DE3700835A1 - Kraftmesser zur messung von mechanischen spannungen in einem etwa bolzenartigen bauelement - Google Patents
Kraftmesser zur messung von mechanischen spannungen in einem etwa bolzenartigen bauelementInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Kraftmesser zur Messung von mecha
nischen Spannungen in einem bolzenartigen Bauelement nach der Gat
tung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen bekannten Kraftmesser
wird die Belastung mit Hilfe eines Bauelements auf ein induktiv ar
beitendes Meßelement übertragen. Die dabei erzeugten Meßsignale sind
aber klein und müssen mit Hilfe elektronischer Verstärker verstärkt
werden. Dadurch sind die Meßsignale sehr störempfindlich, z.B. durch
das Bordnetz des Zugfahrzeugs oder durch den Handfunkverkehr. Ferner
ist wegen der auftretenden Linearitätsschwankungen und Temperatur
einwirkungen eine relativ komplizierte Auswerteschaltung notwendig.
Der erfindungsgemäße Kraftmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bereits so
große Meßsignale erzeugt werden, daß kein elektronischer Verstärker
mehr notwendig ist. Die Meßsignale sind störunempfindlich und weisen
einen hohen Linearitätsbereich auf, der zwischen ca. 10% bis 90%
der Versorgungsspannung liegen kann. Der Kraftmesser ist besonders
für den rauhen Einsatz bei landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugen
geeignet, da er besonders robust und schmutzunempfindlich baut.
Ferner weist er eine lange Lebensdauer auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Merkmale möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftmesser und
Fig. 2 einen
Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
An einem nicht näher dargestellten, mehrteiligen Gehäuse 10 sind
zwei Schenkel 11, 12 ausgebildet, die je eine Lagerbohrung 13, 14
aufweisen. In den Lagerbohrungen 13, 14 sind die Enden 15, 16 eines
bolzenartigen Bauelements 17 eines Kraftmessers 18 gelagert. Zwi
schen den beiden Schenkeln 11, 12 des Schleppergehäuses 10 ist am
Bauelement 17 ein Unterlenker 21 eines nicht näher dargestellten
Dreipunktgestänges gelagert, das zur Aufnahme eines Pflugs dient.
Die Zugrichtung des Unterlenkers ist parallel zur Zeichenebene der
Fig. 1.
Das Bauelement 17 hat eine mittige, durchgehende Bohrung 22. Am Ende
16 des Bauelements 17, an dem sich auch die Öffnung 23 der Bohrung
22 befindet, ist am Außenumfang vertieft eine Folge von Schlüssel
flächen 24 ausgebildet. Mit diesem Ende 16 ragt das Bauelement 17
über die Lagerbohrung 14 des Schenkels 12 hinaus. In die Schlüssel
fläche 24 greift als Verdreh- und Verschiebesicherung ein Lageblech
25 ein, das zusammen mit einer Schutzhülse 26 mit Hilfe von zwei
Schrauben 27 am Schenkel 12 befestigt ist.
In der Bohrung 22 befindet sich ein Zeiger 30, der mit seinem Ende
31 fest in der Öffnung 32 der Bohrung 22 angeordnet ist. Das andere
Ende 33 des Zeigers 30 ist lose in der Bohrung 22 angeordnet und
weist ein schmales Verlängerungsteil 34 auf. Dieses Verlängerungs
teil 34 ragt zwischen zwei Engewiderstände 35, 36, die etwa im Be
reich der Schlüsselflächen 24 in der Bohrung 22 angeordnet sind.
Beide Engewiderstände 35, 36 werden von Justierblechen 37 umgriffen,
mit denen nach Einbau die genaue Positionierung der Engewiderstände
35, 36 zu dem Verlängerungsteil 34 im unbelasteten Zustand einge
stellt werden kann. Von den Engewiderständen 35, 36 führen elek
trische Leitungen 38 zu einer nicht dargestellten Auswerteschaltung.
