WO2011104289A1 - Kraftmess-hülse sowie kraftmess-einrichtung - Google Patents
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- WO2011104289A1 WO2011104289A1 PCT/EP2011/052708 EP2011052708W WO2011104289A1 WO 2011104289 A1 WO2011104289 A1 WO 2011104289A1 EP 2011052708 W EP2011052708 W EP 2011052708W WO 2011104289 A1 WO2011104289 A1 WO 2011104289A1
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Definitions
- the invention relates to a force measuring sleeve according to the preambles of patent claims 1 and 6 and to a force measuring device according to the preambles of claims 10, 11 or 14.
- a force transducer for measuring axial forces can be seen.
- the deflection wheel is rotatably mounted on an axle.
- the axis is encompassed by a sleeve which has two mutually spaced circumferential bearing surfaces on which the inner bearing shell of the deflection wheel is supported.
- a circumferential groove is incorporated in the axle, are inserted in the strain gauges.
- the groove extends laterally offset and perpendicular to the Aniage Chemistry between the sleeve and the axis, so that the forces introduced by the deflection roller bend the axis, causing geometric variations in the grooves, which are absorbed by the strain gauges, so that the resistance changes of the strain gauges electrical signals are generated by which can be determined, which bending forces are introduced into the axis.
- force sensors for measuring bending forces in axes have proven successful in practice, they have the disadvantage that such a force transducer must be made available for each deflection wheel, because if several sleeves be placed on an axis, the bending forces of adjacent sleeves affect the measurement result alternately and thus falsify this.
- the force transmission surfaces between the guide wheel and the sleeve and between the sleeve and the axis and the grooves incorporated in the axis to form the measuring points are laterally offset from each other in the axial direction. This increases the length of the axle and the sleeve in order to provide sufficient space for the formation of the force transmission surfaces and the measuring points, so that there is a considerable space requirement for these power receptacles.
- DE 199 60 786 A1 discloses a radial force transducer with force introduction elements and force absorption elements, between which deformation bodies with strain gauges applied thereto are arranged.
- the recess and the force transmission surfaces are arranged in a common plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the force measuring sleeve, a force transmission is advantageously ensured, which acts directly on the arranged in the recesses strain gauges. As a result of this structural measure, the introduction of force is thus reliably detected. Due to the provided in the circumferential direction of the force measuring sleeve measuring points and the arrangement of the power transmission surfaces shifts of the radially acting forces can be measured.
- the force measuring housings are arranged between the cylindrical body as axle or shaft and the frame or the deflecting wheel, a plurality of force measuring housings can be mounted on the cylindrical body, so that the introduction of force can be measured by a plurality of mutually parallel deflection rollers or gears, without the respective forces acting there influencing the adjacent measurements.
- the axial space size is reduced, because the force transmission surfaces and the measuring points that arise through the recesses and the strain gauges do not extend parallel to the longitudinal axis of the force measuring sleeve, but rather perpendicular to this; only the radial tree space size is increased by this structural design.
- the bearings to accommodate the corresponding radial forces are often to be dimensioned in a corresponding Wegnverphaseitnis, is sufficient space available in the radial direction. Due to the different arrangements of the force measuring sleeve and their different structural configurations, various measuring principles for detecting compressions, bends and shears or the like can be detected.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a force-measuring device, by means of which the forces transmitted radially from a deflection wheel and a gearwheel on a cylindrical body can be determined by means of two force measuring sleeves installed in different positions, in section
- FIG. 2 a second embodiment a force-measuring device, by means of which the radially acting forces transmitted by a deflection wheel to a cylindrical body can be measured by means of two force measuring sleeves, which are installed between a frame and a bearing of the cylindrical body, in section,
- FIG. 3a shows a third exemplary embodiment of a force-measuring device, by means of which the forces acting on a cylindrical body can be measured, which are transmitted from adjacently mounted deflection rollers, in section, FIG.
- 3b shows a force measuring sleeve according to the figures 1, 2 or 3a in a perspective view
- Figure 4a shows a fourth embodiment of a force measuring device with a
- Force measuring sleeve which has eight measuring points pointing in the circumferential direction, in section,
- FIG. 1 A force measuring device 21 shown in FIG. 1 is intended to detect the measurement of radially acting forces which can be determined, for example, by means of a deflecting wheel 6 mounted on a cylindrical body 2.
- a deflecting wheel 6 mounted on a cylindrical body 2.
- Umlenkrädem 6 which are attached to boom arms of cranes, it is necessary to determine the loads to be lifted and transported in order to prevent that due to overloads of the recorded components damage to the Kranaurisoner arise and this may bend in the direction of the ground and falls down.
- the force measuring device 21 further consists of a schematically illustrated frame 1, in which the cylindrical body 2 is rotatably mounted.
- the cylindrical body 2 thus represents an axis 2 '.
- the bearing 3 comprises an outer bearing shell 4 and an inner bearing shell 5 between which, for example, a plurality of balls, rollers or the like are arranged.
- a rope 24 should be kept out;
- the gear 7 has an outer toothing 25, which is for example in engagement with an adjacent gear.
- the force measuring sleeve 11 is designed as a cylindrical hollow body, the longitudinal axis 12 in the mounted state is aligned with the longitudinal axis of the axis 2 '.
- the force measuring sleeve 11 therefore surrounds, for example, as shown in Figure 1, the axis 2 '.
- the force measuring sleeve 1 1 has an outer force transmission surface 14, in which four recesses 15 are incorporated. The four recesses 15 lie on a circular path which extends around the longitudinal axis 12.
