DE2856607B1 - Force transducer for measuring forces acting on a test body - Google Patents

Description

Eine fertigungsmäßige einfache Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Aussparung als Längsschlitz und die Querschnittserweiterungen als sich an den Längsschlitz anschließende Rundbohrungen mit größeren Durchmessern ausgebildet sind. There is a simple embodiment of the invention in terms of manufacture in that the recess as a longitudinal slot and the cross-sectional enlargements as themselves formed on the longitudinal slot adjoining round bores with larger diameters are.

Von Vorteil ist es, wenn der Federkörper mit einem Schutzrohr versehen ist, in dem die Steckdose für die Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist. It is advantageous if the spring body is provided with a protective tube is, in which the socket for the strain gauges is arranged.

Durch diese Maßnahme ist der Kraftaufnehmer hinreichend gegen Beschädigungen und gegen Verschmutzung geschützt, wobei die gleichzeitige Aufnahme der Steckdose eine fertigungstechnisch einfache Lösung darstellt. With this measure, the force transducer is adequately protected against damage and protected against pollution, with the simultaneous inclusion of the socket represents a simple solution in terms of manufacturing technology.

Eine einfache Verbindung mit dem zu prüfenden Körper ist gegeben, wenn die Anschlußstutzen mit Innengewindebohrungen versehen sind. There is a simple connection with the body to be tested, if the connecting pieces are provided with internally threaded holes.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 Längsschnitt durch einen solchen Kraftaufnehmer nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 Biegemomentenverlauf über dem Kraftaufnehmer, Fig. 4 Längsschnitt (ausschnittsweise) durch einen Federkörper anderer Ausbildung. The following is an embodiment of the invention on the basis of Drawing described. 1 shows a longitudinal section through such a force transducer along the line I-I of FIG. 2, FIG. 2, section along the line II-II of FIG. 1, FIG. 3 Bending moment curve over the force transducer, Fig. 4 Longitudinal section (partial) by a spring body of a different design.

Der Kraftaufnehr.ler weist einen Federkörper 1 auf, der in einem Schutzrohr 2 angeordnet ist. Zwei Anschlußstutzen 3 und 4, die mit Innengewindebohrungen 5 und 6 versehen sind, an dem Federkörper 1 dienen zur Verbindung mit dem - gestrichelt dargestellten - Prüfkörper 7. The Kraftaufnehr.ler has a spring body 1 in a Protective tube 2 is arranged. Two connecting pieces 3 and 4, the ones with internally threaded holes 5 and 6 are provided on the spring body 1 are used to connect to the - dashed lines shown - test specimen 7.

Der Federkörper 1 weist im Bereich der Längsachse eine durchgehende symmetrische Aussparung als Längsschlitz 8 auf, an dessen Enden sich Bohrungen 9 und 10 anschließen. Die verbleibenden Längsstege 12 und 13 des Federkörpers 1 dienen dabei zur Messung. The spring body 1 has a continuous one in the area of the longitudinal axis symmetrical recess as a longitudinal slot 8, at the ends of which holes 9 and 10 connect. The remaining longitudinal webs 12 and 13 of the spring body 1 are used along with the measurement.

