DE2934414A1

DE2934414A1 - System zur messung einer kraft mit richtungsorientierten spannungs-messelementen

Info

Publication number: DE2934414A1
Application number: DE19792934414
Authority: DE
Inventors: Kurt Eilert Johansson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-03-20
Also published as: FR2435023B1; GB2030300B; JPS5531999A; DE2934414C2; SE417644B; GB2030300A; US4280363A; FR2435023A1; SE7809077L

Description

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Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Anzeige einer Belastung, mit einer an beiden Enden festlegbaren Spindel, die zentral weitgehend mit einer Fläche mit vermindertem Querschnitt ausgearbeitet ist, wobei in dieser Flache eine Vielzahl von Meßeinheiten, beispielsweise Spannungs-Meßelemente, an der äußeren Oberfläche der Spindel angeordnet ist, und Verbindungsleitungen für die Meßeinheiten durch das Ende der Spindel hindurchlaufen·

Es sind bereits mehrere Meßvorrichtungen zur Anbringung in Löchern, beispielsweise Spindeln bekannt und beispielsweise in den US-Patentschriften 3 4-99 500, 3 554- 025, 5 620 0?4 und 3 625. 053 dargestellt. Auf dem Markt ist auch ein magnetoelastisches Meßelement erhältlich, welches die Biegung einer Spindel oder eines Balkens mißt. Ein weiteres Meßelement des Standes der Technik ist in der GB-PS 1 433 133 dargestellt·

Alle bekannten Meßvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie kompliziert anzubringen sind, gewöhnlich große Löcher erfordern und verhältnismäßig große Herstellungskosten aufweisen; überdies können sie nur für eine verhältnismäßig begrenzte Anzahl von Anwendungen verwendet werden.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache und kostengünstige Meßvorrichtung zu schaffen, die weitgehend überall mit Hilfe eines Handbohrers leicht angebracht werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Möglichkeit zu schaffen, die Hülse der Meßvorrichtung ohne Meßeinheiten, nämlich Spannungs-Meßelemente, anfänglich zu befestigen, beispielsweise durch Schweißung, und danach die Meßspindel mit den Meßelementen anzubringen. Bei verschiedenen Anwendungen ist es überdies vorteilhaft, wenn die Meßspindel

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bzw. der Meßstab kleine Abmessungen aufweist und die Meßspindel leicht ersetzt werden kann·

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel derart ausgebildet ist, daß sie in ein mit einem Boden versehenes Loch einsetzbar ist, daß der innere und der äußere Durchmesser der Spindel zur axialen und radialen Festlegung bezüglich der Wände des Loches ausgebildet sind, daß das innere Ende der Spindel mit einem Gewinde versehen ist, das derart ausgebildet ist, daß es mit einem im Boden des Loches vorgesehenen Gewinde zusammenwirkt, und daß das äußere Ende der Spindel relativ zu den Löchern derart festgelegt ist, daß die Spindel wie ein von den Wänden des Loches nicht getrennter Teil die Bewegungen der Wände, die von der auf die Wände des Loches ausgeübten Belastung abhängen, begleitet· Es ist besonders vorteilhaft, wenn beide Enden der Spindel mit Gewinden versehen sind und wenn das innere Spindelgewinde derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es bei einer Drehung der Spindel relativ zum Loch mittels einer Kompression von kegelförmigen Flächen und deren Ausdehnung das innere Ende der Spindel in radialer Richtung fixiert und wenn die äußere Endfläche der Spindel mü; den Verbindungsleitungen ausgestattet ist und das äußere Ende der Spindel derart ausgebildet ist, daß es in der Eingangsöffnung des Loches mittels eines Festziehens einer aufgeschraubten Mutter durch Kompression von kegelförmigen Flächen zentral festlegbar ist·

Die Erfindung betrifft also eine Meßspindel zum Einsetzen in Wellenenden oder Hülsen, die mit Spannungs- bzw, Dehnungsmeßelementen oder ähnlichen Vorrichtungen zum Abfühlen einer Belastung ausgerüstet ist.

