DE2129214B2

DE2129214B2 - Messwertwandler, insbesondere fuer die kraftmessung

Info

Publication number: DE2129214B2
Application number: DE2129214A
Authority: DE
Inventors: Ivan Dipl.-Ing. Freiburg Reznicek (Schweiz)
Original assignee: Vibro Meter SA
Current assignee: Meggitt SA
Priority date: 1971-06-12
Filing date: 1971-06-12
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE2129214A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftmeßwandler mit mindestens zwei mi; Dehnungsmeßstreifen bestückten Meßbalken, die symmetrisch und senkrecht zur Krafteinleitungsachse zwischen einem relativ biegesteifen Mittelstück und starr eingespannten Endstükken unter Zwischenschaltung von Gelenken angeordnet sind.

Ein Kraftmeßwandler dieser Art ist bereits aus der DT-AS 12 63 351 bekannt. Bei diesem sind die Gelenke als Biegegelenke ausgebildet und in Richtung der Längsachse der Meßbalken zwischen diesen und dem biegesteifen Mittelstück angeordnet. Um die bei der Krafteinleitung auftretenden Winkeländerungen zwisehen dem Mittelstück und den ihm zugewandten Enden der Meßbalken aufnehmen zu können, sind in Richtung der Längsachse der Meßbalken verhältnismäßig lange Biegegelenke erforderlich. Diese Gelenke müssen auch in Richtung der Längsachse der Meßbalken verformbar sein. Der bekannte Kraftmeßwandler ist daher nur für verhältnismäßig kleine und zumindest annähernd axiale Kräfte anwendbar, da sich für größere Kräfte zu große Abmessungen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftmeßwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der — ohne Beeinträchtigung der linearen Charakteristik — kleine Abmessungen aufweist, gegen Querkräfte unempfindlich ist, sowie einfach und billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Torsionsgelenke können die Winkeländerungen zwischen den einander abgewandien Enden der Meßbaiken und den eingespannten Endstücken ohne Beeinträchtigung der Charakteristik des Kraftmeßwandle.s aufnehmen. Sie sind hierbei nur relativ wenig und für beide Kraftrichtungen symmetrisch beansprucht, so daß auch langzeitige dynamische Belastungen der Meßkörper zugelassen werden können. Weiter ist es daher vorteilhaft möglich, in beiden Kraftrichtungen symmetrische Kraftmeßwandler mit kurzen MeCbalken zu bauen, die überraschend kleine Abmessungen aufweisen und sowohl für sehr kleine als auch für große Kräfte verwendbar sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die einander abgewandten Enden der Meßbalken können einfach gemeinsam eingespannt werden, wenn sie gemäß Anspruch 2 über Verbindungsbalken miteinander in Verbindung stehen. Die bevorzugte Ausführung nach Anspruch 3 ergibt einen einstückigen, flachen Meßkörper mit zwei oder mehreren, vom biegesteifen Mittelstück strahlenförmig ausgehenden Meßbalken, wobei durch Wahl der Größe, der Form und der Anzahl der Ausnehmungen unterschiedlichen Anforderungen Rechnung getragen werden kann. Durch die Ausbildung nach Anspruch 4 wird die Charakteristik des Kraftmeßwandlers verbessert, und die Maßnahme nach Anspruch 5 dient zur Sicherstellung einer biegesteifen Krafteinleitung und biegesteifer Abstützungen der Enden der Meßbalken, wobei der Meßkörper auch aus weniger biegesteifem Werkstoff hergestellt werden kann, z. B. aus Federblech. Mit der Maßnahme nach Anspruch 6 wird schließlich ein Schutz gegen Überlastung der Meßbalken erreicht.

In der nachfolgenden Beschreibung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielcn, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert sowie einer bekannten Ausführung mit Doppelbiegebalken gegenübergestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftmeßwandlers im Grundriß,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Kraftmeßwandler nach der Linie H-II,

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Grundriß,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Schrägansicht von oben,

F i g. 5 das Schema einer bekannten Ausführung, wobei eine schematische Seitenansicht (5,·)), der Biegemomentverlauf (5ö) und der Spannungsverlauf (5c) dargestellt sind,

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Gegenüberstellung zur bekannten Ausführung nach F i g. 5 mit schematischer Seitenansicht (6a), Biegemo-

mentverlauf (bb) und Spannungsverlauf (6c), und

F i g. 7 einen Querschnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Kraftmeßwandler nach der Linie VII-VlI in Fig. 1.

Gemäß den F i g. 1 und 2 besteht der Kraftmeßwandler aus einem verhältnismäßig flachen Körper, in dem durch Bohrungen J Meßbalken 2 gebildet sind, an deren einander abgewandten Enden Torsionsgelenke 3 anschließen, die an einer Seite durch die Bohrungen 1 begrenzt sind. Auf beiden Oberflächen der Meßbalken 2 sind Dehnungsmeßstreifen 4 befestigt. Im Zentrum des Meßkörpers befindet sich ein verhältnismäßig biegesteifes Mittelstück mit einer Bohrung 5, die zur Befestigung eines Bolzens oder einer Achse für die Krafteinleitung dient Zur Auflagerung des Meßkörpers mittels einer Verschraubung sind Bohrungen 6 vorgesehen, die in Verbindungsbalken 7 angeordnet sind, welche an die Torsionsgelenke 3 anschließen und die einander abgewandten Enden der Meßbalken 2 miteinander verbinden. Zwischen dem biegesteifen Miuelstück und den Verbindungsbalken 7 sind Schlitze 8 vorgesehen, die jeweils zwischen zwei Bohrungen 1 durchgehen.

