DE3148670C2 - Kraftmeßeinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Kraftmeßeinrichtung mit zwei gegeneinander beweglichen Teilen beschrieben, von denen einer ein Grundkörper ist, der mit einem frei abragenden Biegeelement versehen ist, an welchem Dehnmeßstreifen angebracht sind und von denen der andere Teil ein Kraftübertragungsglied ist, welches durch eine zentrale Bohrung im Grundkörper hindurch an dem Biegeelement angreift, sowie mit einer Überlastsicherung zur Begrenzung der Wege des Kraftübertragungsgliedes gegenüber dem Grundkörper. Bei einer derartigen Kraftmeßeinrichtung ist zur Überlastsicherung mindestens ein Paßstift vorgesehen, der an einem der beiden gegeneinander beweglichen Teile fest angeordnet und in den anderen Teil mit Spiel eingreift. Vorteile der Erfindung sind, daß sich eine derartige Überlastsicherung sehr einfach mit nahezu beliebiger Genauigkeit realisieren läßt, da die Bohrungsdurchmesser und die Radien des Paßstiftes sehr exakt bemessen werden können. Wegen ihres einfachen Aufbaus eignet sich diese Überlastsicherung insbesondere für Kraftmeßeinrichtungen, die ölgekapselt werden. Die Genauigkeit der Überlastsicherung bringt insbesondere bei Kraftmeßeinrichtungen Vorteile, bei denen nur sehr kleine Meßwege (in der Größenordnung zwischen 0,02 bis 0,06 mm) zurückgelegt werden.

Description

Teil mit Spiel eingreift Damit wird eine sehr einfache und zuverlässig wirkende Überlastsicherung geschaffen. Zur Aufnahme des Paßstiftes können Bohrungen sowohl im Grundkörper als auch im Kraftübertragungsglied einfach und mit äußerster Genauigkeit eingebracht werden. Die verwendeten Paßstifte sind auf die Bohrungsdurchmesser dann abgestimmt, wobei in einem der beiden Teile die Differenz zwischen dem Durchmesser des Paßstiftes und dem Bohrungsdurchmesser ein Bewegungsspiel der beiden Teile gegeneinander läßt, dessen Größe den Meß- und den Oberlastweg bestimmt, was sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung geschehen kann. Zur Realisierung dieser Überlastsicherung muß weder geschweißt noch ein Gewinde eingedreht werden, so daß sich bei einer ölkapselung keine Probleme ergeben. Trotzdem lassen sich die zulässigen Wege sehr gut beherrschen. Auch gegen Torsionen kann der Paßstift als Begrenzung wirken. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Paßstift in eine Bohrung des Grundkörpers eingepaßt ist und unter Belassung eines Spaltes in eine Bohrung im Kraftübertragungsglied hineinragt

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsforni ist vorgesehen, daß die Bohrung im Grundkörper quer zur Kraftübertragungsrichtung verläuft und radiusgleich mit der Bohrung im Kraftübertragungsglied ist, wobei der Paßstift in seinem in das Kraftübertragungsglied hineinragenden Abschnitt auf einen geringeren Durchmesser als der Bohrungsdurchmesser im Kraftübertragungsglied abgedreht ist Hinsichtlich der Herstellung bietet diese Ausführungsform Vorteile, da die Bohrung im Grundkörper im gleichen Arbeitsgang mit der Bohrung im Kraftübertragungsglied hergestellt werden kann, da beide Bohrungen radiusgleich sind. Der Paßstift wird in dem Bereich, mit dem er in das Kraftübertragungsglied hineinreicht, abgedreht, was nahezu beliebig genau geschehen kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Grundkörper 7.we^: sich in der zentralen Bohrung gegenüberliegende Bohrungen vorgesehen, und es ist in das Kraftübertragungsglied eine mit den beiden Bohrungen in einer Nullage fluchtende Durchgangsbohrung eingebracht, wobei der Paßstift mit jeweils einem Ende in jeweils einer Bohrung des Grundkörpers sitzt und mit einem Miuelabschnitt mit geringerem Durchmesser in der Durchgangsbohrung verläuft, die denselben Durchmesser wie die Bohrungen im Grundkörper aufweist Bei dieser Ausführungsform durchsetzt der Paßstift das Kraftübertragungsglied vnd ist in jeweils einer der Bohrungen des Grundkörpers, die sich gegenüberliegen, eingepaßt. In dem Bereich, in dem das Kraftübertragungsgiied verläuft, ist er entsprechend den zulässigen Wegen abgedreht. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, daß am Paßstift keine Drehmomente angreifen, was bei der Ausführungsform, bei der der Paßstift nur teilweise in das Kraftübertragungsglied hineinreicht, der Fall ist, da dieses an dem freien Ende dann angreift, so daß als Folge davon der Paßstift aus hartem Material hergestellt werden muß. Dadurch aber, daß der Paßstift auf zwei Seiten eingespannt ist, hält er großen Kräften stand, auch wenn er nicht aus gesondert gehärtetem Material hergestellt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform sind in den Grundkörper drei um 120° zueinander versetzte Bohrungen eingebracht, die eine entsprechende Fortführung in drei Sackbohrurjren des Kraftübertragungsgliedes finden und in jeder der Bohrungen ist ein Paßstift vorgesehen, der mit einem freien Ende in die jeweils zugeordnete Sackbohrung hineinragt und dort einen geringeren Radius aufweist, als die Sackbohrungen. Auch diese Ausführungsform läßt sich sehr einfach mit großer Genauigkeit verwirklichen und bietet somit die Vorteile der Erfindung. In anderer Weise könnten die drei Bohrungen im Kraftübertragungsglied als Paßbohrungen und die Bohrungen im Grundkörper unter Belassung des Spaltes ausgebildet sein.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftübertragungsgliedes ist in der zentralen Bohrung des Grundkörpers ein sich über die axiale Tiefe der zentralen Bohrung erstreckender, zylindrischer Teil des Kraftübertragungsgliedes vorgesehen, in den die fortgesetzten Bohrungen eingebracht sind, und der in der zentralen Bohrung mit dem Grundkörper einen Spalt bildet der kleiner als der Durchmesser des Paßstiftes ist. Durch diese Ausgestaltung ist das Kraftübertragungsgüed genügend stabil um mit entsprechend großen Bohrungen versehen werden zu Lönnen.

