetrie ausgebildet werden. Dadurch wird der Einfluß von zahlreichen Paraaytenfaktoren innerhalb des Meßwandlera zufolge der Selbstkorrektion behoben.

Der Dehnungsmeßstreifen kann an jeder beliebigen Stelle des Spannungsfeldea angeordnet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungaform wird der Dehung3meßstrelfen auf den zu der Wirkungalinie parallelen Oberflächen de3 Meßteilea derart angebracht, daß Meßstreifen mit abwechselnd Ζπς- bzw. Druckbeanspruchung erhalten werden. Auf dieser Fläche meldet sich ein bedeutender Teil der mechanischen Spannung als Scherbeanspruchung, doch entstehen im Laufe des Deformationevorganges zufolge des steifen Rahmenwerkes auch weitere Momente, die um eine auf die Wirkungslinie der Kraft senkrechte Achse herumliegen. Diese letzteren Momente können in dem zwischen zwei benachbarten, an den Oberteil, hzw. Unter-

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teil angeachlossenen Rippen des Meßteiles entstehenden Raum des Meßteilee auf ein Biege- und ein Torsionsmoment getrennt werden. Die numerische Bestimmung derselben auf Grund der elementaren Festigkeitslehre stößt jedoch auf Schierigkelten.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann das auf den zur Wirkungslinie der Kraft senkrechten Oberflächen entstehende Spannungsfeld zur Deformation der Dehnungsmeßstreifen dienen.

Unter Berüoksichtigung der Gesichtspunkte der betriebsmäßigen Herstellung ist es möglich, das nutzbar zu machende Spannungsfeld auf die Ebene einea einzigen Kreissegmentes des Meßteile3 zu konzentrieren undzwar derart, daß der kraftübertragende Oberteil und der die Reaktionskraft sichernde Unterteil als neben dem Meßteil angeordnete jedoch koaxiale und fluchtende Ringe ausgebildet werden. Die mechanische Verbindung zwischen den einzelnen Teilen kann auf jener Fläche, die den zur Unterbringung der Dehnungsmeßstreifen dienenden Flächen parallel, jedoch ihr gegenüber liegt» mit Hilfe von Rippen gesichert werden undzwar derart, daß die Rippen abwechselnd an den äußeren bzw. an den inneren Ring als Oberteil bzw. Unterteil angeschlossen sind und eine Verbindung mit dem Meßteil zustandebringen.

Einige beispielsweisen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßwandlers werden anhand der beigelegten Zeichnungen veranschaulicht, bei welchen

Flg. 1. den Meßkörper eines erfindungsgemäßen Meßwandlers zeigt, wobei das als Resultante der Scherspannungen entstehende normale Spannungsfeld zur Kraftmessung nutabar

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gemacht wird.

Fig. 2. veranschaulicht eine Auaführungsform, bei welcher das infolge de3 Biegens entstehende normale Spannunga feld zum Beeinflussen der Dehungameßatreifen nutzbar gemacht wird, während

Fig. 3. eine au Fig. 2 ähnliche Ausführung zeigt, in welcher die obere Schulter und der Unterteil als koaxiale Zylinderringe ausgebildet sind, wobei die Belastung und die Reaktionskräfte an den Meßteil gleichfalls mittels Rippen übertragen sind.

In Fig. 4. ist die Ausführung gemäß Fig. 3., undzwar der als koaxiale Zylinderringe ausgebildete Meßteil, ferner der Oberteil und der Unterteil mit den Rippen im Schnitt dargestellt.

In Fig. 1. ist ein Meßkörper mit beispielsweise vier Meßelementen dargestellt, welche mit je einem Kräftepaar belastet und dadurch einer Scherbeanspruchung unterworfen sind. Als Kräftepaar wirkt ein Rippenpaar, und zufolge der Konstruktion ist die Kraft an zwei nebeneinander liegenden Enden von zwei Meßelementen durch eine gemeinsame Rippe gebildet.

Die Bohrung 1 läuft in der ganzen Länge des Meßkö'rpera durch den aus Meßeleraenten gebildoten Meßteil 2, obere Schulter 3 und Bas^ 4. Die Verbindung zwischen diesen Beatandteilen ist diagonal durch die Rippen 5 bzw. 6. gewährleistet. In dieser Weise wird die mit Pfeil IB bezeichnete Belastungskraft von der oberen Schulter 3 über Rippen 6 auf den ließteil 2 übertragen und sodann in einer auf den

