DE3238951C2

DE3238951C2 - Kraftaufnehmer

Info

Publication number: DE3238951C2
Application number: DE19823238951
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 5620 Velbert Baethke
Original assignee: Am Erichsen 5600 Wuppertal De GmbH
Current assignee: Am Erichsen 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1985-10-17
Also published as: DE3238951A1

Abstract

Bei einem Kraftaufnehmer mit einem Verformungselement (3), das aus einem Außenkranz (14), einer Nabe (13) und aus diese verbindenden, Dehnungsmeßstreifen (25) tragenden Biegestegen (15) besteht und dessen Außenkranz zwischen zwei Gehäuseteilen oder dgl. einzuspannen ist, soll sichergestellt werden, daß das Einspannen des Außenkranzes (14) ohne störende mechanische Rückwirkung auf die Biegestege (15) des Verformungselementes (3) erfolgt. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Außenkranz (14) im Anschlußbereich der Biegestege (15) jeweils eine elastische Biege- und Torsionszone (17) aufweist, wobei vorzugsweise jede Biegezone mit einem quer vor dem jeweils angrenzenden Biegesteg (15) liegenden Langloch (18) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer mit mindestens einem speichenradartigen Verformungselement, das aus einem Außenkranz, einer Nabe und aus diese verbindenden, Dehnungsmeßstreifen tragenden Biegestegen besteht und dessen Außenkranz axial einzuspannen ist, wobei der Außenkranz im Anschlußbereich der Biegestege jeweils eine elastische Biege- und Torsionszone aufweist, in der eine vor dem jeweils angrenzenden Biegesteg liegende, zwei Verbindungsstege zwischen Biegesteg und Außenkranz belassende Aussparung vorgesehen ist.

Durch die GB-PS 20 96 777 ist ein Kraftaufnehmer mit einem speichenradartigen Verformungselement bekannt, das an seinem Außenkranz einspannbar und im Bereich der Nabe mit den zu erfassenden Kräften und Momenten beaufschlagbar ist. Die den Außenkranz und die Nabe verbindenden, speichenartigen Biegestege besitzen einen etwa quadratischen Querschnitt und sind

auf allen Außenflächen mit Dehnungsmeßstreifen versehen. Die Biegestege sind über flache elastische Verbindungsstege mit dem Außenkranz verbunden, deren Querschnittshauptachse senkrecht zur Ebene des Verformungselements liegt und die infolgedessen eine hohe radiale Verformbarkeit besitzen. Aufgrund dieser richtungsabhängigen Eigenschaften der Verbindungsstege ist es bei dem bekannten Kraftaufnehmer möglich, eine klare meßtechnische Trennung zwischen ven. ihiedenen Belastungskomponenten vorzunehmen und somit einen beliebigen, mehrachsigen Belastungszustand zu erfassen. Diesem Vorteil steht aber eine relativ geringe Meßempfindlichkeit gegenüber.

Durch die DE-PS 22 00 211 sind weitere Kraftaufnehmer mit einem speichenradförmig ausgebildeten Verformungselement bekannt Ein wesentlicher Nachteil der Spcichenradform des Verformungselementes liegt aber in den mechanischen Rückwirkungen, die bei der Einspannung des Außenkranzes auf die Biegestege des Verformungselementes ausgeübt werden. Die Einspannverhältnisse sind im allgemeinen nur schwer zu definieren, da sich durch Bearbeitungsungenauigkeiten, Formfehler, unterschiedliche oder nicht ausreichende Vorspannung oder durch Setzeffekte oft sehr unterschiedliche Beeinflussungen der Biegestege ergeben können.

Durch die DE-aS 21 29 214 ist schließlich ein Kraftaufnehmer mit einem speichenradartigen Verformungselement bekannt, bei welchem zwischen den Einspannbereichen und den speichenartigen Biegestegen elastische Verbindungsstege vorgesehen sind. Bei einer einachsigen Belastung des Kraftaufnehmers senkrecht zur Ebene des Verformungselementes werden aufgrund der elastischen Verbindungsstege Rückwirkungen der Einspannung auf die Biegestege verhindert, so daß im allgemeinen eine relativ hohe Meßgenauigkeit erreicht werden kann. Allerdings können sich bei dem bekannten Kraftaufnehmer größere Fehler durch quer zur Nennbelastungsrichtung orientierte Störkräfte ergeben. Denn die Kräfte werden dort nicht unmittelbar in der Ebene des Verformungselementes, sondern über Bolzen oder Belastungsstutzen aufgebracht, so daß durch die Störkräfte eine zusätzliche Biegeverformung hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kraftaufnehmer zu schaffen, welcher bei einachsiger Belastung eine hohe Meßgenauigkeit erreicht, wobei Fehler durch die Rückwirkung der Randeinspannung der Verformungselemente und insbesondere durch Störkräfte quer zur Nennbelastungsrichtung auf ein vernachlässigbares Maß begrenzt sein sollen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftaufnehmer mit zwei in Reihe geschalteten, durch einen Mittelbutzen verbundenen Verformungselementen versehen ist, daß die Biegestege jeweils einen flachen Querschnitt aufweisen, dessen Hauptachse in der Ebene der Verformungselemente liegt, und daß die Dehnungsmeßstreifen nur an zu den Querschnittshauptachsen parallelen Oberflächen angeordnet sind. Aufgrund ihrer Querschnittsform und -ausrichtung sind die Biegestege in Nennbelastungsrichtung sehr leicht verformbar, so daß auch bei der Hinteretnanderschaltung von zwei Verformungselementen eine hohe Meßgenauigkeit erreichbar ist. Am Belastungsstutzen des Kraftaufnehmers angreifende Störkräfte quer zur Hauptbelastungsrichtung rufen dagegen im Bereich der Dehnungsmeßstreifen keine zusätzlichen Biegeverformungen hervor. Durch die Anordnung von zwei durch einen

