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Kraftmeßeinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung mit zwei gegeneinander
beweglichen Teilen, von denen einer ein Gru.ndkörper ist, der mit einem frei abragenden
Biegeelement versehen ist, an welchem Dehnmeßstreifen angebracht sind und von denen
der andere Teil ein Kraftübertragungsglied ist, welches durch eine zentrale Bohrung
im Grundkörper an dem Biegeelement hindurch angreift sowie mit einer überlastsicherung
zur Begrenzung der Wege des Kraftübertragungsgliedes gegenüber dem Grundkörper.
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Eine derartige Kraftmeßeinrichtung ist z.B. aus der DE-AS 15 48 829
bekannt. Um das Biegeelement vor einer überlastung zu sichern, werden dort einstellbare
flache Anschläge vorgesehen, die nach dem Einstellen durch Kontermuttern gesichert
werden. Derartige gekonterte Überlastsicherungen haben den Nachteil, daß sich das
Spiel in den Gewinden dann nachteilig bemerkbar macht, wenn nur sehr kleine Meßwege
und entsprechend kleine Uberlastwege verwirklicht werden sollen. Da in diesen Fällen
die Kraftmeßeinrichtungen meist ölgekapselt werden, haben die zur Realisierung der
über stsicherung notwendigen Gewinde für die Kontermuttern den Nachteil, daß sie
Restlufteinschlüsse bilden können, was nicht erwünscht ist.
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Es sind auch durch Schweißen gesicherte Überlastsicherungen bekannt,
die sich aber leicht verziehen und nur schwer zu beherrschen sind, was sich auch
wiederum dann besonders nachteilig bemerkbar macht, wenn nur kleine Wege zugelassen
sein sollen. Ein weiterer Nachteil der oben genannten bekannten Bauart ist darin
zu sehen, daß sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung jeweils ein getrennter Anschlag
vorgesehen sein muß, wozu jeweils ein Gewinde erforderlich ist, was nicht zuletzt
auch mit einem relativ großen Herstellungsaufwand verbunden ist, Einen Überlastschutz
gegen Torsionen können die bekannten Anschläge auch nicht bieten, was ein weiterer
Nachteil ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßeinrichtung
mit zwei gegeneinander beweglichen Teilen mit einer überlastsicherung zu versehen,
die äußerst exakt und einfach herstellbar ist und die mit geringstmöglichem Aufwand
eine Sicherung sowohl in zwei Kraftübertragungsrichtungen als auch gegen Torsionen
bietet. Die Überlastsicherung soll insbesondere für Kraftmeßeinrichtungen mit sehr
kleinen Meßwegen zuverlässig einsetzbar sein.
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Die Erfindung besteht darin, daß als Überlastsicherung mindestens
ein Paßstift vorgesehen ist, der an einem der beiden gegeneinander beweglichen Teilen
fest angeordnet und in das andere Teil mit Spiel eingreift. Damit wird eine sehr
einfache und zuverlässig wirkende Überlastsicherung geschaffen. Zur Aufnahme des
Paßstiftes können Bohrungen sowohl im Grundkörper als auch im Kraftübertragungsglied
einfach und mit äußerster Genauigkeit eingebracht werden. Die verwendeten Paßstifte
sind auf die Bohrungsdurchmesser dann abgestimmt, wobei in einem der beiden Teile
die Differenz zwischen dem Durchmesser des Paßstiftes und dem Bohrungsdurchmesser
ein Bewegungsspiel der beiden Teile gegeneinander läßt, dessen Größe den Meß- und
den überlastweg bestimmt, was sowohl in Plus- als auch in Minus richtung geschehen
kann. Zur Realisierung dieser überlastsicherung muß weder geschweißt noch ein Gewinde
eingedreht werden, so daß sich bei einer ölkapselung keine Probleme ergeben. Trotzdem
lassen sich die zulässigen Wege sehr gut beherrschen. Auch gegen Torsionen kann
der Paßstift als Begrenzung wirken Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
daß der Paßstift in eine Bohrung des Grundkörpers eingepaßt ist und unter Belassung
eines Spaltes in eine Bohrung im Kraftübertragungsglied hineinragt.
