WO2022161564A1 - Kraftmesssystem - Google Patents

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WO2022161564A1
WO2022161564A1 PCT/DE2021/100983 DE2021100983W WO2022161564A1 WO 2022161564 A1 WO2022161564 A1 WO 2022161564A1 DE 2021100983 W DE2021100983 W DE 2021100983W WO 2022161564 A1 WO2022161564 A1 WO 2022161564A1
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WO
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lever arm
force
force measuring
measuring system
receiving section
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100983
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Zierden
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/102—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using sensors located at a non-interrupted part of the flexible member
    • G—PHYSICS
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    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/108—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means for measuring a reaction force applied on a single support, e.g. a glider

Definitions

  • the present invention relates to a force measuring system comprising a force measuring bolt.
  • DMS Strain gauges
  • force measuring bolts are also known, which can be used in a component that is subjected to a force. Force measuring bolts are therefore connecting bolts between force-transmitting machine elements, which, in addition to their function as bolts, also enable the transverse forces occurring in them to be measured.
  • Such a force measuring bolt is known, for example, from DE 102016215794 B3.
  • a force measuring system comprising a force measuring bolt, the force measuring system having a first lever arm and a second lever arm pivotably mounted on the first lever arm by means of a bearing point, a first free end of the first lever arm and a second free end of the second lever arm are each coupled to a measuring body in such a way that when a force is applied to the measuring body, the first lever arm is pivoted relative to the second lever arm, with a receiving section being formed on the first lever arm or the second lever arm for receiving the force measuring pin in a non-positive manner, and the receiving section rests against the lever arm lying opposite it when the measuring body is in a force-loaded state.
  • the integration of a force measuring bolt in a kind of tongs construction can achieve a force amplification.
  • a pre-calibrated force measuring system is available, since the ratio of elongation and force is almost the same due to the constant geometry.
  • the force-measuring system according to the invention with a force-measuring bolt makes it possible to provide a system that is easy to use and assemble without the need for calibration. Furthermore, there is no need for an upstream complex consultation regarding a constructive accommodation of the force measuring pin in a component to which a force is applied, since the force measuring pin no longer has to be introduced directly into the component to which a force is applied. Furthermore, a measuring system is provided with which even small forces can be measured using the above-mentioned force amplification.
  • the force measuring bolt preferably has at least one measuring section for measuring at least one acting force.
  • the strain gauge can be glued to the measuring section, for example. Strain gauges are used to record the strain caused by the forces that occur.
  • a strain sensor in the form of a multilayer coating located in the area of the measuring section.
  • Preferred embodiments use a first measurement section, which extends transversely to the longitudinal direction of the force measuring bolt.
  • the force measuring bolt can be equipped with a second measuring section.
  • the second measuring section can also be arranged on an end face that is perpendicular to the longitudinal axis of the force measuring bolt or on the lateral surface of the force measuring bolt that extends over the longitudinal axis. Forces acting in different directions can be determined by using the differently positioned measuring sections.
  • the receiving section rests against the opposite lever arm when the measuring body is not subjected to a force, so that no “dead zone” has to be overcome during the measurement before the receiving section is subjected to a force.
  • the receiving section rests against the lever arm opposite it under prestress when the measuring body is not subjected to a force.
  • the advantage of this configuration lies in the fact that the prestressing can ensure that the receiving section is not lifted off the opposite lever arm unintentionally, so that the measuring system can also be used in environments with stronger vibrations.
  • the receiving section protrudes from one of the lever arms in the direction of the opposite lever arm. Due to the geometric design of such a protruding receiving section, its possible deformation under the action of force can be influenced and constructively controlled.
  • the force measuring bolt can be arranged in the area of the receiving section protruding from the lever arm, which has proven to be advantageous with regard to the measuring accuracy of the system.
  • the area of the receiving section that rests on one of the lever arms is convex in shape, which ensures a defined application of force and further improves the measuring accuracy.
