DE7613161U1 - FORCE RECEIVER - Google Patents
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Patentanwalt Dr.-Ing. R. LiesegangPatent attorney Dr.-Ing. R. Liesegang
PAt IRLAND LTD.
P 002 32PAt IRELAND LTD.
P 002 32
KraftaufnehmerForce transducers
Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer, der in ein kraftübertragendes Bauteil, wie ein Seil, einschaltbar und selbst kraftübertragend ausgebildet ist, mit einem Träger,The invention relates to a force transducer, which is in a force-transmitting component such as a cable, which can be switched on and is designed to be self-transmitting, with a carrier,
den Verbindungsbohrungen zur Verbindung mit dem Bauteil eine zentrale, beidseitig dicht verschlossene Durchgangsbohrung größeren Durchmessers aufweist, an deren Wand mindestens ein Verformungsaufnehmer befestigt ist.the connection bores for connection to the component have a central one on both sides has tightly closed through hole of larger diameter, on the wall at least one deformation sensor is attached.
Derartige Kraftaufnehmer arbeiten nach dem Prinzip der Dehnungstransformation. Sie sind mit genau zu dimensionierenden Schwachstellen in ihrem Querschnitt quer zur Kraftübertragungsrichtung versehen, an denen die Dehnung größer als in dem beanspruchten Bauteil wird. Im Bereich dieser Schwachstellen sind zweckmäßig die Verformungsaufnehmer angebracht, welche die Dehnung erfassen und beispielsweise in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal umwandeln.Such force transducers work on the principle of strain transformation. she are with precisely dimensioned weak points in their cross-section across the Provided power transmission direction where the elongation is greater than in the claimed Component becomes. The deformation sensors are useful in the area of these weak points attached, which detect the strain and convert it, for example, into a proportional electrical output signal.
Es ist ein Kraftaufnehmer der beschriebenen Art bekannt (DT-Gbm 72 07 482), das im Hinblick auf Standfestigkeit und Betriebssicherheit sowie auf eine Herstellung noch nicht optimal dimensioniert ist. So ist die Querschnittsschwächung unter anderem durchThere is a force transducer of the type described known (DT-Gbm 72 07 482), the in terms of stability and operational safety as well as manufacturing is not optimally dimensioned. So the cross-sectional weakening is among other things by
T613101 21.12.71T613101 12/21/71
eine Verringerung der Stärke des Trägers über einen Teil seiner Länge erreicht,achieves a reduction in the strength of the beam over part of its length,
was die Herstellung verteuert. Beim Einbau des Kraftaufnehmers in ein Seil, - der bevorzugten Anwendung -, läßt sich eine Winkeländerung der Kraftrichtung bezüglich des Kraftaufnehmers nicht immer vermeiden. Ist jedoch die Kraftrichtung nicht auf seine Längsrichtung ausgerichtet, so kann es dadurch zu unerwünscht hohen Beanspruchungen kommen. Die Enden des bekannten Aufnehmers sind verhältnismäßig dick. Dies begünstigtwhich makes the production more expensive. When installing the force transducer in a rope, - the preferred application - can be an angle change with respect to the direction of force do not always avoid the force transducer. However, the direction of force is not on his Aligned lengthways, this can lead to undesirably high loads come. The ends of the known transducer are relatively thick. This favors
das Entstehen unerwünschter Biegemomente, weil in der Praxis eine gleichmäßige Anlage eines in dem Verbindungsloch steckenden Verbindungselementes des Bauteils und damit eine symmetrische Kraftübertragung nicht verwirklichbar ist.the creation of undesirable bending moments, because in practice a uniform system a connecting element of the component that is stuck in the connecting hole, and thus a symmetrical force transmission cannot be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer der eingangs beschriebenen Ayt zu schaffen, der optimal dimensioniert ist, eine mehrfache Sicherheit gegen Überlastung aufweist, · unempfindlich gegenüber einer begrenzten Winkel änderung der .Kraftrichtung und außerdem einfacher herstellbar ist als der bekannte Kraftaufnehmer. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftaufnehmer der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung vorgesehen,The invention is based on the object of providing a force transducer of the type described at the outset To create Ayt, which is optimally dimensioned, a multiple security against overload has · insensitive to a limited angle change in the direction of force and is also easier to manufacture than the known force transducer. To solve this problem, a force transducer of the type described at the beginning provided according to the invention,
daß der Träger als Flachstück mit über seine ganze Länge gleichbleibender geringer Stärke und mindestens über den Abstand der Verbindungsbohrungen gleichbleibender Breite ausgebildet daß der Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung und Stärke und Breite des Flachstückes so dimensioniert sind, daß die an den schwächsten Stellen zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes bei Nennlast auftretende Spannung unterhalb der Proporitonalitätsgrenze liegt und höchstens 1/3 der Fließspannung des Werkstoffs des Flachstückes beträgt undthat the carrier as a flat piece with constant low strength over its entire length and formed at least over the distance between the connecting bores of constant width that the diameter of the central through hole and the thickness and width of the flat piece are dimensioned so that the weakest points between the through hole and the stress occurring on the longitudinal edge of the flat piece at nominal load is below the proportionality limit and at most 1/3 of the yield stress of the Material of the flat piece is and
daß in die Verbindungsbohrungen Schwenklager eingepaßt sind, in welche Verbindungselemente des kraftübertragenden Bauteils, wie übliche Schäkel, passen.that swivel bearings are fitted into the connecting bores, into which connecting elements of the force-transmitting component, like conventional shackles, fit.
