DE2719946A1 - Load measuring axle unit - has bearing bushes fitted with strain gauge elements in bridge arrangement - Google Patents

Load measuring axle unit - has bearing bushes fitted with strain gauge elements in bridge arrangement

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Abstract

The load-measuring axle for machinery consists of a cylindrical centre section(1) or shaft onto whose ends are shrunk high tensile bearing bushes(2). The central shaft transmits the load from an external bearing(5) to further components(4) connected via bearing surfaces to the ends of the shaft. The hollow ends of the shaft contain strain gauge strips (3) affixed to the inner faces of the cavities. A pair of strain gauge elements is used in each end. Once element is active and the other is for temp. compensation. All four elements are connected as a bridge circuit. The strain gauge elements are always parallel to the effective force and the signal from the diagonal of the bridge is the sum of the signals from the active elements and is independent of temp.

Description

MeßachseMeasuring axis

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Belastung, die bei der Übertragung von Kräften von einem auf ein anderes Bauteil auf eine ihre gelenkige Verbindung bildende Achse quer zu ihrer Längsrichtung wirkt, mittels Dehnungsmeßstreifen, wobei die Achse an ihren beiden Enden zylindrisch hohl ist und die Dehnungsmeßstreifen in den hohlen Enden in Umfangsrichtung und parallel zur wirkenden Kraft geklebt sind.The invention relates to a device for detecting the load, the transfer of forces from one component to another on one of theirs the axis forming the articulated connection acts transversely to its longitudinal direction, by means of strain gauges, the axis being cylindrically hollow at both ends and the strain gauges glued in the hollow ends in the circumferential direction and parallel to the acting force are.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art sind die Dehnungsmeßstreifen innerhalb einer an ihren Enden hohlzylindrischen einteiligen Achse in deren Umfangsrichtung parallel zur Lastrichtung geklebt. Dabei ist nachteilig, daß die Achse zur Vermeidung ihrer plastischen Verformung ganz aus hochfestem, teurem Material.In a known device of this type, the strain gauges within a one-piece axis, which is hollow cylindrical at its ends, in its circumferential direction glued parallel to the load direction. It is disadvantageous that the axis to avoid their plastic deformation made entirely of high-strength, expensive material.

bestehen muß und deshalb nur mit großem Aufwand an Material und Bearbeitung herzustellen ist. Außerdem müssen die Dehnungsmeßstreifen vor bzw. bei ihrem Ankleben in der Achse justiert werden. Ferner sind für die Aushärtung der Klebestellen großer Achsen große Wärmeöfen erforderlich.must exist and therefore only with a great deal of material and processing is to be established. In addition, the strain gauges must be used before or when they are glued on adjusted in the axis. Furthermore, the adhesive points are larger for curing Axes require large heating ovens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßachse der eingangs genannten Art anzugeben, die preisgünstig herzustellen ist und bei der die Dehnungsmeßstreifen einfach zu justieren und die Klebestellen in üblichen Wärmeöfen auszuhärten sind.The invention is based on the object of a measuring axis of the initially specified type, which is inexpensive to manufacture and in which the strain gauges easy to adjust and the adhesive points are hardened in conventional heating ovens.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die Achsen aus einem Mittelstück mit je einem zylindrischen Ansatz an beiden Enden und auf diese aufge- schrumpften hochfesten Lagerbuchsen besteht, auf deren Innenseiten die Dehnungsmeßstreifen angeklebt sind. Dadurch wird insbesondere erreicht, daß nur die hochfesten Lagerbuchsen aus besonderem Material herzustellen sind und daß das Mittelstück nur aus einem Werkstoff üblicher Qualität zu bestehen braucht.The object is achieved according to the invention in that in one device of the type mentioned above, the axes from a center piece, each with a cylindrical Approach at both ends and on these shrunk high strength There is bearing bushes, on the inside of which the strain gauges are glued. It is thereby achieved in particular that only the high-strength bearing bushes from special Material are to be made and that the middle piece is more common only from one material Quality needs to exist.

