DE1773727B2 - Elektromechanischer Meßwandler - Google Patents

Description

Meßteil, ferner der Oberteil und der Unterteil mit den Rippen im Schnitt dargestellt.

In F i g. 1 ist ein Mefikörper 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 -<wei nebeneinanderliegenden Enden von zwei Meßelementen durch eine gemeinsame Rippe gebildet.

Die Bohrung 1 läuft, in der ganzen Länge des Meßkörpers durch den aus Meßelementen gebildeten Meßteil 2, obere Schulter 3 und Base 4. Die Verbindung zwischen diesen Bestandteilen ist diagonal durch die Rippen S bzw. 6 gewährleistet. In dieser Weise wird die mit Pfeil 15 bezeichnete Belastungskraft von der oberen Schulter 3 über Rippen 6 auf den Meßteil 2 übertragen und sodann in einer auf den letzteren senkrechte Ebene zum Erzeugen eines Kräftepaares über die Rippen S hindurch auf die Base 4, wo die Reaktionskraft entsteht. Die Meßelemente 11, 12, 13 und 14 des Meßteiles unterliegen einer Scherbeanspruchung. Dehnungsmeßstreifen?, 8,9 und 10 sind auf der Fläche der Meßelemente unter einem in bezug auf die Achse der Bohrung 1 etwa 45°igen 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.

F i g. 2 veranschaulicht weitere Möglichkeiten zur Anordnung der Dehnungsmeßstreifen unter Beibehaltung der geometrischen Ausgestaltung gemäß Fig. 1. Bei dieser Ausführung werden die die Dehnung fühlenden Meßstreifen in einer zur Wirkungslinie der Kraft senkrechten Ebene angeordnet, so daß die auf geeigneten Stellen bzw. Oberflächenelementen des in Ebene normalen Spannungsfeldes entstehende Deforroalion zum Messen der Kraft nutzbar gemacht wird Sk obere Schulter 3 und Base 4 des Mtf-tarpe« können in einer zur Aufnahme der mit dem Pfeil 15 oezeichneten Zugkraft geeigneten Weise ausgeh! de werden. Der Meßteil 2 ist außer der Bohrung luna den äußeren Seitenflächen durch zwei auf die letzteren senkrechten Ebenen begrenzt. Auf diesen LDenen sind gegenüber den Rippen S bzw. 6, auf den Oberflächenelementen 17 Dehnungsmeßstreifen 19, ferner beim Ansatz der Rippen auf den Oberflachenelementen 18 Dehnungsmeßstreifen 20 angeordnet. Die Anzahl der Dehnungsmeßstreifen ist durch die zur Brückenschaltung erforderlichen Widerstandswerte bestimmt. Bei der Anordnung der Meßstreifen ist es zweckmäßig, die durch Symmetrie der Achse 21 gebotenen Möglichkeiten auszunutzen. In der Brückenschaltung werden die benachbarten Brückenzweige abwechselnd aus auf Zug beanspruchten Dehnungsmeßstreifen 19 bzw. auf Druck beanspruchten Dehnungsmeßstreifen 20 gebildet. Ip. dieser Weise besteht die ganze 3rücke aus aktiven Elementen.

Bei der Ausführung gemäß Fi g. 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 S 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

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

per zur Kraftmessung bekannt, bei denen jedoch für Patentansprüche- die Kraftübertragung auf den Meßkörper beisondeie konstruktive Maßnahmen erforderlich sind. Ein wei-

1. Elektromechanischer Meßwandler nut terer Nachteil dieser bekannten Meßwandler besteht einem oberen und einem unteren Krafteinlei- 5 darin, daß die von ihnen erzeugten Spannungsfelder tungselement sowie einem zwischen den beiden eine komplizierte geometrische Form aufweisen,

und mit demselben symmetrisch zu einer durch Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Kraftwirkungsrichtung bestimmten Symme- einen elektromechanischen Meßwandler zu schaffen, trieachse angeordneten Meßkörper, dadurch bei dem sich die Dehnungsmeßelemente an jeder begekennzeichnet, daß zwischen dem oberen i& liebigeu Stelle des Spannungsfeldes anordnen lassen und dem unteren Krafteinleitungselement (3, 4) und das Spannungsfeld selbst eine einfache geometrizur Verbindung und zur Kraftübertragung auf sehe Form erhält, wobei es möglich sein soll, in der den zwischengeschalteten Meßkörper (2) beson- ganzen Brückenschaltuag die Dehnungsmeßelemente ders ausgebildete Stege (S, 6) vorgesehen sind, r's aktive Glieder zu benutzen,
die parallel zur Symmetrieachse verlaufen, daß _l5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gedie zwischen dem oberen Krafteinleitungselement löst, daß zwischen dem oberen und dem unteren (3) und dem Meßkörper (2) vorgesehenen, gegen- Krafteinleitungselement zur Verbindung und zur über den zwischen dem unteren Krafteinleitungs- Kraftübertragung auf den zwischengeschalteien Meßelement (4) und dem Meßkörper angeordneten körper besonders ausgebildetete Stage vorgesehen Stegen um eiaen Winkel bis 90° versetzt, sym- ₂₀ sind, die parallel zur Symmetrieachse verlaufen, daß metrisch auf einer der parallel zueinander liegen- die zwischen dem oberen Krafteinleitungselement den, Querschnittebenen des Wandlers bildenden und dem Meßkörper vorgesehenen, gegenüber den Meßkörperoberflachen und zur Symmetrieachse zwischen dem unteren Krafteinleitungselement und der Anordnung parallel angeordnet sind, daß auf dem Meßkörper angeordneten Stegen um einen Winden freien Oberflächenbereichen des Meßkörpers _a5 kel bis 90° versetzt, symmetrisch auf einer der par-(2) Dehnungsmeßelemente (7, 8, 9, 10) in be- allel zueinander liegenden, Querschuittsebenen des stimmter Zuordnung zur Symmetrieachse vorge- Wandlers bildenden Meßkörperoberflächen und zur sehen sind. Symmetrieachse der Anordnung parallel angeordnet