- two opposite recesses 15 lie on a common axis of symmetry 17, which is aligned perpendicular to the longitudinal axis 12 and each extending through the center of the circular recess 15.
- two circular paths are provided on the outer force transmission surface 14, on each of which four of the recesses 15 are incorporated.
- Two recesses 15 of the two adjacent circular paths form a common axis, which is aligned concentrically to the longitudinal axis 12.
- the recesses 15 open into a bottom 16 and consist of a round wall 16 'to which one or more strain gauges 10 are attached.
- the recesses 15 and the strain gauges 10 are subsequently defined as a measuring point 26.
- the respective measuring point 26 can also be formed by optical, inductive or capacitive measuring methods.
- each measuring part 16 that is to say in particular for each recess 15, there is provided a support 18 integrally formed on the inner force transmission surface 13, by means of which a common force transmission surface 13 is formed.
- the respective support 18 is designed as a ring segment, so that in the embodiment shown four ring segments of the supports 18 lie on a common circular path.
- the supports 8 are aligned in alignment with the recesses 15 incorporated on the outer force transmission surface 14.
- the outer contour of the support 18 does not coincide with the round inner contour of the recesses 15, but this can be provided without further constructive, is as a geometric condition for the arrangement of the support 18 to the respective recess 15 requires that the symmetry axis 17 formed by the respective recess 15, together with the circumferential central axis 19 of the four circular path forming supports 18, lie in a common plane which is oriented perpendicular to the longitudinal axis 12.
- the pairs of bearing 18 and recess 15 may be arranged helically.
- the supports 18 are each arranged exactly symmetrically in the region of the recess 15 and the radially acting forces are conducted from the outer force transmission surface 14 to the supports 18 acting as the inner force transmission surface 13 supports and thus flow through the measuring point 26, in the measuring point 26 arranged strain gauges 10 expanded or compressed, so that a change in resistance of the individual strain gauges 10 is generated, through which an electrical signal is generated, through which the introduced radial forces can be determined.
- the measuring point 26 is also conceivable to provide the measuring point 26 as an insert, which is glued or welded into a through hole incorporated in the sleeve 11. On an outwardly or inwardly projecting surface, the supports 18 and on the opposite surface of the strain gauges 10 are provided.
- FIG. 2 shows further examples of use.
- the cylindrical body 2 is now used as a shaft 2 "set in rotation by a drive device 22.
- the shaft 2" is held in the frame 1 by means of two bearings 3 in a conventional manner.
- the operative connection between the drive device 22 and the shaft 2 "takes place by way of example by means of a belt 23.
- the deflection roller 6 is connected by means of a feather key 8, which in one in the shaft 2 "incorporated groove 9, which is incorporated in the inner contour of the guide wheel 6 is drivingly connected to the shaft 2".
- a feather key 8 which in one in the shaft 2 "incorporated groove 9, which is incorporated in the inner contour of the guide wheel 6 is drivingly connected to the shaft 2".
- the force measuring sleeve 11 is installed in a part of the frame 1 between this and the outer bearing shell 4 and the supports 18 are facing the outer bearing shell 4.
- the measuring points 26 point in the direction of the frame 1.
- the force measuring sleeve 11 is positioned so that the measuring points 26 adjacent to the outer bearing shell 4 and the supports 18 are facing the: frame 1.
- the sleeve 11 can be configured with a corresponding inner contour for driving connection with the shaft 2 ", and FIGS. 4a and 4b show a force measuring sleeve 31 of a different constructive design
- the force measuring sleeve 31 has two free opposite end faces 34 and 35 , at each of which four ring segments 33 are formed, and the axes of symmetry of the respective ring segments 33 are spaced 90 ° apart from each other
- the ring segments 33 have inner and outer force transmission surfaces 38 and 39, respectively Centering for one for the inserted into the force measuring sleeve 31 cylindrical body 2. Accordingly, at least two ring segments 33 are required, which must face each other in alignment, in order to accomplish the centering of the male cylindrical body 2.
- the idea essential to the invention also includes the arrangement of three or more ring segments 33, which can be arranged distributed at an arbitrary angle to each other on a circular path in the circumferential direction of the sleeve 31.
- the supports 18 of the sleeve 11 are positioned at an arbitrary angle to each other.
- the centerings for the axis 2 'and the shaft 2' can be achieved.
- at least one of the supports 18 is aligned with a recess 15 and at least one of the ring segments 33 of the sleeve 3 of the recess 36 assigned.
- Each of the four ring segments 33 has two circumferentially extending end faces 40, in each of which a recess 36 is formed.
- the recesses 36 of one of the ring segments 33 are aligned exactly with one another and incorporated in the end face 40.
- the inner contour of the recess 36 is round; However, this can also be configured polygonal.
- the strain gauges 10 are attached; It is also possible to attach the strain gauges 10 to the wall 37 of the recess 36.
- FIG. 4a The force flow occurring with radially acting forces can be seen in FIG. 4a.
- the radially acting forces to be absorbed by the deflecting wheel 6 are first transmitted to the outer force transmission surface 39 and pass through the ring segments 33 via the inner force transmission surface 38 to the shaft 2 " or bending forces acting on the power transmission sleeve 31.
- Figure 4a shows that the key 8 and the groove 9 is incorporated between two ring segments 33 in the force measuring sleeve 31.
- Both the supports 18 and the ring segments 33 can be arranged at any angle to each other.