  • the invention can also be further developed such that the receiving section is formed at a position on one of the lever arms that corresponds to between 2-40% of the longitudinal extent of the lever arm from the bearing point in the direction of the free end of the lever arm.
  • the force measuring bolt in a likewise preferred embodiment variant of the invention, provision can also be made for the force measuring bolt to be arranged in the receiving section with its longitudinal extent orthogonal to the force acting on the measuring body. In this way it can be achieved that the force measuring bolt has a particularly advantageous measurement sensitivity or accuracy.
  • the first lever arm has a receiving section, in particular a U-shaped one, through which a shaft is guided and fixed in a rotationally fixed manner in relation to the first lever arm, with the second lever arm being pivotably mounted on the shaft, as a result of which a structurally particularly simple bearing point can be formed.
  • the first lever arm can be mounted pivotably relative to the second lever arm by means of a roller bearing or a plain bearing, as a result of which the friction in the bearing point of the measuring system can be reduced.
  • the bearing point it would of course also be conceivable for the bearing point to be realized by means of an elasticity formed between the first lever arm and the second lever arm.
  • spring-elastic materials and/or constructive measures such as narrowing of the cross section, can be provided, which form pivoting mobility between the first lever arm and the second lever arm. So it would also be conceivable that the first lever arm and the second lever arm are formed in one piece.
  • a deflection roller in particular for guiding an endless traction means, is rotatably arranged on one of the lever arms.
  • This makes it possible, for example, to connect the force measurement system directly to a belt drive.
  • a possible application here can be the detection of the pretension (static and dynamic) of the belt drive.
  • the belt pretension can be set (static measurement) or, for example, the dynamic pretension can be used to evaluate the condition of the belt and for the load-dependent assessment of the bearing points.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that the workpiece is designed in two parts and has a first carriage and a second carriage, each of which is connected to one of the lever arms, with at least one of the carriages being forced to translate in relation to the other carriage is relocatable.
  • the advantage of this is in particular that the measuring system can also be used in cramped or complex installation space situations, for example by coupling one of the lever arms to a stationary workpiece via a first carriage and the other lever arm to a workpiece subjected to force via the second carriage , so that when force is applied, the second carriage is translated in relation to the first carriage.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a force measuring system with a force measuring bolt in a schematic representation
  • Figure 2 shows a second embodiment of a force measuring system with a force measuring bolt in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a bearing point of the force measuring system in a cross-sectional view
  • Figure 4 shows a force measuring bolt in a perspective view
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a force measuring system with a force measuring bolt in a schematic representation.
  • Figure 1 shows a force measuring system 1 comprising a force measuring bolt 2.
  • the force measuring system 1 has a first lever arm 3 and a second lever arm 4 which is pivotably mounted on the first lever arm 3 by means of a bearing point 10.
  • a first free end 5 of the first lever arm 3 and a second free end End 6 of the second lever arm 4 are each coupled to a measuring body 16 such that when a force is applied to the measuring body 16 (indicated by the two arrows pointing towards one another), the first lever arm 3 is pivoted relative to the second lever arm 4 .
  • the lever arms 3, 4 are essentially identical in terms of their kinematically relevant dimensions.
  • the force measuring pin 2 which is already known from the prior art, is located in a non-positive manner, for example by means of a press fit, within a bore of the receiving section 8.
  • the force measuring pin 2 which is shown in detail in Figure 4, has a first measuring section 12, which is located in Longitudinally of the force measuring bolt 2 extends.
  • the force measuring bolt 2 is equipped with a second measuring section 13 .
  • the second measuring section 13 is on a to the longitudinal axis of the force measuring bolt 2 perpendicular end face of
  • Strain gauges 14 fastened to the force measuring bolt 2 are preferably positioned in the measuring sections 12 , 13 .
  • the strain gauges 14 can, for example, at the
  • Measuring sections 12, 13 be glued.
