DE2618359A1 - Kraftaufnehmer - Google Patents

Description

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang BukRmcMicoManchMa

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PAT IRLAND LTD.
P 002 32

K raf tauf nehmer

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer, der in ein kraftübertragendes Bauteil, wie ein Seil, einschaltbar und selbst kraftubertragend ausgebildet ist, mit einem Träger, der zwischen zwei an entgegengesetzten Enden gelegenen durchgehenden Verbindungsbohrungen zur Verbindung mit dem Bauteil eine zentrale, beidseitig dicht verschlossene Durchgangsbohrung größeren Durchmessers aufweist, an deren Wand mindestens ein Verformungsaufnehmer befestigt ist.

Derartige Kraftaufnehmer arbeiten nach dem Prinzip der Dehnungstransformation. Sie sind mit genau zu dimensionierenden Schwachstellen in ihrem Querschnitt quer ι λ Kraftübertragungsrichtung versehen, an denen die Dehnung größer als in dem beanspruchten Bauteil wird. Im Bereich dieser Schwachstellen sind zweckmäßig die Verformungsaufnehmer angebracht, welche die Dehnung erfassen und beispielsweise in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal umwandeln.

Es ist ein Kraftaufnehmer der beschriebenen Art bekannt (DT-Gbm 72 07 482), aas im Hinblick auf Standfestigkeit und Betriebssicherheit sowie auf eine Herstellung nocr. nicht optimal dimensioniert ist. So ist die Querschnittsschwächung unter anderem durch

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eine Verringerung der Stärke des Trägers über einen Teil seiner Länge erreicht,

was die Herstellung verfeuert. Beim Einbau des Kraftaufnehmers in ein Seil, - der bevorzugten Anwendung -_r läSi sich eine Winkel änderung der Kraftrichtung bezüglich des Kraftaufnehmers nicht immer vermeiden, ist jedoch die Krafinchfung nicht auf seine Längsrichtung ausgerichtet, so kernrt es dadurch zu unerwünscht hohen Beanspruchungen kommen. Die Enden des bekannten Aufnehmers sind verhältnismäßig dick. Dies begünstigt

das Entstehen unerwünschter Biegemcsnerite, wet! in der Praxis eine gleichmäßige Anlage eines in dem Verbimdungsioch steckenden Verbindungselemenfes des Bauteils und damit eine symmetrische Kraftübertragung nicht verwirklichbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Krafiaufnehmer der eingangs beschriebenen Aft zu schaffen, der opHmai dimensioniert ist, eine mehrfache Sicherheit gegen Überlastung aufweist, · unempfindlich gegenüber einer begrenzten Winkel änderung der .Kraftrichtung und außerdem einfacher hersteilbar ist als der bekannte Kraftaufnehmer. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftaufnehmer der eingangs beschriebener, r gemäß der Erfindung vorgesehen,

daß der Träger als FlachstOck mit über seine ganze Länge gleichbleibender geringer Stäi.- und mindestens über den Abstand der Verbindungsbohrungen gleichbleibender Breite ausgebildet ist daß der Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung und Stärke und Breite des Flacnstückes so dimensioniert sind, daß die an den schwächsten Stellen zwischen der Durch- _---'

gangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes bei Nennlast auftretende Spannung unterhalb der Proporitonalitätsgrenze liegt und höchstens 1/3 der Fließspannung des Werkstoffs des Flachstückes beträgt und

daß in die Verbindungsbohrungen Schwenklager eingepaßt sind, in welche Verbindungselemente des kraftübertragenden Bauteils, wie übliche Schäkel, passen.

Ein Kraftaufnehmer gemäß der Erfindung ist insbesondere als Lastmeßglied für Überlastsicherungen in Kranen geeignet, weil er die hohen, bei Kranen gestellten Sicherheitsanforderungen erfüllt. Er läßt sich in diesem Fall beispielsweise in das Nackenseii oce-r das Lastseil eines Kranes einschalten.

