DE2943613C2

DE2943613C2 - Kraftmeßwandler

Info

Publication number: DE2943613C2
Application number: DE2943613A
Authority: DE
Inventors: Sandor Prof. Dr. Budapest Kovacs
Original assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET 1116 BUDAPEST HU
Current assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET 1116 BUDAPEST HU
Priority date: 1979-01-10
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1983-10-13
Also published as: AT383682B; FR2446470B1; US4350048A; GB2039373B; FR2446470A1; GB2039373A; SU1093262A3; JPS5928847B2; DD147721A5; HU180974B; DE2943613A1; ATA605379A; JPS5594125A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftmeßwandler zur Umsetzung entgegengesetzt gleicher Kräfte in elektrisch meßbare mechanische Spannungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Auf dem Gebiet der Kraftmessung mittels elektrischer Methoden ist es eine der Hauptaufgaben, die Kraft in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Diese Umwandlung kann mittels eines Meßkörpers erfolgen, der als mechanischer Zweipol in den Weg der Kraftübertragung eingeschaltet ist. An seinem einen Pol wirkt die zu messende oder aktive Kraft, an seinem anderen Pol die Reaktionskraft. In dem Meßkörper bildet sich zwischen den beiden Polen das zum Gleichgewicht erforderliche mechanische Spannungsfeld aus, welches auch als Deformation wahrnehmbar ist. Die Beziehung zwischen Spannung und Deformation wird von der geometrischen Abmessung und den für das Material charakteristischen Stoffkonstanten bestimmt. Die bekannten Meßwandler werden zum größten Teil auf der Grundlage der Zusammenhänge der elementaren Festigkeitslehre dimensioniert An einem geeigne- ten Teil der Oberfläche des Meßkörpers wird das die Deformation abfühlende elektrische Meßelement angebracht, das meistens als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet ist, dessen Wirkung auf piezoresistenten Eigenschaften beruht Der aus Widerständen aufgebaute Meßkreis liefert das elektrische Ausgangssignal, das proportional zu der zu messenden Kraft ist

Es sind Kraftmeßwandler bekannt (DE-OS 26 31 698, DE-OS 26 50 442) die insgesamt als Bolzen ausgebildet sind und daher ein Maschinenelement darstellen, welches sich für die kraftübertragende Verbindung zweier aneinander abgestützter Bauteile eignet Zur Messung werden bei solchen bekannten Lösungen jedoch die Biegespannungen bzw. die daraus resultierenden Druckspannungen und Zugspannungen in dem Meßoolzen abgefühlt. Wichtig dabei ist es, die abzufühlende Biegespannung nicht durch andere mechanische Spannungen zu überlagern, weil dadurch eine nicht lineare komplexe Änderung der gewünschten Meßkennlinie über den Meßbereich hin erhalten würde.

Ferner ist es wichtig, für einen definierten Zusammenhang zwischen der Biegespannung und der zu messenden Kraft über den gewünschten Meßbereich hin zu sorgen. Bei einem als einfacher, an einem Ende oder an beiden Enden eingespannten Balken ausgeführten Meßbolzen ändert sich jedoch die Biegelänge des Balkens, gemessen zwischen der Wirkungslinie der zu messenden Kraft und der Wirkungslinie der an der jeweiligen Abstützstelle des Balkens angreifenden Reaktionskraft, oder es entstehen durch die Einspannung des Balkens an einem oder jedem Ende zusätzliche Zwangskräfte, durch welche das reine Biegespannungsfeld Undefiniert verfälscht wird. Es wird daher in das Meßergebnis ein in seiner Größe Undefinierter Fehler eingebracht, der über den Meßbereich hin um so größer ist, je größer der Meßbereich sein soll.