  • the strain gauges 14 are used to record the strains caused by the forces that occur.
  • the measuring sections 12, 13 can also have a multi-layer coating to implement a strain sensor.
  • the elastic deformation or expansion of the force measuring bolt 2 resulting from the load is detected by the strain gauge 14 on the measuring section 13 or corresponding coatings.
  • the strain gauge 14 on the measuring section 12 is used for temperature compensation.
  • the conversion into a force can take place, for example, on the basis of a calibration in an end-of-line test stand or on the basis of a corresponding calculation.
  • FIG. 1 also clearly shows that the receiving section 8 protrudes from the first lever arm 3 in the direction of the opposite second lever arm 4 and the force measuring pin 2 is arranged in the area of the receiving section 8 protruding from the lever arm.
  • the force measuring bolt 2 is arranged in the receiving section 8 with its longitudinal extent orthogonal to the force acting on the measuring body 16 .
  • the area 9 of the receiving section 8 that rests against the second lever arm 4 is convex in shape.
  • the receiving section 8 is formed at a position on the first lever arm 3 which is between 2-40% of the longitudinal extension of the first lever arm 3 from the bearing point 10 in the direction of the free end 5 of the first lever arm 3.
  • the lever arm ratios of the bearing point 10 to the position of the force measuring bolt 2 and of the bearing point 10 to the free ends 5.6 and their connection to the measuring body 16 must be carried out in accordance with the desired reinforcement.
  • the bearing point 10 of the measuring system 1 is shown in FIG.
  • the first lever arm 4 has a particularly U-shaped receiving section 7 through which a shaft 11 is guided and fixed in a rotationally fixed manner relative to the first lever arm 4 , the second lever arm 3 being pivotably mounted on the shaft 11 .
  • first lever arm 4 it would also be conceivable for the first lever arm 4 to be pivoted relative to the second lever arm 3 by means of a roller bearing.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the measuring system 1, in which the measuring body 16 is designed in two parts and has a first carriage and a second carriage, each of which is connected to one of the lever arms 3, 4, with at least one of the carriages being subjected to the action of translation in relation to the each other slide is displaceable.
  • the lower carriage in FIG. 2 is connected to the upper carriage by the bearing point 10 .
  • FIG. 2 A further modification of the embodiment of a force measuring system 1 known from FIG. 2 is shown in FIG.
  • a deflection roller 14 is rotatably mounted directly on the first lever arm 3 and guides the endless traction means 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftmesssystem (1 ) umfassend einen Kraftmessbolzen (2), wobei das Kraftmesssystem (1 ) einen ersten Hebelarm (3) und einen mittels einer Lagerstelle (10) schwenkbar an dem ersten Hebelarm (3) gelagerten zweiten Hebelarm (4) aufweist, wobei ein erstes freies Ende (5) des ersten Hebelarms (3) und ein zweites freies Ende (6) des zweiten Hebelarms (4) jeweils mit einem Messkörper (16) derart gekoppelt sind, dass bei einer Kraftbeaufschlagung auf den Messkörper (16) der erste Hebelarm (3) gegenüber dem zweiten Hebelarm (4) verschwenkt wird, wobei an dem ersten Hebelarm (3) oder dem zweiten Hebelarm (4) ein Aufnahmeabschnitt (8) zur kraftschlüssigen Aufnahme des Kraftmessbolzens (2) ausgebildet ist, und der Aufnahmeabschnitt (8) im kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers (16) an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm (3,4) anliegt.

Description

Kraftmesssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftmesssystem umfassend einen Kraftmessbolzen.
Bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen ist die Information zu einer auf ein Bauteil einwirkenden Kraft für die Lebensdauer der mit dieser Kraft belasteten Bauteile von großer Bedeutung. Zur Erfassung derartiger Kräfte bzw. Momente werden häufig Dehnungsmessstreifen (DMS) eingesetzt. Auch sind sogenannte Kraftmessbolzen bekannt, die in ein kraftbeaufschlagtes Bauteil eingesetzt werden können. Kraftmessbolzen sind also Verbindungsbolzen zwischen kraftübertragenden Maschinenelementen, die neben ihrer Funktion als Bolzen gleichzeitig eine Messung der in ihnen auftretenden Querkräfte ermöglichen. Ein derartiger Kraftmessbolzen ist beispielsweise aus der DE 102016215794 B3 bekannt.
In den meisten Anwendungsfällen derartiger Kraftmessbolzen bedarf es jedoch eines Expertenwissens für die Bestimmung der richtigen Position, der Ausgestaltung der Geometrie und Kalibration eines auf einen Kraftmessbolzen basierenden Messsystems. Je nach Kombination der auf ein Bauteil wirkenden Kräfte und des konstruktiv minimal zulässigen Querschnitts kann es zu einer Unterschreitung der für eine mit einem Kraftmessbolzen durchzuführenden Messung benötigten Dehnung kommen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftmesssystem mit einem Kraftmessbolzen bereitzustellen, dass hinsichtlich seiner Montage- und Anwenderfreundlichkeit verbessert ist und eine hohe Messgenauigkeit realisieren kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftmesssystem umfassend einen Kraftmessbolzen , wobei das Kraftmesssystem einen ersten Hebelarm und einen mittels einer Lagerstelle schwenkbar an dem ersten Hebelarm gelagerten zweiten Hebelarm aufweist, wobei ein erstes freies Ende des ersten Hebelarms und ein zweites freies Ende des zweiten Hebelarms jeweils mit einem Messkörper derart gekoppelt sind, dass bei einer Kraftbeaufschlagung auf den Messkörper der erste Hebelarm gegenüber dem zweiten Hebelarm verschwenkt wird, wobei an dem ersten Hebelarm oder dem zweiten Hebelarm ein Aufnahmeabschnitt zur kraftschlüssigen Aufnahme des Kraftmessbolzens ausgebildet ist, und der Aufnahmeabschnitt im kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm anliegt.
Durch die Integration eines Kraftmessbolzens in einer Art Zangenkonstruktion kann zum einen eine Kraftverstärkung erzielt werden. Zusätzlich steht durch die definierte Geometrie der Hebelarme im Bereich des Aufnahmeabschnitts des Kraftmessbolzens ein vorkalibriertes Kraft-Messsystem zu Verfügung, da das Verhältnis von Dehnung und Kraft aufgrund der gleichbleibenden Geometrie nahezu gleich ist.
Durch das erfindungsgemäße Kraftmesssystem mit einem Kraftmessbolzen kann ein einfach einzusetzendes und zu montierendes System ohne die Notwendigkeit einer Kalibration bereitgestellt werden. Ferner kann eine vorgeschaltete aufwendige Beratung hinsichtlich einer konstruktiven Aufnahme des Kraftmessbolzens in einem kraftbeaufschlagten Bauteil entfallen, da der Kraftmessbolzen nicht mehr direkt in das kraftbeaufschlagte Bauteil eingebracht werden muss. Ferner wird ein Messsystem bereitgestellt, mit dem durch die o.g. Kraftverstärkung auch kleine Kräfte gemessen werden können.
