DE2061186A1 - Mit Dehnungsmessern bestueckter Lastfuehler - Google Patents

Mit Dehnungsmessern bestueckter Lastfuehler

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DE2061186A1
DE2061186A1 DE19702061186 DE2061186A DE2061186A1 DE 2061186 A1 DE2061186 A1 DE 2061186A1 DE 19702061186 DE19702061186 DE 19702061186 DE 2061186 A DE2061186 A DE 2061186A DE 2061186 A1 DE2061186 A1 DE 2061186A1
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Koshiro Oi
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2218Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • a.trlfft: Mit Dehnungsmessern bestückter Lastfühler Die Erfindung betrifft einen mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühler, der im Vergleich zu bekannten tastfühlern geringe Länge besitzt.
  • Die bekannten Lastfühler, die zur Messung der Walzen-Andruckkraft eines Walzwerks benutzt werden, sollten wünschenswerterweise gleichmäßigen Querschnitt über ihre Längsausdehnung hinweg besitzen und möglichst kurz sein, wenn sie für ein Walzwerk verwendet werden, wie dies bei einem säulenförmigen Körper von zylindrischem oder mehreckigem Querschnitt aus einem Spezialstahl o.dgl. Werkstoff mit vergleichsweise hohem Elastizitätsmodul und hoher mechanischer Festigkeit der Fall ist. Die bekannten Lastfühler sind so aufgebaut, daß zwei Dehnungsmesser auf den Außenumfang des tastfühlers in Umfangsrichtung am Mittelpunkt der Längserstreckung und an diametral gegenüberliegenden Stellen aufgesteckt sind, während zwei weitere Dehnungsmesser in den Mittelstellungen zwischen den ersten beiden Dehnungsmessern in Längsrichtung ausgerichtet auf der gleichen Fläche angeordnet sind. Die Last W (W = b zu E = Elastizitätsmodul eines Lastfühlers, A = eine Querschnittsfläche eines Lastfühlers) kann durch inverse Berechnung aus der Dehnung £ des Lastfühlers gemessen werden, welche durch die Dehnungsmesser festgestellt werden soll.
  • Selbst wenn hierbei die mechanische Festigkeit des Lastfühlers durch entsprechende Auswahl seines Werkstoff 5 außerordentlich hoch wäre, ist die höchstzulässige Beanspruchung bzw. Dehnung t o der Dehnungsmesser auf einen vorbestimmten Wert von etwa 600 - 800 x 10 - 6 beschränkt und ist auch der Elastizitätsmodul E des Lastfühlers begrenzt, so daß für eine vorgegebene Größe der Last WO der Querschnitt A des Lastfühlers auf größer als beschränkt ist und der Lastfühler mithin nicht dünner als dieser Grenzwert ausgebildet werden kann.
  • Da außerdem bei der Anlegung einer abwärts gerichteten Last W an die Oberseite des Lastfühlers eine Reibungskraft zwischen der Oberseite des Lastfühlers und einer Belastungsfläche, wie diejenige eines Walzwerks, ausgeübt wird, wird bei kurzem Lastfühler die mit seiner Kompression verbundene Querbelastung durch die Reibungskraft unterdrückt, wodurch die auf den Lastfühler aufgesetzten Dehnungsmesser beeinflußt werden. Wenn die auf die Stirnfläche des Lastfühlers a einwirkende Last W nicht gleichmäßig über diese Fläche hinweg verteilt ist, beeinflußt sie außerdem ebenfalls die Dehnungsmesser.
  • Bei derartigen bekannten Lastfühlern muß daher die Länge des Lastfühlers größer als etwa das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers seines Querschnitts sein, so daß der Last fühler nicht verkürzt und gleichzeitig seine MeßgenauLgkeit über einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die den bisher bekannten, mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühlern innewohnenden vorgenannten Nachteile zu beseitigen und einen Lastfühler minimaler Länge für eine vorbestimmte Last zu schaffen. In diesem Zusammenhang soll die Erfindung die Aufgabe lösen, einen Last fühler guter Meßgenautgkeit zu schaffen, bei welchem der Einfluß von auf die Stirnfläche ausgeübten ungleichmäßigen Belastungen und/oder der auf die Stirnfläche einwirkenden Reibungskraft auf die Querbelastung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Außerdem soll bei diesem Lastfühler vorzugsweise die Große der Belastung bzw. Dehnung der auf die Umfangsfläche des Lastfühlers aufgesetzten, in Axial- und Umfangsrichtung ausgerichteten Dehnungsmesser jeweils praktisch gleich groß sein, so daß eine große Neßgenauigkeit erzielt wird.