Genauere Meßergebnisse über einen größeren Meßbereich hin lassen sich jedoch erreichen, wenn anstelle der Biegespannung die Torsionsspannung als Ist-Wert der Meßgröße abgefühlt wird, weil mit Hilfe von Torsionsstäben bei geeigneter Konstruktion im wesentlichen reine Torsionsspannungen ohne wesentliche Überlagerung durch andere mechanische Spannungen erhalten werden können. Dies wird bei einem bekannten Kraftmeßwandler mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht (DE-PS 8 13 318), daß die steifen Aufnahmeteile für die im gleichen Abstand von den Torsionsachsen der Drehstäbe senkrecht zu diesen einwirkenden Kräfte als senkrecht zu den Drehstäben und der deren Achsen enthaltenden Ebene an der einen Seite derselben abstehende Hebelarme ausgebildet sind, die in dieser Ebene aneinander abgestützt sind, so daß sie aufeinander abwälzbar sind. Derartige Kraftmeßwandler mit auf Torsion beanspruchten Drehstäben sind jedoch in der Richtung senkrecht zu der die Torsionsachsen enthaltenden Ebene mit beträchtlichen Konstruktionsabmessungen versehen und in ihrer Gesamtgestalt nicht mehr als das Maschinenelement »Bolzen« anzusprechen.

Bei näherer Betrachtung der bekannten Systeme zeigt sich, daß eigentlich nur diejenigen Kraftmeßwand-'er eine bedeutende Aufgabe zu erfüllen haben, die in ihrer grundsätzlichen Gestaltung mit einem Bolzen vergleichbar sind. Bolzen verbinden die einzelnen Konstruktionselemente miteinander, bestimmen deren Lage zueinander und ermöglichen da,bei gleichzeitig eine gewisse Bewegung. Die zylindrischen Flächen dieser Bolzen versehen eine doppelte Aufgabe. Mit einem Teil sind sie unbeweglich mit einem Ha!teelem=nt verbunden, v«U!irend ihr anderer Teil als Lagerung dient Sie sind auf Scherung und Biegung beansprucht und ferner vermitteln sie die Kraftübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen Kraftmeßwandler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen derart zu gestalten, daß für eine gute Meßgenauigkeit über einen verhältnismäßig großen Meßbereich hin definierte mechanische Spannungszustände bei gleichzeitig grundsätzlicher Gestaltung des Kraftmeßwandlers als Bolzen vorliegen.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand jeweils der Ansprüche 2 bis 4.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kraftmeßwandlers gibt es für beide Drehstäbe eine senkrecht zu ihren Torsionsachsen und der Symmetrieebene verlaufende Ebene, in welcher die Wirkungslinie der einen Kraft des auszumessenden Kräftepaares verläuft, se daß in dem Schnittpunkt dieser Ebene mit den Torsionsachsen das Biegemoment in den Drehstäben Null ist und ausschließlich entgegengesetzt gleich große Torsionsmomente erzeugt werden. Gleichzeitig vereinigt der erfindungsgemäße Kraftmeßwandler die Eigenschaften eines Bolzens als Maschinenelement mit sämtlichen der sich daraus ergebenden einfachen Anwendungsmöglichkeiten: das mechanische Spannungsfeld wird unter Beibehaltung der mechanischen und elektrischen Symmetrie erzeugt und das inhomogene Spannungsfeld unter Beibehaltung der »Einkörper-Prinzipien« hervorgerufen. Die Parallelität der Torsionsachsen der verdrillten Drehstäbe als Meßteile wird durch Maßtoleranzen nicht beeinflußt, so daß zwischen der zu messenden Kraft und dem durch sie erzeugten Spannungszustand eine eindeutige Beziehung besteht. Durch die erfindungsgemäße Grundkonstruktion ist ferner eine hohe Vielseitigkeit in der Anwendung gewährleistet. Der Kraftmeßwandler zeigt gegen schräg einwirkende Kräfte oder seitliche Krafteinwirkung eine hochgradige Starrheit und mißt nur die in Meßrichtung fallenden Kraftkomponenten. In der darauf senkrecht stehenden Richtung ist infolge der hohen Steifigkeit die Beanspruchung unbedeutend, ein zur Messung erforderliches Torsionsmoment wird dort jedoch nicht hervorgerufen, da dann die Wirkungslinie der Kraftkomponente die Torsionsachsen schneidet.