Jeweils paarweise an einer Wand des Längsschlitzes 8 und an der dazugehörigen Seite an der Außenwand des Federkörpers 1 bzw. an den Stegen 12 und 13 sind Dehnungsmeßstreifen 11 angeordnet. Aufgrund des konstanten Biegemomentenverlaufes in dem Federkörper, wie aus Fig. 3 ersichtlich, können die Dehnungsmeßstreifen, wie angegeben, an beliebiger Stelle der Längsstege 12 und 13 (mit Ausnahme des Übergangsbereiches von dem Längsschlitz 8 zu der Bohrung 9 oder 10) angeordnet sein. Notwendig sind jedoch nur jeweils zwei sich spiegelbildlich gegenüberliegende Paare von Dehnungsmeßstreifen, z. B. die vier auf der Querachse liegenden Dehnungsmeßstreifen. Die Dehnungsmeßstreifen sind in bekannter Weise mit einigen Korrektur- und Abgleichelementen zu einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet. Durch die gewählte paarweise Anordnung der Dehnungsmeßstreifen und der Verschaltung zu einer Wheatstone-Brücke wurden äußere Einwirkungen, insbesondere Temperaturänderungen sowie ungleich Belastung der beiden Schenkel, hervorgerufen durch ein der Zug-/Druckkraft überlagertes, äußeres unerwünschtes Biegemoment, kompensiert und haben somit keinen Einfluß auf die Meßspannung. In each case in pairs on one wall of the longitudinal slot 8 and on the associated one The side on the outer wall of the spring body 1 or on the webs 12 and 13 are strain gauges 11 arranged. Due to the constant bending moment curve in the spring body, As can be seen from Fig. 3, the strain gauges, as indicated, can be attached to any Location of the longitudinal webs 12 and 13 (with the exception of the transition area from the longitudinal slot 8 to the bore 9 or 10). However, only two are required at a time opposite pairs of strain gauges, e.g. B. the four strain gauges lying on the transverse axis. The strain gauges are in a known way with some correction and adjustment elements to a Wheatstone bridge interconnected. Due to the chosen arrangement of the strain gauges in pairs and the interconnection to a Wheatstone bridge were external influences, in particular Temperature changes as well as unequal loading of the two legs compensated by an external, undesired bending moment superimposed on the tensile / compressive force and therefore have no influence on the measuring voltage.

Dehnungsmeßstreifen sind passive Geber. So bedürfen die Kraftaufnehmer einer geeigneten Stromversorgung. In der Wahl der Stromart hesteht jedoch keine Einschränkung. Die Stromversorgung sowie das Abgreifen der Meßspannung wird über eine in dem Schutzrohr 2 angeordnete Steckdose 14 erreicht. Strain gauges are passive sensors. So need the force transducers a suitable power supply. However, there is no choice of current type Restriction. The power supply as well as the tapping of the measuring voltage is via a socket 14 arranged in the protective tube 2 is reached.

Wie aus der strichlierten Linie in der Fig. 3 ersichtlich, erfolgt die Verformung des Federkörpers im wesentlichen quer zur Kraftrichtung. Dadurch tritt nur eine sehr geringe Längenänderung auf. As can be seen from the dashed line in FIG. 3, takes place the deformation of the spring body essentially transversely to the direction of force. Through this only a very small change in length occurs.

