DE2144667B2

DE2144667B2 - Kraftmessdose, insbesondere zur verwendung in einem pruefgeraet zur dynamischen werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE2144667B2
Application number: DE19712144667
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 3183 Fallersleben; Brand Friedrich Karl 3181 Ruhen Bahls
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2144667A1

Description

55

Die Erfindung betriflt eine Kraftmeßdose zur Messung in Richtung ihrer Achse verlaufender Kräfte mit einer im wesentlichen zylindrischen Biegenabe zwischen Flanschen, die von den axialen Enden der Biegenabe radial nach außen weisen, und bei der die Biegenabe von ihren Formänderungen abhängige Meßsignale erzeugende Mittel trägt.

Eine derartige Kraftmeßdose beschreibt die US-Patentschrift 2(3 75 701. Die über die radialen Flansche in Biegemomente umgewandelten zu ermittelnden Kräfte, die Zug- oder Druckkräfte sein können, erzeugen Verformungen der Biegenabe, die durch bekannte Dehnungsmeßstreifen in elektrische Signale umgesetzt werden können.

Im Hinblick auf diese Wirkung der rpdialen Flansche muß man bei der Verbindung der Kraftmeßdose mit benachbarten Teilen, beispielsweise einem Prüfling in einer Prüfmaschine oder einem Schwingungserzeuger hierfür, darauf achten, daß stets derselbe Hebelarm bezüglich der Verbiegung der Biegenabe gewahrt ist. Dies ist bei der Konstruktion nach der zitierten US-Patentschrift 26 75 701 nicht der Fall, denn wenn auch die in den Flanschen vorgesehenen Löcher zur Aufnahme von Verbindungsschrauben stets auf demselben Radius liegen, ist die Ausbildung der Flansche doch so getroffen, daß sie ebene Stirnflächen zur Auflage auf den benachbarten Teilen besitzen. Damit ist also unsicher, auf welchem Radius exakt die Krafteinleitung in die Biegenabe erfolgt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßdose der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie unter Wahrung der Vielseitigkeit ihrer Einsatzmöglichkeit auch zum Anschluß an ihr benachbarte Teile unterschiedlicher Abmessungen geeignet ist, ohne daß die Genauigkeit der Messung leidet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem der Flansche ein auf ihn nur in einem vorgegebenen Abstandsbceic!. von der Achse am Außenrand des Flansches die Kräfte übertragender Adapter zur Anpassung an eine Gegenauflagefläche eines benachbarten Teils zugeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kraftmeßdose ist also die Einleitung der Kräfte in sie stets bei demselben definierten Radius sichergestellt.

Auch die britischen Patentschriften 7 47 692 und 7 50 445 beschreiben Kraftmeßdosen mit radialen Flanschen. Dabei handelt es sich aber offensichtlich nicht um Kraftmeßdosen mit Biegenaben, da die Krafteinleitung gleichsam in Fortsetzung der verformbaren Zonen der Kraftmeßdosen erfolgt. So erstreckt sich in der Konstruktion nach der britischen Patentschrift 7 47 692 in Fortsetzung der durch eine Einschnürung gewonnenen empfindlichen Zone der Nabe nach beiden Seiten hin ein Vollzylinder, der ein Gewinde zur Krafteinleitung trägt. Hierbei treten ebenso wenig Biegekräfte auf wie bei der Konstruktion nach der britischen Patentschrift 7 !50 445, die als empfindliche Zone einen Hohlzylinder aufweist, der stirnseitig mit je einer vorspringenden Ringzone zur Krafteinleitung versehen ist. Demgemäß stellt sich hier das der Erfindung zugrunde liegende Problem der Konstanthaltung des Hebelarms für die Einleitung der jeweils zu erfassenden Kräfte unabhängig von der Gestaltung jeweils benachbarter Teile nicht.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Adapter praktisch keinen Einfluß auf die Gestaltung der eigentlichen Biegenabe nimmt. So kann man dieser eine Zone minimaler Wandstärke geben, und zwar beispielsweise dadurch, daß die Biegenabe nicht linear verlaufende innere und/oder äußere, in einer die Achse enthaltenden Ebene liegende Mantellinien besitzt. Um ein möglichst großes Signal zu erhalten, wird man die Mittel zur Signalerzeugung im Bereich dieser Zone minimaler Wandstärke vorsehen, und zwar zweckmäßigerweise sowohl auf dem äußeren als auch auf dem inneren Mantel der Biegenabe in gleicher Höhe. Die

innenliegenden Mittel werden dabei in entgegengesetztem Sinne wie die äußeren Mitlei beansprucht, so daß ein positives und ein negatives Signa! entsteht. Diese Signale können in an sich bekannter und daher im Rahmen der Erfindung nicht nochmals beschriebener Weise in einer elektrischen Schaltung ausgewertet werden. Gegebenenfalls können die Signale auch zu Regelzwecken herangezogen werden.

