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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Kräften wechselnder
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Wirkrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Messen von Kräften wechselnder Wirkrichtung mittels Kraftaufnehmer.
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Zur Messung derartiger Beanspruchungen werden, wenn es sich um Zug-Druck-Wechselbeanspruchungen
handelt,Zug-Druckkraftaufnehmer verwendet. Derartige Kraftaufnehmer haben beachtliche
Nachteile, die beispielsweise im unterschiedlichen elektrischen Ausgangssignal dieser
Aufnehmer bei Druck-und Zugkräften bestehen, weiterhin besitzen derartige Aufnehmer
kein stabiles Nullpunktverhalten, da durch Änderung der Belastung zwischen Druck
und Zug ein Hysteresefehler, hervorgerufen durch den ständigen Lastrichtungswechsel,
auftritt. Darüberhinaus ist auch ein Linearitätsfehler nicht zu vermeiden. Zufolge
der dynamischen Beanspruchung kann ein derartiger Aufnehmer nur mit wesentlich geringeren
Belastungen im Hinblick auf seine Dauerschwingfestigkeit als reiner Zug -oder Druckkraftaufnehmer
beaufschlagt werden. Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung
nunmehr die Aufgabe gestellt, die Fehler bezüglich elektrischem Ausgangssignal,
Nullpunkthysterese und Linearität eines Kraftaufnehmers zur Messung wechselnder
Belastungen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
mindestens zwei nur in einer Lastrichtung wirkende Kraftaufnehmer gegeneinander
mechanisch verspannt sind, daß die Vorspannung mindestens gleich ist der halben
maximal auftretenden Amplitude der zu messenden wechselnden Beanspruchungen und
daß eine Krafteinleitung zwischen den beiden gegeneinander vern spannten Kraftaufnehmer/stattfindet.
Hierdurch wird trotz wechselnder Beanspruchung erreicht, daß die Lastrichtung bei
den beiden Kraftaufnehmern stets gleich bleibt, was auch einen gleichbleibenden
elektrischem Ausgangssignal, da kein Lastrichtungswechsel eintritt, entspricht.
Durch das Zusammenwirken von zwei Kraftaufnehmern wird außerdem eine Verdoppelung
der
Federkontanten des Systems erreicht; d. h. die Meßwege halbieren sich, was zur Verringerung
von Meßfehlern führt. Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kraft
in die beiden vorgespannten Kraftaufnehmer gegensinnig eingeleitet wird. Durch die
gegensinnige Einleitung wird auch bei einer Änderung der Vorspannung eine Änderung
des Nullpunkts vermieden, so daß keine fehlerhafte Änderung des Ausgangssignals
auftritt.
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Durch die gegensinnige Krafteinleitung in die Kraftaufnehmer werden
auch Linearitäts- und Hysteresefehler kompensiert.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
die sich dadurch auszeichnet, daß zwei Kraftaufnehmer mit ihren Aufstandsflächen
gegen eine Krafteinleitung gepreßt werden und daß die Kraftaufnehmer mittels zweier
Gegenlager über vorspannbare Zugstangen verbindbar sind. Durch eine derartige Vorrichtung
wird es ermöglicht, daß Druckkraftaufnehmer zur Durchführung des erfinderischen
Verfahrens verwertbar werden.
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Um Zugkraftaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens einzusetzen,
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Aufstandsflächen zweier Kraftaufnehmer
mit dem Krafteinleitungsglied verbunden sind und daß die jeweiligen Krafteinleitungsglieder
der Kraftaufnehmer mit ihren jeweiligen Gegenlagern verschraubt sind und daß die
beiden Gegenlager über eine Hülse verspannbar sind.
