DE2351810A1

DE2351810A1 - Dehnungs-messwertaufnehmer

Info

Publication number: DE2351810A1
Application number: DE19732351810
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Ing Landvogt
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1973-10-16
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1975-04-24
Also published as: SE7412859L; JPS5068175A; US3937075A; FR2247698A1; SE391977B; GB1440857A; IT1021785B; FR2247698B1

Description

PHILIPS PATENTYERWALTUIiG GMBH, Hamburg 1, Steindamm 94. Dehnungs-Meßwertaufnehmer

Die Erfindung betrifft einen Dehnungs-Meßwertaufnehmer mit einem auf einem Träger, angebrachten Dehnungsmeßstreifen, wobei der Träger vorzugsweise mittels Schrauben an beiden Enden des Trägers außerhalb des den Dehnungsmeßstreifen tragenden Abschnitts an dem zu messenden Gegenstand befestigt wird.

Solche Meßwertaufnehmer werden verwendet, wenn das direkte Aufkleben von Dehnungsmeßstreifen nicht möglich oder nicht zweckmäßig ist.

Bei manchen Anwendungsfällen, z.B. wenn der zu messende Gegenstand auf Biegung belastet wird₉ wird der Aufnehmer nicht nur gestaucht bzw» gedehnt, sondern außerdem gebogen. Dadurch zeigt dann der Dehnungsmeßstreifen in dem Aufnehmer nicht nur die Dehnung bzw.

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Stauchung an, sondern durch die Biegung wird ein zusätzlicher Meßwertanteil erzeugt, der dem eigentlichen Meßwert überlagert ist und diesen verfälscht. Es ist zwar bekannt und auch üblich, auf jeder Seite des Trägers mindestens einen Dehnungsmeßstre:· fen anzubringen, die elektrisch so geschaltet werden, daß die verfälschenden Meßwertanteile, die bei einer Biegebeanspruchung entstehen, sich gegenseitig aufheben. Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen Aufwand, und außerdem ist eine gute Kompensation nicht immer leicht zu erreichen.

Es sind bereits Dehnungs-Meßwertaufnehmer bekanntgeworden, bei denen zwischen der Befestigungsstelle des Trägers und dem Dehnungsmeßstreifen ein Abschnitt geringer Biegesteifigkeit vorgesehen ist. Beispielsweise ist in der US-Patentschrift 2 796 503 ein Meßwertaufnehmer beschrieben, bei dem durch Bohrungen und Einschnitte im Träger zwischen der Befestigungsstelle und dem Dehnungsmeßstreifen jeweils nur schmale Stege stehen bleiben, die keine wesentlichen Biegemomente mehr übertragen können. Dies ist aber nur durch eine sehr starke Verringerung des Querschnitts erreicht, so daß bei Anwendung einer axialen Kraft ein wesentlicher Teil der Dehnung des Trägers in diesem Bereich mit geringerem Querschnitt entsteht und damit die Empfindlichkeit der gesamten Anordnung erheblich zurückgeht. Außerdem richtet sich die maximale Belastbarkeit des Aufnehmers nach der Flächenbelastung in diesem verringerten Querschnitt.

Um bei Lastkraftwagen die Achslast zu messen, kann auf der

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Ober- oder Unterseite ein oder zwei Dehnungs-Meß- ι ■

wertaufnehmer nachträglich angebracht werden,, indem in das Achsgehäuse zwei Löcher gebohrt werden und der Aufnehmer an dieser Stelle festgeschraubt wird. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die äußere Oberfläche des Achsgehäuses eines Lastkraftwagens nur roh gegossen und nicht nachbearbeitet ist. Dadurch ist es möglich, daß die Befestigungsstelle sehr uneben ist, so daß der Meßwertaufnehmer beim Befestigen bereits auf Biegung stark beansprucht wird. Ferner ist es insbesondere bei einer nachträglichen Anbringung nicht sicher, daß die Bohrungen zur Befestigung des Aufnehmers genau zur Oberfläche angebracht werden, so daß davon zusätzliche Biegebelastungen des Aufnehmers ausgelöst werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dehnungs-Meßwertaufnehmer anzugeben, der möglichst einfach aufgebaut ist, insbesondere nur auf eine: Seite/Dehnungsmeßstreifen enthält, bei dem jedoch der Meßwert durch eine überlagerte Biegebelastung möglichst wenig verändert wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß zur Befestigung des Aufnehmers an unebenen zu messenden Gegenständen der Dehnungsmeßstreifen in der biegeneutralen Zone des Trägers angebracht ist. Falle es durch Fertigungstoleranzen möglich sein kann, daß der Dehnungsmeßstreifen nicht ganz genau in der biegeneutralen Zone liegt, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, zwischen jedem zu befestigenden Ende des Trägers und dem den Dehnungsmeßstreifen tragenden mittleren LängsabSchnitts des Trägers

