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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Kräften
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahreii zuss elektrischen Messen
von Kräften sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, Meßeinrichtungen, bei denen auf einen Stahl körper
ein elektrischer Widerstand aufgeklebt ist, in den Kraft fluß zum Beispiel einer
Waage einzuschalten. Durch die Krafteinwirkung wird der Stahlkörper und mit ihm
der aufgeklebte el. Widerstand gedehnt. Dabei ändert sich der elektrische Widerstand.
Die Anderung des ei. Widerstandes wird gemessen und dient dann als Maß für die auf
den Stahlkörper einwirkende Kraft.
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Bei einem anderen Meßverfahren wird ein aus Blechen bestehen der Stahlkörper,
in den eine Primär- und eine Sekundärwicklung eingewickelt sind, einer Kraft-wirkung
ausgesetzt. Unter der Kraft einwirkung ändern sich die magnetischen Eigenschaften
des Stahlkörpers und es werden unterschiedliche Spannungen in der Sekundärwicklung
erzeugt. Die Spannungsunterschiede dienen als Maß für die einwirkende Kraft.
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Beide Arten von Meßeinrichtungen sind empfindlich gegen große Kraftstöße
oder ungleichmäßige Belastung, weil dadurch der Stahlkörper plastisch verformt bzw.
die Klebungen der Dehnungsmeßstreifen beschädigt werden, was zu falschen Meßergebissen
führt.
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Zum Ausgleich von ungleichmäßigen Flächenbelastungen durch Fluchtfohler
und ungenau Bearbeitung legt man dünne Scheiben aus einem weichen Metall oder Metallgewebe,
die sich plastisch unter der Krafteinwirkung verformen, zwischen die Auflagen flächen
von Maschinenrahmen und Kraftmeßeinrichtung. Diese plastisch verformbaren Scheiben
sind jedoch unwirksam, wenn die ungleichmäßige Verteilung der Kraft durch eine elastische
Verformung der benachbarten Maschinenteile verursacht wird.
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Es kann in solchen Fällen unter Umständen nach mehreren Entlastungen
durch Härtezunahme der plastisch verformten Scheiben zu einer Vergrößerung der Ungleichmäßigkeit
der Flächenbelattung kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Kraftmeßeinrichtung
so in den Kraftfluß einzufügen, daß sie nicht durch auftretende Stöße und/oder durch
ungleichmäßige Verteilung der Kraft auf ihre Oberfläche beschädigt werden kann.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe in der Weise gelöst, daß der Kraftfluß
in einen Haupt- und einen parallelen Nebenkraftfluß aufgeteilt wird, wobei der Hauptkraftfluß
durch Übertragungsglieder aus Stahl geleitet wird und in dem Nebenkraftfluß mindestens
eine elektrische Kraftmeßzelle und mindestens ein Federkörper hintereinandergeschaltet
werden. Im Hauptkraftfluß findet dabei keine Kraftmessung statt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich
dadurch, daß die Übertragungsglieder aus Stahl für den Hauptkraftfluß und die Kraftmeßzellen
mit den Federkörpern
für den Nebenkraftfluß zwischen einer oberen
und einer unteren Tragplatte nebeneinander angeordnet sind. Durch die Zwischenschaltung
der Federkörper wird im Nebenkraftfluß die Elastizität gegenüber dem Hauptkraftfluß
vergrößert und dadurch die Krafteinwirkung auf die Kraftmeßzellen verkleinert. Bei
einer Ausführungsform bestehen die Übertragungsglieder für den Hauptkraftfluß aus
der Gehäusewandung eines aus einem Stück bestehenden Stahl gehäuses.
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In vorteilhafter Weise bestehen die Federkörper im Nebenkraftfluß
aus einem Werkstoff, dessen Elastizitätsmodul kleiner ist als der Blastizitätsmodul
des Werkstoffes, aus dem die Ubertragunfslieder für den Hauptkraftfluß bestehen.
Um die elastische Verformung der Federkörper gegenüber den Übertragungsgliedern
für den Hauptkraftfluß und den Kraftmeßzellen zu vergrößern, sind die Federkörper
im Nebenkraftfluß mit Bohrungen oder Hohlräumen in Kraftflußrichtung versehen, wobei
die Federkörper auch Körper aus Stahl sein können. Zum Ausgleich einer ungleichen
Kraft kann der verkleinerte Querschnitt des Federkörpers ungleichmäßig über die
Fläche verteilt werden, z. B. durch Einbringen von in Kraftrichtung verlaufenden
Bohrungen an Stellen großer Krafteinwirkung.