Da die Belastbarkeit der Sichern^ von der zulässigen Scherspannung des Stiftes abhängig ist bringt die Belassung eines sehr kleinen Spaltes zwischen dem zylindrischen Teil und dem Grundkörper den Vorteil, daß die Überlastsicherung in hohem Maße belastbar ist

Im fegenden wird die Erfindung anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigt:

F i g. 1 eine perspektivische Ansiebt eines Grundkörpers mit Kraftübertragungsglied einer Kraftmeßeinrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Kraftmeßeinrichtung und

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überlastsicherung im Querschnitt durch eine Kraftmeßeinrichtung.

In der F i g. i ist eine Kraftmeßeinriciuung i ausschnittsweise in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, bei der der Grundkörper mit 2 bezeichnet i*t Mit dem Grundkörper 2 fest verbunden ist ein frei abragendes Biegeelement 3, welches auf dem frei abragenden Enae einen Spalt 7 mit dem Grundkörper 2 bildet. Der Grundkörper weist eine zentrale Bohrung 16 auf, durch die ein zylindrischer in F i g. 1 nur teilweise iu erkennender Teil 6 eines Kraftübertragungsgliedes 5 eine an diesem angreifende Kraft auf das Biegeelement 3 überträgt Die dann am Biegeelement hervorgerufenen Wege werden an den Meßstreifen 4 in an sich bekannter Weise in Spannungen umgewandelt und dann weiter ausgewertet. Um eine einwandfreie Funktion einer derartigen Kraftmeßeforichtung über lange Zeit zu gewährleisten, wird die Kraftmeßeinrichtung üblicherweise ölgekapselt Es muß dabei auf kleinstes Volumen und unkomplizierte Form geachtet werden. Diese Forderung gilt auch für die Überlastsicherungen, die das Bie-

geelement 3 vor einer Überlastung schützen sollen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind im Grundkörper 2 zwei sich gegenüberliegende Bohrungen 10a und 106 eingebracht, die mit einer Durchgangsbohrung 9 fluchten, die im zylindrischen Teil 6 des Kraftübertragungsgliedes 5 verläuft. Der Durchmesser der Bohrungen 10a und 106 im Grundkörpec 2 entspricht dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 9 im zylindrischen Teil 6. Ein Paßstift 8. der an den beiden Enden 8a denselben Durchmf ?ser aufweist, wie die Bohrungen

f>5 10a und 106, verläuft mit einem mittleren Abschnitt 86 innerhalb der Durchgangsbohrung 9 und bildet mit dieser einen Spalt 11. Die Abmessung 5des Spaltes 11 kann sehr genau bestimmt werden, da der Paßstift entspre-

chend der gewünschten Spaltbreite s nahezu beliebig genau abgedreht werden kann.

Typische Meßwege des Biegeelementes einer derartigen Kraftmeßeinrichtung liegen zwischen 0,02 bis 0,06 mm. Der Überlastweg soll bei der dargestellten Kraftmeßeinrichtung zweimal den Meßweg betragen. Die erforderliche Nacharbeit am Paßstift 8 in seinem mittleren Bereich Sb läßt sich sehr einfach aus der Gleichung D — 2s = d\ errechnen. (D -> 0 der Bohrungen 10a und 10b, s = 2 χ Meßweg); (bei einem mittleren Meßweg von 0.04 mm wird s -« 0,08 mm); (d\ 0 im Bereich 8bdes Paßstiftes 8).

