DE2740685A1 - Kraftmessumformer - Google Patents
KraftmessumformerInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
- G01L1/2218—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction
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Description
-
- Kraftmeßumformer
- Die Erfindung bezieht sich auf Kraftmeßumformer mit an den Oberflächen von Federkörpern angebrachten Dehnungsmeßstreifen.
- Derartige Kraftmeßumformer sind allgemein bekannt. Einfach herzustellende Meßfedern sind Zug- oder Druckkraftstäbe bzw.
- -stempel oder auf Zug oder Druck beanspruchte Hohlzylinder. Die Meßeigenschaften derartiger geometrisch einfacher Körper sind gut beherrschbar. Bei sehr genauen Messungen stört Jedoch eine systematische Unlinearität der Kennlinie dieser Kraftmeßumformer. Bei Druckkraftmeßfedern macht sich die Nichtlinearität in einer positiven, bei Zugkraftmeßfedern in einer negativen Krümmung der Kennlinie bemerkbar.
- Die Kennlinienkrümmungen sind nur zu einem geringen Teil durch eine unsymmetrische Verstimmung der Dehnungsmeßstreifen-Brükkenschaltungen zu erklären, die dadurch hervorgerufen wird, daß üblicherweise an dem Federkörper längs- und querliegende Dehnungsmeßstreifen zu einer Brückenschaltung vereinigt sind.
- Ein weiterer geringer Teil der Kennlinienkrümmungberuht auf den elastischen Querschnittsveränderungen der Meßfedern bei der Belastung. Der restliche Teil der Nichtlinearität der Kennlinie muß in den Eigenschaften des üblicherweise für die Meßfedern verwendeten Werkstoffes zu suchen sein.
- Die Nichtlinearität der Kennlinien kann in den Kraftmeßumformern nachgeschalteten elektronischen Verstärkern auf elektrische Weise kompensiert werden. Dies sind Jedoch ziemlich aufwendige Maßnahmen, weil Jede Schaltung individuell abgeglichen werden muß.
- Für kleinere Meßkräfte kann auch eine auf Biegung beanspruchte Meßfeder verwendet werden. Die Kennlinien derartiger Biegefedern sind weitgehend frei von Krümmungen. F'ur große Kräfte, etwa ab einer Tonne, werden Biegefedern jedoch unförmig und in der Herstellung teuer.
- Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Linearisierung der Kennlinie von Kraftmeßumformern durch in der Hauptsache mechanische und einfache, keinen Abgleich benötigende elektrische Maßnahmen zu bewirken.
- Bei einem eingangs beschriebenen Kraftmeßumformer wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: a) eine auf Zug und eine auf Druck beanspruchte Meßfeder sind kräftemäßig hintereinandergeschaltet, b) die Dehnungsmeßstreifen sind in einer Brückenschaltung so geschaltet, daß die den einzelnen Meßfedern zugeordneten Dehnungsmeßstreifen jeweils in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gegenläufig belastete Zug- und Druckkörper nichtlineare Kennlinien mit entgegengesetzt verlaufender Krümmung aufweisen. In der elektrischen Brückenschaltung gleichen sich diese Nichtlinearitäten gegenseitig aus.
- Bei einem Ausführungsbeispiel des Kraftmeßumformers nach der Erfindung bestehen die kräftemäßig hintereinandergeschalteten Meßfedern aus zwei konzentrischen Hohlzylindern, von denen der innere becherförmig gestaltet ist. Er stützt sich mit einebiegesteifen Rand um sein offenes Ende auf einer Stirr-« Qhe des äußeren Hohlzylinders ab, dessen andere Stirnfläch af einem Widerlager ruht. Die Meßkraft wirkt auf den Boden des becherförmigen Hohlzylinders ein.
- Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt ein von der Meßkraft auf Zug beanspruchter Stab mittels einer an seinem einen Ende angebrachten biegesteifen Platte auf einer' Stirnfläche eines ihn koaxial umgebenden Hohlzylinders auf. Die andere Stirnfläche des Hohlzylinders stützt sich auf ein Widerlager.
- Zweckmäßig wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Meßkraft auf den Becherboden über eine Krafteinleitungsstelze eingeleitet.
- Die Erfindung wird an sechs Figuren näher erläutert.
- Die Figuren 1 und 2 stellen Diagramme der Kennlinien von druck-bzw. zugkraftbelasteten Meßkörpern dar.
- In den Figuren 3 und 4 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
- Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen nach dem Prinzip der Figur 3 gestalteten Kraftmeßumformer.
- In Figur 6 ist eine elektrische Brückenschaltung der Dehnungsmeßstreifen aus Figur 5 dargestellt.
- In den Figuren 1 und 2 sind an den Abszissen Jeweils die Meßkräfte F angetragen. Die Ordinaten zeigen das Meßsignal U an.
- Bei Figur 1 ist die Kennlinie eines Druckkraftstempels oder eines Druckkrafthohlzylinders als Kurve mit positiver Krümmung eingezeichnet.
- Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die Kennlinie eines Zugkraftstabes bzw. eines Zugkrafthohlzylinders eine negative Krümmung aufweist, In Figur 3 ist schematisch die kräftemäßige Hintereinanderschaltung eines äußeren Druckkrafthohlzylinders 1 und eines inneren Zugkrafthohlzylinders 2 dargestellt. Dabei ist innere, zum äußeren Druckkrafthohlzylinder 1 konzentrische Zugkrafthohlzylinder 2 becherförmig. Mit einem an seinem offenen Ende angeordneten biegesteifen Rand 3 stützt er sich auf die obere Stirnfläche des Druckkrafthohlzylinders 1 ab. Die andere Stirnfläche des Druckkrafthohlzylinders 1 ruht auf einem Widerlager 4. In den Boden 5 des becherförmigen Zugkrafthohlzylinders 2 wird eine Meßkraft P eingeleitet. Auf die Mantelflächen der Hohlzylinder 1 und 2 können nicht dargestellte Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt werden, die dann zu einer elektrischen Brückenschaltung verschaltet werden.
