DE2808041A1

DE2808041A1 - Messwertaufnehmer zur erfassung von zug- und/oder druckbelastung eines kraftuebertragungsgliedes

Info

Publication number: DE2808041A1
Application number: DE19782808041
Authority: DE
Inventors: Andreas Pitter
Original assignee: ISETRON GmbH
Current assignee: ISETRON GmbH
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1979-08-30

Description

Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druck-
belastungen einer Kraftübertragungaglioder Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druckbelastungen eines im wesentlichen stabförmigen Kraftübertragungsgliedes.
Das Kraftübertragungsglied kann beispielsweise eine Pendelstütze eine Hubwerkes, eine Seilablenkung, eine Seilendklemme oder ein anderes belastbares Bauteil sein.
Es sind allgemein Kraftmeßdosen zur Messung eines Zuges oder eines Druckes bekannt, welche jedoch im allgemeinen nur in einer Richtung messen können und bei welchen Dehnungsmeßstreifen direkt auf den Belastungsträger aufgeklebt sind.
Den bekannten Meßwertaufnehmern ist der Nachteil eigen, daß meistens nur zwei Dehnungsmeßstreifen aktiv ausgenutzt werden können und daß oft keine reinen Zug- oder Druckspannungen gemessen werden können, sondern vielmehr nur Uberlagerungen solcher Spannungen.
Weiterhin wird bei den bekannten Meßwertaufnehmern durch die ungleichen Widerstände und die beim Aufkleben der Dehnungsmeßstreifen erzeugten Verspannungen aus einem scheinbar belasteten Zustand des Gebers gemessen. Dies führt hinsichtlich der Meßgenauigkeit zu Nachteilen. Derartige Nachteile lassen sich im allgemeinen auch nicht durch ein Nacharbeiten des Dehnungsmeßstreifen-Trägers beseitigen. Zu dem oben kurz zusammengefaßten Stand der Technik wird insbesondere auf die DE-OS 2 301 186, die DE-OS 2 318 618 sowie auf die Deutschen Gebrauchsmuster 720 482 und 2 301 186 hingewiesen.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen Meßwertaufnehmer der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welcher mechanisch auf außerordentlich einfache Weise derart kalibriert werden kann, daß im Hinblick auf einen Nullabgleich vorhandene Druck- oder Zugspannungen besonders genau ausgeglichen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Kraftübertragungsglied entlang seiner Längsachse eine Durchgangsbohrung aufweist, daß die Durchgangsbohrung in ihrem mittleren Bereich eine Erweiterung aufweist, daß in der Erweiterung ein Dehnungsmeßstreifen-Träger für wenigstens vier Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist, daß an dem Dehnungrmeßstreifen-Träger durch die Durchgangsbohrung hindurchragende Stangen angebracht sind, daß aus dem Kraftübertragungsglied beiderseits herausragende Enden der Stangen ein Gewinde aufweisen und daß auf diesem Gewinde auf dem Kraftübertragungsglied abzustützende Zugspannungsmuttern angeordnet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß die Möglichkeit einer mechanischen Kalibrierung gegeben ist, welche mit einfachsten Mitteln besonders schnell und genau durchgeführt werden kann, um beispielsweise einen exakten Nullabgleich herbeizuführen.
Weiterhin ermöglicht die Erfindung durch Ausnutzung von vier aktiven Dehnungsmeßstreifen ein besonders starkes Ausgangssignal und eine entsprechend hohe Genauigkeit.
Durch die Anwendung immer gleicher Dehnungsmeßstreifen-Träger wird in vorteilhafter Weise weiterhin die Möglichkeit einer Serienfertigung eröffnet.
Da die erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Träger verhältnismäßig einfache Formen aufweisen, ergibt sich gemäß der Erfindung der weitere Vorteil, daß die Fertigung sehr einfach ist.
Weiterhin ist der erfindungsgemäße Neßwertaufnehmerbesonders universell einsetzbar, da er leicht und schnell an ein belastbares Bauteil angebaut werden kann.
Weiterhin erweist sich bei dem erfindungsgemäßen Meßwertaufnehmer der Umstand als vorteilhaft, daß die an sich zu messende Druck- oder Zugspannung in eine reine Biegespannung umgesetzt wird, und die sich daraus ergebende Spannungsübersetzung ausgenutzt wird.