Da der Paßstift an beiden Enden 8a in den Grundkörper eingespannt ist. und bei einem Anschlag des zylindrischen Körpers 6 beim Ansprechen der Überlastsiche- rung dieses sich am Paßstift entlang eines relativ großen Weges anlegt braucht der Paßstift nicht aus besonders stabilem, gehärtetem Material bestehen. Eine Durchbiegung ist bei üblichen Kräften durch diese Ausgestaltung nicht möglich. Der Paßstift 8 bewirkt auch eine Sieherung in den beiden möglichen Kraftantriebsrichtungen + und — in axialer Richtung sowie als Begrenzung bei Torsionen in + und — Richtung, was durch entsprechende Pfeile in F i g. 2 angedeutet ist. Die Breite des Spaltes w zwischen dem zylindrischen Teil des Kraft-Übertragungsgliedes und den Grundkörper kann so klein gewählt werden, daß eine große Belastung der Sicherung möglich ist.

In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei ein Querschnitt im Bereich des Sitzes der Bohrungen für den Paßstift dargestellt ist. Im Grundkörper sind dabei drei um jeweils 120" zueinander versetzte Bohrungen 13a bis 13c eingebracht, durch die jeweils ein Paßstift 14a bis 14cgesteckt werden kann, der mit einem freien Ende 15a bis 15c in eine mit den Bohrungen im Grundkörper 2 durchmesser-gleiche Sackbohrung 12a bis 12c hineinragt und dort entsprechend der oben angegebenen Formel auf den gewünschten Durchmesser bzw. Radius abgedreht ist. Auch diese Überlastsicherung kommt ohne Schweißen und ohne Gewinde aus, und läßt sich in einfacher Weise exakt dimensionieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Durchmesser (rfi) des Paßstiftes ist Patentansprüche:

1. Kraftmeßeinrichtunig mit zwei gegeneinander

beweglichen Teilen, von denen einer ein Grundkör- 5

per ist, der mit einem frei abragenden Biegeelement Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung mit

versehen ist, an welchem Dehnmeßstreifen ange- zwei gegeneinander beweglichen Teilen, von Ίεηεη ei-

bracht sind, und von denen der andere Teil ein Kraft- ner ein Grundkörper ist, der mit einem frei abragenden

übertragungsglied ist, welches durch eine zentrale Biegeelement versehen ist, an welchem Dehnmeßstrei-

Bohrung im Grundkörper hindurch an dem Biege- 10 fen angebracht sind und von denen der andere Teil ein

element angreift sowie mit einer Überlastsicherung Kraftübertragungsglied ist, welches durch eine zentrale

zur Begrenzung der Wege des Kraftübertragungs- Bohrung im Grundkörper an dem Biegeelement hin-

gliedes gegenüber dem Grundkörper, dadurch durch angreift sowie mit einer Überlastsicherung zur

gekennzeichnet, daß als Überlastsicherung Begrenzung der Wege des Kraftübertragungsgliedes

mindestens ein Paßstift (IK 14a, 146,14c) vorgesehen 15 gegenüber dem Grundkörper.

ist, der an einem der beiden gegeneinander bewegli- Eine derartige Kraftmeßeinrichtung ist z. B. aus der

chen Teilen fest angeordinet und in das andere Teil DE-AS 15 48 829 bekannt Um das Biegeelement vor

mit Spiel (Spalt s) eingreif L einer Überlastung zu sichern, werden dort einstellbare

2. Kraftaaeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch flache Anschläge vorgesehen, die nach dem Einstellen gekennzeichnet, daß der PaBsiiit (S, 14a, Ϊ46, i4c) in 20 durch Kontermuttern gesichert werden. Derartige geeine Bohrung (10a, 106, 13a, 136,13c) des Grundkör- konterte Überlastsicherungen haben den Nachteil, daß pers (2) eingepaßt ist und unter Belassung eines sich das Spiel in den Gewinden dann nachteilig bemerk-Spaltes (sj'in eine Bohrung(9,12a, 126, 12c) im Kraft- bar macht, wenn nur sehr kleine Meßwege und entspreübertragungsglied (5) hineinragt chend kleine Überlastwege verwirklicht werden sollen.