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Abstract
Bei einer Kraftmess-Hülse (11) mit mindestens einer inneren und äußeren Kraftübertragungsfläche (13, 14), die konzentrisch zu der Längsachse (12) der Hülse (11) verlaufen, soll gewährleistet sein, dass zum einen mehrere Umlenkräder (6) oder Zahnräder (7) auf einer gemeinsamen Achse (21) oder Welle (2") positionierbar sind, ohne dass dabei die von dem jeweiligen Umlenkrad (6) oder Zahnrad (7) übertragenen Kräfte das Messergebnis von benachbarten Messstellen beeinflusst, und dass zum anderen die benötigte axiale Bauraumgröße möglichst klein gehalten ist. Dies ist dadurch erreicht, dass die innere und äußere Kraftübertragungsfiächen (13, 14) zueinander ganz oder bereichsweise fluchtend ausgerichtet sind, dass in die innere oder in die äußere Kraftübertragungsfläche (13 oder 14) mindestens eine Ausnehmung (15) eingearbeitet ist, die eine senkrecht zu der Längsachse (12) der Hülse (11) ausgerichtete Symmetrieachse (17) aufweist, dass an dem Boden (16) und/oder an der Wand (16') der Ausnehmung (15) mindestens ein Dehnungsmessstreifen (10) befestigt ist, dass gegenüberliegend zu jeder Ausnehmung (15) an der äußeren oder inneren Kraftübertragungsfläche (14 oder 13) ein sich in Umfangsrichtung der Hülse (11) erstreckendes und von dieser abstehendes Auflager (18) vorgesehen ist, dass die Symmetrieachse (17) der jeweiligen Ausnehmung (15) und die radiale Symmetrieachse (19) des Auflagers (18) in einer gemeinsamen Ebene oder in zwei parallelen Ebenen verlaufen und dass mindestens ein zweites Auflager (18) an der äußeren oder inneren Kraftübertragungsfläche (14 oder 13) vorgesehen ist.
Description
Kraftmess-Hülse sowie Kraftmess-Einrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmess-Hülse nach den Oberbegriffen der Pa- tentansprüche 1 und 6 sowie auf eine Kraftmess-Einrichtung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 10, 11 oder 14.
Aus der DE 102 45 768 B4 ist ein Kraftaufnehmer zum Messen von Achskräften zu entnehmen. Es sollen insbesondere die bei der Umlenkung von Drahtseilen entste- henden radial gerichteten Kräfte ermittelt werden, Das Umlenkrad ist dabei auf einer Achse drehbar gelagert. Die Achse wird von einer Hülse umgriffen, die zwei zueinander beabstandete umlaufende Auflageflächen aufweist, auf denen die innere Lagerschale des Umlenkrades abgestützt ist. Die Krafteinleitung zwischen der Hülse und der Achse erfolgt über Anlageflächen zwischen diesen beiden Bauteilen, die in etwa im äußeren Bereich der Hülse angeordnet sind. Um nunmehr die durch das Umlenkrad eingeleiteten Radialkräfte zu erfassen, ist in die Achse eine umlaufende Nut eingearbeitet, in die Dehnungsmessstreifen eingesetzt sind. Die Nut verläuft dabei seitlich versetzt und senkrecht zu der Aniagefläche zwischen der Hülse und der Achse, so dass die durch die Umlenkrolle eingeleiteten Kräfte die Achse durchbie- gen, wodurch in den Nuten geometrische Veränderungen entstehen, die von den Dehnungsmessstreifen aufgenommen werden, so dass durch die Widerstandsänderungen der Dehnungsmessstreifen elektrische Signale generiert sind, durch die ermittelbar ist, welche Biegekräfte in die Achse eingeleitet sind. Solche Kraftaufnehmer zum Messen von Biegekräften in Achsen haben sich in der Praxis zwar bewährt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass für jedes Umlenkrad ein solcher Kraftmessnehmer zur Verfügung zu stellen ist, denn wenn mehrere Hülsen
auf eine Achse aufgesetzt werden, beeinflussen die Biegekräfte von benachbarten Hülsen das Messergebnis wechselweise und verfälschen dieses somit.
Darüber hinaus sind die Kraftübertragungsflächen zwischen dem Umlenkrad und der Hülse sowie zwischen der Hülse und der Achse sowie die in die Achse eingearbeitete Nuten zur Bildung der Messstellen seitlich zueinander in axialer Richtung versetzt. Dies vergrößert die Länge der Achse und der Hülse, um ausreichend Platz für die Bildung der Kraftübertragungsflächen und die Messstellen zu schaffen, so dass ein erheblicher Platzbedarf für diese Kraftaufnahmen besteht.
Des Weiteren können durch solche Kraftmess-Einrichtungen lediglich Biegekräfte erfasst werden. Oftmals ist es jedoch wünschenswert, insbesondere bei der Veränderung des Umschlingungswinkels und der damit verbundenen Verschiebung des Krafteinleitungspunktes, der auf die Umlenkrolle einwirkt, auch Kräfte in anderen un- terschied liehen Richtungen zu erfassen, um exakte Rückschlüsse zu erhalten, aus welcher Richtung und mit welchem Betrag die radialen Kräfte von der Umlenkrolle auf die Kraftmesseinrichtung verlaufen bzw. übertragen sind.
Aus der DE 199 60 786 A1 ist ein Radialkraftaufnehmer mit Krafteinleitungsetemen- ten und Kraftaufnahmeelementen bekannt geworden, zwischen denen Verformungskörper mit daran applizierten Dehnungsmessstreifen angeordnet sind.
Die vorstehend aufgeführten Probleme werden durch einen solchen Radialkraftauf- nehmer nicht gelöst.