Der Kraftmessbolzen weist vorzugsweise mindestens einen Messabschnitt zum Messen mindesten einer einwirkenden Kraft auf. In dem Messabschnitt befindet sich vorzugsweise zumindest ein an dem Kraftmessbolzen befestigter Dehnungsmessstreifen. Der Dehnungsmesstreifen kann zum Beispiel am Messabschnitt aufgeklebt sein. Mittels Dehnungsmesstreifen werden die durch die auftretenden Kräfte verursachten Dehnungen erfasst. Um die bei geklebten Dehnungsmesstreifen auftretende Sensordrift durch Materialkriechen zu verhindern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Dehnungssensor in Form einer im Bereich des Messabschnittes befindlichen mehrschichtigen Beschichtung auszubilden. Bevorzugte Ausführungsformen nutzen einen ersten Messabschnitt, welcher sich quer zur Längsrichtung des Kraftmessbolzens erstreckt. Optional oder ergänzend kann der Kraftmessbolzen mit einem zweiten Messabschnitt ausgestattet sein. Der zweite Messabschnitt kann sich ebenfalls an einer zu der Längsachse des Kraftmessbolzens senkrecht stehenden Stirnfläche oder an der sich über die Längsachse erstreckende Mantelfläche des Kraftmessbolzens angeordnet sein. Durch die Verwendung der unterschiedlich positionierten Messabschnitte können in unterschiedliche Richtungen wirkende Kräfte ermittelt werden.
Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, dass der Aufnahmeabschnitt bereits im nicht kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm anliegt, so dass bei der Messung keine „Totstrecke“ überwunden werden muss, bevor der Aufnahmeabschnitt kraftbeaufschlagt wird. Gemäß einer in diesem Zusammenhang weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmeabschnitt im nicht kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers unter einer Vorspannung an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm anliegt.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch die Vorspannung ein ungewolltes Abheben des Aufnahmeabschnitts von dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm sicher gestellt werden kann, so dass das Messsystem auch in Umgebungen mit stärkeren Schwingungen einsetzbar ist.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Aufnahmeabschnitt aus einem der Hebelarme in Richtung des gegenüberliegenden Hebelarms hervorsteht. Durch die geometrische Ausgestaltung eines so hervorstehenden Aufnahmeabschnitts kann seine mögliche Verformung unter Krafteinwirkung beeinflusst und konstruktiv gesteuert werden.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kraftmessbolzen in dem aus dem Hebelarm hervorstehenden Bereich des Aufnahmeabschnitts angeordnet ist, was sich hinsichtlich der Messgenauigkeiten des Systems als vorteilhaft erwiesen hat. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der an einem der Hebelarme anliegende Bereich des Aufnahmeabschnitts konvex ausgeformt ist, was einen definierten Krafteintrag gewährleistet und die Messgenauigkeit weiter verbessert.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Aufnahmeabschnitt an einer Position an einem der Hebelarme ausgebildet ist, die zwischen 2-40% der Längserstreckung des Hebelarms von der Lagerstelle in Richtung des freien Endes des Hebelarms entspricht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich in diesem Bereich eine hinreichend gute Kraftverstärkung und somit Empfindlichkeitserhöhung der Messung mittels des Kraftmessbolzens bewirken lässt.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Kraftmessbolzen mit seiner Längserstreckung orthogonal zu der auf den Messkörper einwirkenden Kraft in dem Aufnahmeabschnitt angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Kraftmessbolzen eine besonders vorteilhafte Messempfindlichkeit bzw. -genauigkeit aufweist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der erste Hebelarm einen insbesondere U-förmigen Aufnahmeabschnitt aufweist, durch den eine Welle geführt und drehfest gegenüber dem ersten Hebelarm fixiert ist, wobei der zweite Hebelarm schwenkbar an der Welle gelagert ist, wodurch sich ein konstruktiv besonders einfache Lagerstelle ausgebildet werden kann.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der erste Hebelarm gegenüber dem zweiten Hebelarm schwenkbar mittels einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung gelagert ist, wodurch die Reibung in der Lagerstelle des Messsystems reduziert werden kann. Grundsätzlich wäre es natürlich auch denkbar, dass die Lagerstelle mittels einer zwischen dem ersten Hebelarm und dem zweiten Hebelarm ausgebildeten Elastizität realisiert ist. Hierzu können beispielsweise federelastische Werkstoffe und/oder konstruktive Maßnahmen, wie Querschnittsverjüngungen vorgesehen werden, die zwischen dem ersten Hebelarm und dem zweiten Hebelarm eine Schwenkbeweglichkeit ausbilden. So wäre es ebenfalls denkbar, dass der erste Hebelarm und der zweite Hebelarm einstückig ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass an einem der Hebelarme eine Umlenkrolle, insbesondere zur Führung eines Endloszugmittels, drehbar angeordnet ist. