DE3241850A1

DE3241850A1 - Kraftmessvorrichtung

Info

Publication number: DE3241850A1
Application number: DE19823241850
Authority: DE
Inventors: Reimar Dr.-Ing. 6105 Ober-Ramstadt Hellwig
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1984-05-17
Also published as: GB2130384A; DE3241850C2; GB8330113D0; GB2130384B; US4545262A

Description

Hottinger Baldwin Meßtechnik GmbH, 6100 Darmstadt Kraftmeßvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßvorrichtung mit einem radialsymmetrischen Verformungskörper, der in einer Radialebene liegende, mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Radialstege aufweist, die jeweils mit einem Zentralkörper und mit einem Außenring einstückig verbunden sind, wobei sich die axiale Breite der Radialstege jeweils von beiden Enden her verjüngt.

Derartige Kraftmeßvorrichtungen, die als Präzisionskraftauf nehmer für Prüfmaschinen Verwendung finden, sollen bei möglichst geringer Bauhöhe und hoher mechanischer Festigkeit, insbesondere hoher Dauerwechselfestigkeit eine möglichst geringe Empfindlichkeit gegenüber einer außermittigen Krafteinleitung aufweisen.

Bei einer bekannten Kraftmeßvorrichtung der eingangs genannten Gattung (US-PS 3 712 123) sind vier Radial-

Stege vorgesehen, die jeweils durch eine Bohrung voneinander getrennt sind. Die eine Stirnfläche der Radialstege ist eben und trägt eine Abdeckplatte, die den Zentralkörper mit dem Außenring verbindet und somit einen störenden Kraftnebenschluß bewirkt. Der Außenring erstreckt sich von den Radialstegen ausgehend axial nur in einer Richtung. Dadurch bewirken die von den Radialstegen in den Außenring eingeleiteten Biegemomente eine verhältnismäßig große Verformung des Außenrings, wodurch sich wiederum Rückwirkungen auf die Radialstege ergeben. Dies führt zu einer nichtlinearen Charakteristik der Kraftmeßvorrichtung, die noch dadurch verstärkt wird, daß die Dehnungsmeßstreifen nur an der einen, profilierten Stirnseite der Radialstege angebracht sind. Gegenüber Querkrafteinflüssen ist die bekannte Kraftmeßvorrichtung empfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftmeßvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die gegenüber Querkrafteinflüssen weitgehend unempfindlich ist und eine im wesentlichen lineare Charakteristik aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Zentralkörper und der Außenring des Verformungskörpers symmetrisch zu der die Radialstege enthaltenden Radialebene axial nach beiden Richtungen um mindestens das Dreifache der größten axialen Dicke der Radialstege erstrecken.
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Bei der Einleitung der zu messenden Kräfte aus dem Außenring in die Radialstege bleibt die Verformung des

Außenrings sehr gering, weil sich an die axial in der Mitte des Außenrings liegende Anschlußstelle der Radialstege nach beiden Richtungen dicke Ringabschnitte anschließen, die den Mittelabschnitt des Außenrings versteifen und einer Verformung entgegenwirken.

Da die Radialstege symmetrisch zu einer Radialebene ausgeführt, d.h. an beiden Stirnseiten symmetrisch profiliert sind, ergibt sich auch bei auftretenden Querkräften eine weitgehend lineare Charakteristik der Kraftmeßvorrichtung.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Zentralkörper und der Außenring an ihren beiden Enden jeweils mit einem gemeinsamen Stützring verbunden, vorzugsweise verschraubt sind, der jeweils in einer zur Radialebene der Radialstege des Verformungskörpers parallelen Ebene radiale Stützstege aufweist, die einen äußeren und einen inneren Befestigungsring des Stützrings verbinden. Die symmetrisch zu den mit Dehnungsmeßstreifen bestückten Radialstegen angeordneten Stützringe mit ihren Stützstegen ergeben ein System von auf gleichem Durchmesser liegenden Dreifachbiegebalken. Die so zusammengesetzte Kraftmeßvorrichtung ist bei hoher Empfindlichkeit gegenüber Axialkräften gegenüber Biegemomenten, Querkräften, Torsionskräften und außermittigen Kräften sehr unempfindlich, da eine wirksame Parallelführung zwischen dem Zentralkörper und dem Außenring erfolgt.

