DE2117477C3 - Kraftmeßwertwandler - Google Patents

Description

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Verbindung zwischen dem Krafteinleitungsteil und gnale des Kraftmeßwertwandlers zur Steuerung einer dem Gehäuse darstellt sowie ebenfalls vom Atmo- Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Band- oder sphärendruck beaufschlagt wird. Die Bälge bzw. die Drahtwatemaschine, verwendet werden. Beispiele-Membranen entsprechen den Verbindungselementen weise kann nur bei stabiler Null-Lage die Einstellung des Kraftmeßwertwandlers der eingangs beschriebe- 5 des Walzenspaltes zwischen den Maschinenwalzen nen Art. dauerhaft und genau beibehalten werden.

Beiden bekannten Anordnungen ist ein wesentli- Ein weiterer Vorteil ist in dem einfachen Aufbau

eher Nachteil gemeinsam. Die Biegebalken müssen des erfindungsgemäßen Kraftmeßwertwandlers zu se-

nümlich die gesamte Meßkraft aufnehmen. Sofern es hen. So kann beispielsweise der erfindungsgemäße

sich um das Messen großer Kräfte handelt, müssen »o Wandler eine zylindrische Form aufweisen und in dem

die Biegebalken entsprechend starr ausgebildet sein. festen und dem beweglichen Teil in Ausnehmungen

Damit vermindert sich zwangläufig die absolute Meß- mit zylindrischer und konzentrischer Form unterge-

genauigkeit der Anordnung. bracht sein, die ganz oder teilweise in den entspre-

Auch bei der aus der deutschen Patentschrift chenden Teilen vorgesehen sind. Dabei können diese

1949924 bekannten Kraftmeßdose muß der die *5 Ausnehmungen zeitsparend und mit großer Genauig-

Dehnmeßstreifen tragende Meßkörper bei seiner keit in einem Arbeitsgang durch Bohren auf einer Ma-

Verformung die gesamte aufgebrachte Meßkraft auf- schine hergestellt werden.

nehmen, worunter seine absolute Empfindlichkeit Der erfindungsgemäße Kraftmeßwertwandler kann

heim Messen großer Kräfte leidet. außerdem in einfacher Weise gegen große Tempera-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, »° turänderm,gen, aggressive Flüssigkeiten und Gase einen Kraftmeßwertwandler der bekannten Art zu und gegen mechanische Überbea.ispruchungen geschaffen, der diese Nachteile vermeidet >;nd beim schützt werden.

Messen von großen Kräften eine erhöhte Empfind- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin-

lichkeit besitzt und dementsprechend im Bereich der dungsgemäßen Kraftmeßwertwandlcrs ist zwischen

großen Kräfte geringe Kraftunterschiede feststellen *5 dem Krafteinleitungsteil und dem freien Ende des

kann. BiegebrJkens ein Kontaktglied angeordnet, das mit

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- einer gegen die Kraftmeßrichtung weisende Spitze am

löst, daß die Verbindungselemente als parallel zur Krafteinleitungsteil anliegt. Dadurch können sowohl

neutralen Achse des Biegebalkens und senkrecht zur Biegekräfte als auch Scherkräfte in den Biegebaiken

Kraftmeßrichtung verlaufende, hei Meßbelastung un- 3< > eingeleitet und mittels der Dehnmeßstreifen gemessen

ter Zugspannung stehende Zugelemente ausgebildet werden.

sind, daß mindestens ein Zugelement die Enden von Eine besonders einfache Ausgestaltung und leichte

zwei sich parallel zur neutralen Achse des Biegebai- Herstellbarkeit wird durch eine vorteilhafte Ausfüh-

kens und nebeneinander erstreckenden Flanschendes rungsform erreicht, bei der der Halteteil und der

