DE3119806C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer zur Erfassung
von Zug- und/oder Druckkräften, mit einem Dehnungsmeßstreifen-
Träger, welcher elastisch verformbare und im wesentlichen
quer zur Kraftwirkungslinie angeordnete Meßstege aufweist,
auf denen die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.
Ein solcher Meßwertaufnehmer ist aus der DE-OS 28 08 041
bekannt. Dieser bekannte Meßwertaufnehmer hat sich zwar in
der Praxis für die meisten Anwendungsfälle gut bewährt,
wird jedoch unter Umständen in manchen speziellen Anwendungsfällen
den Anforderungen an die Ansprechempfindlichkeit
nicht vollständig gerecht.
In der DE-OS 28 13 782 ist ein Meßwertaufnehmer beschrieben,
der jeweils einen Meßsteg zwischen dicht nebeneinander
im Dehnungsmeßstreifen-Träger angeordneten Bohrungen und
Dehnungsmeßstreifen aufweist, die jeweils auf die zylindrische
Innenwandung einer Bohrung aufgeklebt sind. Durch die
entsprechend geformten Bohrungen und Stege sollen auch bei
exzentrischen Lastpositionen unverfälschte Meßergebnisse
erreicht werden.
Der aus der DE-OS 27 14 528 bekannte Federkörper mit Dehnungsmeßstreifen
ist für relativ große Zug- und Druckkräfte
ausgelegt. Es werden jedoch nur Meßwerte mit relativ
kleinen Signalen erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer
der eingangs genannten Art derart auszubilden,
daß bei sehr einfacher Herstellung eine besonders hohe
Ansprechempfindlichkeit und ein verhältnismäßig großes Ausgangssignal
ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein
Meßwertaufnehmer, bei dem jeweils ein Meßsteg zwischen
dicht nebeneinander im Dehnungsmeßstreifen-Träger angeordneten
Bohrungen ausgebildet ist und Dehnungsmeßstreifen jeweils
auf die zylindrische Innenwandung einer Bohrung aufgeklebt
sind, einen Dehnungsmeßstreifen-Träger enthält, der
in einem Schnitt entlang der Wirkungslinie der zu erfassenden
Kraft eine Konfiguration aufweist, die aus einem umgekehrten
"T" und einem "U" gebildet ist, wobei die beiden
Querschenkel des umgekehrten "T" zwischen den Enden der
freien Schenkel des "U" eingefügt sind und die Meßstege
darstellen.
Durch diese Konfiguration, bei der vorzugsweise vier Bohrungen
in den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind,
so daß zwei im wesentlichen senkrecht zur Kraftwirkung angeordnete
Meßstege jeweils zwischen einem Paar von Bohrungen
gebildet sind, wird die zu erfassende Kraft von den Meßstegen
jeweils an ihrem einen Ende von der Einrichtung her
und an ihrem anderen Ende von der entgegengesetzten Richtung
her aufgenommen.
Da die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" durch die
benachbarten Bohrungen begrenzt sind, weisen die Meßstege
eine im Schnitt bikonkave Fläche auf, wobei die Dehnungsmeßstreifen
jeweils auf einer zylindrischen Wandung aufgeklebt
sind.
Es ist vorteilhaft, daß zwei Meßstege mit wenigstens vier
Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind, die in einer elektrischen
Brückenschaltung angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Konfiguration der Meßanordnung, insbesondere
die im Schritt bikonkaven Meßstege, führen zu einem
wesentlichen technischen Fortschritt. Zusätzlich zu der
Dehnung bzw. Stauchung der Dehnungsmeßstreifen, die bei einem
geraden Balken auftreten würde, tritt eine Verformung
der zylindrischen Wandung auf, welche dazu führt, daß durch
eine zusätzliche Dehnung bzw. Stauchung das Meßsignal vergrößert
wird. Mit anderen Worten, es wird die zylindrische
Fläche, auf welcher ein Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt ist,
jeweils dann, wenn ein Meßsteg auf Biegung beansprucht
wird, mit derjenigen Tendenz verformt, die zusätzlich zu
der bereits durch die Biegung hervorgerufenen Verformung
eine weitere Formänderung herbeiführt, so daß das Meßsignal
dadurch noch vergrößert wird.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung der erhebliche Vorteil erreichbar,
daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger gemäß der Erfindung
sich auf sehr einfache Weise herstellen läßt, so daß
der Fertigungsaufwand verhältnismäßig gering ist. Es genügt
nämlich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Trägers,
einfache Durchgangsbohrungen anzubringen,
um die Meßstege auszubilden.
