DD243985B5 - FORCE MEASURING AXIS - Google Patents

Description

Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments. The accompanying drawings show Fig. 1: eine KraftmeßachseFig. 1: a Kraftmeßachse Fig. 2: eine weitere Ausführung einer Kraftmeßachse.Fig. 2: another embodiment of a Kraftmeßachse.

In Fig. 1 ist eine Kraftmeßachse 1 dargestellt, die durch beispielsweise eine Seilrolle 2 belastet ist und sich in den Auflagern 3 abstützt. In die Kraftmeßachse 1 sind zu beiden Seiten je eine schräge Bohrung 4 bzw. 5 eingebracht. Auf den jeweils vom Bohrungsgrund gebildeten Flächen 6 bzw. 7 sind die Dehnmeßstreifen 8 bzw. 9 appliziert. Die Bohrungen 4 bzw. 5 sind derart eingebracht, daß die Flächen 6 bzw. 7 jeweils im Mittelpunkt von der strichpunktiert dargestellten neutralen Faser durchstoßen werden. Außerdem sind die Dehnmeßstreifen 8 und 9 auf den Flächen 6 und 7 so appliziert, daß die neutrale Faser jeweils durch den Wirkmittelpunkt der Dehnmeßstreifen 8 und 9 verläuft. Die Dehnmeßstreifen 8 und 9 befinden sich jeweils senkrecht zur Krafteinleitungsebene, wobei ihre einzelnen Widerstandsdrähte parallel dazu liegen und um 45° zur neutralen Faser in der Längsachse der Kraftmeßachse 1 geneigt sind. Die Anschlußdrähte der Dehnmeßstreifen zum Meßgerät sind in Fig. 1 nicht dargestellt.In Fig. 1, a Kraftmeßachse 1 is shown, which is loaded by, for example, a pulley 2 and is supported in the supports 3. In the force measuring 1 each have an oblique bore 4 and 5 are introduced on both sides. On the respective surfaces formed by the bottom 6 and 7, the strain gauges 8 and 9 are applied. The bores 4 and 5 are introduced in such a way that the surfaces 6 and 7 are pierced in each case in the center of the dot-dashed neutral fiber. In addition, the strain gauges 8 and 9 are applied to the surfaces 6 and 7 so that the neutral fiber extends through the active center of the strain gauges 8 and 9, respectively. The strain gauges 8 and 9 are each perpendicular to the force introduction plane, with their individual resistance wires lying parallel thereto and inclined at 45 ° to the neutral fiber in the longitudinal axis of the force measuring axis 1. The connecting wires of the strain gauges to the meter are not shown in Fig. 1.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, daß sich die Dehnmeßstreifen in der neutralen Zone in der Krafteinleitungsebene, also im Bereich der maximalen Schubspannungen befinden. Dadurch lassen sich maximale Ausgangssignale erreichen und außerdem die Empfindlichkeit gegenüber parasitären Kräften verringern. Darüber hinaus wird die Schwächung des Querschnitts der Kraftmeßachse erheblich eingeschränkt und die Sicherheit bei der Kraftübertragung erhöht.The advantages of the invention will become apparent from the fact that the strain gauges are in the neutral zone in the force introduction plane, ie in the range of maximum shear stresses. This can achieve maximum output signals and also reduce the sensitivity to parasitic forces. In addition, the weakening of the cross section of the load cell is significantly restricted and increases the safety in power transmission.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausbildungsvariante unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Flächen 6 und 7 nicht mit einer Bohrtechnologie erreichbar sind, sondern hierzu müssen elektroerosive Verfahren oder Schmiedetechnologien zur Anwendung kommen. Dafürtritt aber eine Schwächung der Kraftmeßachse 1 nur im Bereich der neutralen Faser auf, so daß das Widerstandsmoment unwesentlich verringert wird.The embodiment shown in Fig. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the surfaces 6 and 7 are not accessible with a drilling technology, but this must be used for electrical discharge machining processes or forging technologies. However, a weakening of the force measuring axis 1 only occurs in the region of the neutral fiber, so that the moment of resistance is insignificantly reduced.

