DE2144667C3

DE2144667C3 - Load cell, in particular for use in a test device for dynamic material testing

Info

Publication number: DE2144667C3
Application number: DE19712144667
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 3183 Fallersleben; Brand Friedrich Karl 3181 Ruhen Bahls
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1977-01-20

Description

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Die Erfindung betrifft eine Krallen Mose /ur Messung in Richtung ihrer Achse verliiuiculer \räfte mn einer im wesentlichen zylindrischen lliegenabe zwischen Flanschen, die von den axiilcn I nde 1 der Biegenabe radial nach außen weisen, ii" Ki d 1 die Biegenabe von ihren Formänderungeti . 'Mngijc Meßsignale erzeugende Mittel trägt.The invention relates to a claw measurement in the direction of its axis there is a loss of force a substantially cylindrical lying hub between Flanges from the axiilcn I nde 1 of the bending hub pointing radially outwards, ii "Ki d 1 the bending hub of their shape changes ti. 'Mngijc measurement signals generating means.

Eine derartige Kraftmeßdose btsit-ieibt die US-Patentschrift 2b 75 701. Die über die ttul .ilen I !ansehe 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.Such a load cell is found in the US patent 2b 75 701. The about the ttul .ilen I! See in Bending moments converted forces to be determined, which can be tensile or compressive forces, generate deformations the bending hub, which is converted into electrical signals by known strain gauges can be.

Im Hinblick auf diese Wirkung der radialen Flansche nuß 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 Krafleinleitung in die Biegenabe erfolgt.In view of this effect of the radial flanges one must also with the connection of the load cell neighboring parts, for example a test object in a testing machine or a vibration generator for this, make sure that the same lever arm is always maintained with regard to the bending of the bending hub. This is not the case with the construction according to the cited US Pat. No. 2,675,701, because even if the Holes provided in the flanges for receiving connecting screws are always on the same radius are, the formation of the flanges is such that they have flat end faces to rest on the neighboring Own share. It is therefore uncertain about the exact radius on which the force is introduced into the bending hub he follows.

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 erfindurgsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem der Flansche ein auf ihn nur in einem vorgegebenen Abstandsbereich von der Achse am Außenrand des Flansches die Kräfte übertragender Adapter zur Anpassung an eine Gegenauflagefläche eines benachbarten Teils zugeordnet ist.The invention is accordingly based on the object of providing a load cell of the type mentioned at the outset to train so that they can also connect to their neighbors while maintaining the versatility of their possible uses Parts of different dimensions is suitable. without the accuracy of the measurement suffering. The solution of this object according to the invention is characterized in that at least one of the flanges one on him only in a predetermined distance range from the axis on the outer edge of the flange assigned to the force-transmitting adapter for adaptation to a counter-support surface of an adjacent part is.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kraftmeßdose ist also die Einleitung der Kräfte in sie stets bei demselben definierten Radius sichergestelltThe inventive design of the load cell means that the forces are always introduced into it ensured with the same defined radius

Auch die britischen Patentschriften 7 47 692 und 7 50 445 beschreiben Kraftmeßdosen mit radialen Flanschen. Daoei 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.British patents 7 47 692 and 7 50 445 also describe load cells with radial flanges. Daoei are obviously not load cells with bending hubs, because the force is introduced takes place as it were in continuation of the deformable zones of the load cells. So extends in the Construction according to British patent specification 7 47 692 in continuation of the one obtained by a constriction sensitive zone of the hub on both sides a full cylinder with a thread for the introduction of force wearing. There are just as few bending forces here as in the construction according to the British patent 7 50 445, which has a hollow cylinder as a sensitive zone, the end face each with a protruding Ring zone is provided for the introduction of force. Accordingly, this is the basis of the invention here lying problem of keeping the lever arm constant for the introduction of the respective forces to be detected independently of the design of neighboring parts.

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 peben, und zwar beispielsweise dadurch, daß die Bic^enabc nicht linear verlaufende innere und/oder äußeie. in ein-τ die Achse enthaltenden Ebene liegende Mar'ellinien besitzt. Um ein möglichst großes Signal zu erhalten. \Mrd man die Mittel zur Signalerzeugung im Bt 1 .ich diener Zone mi niinaier Wandstärke vorsehen, imd zwar zweckmäßigerweise sowohl auf dem äußeion als auch auf dem inneren Mantel der Biegenabe in gleicher Höhe. DieAn advantage of the invention is the fact that the Adapter has practically no influence on the design of the actual bending hub. So you can do this peben a zone of minimum wall thickness, for example in that the bicycles do not run linearly inside and / or outside. in a-τ the axis containing plane has lying margin lines. Around to get as large a signal as possible. If you have the means for signal generation in the Bt 1st I serve zone Provide a small wall thickness, although it is expedient both on the exterior and on the inner jacket of the bending hub at the same height. the

innenliegenden Mittel werden dabei in entgegengesetztem Sinne wie die äußeren Mittel beansprucht, so daß ein positives und ein negatives Signal entsteht. Diese Signale können in an sich bekannter und dnher im Rahmen der Erfindung nicht nochmals beschriebener Weise in einer elektrischen Schaltung ausj-ewertet werden. Gegebenenfalls können die Signale auch zu Regelzwecken herangezogen werden.internal means are thereby in opposite Senses as the external means are claimed, so that a positive and a negative signal emerges. This Signals can be used in a manner known per se and not described again in the context of the invention be evaluated in an electrical circuit. If necessary, the signals can also be used for control purposes.