Halteteils bzw. des Krafteinleitungsteils verbindet und 35 Krafteinleitungsteil einstückig miteinander ausgebil-

daß das freie Ende des Biegebalkens in einer zylindri- det sind, wobei zwischen den Zugelementen und den

sehen Ausnehmung des Krafteinleitungsteils parallel zugehörigen Flanschen Schlitze vorgesehen sind,

zur neutralen Achse des Biegebalkens verschiebbar In vorteilhafter Weise sind als Überlastungsschutz

geführt ist. justierbare Schrauben vorgesehen, die sich durch die

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftmeß- 40 Flansche des Halteteils und von der Außenseite her wertwandlers sind insbesondere darin zu sehen, daß erstrecken und derart mit dem Krafteinleitungsteil zusich die Verbindungselemente parallel zur neutralen sammenwirken, daß die Spitzenbewegung des Kraft-Achse des Biegebalkens und dementsprechend senk- einleitungsteils von den Schrauben aufgenommen recht zur Kraftmeßrichtung erstrecken. Sie sind daher wird.

als Zugelemente ausgebildet und nehmen bei Meßbe- 45 Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erlastung diejenige Resultierende der Meßkraft auf, die findungsgemäßen Kraftmeßwertwandlers zeichnet parallel zur neutralen Achse des Biegebalkens ver- sich dadurch aus, daß der Krafteinleitungsteil oberläuft. Der Biegebalken seinerseits nimmt lediglich die halb des Halteteils liegt, daß der Halteteil an seinem rechtwinkligdazu verlaufende Komponente der ßela- zum ersten Zugelement gehörenden Flansch veranstungskraft auf und wandelt sie in ein proportionales 50 kert ist. daß das zweite Zugelement zwei horizontale, elektrisches Meßsignal um. Auf den Biegebalken nebeneinander liegende und parallele Arme von Haiwirkt also immer nur ein Teilbetrag der aufgebrachten teteil und Krafteinleitungsteil miteinander verbindet Kraft ein, so daß der Biegebalken entsprechend und daß der Kraftangriffspunkt an einem Fortsatz des schwächer und empfindlicher dimensioniert sein kann. K^aft.' inleitungsteiles vorgesehen ist, welcher auf der

Keiner der vorveröffentlichten Druckschriften 55 dem ersten Zugelement abgewandten Seite des zweikönnen Hinweise auf diejenigen erfindungsgemäßen ten Zugelementes liegt. Bei dieser Ausführungsform Merkmale entnommen werden, die es gestatten, einen verläuft die Fläche, an der der Halteteil befestigt ist, Teil der aufgebrachten Meßkraft über Zugelemente nicht senkrecht zur neutralen Achse des Biegebalkens, direkt in den Halteteil einzuleiten und !ediglich die sondern parallel zu dieser Achse,
senkrecht dazu verlaufende Komponente auf den Bie- 60 Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beigcbalken wirksam werden zu lassen. spielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei einer Es zeigt

außerordentlich stabilen Null-Lage sowohl positive als Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vertikalansicht

auch negative Kräfte in Kraftmeßrichtung gemessen eines ersten Kraftmeßwertwandlers,

werden können. Die Stabilität der Null-Lage ist dabei 65 Fig. 2a eine Vertikalansicht einer zweiten Ausfüh-

sowohl bei Temperr.turänderung als auch bei mecha- rungsform,

nischer Überlastungin einem weiten Bereich gegeben. Fig. 2b eine andere Vertikalansicht der Ausfüh-

Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Meßsi- rungsform gemäß Fig. 2a und

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Hg. 3 cine teilweise geschnittene Vertikalansicht die in (ig. I gezeigte Ausführung besitzen, d h. es einer dritten Ausführungsform. kann eine Hache, aufweisen, die sich in Kontakt mit

In Fig. 1 weist der Kraftmcßwertwandler einen fe- der Oberfläche der /weiten Ausnehmung 9 befindet, sten Halteteil 1 und einen Krafteinleitungsteil 2 auf. Wenn im let/teren Fall der Wandler sowohl positive die miteinander durch zwei Verbindungs- oder Zug- 5 als auch negative Kräfte anzeigen soll, kann er darüber elemente 3 verbunden sind, die als schwache Federn hinaus in geeigneter Weise mit zwei kontaktglieder)! in Meßrichtung des Kraftmcßwertwandlers (im fol- ausgestaltet sein, die einander gegenüberliegend angenden kurz Wandler genannt) wirken. geordnet sind.

