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Istwertegeber, insbesondere für Lastmomentbegrenzungs-Einrichtungen
von Kränen oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich auf einen Istwertegeber,
insbesondere für Lastmomentbegrenzungs-Einrichtungen von Kränen oder dergleichen,
mit auf Dehnung und/oder Stauchung eines Bauteils ansprechenden Dehnmeßstreifen.
Bei derartigen Istwertegebern trat bisher die Schwierigkeit auf, daß infolge ungleichmäßiger
Erwärmung oder Abkühlung des betreffenden Bauteiles oder infolge von solchen Beanspruchungen
des Bauteils, die nicht der zu messenden Dehnung oder Stauchung entsprechen, Fehler
entstehen, zu deren Behebung besondere Maßnahmen erforderlich sind. So hat man insbesondere
zur Behebung schädlicher Xemperatureinflüsse neben den sogenannten aktiven Dehn-Meßstreifen,
welche die Meßimpulse liefern, sogenannte passive Dehnmeßstreifen vorgesehen, welche
zusamen mit den aktiven Dehnmeßstreifen so in einer Brückenschaltung elektrisch
angeordnet und derart an den Bauteil angebracht werden, daß sie einen Ausgleich
der Fehler ergeben. Außerdem hat man den Bauteil, z. B. den Ausleger eines Krans,
in dem Bereich, in den die Dehnmeßstreifen angeordnet sind, mit einem diese überdeckenden
Wärmestrahlenschutzschirm versehen. Diese Maßnahmen sind mit einem erheblichen Kostenaufwand
verbunden.
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Demgegenüber wird mit der Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden.
Der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Istwertegeber der genannten Art so zu gestalten, daß Fehlerquellen mit einfachsten
Mitteln behoben werden.
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Die Erfindung bringt außer der Vereinfachung und Verbilligung des
Istwertegebers den Vorteil, daß eine Übersetzung dahingehend erreicht wird, daß
die spezifische Längenänderung der Dehnmeßstreifen unter der Einwirkung der zu messenden
Dehnung oder Stauchung beträchtlich größer ist als die diese Dehnung oder Stauchung
entsprechende spezifische Längenänderung des Bauteils. Da somit der Istwertegeber
kräftige Meßimpulse liefert und daher die von einem Vergleich der Istwerte mit vorgegebenen
Sollwerten abgeleitete Abschaltung aus einem großen Signal resultiert, wird die
Genauigkeit der Anzeige verbessert.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Istwertegeber nach dem ersten Ausführungsbeispiel
in Draufsicht, Fig. 2 den Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig 3 die Ansicht
des Istwertegebers mit der Blickrichtung nach dem Pfeil A in Fig. 1, Fig. 4 die
elektrische Schaltung der Dehnmeßstreifen des Istwertegebers, Fig. 5 einen Istwertegeber
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in Draufsicht, Fig. 6 die Ansicht des Istwertegebers
mit der Blickrichtung nach dem Pfeil B in Fig. 5 und Fig. 7 die elektrische Schaltung
der Dehnmeßstreifen des Istwertegebers.
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Der Istwertegeber nach dem ersten Ausführungsbeispiel weist zwei Laschen
in Form von Blechen 1, 2 auf, die an dem Bauteil, z. B. am Ausleger eines Krans,
dessen Biegebeanspruchung aus der sich hieraus ergebenden Längung oder Stauchung
bestimmt werden soll, in solcher Anordnung befestigt werden, daß sie miteinander
fluchten. Die Befestigung erfolgt durch Reibungsschluß mit Hilfe von Schrauben-Bolzen,
die durch Bohrungen 3 an den von einander abgekehrten Enden der Bleche 1, 2 sowie
durch entsprechende Bohrungen des Bauteils gesteckt sind.
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Als Träger der Dehnmeßstreifen dient ein Steg 4 aus einem Flachstahl,
der an den einander zugekehrten Enden der Bleche 1, 2 so angeordnet ist, daß er
sich rechtwinklig zu der Richtung der zu messenden Dehnung oder Stauchung des Bauteils
über die Breite der Bleche 1, 2 erstreckt. Er ist mit dem Blech 1 nur in seiner
Mitte durch einen schmalen Ansatz 5 dieses Bleches verbunden, der bis unter den
Steg reicht und mit diesem durch Schweißung verbunden ist. Mit dem Blech 2 ist der
Steg 4 nur an seinen beiden Enden dadurch verbunden, daß zwei schmale Ansätze 6
dieses Bleches, zwischen denen sich eine Ausnehmung 7 befindet, unter den Steg 4
reichen und mit diesem durch Schweißung verbunden sind.
