DE1204849B - Kraftmessglied - Google Patents

Description

• Kraftmeßglied Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßglied mit einem zwischen einem Krafteinleitungsteil einerseits und einem Widerlagerteil andererseits befindlichen, vorzugsweise durch seitliche Aussparungen geschaffenen Meßteil geringeren Querschnitts.
• Es sind zahlreiche Formen von Kraftmeßgliedern bekannt, welche alle unter Ausnutzung der Erkenntnis arbeiten, daß ein derartiges Glied unter der Einwirkung einer Kraft eine Formänderung erfährt.
• Unter Ausnutzung der bekannten physikalischen Gesetze kann man aus der Formänderung auf die sie verursachende Kraft rückschließen.
• Im einfachsten Fall besteht ein derartiges Meßglied aus einem Stab, der in Längsrichtung - eventuell auch quer hierzu - mit Meßelementen versehen ist, welche wiederum die Formänderung des Meßgliedes in eine Meßgröße umwandeln. Am zweckmäßigsten werden hierzu elektrische Widerstandsdehnungsmeßstreifen verwendet. Derartige Meßglieder stabartiger Ausbildung besitzen jedoch den Nachteil, daß im Verhältnis zu der erzeugenden Kraft eine Formänderung mit für eine Messung ausreichender Größe nur dann gewonnen wird, wenn das Meßglied verhältnismäßig elastisch ist. häufig ist dies aus meßtechnischen Gründen aber nicht erwünscht.
• Es ist, um diesem Nachteil abzuhelfen, bereits bekanntgeworde, aus einem stabartigen } teßglied durch Anbringen seitlicher Bohrungen oder Kerben oder Ausfräsungen einen Meßteil verminderter Querschnittes zu schaffen. An dieser Stelle verminderten Querscknittes werden sodann die Meßelemente angebracht. Unter Ausnutzung von Kerbspannungen wird hier eine, gemessen an der Formänderung des gesamten Meßgliedes, relativ hohe Form- bzw. Spannungsänderung erzielt. Derartige Meßglieder haben jedoch wiederum den Nachteil, daß die Größe der Kerbspannungen außerordentlich stark von der Oberflächengestaltung und von der Art der Krafteinleitung, beispielsweise von der Art des Einbaues eines derartigen Meßgliedes in eine Gesamteinrichtung, abhängig ist. So ist nur auf eine verhältnismäßig geringe Längserstreckung in Richtung der Längsachse eines derartigen Meßgliedes die Spannung hinreichend groß. In den benachbarten Zonen ist das Spannungsgefälle derart groß, daß nur eine kleine Fläche mit einigermaßen konstanten Spannungsverhältnissen zur Anbringung der Meßelemente zur Verfügung steht.
• Es ist weiterhin bekannt, im Meßteil seibst Bon rungen vorzusehen. Hierbei wird die Kraftwirkung an Hand des durch sie verursachten Biegeeffektes gemessen, wobei das Meßglied relativ großen elastischen Verformungen unterworfen ist. Diese Ausgestaltung bedingt eine relativ große Bauhöhe.
• Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet, und ein Meßglied zu schaffen, bei dem der Ausnutzung der Kerbspannungserscheinung überlagert die Ausnutzung eines Biegeeffektes möglich ist, wobei gleichzeitig über eine genügend große Längserstreckung hin annähernd konstante Spannungsverhältnisse geschaffen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß - in Richtung der Längsachse des Kraftmeßgliedes gesehen -vor und hinter dem Meßteil angebrachte, senkrecht zur Längsache verlaufende, vorzugsweise diese mit ihrer Längsachse schneidende Ausnehmungen vorgesehen sind, die vorzugsweise zu der durch ihre Längsachse und durch die Längsachse des Kraft meßgliedes bestimmten Ebene symmetrisch ausgebildet sind. Auf diese Weise wird ferner erreicht, daß die Dehnung im Meßteil weitgehend unabhängig von den Einspann- bzw. Auflageverhältuissen des Meßgliedes sind. Wie weiterhin festgestellt wurde, gelten diese Vorteile auch für die Verhältnisse in den Ausnellmungen selbst. Weiterhin ist die Zone im Meßteil, die annähernd gleich große Spannungsverhäitnisse und damit Dehnungsverhältnisse aufweist, wesentlich größer als bei den bekannten Einrichtungen, so daß die Anbringung größerer Meßelemente möglich ist, was wiederum den Vorteil einer exakteren Messung bedingt. Darüber hinaus ist es möglich, in den erfindungsgemäßen Ausnehmungen selbst wegen der dort herrschenden gleichartigen Spannungsverhältnisse Meßelemente anzubringen, so daß bei gleicher Steifigkeit des gesamten Meßgliedes, gemessen an den bekannten, die Kerbspannungserscheinung ausnutzenden Ausführungsformen, ein wesentlich höherer Meßeffekt erreicht wird.