· Der Meßweg ist bei verhältnismäßig geringer Bauhöhe der Kraftmeßvorrichtung sehr gering, da die Radialstege kurz und beidseitig profiliert sind, so daß eine nahezu

weglose Messung ermöglicht wird.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung bereitet keine fertigungstechnischen Schwierigkeiten, da für die Herstellung des Verformungskörpers nur zwei ringförmige Äusdrehungen von beiden Stirnseiten soitfie mehrere Bohrungen erforderlich sind, die die einzelnen Radialstege voneinander trennen. Trotz ihrer mittigen Anordnung im Verformungskörper sind die Radialstege zum Aufbringen der Dehnungsmeßstreifen gut zugänglich=

Die Schraubbefestigung der beiden Stützringe bereitet keine Schwierigkeiten, weil die Stirnflächen des Zentral körpers und des Außenrings bei der Krafteinleitung in den Verformungskörper weitestgehend verformungsfrei bleiben»

Besonders günstig ist es, wenn der Außenring an seiner Außenseite einen in der die Radialstege enthaltenden Radialebene liegenden Krafteinleitungsflansch aufweist, über den die zu messende Kraft in den Außenring eingeleitet wird ο Dadurch haben Querkräfte den geringstmöglichen Einfluß auf die die Dehnungsmeßstreifen tragenden Radialstege=

Zur Befestigung der Kraftmeßvorrichtung beispielsweise in der Traverse einer Prüfmaschine kann der Krafteinleitungsflansch des Außenrings achsparallele Befestigungsbohrungen aufweisen. Selbst wenn bei der Be-

festigung unterschiedliche Schraubenvorspannungen und Unebenheiten in der Auflagefläche auftreten, werden die dadurch verursachten Fehlereinflüsse durch den Außenring von den Radialstegen ferngehalten.

Es ist zwar bekannt (US-PS 3 706 349), bei einer Kraftmeßvorrichtung einen Verformungskörper zu verwenden, dessen Zentralkörper und dessen Außenring sich symmetrisch zu einer das Verformungs-Meßglied enthaltenden Radialebene axial nach beiden Richtungen erstrecken. Das Verformungs-Meßglied besteht hierbei jedoch nicht aus einzelnen Radialstegen, sondern aus einer geschlossenen Ringmembran- Deshalb ist die Charakteristik dieser Kraftmeßvorrichtung nicht linear, zumal die von innen nach außen verlaufenden Kraftlinien nur an einigen Stellen mit Dehnungsmeßstreifen erfasst werden können. Beim gleichzeitigen Auftreten von Biegemomenten und/oder Seitenkräften entstehen daher verhältnismäßig große Fehler.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 zur Hälfte einen Längstschnitt und zur Hälfte eine Seitenansicht einer Kraftmeßvorrichtung und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kraftmeßvorrichtung nach Fig. 1, wobei in der linken Hälfte der obere Stützring weggelassen ist.

Der radialsymmetrische Verformungskörper der Kraftmeßvorrichtung ist einstückig ausgeführt und weist einen im wesentlichen hohlzylindrischen Außenring 1 und einen ebenfalls im wesentlichen hohlzylindrischen Zentralkörper 2 auf, die durch einen Kranz von Radialstegen 3 miteinander verbunden sind. Die Radialstege 3 sind durch Bohrungen 4 voneinander getrennt. Beim dargestellten Äusfuhrungsbeispiel sind zwölf Raddalstege 3 gleichmäßig über den Umfang verteilt»

Symmetrisch zu einer mittleren Radialebene 5, in der die Radialstege 3 liegen, erstrecken sich der Außenring und der Zentralkörper 2 axial nach beiden Richtungen um einen Betrag, der angenähert dem Dreifachen der größten axialen Dicke der Radialstege 3 entspricht.

Um Spannungsspitzen bei der Krafteinleitung in die Radialstege 3 zu vermeiden, weisen die Übergänge der Radialstege 3 in den Außenring 1 und in den Zentralkörper 2 abgerundete Hohlkehlen 6 auf. Auf beiden Seiten der Radialstege 3 sind Dehnungsmeßstrexfen 7 in Zonen gleicher Verformung angebracht. Die axial schmälste Stelle der Radialstege 3 liegt angenähert in der Mitte der Radialstege 3. .