Mittelbutzen verbundenen Verformungselementen treten dabei vielmehr nur Reaktionskräfte in der Ebene der Verformuiigselemente auf, die nur sehr geringe Verformungen hervorrufen. Das heißt der Kraftaufnehmer weist eine hohe Querstabilität auf, wodurch Meßfehler durch quer zur Nennbelastungsrichtung gerichtete Störkräfte ohne zusätzlichen Meßaufwand zuverlässig eliminiert sind.

Der Erfindung zufolge kann nur ein Verformungselement mit Dehnungsmeßstreifen versehen sein. Die An-Ordnung von Dehnungsmeßstreifen auf nur einem einzigen Verformungseiement genügt, da die beiden Verformungselemente aufgrund der starren Kopplung durch den Mittelbutzen in Hauptbelastungsrichtung der gleichen Biegeverformung unterworfen sind. Die Querverformungen durch Störgrößen können zwar in den beiden Venormungselementen unterschiedlich sein; doch sind sie aufgrund der Querstabilität des Kraftaufnehmers so gering, daß sie keiner gesonderten Erfassung bedürfen.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann »orgesehen werden, daß der Kraftaufnehmer als dreiteiliges Gehäuse ausgebildet ist, wobei die Verforniungselemente jeweils zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt sind, und daß die Gehäuseteile an ihren Einspannflächen mit Ausnehmungen zur berührungslosen Aufnahme der Biegezonen versehen sind. Im übrigen, d. h. außerhalb dieser Ausnehmungen, liegen die Einspannflächen vollflächig auf dem Außenkranz des Verformungselementes auf.

Das Verformungselement kann an in Umfangsrichtung zwischen den Biegezonen liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern für Einspannschrauben versehen sein. Alternativ können diese Aufnahmelöcher aber auch an radial außerhalb der Biegestege und Biegezone liegenden Stellen am Außenkranz vorgesehen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eil ;n Kraftaufnehmer mit zwei hintereinander geschalteten Verformungselementen in einem Axialschnitt gemäß der Linie I-I in den F i g. 2,3 und 4,

Fig.2 den deckelseitigen Gehäuseteil des Kraftaufnehmers, in F i g. 1 von unten gesehen,

Fig.3 eine Draufsicht auf ein Verformungselement des Kraftaaf nehme rs nach F i g. 1,

F i p. 4 eine Draufsicht auf den als Dose ausgebildeten unteren Gehäuseteil des K raftaufnehmers,

F i g. 5,6 und 7 drei weitere Ausführungsbeispiele von Verformungselementen pines Kraftaufnehmers.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Kraftaufnehmer mit zwei in P.eihe hintereinander geschalteten Verformungselementen I₁ 2, die durch einen anbefestigten Mittelbutzen 3 miteinander verbunden und zwischen den drei Gehäuseieiien 4,5,6 eingespannt sind. Auf dem oberen Verformungselement 1 sitzt mittig ein Beiastungsstutzen 7 auf. wobei zwischen einer äußeren Ringschulter des Stutzens 7 und einer inneren Ringschulter des Gehäuseteils 6 eine elastische Membran 8 dicht aufgeklebt isi.

Der dosenförmige Gehäuseteil 4 besitzt einen Mittelbutzen 9, der als Überlastungsschutz bis kurz unter das Verformungselement 2 ragt, und eine als Ringschulter ausgebildete Einspannfläche 10. die in regelmäßigen Abständen mit Aufnahmelöchern 11 für Einspannschrauben 12 versehen ist. Die Einspannfläche 10 ist an jeweils zwischen den L >chern 11 liegenden Stellen mit flachen Ausnehmungen 13 versehen. Der ringförmige Gehäuseteil 6 ist an se^;ner erhabenen Einsoannfläclic mit Gewir.debohrungen 14 für die Einspannschrauben

12 und zwischen den Gewindebohrungen 14 mit weiteren Ausnehmungen 15 versehen, die weiteren Ausnehmungen 16 des mittleren Gehäuseteils 5 jeweils gegenüberliegen. In gleicher Weise liegen die Ausnehmungen

13 des Gehäuseteils 4 Ausnehmungen 17 des mittleren Gehäuseteils 5 gegenüber.