Außerdem sind vor dem Zusammenbau der Lagerbuchsen mit dem Mittelstück zur Aushärtung der Klebestellen der Lagerbuchsen nur übliche Wärmeöfen erforderlich.Also, prior to assembling the bushings with the center piece only conventional heating ovens are required to cure the glued joints of the bearing bushes.

Die Dehnungsmeßstreifen können nach der Aushärtung der Klebestellen beim Aufschrumpfen der Lagerbuchsen auf das Mittelstück mit einfachen Mitteln justiert werden.The strain gauges can be used after the glue has hardened adjusted with simple means when shrinking the bearing bushes onto the center piece will.

Vorteilhaft ist es, wenn die Lagerbuchsen mit Spiel in beiden Bauteilen gelagert und mit einer Verdrehsicherung bezüglich eines der beiden Bauteile versehen sind, die bewirkt, daß sich die Dehnungsmeßstreifen immer parallel zur wirkenden Kraft befinden. Durch das Spiel der Lagerbuchsen ist keine mechanisch verformende bzw. die Verformung verhindernde Rückwirkung durch die Lagerstellen der Bauteile auf die Meßachse zu befürchten, so daß die Meßergebnisse eindeutig und reproduzierbar sind. Eine genaue Ausrichtung der Dehnungsmeßstreifen in Richtung der wirkenden Kraft durch die Verdrehsicherung gewährleistet, daß die tatsächlich in Richtung des Bezugsbauteiles wirkende Kraft ermittelt wird.It is advantageous if the bearing bushes have play in both components stored and provided with an anti-twist device with respect to one of the two components which means that the strain gauges are always parallel to the acting one Force. Due to the play of the bearing bushes, there is no mechanically deforming or the deformation preventing reaction through the bearing points of the components to be feared on the measuring axis, so that the measurement results are clear and reproducible are. A precise alignment of the strain gauges in the direction of the acting Force ensured by the anti-rotation device that the actually in the direction the force acting on the reference component is determined.

Weiterhin empfiehlt es sich, daß das Mittelstück und die Lagerbuchsen zur Schmierung der Lagerflächen der Lagerbuchsen mit Bohrungen ausgestattet sind, denn durch das Schmiermittel zwischen den Lagerflächen wird gewährleistet, daß sich die Lagerbuchsen unter Belastung ungestört elastisch verformen und daß der Verschleiß der Lagerflächen stark herabgesetzt wird.It is also recommended that the middle piece and the bearing bushes are equipped with bores to lubricate the bearing surfaces of the bearing bushes, because the lubricant between the bearing surfaces ensures that the bearing bushes Deform elastically under load undisturbed and that the wear of the bearing surfaces is greatly reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßachse ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Meßachse und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.An embodiment of the measuring axis according to the invention is in Drawing shown and is described in more detail below. They show: FIG. 1 a longitudinal section through the measuring axis and FIG. 2 a section along the line II-II in Fig. 1.

Die Meßachse besitzt ein zylindrisches Mittelstück 1, z. B. eine Welle mit Ansätzen an ihren Enden, auf die je eine hochfeste Lagerbuchse 2 aufgeschrumpft ist.The measuring axis has a cylindrical center piece 1, for. B. a wave with approaches at their ends, onto each of which a high-strength bearing bush 2 is shrunk is.

In die Innenfläche der Lagerbuchsen 2 sind in deren Umfangsrichtung Dehnungsmeßstreifen 3 angeklebt.In the inner surface of the bearing bushes 2 are in the circumferential direction Strain gauges 3 glued on.

