DE3434131A1

DE3434131A1 - Kraftmesser

Info

Publication number: DE3434131A1
Application number: DE19843434131
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. 7050 Waiblingen Aichele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1986-03-20

Description

Kraftmesser
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Kraftmesser nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derartiger Kraftmesser bekannt, dessen Gehäuse aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Dieser hat aber den Nachteil, daß die Abriebsfestigkeit des Gehäuses im Bereich der Lagerstellen des Kraftmessers zu gering ist. Insbesondere durch Staub oder Schmutzteilchen kann der Kunststoff im Bereich der Lagerstellen abgeschliffen werden, so daß seine Haltbarkeit und seine Lebensdauer gering sind. Ferner kann der Kunststoff die im Bereich der Lagerstellen auftretende Hertz'sche Pressung nicht ertragen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Kraftmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er eine hohe Festigkeit und einen geringen Elastizitätsmodul hat und zugleich eine hohe Abriebsfestigkeit aufweist. Der Kraftmesser ist reibungsarm in den Lagerstellen gelagert, wodurch sein Verschleiß sehr gering ist. Die Schutzschicht ist mit Hilfe eines Klebers einfach und schnell auf dem Gehäuse des Kraftmessers aufbringbar. Es treten keine thermischen Spannungen in der gut haftenden Klebeverbindung auf.
Der Kraftmesser ist somit vor Verschmutzung geschützt und hat eine lange Lebensdauer.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kraftmessers möglich. Insbesondere nach Anspruch 2 ist es möglich, daß die Schutzschicht die Meßwerte des Kraftmessers kaum beeinflußt, insbesondere nicht verschlechtert. Durch die nachgiebige elastische Zwischenschicht beeinträchtigt die Schutzschicht nicht die Biegefestigkeit des Kraftmessers. Die Biegefestigkeit des Kraftmessers wird durch die elastische Zwischenschicht nur unwesentlich erhöht. Dadurch ist eine genaue Messung der Kräfte bei möglichst großen Eingangssignalen durch den Kraftmesser möglich. Ferner baut der Kraftmesser robust und einfach und eignet si.ch insbesondere für eine Steuereinrichtung zur Regelung der Zugkraft im Unterlenker eines Pflugs. Ferner ist im Anspruch 9 ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für das Gehäuse des Kraftmessers angegeben.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftmesser, Figur 2 eine erste Abwandlung des Ausführungsbeispiels, Figur 3 eine zweite Abwandlung und Figur 4 einen vereinfachten Teilschritt des Herstellungsverfahrens des Kraftmessers.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Im bolzenartigen Gehäuse 10 eines Kraftmessers 11 ist eine durchgehende Längsbohrung 12 ausgebildet, in der ein Zeiger 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 10 ist aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt. Der Zeiger 13 ist mit einem Endabschnitt 14, der den gleichen Durchmesser wie die Längsbohrung 12 aufweist, in einem Ende der Längsbohrung 13 fest eingespannt. Ab diesem Endabschnitt 14 ist der Zeiger 13 leicht konisch ausgebildet und ragt mit seinem anderen Ende über die Längsbohrung 12 hinaus. An diesem Ende greift außerhalb des Gehäuses 10 ein nicht dargestellter Meßwertaufnehmer oder Meßwertwandler am Zeiger 13 an.