Die Engewiderstände 35, 36 bestehen aus zwei äußeren Metallschichten
41, 42 zwischen denen sich eine oder mehrere Schichten aus Halblei
terplatten 43 befinden. Über die beiden Metallschichten 41, 42 wird
die Kraft bzw. eine Längenänderung aufgebracht, wodurch sich der Wi
derstand der Halbleiterplättchen verändert. Gleichzeitig dienen die
Metallschichten 41, 42 auch zum Abgriff der Meßspannung. Zur Erklä
rung des Meßprinzips ist von der Modellvorstellung auszugehen, daß
der Halbleiter aus Kugeln aufgebaut ist. Wirkt kein Druck auf die
Halbleiterplättchen ein, so berühren sich die Kugeln untereinander
in einem Punkt und haben somit einen hohen Widerstand. Sobald eine
Kraft aufgebracht wird, werden die Kugeln gepreßt und berühren sich
nicht mehr punktartig sondern flächig. Dadurch wird der Widerstand
verringert. Das Material der Halbleiterplättchen soll einen hohen
Elastizitätsmodul aufweisen. Es muß ferner ein feinkörniges Gefüge
haben. Hierzu wird bevorzugt als Halbleitergrundlage Kohlenstoff,
insbesondere Graphit, verwendet. Es sind auch intermetallische Ver
bindungen, z.B. aus seltenen Erden mit Zirkon-Tetrachlorid möglich.
Bei harten aus Kohlenstaub und Pech gesinterten Plättchen beruht die
Widerstandsänderung mit wechselndem Druck fast nur auf Oberflächen
effekten an den Berührungsflächen der Halbleiterplättchen. Hier be
steht der Engewiderstand insbesondere aus mehreren Schichten aus
Halbleiterplättchen. Bei einer Verwendung von elastischen Massen wie
z.B. Kunstharz mit halbleitenden Füllstoffen wird meist nur ein Kör
per als Engewiderstand zwischen den beiden Metallschichten 41, 42
verwendet. Unter Druck beruht dann hier die Widerstandsänderung auf
einer vermehrten und intensiveren Berührung der Füllstoffpartikel
innerhalb der elastischen Masse.
Piezoelemente, die ebenfalls bei mechanischer Belastung eine elek
trische Spannung bewirken, beruhen auf einem anderen mit dem hier
vorliegenden nicht vergleichbaren Meßprinzip. Es werden bei Piezo
elementen durch Polarisation Oberflächenladungen hervorgerufen und
somit eine Meßspannung erzeugt.
Wirkt nun eine mechanische Kraft über den Unterlenker 21 auf den
Kraftmesser 18 ein, so wird diese Kraft vom Bauelement 17 auf den
Zeiger 30 bzw. dessen Verlängerungsteil 34 übertragen. Dadurch ist
zugleich ein Übersetzungsverhältnis der Kraft gegeben, wodurch der
Meßwert verstärkt wird. Abhängig von der Kraftrichtung wird das Ver
längerungsteil 34 auf einen Engewiderstand 35 zu und vom anderen En
gewiderstand 36 weg bewegt bzw. umgekehrt. Dadurch wird ein Engewi
derstand entlastet und der andere belastet. Die dadurch erzeugten
Spannungssignale werden in einer Auswerteschaltung in einer Diffe
rentialschaltung z.B. einer Wheatstone′schen Brückenschaltung mit
einander verknüpft und ausgewertet.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gleiche Teile wieder mit
den gleichen Ziffern bezeichnet. Der Kraftmesser 18 ist nicht im
Bauteil 17, sondern in einem Schenkel 12 des Gehäuses 10 angeordnet.
Hierzu ist im Schenkel 12 eine Ausnehmung 45 ausgebildet, in die ein
Zeiger 46 ragt. Der Zeiger 46 ist mit seinem einen Ende 47 fest in
das die Schenkel verbindende Joch 48 des Gehäuses 10 eingespannt und
sein anderes Ende 49 befindet sich zwischen den beiden Engewider
ständen 35, 36, die durch zwei Justierschrauben 50, 51 in ihrer
Position justierbar sind. Das Bauelement 17 kann sowohl hohl als
auch als Vollbolzen ausgebildet sein.