Durch die CH 679950 A5 ist eine Vorrichtung zum Messen von in einer Eisenbahnschiene wirkenden Kräfte beschrieben, die genauso wie die Messdose nach der WO 03/073057 A1 die angesprochenen Nachteile aufweisen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, sowohl eine Kraftmess-Hülse als auch eine Kraftmess-Einrichtung der eingangs genannten Gattungen bereitzustellen, durch die gewährleistet ist, dass zum einen mehrere Umlenkräder oder Zahnräder auf einer gemeinsamen Achse oder Welle positioniert werden können, ohne dass dabei die von dem jeweiligen Umlenkrad oder Zahnrad übertragenen Kräfte das Messergebnis
von benachbarten Messstellen beeinflusst, und dass zum Anderen die benötigte axiale Bauraumgröße möglichst klein gehalten ist. Darüber hinaus soll auch die Messung von unterschiedlichen Krafteinleitungspositionen ermöglicht sein. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß jeweils selbstständig durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 , 6, 10, 11 oder 14 gelöst.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass in die Kraft-Messhülse die Ausnehmung und die Kraftübertragungsflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu der Längsachse der Kraftmess-Hülse verläuft, ist vorteilhafterweise eine Kraftübertragung sichergestellt, die unmittelbar auf die in den Ausnehmungen angeordneten Deh- nungsmessstreifen einwirkt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird somit die Krafteinleitung zuverlässig erfasst. Aufgrund der in Umfangsrichtung der Kraftmess- Hülse vorgesehenen Messstellen sowie die Anordnung der Kraftübertragungsflächen können Verschiebungen der radial wirkenden Kräfte gemessen werden. Da zwischen dem zylindrischen Körper als Achse oder Welle und dem Gestell bzw. dem Umlenkrad die Kraftmess-Hüisen angeordnet sind, können auf dem zylinderförmigen Körper mehrere Kraftmess-Hüisen angebracht sein, so dass die Krafteinleitung von mehreren parallel zueinander verlaufenden Umlenkrollen oder Zahnrädern messbar ist, ohne dass die jeweils dort wirkenden Kräfte die benachbarten Messun- gen beeinflussen.
Die axiale Bauraumgröße wird verringert, denn die Kraftübertragungsflächen und die Messstellen, die durch die Ausnehmungen und die Dehnungsmessstreifen entstehen, erstrecken sich nicht parallel zu der Längsachse der Kraftmess-Hülse, sondern vielmehr senkrecht zu dieser; lediglich die radiale Baumraumgröße wird durch diese konstruktive Ausgestaltung vergrößert. Da jedoch die Lager zur Aufnahme der entsprechenden Radialkräfte oftmals in einem entsprechenden Größenverhäitnis zu dimensionieren sind, steht in radialer Richtung genügend Bauraum zur Verfügung.
Aufgrund der unterschiedlichen Anordnungen der Kraftmesshülse sowie deren unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen können verschiedenartige Messprinzipien zur Erfassung von Stauchungen, Biegungen und Scherungen oder dgl. erfasst werden.
In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele für die Verwendung von zwei konstruktiv unterschiedlich ausgestalteten erfindungsgemäßen Kraftmess-Hülsen dargestellt, die nachfolgend näher erläutert sind. Im Einzelnen zeigt: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftmess-Einrichtung, durch die die radial von einem Umlenkrad und einem Zahnrad auf einem zylindrischen Körper übertragenen Kräfte mittels zweier in unterschiedlichen Positionen eingebauten Kraftmess-Hülse ermittelbar sind, im Schnitt, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftmess-Einrichtung, durch die die radial wirkenden von einem Umlenkrad auf einen zylinderförmigen Körper übertragenen Kräfte mittels zweier Kraftmess-Hülsen messbar sind, die zwischen einem Gestell und einem Lager des zylinderförmigen Körpers eingebaut sind, im Schnitt,
Figur 3a ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kraftmesseinrichtung, durch die die auf einen zylinderförmigen Körper einwirkenden Kräfte messbar sind, die von benachbart zueinander gelagerten Umlenkrollen übertragen sind, im Schnitt,
Figur 3b eine Kraftmess-Hülse gemäß den Figuren 1 , 2 oder 3a in perspektivischer Ansicht,
Figur 4a ein viertes Ausführungsbeispiel einer Kraftmess-Einrichtung mit einer
Kraftmess-Hülse, die acht in Umfangsrichtung weisende Messstellen aufweist, im Schnitt,
Figur 4b die Kraftmess-Hülse gemäß Figur 4a in perspektivischer Ansicht und
Figur 4c eine Abwandlung der Kraftmess-Einrichtung nach Fig. 4c mit einer Kraftmess-Hülse, die sechs in Umfangsrichtung weisende Messstellen aufweist, im Schnitt. Eine in Figur 1 abgebildete Kraftmess-Einrichtung 21 soll die Messung von radial wirkenden Kräften, die beispielsweise über ein auf einem zylinderförmigen Körper 2 gelagerten Umlenkrad 6 ermittelbar sein. Insbesondere bei Umlenkrädem 6, die an Auslegearmen von Kranen angebracht sind, ist es erforderlich, die anzuhebenden und zu transportierenden Lasten zu ermitteln, um zu verhindern, dass aufgrund von Überlasten der aufgenommenen Bauteile Beschädigungen an dem Kranausieger entstehen und dieser möglicherweise in Richtung des Bodens abknickt und herunterfällt.
