DE2552576A1

DE2552576A1 - Kraftmessgeraet zum messen von querkraeften

Info

Publication number: DE2552576A1
Application number: DE19752552576
Authority: DE
Inventors: Rune Dipl Ing Thenander
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1975-11-24
Publication date: 1976-06-10
Also published as: SE391032B; DE2552576C3; DE2552576B2; FR2293702A1; GB1521727A; SE7415100L; FR2293702B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßgerät zum Messen von Querkräften der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Kraftmeßgerät zu entwickeln, bei dem die Beeinflussung des Meßergeb-

nisses durch Kräfte in anderen Eichtungen als der Meßrichtung möglichst ausgeschaltet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kraftmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kraftmeßgerätes gemäß der Erfindung,

Pig. 2 einen Querschnitt durch das Kraftmeßgerät gemäß Fig. 1 längs der Linie II-II,

Kraftmeßgeräts Fig. 3 die Anwendung eines nach der Erfindung

zum Messen der Zugspannung in einem band- oder drahtförmigen Material,

Fig. 4 die Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig_e 4.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kraftmeßgerät hat ein oberes und ein unteres kraftaufnahmendes Teil 1 bzw. 2. Diese beiden Teile sind gegeneinander parallel verschiebbar über paarweise angeordnete Membrane 3» die weich sind und den Bewegungen des oberen kraftaufnehmenden Teils 1 relativ gegenüber dem fest angeordneten unteren Teil 2 in einer Richtung der Zeichenebene nachzugeben vermögen. Dagegen sind die Membrane gegenüber Bewegungen in anderen Eichtungen starr. Die Figur zeigt zwei Membrane, eine auf jeder Seite eines Geräteteils 4, das mit den Teilen 1 und 2 steif verbunden ist.

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Alternativ können zwei oder mehrere Membrane auf jeder Seite des Geräteteils 3 angeordnet sein. Dadurch, daß die Membrane in der oben beschriebenen Weise weich sind, kann sich das Teil 1 in Eichtung des Pfeils 5 bewegen. Pig. 2 zeigt einen Querschnitt der Fig. 1 längs der Linie II-II, und ein Vergleich zwischen Fig. 1 und 2 zeigt, daß das Meßteil 4 in Richtung des Pfeiles 5 bedeutend länger ist als senkrecht dazu. Dadurch wird das Meßteil einen Anteil der Kraft S aufnehmen, die auf das obere Teil 1 in Eichtung des Pfeiles 5 wirkt, welche Kraft eine elastische Verformung des Meßteils verursacht. Wie Pig. 1 zeigt, hat das Meßteil 4 keilförmige Endabschnitte, wordurch eine langgestreckte Befest igung sf lache mit den Teilen 1 und 2 erzielt wird. Der mittlere Teil des Meßteils ist dagegen schmaler. Hierdurch erhält man eine Konzentration der elastischen Verformung in dem Mittelabsehnitt des Meßteils. Da das Meßteil die Form eines an beiden Enden eingespannten Balkens hat, wird seine Schwerpunktslinie die Form einer doppelt gekrümmten Linie annehmen, wenn das obere Teil 1 gegenüber dem unteren Teil 2 verschoben wird. Der Wende punkt der gekrümmten Linie liegt dabei in der Mitte des Meßteils, wo also keine Biegung, sondern nur Schub auftritt·

Um die Kraft F zu messen, die auf das Gerät wirkt, ist das Meßteil 4 mit Anordnungen zum Messen der Schubspannungen vereehen, die in dem Meßteil auftreten, wenn die Kraft F wirksam ist. Die Schubspannungen können entweder auf magnetoelastischem Weg oder mit Dehnungsmeßstreifen gemessen werden. Gemäß der

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erstgenannten Methode hat das Meßteil vier Löcher 6, in denen in bekannter Art zwei Wicklungen 7 und 8 angeordnet sind. Die Wicklung 7 ist an eine Wechselspannungsquelle 9 angeschlossen und erzeugt im zentralen Bereich des Meßteils, der Meßzone, einen magnetischen Fluß. Die Wicklung 8 ist an eine Meßanordnung 10 angeschlossen und erfaßt die Änderungen des magnetischen Flusses, die infolge der Einwirkung einer mechanischen Kraft auf das Meßteil auftreten. Die Wicklungen 6 und 7 sind in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet, so daß die Meßanordnung die Hauptspannungen erfaßt, die infolge von Schubspannungen entstehen und die einen Winkel von 45 mit der Bewegungsrichtung des Teils 1 gegenüber dem Teil 2 bilden. Beim Messen der Hauptspannungen mit Dehnungsmeßstreifen werden diese auf das Meßteil geklebt. Die Dehnungsmeßstreifen werden so angebracht, daß sie Dehnungen in einer Richtung erfassen, die mit der Bewegungsrichtung des Teils 1 einen Winkel von 45° bildet.

Fig. 3 zeigt das ^a zum ßlessen eines Bandzuges. Eine Walze oder Umlenkrolle 11 ist auf einem Lagergehäuse 12 angeordnet, das auf dem oberen kraftaufnehmenden Teil 1 des Geräts befestigt ist. Über die Rolle 11 läuft ein Band 13, dessen Zugspannung S gemessen werden soll. Da das Band über die Rolle 11 um einen gewissen Winkel umgelenkt wird, wirkt auf das Kraftmeßgerät sowohl eine horizontale Kraftkomponente F, als auch eine vertikale Kraftkomponente F . Aufgrund des Aufbaus

Kraftmeßgeräts „.,.,.,,. ^₁, des wird nur die horizontale Kraftkomponente gemessen.