Die erwähnten nichtlinearen f-'.antellinien können Kreisbögen beschreiben. Sie können aber auch die Form des Scheitelbereichs eines Kegelschnitts haben, also beispielsweise einer Ellipse, einer Hyperbel oder einer Parabel.

In Sonderfällen kann es auch zweckmäßig sein, die Biegenabe mit sich in Achsrichtung erstreckenden Schlitzen zu versehen, um die Steife der Biegenabe herabzusetzen.

Was nun die Ausbildung des Adapters anbelangt, so kann dieser auf seiner dem Flansch der Kraftmeßdose abgekehrten Fläche einen längs der Achse verlaufen-Jen Gewindestuizen tragen, so daß durch diesen Stutzen sowohl eine Zentrierung als auch e>ne Befestigung des benachbarten Teiis an der Kraftmeßdose sichergestellt wird. Die in diesen Gewindestutzen zentral eingeleiteten Kräfte erzeugen dann über die Auflagefläche an dem Flansch, deren Abstand von der Achse der Einrichtung vorgegeben ist. ein definiertes Biegemoment, so daß dieses und damit die durch das Biegemoment hervorgerufene Verformung der Biegenabe ein eindeutiges Maß für die Kraft ist.

Der Adapter kann konstruktiv einteilig mit dem Flansch ausgeführt sein, wobei aber darauf zu achten ist, daß er mit dem Flansch nur längs der Auflagefläche verbunden ist, im übrigen aber zumindest ein schmaler Spalt gewahrt bleibt. Dieser Spalt muß so dimensioniert sein, daß er bei allen möglichen Verbiegungen der Biegenabe gewahrt bleibt.

Mit der Erfindung können sowohl dynamische als auch statische Kräfte, und zwar sowohl Zug- als auch Druckkräfte, ermittelt werden.

Die F i g. 1, 2 und 3 zeigen fünf Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose, wobei die F i g. I und 3 jeweils zwei Hälften verschiedener Konstruktionen wiedergeben.

Die äußere Mantellinie 20 der Kraftmeßdose 23 in dem linken Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 folgt einem Kegelschnitt, und zwar hier einer Parabel. Dort befindet sich ein Bereich minimaler Wandstärke, der Dehnungsmeßstreifen 18 und 19 trägt. Im übrigen besitzt die Anordnung als wesentliche Bestandteile die beiden radial nach außen weisenden Flansche 21 und 22, die mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Löchern versehen sein können, an den axialen Enden der Biegenabe 23. Diese Form der äußeren Mantellinie der Biegenabe 23 ist auch hinsichtlich des Spannungsabbaus besonders günstig, da. ein eckiger Übergang zwischen der Biegenabe einerseits und den Flanschen andererseits zu örtlichen Spannungserhöhungen und damit zur Gefahr einer Zerstörung der Anordnung führen kann.

In dem rechten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die Biegenabe 30 auf beiden Mantelflächen 31 und 32 nichtlinear ausgebildet. Die beiden sich anschließenden Flansche 33 und 34 tragen in Übereinstimmung mit den Flanschen 21 und 22 in dem linken Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 kreisringförmige Auflageflächen 35 und 36 zur Krafteinleitung durch die benachbarten Teile. Im übrigen sind die einander abgekehrten Flächen der Flansche 33 und 34 — auch diesbezüglich gilt dasselbe bezüglich der Flansche 21 und 22 — mit Zentrierprofilen 37 und 38 versehen, die aber nur die Aufgabe der seitlichen Zentrierung der angeschlossenen Teile haben, dagegen nicht als Auflageflächen wirken dürfen.

Diesem Tatbestand ist bei der Auslegung des mit 39 bezeichneten Adapters Rechnung getragen. Da nicht eile anzuschließenden Teile von vornherein so ausgebildet sein werden, daß sie sich lediglich auf die Auflageflachen 35 und 36 auflegen, die für die Gewinnung reproduzierbarer und aussagekräft-ger Meßsignale beaufschlagt sein müssen, ist hier durch den Adapter 39 eine Anpassung vorgenommen. In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Adapter 39 die große Auflagefläche 40 und den Zentrierzapfen 41. Unabhängig davon, welcher Bereich der großen Auflagefläche 40 von dem benachbarten Teil mit Kräften beaufschlagt wird, leitet der Adapter infolge Wahrung des Spaltes 42 bei allen Durchbiegungen im Bereich der Biegenabe 30 die ausgeübten Kräfte stets auf die Auflagefläche 35, so daß in allen Fällen der im linken Teil der Fig. 1 mit 1 bezeichnete Hebelarm gewahrt bleibt.