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, das Kraftmesssystem direkt mit einem Riementrieb zu verbinden. Eine mögliche Anwendung kann hierbei die Erfassung der Vorspannung (statisch und dynamisch) des Riementriebes sein. Auf Basis dieser Information kann beispielsweise die Riemenvorspannung eingestellt werden (statische Messung) oder beispielhaft die dynamische Vorspannung zur Zustandsbewertung des Riemens und zur lastabhängigen Beurteilung der Lagerstellen genutzt werden.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Werkstück zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten Schlitten und einen zweiten Schlitten aufweist, die jeweils mit einem der Hebelarme verbunden sind, wobei wenigstens einer der Schlitten unter Krafteinwirkung translatorisch gegenüber dem jeweils anderen Schlitten versetzbar ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass das Messystem auch in beengten oder komplexen Bauraumsituationen anwendbar ist, indem sich beispielsweise einer der Hebelarme über einen ersten Schlitten an einem ortsfesten Werkstück und der andere Hebelarm über den zweiten Schlitten an ein kraftbeaufschlagtes Werkstück gekoppelt ist, so dass bei Kraftbeaufschlagung der zweite Schlitten gegenüber dem ersten Schlitten translatorisch versetzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Kraftmesssystems mit einem Kraftmessbolzen in einer schematischen Darstellung,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines Kraftmesssystems mit einem Kraftmessbolzen in einer schematischen Darstellung,
Figur 3 eine Lagerstelle des Kraftmesssystems in einer Querschnittsansicht,
Figur 4 ein Kraftmessbolzen in einer perspektivischen Darstellung und
Figur 5 eine dritte Ausführungsform eines Kraftmesssystems mit einem Kraftmessbolzen in einer schematischen Darstellung.
Die Figur 1 zeigt ein Kraftmesssystem 1 umfassend einen Kraftmessbolzen 2. Das Kraftmesssystem 1 besitzt einen ersten Hebelarm 3 und einen mittels einer Lagerstelle 10 schwenkbar an dem ersten Hebelarm 3 gelagerten zweiten Hebelarm 4. Ein erstes freies Ende 5 des ersten Hebelarms 3 und ein zweites freies Ende 6 des zweiten Hebelarms 4 sind jeweils mit einem Messkörper 16 derart gekoppelt, dass bei einer Kraftbeaufschlagung auf den Messkörper 16 (angedeutet durch die beiden aufeinander zu gerichteten Pfeilen) der erste Hebelarm 3 gegenüber dem zweiten Hebelarm 4 verschwenkt wird. Es ist anhand der Figur 1 gut zu erkennen, dass die Hebelarme 3,4, in ihren kinematisch relevanten Abmessungen im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. An dem ersten Hebelarm 3 ist ein Aufnahmeabschnitt 8 zur kraftschlüssigen Aufnahme des Kraftmessbolzens 2 ausgebildet, der bereits im nicht kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers 16 an dem ihm gegenüberliegenden zweiten Hebelarm 4 anliegt. Auch wäre es grundsätzlich denkbar, dass der Aufnahmeabschnitt 8 im nicht kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers 16 unter einer Vorspannung an dem ihm gegenüberliegenden zweiten Hebelarm 4 anliegt. Der an sich aus dem Stand der Technik vorbekannte Kraftmessbolzen 2 befindet sich kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Presspassung, innerhalb einer Bohrung des Aufnahmeabschnitts 8. Der Kraftmessbolzen 2, der im Detail in der Figur 4 gezeigt ist, besitzt einen ersten Messabschnitt 12, welcher sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 2 erstreckt. Des Weiteren ist der Kraftmessbolzen 2 mit einem zweiten Messabschnitt 13 ausgestattet. Der zweite Messabschnitt 13 ist an einer zu der Längsachse des Kraftmessbolzens 2 senkrecht stehenden Stirnfläche des
Kraftmessbolzens 2 angeordnet. In den Messabschnitten 12, 13 sind vorzugweise an dem Kraftmessbolzen 2 befestigte Dehnungsmessstreifen 14 positioniert. Die Dehnungsmessstreifen 14 können beispielsweise an den
Messabschnitten 12, 13 aufgeklebt sein. Die Dehnungsmesstreifen 14 dienen zur Erfassung der durch die auftretenden Kräfte verursachten Dehnungen. Die Messabschnitte 12, 13 können alternativ auch eine mehrschichtige Beschichtung zur Realisierung eines Dehnungssensors aufweisen.