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Die vertikale Komponente wird im wesentlichen von der Membrane 3 aufgenommen. Das wesentliche Kennzeichen des Kraftmeßgerätes besteht darin, daß es den Spannungsunterschied zwischen den Richtungen A-A und B-B erfaßt und mlßt_o Wenn das Kraftmeßgerät nur mit der Horizontalkomponente belastet wird, erhält man eine negative und eine gleich große positive Hauptspannung. Bei der Belastung mit einer vertikalen Kraft werden die Hauptspannungen mit gleichem Vorzeichen gleich groß, beide sind Druckspannungen. Der Unterschied zwischen ihnen beträgt Null, so daß das Kraftmeßgerät kein Signal gibt.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Variante des Kraftmeßgerätes gemäß der Erfindung. Die in den vorstehenden Figuren gezeigten weichen Membrane 3 sind hier durch steife Teile 14 ersetzt, die über biegsame Abschnitte oder Gelenke 15 mit den Teilen 1 und 2 verbunden sind. Die vier Teile bilden ein Quadrat, wenn das Gerät unbelastet ist. Das Meßteil 4, das in diesem Fall}, wie ein quadratisches Blech mit Aussparungen 16 in den Ecken geformt ist, ist an den vier umgebenden Teilen befestigt. Die Aussparungen 16 haben den Zweck, die Spannungshöhe im zentralen Teil des Meßteils, verglichen mit der an den Befestigungen, zu vergrößern. Man erreicht also eine gewisse Spannungshöhe in dem zentralen Teil, ohne daß die Befestigungen zu stark belastet werden. Die Aussparungen haben auch herstellungstechnische Gründe, da es schwierig ist, das Meßteil in den Ecken zu befestigen. Ferner tragen die Aussparungen zur Vermeidung unerwünschter Kräfte in den Ecken des Meßteils bei, wenn auf das Meßteil Seitenkräfte in Richtung des Teils 5 wirken, wie bereits

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oben beschrieben. Der quadratische Teil, der durch die gedachten Verbindungslinien zwischen den zur Mitte des Meßteils gerichteten Ecken der Aussparungen 16 begrenzt wird, bildet den eigentlichen Meßteil des Teiles 4. Dieser Teil ist in der gleichen Weise wie in Fig. 1 mit Anordnungen zum Messen der Spannungen versehen, die im Meßteil auftreten, wenn Seitenkräfte auf das Kraftmeßgerät wirken.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

Wenn auf das Kraftmeßgerät gemäß Fig. 4 eine mechanische 'Kraft in Richtung des Pfeiles 5 wirkt, dann nimmt der aus den Teilen 1,2 und 14 gebildete Rahmen die Form eines Rhombus an, da davon auszugehen ist, daß sämtliche Teile starr und über die Gelenke 15 miteinander verbunden sind. Dabei erleidet das Meßteil 4 eine von der einwirkenden Kraft abhängige elastische Verformung. Die Meßanordnung in der Mitte des Meßteils 4 erfaßt die auftretenden Schubspannungen in bekannter Weise. Der Vorteil der in Fig. 4 gezeigten rahmenartigen Ausführung besteht darin, daß man mit ihr zwei zueinander senkrechte Schnitte erhält, wo nur Schubspannungen auftreten, verglichen mit der einfacheren Ausführung, bei der es nur einen Schnitt gibt, in dem nur Schubspannungen auftreten.

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Claims

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Patentansprüche;

1J Kraftmeßgerät, welches Querkräfte mißt, mit einem Paar in einer "bestimmten Richtung zueinander verschiebbarer, kraftaufnehmender Teile und einem Meßteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) zwischen den kraftaufnehmenden Teilen (1, 2) angeordnet und fest mit diesen verbunden ist und mit Anordnungen zur Anzeige der Schubspannungen versehen ist, die im Meßteil auftreten, wenn die beiden zueinander parallel verschiebbaren Teile in der genannten Richtung verschoben werden.
2. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der beiden kraftaufnehmenden Teile (1, 2) einerseits aus mindestens 1 Paar Membrane (3) besteht, die in der genannten Richtung weich, in den übrigen Richtungen dagegen steif sind, und andererseits aus dem Meßteil (4), das in der genannten Richtung im wesentlichen starr ist.
3. Kraftmeßgerät nach Ansjpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) zwei Wicklungen (7, 8) trägt, von denen die eine einen magnetischen Fluß im Meßteil erzeugt und die andere die Veränderungen dieses magnetischen Flusses mißt, die bei der gegenseitigen Verschiebung der kraftaufnehmenden Teile auftreten, wobei die eine Wicklung (8) in einer Ebene ■parallel zur Verschiebungsrichtung liegt und die andere Wicklung (7) in einer dazu senkrecht liegenden Ebene.

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4. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) mit Dehnungsstreifen zum Messen der Schubspannungen versehen ist, die im Meßteil auftreten, wenn die kraftaufnehmenden Teile (1, 2) gegeneinander verschoben werden.
5. Kraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) in einem vorzugsweise quadratischen Rahmen (1, 2, 14) eingespannt ist, in welchem die kraftaufnehmenden Teile (1, 2, 14) zwej/paarweise gegenüberstehende Seiten bilden, und daß der Rahmen in den Ecken mit verformungsweichen Abschnitten (15) versehen ist.
6. Kraftmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) in den Ecken Aussparungen (16) hat.

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