DE4101553A1 - Ringfoermiger kraftaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Kraftaufnehmer weisen insofern gewisse Unzuläng­ lichkeiten auf, als das Meßsignal nicht linear ist und sich zwischen den Krafteinleitungsflächen unter Last radiale Be­ wegungen ergeben, die zusätzliche, nicht reproduzierbare Feh­ ler im Meßsignal sowie unerwünschte mechanische Auswirkungen zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftauf­ nehmer der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß der Linearitätsfehler vergleichsweise geringer wird, eine opti­ male Spannungsverteilung im Material erzielt wird und Radial­ verschiebungen der Krafteinleitungsflächen weitestgehend ver­ mieden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Kraftaufnehmer mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schematisch veranschau­ licht, erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht eines als Ringmembrane ausgebildeten Kraftaufnehmers im Halbschnitt,

Fig. 2 einen in einem Getriebe unter­ halb eines Rollenlagers eingefügten Ring­ kraftaufnehmer im Schnitt,

Fig. 3 den elektrischen Teil des Kraftaufnehmers.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Kraftaufnehmer 10 als Ringmembrane ausgebildet, auf deren Oberfläche Dehnmeß­ streifen 11 zur Messung der Axialkraft angebracht sind. Die Wandstärke des Kraftaufnehmers 10 ist zu diesem Zweck im Bereich zwischen seiner an der Ober-und Unterseite befindlichen Krafteinleitungsfläche 12, 13 durch nutförmig ausgebildete, in Umfangsrichtung verlaufende Aussparungen 14, 15 verjüngt, deren seitliche Begrenzungsflächen 14′, 15′ unter einem Winkel ge­ neigt zur Mittelachse 16 des Kraftaufnehmers 10 ver­ laufen. Der Winkel α liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwi­ schen 25 und 60° und beträgt beim Ausführungsbeispiel ca. 45°, Aus Herstellungsgründen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Krafteinleitungsflächen 12, 13 auf unterschiedlichen Radien R_a und R_b anzuordnen. Optimal wäre hingegen, wenn die Kraftein­ leitungsflächen 12 und 13 unmittelbar übereinander liegen wür­ den.

Der Kraftaufnehmer 10 ist im Mittenbereich seiner äußeren Um­ fangsfläche mit einer Ringnut 17 versehen, in die eine Rund­ schnur 18 zum Ausgleich von kleinen Radialbewegungen bzw. von temperaturbedingten Dehnungen eingesetzt ist. Außerdem weist der Kraftaufnehmer an seinem Außenumfang eine Verdrehsicherung in Form eines Radialstifts 19 auf. Das Anschlußkabel 20 für die Meßbrücke 22 (Speisung und Signalausgang, siehe Fig. 3) ist mit einer Zugentlastung 21 versehen und weist ein freies Ende auf.

In Fig. 2 ist mit 23 ein auf dem Bund 24 einer rotierenden Welle 25 eines nicht dargestellten Getriebes angeordnetes Re­ gelrollenlager bezeichnet, unterhalb dem mittels des ring­ förmigen Kraftaufnehmers 10 die Axialkraft gemessen wird. Der Kraftaufnehmer 10 ist durch eine Bohrung 26 zentriert und stützt sich an seiner unteren Seite auf einer stabilen Platte 27 ab, die mit einer Durchgangsbohrung 28 für das Anschlußkabel 20 für den Kraftaufnehmer 10 versehen ist, der durch den Radial­ stift 19 gegen Verdrehen gesichert ist. Mit 29 ist ein Luft­ spalt zwischen dem Kegelrollenlager 23 und dem Gehäusebauteil 30 bezeichnet.

Fig. 3 zeit den elektrischen Teil des Kraftaufnehmers 10. An der Meßbrücke 22 mit den Dehnmeßstreifen 11 bzw. R₁, R₂, R₃, R₄ liegt die Speisespannung U_B. Am Ausgang der Meßbrücke 22 liegt′ das Meßsignal U_A, ferner ein Kalibrierwiderstand 31 mit dem Kalibriersignalanschluß U_K. Die mechanischen Dehnungen der Dehnmeßstreifen 11 sind mit +ε und -ε bezeichnet.

Die durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftaufnehmer 10 erzielten Linearitätsfehler sind kleiner als 1°/oo. Durch die optimale Spannungsverteilung im Material ist eine hohe Überlast­ barkeit gewährleistet. Die Radialverschiebungen des Kraftauf­ nehmers unter Last liegen unter der Meßbarkeitsgrenze. Der als Ringmembrane ausgebildete Kraftaufnehmer ist mit geringen Ab­ messungen herstellbar, ermöglicht große Bohrungsdurchmesser und ist gleichzeitig unempfindlich gegen Störkräfte wie Dreh­ momente und Querkräfte.

Claims (6)

1. Ringförmiger Kraftaufnehmer mit Dehnmeßstreifen (DMS- Membrane) zur Axialkraftmessung, der an seiner Ober- und Unterseite mit je einer Krafteinleitungsfläche versehen ist, wobei die Wandstärke des Kraftaufnehmers im Bereich zwi­ schen den Krafteinleitungsflächen durch in seine Ober- und Unterseite eingeschnittene, in Umfangsrichtung verlaufende nutförmige Aussparungen verjüngt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die seitlichen Begrenzungsflächen (14′, 15′) der nut­ förmigen Aussparungen (14, 15) zur Mittelachse (16) des Kraft­ aufnehmers geneigt verlaufen.

2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Begrenzungsflächen (14′, 15′) der Aussparungen (14, 15) unter einem im Bereich zwischen 25 und 60° liegen­ den Winkel (α) zur Mittelachse (16) des Kraftaufnehmers verlaufen.

3. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel (a) zwischen den Begrenzungsflächen (14′, 15′) der Aussparungen (14, 15) und der Mittelachse (16) des Kraftaufnehmers ca. 45° beträgt.

4. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Krafteinleitungsflächen (12, 13) unterschiedliche Radien (R_a, R_b) aufweisen.

5. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinleitungsflächen (12, 13) unmittelbar übereinander auf gleichen Radien lie­ gen.

6. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an seiner Außenfläche mit einer Umfangsnut (17) zur Aufnahme einer Rundschnur (18) versehen ist.