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Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die
Bohrung im Grundkörper quer zur Kraftübertragungsrichtung verläuft und radiusgleich
mit der Bohrung im Kraftübertragungsglied ist, wobei der Paßstift in seinem in das
Kraftübertragungsglied hineinragenden Abschnitt auf einen geringeren Durchmesser
als der Bohrungsdurchmesser im Kraftübertragungsglied abgedreht ist. Hinsichtlich
der Herstellung bietet diese Ausführungsform Vorteile, da die Bohrung im Grundkörper
im gleichen Arbeitsgang mit der Bohrung im Kraftübertragungsglied hergestellt werden
kann, da beide Bohrungen radiusgleich sind.
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Der Paßstift wird in dem Bereich, mit der er in das Kraftübertragungsglied
hineisr-eL-{ht, abgedreht, was nahezu beliebig genau geschehen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Grundkörper zwei sich
in der zentralen Bohrung gegenüberliegende Bohrungen vorgesehen, und es ist in das
Kraftübertragungsglied eine mit den beiden Bohrungen in einer Nullage fluchtende
Durchgangsbohrung eingebracht, wobei der Paßstift mit jeweils einem Ende in jeweils
einer Bohrung des Grundkörpers sitzt und mit einem Mittelabschnitt mit geringerem
Durchmesser in der Durchgangsbohrung verläuft, die denselben Durchmesser wie die
Bohrungen im Grundkörper aufweist. Bei dieser Ausführungsform durchsetzt der Paßstift
das Kraftübertragungsglied und ist in jeweils einer der Bohrungen des Grundkörpers,
die sich gegenüberliegen, eingepaßt.
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In dem Bereich, in dem das Kraftübertragungsglied verläuft, ist er
entsprechend den zulässigen Wegen abgedreht. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil,
daß am Paßstift keine Drehmomente angreifen, was bei der Ausführungsform, bei der
der Paßstift nur teilweise in das Kraftübertragungsglied hineinreicht, der Fall
ist, da dieses an dem freien Ende dann angreift, so daß als Folge davon der Paßstift
aus hartem Material hergestellt werden muß. Dadurch aber, daß der Paßstift auf zwei
Seiten eingespannt ist, hält er großen Kräften stand, auch wenn er nicht aus gesondert
gehärtetem Material hergestellt ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind in den Grundkörper drei um
1200 zueinander versetzte Bohrungen eingebracht, die eine entsprechende Fortführung
in drei Sackbohrungen des Kraftübertragungsgliedes finden und in jeder der Bohrungen
ist ein Paßstift vorgesehen, der mit einem freien Ende in die jeweils zugeordnete
Sackbohrung hineinragt und dort einen geringeren Radius aufweist, als die Sackbohrungen.
Auch diese Ausführungsform läßt sich sehr einfach mit großer Genauigkeit verwirklichen
und bietet somit die Vorteile der Erfindung. In anderer Weise könnten die drei Bohrungen
im Kraftübertragungsglied als Paßbohrungen und die Bohrungen im Grundkörper unter
Belassung des Spaltes ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftübertragungsgliedes
ist in der zentralen Bohrung des Grundkörpers ein sich über die axiale Tiefe der
zentralen Bohrung erstreckender, zylindrischer Teil des Kraftübertragungsgliedes
vorgesehen, in den die fortgesetzten Bohrungen eingebracht sind, und der in der
zentralen Bohrung mit dem Grundkörper einen Spalt bildet, der kleiner als der Durchmesser
des Paßstiftes ist. Durch diese Ausgestaltung ist das Kraftübertragungsglied genügend
stabil um mit entsprechend großen Bohrungen versehen werden zu können.
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Da die Belastbarkeit der Sicherung von der zulässigen Scherspannung
des Stiftes abhängig ist, bringt die Belassung eines sehr kleinen Spaltes zwischen
dem zylindrischen Teil und dem Grundkörper den Vorteil, daß die Überlastsicherung
in hohem Maße belastbar ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Grundkörpers mit
Kraftübertragungsglied einer Kraftmeßeinrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt
durch eine erfindungsgemäße Kraftmeßeinrichtung und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Uberlastsicherung nach der Erfindung im Querschnitt durch eine Kraftmeßeinrichtung.
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In der Fig. 1 ist eine Kraftmeßeinrichtung 1 ausschnittsweise in einer
perspektivischen Darstellung gezeigt, bei der der Grundkörper mit 2 bezeichnet ist.