Am Außenumfang des Gehäuses 10 ist etwa zentrisch in Richtung der Längsachse eine Stahlhülse 16 angeordnet, die als abriebsfeste Schutzschicht für den Kraftmesser 11 dient. Zu beiden Seiten dieser Stahlhülse 16 schließen sich gleiche Kunststoffhülsen 17 an. Das Ende des Gehäuses 10, aus dem der Zeiger 13 ragt, befindet sich in einem topfförmigen Abschlußteil 18. Dieses hat ein dickes Bodenteil 19, in dem eine mittige, achsgleich zur Längsbohrung 12 ausgebildete Bohrung 20 ausgebildet ist. Sie hat einen etwas größeren Durchmesser als die Längsbohrung 12. Das andere Ende des Gehäuses 10 ragt in ein zweites topfförmiges Abschlußteil 22. Beide Abschlußteile 18, 22 sind aus Stahl hergestellt. Die Wanddicke der beiden Abschlußteile 18, 22, der Stahlhülse 16 und der beiden Kunststoffhülsen 17 ist gleich und soll möglichst dünn gehalten sein. Im Bereich der Abschlußteile 18, 22 ist der Kraftmesser 11 in Augen 23, 24 gelagert, die sich in den Schenkeln 25, 26 eines nicht näher dargestellten Schleppergehäuses befinden. Im Bereich der Stahlhülse 16 ist ein Unterlenker 27 eines nicht dargestellten Pflugs angeordnet.
Die Abschlußteile 18, 22 und die Stahlhülse 16 sind mit Hilfe eines elastischen Klebers, z.B. Amikon A359, angeklebt Vor dem Verkleben sind die Stahlhülse 16 und die Abschlußteile 18, 22 zu entfetten und zu beizen. Anschließend werden die Abschlußteile 18, 22 und die Stahlhülse 16 vor dem Bestreichen mit dem Kleber z.B. auf ca. 1200C 0 und das Gehäuse 10 z.B. auf ca. 50 - 70 C erwärmt und zusammengefügt. Zusätzlich zu der Klebeverbindung ergibt sich dadurch ein sogenannter Schrumpfsitz der Stahlhülse 16 und der Abschlußteile 18, 22 auf dem Ge-0 häuse 10. Der Kleber selbst härtet bei ca. 120 C an und bei ca. 18000 aus. Bei der Auswahl des Klebers ist darauf zu achten, daß er unter den Betriebsbedingungen des Kraftmessers 11 hohe Festigkeit besitzt.
Er muß ferner eine gute Haftung an Stahl und an Kunststoff aufweisen und eine möglichst geringe Anhärtetemperatur besitzen. Je geringer der Unterschied zwischen Anhärtetemperatur und Betriebstemperatur ist, desto geringer sind die auftretenden thermischen Spannungen in der Klebeverbindung unter Betriebsbedingungen.
In Figur 2 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels dargestellt. Gleiche Bauteile sind wieder wie zuvor mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. An einer Stirnseite ist das Gehäuse 10 von einer Scheibe 28 verschlossen und auf der anderen Stirnseite ist eine zweite Scheibe 29 angeordnet, durch deren Bohrung 30 der Zeiger 13 nach außen ragt. Das Gehäuse 10 und die Scheiben 28, 29 sind am Außenumfang von einer einlagigen Stahldrahtwickelung 32 umgeben, die an ihrer Außenseite so nachgearbeitet ist, daß sie eine glatte Oberfläche aufweist.
Zwischen den Augen 23, 24 der beiden Schenkel 25, 26 und der Lagerstelle des Unterlenkers 27 - also im Bereich der Kunststoffhülsen 17 nach Figur 1 - sind Freistiche 32 ausgebildet.
In der Abwandlung nach Figur 3 ist das Gehäuse 10 von einer Kunststoffschicht 34 umgeben, der zur Erhöhung der Abriebsfestigkeit Hartpulverteilchen beigemischt sind. Ebenfalls sind zwischen den Augen 23, 24 der beiden Schenkel 25, 26 und der Lagerstelle des Unterlenkers 27 wieder Freistiche 34 ausgebildet. Die beiden Freistiche 32, 34 weisen einen relativ dünnen Boden und einen möglichst flachen Anschnittswinkel auf.
Selbstverständlich sind auch andere Schutzschichten für das Gehäuse 10 möglich. Erfindungsgemäß hat diese Schutzschicht eine hohe Abriebsfestigkeit. In den Bereichen zwischen der Lagerstelle des Unterlenkers 27 und den Augen 23, 24 der beiden Schenkel 25, 26 darf aber die Schutzschicht nicht die Biegesteifigkeit des Kraftmessers 11 beeinflussen, d.h. wesentlich erhöhen. Dies ist durch ein weitgehendes Abtragen der Schutzschicht in diesen Bereichen möglich, oder -wie in Figur 1 - indem elastische Kunststoffhülsen 17 angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, das Gehäuse 10 des Kraftmessers 11 weitgehend abriebsfrei zu lagern, ohne daß die Schutzschicht zur Biegesteifigkeit des Kraftmessers 11 beiträgt und diese wesentlich erhöht.