Die erwähnten nichtlinearen Mantellinien körnen Kreisbögen beschreiben. Sie können aber auch die Form des Scheitelbereichs eines Kegelschnitts haben, also beispielsweise einer Ellipse, einer Hyperbel oder einer Parabel.The mentioned non-linear surface lines can describe arcs. But you can also use the Have the shape of the apex area of a conic section, for example an ellipse, a hyperbola or a parable.

In Sonderfällen kann es auch zweckmäßig sein, die Biegenabe mit sich in Achsrichtung erstreckenden Schlitzen zu versehen, um die Steife der Biegenabe herabzusetzen. In special cases it can also be useful that the To provide the bending hub with axially extending slots in order to reduce the stiffness of the bending hub.

Was nun die Ausbildung des Adapters anbelangt, so kann dieser auf seiner dem Flansch der Kraftmeßdose abgekehrten Fläche einen längs der Achse verlaufenden Gewindestutzen tragen, so daß durch diesen Stutzen sowohl eine Zentrierung als auch eine Befestigung des benachbarten Teils 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. ^₀ As far as the design of the adapter is concerned, it can carry a threaded connector running along the axis on its surface facing away from the flange of the load cell, so that both centering and attachment of the adjacent part to the load cell is ensured by this connector. The forces introduced centrally into this threaded connector then generate a defined bending moment via the bearing surface on the flange, the distance from the axis of which is predetermined, so that this and thus the deformation of the bending hub caused by the bending moment is a clear measure of the force . ^ ₀

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.The adapter can be designed in one piece with the flange, but care must be taken is that it is connected to the flange only along the support surface, but otherwise at least a narrow one Gap is preserved. This gap must be dimensioned in such a way that it can withstand all possible bending of the Bending hub is preserved.

Mit der Erfindung können sowohl dynamische als auch statische Kräfte, und zwar sowohl Zug- als auch Druckkräfte, ermittelt werden.With the invention, both dynamic and static forces, both tensile and Compressive forces are determined.

Die F i g. 1. 2 und 3 zeigen fünf Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose, wobei die F i g. 1 und 3 jeweils zwei Hälften verschiedener Konstrukfionen wiedergeben.The F i g. 1. 2 and 3 show five exemplary embodiments the load cell according to the invention, FIG. 1 and 3 each have two halves of different constructions reproduce.

Die äußere Mantellinie 20 der Kraftmeßdose 23 in dem linken Ai'sführungsbeispiel nach F i g. i 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.The outer surface line 20 of the load cell 23 in the left Ai's exemplary embodiment according to FIG. i follows a conic section, here a parabola. There is an area of minimal wall thickness, the Strain gauges 18 and 19 carries. In addition, the arrangement has the essential components two radially outwardly facing flanges 21 and 22, which have holes evenly distributed over the circumference can be provided at the axial ends of the bending hub 23. This shape of the outer surface line of the Bending hub 23 is also particularly favorable in terms of stress reduction, since there is an angular transition between the bending hub on the one hand and the flanges on the other hand to local stress increases and thus can lead to the risk of destruction of the arrangement.

In dem rechten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist die Biegenabe 30 auf beiden Mantelflächen 31 und 32 nichtlinear ausgebildet Du· beiden sich anschließenden Mansche 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 /ur Krafteinleitting durch die benachbarten Teile. Im iihriscn 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.In the right embodiment according to FIG. 1 is the flexural hub 30 is formed non-linearly on both lateral surfaces 31 and 32 and is connected to it Collars 33 and 34 carry in accordance with the flanges 21 and 22 in the left embodiment according to FIG. 1 circular support surfaces 35 and 36 / ur force introduction through the adjacent parts. in the The faces of the flanges 33 and 34 facing away from one another are here - the same also applies in this regard with respect to the flanges 21 and 22 - provided with centering profiles 37 and 38, but only the task of have lateral centering of the connected parts, but must not act as support surfaces.

Diesem Tatbestand ist bei der Auslegung des mit 39 bezeichneten Adapters Rechnung getragen. Da nicht alle anzuschließenden Teile von vornherein so ausgebildet sein werden, daß sie sich lediglich auf die Auflageflächen 35 und 36 auflegen, die für die Gewinnung reproduzierbarer und aussagekräftiger 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 F i g. 1 mit 1 bezeichnete Hebelarm gewahrt bleibt.This fact is taken into account in the design of the adapter labeled 39. Not there all parts to be connected will be designed from the outset in such a way that they only touch the bearing surfaces 35 and 36 put on, which are applied to obtain reproducible and meaningful measurement signals must be, an adaptation is made here by the adapter 39. In the figuratively depicted In the exemplary embodiment, the adapter 39 has the large support surface 40 and the centering pin 41. Independently of which area of the large bearing surface 40 is subjected to forces from the adjacent part the adapter conducts due to the maintenance of the gap 42 with all deflections in the area of the Bending hub 30, the forces exerted always on the support surface 35. So that in all cases in the left part of the F i g. 1 with 1 designated lever arm is preserved.