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letzteren senkrechte Ebene zum Erzeugen eines Kräftepaaree über die Rippen 5 hindurch auf die Base 4, wo die Reaktionskraft entsteht. Die Meßelemente 11, 12, 13 und 14 des Meßteiles unterliegen einer Scherbeanspruchung. Dehnungsmeßstreifen 7» 8, 9 und 10 sind auf der Fläche der Meßelemente unter einem in Bezug auf die Achse der Bohrung 1 etwa 45°- igem Winkel liegenden aktiven Richtungen derart angebracht, daß sie abwechselnd die resultierende Zug- bzw. Druckspannung fühlen. Bei derartiger Reihenschaltung der Dehnungsmeßstreifen, wonach auch die Zuführungen verbunden werden, kann eine vollständige Brückenschaltung aufgebaut werden. Fig. 2. veranschaulicht weitere Möglichkeiten zur Anordnung der Dehnungsmeßstreifen, unter Beibehaltung der geometrischen Ausgestaltung gemäß Flg. 1* Bei dieser Ausführung werden die die Dehnung fühlenden Meßstreifen in einer zur Wirkungslinie der Kraft senkrechten Ebene angeordnet, sodaß die auf geeigneten Stellen bzw. Oberflächenelementen das in Ebene normalen Spannungsfeldes entstehende Deformation zum Messen der Kraft nutzbar gemacht wird. Die obere Schulter 3 und Base 4 des Meßkörpers können in einer zur Aufnahme der mit dem Pfeil 15 bezeichneten Zugkraft geeigneten Welse ausgebildet werden. Der Meßteil 2 ist außer der Bohrung 1 und den äußeren Seitenflächen durch zwei auf die Letzteren senkrechten Ebenen begrenzt. Auf diesen Ebenen sind gegenüber den Rippen 3 bzw. 6, auf den Oberflächenelementen 17 Dehnungsmeßstreifen 19, ferner beim Ansatz der Rippen auf den Oberflächenelementen 18 Dehnungsmeßstreifen 20 angeordnet. Die Anzahl der Dehnungsmeßstreifen ist

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durch die zur BrUckenschaltung erforderliche Widerstandawerte bestimmt. Bei der Anordnung der Meßstreifen ist es zweckmäßig, die durch Symmetrie der Achse 21 gebotenen Möglichkeiten auszunützen. In der Brückenschaltung werden die benachbarten Brückenzweige abwechselnd aus auf Zug beanspruchten Dehnungsmeßstreifen 19 bzw. auf Druck beanspruchten Dehnungsmeßstreifen 20 gebildet. In dieser Weise besteht die ganze Brücke aus aktiven Elementen.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3. und 4. wird z.B, der Meßteil 2 nur mit seiner unteren Fläche starr abwechselnd an die Rippen 5 und 6 angeschlossen, von welchen die Rippen ' 5 an einen äußeren Ring als Unterteil 4 angeschlossen sind» während die Rippen 6 an eine als inneren Ring oder anders ausgebildete obere Schulter 3 angeschlossen sind. Demzufolge wird die Belastungskraft den durch die Rippen 5 der Base 4 unterstützten Meßteil 2 mit Hilfe der Rippen 6 der oberen Schulter 3 nach unten ziehen. Die Dehnungsmeßstreifen 22 sind gegenüber den auf den Meßteil eine Zugkraft ausübenden Rippen 6 angeordnet, während die Dehnungsmeßstreifen 23 gegenüber den eine Stützwirkung ausübenden Rippen 5 angeordnet ä sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßbrücke ist eine vollständige aktire Meßbrücke verwirklicht.

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Claims

München, 28. Juni 1968 PATENTANSPRÜCHEt

1. Elektromechaniacher Meßwandler, welcher ein unterem und ein,oberes Belaatungsannahmejelement enthält, wobei auf dem Meßkörper Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, dadurch gekennnzeichnet , daß der Meßkörper mittels mindestens Je zwei Verbindungselementen, welche zu der Achse dea Meßwandlers parallele Wirkungslinien aufweisen, an die die belastungsannehmenden Ober— bzw. Unterteile angeschlossen ist, wobei die Wirkungalinien der an den Unterteil angeschlossenen Elemente außerhalb der Wirkungslinien der an den Oberteil angeschlossenen Elemente fallen, und die an den Oberteil und an den Meßkörper angeschlossenen Elemente bzw. die an den Unterteil und an den Meßkörper angeschlossenen Elemente in Kreisform abwechselnd, zum Mittelpunkt des Kreises symmetrisch angeordnet sind.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen auf den zu den Wirkungslinien parallelen Oberflächen jener Teile des Meßwandlers angeordnet sind, welche zwischen je ein, an den Oberteil bzw. Unterteil angeschlossenes Verbindungselement fallen.

3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, doß die Dehnungsmeßstreifen auf den zu den Wirkungslinien senkrechten Oberflächen jener Teile des Meßwandlers angeordnet sind, welche zwischen je ein, an den Oberteil bzw. Unterteil angeschlossenes Verbindungselement fallen.

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