DE2618359B2

DE2618359B2 - Kraftaufnehmer

Info

Publication number: DE2618359B2
Application number: DE2618359A
Authority: DE
Inventors: K. Dr. Overlach; Ludwig Dr. 7500 Karlsruhe Pietzsch
Original assignee: Pat (irland) Ltd Shannon Clare Ie; PAT Irland Ltd Shannon Clare
Current assignee: PIETZSCH AG 7505 ETTLINGEN DE
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2618359C3; GB1576042A; US4059012A; DE2618359A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Solche Kraftaufnehmer arbeiten nach dem Prinzip der Dehnungstransformation. Sie sind mit genau zu dimensionierenden Schwachstellen in ihrem Querschnitt quer zur 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 dieser Art bekannt der allerdings nicht selbst kraftübertragend ist sondern auf einen beanspruchten Bauteil befestigt ist (Z. ATM Blatt 1135-26, Febr. 1970, S. 34,35).

Es ist ein selbst kraftübertragend ausgebildeter Kraftaufnehmer der beschriebenen Art bekannt (DE-GM 72 07 482), der im Hinblick auf Standfestigkeit und Betriebssicherheit sowie auf seine Herstellung noch nicht optimal dimensioniert ist So ist die Querschnittsschwächung unter anderem durch eine Verringerung der Stärke des Trägers nur über einen Teil seiner Länge erreicht was die Herstellung verteuert Beim Einbau des Kraftaufnehmers in ein Seil, — der bevorzugten Anwendung —, läßt sich eine Winkeländerung der Kraftrichtung bezüglich des Kraftaufnehmers nicht immer vermeiden. Ist jedoch bei sog. Schrägzug die Kraftrichtung nicht auf seine Längsrichtung ausgerichtet so kann es dadurch zu unverwünscht hohen Beanspruchungen kommen. Die Enden des bekannten Aufnehmers sind verhältnismäßig dick. Dies begünstigt das Entstehen unerwünschter Biegemomente, weil in der Praxis eine gleichmäßige Anlage eines in dem Verbindungsloch steckenden Verbindungselementes des Bauteils und damit eine symmetrische Kraftübertragung nicht verwirklichbar ist.

Auch ein anderer bekannter Kraftaufnehmer der selbst kraftübertragenden Bauart (GB-PS 12 27 787) mit Gabelkopf und Gabelzapfen, dessen Durchbiegung mittels Wegmeßelementen erfaßt wird, ermöglicht keine Abhilfe gegen die nachteiligen Auswirkungen von Schrägzug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der optimal dimensioniert ist, eine mehrfache Sicherheit gegen Überlastung aufweist, unempfindlich

gegenüber einer begrenzten Winkeländerung der Kraftrichtung und außerdem einfacher herstellbar ist als der bekannte Kraf tauf nehmer.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Kxaftaufnehmer gemäß der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

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 FaJl beispielsweise in das Nackenseü oder das Lastseil eines Kranes einschalten.

Bei dem Kraftaufnehmer nach der Erfindung ist die Schwachsteile allein durch Reduzierung der Abmessung in Breitenrichtung, d.h. an den schwächsten Stellen zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes, erzielt und nicht durch eine lokale Verringerung der Stärke des Flachstückes. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, weil das Flachstück im Gegensatz zur bisherigen Herstel'-mg durch Schmieden von einem vorbehandelten, vorzugsweise vorvergüteten und vorgeschliffenen Stangen- oder Streifenmaterial einfach in gewünschter Länge abgeschnitten zu werden braucht Gleichzeitig ist durch das einheitliche Vorbearbeiten und anschließende Bohren der zentralen Durchgangsbohrung eine genauere und reproduzierbare Dimensionierung insbesondere der Schwachstellen möglich.

Die Schwenklager in den Verbindungsbohrungen sorgen für eine optimale Krafteinleitung auch bei einer nicht genau in der Längsachse des Kraftaufnehmers ausgerichteten Kraftrichtung. Dies liefert einen wesentlichen Beitrag zu der hohen Standfestigkeit des Kraftaufnehmers nach der Erfindung. Die Schwenklager sind handelsübliche Elemente, die die Herstellung kaum verteuern und deren Lagerbohrungen zur Aufnahme handelsüblicher Anschlußteile, wie Schäkel, bemessen sind.

Die Stärke des Flachstückes ist vorteilhaft so gering wie möglich und εο gewählt, daß die Schwenklager mit ihren beiden Enden etwas vorstehen. Hierdurch werden günstige Kraftübertragungsbedingungen unter Vermeidung unerwünschter Biegung geschaffen.