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An dem Steg 4 sind vier gleiche Dehnmeßstreifen D 1, D 2, D 3, D 4
befestigt, und zwar die Dehnmeßstreifen D 2 und D 4 auf der den Blech 1 zugewandten
Seite und die Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 auf der gegenüberliegenden Seite des Steges
4.
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Auf jeder Seite des Steges sind die Dehnmeßstreifen symmetrisch zur
Längsachse 8 des Istwertegebers angeordnet, und zwar die Dehnmeßstreifen D 2 und
D 4 genau gegenüberliegend den Dehnmeßstreifen D 1 bzw. D 3. Die Windungen der Drähte
innerhalb der Dehnmeßstreifen verlaufen, wie Fig. 2 zeigt, quer zur Längsachse 8,
also
parallel zur Längsrichtung des Steges 4. Der Steg 4 hat an seinem von den Ansätzen
5 und 6 abgewandten Rand im Bereich der Dehnmeßstreifen D 1 bis D 4 eine Ausnehmung
9.
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Für die Wirkung des Istwertegebers sinddie folgenden Abmessungen von
Bedeutung: Entfernung zwischen den Mitten der zu den Blechen 1 und 2 gehörenden
Bohrungen 3 : 1 Breite der Bleche 1, 2 : b 1 Breite der Ausnehmung 9 in ihrem Grund:
b 2 Höhe des Steges 4 an den Enden: h 1 Höhe des Steges 4 im Bereich der Ausnehmung
9t h 2 Dicke des Steges 4: d 1.
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Die Dehnmeßstreifen D 1 bis D 3 sind elektrisch in der Brückenschaltung
nach Fig. 4 angeordnet. Dabei befinden sich in einem der beiden parallel zueinander
liegenden Zweige der Brückenschaltung die Widerstände R 1 und R 2 der Dehnmeßstreifen
D 1 bzw. D 2 hintereinander. An dem anderen Zweig der Brückenschaltungo sind die
Widerstände R 4 und R 3 der Dehnmeßstreifen D 4 bzw. D 3 hintereinander angeordnet,
so daß die Widerstände R 1 und R 3 sowie die Widerstände R 4 und R 2 einander diagonal
gegenüberliegen. Die Anschlüsse der Brücke zwischen den Widerständen R 1 und R 2
bzw. R 4 und R 3 sind mit A bzw. B bezeichnet.
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Die Anschlüsse für die an die Brückenschaltung gelegte Spannung sind
mit C und D bezeichnet.
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Der Istwertegeber ist in Fig. 1 und 3 für den Fall dargestellt, daß
der Bauteil nicht beansprucht, also nicht gegenüber seiner normalen Abmessung gedehnt
oder gestaucht ist. Wenn der Bauteil z. B. unter einer Biegebeanspruchung im Bereich
des Istwertegebers gedehnt wird, wird der Steg 4 gebogen, wie es in Fig. 1 mit strichpunktierten
Linien übertrieben dargestellt ist, d. h.
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der mittlere Teil des Steges 4 wird durch den Ansatz 5 in der Mitte
in Richtung nach dem Blech 1 hingezogen, während seine beiden Enden durch die Ansätze
6 nach der entgegengesetzten Richtung gezogen werden. Infolgedessen werden die Dehnmeßstreifen
D 2 und D 4 gedehnt, so daß ihre Widerstände R 2 bzw. R 4 vergrößert werden.
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Gleichzeitig werden die ihnen gegenüberliegenden Dehnmeßstreifen D
1 und D 3 gestaucht, so daß ihre Widerstände R 1 und R 3 verringert werden. Infolgedessen
entsteht zwischen den Anschlußpunkten A und B der Brücke eine Potentialdifferenz,
die doppelt so groß ist, als wenn sie, wie bei bisherigen Ausführungen von Istwertegebern,
allein auf der Dehnung oder Stauchung zweier aktiver Dehnmeßstreifen beruhen würde.