Die in den Augen 23, 24 und der Lagerstelle des Unterlenkers 24 auftretende Hertz'sche Pressung wird von der Schutzschicht kompensiert und wirkt somit nicht auf das Gehäuse 10 selbst ein. Die Dicke der Schutzschicht ist auf diese Hertz'sche Pressung abgestimmt.
Die Schutzschicht selbst ist möglichst kurz auszubilden, um dadurch einen Einfluß der Schutzschicht auf die Biegefestigkeit des Kraftmessers 11 so gering wie möglich zu halten. Der Unterlenker 27 bzw. die Schenkel 25, 26 dürfen aber nicht auf der Schutzschicht verkippen. Die Dicke der Kunststoffringe 17 und der Schutzschicht - nach Figur 1 -kann vor dem Einbau gleich ausgebildet sein. Da die Kunststoffringe 17 keine hohe Abriebsfestigkeit aufweisen, sind sie bei Betrieb in Kürze abgeschliffen und weisen dadurch.
ein Spiel auf. Selbstverständlich können die Kunststoffringe 17 bereits vor dem Einbau eine geringere Dicke als die Schutzschicht aufweisen.
Ferner ist bei der Werkstoffauswahl der Schutzschicht darauf zu achten, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe - für das Gehäuse 10 und für die Schutzschicht - annähernd gleich sind. Dies gilt sowohl für radiale als auch axiale Richtung, so daß keine Verspannungen zwischen den Werkstoffen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung entstehen können.
In Figur 4 ist vereinfacht ein Teilschnitt eines Verfahrens zur Herstellung des Gehäuses 10 dargestellt. Die Fasern sind jeweils in Richtung der auftretenden Hauptspannungen, also unter 00, 450 und 900 anzuordnen. Dazu wird ein handelsübliches Fasergewebe 37, z.B. ein Glasfasergewebe, verwendet, das Fasern 38 unter O und 900 aufweist.
Dieses Fasergewebe 37 wird mit einem härtbaren Kunstharz getränkt und anschließend im Durchlaufofen getrocknet.
Ein Teil dieses so behandelten Fasergewebes 37 wird diagonal zerschnitten und so unter Druck und Wärme mit dem anderen Fasergewebe verschmolzen, daß die Fasern 38 unter 00, 450 und 900 zueinander verlaufen.
Unter Laborbedingungen können die beiden Fasergewebe 37 zum Beispiel durch Überstreichen mit einem Bügeleisen verschmolzen werden, wobei zwischen Fasergewebe 37 und Bügeleisen ein Trennpapier einzulegen ist. Die verschmolzenen Fasergewebe werden dann auf einen Dorn aufgewickelt.und in einer Form unter Druck ausgehärtet und nachgetempert. Nach dem Entformen des Dorns ist eine mechanische Nachbehandlung somit nicht mehr notwendig, so daß die Festigkeit des Gehäuses 10 durch Fasern nicht verschlechtert wird.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der Kraftmesser 11 als beidseitig eingespannter Träger verwendet wird. Es wäre ferner denkbar, den Kraftmesser sowohl auf einer Seite fest einzuspannen und auf der anderen Seite völlig frei oder als frei aufliegender Träger auszubilden. In der Praxis hat es sich aber gezeigt, daß ein Kraftmesser 11, der soviel Spiel in den beiden Lagerstellen aufweist, daß sich bei Durchbiegung der Belastungsfall eines zweiseitig frei aufliegenden Trägers ergibt, besonders vorteilhaft ist, da er ohne großen Aufwand austauschbar ist.
Ferner ist es auch möglich, den Kraftmesser aus faserverstärktem Kunststoff mit einer Schutzschicht auf Kr-aftmesser mit anderen Meßverfahren z.B. mittels Dehnmeßstreifen anzuwenden.