Die aus der Belastung resultierende elastische Verformung bzw. Dehnung des Kraftmessbolzens 2 wird durch den Dehnungsmessstreifen 14 an dem Messabschnitt 13 oder entsprechende Beschichtungen erfasst. Der Dehnungsmessstreifen 14 an dem Messabschnitt 12 dient der Temperaturkompensation. Die Umrechnung in eine Kraft kann beispielsweise auf Basis einer Kalibration in einem End of Line Prüfstand oder auf Basis einer entsprechenden Berechnung erfolgen.
Der Figur 1 ist auch gut entnehmbar, dass der Aufnahmeabschnitt 8 aus dem ersten Hebelarm 3 in Richtung des gegenüberliegenden zweiten Hebelarms 4 hervorsteht und der Kraftmessbolzen 2 in dem aus dem Hebelarm hervorstehenden Bereich des Aufnahmeabschnitts 8 angeordnet ist. Der Kraftmessbolzen 2 ist mit seiner Längserstreckung orthogonal zu der auf den Messkörper 16 einwirkenden Kraft in dem Aufnahmeabschnitt 8 angeordnet. Der an dem zweiten Hebelarm 4 anliegende Bereich 9 des Aufnahmeabschnitts 8 ist konvex ausgeformt.
Der Aufnahmeabschnitt 8 ist an einer Position an dem ersten Hebelarm 3 ausgebildet, die zwischen 2-40% der Längserstreckung des ersten Hebelarms 3 von der Lagerstelle 10 in Richtung des freien Endes 5 des ersten Hebelarm 3 entspricht. Um unterschiedliche Verstärkungen zu erhalten, sind die Hebelarmeverhältnisse von Lagerstelle 10 zur Position des Kraftmessbolzens 2 und von Lagerstelle 10 zur den freien Enden 5,6 und deren Anbindung an den Messkörper 16 entsprechend der gewünschten Verstärkung auszuführen.
In der Figur 3 ist die Lagerstelle 10 des Messsystems 1 gezeigt. Hierbei weist der erste Hebelarm 4 einen insbesondere U-förmigen Aufnahmeabschnitt 7 auf, durch den eine Welle 11 geführt und drehfest gegenüber dem ersten Hebelarm 4 fixiert ist, wobei der zweite Hebelarm 3 schwenkbar en der Welle 11 gelagert ist.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass der erste Hebelarm 4 gegenüber dem zweiten Hebelarm 3 mittels einer Wälzlagerung schwenkbar gelagert ist.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Messsystems 1 , bei der das Messkörper 16 zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten Schlitten und einen zweiten Schlitten aufweist, die jeweils mit einem der Hebelarme 3,4 verbunden sind, wobei wenigstens einer der Schlitten unter Krafteinwirkung translatorisch gegenüber dem jeweils anderen Schlitten versetzbar ist. Der in der Figur 2 untere Schlitten ist durch die Lagerstelle 10 mit dem oberen Schlitten verbunden.