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Die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Brfindung
sind insbesondere in der Unempfindlichkeit gegenüber großen Kraftstößen bzw. ungloich
äßigew Belastungen zu sehen und somit in der immer exakten Messung von Kräften.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von schematischen Ausführungibeispielen
erläutert.
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Bs zeigen Fig, 1 eine Kraftmeßvorrichtung mit Wirkung schema im Schnitt,
Fig. 2 die Vorrichtung im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere
Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt, Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig.
3 im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung im Schnitt, Fig. 6 die Ausführungsform nach Fig. 5 im Schnitt nach
der Linie VI-VI in Fig. 5.
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Gemäß den Fig. 1 und 2 wird die Kraft Pl vor der Kraftmessung auf
die drei Hauptkraftflüsse H1, H2, und H sowie auf die 3 Nebenkraftflüsse N1 und
N2 aufgeteilt und nach der Kraftmessung wieder zur Kraft P2 zusammengefaßt.
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Die Hauptkraftflüsse H1 - H3 werden durch Übertragungsglieder 3, 4
und 5 geleitet, die aus einem Werkstoff mit möglichst hohem Elastizitätsmodul, beispielsweise
Stahl, bestehen. Die Nebenkraftflüsse N1 und N2 werden durch Federkörper 6, 7 und
Kraftmeßzellen 8, 9 geleitet. Die Übertragungsglieder 3, 4, 5 für die Hauptkraftflüsse
H1 - H3 und die Kraftmeßzellen 8, 9 mit den Federkörpern 6, 7 für die Nebenkraftflüsse
N1 und N2
sind dabei nebeneinander zwischen einer oberen 6 und unteren
j Tragplatte angeordnet. Die Federkörper 6, 7 bestehen aus einem Werkstoff mit niedrigem
Elastizitätsmodul. Durch den niedrigen Elastizitätsmodul entsteht, da die Verformungsvege
im Hauptkraftfluß und im Nebenkraftfluß gleich sind, im Nebenkraftfluß eine geringere
spezifische Verformungskraft und damit eine Entlastung der Meßzellen 8, 9. Die Federhärte
der Federkörper kann durch Bohrungen 10 weiter verringert werden.
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In den Fig. 3 und 4 ist eine Kraftmeßvorrichtung dargestellt mit einer
ringförmigen Kraftmeßzelle 26, auf die ein ringförmiger Federkörper 25 den für die
Kraftmessung vorgesehenen Anteil der Gesamtkraft übertrgt. Der H»uOttoil des Kraftflusses
geht durch einen Ring 24 und einen inneren Tragkörper 27. Eine Tragplatte 28 und
ein Ring 23, der mit der Tragplatte 28 fest verbunden ist, bilden ein Gehäuse, das
sich auf einer Fundamentplatte 29 abstützt. Bine Tragplatte 22 übernimmt die aus
einem Maschinenrahmen 21 auf sie übertragene Kraft und verteilt sie auf die Übertragungsglieder,
die einerseits für den Hauptkraftfluß aus dem Ring 24 und dem inneren Tragkörper
27 und andererseits für den Nebenkraftfluß aus dem ringförmigen Federkörper 25 und
der ringförmigen Kraftmeßzelle 26 bestehen.
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In den Fig. 5 und 6 ist eine Kraftmeßvorrichtung für große Kräfte
dargestellt. Sie besteht aus einer Tragplatte 41, die in einen Maschinenrahmen 42
eingesetzt und mit diesem verschraubt ist. Auf die Tragplatte 41 ist ein Stahlgehäuse
43
aufgesetzt und mit dieser durch Schrauben 44 verbunden. Das Stahlgehäuse
43 weist mehrere Kammern 45 auf. In diesen Kammern 45 sind jeweils übereinander
Federkörper 46 mit Bohrungen 49 und Kraftmeßzellen 47 angeordnet. Die zunehmende
Kraft wird durch die Tragplatte 48 auf das Stahlgehäuse 43 übertragen, dessen Wandungen
als Hauptkraftflußwege dienen. Es erübrigen sich auf diese Weise besondere Kraftübertragungselemente
im Hauptkraftfluß. Der Nebenkraftfluß, in dem die Kraftmessung erfolgt, wird in
mehrere Zweige auf die Federkörper 46 mit den Kraftmeßzellen 47 aufgeteilt. Durch
elektrische Hintereinanderschaltung der Kraftmeßzellen 47 wird eine ungleichmäßige
Lastverteilung auf die einzelnen Kraftmeßzellen 47 ausgeglichen.