Wirkt über den Unterlenker 21 eine mechanische Kraft auf das Bauele
ment 17 ein, so werden auch die beiden Schenkel 11, 12 verformt. Da
durch werden auch die Engewiderstände 35, 36 in Richtung der angrei
fenden Kraft bewegt. Da das Ende 47 des Zeigers 46 fest im Joch 48
eingespannt ist, macht dieses Ende 47 die Bewegung nicht mit. Das
freie Ende 49 des Zeigers 46 aber drückt entgegen der Bewegungsrich
tung auf einen Engewiderstand 36, während es den anderen Engewider
stand 35 entlastet. Wie bereits oben ausgeführt, wird das dadurch
erzeugte Meßsignal ausgewertet.
Claims (9)
1. Kraftmesser zur Messung von mechanischen Spannungen in einem etwa
bolzenartigen Bauelement (17), das Teil einer Steuereinrichtung,
z.B. eines Hubwerks von landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugen ist,
wobei mit Hilfe des Bauelements (17) die durch eine an ihm angrei
fende Belastung erzeugte Kraft auf ein Federmittel (30) und auf ein
mit diesem in Wirkverbindung stehendes Meßelement (35, 36) übertra
gen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement mindestens ei
nen Engewiderstand (35, 36) aufweist, der aus einem oder mehreren
zwischen Metallschichten (41, 42) angeordneten Halbleiterplättchen
(43) besteht.
2. Kraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fe
dermittel (30) sich in einem im Bauelement (17) ausgebildeten Hohl
raum (22) befindet und mit seinem einen Ende (31) im Bauelement (17)
fest angeordnet ist und mit seinem anderen Ende (33) mit den Engewi
derständen (35, 36) in Wirkverbindung steht.
3. Kraftmesser nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Federmittel (30) in einer Ausnehmung (45) eines Teils (12)
der Steuereinrichtung angeordnet und mit seinem einen Ende (47) fest
eingespannt ist und mit seinem anderen Ende (49) mit den Engewider
ständen (35, 36) in Wirkverbindung steht.
4. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Meßelement aus zwei Engewiderständen (35, 36) be
steht, zwischen denen sich das freie Ende (33, 49) des Federmittels
(30) befindet.
5. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Engewiderstände (35, 36) aus mehreren Schichten
von Kohleplättchen bestehen.
6. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Engewiderstände (35, 36) aus einer Schicht aus ei
ner Kunststoffmatrix mit einem halbleitenden Füllstoff bestehen.
7. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bauelement (17) als frei aufliegender Träger aus
gebildet und reibungsarm in zwei Lagerstellen (13, 14) eines Schlep
pergehäuses (10) gelagert ist.
8. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Angriffsstelle der mechanischen Belastung zwischen
den beiden Lagerstellen (13, 14) ausgebildet ist.
9. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Engewiderstände (35, 36) in einer elektrischen
Auswerteschaltung in Brückenschaltung verknüpft sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873700835 DE3700835A1 (de) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | Kraftmesser zur messung von mechanischen spannungen in einem etwa bolzenartigen bauelement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873700835 DE3700835A1 (de) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | Kraftmesser zur messung von mechanischen spannungen in einem etwa bolzenartigen bauelement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3700835A1 true DE3700835A1 (de) | 1988-07-28 |
Family
ID=6318789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873700835 Withdrawn DE3700835A1 (de) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | Kraftmesser zur messung von mechanischen spannungen in einem etwa bolzenartigen bauelement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3700835A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5178220A (en) * | 1989-12-13 | 1993-01-12 | Fiatgeotech-Technologie Per La Terra | Device for controlling the attitude of an implement drawn by an agricultural machine |
US5452766A (en) * | 1992-12-25 | 1995-09-26 | Kubota Corporation | Hydraulic control system for a tractor |
CN107727279A (zh) * | 2016-08-12 | 2018-02-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 尤其适用于牵引车的电动液压的升降装置调节部的力传感器 |
-
1987
- 1987-01-14 DE DE19873700835 patent/DE3700835A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN107727279A (zh) * | 2016-08-12 | 2018-02-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 尤其适用于牵引车的电动液压的升降装置调节部的力传感器 |
US11073432B2 (en) | 2016-08-12 | 2021-07-27 | Robert Bosch Gmbh | Force sensor, in particular suitable for an electrohydraulic hitch control system of an agricultural tractor |
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