Die Kraftmess-Einrichtung 21 besteht des Weiteren aus einem schematisch darge- stellten Gestell 1 , in dem der zylinderförmige Körper 2 drehfest gelagert ist. Der zylinderförmige Körper 2 stellt folglich eine Achse 2' dar.
Auf der Achse 2' ist das Umlenkrad 6 sowie ein Zahnrad 7 mittels eines Lagers 3 rotierbar abgestützt. Das Lager 3 umfasst eine äußere Lagerschale 4 und eine innere Lagerschale 5 zwischen denen beispielsweise eine Vielzahl von Kugeln, Rollen oder dgl. angeordnet sind. Durch das Umlenkrad 6 soll ein Seil 24 geführt gehalten sein; das Zahnrad 7 weist eine Außenverzahnung 25 auf, die beispielsweise in Eingriff mit einem benachbarten Zahnrad steht. Um nunmehr die radial wirkenden Kräfte, die von dem Seil 24 bzw. der Verzahnung 25 über das Umlenkrad 6 oder des Zahnrades 7 auf die Achse 2' einwirken, zu messen, ist eine Kraftmess-Hülse 1 vorgesehen.
Insbesondere aus Figur 3b ist der konstruktive Aufbau der Kraftmess-Hülse 11 er- sichtlich. Die Kraftmess-Hülse 1 ist als zylinderförmiger Hohlkörper ausgestaltet, dessen Längsachse 12 im montierten Zustand fluchtend zu der Längsachse der Achse 2' verläuft. Die Kraftmess-Hülse 11 umgreift daher beispielsweise, wie in Figur 1 abgebildet, die Achse 2'.
Die Kraftmess-Hülse 1 1 weist eine äußere Kraftübertragungsfläche 14 auf, in die vier Ausnehmungen 15 eingearbeitet sind. Die vier Ausnehmungen 15 liegen auf einer Kreisbahn, die um die Längsachse 12 verläuft. Jeweils zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 15 liegen auf einer gemeinsamen Symmetrieachse 17, die senkrecht zu der Längsachse 12 ausgerichtet ist und die jeweils durch den Mittelpunkt der runden Ausnehmung 15 verläuft. Insgesamt sind auf der äußeren Kraftübertragungsfläche 14 zwei Kreisbahnen vorgesehen, auf denen jeweils vier der Ausnehmungen 15 eingearbeitet sind. Zwei Ausnehmungen 15 der beiden benachbarten Kreisbahnen bilden eine gemeinsame Achse, die konzentrisch zu der Längsachse 12 ausgerichtet ist. Es ist jedoch auch möglich, die Ausnehmungen 15 von zwei unterschiedlichen Kreisbahnen gegeneinander zu versetzen, so dass die von benachbarten Ausnehmungen 15 von unterschiedlichen Kreisbahnen gebildete Achse geneigt zu der Längsachse 12 ver- läuft.
Die Ausnehmungen 15 münden in einen Boden 16 und bestehen aus einer runden Wand 16', an denen ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen 10 angebracht sind. Die Ausnehmungen 15 und die Dehnungsmessstreifen 10 sind nachfolgend als Messstelle 26 definiert. Die jeweilige Messstelle 26 kann auch durch optisch, induktive oder kapazitive Messverfahren gebildet sein.
Gemäß Figur 3b ist zu jeder Messsteile 16, also insbesondere zu jeder Ausnehmung 15, eine an der inneren Kraftübertragungsfläche 13 angeformtes Auflager 18 vorge- sehen, durch die eine gemeinsame Kraftübertragungsfläche 13 gebildet ist. Das jeweilige Auflager 18 ist dabei als Ring-Segment ausgebildet, so dass im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Ring-Segmente der Auflager 18 auf einer gemeinsamen Kreisbahn liegen. Darüber hinaus sind die Auflager 8 fluchtend zu der auf der äußeren Kraftübertragungsfläche 14 eingearbeiteten Ausnehmungen 15 ausgerichtet. Da die Außenkontur der Auflager 18 nicht mit der runden Innenkontur der Ausnehmungen 15 übereinstimmt, dies aber ohne weiteres konstruktiv vorgesehen sein kann, ist als geometrische Bedingung für die Anordnung der Auflager 18 zu der jeweiligen Ausnehmung
15 erforderlich, dass die von der jeweiligen Ausnehmung 15 gebildete Symmetrieachse 17 zusammen mit der umlaufenden Mittelachse 19 der vier eine Kreisbahn bildenden Auflager 18 in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zu der Längsachse 12 ausgerichtet ist. Die Paare von Auflager 18 und Ausnehmung 15 können schraubenlinienförmig angeordnet sein.
Da die Auflager 18 jeweils exakt symmetrisch in dem Bereich der Ausnehmung 15 angeordnet sind und die radial wirkenden Kräfte von der äußeren Kraftübertragungsfläche 14 auf die als innere Kraftübertragungsfläche 13 wirkenden Auflager 18 gelei- tet sind und somit die Messstelle 26 durchfließen, werden die in der Messstelle 26 angeordneten Dehnungsmessstreifen 10 ausgedehnt oder zusammengedrückt, so dass eine Widerstandsänderung der einzelnen Dehnungsmessstreifen 10 generiert ist, durch die ein elektrisches Signal erzeugt ist, durch das die eingeleiteten radialen Kräfte ermittelbar sind.
Es ist auch denkbar, die Messstelle 26 als Einsatzstück bereit zu stellen, das in eine in die Hülse 11 eingearbeitete Durchgangsbohrung eingeklebt oder eingeschweißt ist. Auf einer nach außen oder innen abstehenden Oberfläche sind die Auflager 18 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche sind die Dehnungsmessstreifen 10 vor- gesehen.