Die Erfindung bedient sich somit der Erkenntnis, daß bei einer Übersetzung oder Umsetzung einer an sich zu messenden Druck-oder Zugspannung in eine klassische Biegespannung die daraus erreichbare Spannungsübersetzung zur Steigerung der Meßgenauigkeit in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Neßwertaufnehmers, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßwertaufnehmer, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Dehnungsmeßstreifen-Träger gemäß Fig. 1, Fig. 6 die elektrische Schaltung des Dehnungsmeßstreifen Trägers nach der Fig. 5, Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Dehnungsmeßstreifen-räger gemäß Fig. 3, und Fig. 8 die elektrische Schaltung für den Dehnungsmeßstreif an Träger nach der Fig. 7.
Gemäß Fig. 1 und 3 ist das Kraftübertragungsglied T1 bzw. T21 als Rundstab ausgebildet. Auf dessen in den Fig. 1 und 3 schematisch dargestelltes Außengewinde können handelsübliche Gelenkstangenköpfe mit sphärischen Lagern aufgeschraubt werden. Im mittleren Bereich des Kraftübertragungsgliedes T1 bzw. T21 ist zur Aufnahme des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 bzw. 22 jeweils eine Erweiterung 11 bzw. 21 vorgesehen. Diese Erweiterung hat in den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen im wesentlichen die Form eines Längs schlitzes.
Weiterhin weist das Kraftübertragungsglied T1 bzw. T21 entlang seiner Längachse jeweils eine Durchgangsbohrung 10 bzw. 20 auf. In diesen Durchgangsbohrungen sind Stangen S1 und S2 bzw. 521 und S22 angeordnet, welche mit ihrem inneren Ende jeweils in eine Gewindebohrung LA und L3 bzw. L21 und L23 eingeschraubt sind.
An den äußeren Enden der Kraftübertragungsglieder T1 bzw.
T21 sind jeweils Erweiterungen (11 bzw. 21) vorgesehen, welche ein Innengewinde haben. In diese Innengewinde sind Druckspannmuttern Ml und M2 bzw. M21 und M22 eingeschraubt. Diese Druckspannmuttern weisen einen nach innen ragenden Bund oder Rand auf, welcher einen Absatz der Stangen 51 und S2 bzw.
521 und 522 übergreift. Wenn die Druckspannmuttern so weit in das Kraftübertragungsglied eingedreht werden, daß ihr Bund oder Rand sich auf dem Absatz der Stangen abstützt, kann auf diese Weise der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 bzw. 22 unter Druck gesetzt werden.
Auf den durch die Druckspannmuttern hindurchragenden Enden der Stangen sind auf einem entsprechenden Gewinde jeweils Zugspannmuttern M3 und M4 bzw. M23 und M24 angeordnet, welche sich auf den Druckspannmuttern abstützen können. Wenn die Druckspannmuttern so angeordnet sind, daß ihr nach innen ragender Bund oder Rand nicht auf dem entsprechenden Absatz der Stangen abgestützt ist, kann durch entsprechendes Pestziehen der Zugspannmuttern über die Stangen der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 bzw. 22 einer Zugspannung unterworfen werden.
Mit Hilfe der oben beschriebenen Zugspannmuttern und der entsprechenden Druckspannmuttern kann der Dehnungsmeßstreifen-Träger unter eine beliebige Vorspannung gesetzt werden oder auf Null kalibriert werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß grundsätzlich der Dehnungsmeßstreifen-Träger auch allein auf belastete Bauteile aufgebaut oder im Zusammenhang mit anderen Bauteilen verschiedener geometrischer Formen als Zug- und/oder als Druckmeßwertaufnehmer eingesetzt werden kann.
Die Gewindebohrungen L2 und L4 im Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 können dann in entsprechender Weise wie die Gewindebohrungen S1 und 52 verwendet werden, wenn der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 in einer Einbaustellung verwendet wird, in welcher er gegenüber der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung um 90° gedreht ist.
Die Fig. 5 zeigt den Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 mit den jeweils zueinander äquidistant angeordneten Dehnungsmeßstreifen D1, D2, D3 und D4 und den diesen Dehnungsmeßstreifen gegenüber angeordneten Gewindebohrungen L1, L2, L3 und L4. Die Dehnungsmeßstreifen D1 bis D4 sind jeweils auf der Innenseite des als Kreisringkörper ausgebildeten Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 angeordnet.
