DE2618359C3

DE2618359C3 - Kraftaufnehmer

Info

Publication number: DE2618359C3
Application number: DE2618359A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. 7500 Karlsruhe Pietzsch
Original assignee: Pat (ireland) Ltd Shannon Clare Ie; PAT Ireland Ltd Shannon Clare
Current assignee: PIETZSCH AG 7505 ETTLINGEN DE
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1982-03-18
Also published as: GB1576042A; DE2618359A1; US4059012A; DE2618359B2

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 weiche 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 Kraftaufnehmer.

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

Ein Kraftaufp.ehmer gemäß der Erfindung ist insbesondere als Lastmeßglied für Überlastsicherungen in Kranen geeignet, weil er die hohen, bei Kranen gestellten Sicherheitsanforderungen erfüllt Er läßt sich κι in diesem Fall beispielsweise in das Nackenseil oder das Lastseil eines Kranes einschalten.

Bei dem Kraftaufnehmer nach der Erfindung ist die Schwachstelle allein durch Reduzierung der Abmessung in Breitenrichtung, d.h. an den schwächsten Stellen r> 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 Herstellung 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 jo 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 3-, kaum verteuern und deren Lagerbohrungen zur Aufnahme handelsüblicher Anschlußteile, wie Schäkel, bemessen sind.

Die Stärke des Flachstückes ist vorteilhaft so gering wie mög^l;ch und so gewählt, daß die Schwenklager mit m 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 4; 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 herausger.inden, daß nicht die schwächste Querschnittsstelle des Flachstückes, die zwischen der Durchgmgsbohrung und dem Längsrand des Flachstükkes liegt, sondern die breiteren Querschnitte zwischen der Wand der Verbindungsbohrung und dem Längsrand besonders gefährdet sind, und zwar aufgrund von ü 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 (,0 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 l,15(nachderZeichnung)ist.

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

F i g. 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 !III II in F i g.'..

Der gezeigte Kraftaufnehmer weist ein längliches Flachstück! auf, das an seinen Längsenden durchgehende Verbindungsbohrungen 2 mit einem Durchmesser C zur Aufnahme von Schwenklagern 3 mit Preßpassuns hat Die Schwenklager 3 sind handelsübliche Elemente und weisen einen Außenring 4 mit hohlkugeliger Innenkontur 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 od.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 neutra^-i Faser sind gegenüberliegend in der mit der Querachse ^zusammenfallenden Diagonalen je zwei Dehnungsmeßstreifen 10 und 11 und in der mit der Längsachse 7 zusammenfallenden Diagonalen zwei weitere Dehnungsmeßstreifen 12 und 13 aaf 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 Flachseiten 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 Dehnungsmeßstrsifen 10 bis 13 weitere elektronische Bauteile untergebracht stm, die ein von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenes elektrisches Signal, das proportional zu der ?twa in Längsrichtung des Flachstückes eingeleiteten Kraft ist, weiterverarbeiten. Bevorzugt ist darum den Dehnungs· meßstreifen ein Verstärker 24 nachgeschaltet, der auf einem mit der" 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, für die Meßger.auigkei». und Reproduzierbarkeit und gleichzeitig für die einfachste Herstellbarkeit ist die Gestaltung des Flachstückes 1.

Dieses hat über seine ganze Länge A gleichbleibende

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

A — Gesamtlänge

B — Achsabstand der Verbindungsbohrungen 2 C - Breite

E - Stärke

C — 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

hsbcn sich Fcls
mäßig erwiesen:

0,15 bis 0,4; vorzugsweise 0,2 bis 0.32 09; vorzugsweise < 08

E/C = 0,15 bis 0,4; vorzugsweis

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 X 20 Cr π mit n= 13 und größer, sind in der folgenden Tabelle als Beispiele für einige unterschiedliche Nennlasten Abmessungen in mm angegeben:

	Nennlast	(MP)	Kl	J(I	5(1
	-¹		.VJ₁,	4SIl	57(1
Λ	2. w	27ί>	24(1	VIII	4(10
H	17(1	2(1(1	«Ml	12(>	IMI
	Ml	"(I	21	27	5(1
Γ.	17	17	} --,	ι-ς	Ml
ι	7 5	-).ς

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.

1 licr/ii I Hlali /.d

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 κι 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, t: dadurch gekennzeichnet,

daß die Stärke (E) des Flachstückes (1) über seine ganze Länge ^gleichbleibend ist,
daß der Durchmesser (P) der zentralen Durchgangsbohrung (9) und Stärke (E) und Breite (C) des Flachstückes (i) 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 Wertetoffs 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) so mindester.-. 1,2 ist und

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

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 r> des Durchmessers (P) der zentralen Durchgangsbohrung zur Breite (C) des Flachstückes (1) nicht größer als 03 ist

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

6. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (C) der Verbindungsbohrungen (2) zum Durchmesser (P) der zentralen Durchgangs- v, bohrung (9) nicht größer als 0,9 ist

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

8. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (C) zur Länge (A) des Flachstückes im Bereich zwischen 0,25 bis 0,28 liegt hi

9. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche I 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 Flachstünk (1) aus korrosionsfestem, ferritischen Chromstahl hergestellt ist, der auf eine Festigkeit bis über 1000 N/mm² vergütet ist