DE2529552B2

DE2529552B2 - Vorrichtung zum messen der auf ein drehteil ausgeuebten radialkraft

Info

Publication number: DE2529552B2
Application number: DE19752529552
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Simon, Francois, Le Viviers du Lac (Frankreich)
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1976-10-28
Also published as: NL166330B; US4015468A; NL166330C; DE2529552A1; CH585897A5; GB1478818A; FR2278068A1; FR2278068B1; NL7506062A; JPS51128580A; ES438800A1; IT1038721B; BE829536A; JPS5725058B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der richtungsvariablen Radialkraft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer bekannten Kraftmeßvorrichtung dieser Art (DT-OS 16 98 113) ist das zum Messen der Kraft vorgesehene Organ stets mit einem ortsfesten Teil verbunden bzw. hiermit einstückig, was bedeutet, daß die erzielte Meßgenauigkeit dann nicht beibehalten werden kann, wenn sich die Richtung der Radialkraft ändert.

Bei einer weiteren bekannten Meßvorrichtung (US-PS 35 57 614) ist vorgesehen, diese auf der Welle zu lagern, wobei die Welle das Drehteil derart trägt, daß eine Änderung der Angriffsstelle der Kraft am Drehteil oder eine Änderung der Richtung der Resultierenden der auf das Drehteil aufgebrachten Kraft eine Fehlerquelle darstellt und zu einem Meßfehler führt.

Entsprechendes gilt hinsichtlich eines weiteren bekannten Meßwertgebers (DL-PS 28 194), bei dem das Meßglied an der Achse gelagert ist, sowie in gleicher Weise für eine weitere bekannte Meßvoirichtung (DT-GM 69 22 747), bei der die als Meßorgan dienende Gabel an der Achse gelagert ist.

Ähnliche Bedingungen gelten auch für eine bekannte Meßvorrichtung (DT-GM 19 11759), bei der ein Außenring, der die Widerstandsdehnmeßstreifen enthalt, gegenüber einem Gehäuse bzw. einer Bohrung fest angeordnet ist oder bei der ein Innenring, der die Widerstandsdehnmeßstreifen enthält, gegenüber einer Hohlwelle lest angeordnet ist.

Schließlich ist noch eine Meßanordnung bekannt (DT-OS 15 27 604), bei der die Drehteile auf einem Lager angeordnet bzw. befestigt sind. Dessen Innenring oder Außenring ist stets mit der Welle oder der einsprechenden Bohrung einstückig b/w. fest verbunden, was keinerlei Relativverschiebung zwischen dem Innenring oder Außenring und dem Teil, mit dem er in

Verbindung steht, ermöglicht.

Ausgehend hiervon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß sich Messungen von großer Präzision ergeben und die erzielte Meßgenauigkeit selbst dann beibehalten werden kann, wenn sich die Richtung der betreffenden Radialbelastung ändert.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen aufgeführt.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, bei der Messung des Belastungswertes eine maximale Genauigkeit zu erzielen, da die Verformungsdetektoren auf einem Pleuel befestigt sind, das die Welle mit einem der zur Welle exzentrischen Ringteile verbindet, und zwar derart, daß sich dieses Pleuel stets automatisch in Richtung der wirkenden Radialkraft ausrichtet.

Die Erfindung wird im folgenden in Form einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 im Längsschnitt gemäß Linie l-l nach F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Drehteil ein Zahnrad ist;

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß Linie H-Il in Fig. 1;

Fig.3 im Längsschnitt gemäß Linie III-I1I nach Fig. 4 eine zweite Ausführungsform, bei der das Drehteil eine Riemenscheibe ist;

F i g. 4 einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV in F i g. 3;

F i g. 5 eine dritte Ausführungsform im Schnitt gemäß der Bruchlinie V-V in F i g. 6 und

F i g. 6 in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht;
F i g. 7 im Schnitt gemäß Linie VII-VIl in F i g. 8 eine vierte Ausführungsform, bei der die Drehteile der beiden einander zugeordneten ähnlichen Vorrichtungen die Flansche einer Windentrommel bilden;