In den Ausführungsbeispielen nach F i g. 2 ist der Adapter mit einem Gewindezapfen versehen, so daß er zugleich zur Halterung der benachbarten Teile dient. Betrachtet man zunächst den linken Teil der F i g. 2. so erkennt man wiederum die beiden Flansche 45 und 46. die zwhchen sich die Biegenabe 47 einschließen, die durch eine kegelschnittförmige äußere Mantellinie 48 einen Bereich minimaler Wandstärke besitzt. Der Adapter 49 sorgt dafür, daß die über den Gewindezapfen 50 oder über seine Auflagefläche 51 — dann dient der Gewindezapfen lediglich zur Herstellung einer festen Verbindung — eingeleiteten Kräfte den Flansch 45 nur im Bereich der definierten Auflagefläche 52 beaufschlagen.

In dem in der rechten Hälfte der F i g. 2 wiedergegebenen Beispiel ist der dort mit 55 bezeichnete, wiederum einen Gewindestutzen 56 tragende Adapter einstückig mit dem in der Figur oberen Flansch 57 ausgebildet, an den sich über die Biegenabe 58 wiederum der andere Flansch 59 anschließt. Auch bei dieser einstückigen Ausbildung ist jedoch dafür gesorgt, daß nur im Bereich einer vorgegebenen, einen definierten Hebelarm sicherstellenden Fläche die Krafteinleitung in den Flansch 57 erfolgt. Dies wird durch den Spalt 60 sichergestellt, der in axialer Richtung so dimensioniert ist. daß er bei allen Durchbiegungen der Biegenabe 58 ein Aufsetzen des Adapters 55 auf den Flansch 57 verhindert.

Wie die Ausführungsform nach F i g. 3 schließlich erkennen läßt, kann das Zentrierprofil zum Angriff eines Adapters auf dem dort oberen Flansch 65 auch durch eine Vertiefung 66 gebildet werden, so daß die Auflagefläche 67 die Form einer erhabenen Ringfläche hat. Der andere Flansch 68, der in diesem Ausführungsbeispiel allein mit Durchstecklöchern 69 für Befestigungsschrauben versehen ist, hat hier einen größeren Durchmesser als der obere Flansch 65. Die Durchmesserverhältnisse müssen aber stets so gewählt sein, daß ein Biegemoment auf die Biegenabe 70 ausgeübt wird. Wie die Figur zeigt, können unterschiedliche Befestigungsmaßnahmen im Bereich der beiden Flansche 65 und 68 getroffen sein.

Alle figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung besitzen kreisrunde Flansche, und auch die Befestigungsmittel sind rotationssymmetrisch auf einem Kreis angeordnet. Dies schließt nicht aus, daß

man in Sonderfällen zwecks Einleitung unterschiedlich großer Momente bei denselben Kräften in die Biegenabe von der Rotationssymmetrie der Auflageflächen an den Flanschen abgehen kann. Auch kann die Längsausnehmung in der Biegenabe die Form eines Polygons besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Pa'entansprüche:

1. Kraftmeßdose zur Messung in Richtung ihrer Achse verlaufender Kräfte mit einer im wesentli-Chen zylindrischen Biegenabe zwischen Flanschen, ©ie von den axialen Enden der Biegenabe radial nach außen weisen, und bei der die Biegenabe von ihren Formänderungen abhängige Meßsignale erzeugende Mittel trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem der Flansche (21, 22; 33, 34; 45, 46; 57, 59) ein auf ihn nur in einem vorgegebenen Abstandsbereich (35, 36, 52) von der Achse (4) am Außenrand des Flansches die Kräfte übertragender Adapter (39, 40, 55) zur Anpassung «n eine Gegenauflagefläche eines benachbarten Teils zugeordnet ist.

2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegenabe (23) eine Zone minimaler Wandstärke besitzt.

3. Kraftmeßdose nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Biegenabe (23) nicht geradlinig verlaufende äußere, in einer die Achse enthaltenden Ebene liegende Mantellinien (32) besitzt.

4. Kraftmeßdose nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Biegenabe nicht geradlinig verlaufende innere, in einer die Achse enthaltenden Ebene liegende Mantellinien (31) besitzt.

5. Kraftmeßdose nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die nicht geradlinigen Mantelliniien (31,32) Kreisbögen beschreiben.

6. Kraftmeßdose nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die nicht geradlinigen Mantellinien (20) die Form des Scheitelbercichs eines Kegelschnitts haben,

7. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche I bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegenabe (23) mit sich in Achsrichtung erstreckenden Schlitzen versehen ist.

8. Kraftmeßdose nach eir.em der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Flansche (33) auf seiner dem anderen Flansch (34) abgekehrten Fläche ein den Abstandsbereich nach innen begrenzendes Zentrierprofil (37) trägt.

9. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (55) auf seiner dem Flansch (57) abgekehrten Fläche einen längs der Achse verlaufenden Gewindestutzen (56) trägt.

10. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (55) ein Teil mit dem Flansch (57) bildet, mit diesem aber nur längs der Auflagefläche verbunden ist.