Die erfindungsgemäße Anordnung erweist sich auch als außerordentlich
robust und gegen Überbelastungen verhältnismäßig
sicher, da der aktive Bereich der Meßstege, dessen elastische
Formänderung von den Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird, sehr
stark eingegrenzt ist, so daß Beschädigungen des Dehnungsmeßstreifen-Trägers
weitgehend auch bei erheblichen Überbelastungen
vermieden werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Meßwertaufnehmers,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Meßwertaufnehmers,
Fig. 4 eine Vorderansicht des in der Fig. 3 dargestellten
Meßwertaufnehmers,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers
in einer Seitenansicht und
Fig. 6 eine Vorderansicht des in der Fig. 5 dargestellten
Meßwertaufnehmers.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 sind Meßstege
10 und 11 an einem Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 dadurch
ausgebildet, daß Bohrungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 jeweils
dicht benachbart nebeneinander durch den Dehnungsmeßstreifen-
Träger 12 hindurchgeführt sind, so daß zwischen den Bohrungen
13 und 14 der Meßsteg 10 und zwischen den Bohrungen 15 und 16
der Meßsteg 11 ausgebildet ist. Auf dem Meßsteg 10 sind jeweils
die Dehnungsmeßstreifen D32 und D34 und auf dem Meßsteg
11 die Dehnungsmeßstreifen D31 und D33 aufgeklebt.
Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwischen den Bohrungen
14 und 16 ein Durchbruch vorhanden ist. Weiterhin ist aus
der Fig. 2 ersichtlich, daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger
12 von der Bohrung 13 und 15 aus nach außen jeweils aufgeschlitzt
ist.
Durch die oben beschriebene und in der Fig. 2 veranschaulichte
Konfiguration des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12
wird eine Anordnung gebildet, bei welcher die Konfiguration
des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 derart ausgebildet ist,
daß ein umgekehrtes "T" mit seinen beiden Querschenkeln
zwischen den freien Enden der Schenkel eines "U" angeordnet
ist. Bei dieser Anordnung sind die freien Enden der Querschenkel
des umgekehrten "T" mit den freien Enden der
Schenkel des "U" jeweils fest und biegesteif verbunden.
Die beiden Querschenkel des umgekehrten "T" bilden in dieser
Konfiguration gemäß der Darstellung in der Fig. 2 die
Meßstege 10 und 11.
Die Herstellung des Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 ist deshalb
besonders einfach, weil die Meßstege 10 und 11 einfach
durch Bohrungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 gefertigt werden
können. Die Dehnungsmeßstreifen D31 bis D34 werden auf die
zylindrischen Innenflächen der Bohrungen 13 bis 16 aufgeklebt.
Bei einer derartigen Konfiguration werden die Dehnungsmeßstreifen
nicht nur durch solche Dehnungen bzw.
Stauchungen beaufschlagt, die von der Verformung eines
geraden Balkens herrühren, es werden vielmehr derartigen
Verformungen weiterhin zusätzliche Dehnungen bzw. Stauchungen
überlagert, die dadurch hervorgerufen werden, daß die
konkave Fläche, auf welcher ein Dehnungsmeßstreifen aufgeklebt
ist, unter der Wirkung einer zu messenden Kraft eine
Formänderung erfahren. Dadurch kann die Ansprechempfindlichkeit
verbessert werden, und es kann zugleich die Größe des
Ausgangssignals gesteigert werden.
Grundsätzlich kann ein Dehnungsmeßstreifen-Träger 12, welcher
gemäß der Erfindung ausgebildet ist, in einen Meßstab
eingebaut werden, wie es in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht
ist, er kann auch als Meßwertaufnehmer im Kraftfluß
verwendet werden, wie es in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht
ist, oder er kann an ein Konstruktionsteil angebaut
werden, wie es in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 besteht
weiterhin die Möglichkeit, den Dehnungsmeßstreifen-Träger
12 unter eine Vorspannung zu bringen oder allgemein in gewünschter
Weise durch eine von außen aufgebrachte mechanische
Spannung in vorgegebener Weise einzustellen. Auf diese
Weise kann beispielsweise auch unter einer Last ein Nullpunkt
eingestellt werden.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 ist der Dehnungsmeßstreifen-
Träger 12 zwischen zwei Gewindezapfen 17 und 18
gehalten. Die Gewindezapfen 17 und 18 sind jeweils innerhalb
einer Gewindespindel 19 bzw. 20 verstellbar angeordnet.
