DE2856607C2 - Kraftaufnehmer zur Messung von auf einen Prüfkörper einwirkenden Kräften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Kraftaufnehmer sind Meßgrößenumformer, die die auf sie einwirkende Last in ein analoges elektrisches Signal umformen. Diese Umformung erfolgt mit einem Federkörper, der sich unter Einwirkung der zu messenden Belastung verformt und dessen Verformung mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird.

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

ίο vernachlässigbar sind, so daß das dynamische Verhalten des Kraftaufnehmers dadurch nicht verändert wird.

In der US-PS 2 466 034 ist ein Hohlnippel beschrieben, der zur Messung der Zugspannung in Bohrge-

stangen 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 Vorrich- tung bezieht sich auf ein Spezialgebiet und ist hierzu besonders ausgebildet.

Für die Gestaltungeines Federkörpers, der an einer gewünschten Stelle an oder zwischen dem entsprechend geteilten Prüfkörper angeordnet werden muß, sind verschiedene Gesichtspunkte maßgebend, so u. a. Belastungsrichtung und -größe, Meßgenauigkeit und geometrische Forderungen (z. B. Einbaumaße).

In vielen Fällen, z. B. bei der Prüfung bestimmter Spurstangen, ist der Einbauraum in radialer Richtung beschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer zu schaffen, der einen möglichst kleinen Außendurchmesser bei sehr guter Meßgenauigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Federkörpers wird ein Kraftaufnehmer geschaffen, dessen Außendurchmess.er 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. Die Biegung des Federkörpers erfolgt dabei im wesentlichen quer zur Kraftrichtung.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftaufnehmer ist die Forderung nach e: ner hohen Meßgenauigkeit ohne zu starke Schwächung des Federkörpers erfüllt. Gleichzeitig ist der Kraftaufnehmer auch nicht so weich, als daß er die Steifigkeit des Prüfaufbaues negativ beeinflußt.

Da sich der Federkörper nur quer zur Kraftrichtung verbiegt, ergibt sich in vorteilhafter Weise nur eine sehr geringe Längenänderung des Kraftaufnehmers. Durch die erfindungi.gemäße Ausbildung des Feder-

bo körpers ergibt sich als weiterer Vorteil, daß der Biegemomentenverlauf übsr dem Federkörper, abgesehen von dem Übergangshereich bei den Querschnittserweiterungen. überall gleich groß ist. Aus diesem Grunde können die paarweise anzuordnenden Dennungsmeßstreifen an beliebiger Stelle liegen.

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.

Von Vorteil ist es, wenn der Federkörper mit einem Schutzrohr versehen ist, in dem die Steckdose für die Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist.

Durch diese Maßnahme ist der Kraftaufnehmer hinreichend gegen Beschädigunger und gegen Verschmutzung geschützt, wobei die gleichzeitige Aufnahme der Steckdose eine fertigungstechnisch einfache Lösung darstellt.

Eine einfache Verbindung mit dem zu prüfenden Körper ist gegeben, wenn die Anschlußstutzen mit Innengewindebohrungen versehen sind.

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 Π-ΙΙ der Fig. 1,

Fig. 3 Biegemomentenverlauf über dem Kraftaufnehmer,

Fig. 4 Längsschnitt (ausschnittsweise) durch einen Federkörper anderer Ausbildung.

Der Kraftaufnehmer weist einen Federkörper 1 auf, der in einem Schutzrohr 2 angeordnet ist. Zwei Anschlußstutzen 3 und 4, die mit Innengewindebohrungen S und 6 versehen sind, an dem Federkörper 1 dienen zur Verbindung mit dem — gestrichelt dargestellten - Prüfkörper 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 Längs-Stege 12 und 13 des Federkörpers 1 dienen dabei zur Messung.

Jeweüs 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,

;o z. B. die vier auf der Querachse liegenden Dehnungsmeßstreifen. Die Dehnungsmeßstreifen sind in bekannter Weise mit einigen Korrektur- und Abgleichelementen zu einer Wheatstone-Briicke 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.

Dehnungsmeßstreifen sind passive Geber. So bedürfen die Kraftaufnehmer einer geeigneten Stromversorgung. In der Wahl der Stromart besteht jedoch keine Einschränkung. Die Stromversorgung sowie das Abgreifen der Meßspannung wird über eine in dem Schutzrohr 2 angeordnete Steckdose 14 erreicht.

Wie aus der strichlierten Linie in der Fi g. 3 ersichtlich, erfolgt die Verformung des Federkörpers im wesentlichen quer zur Kraftrichtung. Dadurch tritt nur eine sehr geringe Längenänderung auf.

In der Fig. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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 Anschlußstutzen 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 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Aussparung (8) sich quer durch den Federkörper (1) erstreckt,

b) die Breite der Aussparung (8) so «roß 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 einer Querschnittserweiterung (9, 10) versehen ist,

d) der Federkörper (1) an seiner Außenwand derartige Ausnehmungen aufweist, daß die Wandstärke der Stege (12,13) trotz der Erweiterungen (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.

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als Längsschlitz (8) und die Querschnittserweiterungen als sich an den Längsschlitz (8) anschließende Bohrungen (9, 10) ausgebildet sind.

3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als Längsschlitz (8) und die Querschnittserweiterungen als sich an den Längsschlitz (8) anschließende Durchbrechungen (9) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind.

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.

5. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, die Anschlußstutzen (3,4) mit Innengewindebohrungen (S, 6) versehen sind.