Die Meßrichtung des Wandlers füllt zusammen mit In der Ausfiihrungsform gemäß Fig. I ist der Haioder läuft parallel zu der Richtung der Kraft /·,,. In ^l0 teteil 1 an einem Unterbau od. dgl. angebracht, wähdem Wandler kann ein an sich bekannter Biegebalken rend der Tragarm 12 an dem Kraftcinlcitungsteil anverwendet werden, der einen Befestigungsteil 4 und gebracht ist Line Rolle 13 ist in dem Tragarm 12 ein freies Ende 5 aufweist. In der in Fig. 1 daigestcll- mit ihrei Achse 14 gelagert Über die Rolle 13 ist ten Ausführungslorm hat das Befestigungsteil 4 zylin- beispielsweise eine Schnur 15 geführt, in der eine elrische Gestalt. Dasselbe gilt für das freie Ende 5. d.is '5 Spannung Λ wirkt. Die Spannung mit eine resultieaußerdem Ausnehmungen aufweist, an denen Dehn- rende kralt Ii in der Achse 14 hervor, deren Richtung meßstreifen 7 angebracht sind. Der Halteteil 1 ist mit son der auf- und ablaufenden Richtung der Schnui einer ersten Ausnehmung 8 in Form einer durchge- 15 auf der Rolle 13 abhängt und die /erlegt werdeii henden Bohrung lur den Belestigungsteii 4 versehen. kann in eine non/oniaic· Kra'ikompmiciiitr r_h. die mii In gleicher Weise hat tier Kraftcinleitungsteil 2 eine »° der Meßrichtung zusammenfällt, inid in eine vertikale zweite Ausnehmung 9. in die sich das freie F'iidc 5 Kraftkomr monte /,. Da die /.ugelemente 3 in Mel.ides Wandlers erstreckt, wobei die beiden Ausneh- richtung bzw. in der horizontalen Richtung schwach mungen koaxial ausgeführt sind und so bemessen sind. sind, wird tier größte Teil der horizontalen Kiaftkom daß die neutrale Achse 10 des Wandlers im wesentli- ponente F_h von dem Wanuier auigenommen. Da die chen parallel zu den Zugelementen 3 verläuft und daß ^J5 Zugelemente 3 in der vertikalen Richtung starr sind die Meßrichtung (F_h) im west./.!lichen unter einem wird die vertikale Kraftkomponenle /·",. in entspre r "hten Winkel zu der neutralen Achse 10 ist. Der cher!cr Weise vollständig von den Zugelemcitcr Halteteil 1 hat außeiderr. erste Flaust It- l r' ■.—,■ la", aufgenommen. In diesem Heispiel ist die zu messende die sich an zweiten Flanschen la' und la" vorbei er- Kraft eine horizontale Kraft, jedoch ist es selbstver strecken, die an dem Krafteinleitungsteil 2 vorgese- 3° ständlich möglich, daß nichthorizontale Kräfte auf der hen sind, wobei schließlich die /.ugelemente 3 die En- Wandler wirken, wenn diesen· ein'' '-iner solchei den der ersten und den entsprechenden der /weiten Kraft entsprechende Lage zugeordnet ist. so daß du Flansche miteinander verbinden In der Ausführungs- Meßriclitungjeweils senkrecht/u der neutralen Achst form der Fig. 1 erstrecken sich die ersten Flansche 10 des Wandlers ist. Die Ausführungsform der Fig. I In'. l«"dcs Halteteils 1 auch außerhalb der zweiten 35 weist auch einen Überlastungsschutz mit Schraubei Flansche 2a'. 2a" des Krafteinleitungsteils 2. der sich 16 auf. die sich durch die ersten Flansche \a und 1«' daher in den Halteteil 1 herab erstreckt. Fine auf den am Halteteil 1 von der Außenseite her in das Innen. Krafteinleitungsteil 2 wirkende Fast verursacht daher des Wandlers erstrecken. Bei dieser Richtung dei eine Spannung in den zwei Zugelementen 3, die somit Schrauben 16 wirkt der Kraftcinleitungsteil 2 mit der auf Zugspannung- und nicht wie im Fall der vorbe- 40 Schraubenenden derart zusammen, daß die Spitzen kannten Wandler auf Druckspannung - dimensioniert bewegung des Krafteinleitungsteils 2 von den Schrau werden und daher mit verhältnismäßig kleinen Ab- hen 16 aufgenommen wird. Die Schrauben 16 sine messungen ausgeführt sein können. in ihrer justierten Stellung mittels Sicherungsmutteri