Ein Kraftaufnehmer gemäß der Erfindung ist insbesondere als Lastmeßglied für Überlastsicherungen in Kranen geeignet, weil er die hohen, bei Kranen gestellten Sicherheitsanforderungen erfüllt. Er läßt sich in diesem Fall beispielsweise in das Nackenseil oder das Lastseil eines Kranes einschalten.A force transducer according to the invention is particularly useful as a load measuring element for overload protection devices Suitable in cranes because it meets the high safety requirements placed on cranes. In this case, he can for example in the neck rope or switch on the load rope of a crane.
Bei dem Kraftaufnehmer nach der Erfindung ist die Schwachstelle allein durch Reduzierung der Abmessung in Breitenrichtung, d„h. an den schwächsten Stellen zwischen derIn the force transducer according to the invention, the weak point is solely through reduction the dimension in the width direction, i.e. at the weakest points between the
7613161 21.12.71 '3~7613161 12/21/71 ' 3 ~
λ.3 -·λ.3 - ·
.J.oUale.J.oUale
Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes,erzielt und nicht durch eine* Verringerung
der Stärke des Flachstückes. Dies vereinfacht die Herstellung erheblich, weil das Flachstück im Gegensatz zur bisherigen Herstellung durch Schmieden von einem vorbehandelten,
vorzugsweise vorvergüteten und vorgeschliffenen Stangen'- oder Streifenmaterial
einfach in gewünschter Länge abgeschnitten zu werden braucht.Gleichzeitig ist durch
das einheitliche Vorbearbeiten und anschließende Bohren der zentralen Durchgangsbohrung
eine genauere und reproduzierbare Dimensionierung insbesondere der Schwachstellen möglich.
Die Schwenklager in den Verbindungsbohrungen sorgen für eine optimale KrafteinJeitung
auch bei einer nicht genau in der Längsachse des Kraftaufnehmers ausgerichteten Kraftrichtung. Dies liefert einen wesentlichen Beitrag z'j der hohen Standfestigkeit des
Kraftaufnehmers nach der Erfindung. Die Schwenklager sind handelsübliche Elemente,
die die Herstellung kaum verteuern und deren Lagerbohrungen zur Aufnahme handelsüblicher
Anschlußteile, wie Schäkel, bemessen sind.Through hole and the longitudinal edge of the flat piece, achieved and not by reducing the thickness of the flat piece. This simplifies production considerably because, in contrast to previous production by forging, the flat piece simply needs to be cut to the desired length from a pretreated, preferably pre-tempered and pre-ground rod or strip material. At the same time, the uniform pre-machining and subsequent drilling of the central through-hole a more precise and reproducible dimensioning, especially of the weak points, is possible.
The pivot bearings in the connecting holes ensure optimum introduction of force J also Zeitung not exactly at the longitudinal axis of the load cell aligned direction of force. This makes a significant contribution to the high stability of the force transducer according to the invention. The pivot bearings are commercially available elements that hardly make production more expensive and their bearing bores are dimensioned to accommodate commercially available connecting parts, such as shackles.
Die Stärke des Flachstückes ist vorteilhaft so gering wie möglich und so gewählt, daß die Schwenklager mit ihren beiden Enden etwas vorstehen. Hierdurch werden günstigste Kraftübertragungsbedingungen unter Vermeidung unerwünschter Biegung geschaffen.The thickness of the flat piece is advantageously as small as possible and chosen so that both ends of the pivot bearings protrude slightly. This will be the cheapest Power transmission conditions created while avoiding undesirable bending.