Claims (1)

Kraftmeßachse mit Dehnmeßstreifen zur Messung von Schubspannungen, gekennzeichnet dadurch, daß in der Kraftmeßachse (1) mindestens eine unter vorzugsweise 45° zu deren Längsachse geneigte Fläche (6 bzw. 7) vorgesehen ist, durch die vorzugsweise im Mittelpunkt die neutrale Faser der Kraftmeßachse (1) verläuft und deren Normale im Schnittpunkt der neutralen Faser mit der Fläche (6 bzw. 7) parallel zur Krafteinleitungsebene liegt, und daß auf der Fläche (6 bzw. 7) die Dehnmeßstreifen (8 bzw. 9) appliziert sind.Kraftmeßachse with strain gauges for measuring shear stresses, characterized in that in the Kraftmeßachse (1) at least one preferably at 45 ° to the longitudinal axis inclined surface (6 or 7) is provided, preferably through the center of the neutral fiber of the Kraftmeßachse (1 ) and whose normal at the intersection of the neutral fiber with the surface (6 or 7) is parallel to the force introduction plane, and that on the surface (6 or 7), the strain gauges (8 or 9) are applied. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft die Anordnung von Dehnungsmeßstreifen zur Messung von kraftproportionalen Dehnungen in einer querkraftbelasteten Kraftmeßachse.The invention relates to the arrangement of strain gauges for the measurement of force-proportional strains in a force-loaded transverse load axis. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es ist bekannt, Organe von Kraftübertragungsanordnungen neben ihrer kraftübertragenden Funktion zur Kraftermittlung zu nutzen. Dazu werden diese Organe so umgestaltet, daß unter Beibehaltung der für die eigentliche Funktion wichtigen äußeren Abmessungen die Abnahme lastproportionaler elektrischer Signale möglich wird. Derartige Organe mit genannter Doppelfunktion sind unter anderem als Kraftmeßachse bekannt. Aus der Vielzahl der Meßprinzipe gelangt in zunehmendem Maße das Prinzip der Schubdehnungsmessung zur Anwendung, da hier beispielsweise durch Verschleiß hervorgerufene Veränderungen in der Krafteinleitung ohne größeren Einfluß auf die Meßergebnisse bleiben. Nach diesem Prinzip ist eine Vorrichtung für Kraftübertragung bekannt, bei der ein schubbelasteter Kraftübertragungsstift mit einem sich in der Längsrichtung des Stiftes erstreckenden Loch versehen ist, an dessen Innenwand Dehnungsmeßstreifen für die Kraftmessung angebracht sind. Mit dem Ziel, ein kräftigeres Signal zu erhalten, wurde diese Vorrichtung gemäß DE-OS 2807734, G 01L1/22 dahingehend weiterentwickelt, daß sich im Stift mindestens zwei in der Längsrichtung verlaufende Löcher befinden. Bekannt sind weiterhin Kraftmeßachsen, bei denen in der Zone konstanter Querkraft beidseitige Bohrungen bis annähernd zur Mitte des belasteten Querschnitts mit je einer ebenen Grundfläche eingebracht sind und auf dieser entstehenden Membran die Dehnmeßstreifen appliziert sind (DE-OS 2725559, GB-PS 1209954, GB-PS 1459027, GB-PS 1595531). Nachteilig bei allen genannten Lösungen ist es, daß die Membran zwischen den längsgerichteten Löchern bzw. zwischen den Grundflächen der quergerichteten Bohrungen wegen des notwendigen Widerstandes gegen Ausbeulen eine endliche Dicke besitzen muß und sich der Dehnmeßstreifen deshalb nicht im Bereich der maximalen Schubspannung in der Krafteinleitungsebene befindet, so daß sich allgemein zu geringe Meßwerte und in der Wägetechnik ein ungünstiges Tara-Netto-Verhäitnis ergeben.It is known to use organs of power transmission arrangements in addition to their force-transmitting function for force determination. For this purpose, these organs are redesigned so that while maintaining the important for the actual function external dimensions, the decrease of load-proportional electrical signals is possible. Such organs with said dual function are known, inter alia, as Kraftmeßachse. From the large number of Meßprinzipe passes increasingly the principle of shear strain measurement used, since here, for example, caused by wear changes in the application of force remain without much influence on the results. According to this principle, a device for power transmission is known in which a thrust-loaded power transmission pin is provided with a extending in the longitudinal direction of the pin hole on the inner wall strain gauges are mounted for the force measurement. With the aim of obtaining a stronger signal, this device according to DE-OS 2807734, G 01L1 / 22 has been further developed such that there are at least two holes extending in the longitudinal direction in the pin. Also known are Kraftmeßachsen in which in the zone of constant transverse force bilateral holes are introduced to approximately the middle of the