Claims

Ansprüche 1. Kraftmesser (11) zur Messung von mechanischen Spannungen in einem bolzenartigen, in wenigstens einer Lagerstelle (24) gelagerten Bauelement (10), wobei diese Spannungen durch eine etwa senkrecht ^ zur Längsachse des Bauelements (10) verlaufende und an einer Angriffsstelle (27) am Bauelement (10) angreifende Belastung hervorgerufen werden und die Durchbiegung des Bauelements (10) mit Hilfe eines in einer Längsbohrung (12) des Bauelements (10) angeordneten Mittels (13) angezeigt wird, und das Bauelement (10) aus einem faserverstärktem Kunststoff mit hoher Festigkeit und kleinem Elastizitätsmodul besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) im Bereich der Lagerstellen (23, 24) und im Bereich der Angriffsstelle (27) der Belastung jeweils wenigstens teilweise von einer Schutzschicht aus einem Werkstoff mit hoher Abriebsfestigkeit umgeben ist.
2. Kraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) zwischen den Bereichen mit der Schutzschicht aus einem Werkstoff mit hoher Abriebsfestigkeit jeweils von einer Schicht (17) aus elastischem Material umgeben ist.
3. Kraftmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) in den Bereichen der Lagerstellen (24, 25) und im Bereich der Angriffsstelle (27) der Belastung wenigstens teilweise von Stahlhülsen (16, 18, 22) umgeben ist und daß die Bereiche des Bauelements (10) zwischen den Lagerstellen (24, 25) und der Angriffsstelle (27) der Belastung von einer dünnen Schicht aus elastischem Material umgeben sind.
4. Kraftmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) von einer Stahldrahtwickelung (31) umgeben ist und daß in den Bereichen zwischen den Lagerstellen (24, 25) und der Angriffsstelle (27) der Belastung in der Stahldrahtwickelung (31) je eine Ringnut (32) ausgebildet ist.
5. Kraftmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) von einer mit.Hartpulverteilchen verstärkten Kunststoffschicht (33) umgeben ist und daß in den Bereichen zwischen den Lagerstellen (24, 25) und der Angriffsstelle (27) der Belastung in der Kunststoffschicht (33) je eine Ringnut (34) ausgebildet ist.
6. Kraftmesser nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (32, 34) einen relativ dünnen Boden aufweisen und einen relativ flachen Anschnittswinkel haben.
7. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlhülsen (16, 18, 22) mit einem Kleber, der eine hohe Festigkeit aufweist und sowohl an Kunststoff als auch an Stahl gute Haftfestigkeit hat, befestigt sind.
8. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) in zwei Lagerstellen (24, 25) als frei aufliegender Träger gelagert ist.
9. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern (38) des Kunststoffgehäuses (10) parallel zur Längsachse des Kraftmessers (11), etwa rechtwinklig zu dieser Längsachse und unter etwa 450 zu dieser Längsachse angeordnet sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kraftmessers, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Fasergewebe (37) mit in Richtung der Längsachse des Kraftmessers (11) und um 900 zu dieser verlaufenden Fasern (38) verwendet wird, daß dieses Fasergewebe (37) mit Kunststoff getränkt und anschließend getrocknet ist, daß Teile dieses ersten Fasergewebes (37) diagonal so getrennt werden, daß ihre Fasern (38) um 450 zur Längsachse des Kraftmessers (11) angeordnet sind, daß das erste Fasergewebe (37) und diese Teile des ersten Fasergewebes (37) unter Druck und Erwärmung zu einer Schicht miteinander verbunden werden, daß diese Schicht auf einem Dorn zum Bauelement (10) aufgewickelt wird, daß das so entstandene Bauelement (10) unter Erwärmung und Druck in einer Form ausgehärtet und nachgetempert wird.