Eine sorgfältige Dimensionierung des Flachstückes ist für einen optimalen Kompromiß zwischen hoher Leistung und Sicherheit sowie billiger Herstellung ausschlaggebend. Diese Dimensionierung ist detailliert in den Unteransprüchen angegeben. Es wurde erst nach sorgfältigem Stud ium der Spannungsverteilung in dem Flachstück herausgefunden, daß nicht die schwächste Querschnittstelle des Flachstückes, die zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes liegt, sondern die breiterenCareful dimensioning of the flat piece is essential for an optimal compromise crucial between high performance and safety as well as cheap production. This dimensioning is specified in detail in the subclaims. It was found out only after careful study of the stress distribution in the flat piece, that not the weakest cross-section of the flat piece, which lies between the through hole and the longitudinal edge of the flat piece, but the wider ones
Querschnitte zwischen der Wand der Verbindungsbohrung und dem Längsrand besonders gefährdet sind, und zwar aufgrund von Kerbwirkung, wobei auch der Abstand der BohrungCross-sections between the wall of the connecting hole and the longitudinal edge in particular are at risk, due to the notch effect, whereby the distance of the hole
ti vom Endrand eine Rolle spielt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Dimensionierun^ ti from the end edge plays a role. A dimensioning has proven to be particularly advantageous
■' erwiesen, bei der das Verhältnis aus den Abständen der Wand der Verbindungsbohrung zum■ 'proven in which the ratio of the distances between the wall of the connecting hole and the
Endrand und zum Längsrand des Flachstückes im Bereich zwischen 1,2 und 1,5 liegt. Dies verringert die Kerbempfindlichkeit im Vergleich zu dem bekannten Aufnehmer, bei dem das genannte Verhältnis 1,0 ist.End edge and to the longitudinal edge of the flat piece in the range between 1.2 and 1.5. This reduces the notch sensitivity compared to the known transducer, at where the said ratio is 1.0.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on schematic drawings of a preferred below Embodiment explained in more detail with further details. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Kraftaufnehmers nach der Erfindung; Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Kraftaufnehmers nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie Ul-III in Fig. 1.Fig. 1 is a plan view of a force transducer according to the invention; Fig. 2 is a partially sectioned side view of the force transducer according to Fig. 1 and FIG. 3 shows a section along the line Ul-III in FIG. 1.
7613161 21.12.7S7613161 12/21/7 S.
Der gezeigte Kraftaufnehmer weist ein längliches Flachstück 1 auf, das an seinen Längsenden durchgehende Verbindungsbohrungen 2 mit einem Durchmesser G zur Aufnahme von Schwenklagern 3 mit Preßpcssung hat. Die Schwenklager 3 sind handelsübliche Elemente und weisen einen Außenring 4 mit hohlkugeliger Innenkontur und einen Innenring 5 mit kugeliger, in die Hohlkugel des Außenrings passender Außenkontur auf. Der Innenring ist von einer Lagerbohrung 6 des Durchmessers F durchsetzt. Diese Lagerbohrung 6 ist passend zur Aufnahme eines Verbindungselementes,, wie eines handelsüblichen Schäkels, (nicht gezeigt) zur Verbindung mit einem Seil oder dgl. gestaltet. In der Mitte des Flachstückes 1, wo sich seine Längsachse 7 und seine Querachse 8 schneiden, ist das Flachstück 1 durch eine zentrale Durchgangsbohrung 9 größeren Durchmesse/s als die Bohrungen 2 durchsetzt. In der die Längsachse 7 enthaltenden Ebene der neutralen Faser sind gegenüberliegend in der mit der Querachse 8 zusammenfallenden Diagonalen je zwei Dehnungsmeßstreifen 10 und 11 und in der mit der Längsachse 7 zusammenfallenden Diagonalen zwei weitere Dehnungsmeßstreifen 12 und 13 auf die Wand der Durchgangsbohrung 9 aufgeklebt. Diese Anordnung der Dehnungsmeßstreifen kompensiert eine eventuelle Asymmetrie bei der Krafteinleitung oder eine nicht genau mittige Anordnung der Durchgangsbohrung 9.The force transducer shown has an elongated flat piece 1, which at his Has longitudinal ends through connecting bores 2 with a diameter G for receiving pivot bearings 3 with Preßpcssung. The pivot bearings 3 are commercially available elements and have an outer ring 4 with a hollow spherical inner contour and an inner ring 5 with a spherical shape that fits into the hollow ball of the outer ring Outer contour. The inner ring is of a bearing bore 6 of the diameter F interspersed. This bearing bore 6 is suitable for receiving a connecting element, such as a commercially available shackle (not shown) for connection to a rope or the like. Designed. In the middle of the flat piece 1, where its longitudinal axis 7 and its transverse axis 8 intersect, the flat piece 1 is penetrated by a central through hole 9 with a larger diameter than the holes 2. In which the Longitudinal axis 7 containing plane of the neutral fiber are opposite in the with the transverse axis 8 coinciding diagonals two strain gauges 10 and 11 and in the diagonal coinciding with the longitudinal axis 7 two further strain gauges 12 and 13 glued to the wall of the through hole 9. This arrangement of the strain gauges compensates for any asymmetry in the Force introduction or a not exactly centered arrangement of the through hole 9.