Die Fig. 7 veranschaulicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Trägers, bei welcher die Dehnungsmeßstreifen D21, D22, D23 und D24 Jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines im wesentlichen quer zur Belastungsrichtung angeordneten Balkens angebracht sind. Bei dem Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 nach der Fig. 5 ebenso wie bei dem Dehnungsmeßstreifen-Träger 22 nach der Fig. 7 sind die Dehnungsmeßstreifen paarweise Fo angeordnet, daß bei einer Belastung des Dehnungsmeßstreifenträgers auf Zug oder auf Druck immer jeweils zwei Streifen auf Zug und die zwei übrigen Streifen auf Druck beansprucht werden. Wenn diese Dehnungsmeßstreifen derart in einer elektrischen Schaltung angeordnet sind, wie es in den Fig. 6 und 8 dargestellt ist, daß in jedem Brückenzweig je ein Dehnungsmeßstreifen auf Zug und je ein Dehnungsmeßstreifen auf Druck beansprucht wird, so addieren sich die Spannungsdifferenzen an den Punkten A und B zum doppelten Differenzsignal gegenüber einer Dehnungsmeßstreifen-Brücke mit nur zwei aktiven Dehnungsmeßstreifen.
Es sei angenommen, daß in der Fig. 5 die Dehnungsmeßstreifen D1 und D2 in der Belastungsrichtung aktiv und die Dehnungsmeßstreifen D3 und D4 quer zur Belastungsrichtung passiv angebracht wären. Im unbelasteten Zustand würde die Brücke dann auf Null abgeglichen, so daß alle Widerstände gleich groß sind. Somit sind alle Spannungen tU gleich, was zur Folge hat, daß an den Punkten A und B keine Differenzspannung meßbar ist.
Wenn nun der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 nach der Fig. 5 in der Pfeilrichtung belastet wird, werden die Dehnungsmeßstreifen D1 und D3 durch die dabei auftretende Dehnung vergrößert, so daß an diesen Dehnungsmeßstreifen eine größere Spannung rU-Dl bzw. QU-D3 abfällt, so daß an den Punkten A und B in der Fig. 6 eine Differenzspannung der Größe U-Diff.1 entsteht.
Wenn vergleichsweise davon ausgegangen wird, daß die Dehnungsmeß streifen bei dem Dehnungrmeßstreifen-Träger 22 gemäß Fig. 7, nämlich die Dehnungsmeßstreifen D21, D22, D23 und D24 alle aktive Dehnungsmeßstreifen sind, wobei die Dehnungsmeßstreifen D21 und D22 in der Zugzone und die Dehnungsmeßstreifen D23 und D24 in der Druckzone liegen, so ergeben sich bei einer Belastung in der Pfeilrichtung je zwei unterschiedliche Spannungsabfälle, welche aus der Fig. 8 ersichtlich ist. Die Dehnungsmeßstreifen D21 und D22 werden nämlich gedehnt und führen zu einem vergrößerten Spannungsabfall, während hingegen die Dehnungsmeßstreifen D23 und D24 gestaucht werden, was zu einem verkleinerten Spannungsabfall führt. Die nunmehr an den Punkten A und B gemäß Fig. 8 auftretende Spannungsdifferenz U-Diff.2 ist doppelt so groß wie die bei der Anordnung gemäß Fig. 5 und 6 auftretende Spannung.
Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß die obige Gegenüberstellung lediglich als Beispiel gewährt wurde, da natürlich auch der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 gemäß Fig. 5 mit vier aktiven Streifen ausgestattet ist, was gemäß der Erfindung vorgesehen ist, so daß dann natürlich auch bei der Anordnung gemäß Fig. 5 eine erhöhte Spannungsdifferenz und damit eine höhere Meßgenauigkeit erreichbar ist.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1.: Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druckbelastungen eines im wesentlichen stabförmigen Kraftübertragungsgliedes, insbesondere bei einem Hebezeug, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch die konstruktive Gestaltung der Dehnungsmeßstreifen-Träger (12: 22) Zug- oder Druckspannungen in reine Biegespannungen umgewandelt werden, wodurch eine mechanische Übersetzung der Meßspannung erzielt wird und das Kraftübertragungsglied (T1; 21) über die Spannmuttern (M1, M2; Mj, M4) auf einfachste Weise so kalibriert werden kann, daß im Hinblick auf einen Nullabgleich vorhandene Druck- oder Zugspannungen besonders genau ausgeglichen werden 2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Kraftübertragungsglied (T1; T21) entlang seiner Längsachse eine Durchgangsbohrung (10; 20) aufweist, daß die Durchgangsbohrung (10; 20) in ihrem mittleren Bereich eine Erweitorung (11; 21) aufweist, daß in der Erweiterung (11; 21) ein Dchnungsmeßstreifen-Trä ger (12; 22) für wenigstens vier Dehnungsmeßstreifen (D1 bis 24; D21 bis D 24) angeordnet ist, deß an dem Dehnungsmeßstreifon-Träger (12; 22) durch die Durchgungsbohrung (10; 20) hindurchragends Stangen (S1, S2; S21, S22) angebracht sind, daß aus dem Kraftübertr@gungsglied (T1; T21) beiderseits herausragende Enden der Stangen ein Gewinde aufweisen und daß auf diesem Gewinde auf dem Kraftübertragungsglied (T1; T2) abzustützende Zugspannungsmuttern (M2, M3; M22, M23) angeordnet sind.