Die Lagerbuchsen 2 sind zum Über tragen von Kräften gleichzeitig in einem die Achse tragenden Bauteil 4 und einem mit der Last in Verbindußag stehenden Bauteil 5 gelagert, wobei die Lageuchsen 2 mit ihren äußeren Enden in dem tragenden Bauteil 4 mit Spiel gelagert sind und das lasteinleitende Bauteil 5 auf den dem Mittelstück 1 zugewandten Endstücken der Lagerbuchsen 2 mit Spiel gelagert ist.The bushings 2 are to carry over forces at the same time in a component 4 supporting the axle and a component connected to the load Component 5 stored, the position sleeves 2 with their outer ends in the supporting Component 4 are stored with play and the load-introducing component 5 on the Center piece 1 facing end pieces of the bearing bushes 2 is mounted with play.

In den Lagerbuchsen 2 sind die Dehnungsmeßstreifen 3 in Innenmantelnuten 6 zur Messung der quer zu ihrer in Längsrichtung wirkenden Kraft in Umfangsrichtung und parallel zur wirkenden Kraft einander gegenüberliegend angeordnet, wobei einer der Pehnung$meßgtreifen 3a als aktives Meßelement die durch die Kraft bewirkte elastische Verformung der Lagerbuchsen 2, z. B. Stauchung des Dehnungsmeßstreifens 3a, ermittelt und der andere Dehnungsmeßstreifen 3b als passives Meßelement zur Temperaturkompensation dient Diese vier Dehnungsmeßstreifen 3 sind z.B. so geschaltet, daß sie eine Brückenschaltung bilden, wobei in jedem Zweig der Brückenschaltung zwei Dehnungsmeßstreifen 3a, 3h einer Lagerbuchse 2 in Reihe geschaltet sind und der Diagonalzweig das Meßsignal liefert. Die als aktive Meßelemente dienenden Dehnungsmeßstreifen 3a bilden mit dem Diagonalzweig eine Reihenschaltung, so daß das Meßsignal des Diagonalzweiges, unabhängig von der an den Dehnungsmeßstreifen 3 herrschenden Temperatur, die Summe der Meßsignale der beiden aktiven Meßelemente ist.In the bearing bushes 2, the strain gauges 3 are in inner jacket grooves 6 for measuring the force acting transversely to its longitudinal direction in the circumferential direction and arranged opposite each other parallel to the acting force, one the elongation $ meßgtreifen 3a as an active measuring element the elastic caused by the force Deformation of the bearing bushes 2, for. B. Compression of the strain gauge 3a, determined and the other strain gauge 3b as a passive measuring element for Temperature compensation is used These four strain gauges 3 are connected e.g. that they form a bridge circuit, in each branch of the bridge circuit two strain gauges 3a, 3h of a bearing bush 2 are connected in series and the diagonal branch supplies the measurement signal. The strain gauges serving as active measuring elements 3a form a series circuit with the diagonal branch, so that the measurement signal of the diagonal branch, regardless of the temperature prevailing at the strain gauges 3, the sum is the measuring signals of the two active measuring elements.