Der Außenring 1 und der Zentralkörper 2 sind an ihren beiden Enden jeweils mit einem gemeinsamen Stützring 8 verbunden, der jeweils durch Schrauben 9 am Außenring 1 bzw. am Zentralkörper 2 befestigt ist. In einer zur Radialebene 5 parallelen Ebene der Stützringe 8 liegen radiale Stützstege 10_f die einen äußeren Befestigungs-

ring 11 und einen inneren Befestigungsring 12, die die Schrauben 9 aufnehmen, verbinden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stützstege 10 in gleicher Größe und Anordnung ausgeführt wie die Radialstege 3. 5

Der Außenring 1 ist an seiner Außenseite einstückig mit einem in der Radialebene 5 liegenden Krafteinleitungs- ■ flansch 13 verbunden, der einen Kranz von achsparallelen Befestigungsbohrungen 14 aufweist, an denen die Kraftmeßvorrichtung beispielsweise mit einer (nicht , dargestellten) Traverse einer Prüfmaschine zur Krafteinleitung verbunden werden kann.

Die Krafteinleitung in den Zentralkörper 2 erfolgt entweder über eine oder beide Stirnseiten des Zentralkörpers 2 jeweils über eine kreisringförmige ballige Krafteinleitungsfläche 15 oder über einen an der Innenseite des hohlzylindrischen Zentralkörpers 2 in dessen Innenbohrung 16 ragenden Krafteinleitungsflansch 17, der ebenfalls einstückig mit dem Zentralkörper 2 ausgeführt ist und an seinen beiden Stirnseiten eine ringförmige ballige Krafteinleitungsfläche 18 aufweist.

Stattdessen kann der Zentralkörper 2 auch als massiver Zylinder ausgeführt sein, dessen Stirnseiten die balligen Krafteinleitungsflächen bilden. Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß der hohlzylindrische Zentralkörper 2 in seiner Zentralbohrung 16 ein Krafteinleitungsgewinde trägt. .

Claims

11.97 D

Hottinger Baldwin Meßtechnik GmbH, 6100 Darmstadt Kraftmeßvorrichtung
Patentansprüche·

( 1 . )Kraftmeßvorrichtung mit einem radialsymmetrischen Verformungskörper, der in einer Radialebene liegende, mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Radialstege aufweist, die jeweils mit einem Zentralkörper und mit einem Außenring einstückig verbunden sind, wobei

sich die axiale Breite der Radialstege jeweils von beiden Enden her verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zentralkörper (2) und der Außenring (1) des Verformungskörpers symmetrisch zu der die Radialstege (3) enthaltenden Radialebene (5) axial nach beiden Richtungen um mindestens das Dreifache der größten axialen Dicke der Radialstege (3) erstrecken.

2. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (2) und der Außenring (1) an ihren beiden Enden jeweils mit einem

gemeinsamen Stützring (8) verbunden, vorzugsweise verschraubt sind, der jeweils in einer zur Radialebene (5) der Radialstege (3) des Verformungskörpers parallelen Ebene radiale Stützstege (10) aufweist, die einen äußeren und einen inneren Befestigungsring (11 bzw.-12) des Stützrings (8) verbinden.

3. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge der Radialstege (3) in

den Zentralkörper (2) und den Außenring (1) abgerundete Hohlkehlen (6) aufweisen und daß die axial schmälste Stelle der Radialstege (3) angenähert in der Mitte der Radialstege (3) liegt. 15

4. Kraftmeßvorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (1) an seiner Außenseite einen in der die Radialstege (3) enthaltenden Radialebene (5) liegenden Krafteinleitungsflansch (13) aufweist.

5. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsflansch (13) des Außenrings (1) achsparallele Befestigungsböhrungen (14) aufweist.

6. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (2) ein Hohlzylinder ist und an seiner Innenseite einen in der die Radialstege (3) enthaltenden Radialebene (5) liegenden 0 Krafteinleitungsflansch (17) aufweist.

7. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsflansch (17) des Zentralkörper (2) an mindestens einer seiner beiden Stirnseiten eine ringförmige ballige Krafteinleitungsfläche (18) aufweist.

8. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (2) an mindestens einer seiner beiden Stirnseiten eine ballige Krafteinleitungsflache (15) aufweist.

9. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens acht Radialstege (3) vorgesehen sind.