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Wenn z. B. infolge einer Biegebeanspruchung des Bauteils dieser gestaucht,
also die Entfernung 1 verringert wird, wird der Steg 4 in der entgegengesetzten
Richtung gebogen. Demgemäß werden die Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 gedehnt und die
Dehnmeßstreifen D 2 und D 4 gestaucht.
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In jedem Fall ergibt sich eine Übersetzung in der Weise, daß die spezifische
Dehnung oder Stauchung der Dehnmeßstreifen, d. h. die änderung ihrer wirksamen Länge
mit Bezug auf dieser größer ist als die von dem Istwertegeber erfaßte spezifische
Dehnung oder Stauchung des Bauteiles, d. h. die Änderung der Länge 1 mit Bezug auf
diese.
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Die Übersetzung ist umso größer, je größer die Länge 1 zwischen den
Mitten der Bohrungen 3, die Dicke d 1 des Steges 4 und die Breite b 2 und Tiefe
h 1 minus h 2 der Ausnehmung 9 sind.
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Wenn der Steg 4 ungleichmäßig erwärmt oder abgekühlt wird, würden
sich zwar möglicherweise die Widerstandswerte R 2 und R4 der auf einer Seite des
Steges befindlichen Dehnmeßstreifen D 2 und D 4 ändern. Doch würde sich eine gleiche
Änderung der Widerstandswerte R 1 bzw. R 3 der Dehnmeßstreifen D 1 bzw. D 3 einstellen,
da diese infolge der Wärmeleitung des Steges 4 die gleiche Temperaturänderung erfahren
würden wie die Dehnmeßstreifen D 2 bzw. D 4.
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Es bedarf daher keiner passiven Dehnmeßstreifen zur Temperaturkorrektur.
Auch kommt man ohne einen Wärmestrahlenschutzschirm aus.
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Auf die Genauigkeit der Messung haben auch nicht irgendwelche Formänderungen
des Bauteiles einen schädlichen Einfluß, die in anderer Richtung verlaufen als der
zu messenden Dehnung oder Stauchung.
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Wenn nämlich beispielsweise durch irgendeine Beanspruchung des Bauteiles
das Blech 1 gegenüber dem Blech 2 etwa um eine zur Auflagefläche senkrechte Achse
geschwenkt wird, wird der Steg 4 in seinem Mittelbereich S-förmig (in der Draufsicht
nach Fig. 1 betrachtet) gebogen.
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Das würde gleichartige Verformungen der Dehnmeßstreifen D 2 und D
3, z. B. Dehnungen, und gleichzeitig entgegengesetzte Verformungen der Dehnmeßstreifen
D 1 und D 4, z. B. Stauchungen, zur Folge haben. Da aber die entsprechenden Widerstände
R 2 und R 3
bzw. R 1 und R 4 in der Brückenschaltung nicht diagonal
zueinander, sondern nebeneinander liegen, haben die genannten Verformungen keine
Änderung der Potentialdifferenz zwischen den Punkten A und B zur Folge.
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Wenn die Bleche 1 und 2 infolge einer entsprechenden Beanspruchung
des Bauteiles um die Längsachse 8 gegeneinander verdreht werden, würden die Dehnmeßstreifen
nur in ihren Auflage ebenen verformt werden, und zwar je zwei einander gegenüberliegende
Dehnmeßstreifen z. B. D 1 und D 2 in der gleichen Weise, so daß sich in den Potentialen
an den Anschlußpunkten A und B der Brücke nichts ändert.
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Wenn die Bleche 1 und 2 infolge einer entsprechenden Beanspruchung
des Bauteies um eine Achse, die rechtwinklig zur Längsachse 8 durch die Ansätze
5 und 6 hindurchgeht, gegeneinander gebogen werden, bleibt das ohne Einfluß auf
das Meßergebnis, weil die Ansätze 5, 6 in dieser Richtung nachgiebig sind, also
den Steg 4 praktisch nicht verbiegen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 7 dient als Träger für
die Dehnmeßstreifen ein kreisförmiger Ring 10. Dessen Dicke d 2 ist etwas kleiner
als seine Höhe h. Sein Außendunhmesser ist gleich der Breite b 1 der Bleche 1, 2.