Bei dem Kraftaufnehmer nach der Erfindung ist die Schwachstelle allein durch RecW .·· rung der Abmessung in Breitenrichtung, d.h. an den schwächsten Stellen zwischen der

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Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachsfückes,erziel* und nichi -.,"^ --iine¹ Verringerung der Stärke des Flachsfückes. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, we'·: das PfGehstock ?rn Gegensatz zur bisherigen Herstellung durch Schmieden von einem vo«~ behandelten, vorzugsweise vorvergüfeten und vorgeschlrffenen Sfangen- oder Sfreifenma^f rial einfach in gewünschter Länge abgeschnitten zu /werden braucht .Gleichzeitig isf du. -,..: das einheitliche Vorbearbeiten und anschließende Bohren der zentralen D ■•rligarta.sbchru.-reine genauere und reproduzierbare Dimensionierung insbesondere der S·· ·< - "-.!'sfolie·'- rnöy

Die Schwenkiager in den Verbindungsbohrungen sorgen für eine optimale Krafteinlcitiino auch bei einer nicht genau in der Längsachse des Kraffaufnehmers ausgerichteten Kraftrichtung. t)ies liefert einen wesentlichen Beitrag zu der hohen Star^'fastigkeit des Kraftaufnehmers nach der Erfindung. Die Schwenkiager sind handelsübliche Elemente, die die Herstellung kaum verteuern und deren Lagerbohrungen zur Aufnahme handelsüblicher Anschlußleile, wie Schäkel, bemessen sind.

Die Stärke des Flachstückes ist vorteilhaft so gering wie möglich und so gewählt, daß die Schwenklager mit ihren beiden Enden etwas vorstehen. Hierdurch werden günstigsfe Kraffüberfragungsbedingungen unter Vermeidung unerwünschter Biegung geschaffen.. Eine sorgfältige Dimensionierung des Flachsfückes ist für einen optimalen Kompromiß zwischen hoher Leistung und Sicherheit sowie billiger Herstellung ausschla^aobend. Diese Dimensionierung ist detailliert m den Unferansprüchen angegeben. B wurde erst nach sorgfältigem Stud 'ium der Spannungsverteilung in dem Flachstück herausgefunden, daß nicht die schwächste Querschniffstelle des Flachstückes, die zwischen de! Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachsfückes liegt, sondern die breiteren Querschnitte zwischen der Wand der Verbindungsbohrung und dem Längsrand besonders gefährdet sind, und zwar aufgrund von Kerbwirkung, wobei auch der Absfand der Bohrung vom Endrand eine Rolle spielt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Dimensionierung erwiesen, bei der das Verhälfnis aus den Absfänden der Wand der Verbindungsbohrung zum Endrand und zum Längsrand des FlachstUckes im Bereich zwischen 1,2 und 1,5 liegt Dies verringert die KerbempfindIichkeif im Vergleich zu dem bekannten Aufnehmer, be! dem das genannte Verhältnis 1,0 ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Kraffaufnehmers nach der Erfindung; Fig. 2 eine feilweise geschnittene Seitenansicht des Kraffaufnehmers nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Fig. 1.

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BAD ORIGINAL ^C0PY

Der gezeigte Kraftaufnehmer weist ein längliches Flachstück 1 auf, das an seinen Längsenden durchgehende Verbindungsbohrungen 2 mit einem Durchmesser G zur Aufnahme von Schwenklagern 3 mit Preßpassung hat. Die Schwenklager 3 sind handelsübliche Elemente und weisen einen Außenring 4 mit hohlkugeliger Innenkontur und einen Innen ring 5 mit kugeliger, in die Hohlkugel des Außenrings passender Außenkontur auf. Der Innenring ist von einer Lagerbohrung 6 des Durchmessers F durchsetzt. Diese Lagerbohrung 6 ist passend zur Aufnahme eines Verbindungselementes, wie eines handelsüblichen Schäkels, (nicht gezeigt) zur Verbindung mit einem Seil oder dgl. gestaltet. In der Mitte des Flachstückes 1, wo sich seine Längsachse 7 und seine Querachse 8 schneiden, ist das Flachstück 1 durch eine zentrale Durchgangsbohrung 9 größeren Durchmessers als die Bohrungen 2 durchsetzt. In der die Längsachse 7 enthaltenden Ebene der neutralen Faser sind gegenüberliegend in der mit der Querachse 8 zusammenfallenden Diagonalen je zwei Dehnungsmeßstreifen 10 und 11 und in der mit der Längsachse 7 zusammenfallenden Diagonalen zwei weitere Dehnungsmeßstreifen 12 und 13 auf die Wand der Durchgangsbohrung 9 aufgeklebt. Diese Anordnung der Dehnungsmeßstreifen kompensiert eine eventuelle Asymmetrie bei der Krafteinleitung oder eine nicht genau mittige Anordnung der Durchgangsbohrung 9.