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mit großer Biegesteifigkeit einer Abschnitt geringer Biegesteifigkeit ohne wesentliche Querschnittsverringerung vorzusehen. Bei Meßwertaufnehmern. die in dieser Weise aufgebaut sind, kann der Träger aus einem Streifen Flachmaterial hergestellt werden, das an den Längsseiten aufgebogen wird, so daß sich eine sehr preisgünstige Herstellungsmöglichkeit ergibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 einen Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach der Erfindung, Fig. 2 ein anderes, einfacher hergestelltes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit Zonen geringer Biegesteifigkeit, Fig. 4 eine besonders leicht herstellbare Ausführungsform mit

Zonen geringer Biegesteifigkeit.
In Fig. 1 ist ein Dennungs-Meßwertauinehmer dargestellt, bei dem ein ir

an sich bekannter Weise zu einer Yollbrücke zusammengeschaltetes Quartett Ton Dehnungsmeßstreifen DMS auf einem Träger T befestigt ist. Der Träger besitzt zwei Bohrungen B>. und Bp, mittels denen er auf dem zu messenden Gegenstand befestigt werden kann, z.B. durch Schrauben. Mit diesem Aufnehmer soll eine Zug- oder Druckkraft gemessen werden, die in der Richtung der durch beide Bohrungen verlaufenden Achse liegt.

Wenn nun, wie eingangs erwähnt wurde, der Aufnehmer nachträglich an einer Lastfahrzeugachse befestigt werden soll, muß damit gerechnet werden, daß die Flächen im Bereich der Bohrungen B^ und B₂ insbesondere durch Unebenheiten auf dem Fahrzeugachsgehäuse, dessen

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Oberfläche üblicherweise nach dem Guß nicht nachbehandelt wird, nicht in einer Ebene liegen. Dies kann auch nicht dadurch ausgeglichen werden, daß zwischen dem Träger T und der Gehäuseachse Scheiben zwischengelegt werden. Ferner muß damit gerechnet werden, daß die Bohrungen in dem Gehäuse für die Aufnahme der Befestigungsschrauben des Aufnehmers nicht genau senkrecht zur Gehäuseoberfläche angebracht werden. Es ist auch möglich, daß die Bohrungen in dem Gehäuse im genau gleichen Abstand wie die Bohrungen in dem Träger T angebracht werden, so daß die Schrauben zwangsläufig etwas schräg eingeschraubt werden. In allen Fällen erfolgt eine Durchbiegung des Trägers T, so daß die Dehnungsmeßstreiferibrücke DMS bereits ein Signal anzeigen würde, ohne daß die Fahrzeugachse belastet wäre.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird nun die Tatsache, daß die Dehnungsmeßstreifenbrüclce DMS bei reiner Durchbiegung des Trägers bereits ein Signal abgibt, dadurch vermieden, daß der Träger U-förmiges Profil besitzt, und die Dehnungsmeßstreifen DMS zwischen den beiden Wangen ¥^ und W^ angeordnet sind. Das Profil ist so gewählt, daß die neutrale Biegezone Zg, in der bei Durchbiegung also keine Zug- bzw. Druckkräfte anstehen, genau durch die Dehnungsmeßstreifen verläuft. Ein solches Profil läßt sich leicht durch entsprechende Bemessung der Wangen im Verhältnis zur Grundfläche erreichen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt, wo der Träger T aus einem Stück Flachmaterial besteht, dessen Längs-

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Seiten hochgebogen sind, so daß ein etwa U-förmiges Profil entsteht. Die Wangen W₁ und W₂ brauchen nicht senkrecht zur Grund-

zu

fläche abgewinkelt/werden, sondern es genügt ein geringerer Winkel, -wobei dann die Höhe der Wangen etwas größer gewählt werden muß, damit die biegeneutrale Zone Z_ß wieder genau durch die Dehnungsmeßstreifen DMS verläuft. Auch bei diesem Aufnehmer kann der Träger wieder mittels Schrauben durch die Bohrungen B₁ und Bp auf dem zu messenden Gegenstand befestigt werden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch hier besitzt der Träger T wieder U-förmiges Profil. An beiden Enden des Trägers sind wieder Bohrungen B₁ und Bp für Befestigungsschrauben angebracht. Bei dieser Ausführung sind aber nun zwischen den Enden des Trägers T, die die Bohrungen enthalten, und dem mittleren Längsabschnitt des Trägers, auf dem die Dehnungsmeßstreifenbrücke DMS befestigt ist, die Wangen W₁ und W₉ unterbrochen, so daß dadurch Abschnitte Z₁ und Z₂ entstehen, in denen die Biegesteifigkeit des Trägers stark verringert wird. Wenn in diesem Falle der Träger T durch ungünstige Befestigungsbedingungen durchgebogen wird, so wird der weitaus größte Teil der Durchbiegung von dem Träger in den Abschnitten Z₁ und Z₂ mit geringer Biegesteifigkeit aufgenommen, während der dazwischen liegende längsabschnitt mit den Dehnungsmeßstreifen DHS.nur kaum gebogen wird. Aber auch diese restliche Durchbiegung kann sich nicht auf den Dehnungsmeßstreifen auswirken, da das Profil so gewählt ist, daß der Dehnungsmeßstreifen in der neutralen Biegezone liegt.

