DE3119806C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druckkräften, mit einem Dehnungsmeßstreifen- Träger, welcher elastisch verformbare und im wesentlichen quer zur Kraftwirkungslinie angeordnete Meßstege aufweist, auf denen die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.

Ein solcher Meßwertaufnehmer ist aus der DE-OS 28 08 041 bekannt. Dieser bekannte Meßwertaufnehmer hat sich zwar in der Praxis für die meisten Anwendungsfälle gut bewährt, wird jedoch unter Umständen in manchen speziellen Anwendungsfällen den Anforderungen an die Ansprechempfindlichkeit nicht vollständig gerecht.

In der DE-OS 28 13 782 ist ein Meßwertaufnehmer beschrieben, der jeweils einen Meßsteg zwischen dicht nebeneinander im Dehnungsmeßstreifen-Träger angeordneten Bohrungen und Dehnungsmeßstreifen aufweist, die jeweils auf die zylindrische Innenwandung einer Bohrung aufgeklebt sind. Durch die entsprechend geformten Bohrungen und Stege sollen auch bei exzentrischen Lastpositionen unverfälschte Meßergebnisse erreicht werden.

Der aus der DE-OS 27 14 528 bekannte Federkörper mit Dehnungsmeßstreifen ist für relativ große Zug- und Druckkräfte ausgelegt. Es werden jedoch nur Meßwerte mit relativ kleinen Signalen erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei sehr einfacher Herstellung eine besonders hohe Ansprechempfindlichkeit und ein verhältnismäßig großes Ausgangssignal ermöglicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein Meßwertaufnehmer, bei dem jeweils ein Meßsteg zwischen dicht nebeneinander im Dehnungsmeßstreifen-Träger angeordneten Bohrungen ausgebildet ist und Dehnungsmeßstreifen jeweils auf die zylindrische Innenwandung einer Bohrung aufgeklebt sind, einen Dehnungsmeßstreifen-Träger enthält, der in einem Schnitt entlang der Wirkungslinie der zu erfassenden Kraft eine Konfiguration aufweist, die aus einem umgekehrten "T" und einem "U" gebildet ist, wobei die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" zwischen den Enden der freien Schenkel des "U" eingefügt sind und die Meßstege darstellen.

Durch diese Konfiguration, bei der vorzugsweise vier Bohrungen in den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind, so daß zwei im wesentlichen senkrecht zur Kraftwirkung angeordnete Meßstege jeweils zwischen einem Paar von Bohrungen gebildet sind, wird die zu erfassende Kraft von den Meßstegen jeweils an ihrem einen Ende von der Einrichtung her und an ihrem anderen Ende von der entgegengesetzten Richtung her aufgenommen.

Da die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" durch die benachbarten Bohrungen begrenzt sind, weisen die Meßstege eine im Schnitt bikonkave Fläche auf, wobei die Dehnungsmeßstreifen jeweils auf einer zylindrischen Wandung aufgeklebt sind.

Es ist vorteilhaft, daß zwei Meßstege mit wenigstens vier Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind, die in einer elektrischen Brückenschaltung angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Konfiguration der Meßanordnung, insbesondere die im Schritt bikonkaven Meßstege, führen zu einem wesentlichen technischen Fortschritt. Zusätzlich zu der Dehnung bzw. Stauchung der Dehnungsmeßstreifen, die bei einem geraden Balken auftreten würde, tritt eine Verformung der zylindrischen Wandung auf, welche dazu führt, daß durch eine zusätzliche Dehnung bzw. Stauchung das Meßsignal vergrößert wird. Mit anderen Worten, es wird die zylindrische Fläche, auf welcher ein Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt ist, jeweils dann, wenn ein Meßsteg auf Biegung beansprucht wird, mit derjenigen Tendenz verformt, die zusätzlich zu der bereits durch die Biegung hervorgerufenen Verformung eine weitere Formänderung herbeiführt, so daß das Meßsignal dadurch noch vergrößert wird.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung der erhebliche Vorteil erreichbar, daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger gemäß der Erfindung sich auf sehr einfache Weise herstellen läßt, so daß der Fertigungsaufwand verhältnismäßig gering ist. Es genügt nämlich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Trägers, einfache Durchgangsbohrungen anzubringen, um die Meßstege auszubilden.