In Figur 1 sind nunmehr zwei unterschiedliche Einbausituationen der Kraftmess- Hülse 11 abgebildet. Die dem Umlenkrad 6 zugeordnete Kraftmess-Hülse 11 ist dabei derart angeordnet, dass die vier auf einer Kreisbahn liegenden Ausnehmungen 15 der Achse 2' und dass die jeweils darüber angeordneten Auflager 18 der inneren Lagerschale 5 des Lagers 3 zugewandt sind.
Für die von dem Zahnrad 7 übertragenen Radialkräfte ist eine dazu umgekehrte Einbausituation gezeigt, denn die Auflager 18 liegen auf der Achse 2' auf und die fluch- tend dazu angeordneten Ausnehmungen 15 sind der inneren Lagerschale 5 zugeordnet.
Beide Kraftmess-Hülsen 1 sind mittels einer Verdrehsicherung 20 an dem Gestell 1 abgestützt.
In Figur 2 sind weitere Anwendungsbeispiele zu entnehmen. Der zylinderförmige Körper 2 ist nunmehr als von einer Antriebseinrichtung 22 in Rotation versetzte Weile 2" eingesetzt. Die Welle 2" ist dabei in dem Gesteil 1 mittels zweier Lager 3 in übli- eher Weise gehalten. Die triebliche Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung 22 und der Welle 2" erfolgt beispielhaft mittels eines Keilriemens 23.
Die Umlenkrolle 6 ist mittels einer Passfeder 8, die in eine in die Welle 2" eingearbeitete Nut 9, die in die Innenkontur des Umlenkrades 6 eingearbeitete ist trieblich mit der Welle 2" verbunden. Somit lenkt das Umlenkrad 6 das Seil 24 nicht nur in einem entsprechenden Winkel um, sondern treibt dieses an.
Um die auftretenden radial wirkenden Kräfte bei dieser Triebverbindung zu erfassen, ist die Kraftmess-Hülse 11 in einem Teil des Gestelles 1 zwischen diesem und der äußeren Lagerschale 4 eingebaut und die Auflager 18 sind der äußeren Lagerschale 4 zugewandt. Die Messstellen 26 weisen in Richtung des Gestelles 1. In dem anderen gegenüberliegenden Teil des Gestelles 1 ist die Kraftmess-Hülse 11 derart positioniert, dass die Messstellen 26 benachbart zu der äußeren Lagerschale 4 verlaufen und die Auflager 18 dem: Gestell 1 zugewandt sind.
In Figur 3a ist die Welle 2" über die Passfeder 8 und die Nuten 9 trieblich mit drei Umlenkrädern 6 verbunden. Es sollen nunmehr durch die Kraftmess-Hülse 11 die jeweilige auf eines der drei Umlenkräder 6 einwirkenden Radialkräfte ermittelbar sein, deren jeweilige Wirkungsrichtung zueinander völlig unterschiedlich verläuft. Folglich ist zwischen jedem Umlenkrad 6 eine der Kraftmess-Hülsen 11 eingebaut, und zwar derart, dass die Auflager 18 der Welle 2" und die Messstelien 26 dem jeweiligen Umlenkrad 6 zugewandt sind. Die von dem jeweiligen Umlenkrad 6 aufgenommenen radial wirkenden Kräften werden somit unmittelbar auf die Kraftmess- Hülse 11 übertragen und von dieser an die Welle 2" weitergeleitet.
Dies bedeutet, dass die Kräfte von benachbarten Umlenkrädern 6 zwar auf die Weile 2" übertragen und von dieser abgestützt sind, das Messergebnis der jeweiligen Kraftmess-Hülse 11 jedoch nicht beeinflussen. Zur Zentrierung des Körpers 2 in der Kraftmess-Hülse 11 sind mindestens drei auf einer Kreisbahn um die Längsachse 12
verlaufende Auflager 18 vorzusehen. Die als Auflagefläche dienende Außenkontur des Auflagers 18 kann im Querschnitt domförmig, ballig, oder eben ausgestaltet sein. Die triebliche Wirkverbindung zwischen der Hülse 11 und dem ümlenkrad 6 kann auch derart erfolgen, dass die Innenkontur des Umlenkrades mehreckig oder als po- lygon ausgebildet ist und dass dessen Konturen als Spielpassung ausgebildet sind.
Die Hülse 11 kann mit einer entsprechenden Innenkontur zur trieblichen Verbindung mit der Welle 2" ausgestaltet sein. Den Figuren 4a und 4b kann eine konstruktiv andersartig ausgestaltete Kraftmess- Hülse 31 entnommen werden. Die Kraftmess-Hülse 31 weist zwei freie gegenüberliegende Stirnseiten 34 und 35 auf, an denen jeweils vier Ring-Segmente 33 angeformt sind. Die Symmetrieachsen der jeweiligen Ring-Segmente 33 sind 90° voneinander beabstandet. Die Ring-Segmente 33 weisen eine innere und eine äußere Kraftübertragungsfläche 38 bzw. 39 auf. Die innere Kraftübertragungsfläche 38 dient als Zentrierung für eine für den in die Kraftmess-Hülse 31 eingeschobenen zylinderförmigen Körper 2. Es sind demnach mindestens zwei Ringsegmente 33 erforderlich, die fluchtend zueinander gegenüberliegen müssen, um die Zentrierung des aufzunehmenden zylinderförmigen Körpers 2 zu bewerkstelligen.