Die Durchgangsbohrung 9 ist durch zwei Deckel 14 und 15 verschlossen, die mittels Dichtungsringen 16 und 17 abgedichtet und durch Schrauben 18 und 19 gegen die Flachseiten des Flachstückes gespannt sind. Hierdurch ist ein vor schädlichen Umgebungseinflüssen geschützter Hohlraum 20 geschaffen, der unerwünschte äußere Einflüsse und Beanspruchungen von den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 fernhält.The through hole 9 is closed by two covers 14 and 15, which means Sealing rings 16 and 17 sealed and by screws 18 and 19 against the flat sides of the flat piece are stretched. This protects against harmful environmental influences protected cavity 20 created, the undesirable external influences and stresses keep away from the strain gauges 10 to 13.
Es ist ersichtlich, daß die Dehnungsmeßstreifen 10,11 unmittelbar am schwächsten Querschnitt des FlachstUckes angebracht sind, der in der die Querachse 8 enthaltenden Normalebene liegt. An diesem Querschnitt tritt die größte Dehnung auf, die somit unmittelbar von den Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Die elektrischen Anschlüsse der Dehnungsmeßstreifen werden über eine axial im Deckel 15 vdaufende Sacklochbohrung 21 und eine diese anschneidende, parallel zum Flachstück verlaufende Sacklochbohrung 22 herausgeführt. Das freie äußere Ende der Sacklochbohrung 22 istIt can be seen that the strain gauges 10, 11 are directly on the weakest cross-section of the flat piece are attached, the in which the transverse axis 8 containing Normal plane. The greatest expansion occurs at this cross-section, which means that is detected directly by the strain gauges. The electrical connections the strain gauges are via a blind hole extending axially in the cover 15 21 and a blind hole that intersects this and runs parallel to the flat piece 22 led out. The free outer end of the blind hole 22 is
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durch ein die Zuleitungskabel durchlassendes Anschlustück 23 verschlossen. In dem Hohlraum 20, 21, 22 können außer den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 weitere elektronischel Bauteile untergebracht sein, die ein von den Dehnungsmeßstreifen abgegebenes elektrisches Signal, das proportional zu der etwa in Längsrichtung des Flachstückes eingeleiteten Kraft jst, weiterverarbeiten· Bevorzugt'ist darum den Dehnungsmeßstreifen ein Verstärker 24 nachgeschaltet, der auf einem mit dem Anschlußstück 23 verbundenen Stützblech 25 sitzt und über Leitungen 26 mit den Dehnungsmeßstreifen 10 bis 13 verbunden ist (der Klarheit halber ist nur die Verbindung zu dem Dehnungsmeßstreifen 12 gezeigt).closed by a connection piece 23 which allows the supply cable to pass through. In addition to the strain gauges 10 to 13, further electronic components can be accommodated in the cavity 20, 21, 22, which further process an electrical signal emitted by the strain gauges, which is proportional to the force introduced approximately in the longitudinal direction of the flat piece Strain gauges are followed by an amplifier 24, which sits on a support plate 25 connected to the connecting piece 23 and is connected to the strain gauges 10 to 13 via lines 26 (for the sake of clarity, only the connection to the strain gauges 12 is shown).
Von besonderer Bedeutung für die Standfestigkeit, für die Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit und gleichzeitig für die einfachste Herstellbarkeit ist die Gestaltung des Flachstückes 1 .Of particular importance for stability, measurement accuracy and reproducibility and at the same time for the easiest manufacturability is the design of the Flat piece 1.
Dieses hat über seine ganze Länge A gleichbleibende Stärke Eund bis auf die unter einem Winkel von 45 abgeschrägten Enden auch gleichbleibende Breite C.This has over its entire length A constant strength E and except for the one below Angle of 45 beveled ends also constant width C.