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Das innere Ende der Meßspindel ist zum Einsetzen in beispielsweise Wellenenden mit Gewinden ausgestattet, die derart ausgebildet sind, daß sie mit Gewinden zusammenwirken, die am Boden eines in die Welle gebohrten Loches angeordnet sind; das äußere Ende der Meßspindel ist in bezug zu dem Loch derart festgelegt, daß die Meßspindel wie ein von den Wänden des Loches nicht getrennter, Jedoch davon lösbarer Teil die Bewegungen der Wände begleitet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1a eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Meßspindel;

Fig. 1b einen Schnitt durch die Meßspindel in Richtung

A-A der Fig. 1;

Fig. 2 die in einem Gegenstand zur Messung dessen Biegung angebrachte Meßspindel;

Fig. 3 die in einem Bolzen angebrachte Meßspindel;

Fig. 4· mehrere in einer Welle mit großen Abmessungen angebrachte Meßspindeln;

Fig. 5 die in der Welle einer Riemenscheibe angebrachte Meßspindel;

Fig. 6 einen Schienenabschnitt mit dem Gehäuse für

erfindungsgemäße Meßspindeln;

Fig. 7 ein Seilkraft-Meßelement mit einer erfindungsgemäßen Meßspindel;
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Fig. 8 ein mit einem Meßloch versehenes Gehäuse, welches am Radgestell eines Fahrzeugs angebracht ist; und

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Meßspindel, die mit

diametral angeordneten Meßelementen versehen ist.

In der Fig. 1a ist eine Meßspindel 1 , beispielsweise aus rostfreiem Stahl, dargestellt, die zentral derart abgedreht, abgeschliffen oder abgefräst ist, daß zueinander parallele Ausnehmungen geformt sind, die mit aufgeklebten oder auf andere Weise befestigten Meßelementen 2, vorzugsweise elektrischen Dehnungsmeßelementen, versehen sind. Ein elektrisches Kabel 3 ist mit den Meßelementen 2 verbunden und läuft durch Löcher durch das Ende der Meßspindel 1 heraus. Beide Enden der Meßspindel 1 sind in geeigneter Weise mit Gewinden 16,17 versehen und das innere Ende ist überdies mit einem Ansatz bzw. Anschlag 18 ausgestattet. In der Fig. 1b ist ein geeignetes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Flächen zur Befestigung der Meßelemente 2 planparallel ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die maximale Biegung und damit ein maximales Ausgangssignal von den Meßelementen 2 nur in einer Kraftrichtung, nämlich Y-Y gemäß Fig. 1b, zugelassen.

Die Fig. 2 zeigt die in einem Gegenstand 4, dessen Biegung Ermessen werden soll, angebrachte Meßspindel de?Fig. 1. Die Meßspindel 1 ist in der nachstehend beschriebenen Weise angebracht. Vor der Anbringung werden auf dem inneren Gewindeteil zwischen den Gewindegängen 16 und dem Ansatz 18 der Meßspindel 1 zwei einander zugewandte kegelförmige Klemmringe 6b aufgepaßt, die sich beim Zusammendrücken in radialer Richtung der Meßspindel 1 ausdehnen können. Nach dem Bohren des Loches für die Meßspindel 1 im Gegenstand 4 und der Bildung von Gewinden

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im Bodenteil 19 des Loches, wird die Meßspindel 1 in das vorgebohrte Loch, das in seinem Bodenteil mit einem Gewinde versehen ist, eingeschraubt, worauf die Klemmringe 6b zwischen dem inneren Anschlag 18 der Meßspindel 1 und dem Bodenteil des Loches eingeklemmt werden, so daß die Meßspindel 1 in radialer Richtung festgelegt wird. Bas äußere Ende der Meßspindel 1 ist vorzugsweise mit äquivalenten kegelförmigen Klemmringen 6a versehen, die durch Anziehen einer aufgepaßten Mutter 5 und der dadurch bewirkten Einklemmung zwischen der Mutter 5 und einem zweiten Ansatz bzw. Anschlag 20 sich in radialer Richtung der Meßspindel 1 ausdehnen und dadurch die Meßspindel 1 auch an ihrem äußeren Ende festlegen. Die Mutter 5 kann auch ein Kabel-Anpaßstück aufweisen.