Die erfindungsgemäße Anordnung erweist sich auch als außerordentlich robust und gegen Überbelastungen verhältnismäßig sicher, da der aktive Bereich der Meßstege, dessen elastische Formänderung von den Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird, sehr stark eingegrenzt ist, so daß Beschädigungen des Dehnungsmeßstreifen-Trägers weitgehend auch bei erheblichen Überbelastungen vermieden werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Meßwertaufnehmers,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers,

Fig. 4 eine Vorderansicht des in der Fig. 3 dargestellten Meßwertaufnehmers,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers in einer Seitenansicht und

Fig. 6 eine Vorderansicht des in der Fig. 5 dargestellten Meßwertaufnehmers.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 sind Meßstege 10 und 11 an einem Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 dadurch ausgebildet, daß Bohrungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 jeweils dicht benachbart nebeneinander durch den Dehnungsmeßstreifen- Träger 12 hindurchgeführt sind, so daß zwischen den Bohrungen 13 und 14 der Meßsteg 10 und zwischen den Bohrungen 15 und 16 der Meßsteg 11 ausgebildet ist. Auf dem Meßsteg 10 sind jeweils die Dehnungsmeßstreifen D32 und D34 und auf dem Meßsteg 11 die Dehnungsmeßstreifen D31 und D33 aufgeklebt.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwischen den Bohrungen 14 und 16 ein Durchbruch vorhanden ist. Weiterhin ist aus der Fig. 2 ersichtlich, daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 von der Bohrung 13 und 15 aus nach außen jeweils aufgeschlitzt ist.

Durch die oben beschriebene und in der Fig. 2 veranschaulichte Konfiguration des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 wird eine Anordnung gebildet, bei welcher die Konfiguration des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 derart ausgebildet ist, daß ein umgekehrtes "T" mit seinen beiden Querschenkeln zwischen den freien Enden der Schenkel eines "U" angeordnet ist. Bei dieser Anordnung sind die freien Enden der Querschenkel des umgekehrten "T" mit den freien Enden der Schenkel des "U" jeweils fest und biegesteif verbunden. Die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" bilden in dieser Konfiguration gemäß der Darstellung in der Fig. 2 die Meßstege 10 und 11.

Die Herstellung des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 ist deshalb besonders einfach, weil die Meßstege 10 und 11 einfach durch Bohrungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 gefertigt werden können. Die Dehnungsmeßstreifen D31 bis D34 werden auf die zylindrischen Innenflächen der Bohrungen 13 bis 16 aufgeklebt. Bei einer derartigen Konfiguration werden die Dehnungsmeßstreifen nicht nur durch solche Dehnungen bzw. Stauchungen beaufschlagt, die von der Verformung eines geraden Balkens herrühren, es werden vielmehr derartigen Verformungen weiterhin zusätzliche Dehnungen bzw. Stauchungen überlagert, die dadurch hervorgerufen werden, daß die konkave Fläche, auf welcher ein Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt ist, unter der Wirkung einer zu messenden Kraft eine Formänderung erfahren. Dadurch kann die Ansprechempfindlichkeit verbessert werden, und es kann zugleich die Größe des Ausgangssignals gesteigert werden.

