DE19835540A1 - Kraftaufnehmer - Google Patents

Abstract

Bei einem Kraftaufnehmer besteht die als Kraft-Dehnungswandler dienende Meßfeder (1) aus einer Meßlamelle (2), auf der Dehnungsmeßstreifen (9) angebracht sind, und aus beiderseits der Meßlamelle (2) in gleicher Anzahl angeordneten Lastlamellen (4). Die Meßlamelle (2) und die Lastlamellen (4) liegen mit ihren zur Kraftrichtung und zueinander parallelen Flächen (3, 5) aneinander an und sind miteinander durch Kleben, Schweißen oder formschlüssige Verbindungsmittel, wie Schrauben, Nieten oder dergleichen verbunden. Je nach Anzahl der Lastlemellen (4) ergeben sich unter Verwendung der gleichen Meßlamelle (2) unterschiedliche Meßbereiche (A, B, C).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer mit einer als Biegebalken ausgebildeten und als Kraft-Dehnungswandler dienenden Meßfeder, auf der Dehnungsmeßstreifen zur elektrischen Dehnungsmessung angebracht sind.

Aus der DE 25 52 170 B2 ist ein Kraftaufnehmer der angegebenen Art mit minde­ stens drei im Abstand und parallel zueinander verlaufenden Meßfedern bekannt, bei dem die Dehnmeßstreifen an den voneinander abgewandten Außenflächen der bei­ den äußeren Meßfedern angeordnet sind und die Meßfeder an ihrem einen Ende durch einen Montageblock und an ihrem anderen Ende durch einen Block mitein­ ander verbunden sind, an dem in der zur Ebene der Meßfedern senkrechten Rich­ tung die zu messende Kraft eingeleitet wird. Die Meßfedern können hierbei aus Ble­ chen der vorgesehenen Dicke ausgestanzt werden und an den Montageblock und den Block zur Einleitung der Meßkraft angeschweißt sein. Weiterhin kann der Monta­ geblock und der Block zur Einleitung der Meßkraft durch Endabschnitte der Meßfe­ dern und zwischen diesen angeordneten und mit diesen verschweißten Distanzplat­ ten gebildet sein. Bei dem bekannten Kraftaufnehmer kann die Anzahl der inneren Meßfedern entsprechend dem vorgesehenen Meßbereich gewählt werden, wobei unabhängig von dem jeweiligen Meßbereich die Form der Durchbiegung der äuße­ ren Meßstreifen erhalten bleibt und lediglich die maximale Durchbiegung je nach Größe der gewählten resultierenden Gesamtfederkonstanten bei verschiedenen Meßkräften erreicht wird, so daß für verschiedenen Meßkräfte ausgelegte Biegebal­ ken in ein und derselben Meßeinrichtung mit denselben elektrischen Signaleinrich­ tungen benutzt werden können. Die Gestaltung des bekannten Kraftaufnehmers ist aber auf das Prinzip des Doppelbiegebalkens beschränkt und hat den Nachteil, daß die Außenabmessungen des Biegebalkens sich immer nach dem Meßbereich mit den größten maximalen Meßkräften richten müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für große Kräfte geeigneten Kraft­ aufnehmer der angegebenen Art zu schaffen, der unter Verwendung einer einheitli­ chen elektrischen Dehnungsmeßeinrichtung an unterschiedliche Meßbereiche an­ paßbar ist und der sich durch eine einfache Herstellung und kompakte Abmessun­ gen auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßfeder aus mehreren Lamellen, nämlich wenigstens einer Traglamelle und wenigstens einer Meßlamelle gebildet ist, daß die Lamellen mit zur Kraftrichtung und zueinander par­ allelen Flächen aneinanderliegen und miteinander durch Kleben, Schweißen oder formschlüssige Verbindungsmittel, wie Schrauben, Nieten oder dergleichen verbun­ den sind und daß die Meßlamelle, auf der die Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, oder mehrere Meßlamellen symmetrisch zu der oder den Traglamellen, vor­ zugsweise in der Mitte zwischen den Traglamellen angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftaufnehmer bilden eine oder mehrere Meßlamellen zusammen mit einer veränderlichen Zahl von Traglamellen eine kompakte bauliche Einheit. Die einzelnen Lamellen werden hierbei so miteinander verbunden, daß das Verformungsverhalten der erfindungsgemäßen Meßfeder mit dem Verformungs­ verhalten einer einstückigen Meßfeder vergleichbar ist. Durch die Anordnung der Meßlamelle bzw. Meßlamellen korreliert die Dicke der Meßfeder mit der Größe der maximalen Kraft, für die die Meßfeder bestimmt ist. Eine Meßfeder für kleinere Kräf­ te mit entsprechend wenigen Traglamellen zeichnet sich daher durch kleinere äuße­ re Abmessungen aus, was für den Einbau vorteilhaft ist. Die Traglamellen des erfin­ dungsgemäßen Kraftaufnehmers können eine einheitliche Dicke haben und dement­ sprechend aus dem gleichen Blech hergestellt sein. Es könnten aber auch Lamellen unterschiedlicher Dicke in symmetrische Anordnung zur Meßlamelle vorgesehen sein.