  • Schließlich soll der erfindungsgemäße Last fühler zweckmäßigerweise von Anfang an eine dauernde Verformung eines andrückenden Abschnitts eines Walzwerk o.dgl. verhindern, welcher mit der Stirnfläche des Lastfühlers in Berührung steht und eine Belastung darauf ausübt.
  • Diese Aufgaben werden bei einem mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühler erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er einen säulenförmigen zentralen Abschnitt mit über eine vorbestimmte Länge hinweg gleichmäßigem Querschnitt aufweist, an dessen Ober- und Unterseite sich einstückig mit ihm ausgebildete Abschnitte von kleinerem Querschnitt als der zentrale Abschnitt anschließen.
  • Obgleich auch der Querschnitt des zentralen Abschnitts infolge der höchstzulässigen Belastung bzw. Dehnung der auf seinen Außenumfang aufgesetzten Dehnungsmesser auf einen größeren als einen vorbestimmten Wert beschränkt ist, da der säulenförmige zentrale Abschnitt über eine vorbestimmte Länge hinweg einen größeren Querschnitt aufweist als die außenliegenden Abschnitte, kann die Fläche der freien Stirnfläche des außenliegenden Abschnitts, auf welchen die Last unmittelbar einwirkt, verkleinert werden, was zu einer weitgehenden Milderung des Einflusses einer auf die Stirnfläche des Lastfühlers ausgeübten ungleichmäßigen Belastung und/oder des Einflusses der Querbelastung der auf die Stirnfläche des Lastfühlers einwirkenden Reibungskraft führt, so daß in2igedessen die Gesamtlänge des Lastfühlers durch Verkürzung der Länge der außenliegenden Abschnitte verkleinert und gleichzeitig die Meßgenauigkeit über einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.
  • Durch entsprechende Auswahl des Durchmessers und der Länge des zentralen Abschnitts sowie des Durchmessers und der Länge der außenliegenden Abschnitte wird es weiterhin möglich, die Belastungsgrößen der auf die Außenumfangsfläche des Lastfühlers aufgesetzten, axial und umfangsmäßig gerichteten Dehnungsmesser praktisch einander gleich zu machen und auf diese Weise einen großen Meßwert zu erreichen.
  • Im folgenden sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten, mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühlers, Fig. 2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühlers mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 3 ein Schaltbild für die auf den Lastfühler aufgegesetzten Dehnungsmesser, Fig. 4 eine Seitenansicht einer abgewandelten AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Lastfühlers, Fig. 5 Bne Aufsicht auf eine Lastfühler-Anordnung, bei welcher mehrere Lastfühler gemäß Fig. 4 vorgesehen sind, und Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
  • Fig. 1 zeigt einen bekannten Lastfühler, auf dessen Umfang am Mittelpunkt der Längserstreckung vier Dehnungsmesser b paarweise an diametral gegenüberliegenden Stellen aufgesteckt sind, von denen zwei Dehnungsmesser b1 und 2 Belastungen bzw.
  • Dehnungen in Umfangsrichtung und die beiden anderen Dehnungsmesser b3, von denen nur der eine sichtbar ist, Belastungen bzw. Dehnungen in Längsrichtung feststellen. Die Richtung der einwirkenden Kraft ist mit W bezeichnet.
  • Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lastfühlers weist einen säulenförmigen zentralen Abschnitt 1 mit über eine vorbestimmte Länge hinweg gleichmäßigem Querschnitt auf. Der Querschnitt dieses zentralen Abschnitts 1 ist so gewählt, daß er mit einem auf der Basis der Höchstbelastung WO des Lastfühlers, der höchstzulässigen Belastung bzw. Dehnung 50 eines an der Mantelfläche des Abschnitts 1 vorgesehenen Dehnungsmessers 3 und dem Elastizitätsmodul E des Lastfühlers bestimmten Wert übereinstimmt.
  • Zu beiden Seiten des zentralen Abschnitts 1 des Lastfühlers ist je ein einstückig mit dem zentralen Abschnitt 1 ausgebildeter, koaxialer, dünnerer Abschnitt 2 vorgesehen. Die Ubergangsbereiche zwischen den Mantelflächen der dünneren Abschnitte 2 sowie der Ober- und Unterseite des zentralen Abschnitts 1 sind als gekrümmte Flächen solcher KrUmmung ausgebildet, daß sich die Belastungen nicht an diesen Stellen konzentrieren.