2. Elektromechanischer Meßwandler nach An- sind, daß auf den freien Oberflächenbereichen des spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deh- ₃₀ Meßkörpers Dennungselemente in bestimmter nungsmeßelemente (7, 8, 9, 10) unter einem Zuordnung zur Symmetrieachse vorgesehen sind.
Winkel von 45° zu der Symmetrieachse angeord- Durch diese Ausbildung des Meßwandlers wird net sind. der Meßkörper durch die Torsionsmomente der

Kräftepaare, die um zwei aufeinander senkrecht ste-

,₅ henden Achsen wirken, belastet. Die dabei entstehenden Gleitspannungen sind inhomogen. Dies er-

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen weist sich als vorteilhaft für die Beanspruchung der

Meßwandler mit einem oberen und einem unteren auf der Meßkörperoberfläche befindlichen Deh-

Krafteinleitungselement sowie einem zwischen den nungsmeßelemente, auf die keine sprunghafte BeIa-

beiden und mit demselben symmetrisch zu einer stungssteigerung einwirkt, sondern eine sich stufen-

durch die Kraftwirkungsrichtung bestimmten Sym- weise erhöhende Beanspruchung, wodurch die Ge-

metrieachse angeordneten Meßkörper. fahr des Gleitens und Kriechens verringert wird. Ein

Bei den bekannten elektromechanischen Meß- weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Gleitwandlern dieser Art, bei denen auf den Meßkörper spannung keine Wärmeentwicklung bewirkt, woeine zu messende Kraft einwirkt, hält die auf den _4g durch das Wärmegleichgewicht des Systems während Querschnitt bezogene Resultierende der im Meßkör- der Messung erhalten bleibt.

per entstehenden mechanischen Spannung der zu Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ermessenden Kraft das Gleichgewicht. Dabei wird der findungsvorschlags lassen sich die Dehnungsmeßele-Meßkörper deformiert, und diese Formänderung wird mente unter einem Winkel von 45° zu der Symmedurch die Dehnungsmeßstreifen ermittelt. Bisher war rbachse anordnen.

man bestrebt, einerseits auf den Flächen auf denen Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in

sich die Dehnungsmeßstreiten befanden, ein homoge- der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele

nes Spannungsfeld zu erhalten, andererseits wurde in näher erläutert, bei der

den meisten Fällen lediglich eine gleichsinnige Span- F i g. 1 den Meßkörper eines erfindungsgemäßen

nung verwendet, wobei ein Teil der Elemente der an- ,. Meßwandlers zeigt, wobei das als Resultante der

geschlossenen Meßbrücke nur zur Kompensierung Lcherspannungen. entstehende normale Spannungs-

diente. Es ist jedoch auch bekannt, die zunächst nur feld zur Kraftmessung nutzbar gemacht wird;

zur Kompensierung dienenden Dehnungsmeßstreifen F i g. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei

als aktive Teile in die Brückenschaltung einzuschal- welcher das infolge dee Biegens entstehende normale

ten (Siemens Z., Heft 12, Dez. 1964, S. 898 bis 904). _6<j Spanriungsfeld zum Beeinflussen der Dehnungsmeß-

Dabei ist es ferner bekannt, die Scherspannungen des streifen nutzbar gemacht wird, während

Meßkörpers zur Messung von Torsionsmomenten F ί g. 3 eine zu F i g. 2 ähnliche Ausführung zeigt,

nutzbar zu machen, und zwar in der Weise, daß die in welcher die obere Schulter und der Unterteil als

als Resultierende der Querspannung entstehende, un- koaxiale Zylinderringe ausgebildet sind, wobei die

ter einem Winkel von 45° wirkende Nörmalspan- 65 Belastung und die Reaktionskräfte an den Meßteil

nung mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen gemessen gleichfalls mittels Rippen übertragen sind,

wurde. In Fig-4 ist die Ausführung gemäß Fig,3, und

Es sind ferner auf Torsion beanspruchte Meßkör- zwar der als koaxiale Zylinderringe ausgebildete