DE2244615B1 - Kraftmessdose - Google Patents

Description

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der Verlauf der neutralen Faser ergibt. Dadurch liegt leitung haben die beiden Anschlußflansche 4 und 6

der die Wandlerelemente tragende Teil des Verfor- unterschiedlichen Durchmesser. Bei der Ausfüh-

mungskörpers im Innern der Kraftmeßdose, so daß rungsform nach F i g. 3 sind kegelstumpfförmige

sich Umgebungseinflüsse nicht nachteilig auswirken Rohrkörper 3 α und 5 α vorgesehen, deren einer sich

können. Der verhältnismäßig große Durchmesser der 5 zum Verbindungstück 2 hin verjüngt und deren ande-

Krafteinleitungs-Rohrkörper hat eine hohe Querstei- rer sich dorthin erweitert, wobei die jeweiligen An-

figkeit der Kraftmeßdose zur Folge, so daß sie un- schlußflansche 4 α und 6 α gleichen Durchmesser ha-

empfindlich gegen Querkräfte ist. Dabei liegen die ben.

Wandlerelemente auf einem verhältnismäßig kleinen Der von den Rohrkörpern 3 und 5 bzw. 3 α und 5 a

Durchmesser, so daß die Kraftmeßdose auch gegen io eingeschlossene Innenraum (7) der Kraftmeßdose ist

stoßartige Überlastungen wenig empfindlich ist. durch stirnseitige Deckel 8 abgeschlossen.

Auch bei den für die Messung sehr großer Kräfte er- Der Verformungskörper 1 wird nach innen durch

forderlichen großen Durchmessern der Krafteinlei- die Wandung einer zylindrischen Bohrung 9 be-

tungs-Rohrkörper kann die Größe des Verformungs- grenzt, die im Querschnitt eine Seite eines Dreiecks

körpers innerhalb der Grenzen gehalten werden, in 15 bildet; nahe den axialen Enden dieser Bohrung 9

welchen eine ausreichende Homogenität des Mate- sind die mechanisch-elektrischen Wandlerelemente

rials gewährleistet werden kann. Der für eine gute am Verformungskörper angebracht. Bei den Ausfüh-

Meßqualität erforderliche Meßeffekt (Verformung rungsformen nach Fig. 1 und 3 handelt es sich um

des die Wandlerelemente tragenden Teils des Verfor- Meßwicklungen 10, die auf stirnseitigen Kreisringflä-

mungskörpers) kann mit im Vergleich zu den be- 30 chen 12 an den Enden der Bohrung 9 aufgeklebt

kannten Kraftmeßdosen vorteilhaft kleinen Meßwe- sind. Bei der Ausführung nach F i g. 2 fehlen derar-

gen erzielt werden. tige bearbeitete Stirnflächen; hier sind Dehnungs-

Es hat sich gezeigt, daß derartig ausgebildete meßstreifen 11 auf die Oberfläche der Wandung der

Kraftmeßdosen die gleiche Empfindlichkeit bei Zug Bohrung 9 nahe deren axialen Enden aufgeklebt. Die

und Druck aufweisen; da die Hysteresis sehr gering »5 Zuleitungen zu den Wandlerelementen 10,11 werden

ist und der Kennlinienverlauf mit großer Genauigkeit in üblicher Weise aus der Kraftmeßdose nach außen

linear eingehalten werden kann, eignen sich diese geführt, beispielsweise durch (nicht dargestellte)

Kraftmeßdosen vor allem auch für Prüfmaschinen. Bohrungen in den Rohrkörpern 3,5, 3 α oder 5 a.

Bei hohem Ausgangssignal sind die Dosen sehr Bei Einleitung einer Kraft in Richtung des Pfeils A

dauerfest. Die Baumaße sind gering, da keine Teile 30 über den Rohrkörper 5 bzw. 5 a und einer Gegen-

außerhalb der Krafteinleitungs-Rohrkörper vorzuse- kraft in Richtung des Pfeiles B über den Rohrkör-

hen sind, insbesondere auch keine Abdeckungen für per 3 bzw. 3 α wird der Verformungskörper 1 um

die Wandlerelemente. Dies bedingt zugleich eine ver- einen im Verformungskörper zwischen den Umfangs-

hältnismäßig kostensparende Konstruktion der Kraft- linien der Einleitung von Kraft und Gegenkraft lie-

meßdosen. 35 genden Kreis in sich so verdreht, daß der Durchmes-

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand ser der Bohrung 9 an deren einem Ende verkleinert

der schematischen Zeichnungen nachfolgend erläu- und an deren anderem Ende vergrößert wird. Die an

tert. Die Zeichnungen zeigen jeweils im Schnitt der Bohrwandung bzw. auf den Ringflächen 12 ange-