loaded cross section, each with a flat base and on this resulting membrane, the strain gauges are applied (DE-OS 2725559, GB-PS 1209954, GB PS 1459027, GB-PS 1595531). A disadvantage of all mentioned solutions is that the membrane between the longitudinal holes or between the bases of the transverse bores must have a finite thickness because of the necessary resistance to buckling and therefore the strain gauge is not in the range of maximum shear stress in the force introduction plane, so that generally too low measured values and in the weighing technique result in an unfavorable tare net ratio. Der Abstand der Meßebene von der neutralen Zone bzw. der Krafteinleitungsebene erfordert bei der Fertigung der Flächen für die Dehnmeßstreifen sowie bei derem Einbau äußerste Genauigkeit, weil sonst bei unterschiedlichen Abständen der Dehnmeßstreifen von der Krafteinleitungsebene das ohnehin nicht dem Maximalwert entsprechende Meßergebnis noch zusätzlich durch parasitäre Kräfte, wie Verkantungen oder Verdrehungen, negativ beeinflußt wird. Außerdem tritt durch die Vielzahl der Bohrungen eine erhebliche Schwächung des Querschnitts der Kraftmeßachse ein, wodurch eine Gefährdung der für ihre Funktion als Kraftübertragungsorgan notwendigen Sicherheit nicht ausgeschlossen ist.The distance of the measuring plane of the neutral zone or the force application level requires in the manufacture of the surfaces for the strain gauges and inem installation extreme accuracy, because otherwise at different distances of the strain gauges of the force introduction level anyway not the maximum value corresponding measurement result additionally by parasitic forces how tilting or twisting is negatively affected. In addition, due to the multiplicity of bores, a considerable weakening of the cross section of the force measuring axis occurs, as a result of which the safety required for its function as a force transmission element is not precluded. Ziel der ErfindungObject of the invention Die Erfindung hat als Ziel eine Kraftmeßachse mit Dehnungsmeßstreifen, durch deren Anordnung in der Kraftmeßachse maximale Ausgangssignale gewonnen werden, die Empfindlichkeit gegenüber parasitären Kräften auch bei geringen Ungenauigkeiten bei der Fertigung der Applikationsfläche und dem Einbau der Dehnmeßstreifen verringert wird und nahezu keine schädigende Auswirkung auf die Kraftmeßachse hinsichtlich der für ihre Kraftübertragungsfunktion erforderlichen Sicherheit eintritt.The invention has as a goal a Kraftmeßachse with strain gauges, the output of which in the force measuring maximum output signals are obtained, the sensitivity to parasitic forces is reduced even with low inaccuracies in the production of the application surface and the installation of strain gauges and almost no damaging effect on the Kraftmeßachse with regard to the safety required for its power transmission function. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Aufgabe der Erfindung ist es, die Dehnmeßstreifen in der Kraftmeßachse derart anzuordnen, daß ihr Wirkmittelpunkt in der Krafteinleitungsebene liegt und die durch das Einbringen der Dehnmeßstreifen bewirkte Schwächung des Querschnitts die Tragfähigkeit der Kraftmeßachse nur unwesentlich beeinträchtigt.The object of the invention is to arrange the strain gauges in the Kraftmeßachse such that their center of action lies in the force application plane and the weakening of the cross section caused by the introduction of the strain gauges affects the carrying capacity of the Kraftmeßachse only insignificantly. Erfindungsgemäß ist in der Kraftmeßachse mindestens eine Fläche vorgesehen, die unter vorzugsweise 45° zur Längsachse der Kraftmeßachse geneigt ist. Vorzugsweise im Mittelpunkt durchstößt die neutrale Faser der Kraftmeßachse diese Fläche, auf der ein Dehnmeßstreifen so appliziert ist, daß durch seinen Wirkmittelpunkt die neutrale Faser verläuft. Ein weiteres Merkmal bezüglich der Anordnung der Fläche besteht darin, daß die Normale der Fläche im Schnittpunkt der neutralen Faser mit der Fläche parallel zur Krafteinleitungsebene liegt.According to the invention at least one surface is provided in the Kraftmeßachse, which is inclined at preferably 45 ° to the longitudinal axis of the Kraftmeßachse. Preferably in the center of the neutral axis of the Kraftmeßachse pierces this surface on which a strain gauge is applied so that extends through its center of action, the neutral fiber. Another feature of the arrangement of the surface is that the normal of the surface at the intersection of the neutral fiber with the surface is parallel to the force introduction plane.