Die Durchgangsbohrung 9 ist durch zwei Deckel 14 und 15 verschlossen, die mittels Dichtungsringen 16 und 17 abgedichtet und durch Schrauben 18 und 19 gegen die Flachseifen des FlachstUckes gespannt sind. Hierdurch ist ein vor schädlichen Umgebungseinflüssen geschützter Hohlraum 20 geschaffen, der unerwünschte äußere Einflüsse und Beanspruchungen von den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 fernhält.

Es ist ersichtlich, daß die Dehnungsmeßstreifen 10,11 unmittelbar am schwächsten Querschnitt des FlachstUckes angebracht sind, der in der die Querachse 8 enthaltenden Normalebene, liegt. An diesem Querschnitt tritt die größte Dehnung auf, die somit unmittelbar von den Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Die elektrischen Anschlüsse der Dehnungsmeßstreifen werden über eine axial im Deckel 15 valaufende Sacklochbohrung 21 und eine diese anschneidende, parallel zum FlachstUck verlaufende Sackiochbohrung 22 herausgeführt. Das freie äußere Ende der Sacklochbohrung 22 ist

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geändert

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durch ein die Zuleitungskabel durchlassendes Anschlustück 23 verschlossen. In dem Hohlraum 20, 21, 22 können außer den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 weitere elektronische Bauteile untergebracht sein, die ein von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenes elektrisches Signal, das proportional zu der etwa in Längsrichtung des Flachstückes eingeleiteten Kraft jst, weiterverarbeiten· Bevorzugt ist darum den Dehnungsmeßstreifen ein Verstärker 24 nachgeschaltet, der auf einem mit dem Anschlußstück 23 verbundenen Stützblech Ja sitzt und über Leitungen ^er^mit den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 verbunden ist (der Klarheit halber ist nur die Verbindung zu dem Dehnungsmeßstreifen 12 gezeigt).

Von besonderer Bedeutung für die Standfestigkeit, für die Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit und gleichzeitig für die einfachste Herstellbarkeit ist die Gestaltung des Flachstückes 1 .

Dieses hat über seine ganze Länge A gleichbleibende Stärke Eund bis auf die unter einem Winkel von 45 abgeschrägten Enden auch gleichbleibende Breite C.

A - Gesamtlänge

B - Achsabstand der Verbindungsbohrungen 2

C - Breite

E - Stärke

G - Bohrungsdurchmesser der Verbindungsbohrungen 2

F - Durchmesser der Lagerbohrung des Schwenklagers 3

P - Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung 9

R - Abstand der Wand der Verbindungsbohrungen 2 vom Endrand 25

T - Abstand der Wand der Verbindungsbohrung 2 vom Längsrand 26

haben sich folgende Verhältnisse als besonders zweckmäßig erwiesen:

E/C =	0,15 bis 0,4; vorzugsweise 0,2 bis 0,32
p/c ^-	0,9; vorzugsweise ^ 0,8
G/P £	: 0,9
B/A ^	> 0,7
C/A λ	f 0,25 bis 0,28
R/T =	1,2 bis 1,5

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Für Flachstücke aus einem korrosionsfesten, ferritischen Vergütungsstahl, vorzugsweise aus der Reihe X20Cr η mit η = 13 unci großer, sind' in der folgenden Tabelle· als Beispiele für einige unterschiedliche Nennlasten Abmessungen in mm angegeben:

Nennlast (MP)	3	5	10	20	50
A	237	276	340	480	570
B	170	200	240	340	400
C	60	70	90	126	160
E	17	17	21	27	50
F	25	25	35	45	60
G	42	42	55	68	90

Ein wie beschrieben gestaltetet und dimensionierter Kraftaufnehmer ist unter minimalem Werkstoff- und Hersteilungsaufwand mit den gewünschten Meßeigenschaften produzierbar, mehrfach Uberlastbar und unempfindlich auch gegen die harten Einsatzbedingungen im Freien sowie gegen Schwenken der Kraftangriffsrichtung bezüglich seiner Längsachse.