F i g. 1 eine Kraftmeßdose mit zylindrischen Rohr- brachten Wandlerelemente 11 bzw. 10 werden da-

körpern zur Krafteinleitung mit Meßdrahtwicklungen 40 durch gestaucht bzw. gedehnt.

auf stirnseitigen Kreisringflächen des Verformungs- Um eine optimale Linearität bei Zug- und Druckkörpers, beanspruchung zu erzielen, muß die Form des ring-

F i g. 2 eine ähnliche Kraftmeßdose, bei der jedoch förmigen Verformungskörpers 1 so ausgebildet sein,

Dehnungsmeßstreifen nahe den axialen Enden der daß die neutrale Faser (in F i g. 1 angedeutet durch

zylindrischen Innenwandungen des Verformungskör- 45 die Linie 13) am Innendurchmesser des Verfor-

pers angebracht sind, und mungskörpers 1, die keine Durchmesseränderungen

F i g. 3 eine Kraftmeßdose mit kegel stumpf förmi- erfährt, genau in der Mitte zwischen den Befestigen Rohrkörpern zur Krafteinleitung, deren An- gungsstellen der Wandlerelemente 10 bzw. 11 liegt, schlußflansche gleichen Durchmesser haben. Will man dagegen eine progressive Kennlinie oder

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen von 50 eine degressive Kennlinie erzielen, so kann man die

erfindungsgemäßen Kraftmeßdosen besteht der Ver- neutrale Faser 13 durch entsprechende Formgebung

formungskörper 1 aus einem Ring von im wesentli- des Ringkörpers 1 nach oben oder unten verschieben,

chen dreieckförmigem Querschnitt, dessen nach Als mechanisch-elektrische Wandlerelemente kön-

außen weisende Dreieckspitze einstückig ein im we- nen beispielsweise elektrische Widerstands-Deh-

sentlichen kreisringförmiges Verbindungsstück 2 bil- 55 nungsmeßstreifen od. dgl. verwendet werden. Es kön-

det. Am äußeren Umfang des Verbindungsstücks 2 nen beliebig viele derartige Wandlerelemente auf dem

greift ein ebenfalls einstückig damit ausgeführter Umfang verteilt werden.

dünnwandiger zylindrischer Rohrkörper 3 an (F i g. 1 Da die Wandlerelemente auf einem sehr viel klei- und 2), der stirnseitig in einem Anschlußflansch 4 en- neren Durchmesser angeordnet sind als die Krafteindet. Ein zweiter dünnwandiger zylindrischer Rohr- 60 leitungsrohre 3,5, 3 α, 5 α, ist der Meßweg der Kraftkörper 5 (F i g. 1 und 2) zur Krafteinleitung geht in meßdose sehr klein. Er hängt in erster Linie von dem radialem Abstand vom vorgenannten Rohrkörper 3 Verformungsweg des die Wandlerelemente aufnehebenfalls einstückig in den Verformungskörper bzw. menden Teils des Verformungskörpers 1 ab, der erdas Verbindungsstück über und weist an seinem forderlich ist, um den gewünschten Meßeffekt zu erstirnseitigen Ende ebenfalls einen Anschlußflansch 6 65 zielen. Wenn der mittlere Durchmesser der die Meßauf, wandler 10 bzw. 11 aufnehmenden Ringflächen z. B.

Bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 und 2 50 mm beträgt und die Durchmesseränderung bei Be-

mit zylindrischen Rohrkörpern 3 und 5 zur Kraftein- lastung mit Nennlast in Richtung der Pfeile A, B ein

Promill betragen soll, so beträgt der Verformungsweg 0,05 mm 0, d. h. jede Stelle des mittleren Durchmessers der einen die Wandlerelemente tragenden Ringfläche (beispielsweise 12) bewegt sich um 0,025 mm auf die Mittelachse der Kraftmeßdose zu. Dementsprechend bewegt sich die gegenüberliegende Ringfläche um 0,025 mm von der Mittelachse weg. Bei Zugbelastung kehren sich die Vorzeichen um. Kleine Meßwege der Meßdose wirken sich günstig auf die Verformung der kritischen Zonen (Übergang von den Krafteinleitungsrohren in das Verformungsglied) aus. Geringe Verformungen der Übergangsradien wiederum erhöhen die Dauerfestigkeit. Außerdem sind kleine Meßwege für viele Anwendungsgebiete zwingend gefordert. Bei größerem Durchmesser der die Wandlerelemente tragenden Ringflächen nimmt der für den gleichen Meßeffekt notwendige Meßweg entsprechend der Durchmesservergrößerung zu. Dies ist beispielsweise bei Kraftmeßdosen der Fall, bei denen der Verformungskörper zwischen den der Krafteinleitung dienenden Rohrkörpern liegt, wobei zu beachten ist, daß die Durchmesser dieser Krafteinleitungs-Rohrkörper und ihrer Anschlußflansche von der vorgegebenen Nennlast abhängen.

Die erfindungsgemäßen Kraftmeßdosen haben auch bei sehr hohen Nennlasten eine große Dauerfestigkeit, ihr Kennlinienverlauf ist bei Zug- und

ίο Druckbelastung linear und weist eine sehr geringe Hysterese auf, wobei der Meßweg verhältnismäßig klein ist.

Bei verhältnismäßig kleiner und kostensparender Ausführung ist die Quersteifigkeit der Kraftmeßdosen gleichwohl sehr hoch. Beschädigungen der Meßelemente sind praktisch ausgeschlossen, ebenso Beeinträchtigungen durch Umwelteinflüsse, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Schmutz u. dgl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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eines Kegelstumpfes auf die beiden axialen Enden des

Patentanspruch: sich parallel zur Meßachse erstreckenden, zylinder-

förmigen, die Wandlerelemente tragenden Teils des Kraftmeßdose mit einem ringförmigen, durch Verformungskörpers.

die zu messende Kraft in sich verdrehbaren Ver- 5 Schließlich sind Kraftmeßdosen bekannt (deutsche formungskörper, an dessen Oberfläche axial im Patentschrift 1156 580), bei welchen der ringförmige Abstand zueinander mechanisch-elektrische Verformungskörper dreieckförmigen Querschnitt be-Wandlerelemente zur Umwandlung der Dehnun- sitzt und an seiner äußeren, parallel zur Meßachse gen des Verformungskörpers in elektrische Grö- verlaufenden Umfangsfläche die Wandlerelemente ßen angebracht sind, mit einer Krafteinleitung in io trägt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Einleiden Verformungskörper nahe seiner äußeren tang von Kraft und Gegenkraft über parallel zur Meß-Umfangslinie und mit Einleitung der Gegenkraft achse verlaufende Rohrkörper, von denen der eine an einer hierzu konzentrisch und radial im Ab- an der durch die radial nach innen gerichtete Dreistand liegenden Linie, mit der Krafteinleitung ecksspitze gebildeten Umfangslinie des Verformungsdienenden und sich im wesentlichen axial erstrek- 15 körpers, der andere hingegen an einer auf einer der kenden, dünnwandigen Rohrkörpern, da- seitlichen Dreiecksflächen nahe der äußeren, die durch gekennzeichnet, daß beide Kraft- Wandlerelemente tragenden Fläche liegenden Umeinleitungslinien — von der Achse des Verfor- fangslinie angreift.

mungskörpers aus in radialer Richtung gesehen — Die bekannten Kraftmeßdosen besitzen eine relativ

