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Biegebalken zur Messung von Kräften Die Erfindung bezieht sich auf
einen Biegebalken zur Messung von Kraften, der beidseitig Dehnungsmeßstreifen Aufweist,
die in einer Brückenschaltung angeordnet sind.
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Solche Kraftmesseinrichtungen sind bekannt. Dabei sind die verwendeten
Biegebalken in der Regel beidseitig mit Dehnmeßstreifen beklebt und die Dehnmeßstreifen
sind in einer elektrischen lXalb-oder Vollbrückenschaltung angeordnet. Der Flachteil
solcher bekannter Biegebalken ist darin zu sehen, daß die Klebe stellen die reigung
haben zu kriechen und Hystere seersche intlueen hervorrufen. fiian hat deshalb auch
schon Biegebalken vorgeschlagen, bei denen die Dehmeßstreifen auf die Oberflache
des Biegebalkens aufgedampft werden. Diese Ausführungsformen weisen den ITachteil
auf, daß die Dehnmeßstreifen aus fertigungstechnischen Gründen nur auf einer -3eite
des 3iegebalkens aufgebracht werden können, so daß eine Brückenschaltung nicht verwirklicht
werden kann. Eie nachträgliche bedampfung der anderen Seite des Siegebalkens würde
nicht den gewünschten erfolg bringen, weil wegen der geanderten Bedingungen während
des
Bedampfes die für eine exakte Messung notwendigen engen Toleranzen
im Widerstandswert, im Temperaturkoeffizienten und K-Faktor (Dehnungsfaktor) nicht
eingehalten werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe Dugrurde, diese flachteile
zu vermeiden und einen Biegebalken zu schaffen, der vorzugsweise mit vier in einer
Brückenschaltung angeordneten Dehnungsmeßstreifen versehen ist, die aufgedampft
werden können.
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Die erfindung besteht darin, daß der Biegebalken aus zwei senkrecht
zur Kraftrichtung in der neutralen Faser getrennten Hälften besteht, die jeweils
auf ihrer Außenseite mit aufgedampften Dehnungsmeßstreifen versehen sind.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wie es möglich, die beiden
Teile des Biegebalkens nebeneinander liegend zu bedampfen, so daß die ge':iüiischten
engen Toleranzen bei der Herstellung eingehalten werden können. Nach dem Bedampfen
werden die beiden Hälften durch Punkt- oder Fl:i-chenschweißen in der Irennebene
der neutralen laser miteinander verbunden, so daß ein Biegebalken zur Kraftmessung
geschaffen ist, der die Vorteile von aufgedampften Dehnungsmeßstreifen mit den Vorteilen
einer Anordnung der Dehnungsmeßstreifen in einer Volbrücke vereinigt. tie l.cßgenauigkeit
kann dadurch wesentlich erhöht werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindung ergibt sich, wenn die
beiden I-ialften des Biegebalkens in ihrem Querschnitt so profiliert sind, daß die
Dehnungsmeßstreifen in Bereichen größter Verformung liegen. Das kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß die Breite des Biegebalkens verschieden groß gehalten wird
oder daß, wie eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung es vorsieht, die Hälften
im Bereich der aufgedampften Dehnungsmeßstreifen in der Trennebene eine Auskehlung
o.dgl. aufweisen, die nach dem Zusammenfügen eine tuerschnitts-Schwächung in diesem
Bereich und damit in der oberen Hälfte des Biegebalkens eine Dehnungsüberhöhung
und in der unteren Hälfte eine übermäßige Stauchung hervorrufen. bit minimaler
Auslenkung
des 3iegebalkens kann somit eine maximale Widerstandsänderung der Dehnungsmeßstreifen
bewirkt werden.
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Die Erfindung ist in der eichnunG anhand eines Ausführungsbeispieles
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen
Längsschnitt durch einen erfindungsgemaß ausgestalteten Biegebalken und Fig. 2 eine
Draufsicht auf deii £3iegebalken der Fig. 1 die der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht
der erfindungsgemäße Biegebalken 1 aus den beiden Hälften 1 a und 1 b, die nu der
Trennebene 2 symmetrisch und im vorliegenden fall auch identisch ausgebildet sind.
Die Trennebene 2 verlauft in der neutralen Naser des Biegebalkens 1. Sie Teile 1
a und 1 b sind in dieser Trennebene 2 durch Punkt- oder Flächenschweißung miteinander
fest verbunden.
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Auf den Ausßenseiten der Hälften 1 a und 1 b sind jeweils Dehnungsmeßstreifen
3 aufgedampft, und zwar, wie aus Fig. 2 hervorgeht, jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen
auf der Ilalfte 1 a und zwei andere auf der Hälfte 1 b. Die zu messende Kraft wird
in Richtung des pfeiles 4 auf den Biegebalken 1 aufgebracht, der an seinem linken
sunde in einer Einspannung 5 gehalten ist.
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Bei einer Durchbiegung dehnt sich der Dehnungsstreifen 3 auf der Oberseite
der Ha-lfte 1 a, während der Dehungsmeßstreifen 3 auf der Unterseite der lI-lfte
1 b gestaucht wird. Damit andern sich in bekannter Weise die Viderstände der I)eluiungsmeßstreifen
und durch die Anordnung in einer elektrischen Brückenschaltung kann diese Widerstandsänderung
in sehr exakter Weise als Maß für die aufgebrachte Kraft dienen.
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Um die Verformung der Dehnungsneßstreifen 3 be gleicher Kraft möglichst
groß-zu gestalten, ist jeweils die iialfte 1 a und die Hälfte 1 b auf den einander
zugewandten Seiten einer Auskehlung
6 versehen und es wurde, wie
aus teig. 2 ersichtlich ist, die Breite des Dehnungsmeßstreifens um freien Ende
4 hin im ßereich der Dehnungsmeßstreifen 3 abnehmend ausgeführt. Insbesondere durch
die Anordnung der Auskehlung, die zu einer Querschnittsschwächung des Biegebalkens
führt, wird nun in der oberen I1älfte 1 a eine Dehnungserhöhung und in der IIälfb
1 b eine übermäßige Stauchung bei gleichen Kräften erreicht, so daß auch die Widerstandsänderung
der Dehnungsmeßstreifen größer ist als bei normal gestalteten Biegebalken. Durch
diese Maßnahme kann daher die Meßgenauigkeit des neuen Biegebalkens wesentlich erhöht
werden.
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Die Herstellung des neuen Biegebalkens erfolgt auf folgende Weise:
Die Hälften 1a und 1b des Biegebalkens, die zunächst in gleicher Weise hergestellt
werden körnigen, da sie identisch sind, werden Zur Bedampfung mit dem Dehnungsmeßstreifen
3 nebeneinander gelegt und in einem Arbeitsgang jeweils mit den beiden Dehnungsmeßstreifen
auf ihrer Oberseite bedampft.
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Anschließend werden die beiden Hälften 1 a und 1 b durch Punkt- oder
Flächenschweißen in der Trennebene 2 zusammengefügt, die in der neutralen faser
des Biegebalkens 1 verläuft.
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Nach der Einspannung ist der Biegebalken einsatzfähig. Er eist den
entscheidenden Vorteil auf, daß er durch seinen Aufbau aus zwei Hälften beidseitig
mit Dehnungsmeßstreifen bedampft werden kann, so daß die Flachteile aufgeklebter
Dehnungsmeßstreifen nicht auftreten.