F i g. 8 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht;
Fi g. 9 im Schnitt gemäß Linie IX-IX in Fig. 10 eine fünfte Ausführungsform, bei der die beiden einander zugeordneten ähnlichen Vorrichtungen als Lager für eine Welle dienen, die Riemenscheiben trägt;

Fi g. 10 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht; Fig. Π im Schnitt gemäß Linie XI-XI in F i g. 12 eine sechste Ausführungsform, bei der das innere drehbare Ringieil fest ist;

Fig. 12 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles F gemäß Fig. 11;

Fig. 13 im Schnitt gemäß der Linie XIIl-XIII in Fig. 14 eine weitere Ausführungsform, bei der die Vorrichtung eine elastische verformbare, mit einem Fluid gefüllte Membran aufweist, und

Fig. 14 in der rechten Hälfte eine Stirnansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 13 und in der linken Hälfte einen Schnitt gemäß Linie XlV-XIV nach Fig. 13.

Die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Vorrichtung weist zwei koaxiale Ringteile auf, d. h. ein äußeres Ringteil 1 ho sowie ein inneres Ringteil 2. die drehbar gegeneinander angeordnet sind, beispielsweise mittels eines Laufkranzes aus Rollkörpern, wie Kugeln 3. Das äußere Ringteil 1 ist ein Zahnrad, während das innere Ringteil 2 durch einen zylindrischen Ring gebildet ist. An dessen ^ft5 Stirnflächen sind mittels Schraubbolzen 11, die vorzugsweise über den gesamten Umfang verteilt sind, zwei kreisförmige Flansche 4, 5 befestigt, deren Achse bei 6 angedeutet ist.

In zwei Bohrungen 8, 9 der beiden Flansche 4, 5 ist eine feste Welle 7 angeordnet, deren gemetrische Achse 12 um den Abstand e exzentrisch gegenüber der geomertrischen Achse 6 der Flansche 4, 5 angeordnet ist.

Beim Betrieb ist die Verzahnung 13 des Rades 1 Kräften unterworfen, deren radiale Resultierende durch den Pfeil Fin Fig. 2 angegeben ist. Da zwischen den beiden Achsen 6,12 die Exzentrizität e vorliegt, nehmen die verschiedenen Teile der Vorrichtung die in der Zeichnung dargestellte Relativlage zueinander ein, d. h. die beiden Achsen 6, 12 befinden sich in derselben Ebene, welche die resultierende radiale Kraft Fernhält. Um die relative Radialkrafl zwischen dem Zahnrad 1 und der Welle 7 zu messen, sind Verformungsdektoren zum Messen der Verformung der die Verbindung zwischen der Welle 7 und dem inneren Ringteil 2 gewährleistenden Flansche 4, 5 vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Verformungsdektoren durch Dehnungsmeßstreifen 16 gebildet, die Verstärkern 17 zugeordnet und an den Innenflächen der beiden Flansche 4, 5 befestigt sind, um die Verformungen dieser Flansche 4, 5 zu messen. Diese Verformungen sind eine Funktion des Betrages der aufgebrachten Radialkraft F, die über das Zahnrad 1 mittels des Laufkranzes 3, des inneren Ringteiles 2 und der beiden Flansche 4, 5 auf die Welle 7 aufgebracht wird. Die Änderungen der Charakteristika der Dehnungsmeßstreifen 16 werden in bekannter Weise mittels einer Schaltung erfaßt, die vorzugsweise eine direkt ablesbare Anzeige der Belastungswerte liefern kanu.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 und 4 weist das äußere Ringteil 1 die Form einer Riemenscheibe auf, während die Dehnungsmeßstreifen 16 an der zylindrischen Innenfläche des inneren Ringteils 2 angeordnet sind, und zwar vorzugsweise an drei Stellen, die am oberen Teil dieser zylindrischen Innenfläche sowie an den benachbarten Bereichen der beiden Enden eines horizontal gelegten Durchmessers liegen, wie aus F i g. 4 ersichtlich. Damit diejenigen Teile des inneren Ringteils 2, welche die Dehnungsmeßstreifen 16 tragen, sich ungehindert elastisch verformen können, sind die beiden Flansche 4, 5 mit den Stirnflächen des inneren Ringieiles 2 nur an dessen unterer Hälfte verbunden, wie aus Fig. 4 anhand der Schraubbolzen 11 ersichtlich.