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 1 g. 2. so erkennt man wiederum die beiden Flansche 45 und 46. die zwischen 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 the exemplary embodiments according to FIG. 2, the adapter is provided with a threaded pin so that it at the same time serves to hold the neighboring parts. If we first consider the left part of the F 1 g. 2. so one recognizes in turn the two flanges 45 and 46. which include the bending hub 47 between them, the has an area of minimal wall thickness by a conical outer surface line 48. the Adapter 49 ensures that the threaded pin 50 or its support surface 51 - then serves the threaded pin only for establishing a firm connection - forces introduced the flange 45 act only in the area of the defined support surface 52.

In dem in der rechten Hälfte der F i g. 2 wiedergegebenen Beispiel ist der dort mit 55 bezeichnete, wieder um 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. In the right half of FIG. 2 reproduced For example, the adapter designated there with 55 and again carrying around a threaded connector 56 is in one piece formed with the upper flange 57 in the figure, to which in turn the other flange 59 connects. Even with this one-piece training, however, it is ensured that only in Area of a predetermined, a defined lever arm ensuring area the introduction of force into the Flange 57 takes place. This is ensured by the gap 60, which is dimensioned in the axial direction so that that it prevents the adapter 55 from being placed on the flange 57 in the event of any deflection of the bending hub 58.

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 (ür 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 wirJ Wie die Figur zeigt, können unterschiedliche Befesti^ungsmaßnahmen 1111 Bereich der beiden Flansche 65 und 68 getroffen sein.Like the embodiment according to FIG. 3 finally reveals, the centering profile can attack a Adapter on the upper flange 65 there are also formed by a recess 66, so that the bearing surface 67 has the shape of a raised annular surface. The other flange 68, which in this embodiment is only provided with through holes 69 (for fastening screws, has a larger diameter here than the upper flange 65. The diameter ratios must always be chosen so that a Bending moment is exerted on the flexural hub 70 as the figure shows, different fastening measures can be used 1111 in the area of the two flanges 65 and 68.

Alle figürlich dargestellten Ausführungsbeispkle der Erfindung besitzen kreisrunde Flansche, und auch die Befestigungsmittel sind rotationssymmetrisch auf einem Kreis angeordnet. Dies schließ; nicht aus. daßAll of the figuratively illustrated examples of execution Invention have circular flanges, and the fastening means are rotationally symmetrical arranged in a circle. This closes; not from. that

r.r.

man in Sonderfällen zwecks Einleitung unterschiedlich großer Momente bei denselben Kräften in die Biegenabe von der Rotaiionssymmelrie der Auflagefläehen an den Flanschen abgehen kann. Auch kann die Längsausnehmung in der Biegenabe die Form eines Polygons besitzen.in special cases for the purpose of introducing differently large moments with the same forces into the bending hub from the rotation symmetry of the support surfaces on the flanges. The longitudinal recess have the shape of a polygon in the bending hub.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Load cell for measuring forces running in the direction of its axis with an essentially cylindrical bending hub between flanges extending radially from the axial ends of the bending hub pointing outwards, and in which the bending hub generates measurement signals that are dependent on its shape changes Carries means, characterized in that at least one of the flanges (21. 22; 33, 34; 45, 46; 57, 59) one on him only ii. a predetermined distance range (35, 36, 52) from the Axis (4) on the outer edge of the flange, the force-transmitting adapter (39, 40, 55) for adaptation is assigned to a counter support surface of an adjacent part.

2. Load cell according to claim 1, characterized in that the bending hub (23) has a minimum zone Wall thickness possesses.

3. Load cell according to claim 2, characterized in that the bending hub (23) is not rectilinear extending outer surface lines (32) lying in a plane containing the axis.

4. Load cell according to claim 2 or 3, characterized in that the bending hub is not rectilinear extending inner surface lines (31) lying in a plane containing the axis.

5. Load cell according to claim 3 or 4, characterized in that the non-rectilinear Describe surface lines (31,32) circular arcs.

6. Load cell according to claim 3 or 4, characterized in that the non-rectilinear Generating lines (20) have the shape of the apex area of a conic section.

7. Load cell according to one of claims 1 to

6, characterized in that the bending hub (23) has slots extending in the axial direction is provided.

8. Load cell according to one of claims 1 to

7, characterized in that at least one of the flanges (33) on its other flange (34) facing away surface carries a centering profile (37) delimiting the spacing area inward.

9. Load cell according to one of claims 1 to

8, characterized in that the adapter (55) has a surface facing away from the flange (57) threaded connector (56) extending along the axis.

10. Load cell according to one of claims 1 to 8, characterized in that the adapter (55) a part is connected to the flange (57) b.ldel, but is only connected to it along the support surface.