A - GesamtlängeA - total length
B - ' Achsabstand der Verbindungsbohrungen 2B - 'Center distance of the connecting holes 2
C - BreiteC - width
E - StärkeE - strength
G - Bohrungsdurchmesser der Verbindungsbohrungen 2G - bore diameter of the connecting bores 2
F - Durchmesser der Lagerbohrung des Schwenklagers 3F - diameter of the bearing bore of the swivel bearing 3
P - Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung 9P - diameter of the central through hole 9
R - Abstand der Wand der Verbindungsbohrungen 2 vom Endrand 25R - distance of the wall of the connecting bores 2 from the end edge 25
T - Abstand der Wand der Verbindungsbohrung 2 vom J^ängsrand 26T - distance of the wall of the connecting hole 2 from the longitudinal edge 26
haben sich folgende Verhältnisse als besonders zweckmäßig erwiesen:The following conditions have proven to be particularly useful:
E/C = 0,15 bis 0,4/ vorzugsweise 0,2 bis 0,32E / C = 0.15 to 0.4 / preferably 0.2 to 0.32
P/C ^. 0,9/ vorzugsweise < 0,8P / C ^. 0.9 / preferably < 0.8
G/P ^ 0,9G / P ^ 0.9
B/A s* 0,7B / A s * 0.7
C/A λ» 0,25 bis 0,28C / A λ »0.25 to 0.28
K/1 = 1,2 bis 1,5 K / 1 = 1.2 to 1.5
7613161 21.11717613161 21.1171
Für Flachstücke aus einem korrosionsfesten, femtischen Vergütungsstahl, vorzugsweise aus der Reihe X20Cr η mit η = .13 und ςρο$£τ, sind· in der folgenden Tabelle· als Beispiele für einige unterschiedliche Nennlasten Abmessungen in mm angegeben:For flat pieces made of a corrosion-resistant, femtic quenched and tempered steel, preferably from the X20Cr η series with η = .13 and ςρο $ £ τ, dimensions in mm are given in the following table as examples for some different nominal loads:
(MP)(MP)
3 j
3
Ein wie beschrieben gestaltetet und dimensionierter Kraftaufnehmer ist unter minimalem Werkstoff- und Herstellungsaufwand mit den gewünschten Meßeigenschaften produzierbar, mehrfach Uberlastbar und unempfindlich auch gegen die harten Einsatzbedingungen !m Freien sowie gegen Schwenken der Kraftangriffsrichtung bezüglich seiner Längsachse,A force transducer designed and dimensioned as described is below a minimum Material and manufacturing costs can be produced with the desired measurement properties, Multiple overload and insensitive to the harsh operating conditions ! m outdoors and against pivoting of the force application direction with respect to its longitudinal axis,
Ansprüche:Expectations:
Claims (1)
daß der Durchmesser (P) der zentralen Durchgangsbohrung (9) und Stärke (E) und Breite (C) des Flachstückes (1) so dimensioniert sind, daß die an den schwächsten Stellen zwischen der Durchgangsbohrung und dem Längsrand des Flachstückes bei Nennlast auftretende Spannung unterhalb der Proportionalitätsgrenze liegt und höchstens 1/3 der Fließspannung des Werkstoffs des Flachstückes beträgt undThickness (E) and at least over the aph distance (B) of the connecting bores ^ of constant width (C),
that the diameter (P) of the central through hole (9) and the thickness (E) and width (C) of the flat piece (1) are dimensioned so that the tension occurring at the weakest points between the through hole and the longitudinal edge of the flat piece at nominal load is below the proportionality limit lies and is no more than 1/3 of the yield stress of the material of the flat piece and
ist, der auf eine Festigkeit bis über 100 kp/mm vergütbar ist.2
which can be remunerated to a strength of more than 100 kp / mm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19767613161 DE7613161U1 (en) | 1976-04-27 | 1976-04-27 | FORCE RECEIVER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19767613161 DE7613161U1 (en) | 1976-04-27 | 1976-04-27 | FORCE RECEIVER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7613161U1 true DE7613161U1 (en) | 1978-12-21 |
Family
ID=6664741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19767613161 Expired DE7613161U1 (en) | 1976-04-27 | 1976-04-27 | FORCE RECEIVER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7613161U1 (en) |
-
1976
- 1976-04-27 DE DE19767613161 patent/DE7613161U1/en not_active Expired
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