Bei dem aus Fig.5 und 6 ersichtlichen weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung zwischen der Welle 7 und den Flanschen 4, 5 nicht direkt in den Flanschbohrungen 8, 9, die zu diesem Zweck einen .größeren Durchmesser als die Welle 7 aufweisen, sondern mittels eines Pleuels 31, dessen Kopf auf der Welle 7 mittels einer Kunststoffbüchse 32 dreht, während der Pleuelfluß von zwei Achsen 33 durchsetzt wird, die auch die beiden Flansche 4,5 durchsetzen. Jede dieser Achsen 33 weist einen in der Wand des einen Flansches 4 versenkt angeordneten Kopf 34 und ein mit einem Gewinde versehenes Ende 35 auf, auf den eine in der Wand des anderen Flanschs 5 versenkt angeordnete Schraubenmutter 36 aufgeschraubt ist. (>o

Beim dargestellten Ausführiuigsbeispiel sind die Dehnungsmeßstreifen 16 und die Verstärker 17, denen die Dehnungsmeßstreifen 16 zugeordnet sind, am Körper des Pleuels 31 angeordnet, das die Form eines rechtwinkligen bzw. rechteckigen Flachstabes aufweist und dessen Abmessungen unter Berücksichtigung der Charakteristika des Materials, aus dem das Pleuel 31 gefertigt ist, an den Betrag der Kräfte angepaßt sind, die dieses Pleuel 31 vom Zahnrad 1 über den Laufkranz 3, das innere Ringteil 2 und die beiden Flansche 4,5 auf die Welle 7 übertragen soll. Auch bei dieser Ausfühnngsform sind die Dehnungsmeßstreifen 16 vollständig durch die beiden Flansche 4, 5 der Vorrichtung geschützt.

Unter der Voraussetzung, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weder die Flansche 4, 5 noch das innere Ringteil 2 hinsichtlich des Betrages ihrer Deformationen an der Auswertung der übertragenen Kraft teilnehmen, kann das innere Ringteil 2 mittels der Schraubbolzen 11 am gesamten Umfang der Flansche 4, 5 befestigt sein.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kunststoffbüchse 32 in ihrer Bohrung einen mittig angeordneten, querschnittlich V-förmigen Ringgrat 38 auf, der sich auf der Welle 7 abstützt, um eine vollkommene Zentrierung der gegenseitig aufeinander einwirkenden Kräfte zu gewährleisten. Diese Kunststoffbüchse 32 mit ihrem inneren Ringgrat 38 kann selbstverständlich auch durch beispielsweise ein Gelenksystem ersetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 und 8. das eine Abwandlung der Ausfiihrungsform gemäß F i g. 5 und 6 darstellt, sind zwei Vorrichtungen der Art gemäß F i g. 5 und 6 vorgesehen, die einander zugeordnet sind, um insgesamt eine Wickeltrommel 45 zu bilden. Diese weist ein röhrenförmiges Teil 46 von ganz allgemein zylindrischer Form auf, das zum Aufrollen eines Kabels od. dgl. eine schraubenförmig verlaufende Nut 47 besitzt und mit seinem beiden Enden an zwei Flanschen 51, 52 befestigt ist, die — entsprechend dem Teil 1 in Fig. 5 und 6 - die äußeren Ringteile bilden. Darüber hinaus ist das innere Ringteil 2 einstückig mit dem Flansch 4 ausgebildet, und der Flansch 5 ist am inneren Ringteil 2 mittels Senkkopfschrauben 55 befestigt. Die anderen Teile der Vorrichtung entsprechen denen der Vorrichtung gemäß F i g. 5 und 6. Die Welle 7 ist durch zwei feste Träger 53, 54 gelagert. Die auf die Wickeltrommel 45 ausgeübte Radialkraft entspricht daher der Summe derjenigen Kraft, die mittels der Dehnungsmeßstreifen 16 von den bcden jeweils die beiden Enden der Wickeltrommel 45 tragenden Vorrichtungen registriert wird.