Vorteilhaft ist ferner, da3 beliebig viele der der elementaren Grundkonstruktion entsprechende Meßzellen so miteinander verbunden werden können, daß die Torsionsachsen parallel bleiben. Auf diese Weise wird ein Kraftmeßwandler erhalten, der den Einbau von zweifach, dreifach usw. unterstützten Trägern ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Einbau einer Ausführungsform des Kraftmeßwandlers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Draufsicht auf den Kraftmeßwandler aus Fig. 1,

F i g. 3 den Schnitt gemäß der Linie 3-3 in F i g. 2,
Fig.4 den schematischen Kräfteplan für den Kraftmeßwandler aus F i g. 1,

F i g. 5 ein perspektivisches Bild des Kraftmeßwandlers zusammen mit dem mechanischen Modell eines Bolzens,

Fig.6 eine Ausführungsform für den Zusammenbau mehrerer Meßzellen des Kraftmeßwandlers,

F i g. 7 eine andere Ausführungsform für den Zusammenbau von zwei Meßzellen des KraJtmeßwandlers,

F i g. 8 eine dritte Ausführungsform für den Zusammenbau von zwei Meßzellen des Kraftmeßwandlers,

F i g. 9 eine weitere Möglichkeit für den Zusammenbau von zwei Meßzellen des Kraftmeßwandlers,

Fig. 10 ein Einbaubeispiel für die Ausführungsform aus F i g. 7,
F i g. 11 den Schnitt 11-11 in Fi g. 10,

F i g. 12 die Ausführungsform aus F i g. 9, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 13den Schnitt 13-13aus Fig. 12,
Fig. 14 ein Einbauschema des Kraftmeßwandlers in einer mehrseiligen Konstruktion und

Fig. 15 den Längsschnitt der Ausführungsform aus Fig. 14.

In der Grundlösung der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsformen des Kraftmeßwandlers besteht dieser aus einer Meßzelle insgesamt bolzenförmiger Konstruktion aus zwei achsgleichen, axial aneinandergesetzten Zapfenteilen, nämlich dem einen Zapfenteil, auf welchen die zu messende Kraft einwirkt, und dem anderen Zapfenteil, auf den die Reaktionskraft einwirkt. Dieser letzte Zapfenteil kann als die Reaktionskraft aufnehmender Zapfenteil durchgehend zylindrisch ausgebildet sein. An dem ersten Zapfenteil hingegen ist der eine von zwei die eigentlichen Meßelemente bildenden Drehstäben angesetzt, die parallel zur gemeinsamen Zapfenachse der Zapfenteile nebeneinander zu beiden Seiten der Zapfenachse mit untereinander gleicher Exzentrizität gegenüber der Zapfenachse verlaufen und unterschiedlich lang sind. Die Drehstäbe enden an ihrer einen Stirnseite auf gleicher Höhe und sind dort über ein als starr anzusehendes Kupplungselement miteinander verbunden. Mit seinem anderen Ende ist der kürzere Drehstab an dem als starrer Körper anzusehenden, die zu messende Kraft übertragenden Zapfenteil exzentrisch zu der Zapfenachse angeschlossen. Der längere Drehstab hingegen ist an diesem Zapfenteil berührungsfrei vorbeigeführt und mit seinem anderen Ende an dem anderen Zapfenteil exzentrisch zu der Zapfenachse fest angeschlossen. Der Kraftmeßwandler wird derart eingebaut, daß die die Torsionsachsen der Drehstäbe enthaltende Ebene senkrecht zu der die Wikrungslinien der zu messenden Kraft und der Reaktionskraft enthaltenden Ebene verläuft, so daß die Drehstäbe symmetrisch beiderseits der zuletzt genannten Ebene bo angeordnet sind.