  • Von den an der Mantelfläche des zentralen Abschnitts 1 vorgesehenen Dehnungsmessern 3 sind zwei/Dehnungsmesser 3a, 3b in Umfangsrichtung weisende am Längsmittelpunkt und an diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet und zwei in Längsrichtung weisende Dehnungsmesser 3c, 3d an Punkten in der Mitte zwischen den Dehnungsmessern 3a, gb angeordnet.
  • Die vier Dehnungsmesser 3a - 3d sind gemäß Fig. 3 in einer an eine Stromquelle 4 angeschlossenen Wheatstonetschen Brücke zusammengeschaltet, deren Spannung an zwei Ausgangsklemmen 5 abgenommen werden kann.
  • Obgleich bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Querschnittsfläche des zentralen Abschnitts 1 nicht kleiner ausgelegt werden kann, als ein Wert, der durch die Höchstlast WO, die höchstzulässige Dehnung £ O der Dehnungsmesser 3 und den Elastizitätsmodul E des Lastfühlers bestimmt wird, ist es möglich, den auf die Querbelastung ausgeübten Einfluß einer ungleichmäßigen Lastverteilung auf dem Lastfühler und/oder der auf seine Stirnfläche ausgeübten Reibungskraft weitgehend zu unterdrücken, indem die Fläche der freien Stirnflächen der anschließenden Abschnitte, auf welche die Last unmittelbar einwirkt, verkleinert und gleichzeitig auch die Länge der benachbarten Abschnitte verkürzt wird, wodurch die Gesamtlänge des Lastfühlers ausreichend verkleinert werden kann.
  • Wie erwähnt, sind die außenliegenden Abschnitte 2 dünner als der zentrale Abschnitt 1 und koaxial und einstückig mit seinen Stirnflächen verbunden. Wenn daher eine Last auf den Lastfühler ausgeübt wird, wird, auch wenn im Mittelbereich des zentralen Abschnitts 1 eine große, in Axialrichtung wirkende Druckspannung erzeugt und mithin der zentrale Abschnitt 1 einer großen mechanischen Spannung in Axialrichtung unterworfen wird, im Außenumfangsbereich des zentralen Abschnitts 1 keine so große, axial gerichtete Druckspannung erzeugt, so daß die axial gerichtete Belastung bzw. Dehnung in diesem Bereich klein ist. Selbst wenn daher eine große Last auf den Lastfllhler einwirkt, werden die an der Mantel fläche des Mittelabschnitts 1 angeordneten, axial gerichteten Dehnungsmesser 3c, 3d keiner die höchstzulässige Belastung bzw. Dehnung e0 Ubersteigenden Druckspannung unterworfen.
  • Die axial gerichteten, durch die axial angeordneten Dehnungsmesser 3c, 3d festzustellenden Belastungen bzw. Dehnungen £Cs gd können auf oben beschriebene Weise reduziert werden. Andererseits ist neben der Belastung bzw. Dehnung in Uinfangsrichtung, welche durch die im Mittelabschnitt 1 auftretende axiale Druckspannung hervorgerufen wird, eine andere Dehnungsbelastung in Umfangsrichtung infolge der Verpressung der Stirnflächen des zentralen Abschnitts 1 durch die außenliegenden Abschnitte 2 vorhanden, so daß es möglich ist, die Belastungen bzw. Dehnungen Ea tb in Umfangsrichtung, welche durch die Dehnungsmesser 3a, Db festgestellt werden sollen, zu erhöhen; diese Belastungen sind wesentlich kleiner als die axialen Belastungen C id bei den herkömmlichen Lastfühlern der in Fig. 1 dargestellten Art, d+ie praktisch genau so groß sind wie die axialen Belastungen, die auf vorher beschriebene Weise herabgesetzt worden sind.
  • Wenn mit K ein Meßfaktor der Dehnungsmesser bezeichnet wird, tritt an den Ausgangsklemmen 5 der Wheatestoneschen Brücke eine Spannung auf. Wenn die Druckspannungen fa und #b negative Werte besitzen, läßt sich die obige Gleichung wie folgt umschreiben: Wenn die Absolutwerte der Belastungen bzw. Druckspannungen ga gbv Ec und Ed jeweils dieselbe Größe besitzen, kann das maximale Ausgangssignal erzielt werden, wenn alle diese Spannungen bzw. Dehnungen ihre höchstzulässigen Werte erreichen, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert werden kann.