• Durch die erfindungsgemäße Anbringung von Ausnehmungen wird erfahrungsgemäß keine wesentliche Änderung der Elastizität gegenüber den bekannten, die Kerbspannungserscheinung ausnutzenden Ausführungsformen erreicht, so daß sich das Festigkeitsverhalten des Meßgliedes nicht wesentlich ändert. Bezüglich des Festigkeitsverhaltens sind die erfindungsgemäßen Meßglieder den bekannten daher mindestens gleichzusetzen. Bezüglich des Meßeffektes sind sie jedoch wesentlich vorteilhafter als jene.
• Besonders zweckmäßig, insbesondere aus Herstellungsgründen, ist es, die Ausnehmungen durch Bohren zu schaffen. Es ist jedoch auch möglich, ovale Ausnehmungen oder Längsschlitze od. dgl. vorzusehen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt.
• Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Meßgliedes; Fig.2 eine Ansicht um 900 um die Längsachse gegenüber F i g. 1 gedreht.
• Aus einem zylindrischen Stab 1 ist durch seitliches Fräsen von Ausnehmungen 2 ein Meßglied herausgearbeitet worden, dessen Krafteinleitungsteil la und dessen Widerlagerteil 1 b die Kraft in das eigentliche Meßglied einleiten. Durch Anbringen von seitlichen Aussparungen 3 ist ein Meßteil 4 geschaffen, in dem zufolge Kerbwirkung relativ große Spannungen und Dehnungen auftreten. Erfindungsgemäß sind nun ober- und unterhalb des Meßteils 4, in Richtung der Meßachse des Kraftmeßgliedes gesehen, Bohrungen 5 und 6 symmetrisch zur Längsachse des Kraftmeßgliedes angebracht worden. Durch diese Bohrungen sind die Krafteinleitungsverhältnisse zwischen dem Kraftmeßglied 1 und dem Meßteil 4 so beeinflußt worden, daß ohne Verminderung des Kerbspannungseffektes ein Biegeeffekt überlagert wird und dadurch ein kontinuierlicherer Spannungsverlauf im Meßteil 4 und in dem angrenzenden Querschnitt auftritt. Die Konstruktion ermöglicht außer der an sich bekannten Anbringung von Meßstreifen 7 am Meßteil 4 die Anbringung weiterer Meßstreifen 8 in den Bohrungen 5 und 6, wodurch sich eine Verdoppelung des Meßeffektes ergibt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Kraftmeßglied mit einem zwischen einem Krafteinleitungsteil einerseits und einem Widerlagerteil andererseits befindlichen, vorzugsweise durch seitliche Aussparungen geschaffenen Meßteil geringeren Querschnitts, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß - in Richtung der Längsachse des Kraftmeßgliedes (1) gesehen -vor und hinter dem Meßteil angebrachte, senkrecht zur Längsachse verlaufende, vorzugsweise diese mit ihrer Längsachse schneidende Ausnehmungen (5, 6) vorgesehen sind, die vorzugsweise zu der durch ihre Längsachse und durch die Längsachse des Kraftmeßgliedes (1) definierten Ebene symmetrisch ausgebildet sind.
2. 2. Kraftmeßglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5, 6) durch Bohren gewonnen sind.
3. 3. Kraftmeßglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausnehmungen (5, 6) ebenso wie in an sich bekannter Weise am Meßteil (4) spannungs- oder dehnungsempfindliche Meßelemente (7, 8), vorzugsweise elektrische Widerstandsdehnungsmeßstreifen, angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 757; USA.-Patentschriften Nr. 2576417, 2775 887, 2796503.