Mit dem Grundkörper 2 fest verbunden ist ein frei abragendes Biegeelement 3, welches
auf dem frei abragenden Ende einen Spalt 7 mit dem Grundkörper 2 bildet. Der Grundkörper
weist eine zentrale Bohrung 16 auf, durch die ein zylindrischer in Fig. 1 nur teilweise
zu erkennender'Teil 6 eines Kraftübertragungsgliedes 5 eine an diesem angreifende
Kraft auf das Biegeelement 3 überträgt. Die dann am Biegeelement hervorgerufenen
Wege werden an den Meßstreifen 4 in an sich bekannter Weise in Spannungen umgewandelt
und dann weiter ausgewertet. Um eine einwandfreie Funktion einer derartigen Kraftmeßeinrichtung
über lange Zeit zu gewährleisten, wird die Kraftmeßeinrichtung üblicherweise ölgekapselt.
Es muß dabei auf kleinstes Volumen und unkomplizierte Form geachtet werden. Diese
Forderung gilt auch für die überlastsicherungen, die das Biegeelement 3 vor einer
Überlastung schützen sollen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind im Grundkörper 2 zwei sich
gegenüberliegende Bohrungen 10a und 10b eingebracht, die mit einer Durchgangsbohrung
9 fluchten, die im zylindrischen Teil 6 des Kraftübertragungsgliedes 5 verläuft.
Der Durchmesser der Bohrungen 1Oa und 1Ob im Grundkörper 2 entspricht dem Durchmesser
der Durchgangsbohrung 9 im zylindrischen Teil 6. Ein Paßstift 8, der an den beiden
Enden 8a denselben Durchmesser aufweist, wie die Bohrungen 10a und 1Ob, verläuft
mit einem mittleren Abschnitt 8b innerhalb der Durchgangsbohrung 9 und bildet mit
dieser einen Spalt 11. Die Abmessung s des Spaltes 11 kann sehr genau bestimmt werden,
da der Paßstift entsprechend der gewünschten Spaltbreite s nahezu beliebig genau
abgedreht werden kann.
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Typische Meßwege des Biegeelementes einer derartigen Kraftmeßeinrichtung
liegen zwischen 0,02 bis 0,06 mm. Der Überlastweg soll bei der dargestellten Kraftmeßeinrichtung
zweimal den Meßweg betragen. Die erforderliche Nacharbeit am Paßstift 8 in seinem
mittleren Bereich 8b läßt sich sehr einfach aus der Gleichung D-2s = d1 errechnen.
( D = 0 der -Bohrungen 10a und 10b, s = 2 x Meßweg); (bei einem mittleren Meßweg
von 0,04 mm wird s = 0,08 mm); (d1 im Bereich 8b des Paßstiftes 8).
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Da der Paßstift an beiden Enden 8a in den Grundkörper eingespannt
ist, und bei einem Anschlag des zylindrischen Körpers 6 beim Ansprechen der Überlastsicherung
dieses sich -am -Paßstift entlang eines relativ großen Weges anlegt, braucht der
Paßstift nicht aus besonders stabilem, gehärtetem Material bestehen. Eine Durchbiegung
ist bei üblichen Kräften durch diese Ausgestaltung nicht möglich. Der Paßstift 8
bewirkt auch eine Sicherung in den beiden möglichen Kraftantriebsrichtungen + und
- in axialer Richtung sowie als Begrenzung bei Torsionen in + und - Richtung, was
durch entsprechende Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Die Breite des Spaltes w zwischen
dem zylindrischen Teil des Kraftübertragungsgliedes und dem Grundkörper kann so
klein gewählt werden, daß eine große BeLastung der Sicherung möglich ist.
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In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei ein Querschnitt
im Bereich des Sitzes der Bohrungen für den Paßstift dargestellt ist. Im Grundkörper
sind dabei drei um jeweils 1200 zueinander versetzte Bohrungen 13a bis 13c eingebracht,
durch die jeweils ein Paßstift 14a bis 14c gesteckt werden kann, der mit einem freien
Ende 15a bis 15c in eine mit den Bohrungen im Grundkörper 2 durchmesser-gleiche
Sackbohrung 12a bis 12c hineinragt und dort entsprechend der oben angegebenen Formel
auf den gewünschten Durchmesser bzw. Radius abgedreht ist. Auch diese überlastsicherung-
kommt ohne Schweißen und ohne Gewinde aus, und läßt sich in einfacher Weise exakt
dimensionieren.