Eine solche Meßzelle des Kraftmeßwandlers ist aus den F i g. 1 bis 3 ersichtlich. Der die zu messende Kraft P übertragende eine Zapfenteil ist als Scheibe 15 und darauf koaxial sitzende Buchse 9 ausgebildet und an der einen Stirnfläche der Scheibe 15 ist exzentrisch der kürzere Drehstab 2 mit seinem einen Ende angeschlossen, dessen anderes Ende an der Stirnseite des ebenfalls scheibenförmigen Kupplungselementes 3 festgelegt ist,

so daß er exzentrisch zu dessen mit der Zapfenachse 5 zusammenfallenden Achse parallel zu dieser verläuft. Diametral gegenüberliegend ist an derselben Stirnfläche des Kupplungselementes 3, an welcher der kürzere Drehstab 2 endet, der längere Drehstab 1 mit derselben Exzentrizität zur Zapfenachse 5 wie der kürzere Drehstab 2 angeschlossen. Der längere Drehstab 1 ragt durch eine Aussparung 16 in der Scheibe 15 über diese hinaus und endet exzentrisch zur Achse des die Reaktionskraft R aufnehmenden, axial im Abstand von der Scheibe 15 angeordneten anderen Zapfenteiles 12, welcher zylindrisch ausgebildet ist.

Der. den Zapfenteil 12 lagernde Lagerbock 11 ist auf einer Grundplatte 10 befestigt, wohingegen der die Buchse 9 abstützende Lagerbock 4 unter Zwischenschaltung von Distanzstücken 6, 7 an der lasttragenden Konstruktion 8 befestigt ist.

Die Drehstäbe I₁ 2 sind über ein Kabel 17 mit dem Meßgerät verbunden. Die Drehstäbe 1, 2 sind als zylindrische Körper ausgeführt und verlaufen mit ihren Torsionsachsen in der Einbaulage in der Horizontalachsebene der Meßzelle exzentrisch zu deren Zapfenachse 5 und symmetrisch zu beiden Seiten derselben. Das scheibenförmige Kupplungselement 3 hat einen kleineren Durchmesser als der innere Durchmesser der Buchse 9 und ist starr mit den Enden der Drehstäbe 1 und 2 verbunden. Zweckmäßig wird das Kupplungselement 3 aus zwei Stücken hergestellt, die mit dem Drehstab 1 bzw. dem Drehstab 2 gemeinsam bearbeitet werden. Bei der Herstellung fertigt man zweckmäßig den längeren Drehstab 1 mit dem Zapfenteil 12 und dem unteren Teil des Kupplungselementes 3 aus einem Stück, während das andere Stück von dem kürzeren Drehstab 2, der Scheibe 15 und dem oberen Teil des Kupplungselementes 3 gebildet wird. Nach der Bearbeitung werden die beiden Stücke zweckmäßig mittels einer unlösbaren Verbindung zu einem starren System vereinigt. Der Zapfenteil 12 und die Scheibe 15 können auch als Einzelstücke angefertigt werden; in diesem Fall erfolgt die Verbindung mit den Drehstäben 1 und 2 zweckmäßig durch eine Schrumpfverbindung.

Die^: dargestellte Konstruktion ist nur eine der möglichen Lösungen. ILs sind jedoch auch zahlreiche andere Ausführungsformen möglich. Der Zapfenteil 12 und die Scheibe 15 können beispielweise auch eckige prismatische Körper sein und auch das Kupplungselement 3 kann als weitgehend beliebig gestaltetes starres Element ausgeführt werden.