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erstrecken sich in dem Halteteil 1 gesichert.

die ersten und die /weiten Ausnehmungen 8. 9 außer- 45 Der Wandler nach den Fig. 2 a und 2 b ist gegen dem derart, daß die neutrale Achse 10 des Wandlers über der oben erläuterten Ausführungsform um W parallel zu den Längsrichtungen der Zugelemente 3 gedreht, wobei die neutrale Achse des Wandlers nur angeordnet ist. die in Fig. 1 mit der Zeichenebene parallel zu den Ouerrichtungen der Zugelcmentc 2 zusammenfällt. Der Wandler kann einstückig aus ei- verläuft. Diese Anordnung des Wandlers ermöglich¹ nem Block hergestellt sein, in dem Schlitze in bekann- 5° eine niedrige Bauhöhe, die in manchen Anwendungs ter Weise zur Erzeugung des Halteteils 1 und des fällen bedeutsam ist. Im Fall der Fig. 2 bewirken die Krafteinleitungsteils 2 ausgebildet werden können, Einlauf- und Auslaufrichtungen der Schnur 15 an dei wobei diese Schlitze darüber hinaus in geeigneter Rolle 13, daß die resultierende Kraft R in dem Lagei Weise so ausgebildet sein können, daß sie einen Über- mit der Meßrichtung zusammenfällt. Die dargestellte lastungsschutz bilden oder die Verwendung eines 55 Ausführungsform zeigt auch das obenerwähnte Kon-Überlastungsschutzes gestatten. taktglied 11 in Gestalt eines spitzen Keils, der dich

Der Krafteinleitungsteil 2 des Wandlers wirkt auf an der Oberfläche der zweiten Ausnehmung 9 anliegt das freie Ende 5 über ein Kontaktglied 11. das sich Gemäß Fig. 2b ist der Wandler mit Einschnitten ver in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Ausneh- sehen, die zur Bildung eines Streifens oder eines fla mung 9 befindet, und zwar entweder in Punktkontakt So chen Abschnitts führen, der sich senkrecht zur Zeich oder in Flächenkontakt, je nach Art des verwendeten nungsebene erstreckt, wobei dieser Streifen au Wandlers. Wenn der Wandler die Biegebeanspru- beiden Seiten Dehnmeßstreifen 7 trägt, chungen wahrnimmt, sollte das Kontaktglied 11 ent- Bei dem beschriebenen Wandler wird durch der

sprechend ein spitzes Teil aufweisen, das sich in Kon- symmetrischen Aufbau und die geringen über die takt mit der Oberfläche der zweiten Aasnehmung 9 65 Verbindungselemente ütertragenen Kräfte u. a. die befindet. Wenn andererseits der Wandler Schubkräfte gewünschte 1 emperatur-Stabiiität erreicht. Diese gewahrnimmt, die durch die Biegung des Biegebalkens 6 ringe Kraftübertragung über die Verbindungsele hervorgerufen sind, kann das Kontaktglied 11 auch mente wurde dadurch erreicht, daß sie sich in ge-

spanntcm Zustand (oder unter Zugbeanspruchung) befinden und dall nicht die Gefahr besteht. daß sie abbrechen; sie können daher mit vergleichsweise gelingen Abmessungen hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsforin eines erfindungsgemälien Wandlers. Der Krafteinleitungsteil 2 ist dabei unterhalb des Halteteils 1 angeordnet. Anstatt die Finden der ersten und rweiten Mansche miteinander zu verbinden, die sicli wie oben aneinander vorbei erstrecken, verläuft ein weiteres Verbindungselement 3' /wischen /wei uii dem Maltctcil 1

bzw. an dem Krafteinleitungsteil 2 einander gegenüberliegenden Teilen Ib bzw. Ib. Der verbleibende erste Flansch !«'des Halteteils 1 ist an der feststehenden Basis befestigt, während die zu messende Kraft

S an einem Befestigungsteil 2c an dem Krafteinleitungsteil 2 außerhalb des Verbindiingselements 3' auf der von der feststehenden Basis abgewandten Seite angreift.