Die Gewindespindeln 19 und 20 sind ihrerseits in einer Gewindebuchse
21 und 22 gehalten. Zwischen den Gewindebuchsen
21 und 22 ist ein Distanzstück 23 vorgesehen.
Mit der oben beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 detailliert
dargestellten Anordnung läßt sich gemäß den obigen
Erläuterungen der Dehnungsmeßstreifen-Träger 12 nach den jeweiligen
Erfordernissen vorspannen, oder es kann eine vorgegebene
Last zur Einstellung des Nullpunktes kompensiert werden.
Es erübrigt sich, den Verstell-Mechanismus und die in der
Zeichnung detailliert dargestellten Schrauben und Muttern
näher zu beschreiben, da die Arbeitsweise dieser Verstelleinrichtung
ohne weiteres erkennbar ist.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers
dargestellt, bei welcher der Dehnungsmeßstreifen-Träger
12 in den Kraftfluß einbezogen ist. Die Bohrungen
13 und 14 bzw. 15 und 16 sind bei der in den Fig. 3 und 4
dargestellten Ausführungsform des Meßwertaufnehmers in einem
Stück Flachmaterial angebracht. Bei dieser Ausführungsform
kann an einem Balken 24, der im unteren Bereich des Flachmaterials
angebracht ist, eine Last angehängt sein. Im oberen
Bereich des Flachmaterials ist schematisch eine Gabel 25 dargestellt,
welche die Last trägt. Somit ist bei der Ausführungsform
nach den Fig. 3 und 4 der Dehnungsmeßstreifen-Träger
12 zwischen der Gabel 25 und dem Balken 24 direkt im Kraftfluß
angeordnet.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Anwendungsmöglichkeit eines
erfindungsgemäßen Dehnungsmeßstreifen-Trägers 12 veranschaulicht,
bei welcher der Dehnungsmeßstreifen-Träger ähnlich
wie bei der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 in einem
Stück Flachmaterial ausgebildet ist, welches jedoch mit
Hilfe geeigneter Befestigungslemente an einem Konstruktionsteil
26 befestigt ist. Wenn das Konstruktionsteil 26
durch eine entsprechende Kraft einer Dehnung oder einer
Stauchung unterworfen wird, so überträgt sich die entsprechende
Verformung auch auf das Flachmaterial und damit
auf den Dehnungsmeßstreifen-Träger 12. Auf diese Weise
kann an beliebigen Konstruktionsteilen eine Verformung,
eine Kraft, eine Belastung oder eine andere Beanspruchung
ermittelt werden.
Claims (3)
1. Meßwertaufnehmer zur Erfassung von Zug- und/oder Druckkräften,
mit einem Dehnungsmeßstreifen-Träger, welcher elastisch
verformbare und im wesentlichen quer zur Kraftwirkungslinie
angeordnete Meßstege aufweist, auf denen die Dehnungsmeßstreifen
angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dehnungsmeßstreifen-Träger (12) in einem
Schnitt entlang der Wirkungslinie der zu erfassenden
Kraft eine Konfiguration aufweist, die aus einem umgekehrten
"T" und einem "U" gebildet ist, wobei die beiden
Querschenkel des umgekehrten "T" zwischen den Enden
der freien Schenkel des "U" eingefügt sind und Meßstege
(10, 11) darstellen.
2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Meßstege (10, 11) mit wenigstens 4 Dehnungsmeßstreifen
(D31, D32, D33, D34) vorgesehen sind, die
in einer elektrischen Brückenschaltung angeordnet sind.
3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß vier Bohrungen (13, 14, 15, 16) in den Eckpunkten eines
Rechtecks angeordnet sind, so daß zwei im wesentlichen
senkrecht zur Kraftwirkung angeordnete Meßstege
(10, 11) gebildet sind, welche die zu erfassende Kraft
jeweils an ihrem einen Ende von der Einrichtung her und
an ihrem anderen Ende von der entgegengesetzten Richtung
her aufnehmen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19813119806 DE3119806A1 (de) | 1981-05-19 | 1981-05-19 | Messwertaufnehmer zur erfassung von zug- und/oder druckkraeften |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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ID=6132643
Family Applications (1)
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Legal Events
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