In F i g. 4 ist das prinzipielle Kräftediagramm der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Meßzelle dargestellt, wobei jedoch die Drehsiäbe 1 und 2 dieselbe Länge !0 haben. Die zu messende Kraft P, die über die Buchse 9 auf die Scheibe 15 einwirkt, erzeugt an der Einbaustelle das Kräftepaar PX-P2 mit dem Kräfteabstand Ip und dadurch entsteht ein Reaktionsmoment, durch welches die Buchse 9 parallel zu der Zapfenachse 5 gehalten wird, während die Kraft Püber den der Exzentrizität e 1 entsprechenden Kraftarm in dem Drehstab 1 ein Torsiorismoment erzeugt. Die Scheibe 15 mit der Buchse 9 arbeitet wie ein an einem Ende eingespannter Träger, der jedoch infolge seiner geometrischen Maße als absolut starr zu betrachten ist. In dem Drehstab 2, welcher starr mit dem Kupplungselement 3 und der Scheibe 15 verbunden ist, wird als in einem an beiden Enden' eingespannten Träger auch ein Biegemoment hervorgerufen. Dieses steht senkrecht auf der Längsachse des Drehstabes 2 und hat in der durch P hindurchgehenden Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Drehstabes verläuft, an dem Schnittpunkt mit dieser Ebene den Wert Null. An den Anschlußstellen des Drehstabes an der Scheibe 15 und am Kupplungselement 3 ist sein Wert maximal. In der Verbindungsstelle zwischen dem Drehstab 2 und dem Kupplungselement 3 erscheint dieses Biegemoment auf das Kupplungselement 3 bezogen als Torsionsmoment, dessen Reaktionsmoment in der Anschlußstelle des Drehstabes 1 am Kupplungselement 3 entsteht.

Durch richtige Wahl der geometrischen Abmessungen kann erreicht werden, daß das Kupplungselement 3 als absolut starr zu betrachten ist. Das Torsionsmoment des Drehstabes 2, indem es an dem einen Ende des Kupplungselementes 3 senkrecht zu der geometrischen Zapfenachse 5 und senkrecht zu der die Torsionsachse des Drehstabes 2 schneidenden Achse wirkt, beansprucht das Kupplungselement 3 auf Biegung und an seinem anderen Ende wird ein entgegengesetztes Reaktionsmoment hervorgerufen, welches in dem Drehstab 1 eine Torsion erzeugt.

Die entstehenden Spannungen sind Funktionen des Querschnittes, des Trägermomentes sowie der äquatorialen und polaren Querschnittsfaktoren der Drehstäbe 1 und 2 und hängen außerdem von den Materialeigenschaften ab. Die aufgeführten Faktoren bestimmen ferner die Festigkeitseigenschaften der Drehstäbe 1 und 2.

Das andere Ende des an den Zapfenteil 12 angeschlossenen Drehstabes 1 erzeugt in dem Zapfenteil 12 eine der Exzentrizität e 1 entsprechende Reaktionskraft R. Die Parallelität dieses Zapfenteils 12 zu der geometrischen Zapfenachse 5 wird durch das von dem Kräftepaar Rt-R₂ mit dem Kräfteabstand Lr ausgeübte Moment gewährleistet. Dies ist eine innere Beanspruchung der Konstruktion und hat nichts mit den zwischen den Kräften P und R ablaufenden Prozessen zu tun.

Die starre Rahmenkonstruktion möchte sich durch die Wirkung der Kräfte P und R (des mit dem Kräfteabstand Lp wirkenden Kräftepaares) um eine Achse drehen, welche senkrecht zu der geometrischen Zapfenachse 5 in der diese und die Torsionsachsen der Drehstäbe 1 und 2 enthaltenden Ebene liegt Dies wird durch die in der Konstruktion erzeugten Kräfte Pr und Rr (dem mit dem Kräfteabstand Lr wirkenden Reaktionskräftepaar) verhindert.

F i g. 5 zeigt den in F i g. 4 vorgestellten Kräfteübertragungsweg, eingezeichnet in die bolzenförmige Kontur der Meßzelle gemäß den F i g. 1 und 3. Die Kraft /»wirkt auf die äußere Umfangsfläche der Buchse 9 mit dem Durchmesser Dp. Im Inneren der Konstruktion sind die Drehstäbe 1 und 2 sowie das Kupplungselement 3 angebracht, die über den Zapfenteil 12 bzw. die Scheibe 15 mit den übrigen Teilen der Konstruktion verbunden sind. Auf die Umfangsfläche des als Zylinderzapfen ausgebildeten Zapfenteils 12 wirkt am Außendurchmesser DR die Reaktionskraft R.

Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 5 fallen die Wirkungslinien der Kraft P und der Reaktionskraft R nicht zusammen. Dies bedeutet, daß die Konstruktion auf die Wirkungslinie der Kraft P bezogen nicht symmetrisch ist. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem man mehrere der beschriebenen Meßzellen paarweise in spiegelbildlicher Relativanordnung kuppelt Die Kupplung kann auf unterschiedliche Weis.e erfolgen.

Wenn die beiden Meßzellen gemäß F i g. 6 an den Kupplungselementen miteinander verbunden werden,

so müssen die Kupplungselemente 3' und 3" starr miteinander gekuppelt werden. Die Verbindung 18 kann als lösbare Verbindung ausgeführt werden, jedoch auch geschweißt sein. Die Kupplungselemente 3' und 3" können auch aus einem Stück gefertigt sein; dies ist die günstigste Lösung. Dieses System ist mit der Resultierenden aus den Kräften fund /"'belastet und kann als an beiden Enden unterstützter oder eingespannter Träger aufgefaßt werden, an dem die Reaktionskräfte R'und R"hervorgerufen werden. Die Kräfte P'und P" können auch selbst Resultierende eines Kräftesystems sein.

Die beiden Meßzellen können auch mit den an die Drehstäbe Γ und 1" angeschlossenen Zapfenteilen 12' und 12" gekuppelt werden. Diese Möglichkeit ist in Fig. 7 gezeigt. Hier sind die Zapfenteile 12' und 12" über die Verbindung 18 und/oder eine Verbindungsbuchse 19 aneinander befestigt. Am günstigsten ist es, die Zapfenteile 12' und 12" aus einem Stück anzufertigen.

Die Kupplung der beiden Grundkonstruktionen kann auch an den an den Scheiben 15' und 15" angeschlossenen beiden Drehstäben 2' und 2" vorgenommen werden (F i g. 8). Diese Ausführungsform erfordert besondere Sorgfalt, da absolute Starrheit und Reibungsfreiheit gewährleistet sein müssen. Die Kupplung erfolgt auch hier durch eine Verbindung 18 oder eine Verbindungsbuchse 19. Die Konstruktion ist an beiden Enden abgestützt oder eingespannt und in der Mitte mit einer oder mehreren konzentrierten bzw. verteilten Kräften belastbar.

Die Meßzellen können auch mittels einer Kombination der genannten Möglichkeiten miteinander gekuppelt werden. In F i g. 9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Meßzellen ah den Kupplungselementen 3' und 3" und an den an die Drehstäbe 2' und 2" angeschlossenen Scheiben 15' und 15" miteinander gekuppelt sind. Die Kupplungselemente 3' und 3" sind durch eine Verbindung 18, die Scheiben 15' und 15" durch eine Verbindungsbuchse 19 miteinander gekuppelt. Bei dieser Ausführungsform entstehen Reaktionskräfte R' und R", die annähernd symmetrisch zur Wirkungslinie der Kraft Pverlaufen.

Von den erläuterten Ausführungsformen sind die in den F i g. 6 und 8 dargestellten Beispiele nur zur Lösung spezieller Aufgaben geeignet Bei der in Fig.6 dargestellten Lösung können die an den Drehstäben angreifenden Kräfte P' und P" unterschiedlich groß sein. Diese Ausführungsform ist dann zweckmäßig, wenn in der Meßaufgabe die Werte der Kräfte fund P" gesondert bestimmt werden müssen, da die beiden zusammengesetzten rvießzeiien als selbständige Meßsysteme ausgebildet werden können. Die Reaktionskräfte Λ'und R" werden von der Verbindung der Kupplungselemente 3' und 3" beeinflußt; es kommt dadurch ein gewisser Ausgleich zustande. Dieser Ausgleich hängt von den Symmetrieverhältnissen der Systeme ab. Daher ist diese Ausführungsform in erster Linie für spezielle Aufgaben geeignet

Ähnlich ist es auch bei der in Fig.8 gezeigten Ausführungsform, wenn dort die Kraft P nicht symmetrisch angreift, so daß auch die Reaktionskräfte ÄC) und R^) nicht symmetrisch sind. Eine solche Abweichung muß bei der Dimensionierung der Systeme berücksichtigt werden.

