DE2552576C3

DE2552576C3 - Kraftmeßgerät zum Messen von Querkräften

Info

Publication number: DE2552576C3
Application number: DE2552576A
Authority: DE
Inventors: Rune Dipl.-Ing. Vaesteraas Thenander (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1975-11-24
Publication date: 1980-11-06
Also published as: GB1521727A; DE2552576A1; DE2552576B2; FR2293702A1; FR2293702B1; SE391032B; SE7415100L

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßgerät zum Messen von Querkräften gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Kraftmeßgerät ist aus der DE-OS 24 977 bekannt.

Bei dem bekannten Kraftmeßgerät sind zwischen den kraftaufnehmenden Teilen zwei Paare von Membranen angeordnet, zwischen denen sich Meßteile befinden. Die Meßteile bilden mit ihren beiden benachbarten Membranen einen zusammenhängenden Teil. Dies hat zur Folge, daß bei einer gegenseitigen Verschiebung zwischen den beiden kraftaufnehmenden Teilen die auftretenden Verformungen der Membrane auf die Meßteile übertragen werden, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Ferner ist bei der bekannten Anordnung die Breite des Meßteils in horizontaler Richtung dort, wo sich die eigentliche Meßanordnung befindet, genau so groß, wie an den Befestigungsstellen zwischen Meßteil und kraftaufnehmenden Teilen. Dies hat zur Folge, daß die Empfindlichkeit des Kraftmeßgerätes nicht allzu groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftmeßgerät der genannten Art zu entwickeln, welches von den störenden Einflüssen der Verformung der Membrane praktisch befreit ist und dessen ίο Empfindlichkeit gegenüber dem bekannten Gerät erhöht ist

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

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Dadurch, daß das Meßteil als selbständiges Bauteil ohne direkte Verbindung mit den Membranen ausgebildet ist, wird eine verfälschende Beeinflussung des Meßergebnisses durch eine Übertragung der Verformung der Membrane auf das Meßteil vermieden. Dadurch, daß das Meßteil einen schmalen Mittelteil hat, erreicht man eine Konzentration der elastischen Verformung des Meßteils in dem Mittelabschnitt, so daß die durch eine gegebene zu messende Kraft hervorgerufene Verformung größer wird. Außerdem wird durch diese Formgebung des Meßteils die Störempfindlichkeit des Kraftmeßgeräles herabgesetzt. Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines solchen Kraftmeßgerätes,

Fig.2 einen Querschnitt durch das Kraftmeßgerät gemäß F i g. 1 längs der Linie H-II,

F i g. 3 die Anwendung eines solchen Kraftmeßgeräts zum Messen der Zugspannung in einem band- oder drahtförmigen Material,

Fig.4 die Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels.

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Kraftmeßgerät hat

ein oberes und ein unteres kraftaufnehmendes 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

so Zeichenebene nachzugeben vermögen. Dagegen sind die Membrane gegenüber Bewegungen in anderen Richtungen starr. Die Figur zeigt zwei Membrane, eine auf jeder Seite eines Geräteteils 4, das mit den Teilen 1 und 2 steif verbunden ist.

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 Richtung des Pfeils 5 bewegen. Fig.2 zeigt einen Querschnitt der Fig. 1 längs der Linie 11-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 F aufnehmen die auf das obere Teil 1 in Richtung des Pfeiles 5 wirkt, welche Kraft eine elastische Verformung des Meßteils verursacht. Wie F i g. 1 zeigt, hat das Meßteil 4 keilförmige Endabschnitte, wodurch eine langgestreckte Befestigungsfläche 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 Mittelabschnitt des Meßteils. Da das Meßteil die Form eines an beiden Enden eingespannten Balkens hat, wird seine Schwerpunktslinie die Form einer doppelt geklimmten Linie annehmen, wenn das obere Teil 1 gegenüber dem unteren Teil 2 verschoben wird. Der Wendepunkt der gekrümmten Linie liegt dabei in der Mitte des Meßtei;s, 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 versehen, 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 erstgenannten Methode hat das Me3teil vier Löcher 6, in denen in bekannter Art zwei Wicklungen 7 und 8 angeordnet sind. Die Wrklung 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 Fi g. 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 Kraftmeßgerät zum Messen 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 Il läuft ein Band 13, dessen Zugspannung 5 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_h als auch eine vertikale Kraftkomponente F_x,. Aufgrund des Aufbaus des Kraftmeßgeräts wird nur die horizontale Kraftkomponente gemessen. 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 mißt. 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 Hauptspaunungen mit gleichem Vorzeichen gleich groß, beide sind Druckspannungen. Der Unterschied zwischen ihnen beträgt Null, so daß das Kraftmeßgerät kein Signal gibt

F i g. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Variante des Kraftmeßgerätes. Die in den vorstehenden Figuren

ίο gezeigten weichen Membranen 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 Spannung 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 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 F i g. 1 mit Anordnungen zum Messen der Spannungen versehen, die im Meßteil auftreten, wenn Seitenkräfte auf das Kraftmeßgerät wirken.

F i g. 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 F i g. 4 gezeigten rahmenartigen Ausführung besteht darin, daß man mit ihr zwei zueinander senkrechte Schnitte erhält, wo nur

so Schubspannungen auftreten, verglichen mit der einfacheren Ausführung, bei der es nur einen Schnitt gibt, in dem nur Schubspannungen auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Kraftmeßgerät zum Messen von Querkräften mit einem Paar in der Querkraftrichtung zueinander verschiebbarer, kraftaufnehmender Teile, zwischen denen ein Meßteil und mindestens ein Paar paarweise angeordneter Membranen angeordnet sind, wobei die Membranen so angeordnet sind, daß sie in Richtung der Querkraft leicht nachzugeben vermögen, wobei das Meßteil zwischen Membranen angeordnet ist und wobei das Meßteil fest mit den kraftaufnehmenden Teilen verbunden ist und Anordnungen zur Anzeige der Schubspannungen trägt, die im Meßteil auftreten bei einer gegenseitigen Verschiebung der kraftaufnehmenden Teile in der genannten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) als seihständiges Bauteil ohne direkte Verbindung mit den Membranen (3) an den kraftaufnehmenden Teilen (1,2) befestigt ist und daß das Meßteil — in Querkraftrichtung gesehen — einen schmalen Mittelabschnitt hat, an den sich keilförmig verbreiternd die Befestigungsabschnitte anschließen.

2. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1, 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.

3. 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.

4. Kraftmeßgerät nach einem der Anspräche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) in einem quadratischen Rahmen (1, 2, 14) eingespannt ist, in welchem die kraftaufnehmenden Teile (1,2,14) zwei paarweise gegenüberstehende Seiten bilden, und daß der Rahmen in den Ecken mit verformungsweichen Abschnitten (15) versehen ist.

5. Kraftmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (4) in den Ecken Aussparungen (16) hat.