außerhalb des die Wandlerelemente (10, 11) tra- 20 hohe Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit; insbegenden Teils (9, 12) des Verformungskörpers (1) sondere bei rauhem Betrieb sind sie jedoch vor allem liegen, daß der radiale Abstand des die Wider- dadurch gegen Umgebungseinflüsse, wie mechanistandselemente tragenden Teils von dem zur Mit- sehe Beschädigung, Temperatur, Feuchtigkeit, stoßtelachse des Verformungskörpers konzentrisch artige Querkräfte u. dgl., empfindlich, daß die Wandzwischen den Einleitangslinien der Kraft und Ge- 25 lerelemente zumindest zum Teil an der Außenseite genkraft liegenden Kreis, um den der Verfor- der Kraftmeßdose freiliegen und der Durchmesser mungskörper unter Kraftwirkung verdreht wird, des die Wandlerelemente tragenden Teils im Verein Vielfaches des Abstandes der Einleitungsli- gleich zum Durchmesser der Krafteinleitungsrohre nien der Kraft und Gegenkraft von diesem Ver- verhältnismäßig groß ist. Zum Schutz gegen solche drehungskreis beträgt und daß in an sich bekann- 30 Umgebungseinflüsse sind Abdeckungen erforderlich, ter Weise die Einleitungsünien der Kraft und Ge- die zwangläufig als Kraftnebenschlüsse die Messung genkraft in den Verformungskörper so gewählt beeinträchtigen. Darüber hinaus sind die bekannten sind, daß sich ein der gewünschten Charakteristik Kraftmeßdosen nicht zur Messung sehr großer Kräfte entsprechender Verlauf der neutralen Faser er- geeignet. Insbesondere bei Zugbelastung erfordert gibt. 35 die Anbringung der Befestigungselemente, z.B.

Schrauben, einen entsprechend großen Durchmesser der Kraft- bzw. Gegenkrafteinleitungsrohre, was bei

den bekannten Ausführungsformen einen noch größeren Durchmesser für die die Wandlerelemente tra-40 genden Flächen bedingt. Mit den zur Verfügung stehenden Materialien ist es aber nicht möglich, bei

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose mit Verformungskörpern solcher Größe die für gute einem ringförmigen, durch die zu messende Kraft in Meßwerte erforderliche Homogenität des Materials sich verdrehbaren Verformungskörper, an dessen zu gewährleisten.

Oberfläche axial im Abstand zueinander mecha- 45 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nisch-elektrische Wandlerelemente zur Umwandlung Kraftmeßdose der eingangs genannten Art so auszuder Dehnungen des Verformungskörpers in elektrische gestalten, daß sie bei großer Meßempfindlichkeit und Größen angebracht sind, mit einer Krafteinleitung in ohne Abweichung von dem gewünschten Kennlinienden Verformungskörper nahe seiner äußeren Um- verlauf gegen Umgebungseinflüsse und schädliche fangslinie und mit Einleitung der Gegenkraft an einer 50 mechanische Beanspruchungen unempfindlich ist hierzu konzentrisch und radial im Abstand liegenden und auch zur Messung sehr großer Kräfte verwend-Linie, mit der Krafteinleitung dienenden und sich im bar ist.

wesentlichen axial erstreckenden, dünnwandigen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Rohrkörpern. löst, daß beide Krafteinleitungslinien — von der

Es sind bereits Kraftmeßdosen bekannt (deutsche 55 Achse des Verformungskörpers aus in radialer Rich-Auslegeschrift 1268 878), bei welchen der ringför- tang gesehen —^: außerhalb des die Wandlerelemente mige Verformungskörper zwischen den beiden der tragenden Teils des Verformungskörpers liegen, daß Krafteinleitung dienenden Rohrkörpern, deren einer der radiale Abstand des die Wandlerelemente tragenan der innersten und deren anderer an der äußersten den Teils von dem zur Mittelachse des Verformungs-Mantellinie des Verformungskörpers angreift, liegt. 60 körpers konzentrisch zwischen den Einleitangslinien Die Wandlerelemente, beispielsweise Meßwicklun- der Kraft und der Gegenkraft liegenden Kreis, um gen, sind etwa in der Mitte zwischen den Mantelli- den der Verformungskörper unter Kraftwirkung vernien der Krafteinleitung angeordnet, nämlich an der dreht wird, ein Vielfaches des Abstandes der Einlei-Oberseite und der Unterseite des ringförmigen Ver- tungslinien der Kraft und Gegenkraft von diesem formungskörpers. 65 Verdrehungskreis beträgt und daß in an sich bekann-

Bei anderen bekannten Kraftmeßdosen (deutsche ter Weise die Einleitangslmien der Kraft und Gegen-Patentschrift 1155 922) erfolgt die Einleitung von kraft in den Verformungskörper so gewählt sind, daß Kraft und Gegenkraft über Rohrkörper in Gestalt sich ein der gewünschten Charakteristik entsprechen-