Zur Kraftmessung wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftaufnehmer vorzugsweise die Scherbeanspruchung der Meßlamelle herangezogen. Die Dehnmeßstreifen oder Meßaugen sind hierzu zwischen den Lamellen auf den zur Kraftrichtung parallelen Flächen angeordnet, wobei Ausnehmungen und/oder Vertiefungen in der Meßlamel­ le und/oder den benachbarten Traglamellen vorgesehen sind, die den erforderlichen Einbauraum für die Dehnmeßstreifen bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren Lamellen ge­ bildeten Meßfeder nach der Erfindung und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Meßlamelle der Meßfeder gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßfeder 1 ist nach dem Prinzip eines Trägers auf zwei Stützen ausgebildet, der an seinen beiden Enden auf einem Auflager abgestützt ist und in seiner Mitte mit einer zu messenden Kraft P beaufschlagt wird. Die Meßfeder 1 weist eine zentrale Meßlamelle 2 auf, die im wesentlichen die Form eines flachen Quaders hat, der hochkant zur Auflageebene angeordnet ist, so daß die großen Seitenflächen 3 der Meßlamelle 2 parallel zur Richtung der Kraft P ausgerichtet sind. Die Meßlamelle 2 kann aus unterschiedlichen metallischen und nicht metallischen Werkstoffen hergestellt sein. Auf beiden Seiten der Meßlamelle 2 sind jeweils drei Lastlamellen 4 angeordnet. Die Lastlamellen 4 haben die gleiche Form und Größe wie die Meßlamelle 2. Sie liegen mit ihren großen Seitenflächen 5 aneinander bzw. an den Seitenflächen 3 der Meßlamellen 2 an. Die Meßfeder 1 hat somit die Form eines Quaders, dessen Länge und Höhe durch die Länge und Höhe der Lamellen 2, 4 und dessen Breite durch die Dicke und die Anzahl der Lamellen 2, 4 bestimmt ist. Untereinander sind die Lamellen 2, 4 durch Verkleben ihrer einander zugekehrten Seitenflächen 3, 5 fest miteinander verbunden. Zudem weisen die Lamellen 2, 4 miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 6 auf, durch die Schrauben hindurch­ steckbar sind, die als zusätzliche Verbindungsmittel und gegebenenfalls zum An­ schluß von Abstütz- oder Krafteinleitungsbauteilen dienen. In den Lastlamellen 4 können weiterhin das Biegeverhalten beeinflussende Durchbrüche 7 in symmetri­ scher Anordnung vorgesehen sein. Zur Krafteinleitung kann eine die Lamellen über­ brückende Platte 8 vorgesehen sein, die ebenfalls durch Kleben oder Schweißen mit den Lamellen verbunden sein kann.

Fig. 2 zeigt die Meßlamelle 2, die auf beiden Seitenflächen in symmetrischer An­ ordnung jeweils zwei unter 45° zur Längsachse applizierte Dehnmeßstreifen 9 trägt, die in üblicher Weise als Meßbrücke geschaltet sind und die durch Scher- oder Schubspannungen hervorgerufene Formänderung der Meßlamelle 2 erfassen. Die Anschlußleitungen, die die Dehnmeßstreifen mit einer Auswerteschaltung verbinden, können durch die Durchbrüche 7 in den Traglamellen 4 oder auch auf andere Weise z. B. durch die Meßlamelle selbst nach außen geführt werden. In der Zeichnung sind die Anschlußleitungen nicht dargestellt.