Das in F i g. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel weist vier symmetrisch angeordnete Meßbalken 2 auf. die sternförmig von dem mit der zentralen Bohrung 5 versehenen biegesteifen Mittelstück ausgehen. Die Meßbalken 2 sind hier durch längliche, abgewinkelt verlaufende Ausnehmungen 1 gebildet. In den vier Ecken sind Befestigungsbohrungen 6 vorhanden.

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 besteht der Meßkörper aus einem an den Enden aOgewinkelten und vorzugsweise noch verdünnten Federblech, in dem Meßbalken 2 und Verbindungsbalken 7 ausgeschnitten sind. Die Mittelstücke dieser Balken sind durch Beilagen 9 bzw. 10 versteift. Die Torsionsgelenke 3 sind von den abgewinkelten Endteilen des Federbleches gebildet.

Die in den F i g. 5 veranschaulichte bekannte Ausführung besieht aus einem flachen Federkörper mit vier Doppelbiegebalken 16, wie aus der mil 5;ί bezeichneten Seitenansicht hervorgeht. Auf den Biegebalken 16 sind jeweils mehrere Dehnungsmeßstreifen 4 angeordnet, was notwendig ist, um die deformierte Oberfläche der Balken ausreichend auszunützen. Der Meßweg ist bei dieser Ausführung zweimal so groß wie bei nur einem Balkenpaar. Es handelt sich somit um eine verhältnismäßig komplizierte und entsprechend teure Ausführung. Der Verlauf des Biegemcmentes ist aus dem

Schema 5b zu entnehmen, und der Spannungsverlauf ergibt sich aus dem Diagram;« 5c.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, dessen Schema in F i g. 6 dargestellt ist, sind die einander abgewandten Enden der beiden Meßbaiken 2 über zwei

elastische Torsionsgelenke 17 mit dem zweiten Balkenpaar 18 verbunden, welches von Verbindungsbalken gebildet und relativ biegesteif sein kann, weil die Torsionsgelenke 17 der durch die Biegung verursachten Verschiebung b der Enden der Meßbalken 2 leicht nachgeben können. Das Diagramm 6b zeigt den Verlauf des Biegemomentes und aus dem Diagramm 6c ist der Spannungsverlauf bei geeigneter Dimensionierung der Biegebalken zu entnehmen. Aus einem Vergleich der beiden, in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungen ist klar zu entnehmen, daß beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 6 die Meßbalken 2 und damit auch das ganze Meßglied bei derselben aktiven Länge von Dehnungsmeßstreifen 4 kürzer als bei der bekannten Ausführung nach F i g. 5 ist, und daß auch der Meßweg wesentlich kleiner ist, wobei die deformierte Oberfläche schon mit vier Dehnungsmeßstreifen gut ausgenützt ist.

F i g. 7 zeigt schließlich einen Schnitt nach der Linie VIl-VIl durch den Meßkörper nach Fig. 1, wobei die Biegebalken 2 durch Bohren und Fräsen relativ dünn ausgebildet sind und kraftbegrenzende Anschlagfächen aufweisen. Das relativ biegesteife Mittelstück 15 ist mit einem Krafteinleitungsbolzen 11 versehen, der mit ihm und dem Meßkörper aus einem Stück gebildet ist. Der Meßkörper ist mittels zweier Schrauben 12 und einer Anschlagplatte 13 an dem nur teilweise dargestellten Gehäuseboden 14 des Kraftmeßwandlers befestigt, wobei zwischen dem Gehäuseboden 14 und der Anschlagplatte 13 Spalte a bzw. b verbleiben. Die Anschlagplat-

te 13 und der Gehäuseboden 14 bilden somit feste Anschlagflächen, welche die maximale Durchbiegung des Meßkörpers begrenzen. Die Spalte a und b entsprechen der Durchbiegung des Meßkörpers bei einer festgelegten Druckkraft bzw. Zugkraft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

2i 29 Patentansprüche:

1. Kraftmeßwandler mit mindestens zwei mit Dehnungsmeßstreifen bestückten Meßbalken, die symmetrisch und senkrecht zur Krafteinleitungsachse zwischen einem relativ biegesteifen Mittelstück und starr eingespannten Endstücken unter Zwischenschaltung von Gelenken angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke als quer zur Längsachse der Meßbalken (2) angeordnete, auf Verdrehung beanspruchte elastische Torsionsgeienke (3) mit niedriger Torsionssteifigkeit und hoher Biegesteifigkeit in Richtung der Krafteinleitungsachse ausgebildet und an den einander abgewandten Enden der mit dem Mittelstück fest verbundenen Meßbalken (2) zwischen diesen und den Endstücken angeordnet sind.

2. Krartmeßwandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die einander abgewandten Enden der Meßbalken (2) über Verbindungsbalken (7). welche die Endstücke bilden, miteinander in Verbindung stehen.

3. Kraftmeßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbalken (2) mit dem biegesteifen Mittelstück und den Endstücken aus einem Körper aus federndem Werkstoff, welcher mit Bohrungen (1), Schlitzen (8) und dergleichen Ausnehmungen versehen ist, bestehen, und daß die Torsionsgelenke (3) aus schmalen Stegen des Körpers gebildet sind.

4. Kraftmeßwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbalken (2) im Bereich der aktiven Länge der Dehnungsmeßstreifen (4) eine Formgebung aufweisen, bei der die Biegespannungen der Oberfläche bei der Krafteinwirkung wenigstens annähernd konstant sind.

5. Kraftmeßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Krafteinleitungsstelle der Meßbalken (2) und den Auflagestellen der Verbindungsbalken (7) biegesteife Beilagen (9,10) angeordnet sind (F i g. 4).

6. Kraftmeßwandler nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite des biegesteifen Mittelstückes (15) der Meßbalken (2) eine der Oberfläche des Mittelstükkes gegenüberliegende feste Anschlagfläche (13, 14) vorgesehen ist.