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Besteht die Gefahr, daß Ouerkräfte auf die Krafteinleitung der zu
verspannenden Kraftaufnehmer einwirken, so wird zur Durchführung des Verfahrens
vorgeschlagen, daß die jeweiligen Krafteinleitungsglieder der Kraftaufnehmer mit
der Krafteinleitung verbindbar sind. Als eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
des Erfindungsgegenstandes wird es angesehen, daß die vorspannbare Verbindung zwischen
den Gegenlagern als eine einzige Hülse ausgebildet ist. In noch weiterer Ausgestaltung
des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß die Vorspannung mittels Druckstangen
bewirkt wird. Der Anmeldungsgegenstand ist wie ausgeführt, nicht eingeschränkt auf
eine Vorspannung mittels Druckrohr oder Druckstangen sondern beinhaltet auch sehr
wohl eine Vorspannung der Kraftaufnehmer durch
Zugstangen und Zugrohre.
In noch weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgsgenstandes wird vorgeschlagen, daß
die Krafteinleitung als Gehänge mit den einzuleitenden Wechselkräften verbunden
ist.
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Das erfinderische Verfahren läßt sich ohne weiteres auch bei wechselnden
Torsionskräften einsetzen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß
auch dadurch lösen, daß mindestens drei Kraftaufnehmer miteinander mechanisch verspannt
werden, daß die Vorspannung mindestens gleich ist der halben maximal auftretenden
Amplitude der zu messenden Beanspruchung und daß die Krafteinleitung an der mechanischen
Verspannung angreift. Diese erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere durch
eine einfach überschaubare Wirkungsweise aus.
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Eine besonders bevorzugte Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß über ein Querhaupt mindestens zwei Zugkraft aufnehmer
gegen mindestens einen Druckkraftaufnehmer verspannt werden und daß die Kraftaufnehmer
auf einer Unterlage fest angeordnet sind. Durch die flache Bauweise ist die erfindungsgemäße
Einrichtung insbesondere bei Messungen mit einem sehr geringen Raumangebot sehr
gut einsetzbar und zwar sowohl vertikal als auch horizontal.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der in
der Zeichnung schematisch dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsformen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstandes zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Anwendung
auf eine Zugdruckmessung Fig. 2 eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
Fig. 3 eine noch weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes für eine Zugdruckmessung
Fig.
4 eine Anwendung des Erfindungsgegenstandes bei einer Torsionsmessung Fig. 5 eine
weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes bei der Anwendung auf eine Torsionskraftmessung
Fig. 6 eine Ausgestaltung im Hinblick auf eine Aluidlösung des Erfindungsgegenstandes.
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Für die in Fig. 1 dargestellte Anordnung für eine Zug-Druckkraftmessung
werden zwei Druckkraftaufnehmer 1 und 2 gegen eine Platte 3 gepresst, welche einen
Teil eines Gehänges 4 darstellt. über eine Krafteinleitung 5 kann nunmehr über das
Gehänge 4 auf die Druckkraftaufnehmer 1 und 2 mit Hilfe der Platte 3 eine wechselnde
Beanspruchung aufgebracht werden, ohne daß das Meßergebnis durch Änderung des elektrischen
Ausgangssignals der einzelnen Kraftaufnehmer negativ beeinflußt wird.
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Die beiden Druckkraftaufnehmer 1 und 2 sind hierbei über eine Art
Ouerhaupt 6 gegen eine Grundplatte 7 mittels Schraubbolzen 8 verspannt und erhalten
über diese Verspannung eine Vorspannung die größer ist als die halbe maximal auftretende
Amplitude der zu messenden wechselnden Beanspruchung.
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In den nachfolgenden Figuren werden soweit es sich um dieselben Bauteile
handelt dieselben Bezugszeichen gewählt.
