-
Kraftmessvorrichtung
-
Die Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung mit einem ringförmigen,
durch die zu messende Kraft, verdrehbaren Verformungskörper mit Krafteinleitungen
in diesen und auf diesem angeordnete mechanisch-elektrische Wandlerelemente.
-
Durch die DT-PS 1 268 878 ist eine Einrichtung der eingangs genannten
Gattung bekannt geworden, die sich dadurch auszeichnet, daß die Einleitung der Gegenkraft
an einer anderen Mantellinie des Verformungskörpers erfolgt als die Kraft, die Wandlerelemente
etwa in der Mitte zwischen den Mantellinien der Kraft bzw. Gegenkrafteinleitung
angeordnet sind und der Abstand der Mantellinien der Krafteinleitungen und der Wandlerelemente
von der kreisringförmigen Mittellinie des Verformungskörpers etwa gleich groß ist.
Nachteilig hierbei ist vor allem die unter ein Mindestmaß nicht mehr verringerbare
Bauhöhe derartiger Kraftmessvorrichtungen.
-
Dieses Mindestmaß wird bestimmt durch die Mindesthöhe der zylinderischen
Rohransätze über die die Kraft bzw. Gegenkraft auf den Verformungskörper eingeleitet
wird. Die zylindrischen Rohre müssen mindestens so lang sein, daß die bei Belastung
des Meßkörpers in den Rohren auftretenden Biegungen sich nicht bis an die Einspannstellen
fortpflanzen.
-
Darüberhinaus nimmt in Abhängigkeit der Zunahme der Höhe der Rohransätze
auch die Querkraftempfindlichkeit der bekannten Kraftmessvorrichtungen zu.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die vorliegende Erfindung
die Aufgabe gestellt, eine Kraftmessvorrichtung in Vorschlag zu bringen, die hohe
Ouerkräfte
ohne Schäden und mit möglichst geringer Verfälschung
des Messergebnisses aufnehmen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Kraft und Gegenkraft an diagonal gegenüberliegenden Stellen eines rotationssymmetrischen
Verformungskörpers eingeleitet wird. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftmessvorrichtung
besteht darin, daß die Gesamthöhe gegenüber den bisher bekannten wesentlich verringert
wird und somit erstmals eine flache Kraftmessvorrichtung höchster Präzision geschaffen
wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß trotz Kraft- bzw. Gegenkrafteinleitung
unterhalb bzw. oberhalb der durch den Kraftschwerpunkt führenden horizontalen Ebene
des Verformungskörpers - bisher war für eine möglichst gute Linearität des Messergebnisses
die Krafteinleitung etwa in der Nähe der durch den Kraftschwerpunkt führenden Ebene
des Verformungskörpers erforderlich - eine Linearität des Messergebnisses durch
das Zusammenwirken zwischen Änderung des Winkels, zwischen Verformungskörper und
Krafteinleitungsglied während der Krafteinleitung und Änderung des Abstandes der
Krafteinleitungsstelle zum Kraftschwerpunkt erreicht wird.
-
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
werden darin gesehen, daß das Verformungsglied einen quadratischen, rechteckigen,
rautenförmigen oder parallelogrammartigen Querschnitt aufweist.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstantes
besteht darin, daß Krafteinleitung, Krafteinleitungsglieder, Verformungsglied und
Gegenkrafteinleitung einstückig ausgebildet sind. Ein Vorteil dieser erfinderischen
Ausgestaltung besteht darin, daß keinerlei Fälschungseinflüsse durch Passungstoleranzen
und Fugeneffekte die Messergebnisse beeinflussen können.
-
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird darin gesehen,
daß ringförmige hohlkegelartige Krafteinleitungsglieder zwischen Verformungskörper
und Krafteinleitung einerseits und Gegenkrafteinleitung andererseits angeordnet
sind. In Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens wird es als erfinderisch angesehen,
daß die hohlkegelartigen Krafteinleitungsglieder zueinander parallel angeordnet
sind oder daß jedes hohlkegelartige Krafteinleitungsglied gleiche Wanddicke besitzt.