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Eine Ausführung, die besonders leicht herzustellen ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hier besteht der Träger wieder aus einem steifen Flachmaterial, ähnlich wie der in Fig. 2 dargestellte, wobei hier aber die Längsseiten des Streifens nur im Bereich der Dehnungsmeßstreifen DMS zu Wangen ¥>j und VL, aufgebogen sind. Dies läßt sich besonders leicht in einem einzigen Arbeitsgang durchführen, und dennoch kann diese Ausführung die gleichen Vorteile wie die in Fig. 3 dargestellten haben. Durch das Aufbiegen im Bereich der Dehnungsmeßstreifen DMS entsteht also ein besonders biegesteifer Trägerabschnitt. In den Abschnitten Z^ und Z_, wo die Aufbiegung beendet ist, läßt sich der Träger dagegen leichter biegen. Diese geringe Biegesteifigkeit ist hier zwar bis zum Bereich der Bohrungen B^ und B^ vorhanden, jedoch ist eine große Biegesteifigkeit im Bereich dieser Bohrungen streng genommen auch nicht notwendig. Andererseits ist, wenn die Breite des Trägers T im wesentlichen etwa gleich dem Durchmesser der Befestigungsmittel, insbesondere dem Schraubenkopf gewählt wird, die Biegesteifigkeit des Trägers an den Befestigungsstellen bereits dadurch erhöht. Ein derartiges Verhältnis der Breite des Trägers T zu der Größe der Befestigungsmittel ist im übrigen auch für die vorher beschriebenen Ausführungsformen zweckmäßig.

Die zuletzt beschriebene Ausführungsform nach Fig. 4 hat auch noch den Vorteil, daß dabei Querschnittsveränderungen vermieden werden. Wenn nämlich der Träger einer Zugkraft ausgesetzt wird, dehnen sich die Abschnitte mit geringerem Querschnitt im Verhältnis stärker

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als die Abschnitte mit größerem Querschnitt, und da die Dehnungsmeßstreifen DMS in diesem Fall in einem Abschnitt mit großem Querschnitt angebracht sind, verringert sich daher die Anzeigeempfindlichkeit. Ferner wird die maximale Belastbarkeit des Dehnungs-Meßwertaufnehmers durch den Abschnitt mit geringstem Querschnitt bestimmt, so daß bei der Ausführung nach Fig. k der Träger T «maximal belastet werden kann.

Zweckmäßigerweise wird der Träger zumindest im Bereich der Dehnungsmeßstreifenbrücke DMS mit einer Umhüllung versehen, etwa durch Ausfüllen des Trägers mit einer Plastikmasse, um die Dehnungsmeßstreifen gegen mechanische Beschädigung zu schützen, was jedoch offensichtlich keine Einflüsse auf die vorher beschriebenen Eigenschaften des Dehnungs-Meßwertaufnehmers hat.

Patentansprüche:

0SP17/0RS1

Claims

Patentansprüche: *

Ί ] Dennungs-Meßwertaufnehmer mit einem aui' einem !Präger angebrachten, zu einer Brücke zusammengeschalteten Quartett von Dehnungsmeßstreifen, wobei der Träger vorzugsweise mittels Schrauben an beiden Enden des Trägers außerhalb des den Dehnungsmeßstreifen tragenden Abschnitts an dem zu messenden Gegenstand befestigt wird, dadurch gekennzeichnet] ¹, daß zur Befestigung des Aufnehmers an unebenen zu messenden Gegenständen der Dehnungsmeßstreifen (DMS) in der biege- ' neutralen Zone (Zg) des Trägers (T) angebracht ist.

2. Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem zu befestigenden Ende des Trägers (T) und dem

brücke

die Dehnungsmeßstreifen/(DMS) tragenden mittleren Längsabschnitt des Trägers mit großer Biegesteifigkeit ein Abschnitt (Z₁, Z₂) geringer Biegesteifigkeit ohne wesentliche Querschnittsverringerung vorgesehen ist.

3t Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Breite des Trägers (T) im wesentlichen gleich der Breite des kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem zu messenden Gegenstand verbundenen Ende des Trägers ist.

4. Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) aus einem an den Längsseiten (W₁, W₂) aufgebogenen Streifen Flachmaterial besteht.

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5. Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebogene Teil (W₁, W₂) im Abschnitt geringer Biegesteifigkeit (Z,., Zg) weitgehend entfernt ist.

6. Dehnungs-Meßwertaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur im mittleren Längsabschnitt des Trägers (T) die Längsseiten (W^, Wg) aufgebogen sind.

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