Wenn drei Ring-Segmente 33 vorgesehen sind, deren Symmetrieachsen um beispielsweise um 120° voneinander beabstandet sind. Der erfindungswesentliche Gedanke umfasst jedoch auch die Anordnung von drei oder mehreren Ring-Segmente 33, die in einem beliebigen Winkel zueinander verteilt auf einer Kreisbahn in Um- fangsrichtung der Hülse 31 angeordnet sein können. Auch die Auflager 18 der Hülse 11 sind in einem beliebigen Winkel zueinander positionierbar. Durch die Auflager 18 und die Ring-Segmente 33 der jeweiligen Hülse 11 oder 31 sind die Zentrierungen für die Achse 2' bzw. die Welle 2' zu erreichen. Dabei ist mindestens einer der Auflager 18 fluchtend zu einer Ausnehmung 15 und mindestens eines der Ring-Segmente 33 der Hülse 3 der Ausnehmung 36 zuzuordnen.
Jedes der vier Ring-Segmente 33 weist zwei in Umfangsrichtung verlaufende Stirnflächen 40, in die jeweils eine Ausnehmung 36 eingeformt ist. Die Ausnehmungen 36 eines der Ring-Segmente 33 sind exakt fluchtend zueinander ausgerichtet und zent-
risch in der Stirnfläche 40 eingearbeitet. Die Innenkontur der Ausnehmung 36 ist rund; diese kann jedoch auch mehreckig ausgestaltet sein.
Auf dem Boden 37 der Ausnehmung 36 sind die Dehnungsmessstreifen 10 befestigt; es ist auch möglich, an der Wand 37 der Ausnehmung 36 die Dehnungsmessstreifen 10 anzubringen.
Der bei radial wirkenden Kräften auftretende Kraftfluss ist Figur 4a zu entnehmen. Die von dem Umlenkrad 6 aufzunehmenden radial wirkenden Kräfte werden zu- nächst an die äußere Kraftübertragungsfläche 39 übertragen und laufen durch die Ring-Segmente 33 über die innere Kraftübertragungsfläche 38 auf die Welle 2". Bei dieser konstruktiven Anordnung der Messstelle 26 sind ausschließlich Scher- und/oder Biegekräfte, die auf die Kraftübertragungs-Hülse 31 einwirken, erfassbar. Darüber hinaus ist Figur 4a zu entnehmen, dass die Passfeder 8 und die Nut 9 zwischen zwei Ring-Segmenten 33 in die Kraftmess-Hülse 31 eingearbeitet ist.
In Figur 4c sind drei einem Winkel von 120° zueinander verlaufende Ring-Segmente 33 abgebildet, durch die innere Kraftübertragungsfläche 38 der drei Ring-Segmente 33 wird eine Anlage geschaffen, die konzentrisch zueinander sind. Daher wirken die inneren Kraftübertragungsflächen 38 gemeinsam als Zentrierung für eine Achse 2' oder Welle 2", die in Form einer Spielpassung eingeschoben ist.
Sowohl die Auflager 18 als auch die Ring-Segmente 33 können in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein. Zur korrekten Funktionsweise der Hülse 1 1 bzw. 31 ist als Mindestanforderung die Voraussetzung zu erfüllen, dass mindestens eine der Ausnehmung 15 mit einem Dehnungsmesstreifen 10 vorhanden ist, zu der ganz oder bereichsweise deckungsgleich eines der Auflager 8 angeordnet ist bzw. dass mindestens zwei Ring-Segmente 33 vorhanden sind, wobei an einer der Ring- Segmente 33 eine Ausnehmung 36 mit einem Dehnungsmessstreifen 10 vorzusehen ist.
Claims
1. Kraftmess-Hülse (11) mit mindestens einer inneren und äußeren Kraftübertragungsfläche (13, 14), die konzentrisch zu der Längsachse (12) der Hülse (11) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und äußere Kraftübertragungsflächen (13, 14) zueinander ganz oder bereichsweise fluchtend ausgerichtet sind, dass in die innere oder in die äußere Kraftübertragungsfläche (13 oder 14) mindestens eine Ausnehmung (15) eingearbeitet ist, die eine senkrecht zu der Längsachse (12) der Hülse (11) ausgerichtete Symmetrieachse (17) aufweist, dass an dem Boden (16) und/oder an der Wand (16') der Ausnehmung (15) mindestens ein Dehnungsmessstreifen (10) befestigt ist, dass gegenüberliegend zu jeder Ausnehmung (15) an der äußeren oder inneren Kraftübertragungsfläche (14 oder 13) ein sich in Umfangsrichtung der Hülse (11) erstreckendes und von dieser abstehendes Auflager (18) vorgesehen ist, dass die Symmetrieachse (17) der jeweiligen Ausnehmung (15) und die radiale Symmetrieachse (19) des Auflagers (18) in einer gemeinsamen Ebene oder in zwei parallelen Ebenen verlaufen und dass mindestens ein zweites Auflager (18) an der äußeren oder inneren Kraftübertragungsfläche (14 oder 13) vorgesehen ist.
Kraftmess-Hülse (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflager ( 8) als vereinzelte Ring-Segmente ausgebildet sind und dass die Grundfläche der Ring-Segmente rechteckförmig oder an die Kontur der Ausnehmung (15) angepasst ausgestaltet sind.
Kraftmess-Hülse (11) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur der Auflager (18) ballig, domförmig, eben, konvex oder konkav gekrümmt ausgestaltet ist.