3. Kraftmeßeinrichtung räch Anspruch 2, da- 25 Da in diesen Fällen die Kraftmeßeinrichtungen meist durch gekennzeichnet daß die Bohrung (10a, 106; ölgekapselt werdeir, haben die zur Realisierung der 13a, 136, 13c) im Grundkörper (2) quer zur Kraft- Überlastsicherung notwendigen Gewinde für die Konübertragungsrichtung verläuft und radiusgleich mit termuttern den Nachteil, daß sie Restlufteinschlüsse bilder Bohrung (9, 12a, 126, 12c) im Kraftübertra- den können, was aicht erwünscht ist

gungsglied [Si) ist, wobei der Paßstift (8, 14a, 146, 30 Es sind auch durch Schweißen gesicherte Überlastsi-14c) in seinem in dj>s Krafi"bertragungsglied hin- cherungen bekannt, die sich aber leicht verziehen und einragenden Abschnitt (86, 15a, 156, 15c) auf einen nur schwer zu beherrschen sind, was sich auch wiedergeringeren Durchmesser (df als der Bohrungs- um dann besonders nachteilig bemerkbar macht, wenn durchmesser (D) im Kraftübertragungsglied (5) ab- nur kleine Wege zugelassen sein sollen. Ein weiterer gedreht äst 33 Nachteil der oben genannten bekannten Bauart ist darin

4. Kraftmeßeinrichtunig nach Anspruch 1 und 3, zu sehen, daß sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung dadurch gekennzeichnet daß im Grundkörper (2) jeweils ein getrennter Anschlag vorgesehen sein muß, zwei sich in der zentralen. Bohrung (16) gegenüber- wozu jeweils ein Gewinde srforOss lieh ist, was nicht liegende Bohrungen (10a, 106) vorgesehen sind, daß zuletzt auch mit einem relativ großen Herstellungsaufin das Kraftübertragungsglied (5) eine mit den bei- 40 wand verbunden ist. Einen Überlastschutz gegen Torden Bohrungen (10a, 10fr) in einer Null-Lage fluch- sionen können die bekannten Anschläge auch nicht bietende Durchgangsbohrung (9) eingebracht ist und ten, was ein weiterer Nachteil ist.

daß der Paßstift mit jeweils einem Ende (Ba) in einer Es sind zwar Kraftmeßeinrichtungen anderer Art beBohrung (10a, 106) des Grundkörpers (2) sitzt und kannt (DE-AS 27 53 549), die einen Biegebalken mit eimit seinem Mittelabschniitt (8b) in der Durchgangs- 45 ner in seiner Längsrichtung verlaufenden Bohrung aufbohrung (9) verläuft, die denselben Durchmesser (D) weisen, in die ein Überlaststab mit einem Ende fest einwie die Bohrungen (10a, 106) im Grundkörper (2) gesetzt ist. Die Längsbohrung weist mindestens im Beaufweist, reich des freien Endes des Überlaststabes einen größe-

5. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 3, ren Durchmesser auf, so daß eine Durchbiegung des dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper 50 Biegebalkens bis zur Anlage des Überlaststabes am drei um 120° zueinander versetzte Bohrungen (13a, P,and der Längsbohrung möglich ist. Ein Überlastschutz 136, 13c) eingebracht siimd, die eine entsprechende gegen Tarsionsbelastung ist durch eine solche Ausge-Fortführung in drei Sackbohrungen (12a, 126, 12c) staltung aber nicht möglich. Auch sind dort keine zwei des Kraftübertragungsgliedes (5) finden und in jeder gegeneinander bewegliche Teile vorgesehen, die u. U. der Bohrungen (13a, 136,13c) ein Paßstift (14a, 146, 55 ölgekapselt werden müssen.

14c) vorgesehen ist, der mit einem freien Ende (15a, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

156, 15c) in eine der Sackbohrungen (12a, 126,12c) Kraftmeßeinrichtung mit zwei gegeneinander bewegli-

hineiiiragt und dort einem geringeren Radius auf- chen Teilen mit einer Überlastsicherung zu versehen,

weist als die Sackbohrungen (12a, 126,12c). die äußerst exakt und einfach herstellbar ist und die mit

6. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorange- 60 geringstmöglichem Aufwand eine Sicherung sowohl in gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kraftübertragungsrichtungen als auch gegen Torin der zentralen Bohrung (16) des Grundkörpers (2) sionen bietet. Die Überlastsicherung soll insbesondere ein sich über die axiale Tiefe der zentralen Bohrung für Kraftmeßeinrichtungen mit sehr kleinen Meßwegen

% (¹⁶) erstreckender zylindrischer Teil (6) des Kraft- zuverlässig einsetzbar sein.

fl Übertragungsgliedes (5) verläuft, in den die fortge- 65 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

j$ setzten Bohrungen (12a, 126, 12c ) eingebracht sind daß als Überlastsicherung mindestens ein Paßstift vor-

lf; und der in der zentralen Bohrung mit dem Grund- gesehen ist, der an einem der beiden gegeneinander

ii körper (2) einen Spalt (w) bildet, der kleiner als der beweglichen Teilen fest angeordnet und in das andere