DE3241850C2

DE3241850C2 - Kraftmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE3241850C2
Application number: DE3241850A
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: 1984-08-30
Also published as: DE3241850A1; GB8330113D0; GB2130384B; US4545262A; GB2130384A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmelivorrichtung mit einem radialsymmetrisehen Veiformungskörper. der in einer Radialebene liegende, mit Dehnungsmeßstreifen bestückte Radialstcge aufweist, die jeweils mit einem Zentralkörper und mit einem Außenring einstückig verbunden sind, wobei sich die axiale Dicke ilci Kadialstege

jeweils von beiden Enden her verjüngt

Derartige Kraflmeßvorrichtungen, die als Präzisionskraftaufnehmer für Prüfmaschinen Verwendung finden, sollen bei möglichst geringer Bauhöhe und hoher me chanischer Festigkeit, insbesondere hoher Dauerwech selfestigkeit eine möglichst geringe Empfindlichkeit gegenüber einer außermittigen Krafteinleitung aufweisen. Bei einer bekannten Kraftmeßvorrichtung der eingangs genannten Gattung (US-PS 37 12 123) sind vier

to Radialstege 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 Außen ring erstreckt sich von den Radialstegen ausgehend axi al nur in einer Richtung. Dadurch bewirken die von den Radialstegen in dan Außenring eingeleiteten Biegemomente eine verhältnismäßig große Verformung des Außenrings, wodurch sich wiederum Rückwirkungen auf die Radialstcgc ergeben. Dies führt zu einer nichtlincaren Charakteristik der Kraftmeßvorrichtung, die noch dadurch verstärkt wird, daß die Dehnungsmeßstreifen nur an iier einen, profilierten Stirnseite der Radialstege angebracht sind. Gegenüber Querkrafteinflüssen ist die bekannte Kraftmeßvorrichtung empfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftmeßvorricht'ing der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die gegenüber Querkrafteinflüssen weitgehend unempfindlich ist und eine im wesentlichen lineare Cha- rakteristik aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Zentralkörper und der Außenring des Verformungskörpers symmetrisch zu der die Radialstege enthaltenden Radialcbene axial nach beiden Richtungen um mindestens das Dreifache der größten axialer. Dicke der Radialstcge erstrecken.

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 Radialslcgc nach beiden Richtungen dicke Ringabschnitte anschließen, die den Mittelabschnitt des Außenrings versteifen und einer Verformung entgegenwirken.

Da die Radialstege symmetrisch zu einer Radialebene

4ί ausgeführt, d. h. an beiden Stirnseiten symmetrisch profiliert sind, ergibt sich auch bei auftretenden Querkräflcn 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 lie-

bo genden Drcifachbiegebalken. Die so zusammengesetzte Kruftmcßvorrichtung ist bei hoher Empfindlichkeit gegenüber Axialkräftcn gegenüber Biegemomenten. Querkräften, Torsionskräften und außermittigen Kräften sehr unempfindlich, da eine wirksame Parallelfüh-

h^r) rung /wischen dem Zentralkörper und dem AußcTving erfolgt.

Der Mcliweg ist bei verhältnismäßig geringer Buuhöhe der KraftmcBvorrichtung sehr gering, (la die Radial-

Stege 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 ces Verformungskörpers nur zwei ringförmige Ausdrehungen von beiden Stirnseiten sowie mehrere Bohrungen erforderlich sind, die die einzelnen Radialstege voneinander trennen. Trotz ihrer mittigen Anordnung im Verformungskörper sind die Radialstege zum Aufbringen der DehnungsmcSstreifen gut zugänglich.

Die Schraubbefestigung der beiden Stützringe bereitet keine Schwierigkeiten, weil die Stirnflächen des Zentralkörpers und des Auüenrings 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 Krafteinlcitungsflansch aufweist, über den die zu messende Kraft in den Außenring eingeleitet wird. Dadurch haben Qucrkräflc 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 Befestigung 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 37 06 349), 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 besieht 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 Scilenkräften entstehen daher verhältnismäßig große Fehler.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Lrfindungsgedankens 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 Längsschnitt und zur Hälfte eine Seitenansicht einer Kraftmeßvorrichtung und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kraftmeßvorrichtung nach F i g. 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 hohl/.ylindrischen Zentralkörper 2 3Uf, die durch einen Kran/ von Radialstegen 3 miteinander verbunden sind. Die Raclialstege 3 sind durch Bohrungen 4 voneinander getrennt. Beim dargestellten Ausführungsbeispicl sind /wolf Radialstege 3 gleichmäßig über den Umfang verleih.

Symmetrisch zu ein(rr mittleren Radialcbene 5, in der die Radialstege 3 liegen, erstrecken sich der Außenring 1 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 Radialstcge 3 zu vermeiden, weisen die Übergänge der Radialstege 3 in den Außenring I und in den Zentralkörper 2 abgerundete Hohlkehlen 6 auf. Auf beiden Seiten der Radialstcge 3 sind Dehnungsmeßstreifen 7 in Zonen gleicher Verformung angebracht. Die axial dünnste 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 I bzw. am Zentralkörper 2 befestigt ist.

In einer zur Radialebene 5 parallelen Ebene der Stützringe 8 liegen radiale Stützstege 10, die einen äußeren Befestigungsring 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 Radialstcge 3.

Der Außenring 1 ist an seiner Außenseite einstückig mit einem in der Radialebene 5 liegenden Krafteinleitungsflansch 13 verbunden, der einen Kranz von achsparallelen Befestigungsbohrungen 14 aufweist, an denen die Kraftmeß"orrichtung 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 1 oder über einen an der Innenseile des hohlzylindrischen Zentralkörpers 2 in dessen innenbohrung 16 ragenden Krafteinleitungsflansch 17,

M der ebenfalls einstückig mit dem Zentralkörper 2 ausgeführt ist und an seinen beiden Stirnseiten eine ringförmige ballige Kraficinlciiungsfläche 18 aufweist.

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

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

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 Dicke 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 (S) 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 (S) der Radialstcgc (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 dünnste Stelle der Radialstege (3) angenähert in der Mitte der Radialstege (3) liegt.

4. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 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) achsparallelc Befestigungsbohrungen (14) aufweist.

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

7. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsflansch (17) des Zentralkörpers (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 Krafteinleitungsflächc (IS) aufweist.

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