Grundsätzlich kann ein Dehnungsmeßstreifen-Träger 12, welcher gemäß der Erfindung ausgebildet ist, in einen Meßstab eingebaut werden, wie es in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist, er kann auch als Meßwertaufnehmer im Kraftfluß verwendet werden, wie es in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist, oder er kann an ein Konstruktionsteil angebaut werden, wie es in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 besteht weiterhin die Möglichkeit, den Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 unter eine Vorspannung zu bringen oder allgemein in gewünschter Weise durch eine von außen aufgebrachte mechanische Spannung in vorgegebener Weise einzustellen. Auf diese Weise kann beispielsweise auch unter einer Last ein Nullpunkt eingestellt werden.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 ist der Dehnungsmeßstreifen- Träger 12 zwischen zwei Gewindezapfen 17 und 18 gehalten. Die Gewindezapfen 17 und 18 sind jeweils innerhalb einer Gewindespindel 19 bzw. 20 verstellbar angeordnet.

Die Gewindespindeln 19 und 20 sind ihrerseits in einer Gewindebuchse 21 und 22 gehalten. Zwischen den Gewindebuchsen 21 und 22 ist ein Distanzstück 23 vorgesehen.

Mit der oben beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 detailliert dargestellten Anordnung läßt sich gemäß den obigen Erläuterungen der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 nach den jeweiligen Erfordernissen vorspannen, oder es kann eine vorgegebene Last zur Einstellung des Nullpunktes kompensiert werden.

Es erübrigt sich, den Verstell-Mechanismus und die in der Zeichnung detailliert dargestellten Schrauben und Muttern näher zu beschreiben, da die Arbeitsweise dieser Verstelleinrichtung ohne weiteres erkennbar ist.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers dargestellt, bei welcher der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 in den Kraftfluß einbezogen ist. Die Bohrungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 sind bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform des Meßwertaufnehmers in einem Stück Flachmaterial angebracht. Bei dieser Ausführungsform kann an einem Balken 24, der im unteren Bereich des Flachmaterials angebracht ist, eine Last angehängt sein. Im oberen Bereich des Flachmaterials ist schematisch eine Gabel 25 dargestellt, welche die Last trägt. Somit ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 zwischen der Gabel 25 und dem Balken 24 direkt im Kraftfluß angeordnet.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Anwendungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 veranschaulicht, bei welcher der Dehnungsmeßstreifen-Träger ähnlich wie bei der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 in einem Stück Flachmaterial ausgebildet ist, welches jedoch mit Hilfe geeigneter Befestigungslemente an einem Konstruktionsteil 26 befestigt ist. Wenn das Konstruktionsteil 26 durch eine entsprechende Kraft einer Dehnung oder einer Stauchung unterworfen wird, so überträgt sich die entsprechende Verformung auch auf das Flachmaterial und damit auf den Dehnungsmeßstreifen-Träger 12. Auf diese Weise kann an beliebigen Konstruktionsteilen eine Verformung, eine Kraft, eine Belastung oder eine andere Beanspruchung ermittelt werden.

Claims (3)

1. Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druckkräften, mit einem Dehnungsmeßstreifen-Träger, welcher elastisch verformbare und im wesentlichen quer zur Kraftwirkungslinie angeordnete Meßstege aufweist, auf denen die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger (12) in einem Schnitt entlang der Wirkungslinie der zu erfassenden Kraft eine Konfiguration aufweist, die aus einem umgekehrten "T" und einem "U" gebildet ist, wobei die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" zwischen den Enden der freien Schenkel des "U" eingefügt sind und Meßstege (10, 11) darstellen.

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßstege (10, 11) mit wenigstens 4 Dehnungsmeßstreifen (D31, D32, D33, D34) vorgesehen sind, die in einer elektrischen Brückenschaltung angeordnet sind.

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Bohrungen (13, 14, 15, 16) in den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind, so daß zwei im wesentlichen senkrecht zur Kraftwirkung angeordnete Meßstege (10, 11) gebildet sind, welche die zu erfassende Kraft jeweils an ihrem einen Ende von der Einrichtung her und an ihrem anderen Ende von der entgegengesetzten Richtung her aufnehmen.