InderFig. 4 ist ausschnittsweise ein Federkörper 1 dargestellt, der statt der runden Bohrungen 9 bzw. 10, die einfacher herzustellen sind, mit rechteckigen Ausnehmungen 9' bzw. 10' (nicht dargestellt) versehen sind. Durch diese Ausbildung wird ein vollständig gleichmäßiger Biegemomentenverlauf erreicht. IndianFig. 4 shows a section of a spring body 1, the instead of the round holes 9 and 10, which are easier to manufacture, with rectangular ones Recesses 9 'and 10' (not shown) are provided. Through this training a completely uniform bending moment curve is achieved.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Kraftaufnehmer zur Messung von auf einen Prüfkörper einwirkenden Kräften, insbesondere zum Messen der auf eine Spurstange einer Kraftfahrzeuglenkung einwirkenden Zug- und Druckkräfte, mit einem mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Federkörper, der mit Anschhlßstutzen zur Verbindung mit dem Prüfkörper versehen ist, der als länglicher Körper ausgebildet ist, dessen Außenkontur nur um ein geringes Maß größer ist als die des Prüfkörpers und der in Längsrichtung im Bereich der Längsachse eine Aussparung auf; weist, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Aussparung (8) sich quer durch den Federkörper (1) erstreckt, b) die Breite der Aussparung (8) so groß ist, daß zur Erreichung einer geringen Biegesteifigkeit nur ein geringer Restquerschnitt der durch die Aussparung (8) gebildeten Stege (12, 13) des Federkörpers (1) bleibt, c) das untere und das obere Ende der Aussparung (8) jeweils mit emer Querschnittserweiterung (9, 10) versehen ist, d) der Federkörper (1) an seiner Außenwand derartige Ausnehmungen aufweist, daß die Wandstärke der Stege (12, 13) trotz der Erweiterungcn (9, 10) überall etwa gleich groß ist, e) die Dehnungsmeßstreifen (11) sich jeweils paarweise gegenüberliegend an der Wand der Aussparung (8) und an der Außenwand des Federkörpers (1) angeordnet sind. Claims: 1. Force transducer for measuring on a test body Forces acting, in particular for measuring the on a tie rod of a motor vehicle steering system acting tensile and compressive forces, with a strain gauge provided Spring body, which is provided with connecting pieces for connection to the test body is, which is designed as an elongated body, the outer contour of only a small Dimension is greater than that of the test body and that in the longitudinal direction in the area of the longitudinal axis a recess on; has, characterized in that a) the recess (8) extends transversely through the spring body (1), b) the width of the recess (8) is so large is that to achieve a low flexural rigidity only a small residual cross-section the webs (12, 13) of the spring body (1) formed by the recess (8) remain, c) the lower and the upper end of the recess (8) each with a cross-sectional expansion (9, 10) is provided, d) the spring body (1) has such recesses on its outer wall has that the wall thickness of the webs (12, 13) despite the enlargements (9, 10) is approximately the same size everywhere, e) the strain gauges (11) are each paired opposite on the wall of the recess (8) and on the outer wall of the spring body (1) are arranged. 2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als Längsschlitz (8) und die Querschnittserweiterungen als sich an desn Längsschlitz (8) anschließende Bohrungen (9, 10) ausgebildet sind. 2. Force transducer according to claim 1, characterized in that the Recess as a longitudinal slot (8) and the cross-sectional enlargements as a desn Longitudinal slot (8) adjoining bores (9, 10) are formed. 3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als Längsschlitz (8) und die Querschnittserweiterungen als sich an den Längsschlitz (8) anschließende Durchlcrechungen (9) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. 3. Force transducer according to claim 1, characterized in that the Recess as a longitudinal slot (8) and the cross-sectional enlargements than to the Longitudinal slot (8) subsequent openings (9) with a rectangular cross-section are trained. 4. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (1) mit einem Schutzrohr (2) versehen ist, in dem die Steckdose (14) für die Dehnungsmeßstreifen (11) angeordnet ist. 4. Force transducer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the spring body (1) is provided with a protective tube (2) in which the socket (14) is arranged for the strain gauges (11). 5. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, die Anschlußstutzen (3, 4) mit Innengewindebohrungen (5, 6) versehen sind. 5. Force transducer according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the connecting pieces (3, 4) are provided with internally threaded bores (5, 6). Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a force transducer according to the preamble of claim 1. Derartige Kraftaufnehmer sind Meßgrößenumformer, die die auf sie einwirkende Last in ein analoges elektrisches Signal umformen. Diese Umformung erfolgt mit einen Federkörper, der sich unter Einwirkung der zu messenden Belastung verformt und dessen Verformung mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Such force transducers are transducers that act on them Convert the acting load into an analog electrical signal. This transformation takes place with a spring body that deforms under the action of the load to be measured and the deformation of which is detected with the aid of strain gauges. Die Dehnung auf der Oberfläche des Federkörpers ist dabei proportional der Belastung. Im Dehnungsmeßstreifen (einem metallischen Widerstandsgitter) wird die Dehnung praktisch ohne Verlust