Die Verformungselemente 1 und 2 bestehen jeweils aus einer zentralen Nabe 18 und einem Außenkranz 19,

ίο die über Biegestege 20 miteinander verbunden sind. Die Biegestege 20 verjüngen sich nach außen hin und bilden beim Ausführungsbeispiel zusammen mit der Nabe 18 einen sechszackigen Stern. Der Außenkranz ist mit Durchtrittslöchern 21 für die Einspannschrauben 12 versehen und weist zwischen zwei benachbarten Löchern 21 jeweils eine Biegezone 22 auf, die berührungsfrei von den Ausnehmungen 15,16,17 dei Gehäuseteile 6, 5, 4 eingeschlossen ist. Die Biegestege 20 sind im Bereich dieser Biegezonen 22 an den Außenkranz 19 angeschlossen, welcher im Bereich .,..-der Biegezone 22 eine Aussparung 23 in Form eines Lang! jches aufweist, das sich quer zum jeweils benachbarten Biegesteg 20 erstreckt. Die Längsachse der Aussparung 23, brw. der Durchmesser von kreisförmigen Aussparungen, ist beirächtlLh größer, z. B. zwei- bis vierfach größer, als die Breite der Biegestege an ihrer schmälsten Stelle. Durch die Aussparung 23 werden jeweils zwei Verbindungsstege 24, 25 geschaffen, über die ein Biegesteg 20 mit dem flächig eingespannten Teil des Außenkranzes 19 verbunden ist. Die Verbindungsstege 24.25 weisen etwa gleichen Querschnitt auf wie die Biegestege 20 an ihren schmälsten Stellen. Gemäß F i g. 3 sind auf dem Verformungseiement 1 Dehnungsmeßstreifen 26 verhältnismäßig nahe am Außenkranz 19 an den Biegestegen 20 angeordnet, wobei jeder Biegesteg 20 mit einem Dehnungsmeßstreifen 26 versehen ist. Auf dem Verformungselement 2, das grundsätzlich dem Verformungselement 1 entspricht, müssen keine Dehnungsmtöstreifen 26 angeordnet werden.

F i g. 5 zeigt ein als vierzackiger Stern ausgebildetes Verformungselement mit dementsprechend vier Biegezonen 27, die unter Belassung eines Bewegungsfreiraumes zwischen Einspannflächen ihrer zugehörigen Gehäuseleile (nicht gezeigt) liegen. Während in den F i g. 1 bis 5 Verformungselemente mit kreisförmiger Außenkontur gezeigt sind, veranschaulichen die Fig.6 und 7 Verformungselemente mit quadratischer Außenkontur. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 liegen die Biegezonen 27 wie bei den bisher behandelten Ausführungsbeispielen jeweils zwischen zwei Aufnahmelöchern 28 für die Einspannschrauben und jeweils im Bereich der Längsmitte einer Randseite.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 sind die Biegestege 29 auf die Ecken des insgesamt auadratischen Verformungselementes ausgerichtet, und die Aufnahmelöcher 30 sind in Verlängerung der Biegestege 29 jenseits der Biegezone 27 angeordnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftaufnehmer mit mindestens einem speichenradartigen Verformun.gselement, das aus einem Außenkranz, einer Nabe und aus diese verbindenden, Dehnungsmeßstreifen tragenden Biegestegen besteht und dessen Außenkranz axial einzuspannen ist, wobei der Außenkranz im Anschlußbereich der Biegestege jeweils eine elastische Biege- und Torsionszone aufweist, in der eine vor dem jeweils angrenzenden Biegesteg liegende, zwei Verbindungsstege zwischen Biegesteg und Außenkranz belassende Aussparung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer mit zwei in Reihe geschalteten, durch einen Mittelbutzen (3) verbundenen Verformungselementen (1, 2) versehen ist, daß die Biegestege (20) jeweils einen flachen Querschnitt aufweisen, dessen Hauptachse in der Ekone der Verformungselemente (1, 2) liegt, und daß sie Dehnungsmeßstreifen (26) nur an. zu den Querschnittshauptachsen parallelen Oberflächen angeordnet sind.

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Verformungselement (1) mit Dehnungsmeßstreifen (26) versehen ist

3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer als dreiteiliges Gehäuse ausgebildet ist, wobei die Verformungselemente (I₁ 2) jeweils zwischen zwei Gehäuseteile η (S, 6 bzw. 4,5) eingespannt sind, und daß die Gehäuseteile (4, 5, 6) an ihren Einspannflächen mit Ausnehmungen (.13,15, i6,17) zur berührungslosen Aufnahme der Biegcaone (22) versehen sind.

4. Kraftaufnehmer nach ein-jm oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungselemente (1, 2) an in Umfangsrichtung zwischen den Biegezonen (22) liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern (21) für Einspannschrauben (12) versehen sind.

5. Kraftaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungselemente an radial außerhalb der Biegestege (29) und Biegezonen (27) liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern (30) für die Einspannschrauben (12) versehen sind.