Aufgrund der einfachen Anbringung der Meßspindel 1 ist es möglich, das Gehäuse bzw. die Kapsel 4· (das Meßob^ekt) vor der Anbringung der Meßspindel 1 anzubringen, beispielsweise anzuschweißen, so daß verhindert wird, daß die Schweißwärme oder andere Einflüsse die Meßelemente 2 beeinträchtigen. Die kompakten Abmessungen der Meßspindel gestatten, daß sie praktisch überall angebracht werden kann, wo früher größere Konstruktionen nicht verwendet werden konnten. Dazu ist in der Fig. 5 ein Beispiel dargestellt, bei dem de Meßspindel in einem Bolzen 7 angebracht ist, um die Biegebeanspruchung im Bolzen 7 zu messen.

In der Fig. 4 ist eine Ausweitung der Meßmöglichkeiten dargestellt, wobei mehrere Meßspindeln 1 in einer großen Welle 8 angebracht sind. Die Meßspindeln 1 können natürlich in unterschiedlichen Meßrichtungen angeordnet werden, so daß Kräfte in unterschiedlichen Richtungen in der großen Welle 8 gemessen werden können.

In der Fig. 5 ist eine Anwendung dargestellt, bei der die

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Meßspindel 1 in einer Welle einer Riemenscheibe 9 angebracht ist, in welcher sie beispielsweise auch als Überlast-Schutzeinrichtung für Winden oder ähnliche Hebezeuge dienen kann.

In der Fig. 6 ist ein Schienenabschnitt 11 dargestellt, der mit einer Vielzahl von aufgeschweißten Kapseln 4- versehen ist, die in unterschiedlichen Positionen am Schienenabschnitt angeordnet wurden, um sowohl horizontale als auch vertikale Kräfte in dem Abschnitt zu messen. Die Kapseln 4 wurdenratürlieh nach dem Anschweißen mit Meßspindeln 1 mit Dehnungsmeßelementen versehen.

In der Fig. 7 ist eine Skizze eines Seilrollen-Meßgeräts dargestellt, bei dem die erfindungsgeraäße Vorrichtung verwendet wird. Das Gehäuse 14· ist in diesem Fall in ähnlicher V/eise wie in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt, mit einem Loch versehen, sowie mit einer Meßspindel 1 gemäß Fig. 1a. Das Gehäuse 14 ist derart ausgeführt, daß das Seil oder der Draht 10 mittels der Klemmen 12 die Meßspindel 1 in Abhängigkeit von einer Zugkraft im Draht 10 biegt. Mittels eines Schlitzes 13 in dem Gehäuse wird die Biegung des Gehäuses 14 und damit der Meßspindel 1 verstärkt, so daß sich ein stärkeres Ausgangssignal der Meßelemente 2 ergibt.

In der Fig. 8 ist ein Gehäuse 4 dargestellt, das am Raduntergestell 15 eines Fahrzeugs angeschweißt ist. Das Gehäuse 4 ist mit einer Meßspindel 1 gemäß Fig. 1a ausgestattet. In der

I IV Fig. 9 sind im Kreuz angeordnete Dehnungs-Meßelemente 2—2 auf einer Meßspindel 1 dargestellt, so daß ein elektrisches Ausgangssignal von den Meßelementen erhalten werden kann und diese Ausgangssignale von der Richtung der Belastung an der Meßspindel 1 abhängig sind. Dieses Ausführungsbeispiel kann beispielsweise bei Wippkränen vorteilhaft sein.