Die dargestellte Meßfeder 1 kann je nach Anzahl der vorgesehenen Lastlamellen 4 in Verbindung mit jeweils der gleichen Meßlamelle 2 für drei unterschiedliche Meß­ bereiche A, B, C verwendet werden. Der Meßbereich A wird durch eine Meßfeder 1 erreicht, die aus einer Meßlamelle 2 und zwei Lastlamellen 4 besteht. Die maximale Belastung einer solchen Meßfeder kann beispielsweise 50 t betragen. Wird die Meß­ lamelle durch zwei weitere Lastlamellen 4 verstärkt, so ergibt sich der Meßbereich B mit einer maximalen Belastung von beispielsweise 100 t. Die dargestellte Meßfeder 1 mit 6 Lastlamellen ergibt den Meßbereich C mit einer maximalen Belastung, z. B. von 150 t. In allen drei Meßbereichen ist die gemessene Formänderung der Meßlamelle 2 bei maximaler Belastung ähnlich.

Nicht näher dargestellt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Gruppe von beispielsweise drei Meßlamellen mittig zwischen jeweils z. B. zwei Lastlamellen angeordnet ist, was vorteilhaft im Hinblick auf die Meßbereichsanpassung ist. Ferner ist eine Ausführungsform nicht näher dargestellt, bei der zwei Anordnungen von jeweils mindestens einer Meßlamelle symmetrisch beiderseits mindestens einer Lastlamelle vorgesehen sind; hier kann ferner noch jeweils mindestens eine Lastla­ melle auf der anderen Seite der Meßlamellen angeordnet sein, was eine Abdeckung der Dehnungsmeßstreifenapplikation vereinfacht.

Die Herstellung des beschriebenen Kraftaufnehmers ist sehr einfach. Die einzelnen Lamellen können auf rationelle Weise mit üblichen Blechverarbeitungswerkzeugen aus einem Stahlblech hergestellt werden. Die Anbringung der Dehnmeßstreifen auf der Meßlamelle kann vor dem Verbinden der Meßlamelle mit Lastlamellen erfolgen und ist daher besonders einfach durchführbar. Anschließend können die Lamellen unmittelbar miteinander verbunden werden, wozu es keiner besonders gestalteter Verbindungsbauteile bedarf.

Claims (7)

1. Kraftaufnehmer mit einer als Biegebalken ausgebildeten und als Kraft-Dehnungswandler dienenden Meßfeder, auf der Dehnungsmeßstreifen zur elektrischen Dehnungsmessung angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfeder (1) aus mehreren Lamellen, nämlich wenigstens einer Traglamelle (4) und wenigstens einer Meßlamelle (2) gebildet ist, daß die La­ mellen (2, 4) mit zur Kraftrichtung und zueinander parallelen Flächen (3, 5) aneinanderliegen und miteinander durch Kleben, Schweißen oder formschlüssi­ ge Verbindungsmittel, wie Schrauben, Nieten oder dergleichen verbunden sind und daß die Meßlamelle (2), auf der die Dehnungsmeßstreifen (9) angebracht sind, oder mehrere Meßlamellen symmetrisch zu der oder den Traglamellen (4), vorzugsweise in der Mitte zwischen den Traglamellen (4) angeordnet sind.

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungs­ meßstreifen (9) auf den zur Kraftrichtung parallelen Flächen der Meßlamellen (2) angeordnet sind.

3. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (2, 4) eine einheitliche Dicke haben.

4. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßfeder (1) als Träger auf zwei Stützen mit mittiger Kraftein­ leitung ausgebildet ist und daß die Meßlamelle (2) in symmetrische Anordnung zur mittigen Krafteinleitungsebene Dehnungsmeßstreifen (9) aufweist.

5. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beiderseits der zumindest einen Meßlamelle (2) Traglamellen (4) angeordnet sind.

6. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Anordnungen von jeweils mindestens einer Meßlamelle symmetrisch beiderseits mindestens einer Lastlamelle vorgesehen sind.

7. Kraftaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils min­ destens eine weitere Lastlamelle auf der anderen Seite der Meßlamellen an­ geordnet ist.