Selbst wenn die abgewandelte Ausführungsform

ίο derart unsymmetrisch ist, ist die Dimensionierung der Verbindungsteile vorteilhaft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft einen Kruftmcßwertwutidler Patentansprüche: mil einem Dehnmeßstreifen tragenden Biegebalken, denm seinem einen Ende mit einem als Kraftwiderla-

1. Kraftmeßwertwandler mit einem Dehnmeß- gcr dienenden Halteteil fest verbunden ist und an seistreifen tragenden Biegebalken, der an seinem ei- 5 uem freien Ende mit einem zweiten, den Kraftannen Ende mit einem als Kraftwiderlager dienen- griffspunkt aufweisenden Krafteinleitungsteil in den Halteteil fest verbunden ist und an seinem Wirkeingriff steht, und bei dem die beiden kraftüberfreien Ende mit einem zweiten, den Kraftangriffs- tragenden Teile über mindestens zwei in Kraftmeßpunkt aufweisenden Krafteinleitungsteil in Wirk- richtung senkrecht zur neutralen Achse des Bicgebaleingriff steht, und bei dem die beiden kraftüber- ¹⁰ kens unter einer relativ zur aufgebrachten Kraft tragenden Teile über mindestens zwei in Kraft- geringen Kraft elastisch verformbare Verbindungsmeßrichtung senkrecht zur neutralen Achse des elemente verbunden sind.

Biegebalkens unter einer relativ zur aufgebrachten Im allgemeinen werden Kraftnießwerrwandler (im

Kraft geringen Kraft elastisch verformbare Ver- folgenden kurz Wandler genannt) dazu verwendet, um

bindungselemente verbunden sind, dadurch ge- ^χ5 aus zu messenden Kräften ein elektrisches Signal zu

kennzeichnet, daß die Verbindungselemente erzeugen, dessen Größe von der Größe der zu mes-

als parallel zur neutralen Achse des Biegebalkens senden Kraft abhängt. Dabei ist es wünschenswert,

und senkrecht zur Kraftmeßrichtung verlaufende, daß der Wandler gleichzeitig eine Haltevorrichtung

bei Meßbelastung unter Zugspannung stehende für das Werkstück od. dgl. bildet, auf das heispiels-

Zugelemeote (3) ausgebildet sind, daß mindestens so weise die zu messende Kraft wirkt. Außerdem sollen

ein Zugelenicnt (3) die Enden von zwei sich paral- die Kraftmeßwertwandler standardisierte Außenab-

IeI zur neutralen Achse des Biegebalkens und ne- messungen aufweisen, so daß der Wandler bei vcr-

beneinander erstreckenden Flanschen (Ia', la"; schiedenen Anwendungsfällen verwendet werden

2a', 2a") des Halteteils (1) bzw. des Krafteinlei- kann. Darüber hinaus kann die Haltevorrichtung bei

tungsteils (2) verbindet und daß das freie Ende 35 bestimmten Ausführungsformen den Wandler vor

(5) des Biegebalkens (6) in einer zylindrischen mechanischer Beschädigung und/oder vor Außenein-

Ausnehmung(9) des Krafteimeitungsteils (2) par- flüssen schützen.