Eine weitere Abwandlung der aus der Figur 2 bekannten Ausführungsform eines Kraftmesssystems 1 ist in der Figur 5 gezeigt. Hierbei ist eine Umlenkrolle 14 direkt an dem ersten Hebelarm 3 drehbar gelagert und führt das Endloszugmittel 15.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
1 Kraftmesssystem
2 Kraftmessbolzen
3 erster Hebelarm
4 zweiter Hebelarm
5 erstes freie Ende
6 zweites freie Ende
7 Aufnahmeabschnitt
8 Aufnahmeabschnitt
9 anliegender Bereich
10 Lagerstelle
11 Welle
12 Messabschnitt
13 Messabschnitt
14 Umlenkrolle
15 Endloszugmittel
16 Messkörper

Claims

Ansprüche Kraftmesssystem (1 ) umfassend einen Kraftmessbolzen
(2), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftmesssystem (1 ) einen ersten Hebelarm (3) und einen mittels einer Lagerstelle (10) schwenkbar an dem ersten Hebelarm (3) gelagerten zweiten Hebelarm (4) aufweist, wobei ein erstes freies Ende (5) des ersten Hebelarms
(3) und ein zweites freies Ende (6) des zweiten Hebelarms (4) jeweils mit einem Messkörper (16) derart gekoppelt sind, dass bei einer Kraftbeaufschlagung auf den Messkörper (16) der erste Hebelarm (3) gegenüber dem zweiten Hebelarm
(4) verschwenkt wird, wobei an dem ersten Hebelarm (3) oder dem zweiten Hebelarm (4) ein Aufnahmeabschnitt (8) zur kraftschlüssigen Aufnahme des Kraftmessbolzens (2) ausgebildet ist, und der Aufnahmeabschnitt (8) im kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers (16) an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm (3,4) anliegt. Kraftmesssystem (1 ), nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (8) im nicht kraftbeaufschlagten Zustand des Messkörpers (16) unter einer Vorspannung an dem ihm gegenüberliegenden Hebelarm (3,4) anliegt. Kraftmesssystem (1 ), nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (8) aus einem der Hebelarme (3,4) in Richtung des gegenüberliegenden Hebelarms (3,4) hervorsteht. Kraftmesssystem (1 ), nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmessbolzen (2) in dem aus dem Hebelarm hervorstehenden Bereich des Aufnahmeabschnitts (8) angeordnet ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an einem der Hebelarme (3,4) anliegende Bereich (9) des Aufnahmeabschnitts (8) konvex ausgeformt ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (8) an einer Position an einem der Hebelarme (3,4) ausgebildet ist, die zwischen 2-40% der Längserstreckung des Hebelarms (3,4) von der Lagerstelle (10) in Richtung des freien Endes (5,6) des Hebelarms (3,4) entspricht. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmessbolzen (2) mit seiner Längserstreckung orthogonal zu der auf den Messkörper (16) einwirkenden Kraft in dem Aufnahmeabschnitt (8) angeordnet ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (4) einen insbesondere U-förmigen Aufnahmeabschnitt (7) aufweist, durch den eine Welle (11 ) geführt und drehfest gegenüber dem ersten Hebelarm (4) fixiert ist, wobei der zweite Hebelarm (3) schwenkbar an der Welle (11 ) gelagert ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (4) gegenüber dem zweiten Hebelarm (3) schwenkbar mittels einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung gelagert ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (16) zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten Schlitten und einen zweiten Schlitten aufweist, die jeweils mit einem der Hebelarme (3,4) verbunden sind, wobei wenigstens einer der Schlitten unter Krafteinwirkung translatorisch gegenüber dem jeweils anderen Schlitten versetzbar ist. Kraftmesssystem (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Hebelarme (3,4) eine Umlenkrolle (14), insbesondere zur Führung eines Endloszugmittels (15), drehbar angeordnet ist.
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