und ohne Einbuße an Genauigkeit direkt in eine elektrische Widerstandsänderung umgeformt. Die Umformung geschieht also auf dem denkbar kürzesten mechanischen Wege, völlig ohne bewegliche Teile. Hinzu kommt, daß die Massen der Dehnungsmeßstreifen praktisch vernachlässigbar sind, so daß das dynamische Verhalten des Kraftaufnehmers dadurch nicht verändert wird. The expansion on the surface of the spring body is proportional the burden. In the strain gauge (a metallic resistance grid) is the elongation directly into one with practically no loss and without loss of accuracy electrical resistance change transformed. The transformation takes place on the Conceivably shortest mechanical paths, completely without moving parts. Come in addition, that the masses of the strain gauges are practically negligible, so that the dynamic behavior of the force transducer is not changed as a result. In der US-PS 2466034 ist ein Hohlnippel beschrieben, der zur Messung der Zugspannung in Bohrgestängen mit Dehnungsmeßstreifen versehen ist. Dabei sind die Dehnungsmeßstreifen mit ihren Längsachsen parallel zur Längsachse des Nippels angeordnet. Die von dem Flüssigkeitsdruck herrührende Dehnungsspannung soll ausgeschaltet werden. Diese Vorrichtung bezieht sich auf ein Spezialgebiet und ist hierzu besonders ausgebildet. In US-PS 2466034 a hollow nipple is described which is used for measurement the tensile stress in drill pipes is provided with strain gauges. Are there the strain gauges with their longitudinal axes parallel to the longitudinal axis of the nipple arranged. The tensile stress resulting from the fluid pressure should be eliminated will. This device relates to, and is special to, a specialty educated. Für die Gestaltung eines Federkörpers, der an einer gewünschten Stelle an oder zwischen dem entsprechend geteilten Prüfkörper angeordnet werden muß, sind verschiedene Gesichtspunkte maßgebend, so u. a. For the design of a spring body that is in a desired location must be arranged on or between the correspondingly divided test specimen various aspects are decisive, including Belastungsrichtung und -größe, Meßgenauigkeit und geometrische Forderungen (z. B. Einbaumaße).Direction and size of load, measurement accuracy and geometric requirements (e.g. installation dimensions). In vielen Fällen, z. B. bei der Prüfung bestimmter Spurstangen, ist der Einbauraum in radialer Richtung beschränkt. In many cases, e.g. B. when testing certain tie rods is the installation space is limited in the radial direction. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer zu schaffen, der einen möglichst kleinen Außendurchmesser bei sehr guter Meßgenauigkeit aufweist. The present invention is therefore based on the object To create force transducers with the smallest possible outer diameter at very has good measurement accuracy. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by what is stated in the characterizing part of the claim 1 specified features solved. Durch die erfindunglgemäße Ausbildung des Federkörpers wird ein Kraftaufnehmer geschaffen, dessen Außendurchmesser nur um ein geringes Maß größer ist als der des zu prüfenden Körpers. Zug- und Druckkräfte erzeugen nun ein Biegemoment in dem Federkörper. Die gewählte Anordnung der Dehnungsmeßstreifen jeweils paarweise an der Wand der Aussparung und an der Außenwand des Federkörpers führt zu einer Dehnung des entsprechenden Dehnungsmeßstreifens, die proportional der Belastung ist. The inventive design of the spring body becomes a force transducer created, the outer diameter of which is only slightly larger than that of the body to be tested. Tensile and compressive forces now generate a bending moment in the spring body. The selected arrangement of the strain gauges in pairs on the wall of the Recess and on the outer wall of the spring body leads to an expansion of the corresponding Strain gauge, which is proportional to the load. Die Biegung des Federkörpers erfolgt dabei im wesentlichen quer zur Kraftrichtung.The bend of the spring body takes place essentially transversely to the Direction of force. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftaufnehmer ist die Forderung nach einer hohen Meßgenauigkeit ehne zu starke Schwächung des Federkörpers erfüllt. In the force transducer according to the invention, the requirement is for one high measuring accuracy met without excessive weakening of the spring body. Gleichzeitig ist der Kraftaufnehmer auch nicht so weich, als daß er die Steifigkeit des Prüfaufbaues negativ beeinflußt.At the same time, the force transducer is not so soft as that adversely affects the rigidity of the test setup. Da sich der Federkörper nur quer zur Kraftrichtung verbiegt, ergibt sich in vorteilhafter Weise nur eine sehr geringe Längenänderung des Kraftaufnehmers. Since the spring body only bends transversely to the direction of force, results In an advantageous manner, only a very small change in length of the force transducer. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Federkörpers ergibt sich als weiterer Vorteil, daß der Biegemomentenverlauf über dem Federkörper, abgesehen von dem Übergangsbereich bei den Querschnittserweiterungen, überfall gleich groß ist. Aus diesem Grunde können die paarweise anzuordnenden Dehnungsmeßstreifen an beliebiger Stelle liegen.The inventive design of the spring body results as a further advantage that the bending moment curve over the spring body, apart from the transition area at the cross-sectional enlargements, overflow of the same size is. For this reason, the strain gauges to be arranged in pairs can be used anywhere.