Kraftmess-Hülse (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Auflager (18) auf einer gemeinsamen Kreisbahn angeordnet sind, dass bei einer ungeraden Anzahl von Auflagern (18) diese zueinander in einem Winkel von 360° geteilt durch die Anzahl der Auflager (18) oder dass bei einer geraden Anzahl von Auflagern (18) jeweils zwei Auflager (18) fluchtend gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
Kraftmess-Hülse (31) mit mindestens einer inneren und äußeren Kraftübertragungsfläche (38, 39), die konzentrisch zu der Längsachse (32) der Hülse (31) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden freien Stirnseiten {34, 35) der Hülse (31) mindestens zwei Ring-Segmente (33) angebracht sind, die jeweils konzentrisch zu der Längsachse (32) der Hülse (31) verlaufen und durch die paarweise zueinander konzentrische Kraftübertragungsflächen (38, 39) gebildet sind, dass in die freien in Umfangsrichtung der Hülse (31) weisenden Stirnflächen (40) der Segmente (33), vorzugsweise jeweils zentrisch, eine Ausnehmung (36) eingearbeitet ist und dass an dem Boden (37) und/oder der Wand (37') der jeweiligen Ausnehmung (36) mindestens ein Dehnungsmessstreifen ( 0) befestigt ist.
6. Kraftmess-Hülse (31) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Kraftübertragungsfiächen (38) von mindestens zwei Ring- Segmenten (33) als Anlage für einen Körper (2) vorgesehen sind, durch den die Hülse (31) an dem Körper (2) zentriert gehalten ist.
7. Kraftmess-Hülse (31) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geraden Anzahl von Segmenten (33) diese paarweise fluchtend und gegenüberliegend zueinander und bei einer ungeraden Anzahl von Segmenten (33) diese in einem Winkel zueinander von 360° geteilt durch die Anzahl der Segmente (33) angeordnet sind.
8. Kraftmess-Hülse (11 oder 31) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Querschnitt der Hülse (11 oder 31) mehreckig, rund oder po- iygon ausgebildet ist.
9. Kraftmess-Einrichtung (21) mit einem Gestell (1), mit einem an dem Gestell (1) abgestützten Körper (2) und mit der den Körper (2) umgreifenden Kraftmess- Hülse (11) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmess-Hülse (11) zwischen dem Körper (2) und einer Lagerschafe (4 oder 5) eines Umlenkrades (6) oder Zahnrades (7) angeordnet ist, und dass die Ausnehmungen (15) der Hülse (1.1) dem Körper (2) oder der Lagerschale (4 oder 5) zugewandt sind.
10. Kraftmess-Einrichtung (21) mit einem Gestell (1), mit einem an dem Gestell (1) abgestützten Körper (2) und mit der den Körper (2) umgreifenden Kraftmess- Hülse (11) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) trieblich mit einer Antriebseinrichtung (22) verbunden ist, dass der Körper (2) mittels zweier zueinander beabstandeter Lager (3) an dem Gestell (1) rotierbar abgestützt ist und dass die Kraftmess-Hülse (11) zwischen einer dem Körper (2) abgewandten Lagerschale (4) und dem Gestell (1) angeordnet ist.
11. Kraftmess-Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) dem Gestell (1) oder der Lagerschale (4, 5) zugewandt sind.
12. Kraftmess-Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmess-Hülse (11), vorzugsweise mittels einer Passfeder, Verzahnung oder dergleichen, form- oder kraftschlüssig mit dem Körper (2) und einem Umlenkrad (6) oder Zahnrad (7) verbunden ist
13. Kraftmess-Einrichtung (21') mit einem Gestell (1), mit einem an dem Gestell (1) abgestützten Körper (2) und mit einer den Körper (2) umgreifenden Kraftmess-Hülse (31), die mindestens eine innere und äußere Kraftübertragungsfläche (38, 39) aufweist, die konzentrisch zu der Längsachse (32) der Hülse (31) verläuft. dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden freien Stirnseiten (34, 35) der Hülse (31) mindestens zwei Ring-Segmente (33) angebracht sind, die jeweils umlaufend zu der Längsachse (32) der Hülse (31) verlaufen und durch die paarweise zueinander fluchtende Kraftübertragungsflächen (38, 39) gebildet sind, dass in die freien in Umfangsrichtung der Hülse (31) weisenden Stirnflächen (40) der Segmente (33), vorzugsweise jeweils zentrisch, eine Ausnehmung (36) eingearbeitet ist, dass an dem Boden (37) und/oder der Wand (37') der jeweiligen Ausnehmung (36) mindestens ein Dehnungsmessstreifen ( 0) befestigt ist, dass die Kraftmess-Hülse (31) zwischen dem Körper (2) und einer Lagerschale (4 oder 5) eines Umlenkrades (6) oder Zahnrades (7) angeordnet ist, dass die Ausnehmung (36) der Hülse (31) in einer senkrecht zu dem Körper (2) ausgerichteten Ebene angeordnet sind, und dass zwischen der Hülse (31) und der Weile (2") oder zwischen der Hülse (31) und dem Umlenkrad (6) eine triebliche Wirkverbindung vorgesehen ist, durch die ein Drehmoment zwischen dem Körper (2) und der Hülse (31) oder zwischen der Hülse (31) und dem Umlenkrad (6) oder dem Zahnrad (7) übertragbar ist. Kraftmess-Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Körpers (2) und die Innenkontur der Hülse (11 oder 31) korrespondieren und als Spielpassung mit geringer Toleranz ausgestaltete sind und dass die Konturen des Körpers (2) und der Hülse (11 oder 31) rund, mehreckig oder polygon ausgestaltet sind.
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