Die in den Fig.7 und 9 gezeigten Anordnungen können für den größten Teil der auftretenden Meßaufgabe verwendet werden. Die Gestaltung der Meßsysteme gemäß F i g. 7 in der Praxis wird durch die Fig. 10 und 11 erläutert.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Hakenkonstruktion eines Krans. Zwei in der Grundkonstruktion ausgeführte Meßzellen sind zu beiden Seiten des Kranhakens 20 spiegelbildlich zueinander angeordnet Die Scheiben 15' und 15" sind mit den Buchsen 9' und 9" in den Bügeln 21 des Krans gelagert. In der zwischen den Scheiben 15' und 15" befindlichen Einheit 22 sind die Zapfenteile 12'

ίο und 12" miteinander vereinigt. Die Reaktionskraft R wirkt in der Achslinie des an der Einheit 22 aufgehängten Kranhakens 20 und die Kräfte P' und P" liegen in der Symmetrieebene der Bügel 21 (es hat keinen Einfluß auf die erläuterte Funktionsweise, daß die Kraft P und die Reaktionskraft R hier vertauscht wurden, weil bei KebevOrrichtungen die Nutfckraft eben die zu hebende Last ist, die hier als Reaktionskraft erscheint).

In den Buchsen 9' und 9" befinden sich die Scheiben 15' bzw. 15" sowie die Drehstäbe Γ, 2' bzw. 1", 2" mit den sie verbindenden Kupplungselementen 3', 3". Die Drehstäbe 1', 1", 2', 2" und die Kupplungselemente 3' und 3" wirken infolge der starren Verbindung der Zapfenteile 12' und 12" wie ein einziger Körper.

Die aus den F i g. 10 und 11 ersichtliche Doppelmeßzelle hat daher die Doppelfunktion eines Hakenbügels und eines Kraftmessers.

Eine praktische Ausführungsform des in Fig.9 dargestellten Prinzips ist aus den Fig. 12 und 13 ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform sind die Drehstäbe Γ und 1" sowie die Zapfenteile 12' und 12" bzw. 15' und 15" zu beiden Seiten der einstückig miteinander verbundenen Kupplungselemente 3' und 3" spiegelbildlich symmetrisch angeordnet und die Scheiben 15' und 15" über die einstückige Buchse 9 starr miteinander gekuppelt Die Kraft 4 wirkt auf die Buchse 9 und die Reaktionskräfte 6 greifen an den Zapfenteilen 12', 12" an.

Eine weitere Ausführungsform ist aus Fig. 14 ersichtlich, bei welcher die Ausführungsform aus F i g. 12,13 mit der aus F i g. 11 in der Weise miteinander kombiniert sind, daß sich an jedes der Zapfenteile 12', 12" aus Fig. 13 entsprechend Fig. 11 eine weitere Meßzelle mit ihrem Zapfenteil 12 anschließt Der zusammengesetzte Kraftmeßwandler ist hier in eine mehrseilige Lasthebekonstruktion eingebaut Die lasthebenden Konstruktionen hochbelastbarer Hebemaschinen stehen über viele Seilstränge mit der Seiltrommel in Verbindung. Die Nutzlast ist an den Bügeln 21

so aufgehängt, in denen der zusammengesetzte Kraftmeßwandler mit seinen paarweise einstückigen Zapfenteilen iii^!< und ii<²' abgestützt ist Die Seiischeiben Öl bis 08 sind auf der der Buchse 9 in Fig. 13 entsprechenden Buchse 23 zwischen den Bügeln 21, und auf den den Buchsen 9', 9" aus F i g. 11 entsprechenden Buchsen 23 an den Außenseiten der Bügel 21 gelagert In den Bügeln 21 werden die Reaktionskräfte R1 bzw. R 2 hervorgerufen, während die Kräfte Pl, P2 und P3 die Resultierenden der Seilkräfte K\,K2...K% sind. Die Kräfte wirken über die Buchsen 23 auf die Drehstäbe und von dort auf die Zapfenteile IK') und IK²) und die auf den Buchsen 23 gelagerten Seilscheiben geben die Belastung an die Seilpaare weiter.