Jede Lagerbuchse 2 ist mit zwei Außenmantelnuten 7a, 7b ausgestattet. Jeweils eine Außenmantelnut 7a dieser vier Außenmantelnuten 7a, 7b ist auf etwa der halben Länge jeder Lagerbuchse 2 angeordnet, wobei an einer Nutflanke der Außenmantelnuten 7a das tragende Bauteil 4 und an der anderen Nutflanke das lasteinleitende Bauteil 5 angrenzt und dazu dient, die elastische Vsrformung der Lagerbuchsen 2 in dieser Ebene durch Querschnittsverringerung zu erleichtern, damit der in dieser Ebene angeordnete als aktives Meßelement dienende Dehnungsmeßstreifen 3a die Belastung unverfälscht von z.B. sonst etwa auftretenden Biegeverformungen der Achse ermittelt. Die anderen zwei Außenmantelnuten 7b sind jeweils im Abstand von etwa einem Viertel der Länge der Lagerbuchse 2 von dem dem Mittelstück zugewandten Ende angeordnet. Diese zwei Außenmantelnuten 7» dienen zur Schmierung der Lagerflächen, wobei die Zufuhr des Schmiexmittels durch Bohrungen 8 erfolgt, die radial in und zu den Lagerbuchsen 2 und dem Mittelstück 1 und axial sowie mittig in und zu dem Mittelstück 1 angeordnet snd.Each bearing bush 2 is equipped with two outer jacket grooves 7a, 7b. In each case one outer jacket groove 7a of these four outer jacket grooves 7a, 7b is approximately the half length of each bearing bush 2 arranged, wherein on a groove flank of the outer jacket grooves 7a the load-bearing component 4 and the load-transferring component on the other groove flank 5 adjoins and serves the elastic deformation of the bearing bushes 2 in this To facilitate plane by reducing the cross-section, so that the arranged in this plane strain gauges 3a serving as an active measuring element ensure that the load is not distorted determined e.g. from otherwise occurring bending deformations of the axis. The others two outer jacket grooves 7b are each spaced about a quarter of the length the bearing bush 2 arranged from the end facing the middle piece. These two Outer jacket grooves 7 »serve to lubricate the bearing surfaces, with the supply of the Lubricant takes place through bores 8, which radially in and to the bearing bushes 2 and the middle piece 1 and arranged axially and centrally in and to the middle piece 1 snd.

Außerdem sind die Lagerbuchsen 2 an ihren offen7en Enden mit in der Zeichnung nicht dargestellten Kappen verschlossen, die jeweils mittels Schrauben mit dem Mittelstück 1 verbunden sind und in ihren Außendurchmessern mit den Innendurchmessern der Lagerbuchsen 2 übereinstimmen. Die Kappen schirmen die Dehnungsmeßstreifen 3 vor elektrischen und magnetischen Feldern sowie elektromagnetischen Wellen ab und schützen den Innenraum der Lagerbuchsen 2 mittels Rundschnurdichtungen vor mechanischen Außeneinflüssen, z.B. Wasser, explosivem Gas oder Schmutz. Eine der Kappen ist mit einem Schmiernippel ausgerüstet und durch die andere Kappe ist ein abgeschirmtes elektrisches Kabel für die Dehnungsmeßstreifen 3 geführt.In addition, the bearing bushes 2 are at their open ends with in the Drawing closed caps, not shown, each by means of screws are connected to the middle piece 1 and in their outer diameters with the inner diameters of the bearing bushes 2 match. The caps shield the strain gauges 3 from electric and magnetic fields as well as electromagnetic waves from and protect the interior of the bearing bushes 2 from mechanical by means of round cord seals External influences, e.g. water, explosive gas or dirt. One of the caps is with equipped with a grease nipple and the other cap is a shielded one electrical cable for the strain gauges 3 out.

Jede Lagerbuchse 2 ist ferner an ihren Enden mit einer Radialnut 9 versehen, in die eine Sicherungsnase am lasttragenden Bauteil 4 eingreift, so daß die Dehnungsmeßstreifen 3 immer ihre Lage beibehalten.Each bearing bush 2 is also provided with a radial groove 9 at its ends provided, in which a locking nose engages on the load-bearing component 4, so that the strain gauges 3 always maintain their position.