- Die in Figur 4 prinzipmäßig dargestellte Hintereinanderschaltung von zwei Meßkörpern enthält einen äußeren Hohlzylinder 10, auf dessen oberer Stirnfläche eine biegesteife Platte 11 aufliegt, an der, in das Innere des Hohlzylinders 10 hineinragend, ein Zugstab 12 angebracht ist. Der Zugstab 12 und der auf Druck beanspruchte Hohlzylinder 10 sind gegenseitig koaxial. Am freien Ende des Zugstabes 12 greift die Meßkraft P an. Die untere Stirnfläche des Hohlzylinders 10 stützt sich auf einem Widerlager 13 ab.
- Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip der Figur 3 im Längsschnitt. Auf dem Boden 20 eines von einem Dekkel 21 abgeschlossenen Gehäuses 22 sitzt ein Hohizylinder 23 auf, der mit einer oberen ringförmigen Stirnfläche 24 einen Rand 25 eines becherförmigen Hohlzylinders 26 abstützt. Der Becher 26 hängt also konzentrisch im Hohlzylinder 23. Auf dem biegesteif ausgeführten Boden 27 des Bechers 26 ist unter Zwischenlage einer Füllung 28 ein Druckstück 29 gelagert. Auf einer ebenen Fläche des Druckstückes 29 ruht die untere gekrümmte Stirnfläche einer Krafteinleitungsstelze 30. Zum Schutz gegen Verschmutzung der Berührungsflächen der Stelze 30 und des Druckstückes 29 weist das Druckstück einen Rand 31 auf, in den eine Ringnut 32 eingefräst ist, die zur Aufnahme einer Dichtung 33 dient. Die Dichtung 33 liegt an der Mantelfläche der Stelze 30 und zentriert so gleichzeitig die Krafteinleitungsstelze 30 im Druckstück 29. Der Becher 26 und der Hohlzylinder 23 bilden beide ein Meßfedersystem, die kräftemäßig hintereinandergeschaltet sind, wobei der Becher 26 auf Zug und der Hohlzylinder 23 auf Druck beansprucht sind. An den Mantelflächen dieser Meßfederkörper sind Dehnungsmeßstreifen 34, 35, 36 und 37 angebracht.
- Die Figur 6 zeigt eine Brückenschaltung der Dehnungsmeßstreifen 34, 35, 36 und 37. Es ist zu erkennen, daß die auf den beiden Hohlzylindern angebrachten Dehnungsmeßstreifen in einander benachbarten Zweigen der Brückenschaltung liegen.
Claims (4)
- Patentansprüche Kraftmeßumformer mit an den Oberflächen von Federkörpern angebrachten Dehnungsrneßstreifen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination der folgenden beiden Merkmale: a) eine auf Zug und eine auf Druck beanspruchte Meßfeder (26, 23) sind kräftemäßig hintereinandergeschaltet, b) die Dehnungsmeßstreifen (34, 35, 36, 37) sind in einer Brükkenschaltung so geschaltet, daß die den einzelnen Meßfedern (26, 23) zugeordneten Dehnungsmeßstreifen (35, 37 bzw. 34, 36) jeweils in diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen.
- 2. Kraftmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kräftemäßig hintereinandergeschalteten Meßfedern aus zwei konzentrischen Hohlzylindern (1, 2) bestehen, deren innerer (2) becherförmig gestaltet ist und sich mit einem biegesteifen Rand (3) um sein offenes Ende auf einer Stirnfläche des äußeren Hohlzylinders (1) abstützt, dessen andere Stirnfläche auf einem Widerlager (4) ruht und die Meßkraft (P) auf den Becherboden (5) wirkt.
- 3. Kraftmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Meßkraft auf Zug beanspruchter Stab (12) mittels einer an seinem einen Ende angeordneten biegesteifen Platte (11) auf einer Stirnfläche eines ihn koaxial umgebenden Hohlzylinders (10) aufliegt und die andere Stirnfläche des Hohlzylinders sich auf ein Widerlager (13) stützt.
- 4. Kraftmeßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Becherboden (27) eine Krafteinleitungsstelze (30) gelagert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19772740685 DE2740685A1 (de) | 1977-09-09 | 1977-09-09 | Kraftmessumformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19772740685 DE2740685A1 (de) | 1977-09-09 | 1977-09-09 | Kraftmessumformer |
Publications (1)
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---|---|
DE2740685A1 true DE2740685A1 (de) | 1979-03-22 |
Family
ID=6018551
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19772740685 Pending DE2740685A1 (de) | 1977-09-09 | 1977-09-09 | Kraftmessumformer |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2740685A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3801892A1 (de) * | 1988-01-23 | 1988-08-18 | Daimler Benz Ag | Einstellhilfe fuer karosseriehauben |
WO1989009385A1 (fr) * | 1988-03-24 | 1989-10-05 | Zach, Johann | Dispositif manometrique ou dynamometrique |
DE3819083A1 (de) * | 1988-06-04 | 1989-12-07 | Daimler Benz Ag | Magnetoelastische kraftmessvorrichtung |
DE4132114A1 (de) * | 1991-09-26 | 1993-04-01 | Siemens Ag | Messaufnehmer fuer laengen- oder abstandsaenderungen |
-
1977
- 1977-09-09 DE DE19772740685 patent/DE2740685A1/de active Pending
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US5144847A (en) * | 1988-03-24 | 1992-09-08 | Johann Zach | Pressure or force measuring device |
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