Eine besondere erfinderische Ausgestaltung wird darin gesehen, daß die Krafteinleitungsglieder
hohlkegelartige Rohre gleicher Festigkeit sind und daß der Querschnitt der hohlkegelartigen
Krafteinleitungsglieder ein Träger gleit zeaFestigkeit ist. Der besondere Vorteil
dieser Ausgestaltung liegt in der gleichmäßigen Biegung der Krafteinleitungsglieder.
-
In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die hohlkegelartigenKrafteinleitungsglieder mit der Ober- bzw. Unterkannte des Verformungskörpers
abschließen Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
besteht darin, daß mit der Kraft und der Gegenkraftzug- oder druckübertragende Elemente
verbindbar sind. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß es
hierdurch möglich wird, die erfindungsgemäße Kraftmeßeinrichtung als Druck- und
Zugwägezelle bzw. Kraftaufnehmer zu verwenden.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen
und in der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Im Einzelnen zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße
Kraftmessvorrichtung im Ruhezustand, Fig. 2 in Seitenansicht teilweise im Schnitt
eine Vorrichtung mit im Querschnitt parallelogrammartigen Verformungskörper, Fig.2a
eine andere konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäsan Kraftmessvorrichtung,
Fig. 3 eine komplette Kraftmessvorrichtung teilweise im Schnitt.
-
Eine rotationssymmetrische Kraftmessvorrichtung gemäß Fig. 1 einer
Krafteinleitungsachse 1 besteht aus einer Krafteinleitung 5, einem Verformungsglied
4 und einer Gegenkrafteinleitung 6. Das Verformungsglied 4 besitzt einen parallelogrammartigen
Querschnitt und ist ausgehend von den Stellen A bzw. A' am Verformungsglied 4 mit
der Krafteinleitung 5 bzw. Gegenkrafteinleitung 6 an den Stellen D bzw. 0' über
nicht dargestellte ringförmige Krafteinleitungsglieder verbunden. Wirkt nunmehr
über die Krafteinleitung 5 eine Kraft F in Richtung der Krafteinleitungsachse 1,
so wird über die nicht dargestellten Krafteinleitungsglieder das Verformungsglied
4 in die gestrichtelt dargestellt Form verdreht. Hierdurch ändern sich zwangsläufig
die Abstände a und a'. Der Punkt A bzw. A' vom Kraftschwerpunkt C des Verformungsgliedes
und auch die Winkel X bzw. ' zwischen der jeweiligen Krafteinleitungsrichtung und
der Vertikalen in den Punkten A bzw. A'. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich, werden
die Abstände a und a' kleiner, was zu einer Empfindlichkeitsverminderung der Kraftmessvorrichtung
führt; die Winkel OL bzw. ' werden jedoch vergrößert, was zu einer Empfindlichkeitszunahme
führt. Durch die Erfindung wird nunmehr erreicht, daß der Einfluß der Verkleinerung
der Abstände a bzw. a' durch den Einfluß
der Vergrößerungen der
Winkel t bzw. ' kompensiert wird, so daß eine ideale Kennlinie erreicht wird. Wie
bereits ausgeführt, wird durch die erfindungsgemäße Krafteinleitung mittels schräger
Krafteinleitungsglieder nicht nur die Bauhöhe der Kraftmeßvorrichtung wesentlich
verringert, sondern auch deren Quersteifigkeit wesentlich erhöht. Außerdem treten
in den kegeligen Krafteinleitungsgliedern weit geringere Biegespannungen auf, als
bei den zylindrischen Krafteinleitungsrohren, der beim Stand der Technik aufgeführten
Kraftmessdose. Dies hat zur Folge, daß die kegeligen Krafteinleitungsglieder wesentlich
kürzer gehalten werden können als die zylindrischen Rohre.