Das aus Fig. 9 und 10 ersichtliche fünfte Ausluhrungsbeispiel kann als Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 und 8 angesehen werden, jedoch bilden hierbei die äußeren Ringteile 57 nicht mehr die Flansche einer Wickeltrommel, sondern sind feste Organe, in deren Inneren die beiden Vorrichtungen zentriert sind. In diesen sind die beiden Enden der Welle 7 gelagert, die Riemenscheiben 58 — beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Riemenscheiben — trägt. Die Gesamtheit der von den Riemenscheiben 58 aufgenommenen und an die Welle 7 weitergegebenen Radialkräftc entspricht daher der Summe derjenigen Kräfte, die durch die Dehnungsmeßstreifen 16, die den beiden die Welle 7 tragenden Vorrichtungen zugeordnet sind, registriert werden.

Bei dem aus Fig. 11 und 12 ersichtlichen sechsten Ausiuhrungsbeispicl sind die Flansche 4A 5.4 nicht mehr mit dem inneren Ringteil fest verbunden, sondern demgegenüber mit dem äußeren Ringteil 1, und /war mittels Schraubbolzen 11.

Die Ciesani¹ licit der Vorrichtung ist auf einem Träger 65 befestigt und zwar mittel;. Schrauben 66, die den Träger 65 durchsetzen und in einem Teil 67 festgelegt sind. Dieses gehört zum inneren Ringteil 2 und ragt über

die äußere Stirnfläche des Flansches 5/4 hinaus, und zwar durch Ausnehmungen hindurch, die in Form eines Kreisbogens 68 bzw. eines Kreissektors in dem Flansch 5/4 vorgesehen sind, so daß letzterer, d. h. die Gesamtheit aus äußerem Ringteil 1 und den beiden Flanschen 4Λ, 5/4, unter der Wirkung der weitgehend vertikalen Kraft, der er unterworfen ist, aus seiner mittigen vertikalen Gleichgewichtsstellung über einen bestimmten Winkel A hinweg gegenüber dem festen inneren Ringteil 2 verschwenkt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher die Belastung zwischen der Welle 7 und dem festen Träger 65 durch die Verformungen gemessen, denen die am Pleuel 31 befestigten Dehnungsmeßstreifen 16 unterworfen sind.

Das aus Fig. 13 und 14 ersichtliche abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt in seiner allgemeinen Struktur demjenigen gemäß Fig.3 und 4, jedoch ist hierbei der Verformungsdelektor als druckmittelabhängige Einrichtung in Form einer mit einem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) gelullte elastisch verformbare Membran 71 ausgebildet. Diese bildet einen geschlossenen Speicher, der vollständig mit dem Fluid, beispielsweise öl, gefüllt ist. Der Speicher weist weitgehend die Form eines zylindrischen Halbkranzcs auf und ist in der oberen Hälfte desjenigen freien Raumes angeordnet, der durch die Bohrung 73 des inneren Ringteiles 2, die Innenflächen der beiden Flansche 4, 5 und die Welle 7 begrenzt ist.

Die Meßvorrichtung wird durch ein Rohr 74 vervollständigt, dessen eines Ende in die Membran 71 mündet und dessen anderes Ende mit einem Anschluß 75 versehen ist, der zur Verbindung mit einem Gerät zur Messung der Änderung des jeweils im Innern der Membran 71 herrschenden Druckes dient.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der richtungsvariablen Radialkraft, die zwischen einerseits einem von zwei gegeneinander drehbar um eine geometrische Achse und ineinander angeordneten koaxialen Ringteilen und andererseits einem Träger wirkt, mit dem eines der beiden Ringteile mittels eines, Verformungsdetektoren tragenden Verbindungssystems verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine exzentrisch zur geometrischen Achse (6) der koaxialen Ringteile (1, 2) angeordnete Welle (7) ist, daß diese Welle (7) Flanschen (4, 5), die einen Teil des Verbindungssystems (5, 31) bilden, in je einer Bohrung (8, 9) berührungslos durchseizt, daß die Welle (7) mit einem der beiden koaxialen Ringteile (I, 2) mittels eines Pleuels (31) verbunden ist und daß die Verformungsdetektoren (16) auf dem Pleuel (31) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verformungsdetektor (16) ein elektrischer Dehnungsmeßstreifen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verformungsdetektor (71) als druckmittelabhängige Einrichtung ausgebildet ist.