Eine sorgfältige Dimensionierung des Flachstückes ist für einen optimalen Kompromiß zwischen hoher Leistung und Sicherheit sowie billiger Herstellung ausschlaggebend. Diese Dimensionierung ist detailliert in den Unteransprüchen angegeben. Es wurde erst nach sorgfältigem Studium der Spannungsverteilung in dem Flachstück herausgefunden, daß nicht die schwächste Querschnittsstelle des Rachstückes, die zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Rachstükkes liegt sondern die breiteren Querschnitte zwischen der Wand der Verbindungsbohrung und dem Längsrand besonders gefährdet sind, und zwar aufgrund von Kerbwirkung, wobei auch der Abstand der Bohrung vom Endrand eine Rolle spielt Als besonders vorteilhaft hat sich eine Dimensionierung erwiesen, bei der das Verhältnis aus den Abständen der Wand der Verbindungsbohrung zum Endrand und zum Längsrand des Flachstückes im Bereich zwischen 1,2 und 1,5 liegt Dies verringert die Kerbempfindlichkeit im Vergleich zu dem bekannten Aufnehmer, bei dem das genannte Verhältnis etwa 1,15 (nach der Zeichnung) ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i ε. 1 eine Draufsicht eines Kraftaufnehmers,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Kraftaufnehmers nach F i g. 1 und
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in F i g. 1.
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

to Ir.nenkontur und einen Innenring 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 o&dgL gestaltet In der Mitte des Rachstückes 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 Durchg&ngsbohrung9.

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 Rachseiten des Flachstückes 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 Flachstükkes 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 verlaufende Sacklochbohrung 21 und eine diese anschneidende, parallel zum Flachstück verlaufende Sacklochbohrung 22 herausgeführt Das freie äußere Ende der Sacklochbohrung 22 ist durch ein die Zuleitungskabel durchlassendes Anschlußstück 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 ist, weiterverarbeiten. Bevorzugt ist darum den Dehnungsmeßstreifen ein Verstärker 24 nachgeschaltet, der auf einem mit dem Anschlußstück 23 verbundenen Stützblech 28 sitzt und über Leitungen 27 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,

b5 für d'5 Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit und gleichzeitig für die einfachste Herstellbarkeit ist die Gestaltung des Flachstückes 1.

Dieses hai über seine ganze Länge A gleichbleibende

Stärke E und bis auf die unter einem Winkel von 45° abgeschrägten Enden auch gleichbleibende Breite C. Mit

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 besondere 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 « 0,25 bis 0,28

R/T = 1,2 bis 1,5

Für Flachstücke aus einem korrosionsfesten, ferritischen Vergütungsstahl, vorzugsweise aus der Reihe X20 Cr η mit n=13 und größer, sind in der folgenden Tabelle als Beispiele für einige unterschiedliche Nennlasten Abmessungen in mm angegeben:

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

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

Hierzu 1 Blatl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 dem Bauteil eine zentrale, beidseitig dicht verschlossene Durchgangsbohrung ι ο größeren Durchmessers aufweist, an deren Wand mindestens ein Verformungsaufnehmer befestigt ist, und der als Flachstück mit geringer Stärke und mindestens über den Achsabstand der Verbindungsbohrungen gleichbleibender Breite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stärke (E) des Flachstückes (1) über seine ganze Länge {AJ gleichbleibend ist,
daß der Durchmesser finder 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 Fließspannung des Werkstoffs des Flachstückes beträgt,

daß das Verhältnis (R/T) aus den Abständen (R, T) der Wand der Verbindungsbohrung (2) zum Endrand (25) und zum Längsrand (26) des Flachstückes (1) mindestens 1,2 ist und

in die Verbindungsbohrungen (2) sphärische Schwenklager (3) eingepaßt sind, in welche Verbindungselemente des kraftübertragenden Bauteils, wie übliche Schäkel, passen. i~>

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stärke (E) zur Breite (C) des Flachstückes (1) im Bereich zwischen 0,15 und 0,40 liegt

3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stärke (E) zur Breite (C) des Flachstückes im Bereich zwischen 0,2 und 032 liegt

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 ist.

5. Kraftaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis nicht größer als 0,8 ist

6. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 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. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis ti, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Achsabstandes (B) der Verbindungsbohrungen (2) zur Gesamtlänge (A) des Flachstückes in der t>o Größenordnung von 0,7 liegt

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.

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 Flachstückes (1) höchstens 1,5 ist

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. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachstück (1) aus korrosionsfestem, ferritischen Chromstahl hergestellt ist, der auf eine Festigkeit bis über 1000 N/mm² vergütet ist