Die Meßachse arbeitet wie folgt: Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 wirkt eine Kraft (P) planparallel zur Zeichnungsebene sowie außermittig und unter einem bestimmten Winkel auf das lasteinleitende Bauteil 5. Die Kraft (P) drückt das lasteinleitende Bauteil 5 mit der Achsialkomponente (P») der Kraft (P) gegen das linke tragende Bauteil 4 und mit der Radialkomponente (PL)der Kraft (P) auf die Lagerbuchsen 2, wobei die linke Lagerbuchse 2 stärker belastet wird als die rechte Lagerbuchse 2. Sie werden entsprechend der auf sie wirkenden Belastung elastisch sowie etwa ellipsenförmig und unabhängig von Reibungsrückwirkungen der sich berührenden aufeinanderdrckenden Lastübertragungsflächen verformt. Die als aktive Meßelemente dienenden Dehnungsmeßstrfen 3a werden dabei entsprechend der wirkenden Kraft gestaucht und verändern ihren elektrischen Widerstand, wodurch am Dia- gonalzweig der Brückenschaltung ein der Summe der beiden Dehnungsmeßstreifen 3a entsprechendes Meßsignal abgegeben wird. Dieses Meßsignal wird einem elektrischen Verstärker zugeführt, der mit einem Anzeigegerät verbunden ist. Dieses Anzeigegerät zeigt die auf die Achse wirkende Radialbelastung der Kraft an.The measuring axis works as follows: According to FIGS. 1 and 2, one acts Force (P) plane-parallel to the plane of the drawing as well as eccentric and below a certain one Angle on the load-introducing component 5. The force (P) presses the load-introducing component Component 5 with the axial component (P ») of the force (P) against the left load-bearing Component 4 and with the radial component (PL) of the force (P) on the bearing bushes 2, the left bearing bush 2 is more heavily loaded than the right bearing bush 2. They become elastic and roughly elliptical in shape, depending on the load acting on them and regardless of the frictional effects of the touching one on top of the other Deformed load transfer surfaces. The strain gauges serving as active measuring elements 3a are compressed according to the acting force and change their electrical Resistance, whereby the slide gonal branch of the bridge circuit the sum of the two strain gauges 3a corresponding measurement signal is emitted. This measurement signal is fed to an electrical amplifier, which is equipped with a display device connected is. This display device shows the radial load acting on the axle of the force.

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Claims (3)

A n 5 p r ü c h e: 1. Einrichtung zum Erfassen der Belastung, die bei der Übertragung von Kräften von einem auf ein anderes Bauteil auf eine ihre gelenkige Verbindung bildende Achse quer zu ihrer Längsrichtung wirkt, mittels Dehnungsmeßstreifen, wobei die Achse an ihren beiden Enden zylindrisch hohl ist und die Dehnungsmeßstreifen in den hohlen Enden in Umfangsrichtung und parallel zur wirkenden Kraft geklebt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse aus einem Mittelstück (1) mit je einem zylindrischen Ansatz an beiden Enden und auf diese aufgeschrumpften hochfesten Lagerbuthsen(2) besteht, auf deren Innenseiten die Dehnungsmeßstreifen (3) angeklebt sind. A n 5 test: 1. Device for recording the load that in the transfer of forces from one component to another on one of theirs the axis forming the articulated connection acts transversely to its longitudinal direction, by means of strain gauges, the axis being cylindrically hollow at both ends and the strain gauges glued in the hollow ends in the circumferential direction and parallel to the acting force are, characterized in that the axis consists of a center piece (1) each with one cylindrical attachment at both ends and high-strength bearing bushes (2) shrunk onto them consists, on the inside of which the strain gauges (3) are glued. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen (2) mit Spiel in beiden Bauteilen (4, 5) gelagert und mit einer Verdrehsicherung bezüglich eines der beiden Bauteile versehen sind, die bewirkt, daß sich die Dehnungsmeßstreifen (3) immer parallel zur wirkenden Kraft befinden.2. Device according to claim 1, characterized in that the bearing bushes (2) mounted with play in both components (4, 5) and with an anti-twist device with respect to one of the two components which causes the strain gauges (3) are always parallel to the acting force. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstück (1) und die Lagerbuchsen (2) zur Schmierung der Lagerflächen der Lagerbuchsen (2) mit Bohrungen (8) ausgestattet sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the middle piece (1) and the bearing bushes (2) for lubricating the bearing surfaces of the Bearing bushes (2) are equipped with bores (8).
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