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Kraftübertragungsglied (T1; T21) als Rundstab ausgebildet ist.

4. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß an das Kraftübertragungsglied (T1; T21) Gelenkstangenköpfe mit sphärischen Lagern angeschraubt sind.

5. Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Erweiterungen (S11; S21) als durchgehende Schlitze ausgebildet sind.

6. Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger (12) eine ringförmige Konfiguration aufweist und daß die Dehnungsmeßstreifen (D1 bis D4) auf der inneren Ringseite äquidistant angeordnet sind.

7. Neßwertaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c n c e t , daß die Dehnungsmeßstreifen (D1 bis D4) paarweise jeweils auf der Längsachse (D1, D2) des Kraftübertragungsgliedes (TI) bzw auf der dazu senkrechten Achse (D3, D4) engeordnet sind.

8. Meßwert@uf@@@@er nach einen der Ansprüche 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dehnungsmeßstreifen -Wräger (12) jeweils gegenüber von den Dehnungsmeßstreifen (T/1 bis T4) eine von außen in den Eingkörper bineinragende Gezindebchrung (L1 bis L4) auf@eist.

9. Moßwertaufneb@er nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dehnungsmeßstreifen -Tmäger /22) dis Form einem im wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftübertragungsgliedes (221) angeordneten Balkens aufweist, der an seiner einen Seite im mittleren Bereich und auf seiner gegenüberliegenden Seite an seinen beiden Enden jeweils mit den Stangen (S21, S22) verbunden ist.

10. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Dehnungsmeßstreifen (D21 bis D24) jeYiFils paarweise einander gegenüber auf dem Bereich zwischen den Stangenbefestigungsstellen angeordnet sind 11. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stangen (S1, S2; S21, S22) in Gewindebohrungen (lil bis L4; L21, L22) in dem Dehnungsmeßstreifen-Träger (12, 22) jeweils eingeschraubt sind.

12. Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchgangsbohrung (10; 20) im Kraftübertragungsglied (T1; T21) im Bereich ihrer beiden äußeren Enden jeweils eine Erweiterung mit Innengewinde aufweist, in welches Druckapannungamuttern (M1, M2; M21, M22) eingeschraubt sind, die einen nach innen vorspringenden, einen Absatz der Stangen (S1, S2; S21, S22) übergreifenden Rand aufweisen 13. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Zugspannungsmuttern (M3, M4; M23, M24) über die Druckspannungsmuttern (M1, M2; M21, M22) auf dem Kraftübertragungsglied (T1; T21) abgestützt sind.