  • Da bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Fläche der Stirnflächen der außenliegenden Abschnitte 2, auf welche die Last unmittelbar ausgeübt wird, klein ist, kann es, obgleich sich der Lastfühler ausreichend gegen die Last abstützt, möglicherweise vorkommen, daß dem Lastfühler gegenüberliegende oder entgegenwirkende Glieder einer ihre zulässige Belastung überschreitenden Dauerverformung unterworfen werden. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch ausgeräumt werden, daß die freien Stirnflächen der außenliegenden Abschnitte 12 gemäß Fig. 4 mit Last-Aufnahmeteilen 13 versehen werden, die breiter sind als die außenliegenden Abschnitte 12.
  • Wenn beispielsweise gemäß Fig. 5 und 6 jeweils ein Aufnahmeteil 13 des in Fig. 4 dargestellten Lastfühlers in eine Bohrung 15 einer Abschlußplatte 14 eingeführt wird, die an vier auf gleiche Umfangsabstände verteilten Stellen mit derartigen Bohrungen 15 versehen ist, und der andere Aufnahmeteil 13 auf eine andere Abschlußplatte 16 aufgesetzt oder mittels Klebstoffs daran befestigt wird, so kann die höchstzulässige Last mit dem Faktor 4 multipliziert werden, ohne daß sich die Höhe des Lastfühlers im Vergleich zu einem einzigen Lastfühler vergrößert.
  • Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin einen Dehnungsmesser-LastfUhler, bei welchem an Ober- und Unterseite eines säulenförmigen Mittelabschnitts mit gleichmäßigem Querschnitt über eine vorbestimmte Länge hinweg anschließende Abschnitte einstückig mit dem Mittelabschnitt ausgebildet sind, die kleineren Querschnitt besitzen als letzterer, wobei gegebenenfalls an den freien Enden der anschließenden Abschnitte einstückig damit verbundene Aufnahmeteile von größerem Querschnitt als diese Abschnitte vorgesehen sein können.
  • Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, soll sie selbstverständlich keinesfalls darauf beschränkt sein, sondern vielmehr alle innerhalb des Rahmens der Erfindung liegenden Anderungen/Abwandlungen mit umfassen.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Mit Dehnungsmessern bestückter Lastfühler, dadurch gekennzeichnet, daß er einen säulenförmigen zentralen Abschnitt (1;11) mit über eine vorbestimmte Länge hinweg gleichmäßigem Querschnitt aufweist, an dessen Ober- und Unterseite sich einstückig mit ihm ausgebildete Abschnitte (2;12) von kleinerem Querschnitt als der zentrale Abschnitt anschließen.
  2. 2. Lastfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden der sich anschließenden Abschnitte (12) einstückig mit diesen verbundene Aufnahmeteile (13) vorgesehen sind, die größeren Querschnitt als die anschließenden Abschnitte besitzen.
  3. 3. Lastfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche in den Übergangsbereichen vom zentralen Abschnitt (1;11) zu den anschließenden Abschnitten (2;12) vom Querschnitt des zentralen Abschnitts aus allmählich abnimmt, bis sie in den Querschnitt des betreffenden anschließenden Abschnitts übergeht.
  4. 4. Lastfühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche in den Übergangsbereichen von den einzelnen anschließenden Abschnitten (2;12) zum jeweils benachbarten Aufnahmeteil (13) vom Querschnitt des betreffenden anschließenden Abschnitts allmählich zunimmt, bis sie in den Querschnitt des betreffenden Aufnahmeteils übergeht.
  5. 5. Aus mehreren Lastfühlern nach Anspruch 2 bestehende Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freien Stirnflächen der Aufhahmeteile (14,16) aller Fühler jeweils mit einer Abschlußplatte (14;16) verbunden sind, mit deren Hilfe diese Stirnflächen jeweils in gleichen Ebenen ausrichtbar sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2718543A1 (de) * 1976-04-26 1977-11-03 Vibro Dynamics Corp Lastfuehler
DE3302732A1 (de) * 1982-01-29 1983-08-04 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Vorrichtung zum erfassen der axial-druckbelastung einer welle
JP2018017699A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 日本精工株式会社 荷重検出用センサユニット、及び軸受装置、並びに連続鋳造設備

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