allel zur neutralen Achse des Biegebalkens ver- Sowohl aus der deutschen Auslegeschrift 1263 351

schiebbar geführt isu als auch aus der schweizerischen Patentschrift 384895

2. Kraftmeßwertwandler nach Anspruch 1, da- 30 ist ein Verbindungselemente aufweisender Kraftmeßdurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kraft- wertwandler bekannt, der sich in Kraftmeßrichtung einleitungsteil (2) und dem freien Ende (S) des senkrecht zur neutralen Achse des Biegebalkens unter Biegebalkens ein Kontaktglied (11) angeordnet einer relativ zur aufgebrachten Kraft geringen Kraft ist, das mit einer gegen die Kraftmeßrichtung wei- elastisch verformen kann.

senden Spitze am Krafteinleitu igsteil (2) anliegt, js Bei der Anordnung nach der deutschen Auslegc-

3. Kraftmeßwertwandler nach Anspruch I oder schrift 1 263351 wird ein Bicgebalken verwendet, der 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (1) an beiden Enden eingespannt ist und mit seinem Mit- und der Krafteinleitungsteil (2) einstückig mitein- telstück den Krafteinleitungsteil bildet. Zu beiden ander ausgebildet sind und daß zwischen den Zug- Seiten des Krafteinleitungsteils sind Dehnmeßstreifen elementen (3) und den zugehörigen Flanschen 40 Vorgesehen. Um nun bei einer Verfonnung des Biege-(Ia', la"; 2a', 2a"; 2c) Schlitze vorgesehen sind. balkens Längsspannungen in den die Dehnmeßstrei-

4. Kraftmeßwertwandler nach einem der An- fen tragenden Bereichen zu vermeiden, weist der Biesprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gebalken in Kraftmeßrichtung verlaufende Schlitze überlastungsschutz justierbare Schrauben (16) auf, und zwar in denjenigen Bereichen, in denen die vorgesehen sind, die sich durch die Flansche (Ia', 45 eigentlichen Biegebalkenabschnitte in den gemeinsala") des Halteteils (1) und von der Außenseite men Krafteinleitungsteil übergehen. Dabei bleibt zu her erstrecken und derart mit dem Krafteinlei- jeder Seite des Krafteinleitungsteils ein starrer Steg tungsteil (2) zusammenwirken, daß die Spitzenbe- zwischen zwei von gegenüberliegenden Seiten in das wegung des Krafteinleitungsteils von den Schrau- Material hineinlaufenden Schlitzen stehen. Der starre ben aufgenommen wird. 50 Steg ist über ein Verbindungselement jeweils mit dem

5. Kraftmeßwertwandler nach einem der An- zugehörigen eigentlichen Biegebalkenabschnitt und sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Krafteinleitungsteil verbunden. Man erzielt auf Krafteinleitungsteil (2) oberhalb des Halteteils (1) diese Weise Verhältnisse, wie sie bei zwei einander liegt, daß der Halteteil (1) an seinem zum ersten gegenüberliegenden, jeweils gesondert beaufschlag-Zugelement (3) gehörenden Flansch (In') veran- 53 ten und nicht einstückig miteinander verbundenen kert ist, daß das zweite Zugelement (3') zwei hori- Biegebalken gegeben sind.

zontale, nebeneinander liegende und parallele Bei der Anordnung nach der schweizerischen Pa-

Arme (Ib, 2b) von Halteteil (1) und Krafteinlei- tentschrift 384895 ist der Biegebalken mit seinen tungsteil (2) miteinander verbindet und daß der Dehnmeßstreifen in einem luftdichten Gehäuse abge-Kraftangriffspunkt an einem Fortsatz (2c) des 60 schlossen. An der Durchführungsstelle des Kraftein-Krafteinleitungsteiles (2) vorgesehen ist, welcher leitungsteiles wird der luftdichte Abschluß zwischen auf der dem ersten Zugelement (3) abgewandten dem Krafteinleitungsteil und dem Gehäuse über eine Seite des zweiten Zugelementes (3') liegt (Fig. 3). Membran oder über einen Balg hergestellt. Um nun

diejenigen auf den Biegebalken einwirkenden Kräfte 85 zu kompensieren, die aus einem Über- oder Unter-

druck innerhalb des luftdichten Gehäuses resultieren,

ist an gegenüberliegender Stelle eine zweite Membran bzw. ein zweiter Balg vorgesehen, der ebenfalls eine