-
Gemäß Fig. 2 ist die Gegenkrafteinleitung 6 einstückig mit den Krafteinleitungsgliedern
7 der Krafteinleitung 5 ausgebildet. In der Krafteinleitung 5 ist eine Bohrung 8
angeordnet, in welche beispielsweise ein Druck- oder Zugelement zur übertragung
der Kraft auf die Kraftmessvorrichtung eingeschraubt werden kann. Das Verformungsglied
4, welches bevorzugt einen parallelogrammartigen Querschnitt aufweist, trägt an
seinen beiden Deckflächen 9, 10 je ein oder mehrere Dehnungsmesselemente 11, 12.
-
Die beiden Dehnungsmesselemente 11, 12 besitzen erfindungsgemäß gleichen
Durchmesser und sind konzentrisch zur Krafteinleitungsachse 1 angeordnet; ebenso
besitzen sie gleichen Abstand vom Kraftschwerpunkt 13 des Verformungsgliedes 4.
Bei Einwirken einer Druckkraft auf die Kraftmessvorrichtung werden die beiden kegeligen
Krafteinleitungsglieder 7 einer Druckbeanspruchung unterworfen.
-
Hierbei wird das Verformungsglied im Bereich des Dehnungsmesselementes
11 gestaucht und im Bereich des Dehnungsmesselemtenes 12 zufolge der einwirkenden
Kraft gedehnt.
-
Im Falle einer Zugkrafteinwirkung auf die Kraftmessvorrichtung drehen
sich die Bereiche der Stauchung und Dehnung um. Durch die Dehnungsmesselemente 11,
12 werden
die mechanischen Größen in elektrische umgewandelt.
-
Durch in einem der Krafteinleitungsglieder 7 angeordnete Durchgangsbohrungen
14 werden die Messkabel von den Dehnungsmesselementen 11 in einfachster Weise zu
dem Anschlußkabel des Dehnungsmesselemtes 12 geführt, so daß innerhalb der Kraftmessvorrichtung
eine einfache Vereinigung beider Messleitungen ermöglicht wird.
-
Die in Fig. 2a dargestellte Ausführungsform einer Kraftmessvorrichtung
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verformungsglied 31 zwischen Krafteinleitungsgliedern
32, die kegelig ausgebildet sind, angeordnet ist und damit bei gleichem Außendurchmesser
der Kraftmessvorrichtung es ermöglicht wird, daß wesentlich höher Kräfte sicher
gemessen werden können.
-
Bei der in Fig. 3 dargestellten Kraftmessvorrichtung ist das vom Dehnungsmesselement
11 kommende Messkabel 15 über einen Abgleichwiderstand 16 mit dem vom Dehnungsmesselement
12 kommenden Messkabel durch eine Abdeckplatte 18 geführt und an eine gedruckte
Schaltung 19 angeschlossen. Diese gedruckte Schaltung 19 trägt alle erforderlichen
Abgleich- und Kompensationselemente um das elektrische Meßsignal, unabhängig von
Umwelteinflüssen, über eine Abgangsleitung 20 einer nicht dargestellten Auswertstelle
zuzuführen. Durch eine dichte Verschraubung 21 ist die Gewähr dafür gegeben, daß
auf diesem Wege keine die Messergebnisse beeinflussende Feuchtigkeit in die Messvorrichtung
eindringt. Die gedruckte Schaltung 19 ist in einem in der Messvorrichtung integrierten
Raum 22 untergebracht, der nach Durchführung der erforderlichen Abgleich- und Kompensationsarbeiten
mit Harz, Wachs oder isolierenden Schäumen ausgegossen und anschließend mittels
Deckel 23 verschlossen wird. Mittels Membran 24 wird die Kraftmessvorrichtung im
Bereich der Krafteinleitung 5
ebenfalls feuchtigkeitsdicht abgedeckt.
L
e e r s e i t e