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- ίο -

Die Erfindung ist natürlich nicht auf Anwendungen bei den gezeigten Ausführungsbeispielen begrenzt, sondern kann tatsächlich überall dort angewendet werden, wo es wünschenswert ist, Belastungen zu messen^ die Positionen der Meßelemente 2 auf der Meßspindel 1 können auf mehrere verschiedene Arten angeordnet sein, beispielsweise können zwei Meßelemente diametral gegenüberliegend angeordnet werden oder es kann ein Paar von diametral gegenüberstehenden Meßelementen diametral gegenüberliegend einem zweiten Paar von diametral gegenüberstehenden Meßelementen angeordnet sein, so daß, wie in der Fig. 9 gezeigt, ein Kreuz geformt wird; dadurch erreicht man, daß die Meßspindel nicht mehr richtungsabhängig ist, sondern unabhängig von der Art und Weise der angelegten Last das gleiche Ausgangssignal abgibt.

Die Meßelemente 2 sind natürlich ihrerseits an geeignete Verstärkungs- und Anzeigeglieder angeschlossen, um die Meßwerte deutlich darzustellen. Bei derartigen Anordnungen wird jedoch Gebrauch vom Stand der Technik gemacht und deshalb ist eine Erläuterung im Detail nicht erforderlich·

U/w

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

• P\T-BNTANW,2f-LTE ■ - '. . : SCHIFF V.FÜNER STREHL ΟΟΗΟΟ^ΙηΟΡΡ -EBBINSHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN βθ POSTADRESSE: POSTFACH SBO16O, D-8OOO MÖNCHEN S5

KÜRT EILERT JOHANSSON 24. August 1979

DEA-5991

System zur Messung einer Kraft mit richtungsorientierten Spannungs-Meßelementen

PATENTANSPRÜCHE

Meßvorrichtung zur Anzeige einer Belastung, mit einer "an beiden Enden festlegbaren Spindel, die zentral weitgehend mit einer Fläche verminderten Querschnitts ausgearbeitet ist, wobei in der Fläche eine Vielzahl von Meßelementen, beispielsweise Spannungs-Meßelementen an der äußeren Oberfläche der Spindel angeordnet sind und durch das Ende der Spindel Verbindungsleitungen für die Meßelemente verlaufen, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindel (1) zum Einsetzen in ein mit einem Boden (19) versehenes Loch ausgebildet ist, daß das innere und das äußere Ende der Spindel (1) zur axialen und radialen Festlegung bezüglich der Wände ausgebildet sind, daß das innere Ende der Spindel (1)mit einem Gewinde (16) versehen ist, das zum Zusammenwirken mit am Boden (19) des Lochs angeordneten Gewindegängen ausgebildet ist, und daß der äußere Rand der Spindel (1) bezüglich der Löcher festgelegt ist, so daß die Spindel (1) wie ein von den Wänden des Lochs nicht getrennter Teil die Bewegungen der Wände begleitet, die sich aufgrund einer Belastung der Wände des Loches ergeben.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beide Enden der Spindel (1) mit Gewinden (16, 17) versehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Gewinde (16) der Spindel (1) derart aufgebaut und positioniert ist, daß es in Abhängigkeit von einer relativen Drehung der Spindel (1) in bezug zum Loch durch Kompression von kegelförmigen Flächen (6b) und damit durch eine Ausdehnung das innere Ende der Spindel (1) in radialer Richtung festlegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Endfläche der Spindel (1) mit den Verbindungsleitungen (3) versehen ist, und daß das äußere Ende der Spindel (1) derart ausgebildet ist, daß es in der EingangsÖffnung des Loches mittels des Anziehens einer aufgeschraubten Mutter (5) durch Kompression von kegelförmigen Flächen (6a) zentral festlegbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Gewinde der Spindel (1) durch einen Anschlag (18) abgeschlossen ist, an welchem eine Auflage (6b) mit kegelförmigen Oberflächen anliegt, und daß das im Boden (19) des Loches geformte Gewinde einen kleineren Durchmesser aufweist als der übrige Teil des Loches.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß das äußere Ende der Spindel (1) mit einer Markierung (21) versehen ist, die in vorbestimmter Beziehung zu der Richtung positioniert ist, in der die Meßeinheiten (2)zum Abfühlen der auf die Wände des Loches wirkenden Belastung angeordnet sind.

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7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinheiten (2) auf zueinander parallelen Oberflächen, vorzugsweise planparallelen Oberflächen, befestigt sind·

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