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Auch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung für eine Zug- Druckkraftmessung
ist insbesondere dann geeignet, wenn die auf Zugdruckwechselbeanspruchung zu untersuchenden
Bauteile horizontal gelagert sind. Die Druckkraftaufnehmer 1, 2 sind hierbei mit
ihren Krafteinleitungsglieder/11,12 über Zwischendruckstücke 13, 14 mittels Vorspannung
durch die Schraubbolzen 8 mit der Platte 3 fest verbunden. Der besondere Vorteil
dieser Ausgestaltung liegt darin, daß eventuell auftretende Querkräfte keine störenden
Momente auf die Kraftaufnehmer ausüben.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist insbesondere durch
die geschlossene Bauweise auch in stark staubhaltiger
Atmosphäre
verwendbar. Das Querhaupt 6 wird hierbei gegen die Grundplatte 7 durch eine Hülse
15 verspannt, wobei die Verbindung zwischen Hülse 15 und Ouerhaupt 6 beispielsweise
durch Schweißen hergestellt werden, während die Verbindung der Hülse 15 mit der
Grundplatte 7 durch Verschrauben stattfindet. Durch Schlitze 16, 17 ist es möglich,
die Platte 3 kraftfrei aus der Hülse 15 herauszuführen. Durch eine nicht dargestellte
elastische Abdichtung können die Schlitze 16, 17 abgedeckt werden.
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Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist geeignet
für Torsionsmessungen. Über eine Spannschraube 20 wird ein Wellenstück 21 kraftschlüssig
mit einem Wellenstück 22 verbunden. Die zu messenden Torsionskräfte bewirken nunmehr
eine Belastung des einen Kraftaufnehmers 24 und eine Entlastung des anderen Kraftaufnehmers
25 bzw. umgekehrt. Infolge symmetrischer Anordnung der Kraftaufnehmer 24, 25 zur
Spannschraube 20 tritt bei Änderung der Vorspannung an beiden Kraftaufnehmern 24,
25 eine gleichartige Vorspannungsänderung auf, so daß keine zusätzlichen Meßfehler
hervorgerufen werden.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt zwei Torsionskraftaufnehmer
30, 31, welche über einen Rahmen 32 und eine Krafteinleitung 33 gegeneinander vorgespannt
sind. Die über die Krafteinleitung 33 eingeleiteten Torsionskräfte belasten wiederum
den einen Torsionskraftaufnehmer 30 und entlasten den anderen Torsionskraftaufnehmer
31. Um die Vorspannung in besonders vorteilhafter Weise aufzubringen wird der Torsionskraftaufnehmer
30 über die Krafteinleitung 33 in Verbindung mit dem anderen Torsionskraftaufnehmer
31 bis zum Nennwert belastet. Anschließend wird Torsionskraftaufnehmer 31 am Rahmen
32 arretiert, so daß die beiden Torsionskraftaufnehmer zueinander über den Rahmen
32 über ihre Aufstellflächen fixiert sind.
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Nach Entlastung über die Krafteinleitung 33 stellt sich eine Vorspannung
von der halben Amplitude der Nennlast ein, wenn zwei gleiche Aufnehmer verwendet
werden. Dabei müssen die Torsionskraftaufnehmer 30 und 31 an mindestens einer ihrer
Verbindungsstellen 35,36 bzw 37,38 lösbar mit dem Rahmen 32
bzw.
der Krafteinleitung 33 verbunden sein.
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Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform stellt eine andere erfinderische
Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dar.
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Ein Druckkraftaufnehmer 40 wird von zwei Zugkraftaufnehmern 41, 42
gegen eine gemeinsame Krafteinleitungsplatte 43 verspannt.
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Dabei sind die Zugkraftaufnehmer 41, 42 mit einer Grundplatte 44 fest
verschraubt. Durch die niedere Bauweise dieser Einrichtung können insbesondere an
schwer zugänglichen Stellen auch dann wechselnde Beanspruchungen aufgenommen werden,
wenn der Platzbedarf für Meßeinrichtungen sehr beschränkt ist.
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Selbstverständlich kann diese erfinderische Lösung auch mit mindestens
zwei Druckkraftaufnehmern und mindsstens einem Zugkraftaufnehmer aufgebaut werden.
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Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen,
daß die von den Kraftaufnehmern ausgehenden elektrischen Signale zufolge ihrer mechanischen
Verbindung keine Störeinflüsse zulassen, da diese gleiche elektrische Ausgangssignale
erzeugen, die zu messenden Kräfte jedoch ein entgegengesetztes elektrisches Vorzeichen
bewirken, so daß bei der Subtraktion der Ausgangssignale der einzelnen Aufnehmer
die Störsignale zu null werden, während die Nutzsignale sich addieren.
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