Er ist an diesen in der Weise befestigt, daß er in Ausrundungen der Bleche eingesetzt
und mit diesen verschweißt ist. Der Ring 10 ragt aus den genannten Ausrundungen
mit zwei Bogenabschnitten 11, 12 heraus, deren parallel zur Längsachse 8 gemessene
Länge mit 1 1 bezeichnet ist.
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An dem Ring 10 sind in der Mitte der Abschnitte 11 und 12 insgesamt
vier Dehnmeßstreifen befestigt, und zwar auf den Außenseiten
die
Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 sowie auf den Innenseiten des Ringes 10, den letzteren
gegenüberliegend, die Dehnmeßstreifen D 2 und D 4. Elektrisch sind die Dehnmeßstreifen
D 1 bis D 4 in der Brückenschaltung nach Fig. 7 so angeordnet, daß die Widerstände
R 1 und R 3 der Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 einander diagonal gegenüberliegen, und
daß die Widerstände R 4 und R 2 der Dehnmeßstreifen D 4 und D 2 ihrerseits einander
diagonal gegenüberliegen.
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Wenn der Bauteil z. B. infolge einer Biegebeanspruchung gedehnt wird,
wird der Ring 10 so verformt, daß er sich einer Ellipse annähert, wobei die Abschnitte
11 und 12 sich mit ihren Mitten einander nähern und ihr mittlerer Krümmungsradius
vergrößert wird.
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Das hat eine Dehnung der Dehnmeßstreifen D 2 und D 4 und eine Stauchung
der Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 zur Folge. Wegen der entsprechenden Vergrößerung
der Widerstände R 1 und R 4 und der entsprechenden Verkleinerung der Widerstände
R 1 und R 3 ergibt sich eine Potentialdifferenz zwischen den Anschlußpunkten A und
B der Brückenschaltung und ein entsprechend starker Anzeige- bzw. Regelimpuls. Bei
Stauchung des Bauteiles wird der Ring 10 in der Weise elliptisch verformt, daß sich
die Mitten der Abschnitte 11 und 12 voneinander entfernen und demgemäß die Dehnmeßstreifen
D 2 und D 4 gestaucht und die Dehnmeßstreifen D 1 und D 3 gedehnt werden. Durch
die entsprechenden Änderungen der Widerstände R 1 bis R 4 ergibt die Brückenschaltung
einen entsprechenden Impuls.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erhält man eine Übersetzung, da
die spezifische Dehnung oder Stauchung der Dehnmeßstreifen größer ist als die spezifische
Längenänderung des Bauteiles zwischen den Mitten der Bohrungen 3.
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Ferner bleiben Temperaturänderungen ohne schädlichen Einfluß auf das
Meßergebnis, weil infolge der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes des Ringes 10 eine
Temperaturänderung eines z. B.
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auf seiner Außenseite befindlichen Dehnmeßstreifens, z. B.
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D 1, auch in dem auf der Innenseite gegenüberliegenden Dehnmeßstreifen,
z. B. D 2, wirksam ist und die betreffenden Widerstände, z. B. R 1 und R 2, in jeweils
einem Zweig der Brücke hintereinanderliegen.
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Auch sind Verformungen des Bauteiles, die anderer Art sind als die
zu messenden Dehnungen und Stauchungen, ohne Einfluß auf das Meßergebnis.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 7 kann beispielsweise in der
Weise abgewandelt werden, daß die Dehnmeßstreifen D 1 bis D 4 an zwei nicht zu einem
Ring gehörenden Schenkeln sitzen, die sich parallel zur Längsachse erstrecken und
mit nach der Längsachse hin abgewinkelten Schenkeln an den Blechen 1 und 2 befestigt
sind. Der Ring 10 kann in ähnlicher Weise wie der Steg 4 des ersten Ausführungsbeispieles
im Bereich der Dehnmeßstreifen D 1 bis D 4 Ausnehmungen haben, durch welche seine
Höhe h in diesen Bereichen verringert wird. Jeder der Abschnitte 11 und 12 kann
eine oder auch zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen haben.