Durch die Kräfte PX, P2 bzw. P3 werden die einzelnen elementaren Meßzellen belastet Deren Verteilung und Anordnung ist aus Fig. 15 ersichtlich. Aus dieser Figur ist auch gut ersichtlich, auf welche Weise die in Fig. 14 dargestellten Buchsen 23 die

elementaren Meßzellen des Kraftmeßwandlers miteinander verbinden.

Aus den erläuterten Ausführungsbeispielen ist es ersichtlich, daß der erläuterte Kraftmeßwandler die störungsfreie Übertragung der Kräfte zwischen den unterschiedlichen Konstruktionsteilen ermöglicht. Gleichzeitig kann eine Scher- und Biegebeanspruchung erzeugt werden, durch welche die Verwendung der mechanischen Spannung tür meßtechnische Zwecke möglich ist.

Die Querschnitte der Drehstäbe 1 und 2 sind vorzugsweise untereinander gleich. Sie können gegebenenfalls jedoch auch unterschiedliche Querschnitte haben, z. B. um ihre Durchbiegung in Abhängigkeit von ihrem Längenunterschied zu beeinflussen, um die Parallelität der Achsen der beiden Enden des Kraftmeßwandlers unter Belastung zu gewährleisten.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftmeßwandler zur Umsetzung entgegengesetzt gleicher Kräfte in elektrisch meßbare mechanische Spannungen, mit einer Meßzelle aus zwei als Meßgeber dienenden Drehstäben, die mit ihren Torsionsachsen parallel nebeneinander symmetrisch beidseitig einer Symmetrieebene angeordnet sind, die zu der die Torsionsachsen enthaltenden Ebene senkrecht verläuft, und zwei die senkrecht zu den Torsionsachsen in demselben Abstand von diesen einwirkenden Kräfte an im Abstand von den Torsionsachsen angeordneten Angriffsstellen aufnehmenden steifen Aufnahmeteilen, die für eine Übertragung der Kräfte auf die Drehstäbe in Form entgegengesetzt gleicher Torsionsmomente gegeneinander beweglich sind und in welche die Drehstäbe eingespannt sind, die mit ihren den Aufnahmeteilen abgewendeten, einander benachbarten Enden über ein steifes Kupplungselement starr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aufnahmeteile als koaxial hintereinander angeordnete Zapfenteile (12; 9, 15) ausgebildet sind, deren gemeinsame Zapfenachse (5) parallel zu den Torsionsachsen der Drehstäbe (1, 2) in der Mitte zwischen diesen verläuft und deren Kraftangriffsstellen, an denen jeweils die senkrecht zu der die Torsionsachsen enthaltenden Ebene wirkenden Kräfte (P, R) an den Zapfenteilen (9, 15; 12) angreifen, am Umfang der Zapfenteile in der Symmetrieebene liegen.

2. Kraftmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kupplungselement (3) benachbarte eine Zapfenteil (9, 15) aus einer die Drehstäbe (1, 2) und deren Kupplungselement (3) berührungsfrei enthaltenden Buchse (9) und einer in dieser sitzenden Scheibe (15) besteht, in welcher der zugeordnete eine Drehstab (.?) eingespannt ist und welche für den anderen Drehstab (1) eine Aussparung (16) aufweist.

3. Kraftmeßwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab (2) des Zapfenteils (9, 15), der dem Kupplungselement (3) benachbart ist, kürzer als der andere Drehstab (1) ist.

4. Kraftmeßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Meßzelle eine gleichartig ausgebildete zweite Meßzelle verbunden ist, daß die Meßzellen koaxial spiegelbildlich zueinander angeordnet und jeweils an ihren Kupplungselementen (3', 3") und/oder einem ihrer Zapfenteile (12', 12"" 15', 15"; 18, 19) starr miteinander gekuppelt sind.