Ansprüche:

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^A -

Le e rs e ι te

Claims (11)

1. SOOC München 80 Mühldorfstraße 25

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   Patentanwalt Dr.-lng. R. Liesegang B_8n., η_βυ₈*_βι & _Co m_n*._n «ob»

   PAT IRLAND LTD.
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   Ansprüche

   t' 1 . j Kraftaufnehmer, der in ein kraftübertragendes Bauteil, wie ein Seil, einschaltbar und selbst kraftübertragend ausgebildet ist, mit einem Träger, der zwischen zwei an entgegengesetzten Enden gelegenen durchgehenden Verbindungsbohrungen zur Verbindung mit den Bauteil eine zentrale, beidseitig dreht verschlossene Durchgangsbohrung größeren Durchmessers aufweist, an deren Wand mindestens ein Verformungsaufnehmer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Träger als Flachstück(l)mit über seine ganzeLänge(A)gleichbIeibQnder,geringer Srärke(E)und mindestens über den Achsabstand(B)der Verbindungsbohrungen ^gleichbleibender Breite (C) ausgebildet ist,

   daß der Durchmesser (P) der zentralen Durchgangsbohrung (9) und Stärke (E) und Breite (C) des Flachstückes (1) so dimensioniert sind, daß die an den schwächsten Stellen zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes bei Nennlast auftretende Spannung unterhalb der Proportionalitätsgrenze liegt und höchstens 1/3 der Fiießspannung des Werkstoffs des Flachstückes beträgt und

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   daß in die Verbindungsbohrungen (2) Schwenklager (3) eingepaßt sind, in weiche Verbindungselemente des kraftübertragenden Bauteils, wie übliche Schäkel, passen.
2. 2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai3 das Verhältnis der Stärke (E) zur Breite (0 des Flachstückes (1) im Bereich zwischen 0,15 und 0,40 liegt.
3. ο·. Kraftaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stärke (E) zur Breite (C) des Flachsfückes im Bereich zwischen 0,2 und 0,32 liegt.
4. 4. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (P) der zentralen Durchgangsbohrung zur Breite (C) des Flachstückes (1) nicht größer als 0,9 isf
5. 5. Kraftaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis nicht größer als 0,8 ist.
6. 6. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (G) der Verbindungsbohrungen (2) zum Durchmesser (P) der zentralen Durchgangsbohrung (9) nicht größer als 0,9 ist.
7. 7. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Achsabstandes (B) der Verbindungsbohrungen (2) zur Gesamtfänge (A) des Flachstückes in der Größenordnung von 0,7 liegt.
8. 8. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (C) zur Länge (A) des Flachstückes im Bereich zwischen 0,25 bis 0,28 liegt.

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   _a 2 6 1 8 5 b 9
9. 9. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus den Abständen (R,T) der Wand der Verbindungsbohrung (2) zum Endrand (25) und zum Längsrand (26) des Flachstuckes (1) im Bereich zwischen 1,2 und 1,5 liegt.
10. 10. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur und in Längserstreckung des Flachstückes (1) diagonal einander gegenüberliegend zwei Paare von Verformungsaufnehmern in Gestalt von Dehnungsmeßstreifen (10 bis 13) auf die Wand der Durchgangsbohrung (9) geklebt sind, und zwar in Ausrichtung auf die neutrale Faser des Flachstückes (1).
11. 11. Kraftaufhehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachstück (1) aus korrosionsfestem ,ferritischen Chromstahl hergestellt

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    ist, der auf eine Festigkeit bis über 100 kp/mm vergütbar ist.

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