CH399007A - Kraftmessdose - Google Patents

Description

  
 



  Kraftmessdose
Die Erfindung betrifft eine Kraftmessdose, bestehend aus einer kreis symmetrischen Platte mit zentraler Krafteinleitung und starrer Abstützung am Plattenrand.



   Zur Messung einer Kraft nützt man allgemein die Tatsache aus, dass ein Messglied mit bekannten mechanischen Eigenschaften unter der Wirkung einer Kraft eine entsprechende Verformung erleidet. Bei bekannten Kraftmessdosen wird diese Verformung durch Messung des Verformungsweges oder der durch sie entstandenen Dehnung bzw. Stauchung ermittelt. Bei den wegen vieler Vorteile häufig vorgezogenen elektrischen   Krafimessdosen    werden induktive, kapazitive, Ohmsche oder dergleichen Weg oder Dehnungsmesselemente verwendet.



   Bei wegmessenden. Kraftmessdosen ist es bereits bekannt, die Kraft auf eine an ihrem Rand starr abgestützte, elastische Platte einwirken zu lassen und sodann die Auslenkung zufolge der Kraft zu messen.



   Bei bekannten, auf der Basis einer Dehnungsmessung wirkenden Kraftmessdosen wird ein zylinderförmiges Messglied, auf dem in axialer Richtung und senkrecht dazu Dehnungsmesselemente angebracht sind, der Kraft unterworfen oder ein ringförmiges Messglied, das an seinem Umfang diametral angeordnete Dehnungsmesselemente trägt, senkrecht zur Verbindungslinie der Dehnungsmesselemente der Kraft unterworfen.



   Während den wegmessenden Kraftmessdosen Grenzen durch die erreichbare Genauigkeit der Wegmessung gezogen sind, ist es bei den bekannten dehnungsmessenden Kraftmessdosen als nachteilig zu bezeichnen, dass sie eine relativ grosse Bauhöhe besitzen und einer besonders sorgfältigen Bearbeitung und Justage bedürfen. Bei Kraftmessdosen mit zylinderförmigen Messgliedern tritt zufolge der in axialer Richtung wirkenden Kraft in Achsrichtung eine negative Dehnung (Stauchung) vom   Betrag -    und quer dazu eine positive Dehnung von etwa + 0,3   e    auf. Sieht man vier Dehnungsmesselemente vor, z.

   B. vier Dehnungsmessstreifen in einer   Wheatstoneschen    Brücke, zwei in Achsrichtung und zwei quer dazu, so ergibt sich eine Gesamtverstimmung entsprechend   2,6 e.    Bei Kraftmessdosen mit ringförmigem Messglied unterliegen die Messelemente sowohl   Biege-als    auch Zug- bzw. Druckbeanspruchungen. Bei zwei auf der Aussenseite und zwei auf der Innenseite des Ringes angeordneten Messelementen erfahren die auf der Aussenseite angeordneten bei Messung   einer    Zugkraft als Folge der Biegung eine negative Dehnung und die auf der Innenseite angeordneten eine positive Dehnung. Wegen der Ringform des Messgliedes ändert sich die Dehnung längs der Messelemente.

   Den Biegedehnungen überlagert sich bei allen vier Messelementen eine reine Zugdehnung in der Grössenordnung von 5 bis 20 % der   Biegedehnung.    Bei vier Messelementen ist daher die Gesamtdehnung erfahrungsgemäss etwa 3 bis 3,5   ±.   



   Die Erfindung ermöglicht, eine bezüglich ihrer Herstellung und Handhabung einfache   Kraftmessdose    geringer Bauhöhe mit guten Messeigenschaften zu schaffen.



   Die erfindungsgemässe Kraftmessdose, bestehend aus einer kreissymmetrischen Platte mit zentraler Krafteinleitung und starrer Abstützung am   Platte    rand, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Platte als Funktion des Plattenradius so bemessen ist, dass über einem Abschnitt des in zwei Abschnitte aufgeteilten Plattenradius eine radiale Dehnung und über dem andern Abschnitt eine radiale Stauchung auftritt, wobei   die    Beträge der Dehnung und der Stauchung über die radiale Erstreckung der Platte  im wesentlichen konstant und einander mindestens angenähert gleich sind.



   Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung an Hand zweckmässiger Ausführungsformen.



  Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine der Druckkraftmessung dienende mit Dehnungsmesselementen versehene Messdose,    Fig. 2 ein Schaubild : für den Dehnungsverlauf    über der radialen Erstreckung der Kraftmessdose nach Fig. 1,
Fig. 3 und 4 austauschbare Einzelteile der Kraftmessdose für verschiedene Messzwecke,
Fig. 5 eine Variation der erfindungsgemässen Kraftmessdose mit einem wegmessenden Element.



   Die Kraftmessdose nach Fig. 1 besitzt eine kreissymmetrische Platte 1, die am Rande in ein starres ringförmiges Teil 2 übergeht. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Platte 1 so verhält, als wenn sie eingespannt wäre. In ihrem Zentrum besitzt die Platte 1 einen Zapfen 3, über den die zu messende Kraft P eingeleitet wird. Der durch die Platte 1 und den Ring 2 umschlossene Raum 4 wird durch einen Deckel 5 abgeschlossen. Die Befestiungsschrauben 6 des Deckels 5 sind ballig ausgebildet und so angeordnet, dass sie gleichzeitig der Abstützung der Kraftmessdose auf ein Widerlager dienen. Hierzu sind drei gegeneinander um 1200 versetzte Befestigungsschrauben 6 vorgesehen.



   Die Platte 1 ist in verschiedenen radialen Abständen vom Mittelpunkt von unterschiedlicher Dicke. Die Bemessung ist hierbei so vorgenommen, dass - wie Kurve a in Fig. 2 für eine Plattenhälfte zeigt - die Dehnung in Abhängigkeit vom Plattenradius einen rechteckförmigen Verlauf besitzt. Vom Zapfen 3 in radialer Richtung gesehen, tritt zunächst bei der in Fig. 1 eingezeichneten Kraftrichtung P an der Plattenunterseite eine positive Dehnung konstanten Betrages auf, die bei einer Stelle geringster Plattendicke bei einem bestimmten Radius sprungartig in eine negative Dehnung vom gleichen Betrag übergeht. Der Dehnungsverlauf bei einer Platte konstanter Dicke ist zum Vergleich durch die Kurve b dargestellt.



   Im Gegensatz zu einer Platte konstanter Dicke, wie sie bisher bei einigen wegmessenden Kraftmessdosen verwendet wird, sind bei der erfindungsgemä  ssen    Kraftmessdose Flächen konstanter Dehnung von einer zur Anbringung von Messelementen genügen den Grösse vorhanden. In Fig. 1 sind diese Messelemente mit 7, 8, 9 und 10 bezeichnet. Sie erfahren unter der Kraft P über ihre ganze Messlänge eine dem Betrag nach gleich grosse Dehnung   e,    die für die Elemente 7 und 10 negativ und für die Elemente 8 und 9 positiv ist. Bei an sich bekannter Zusammenschaltung der Messelemente zu einer   Wheatstoneschen    Messbrücke ist damit die Verstimmung der Brücke zufolge der Kraft   9    für eine vorgegebene grösste Dehnung E zwischen Ring 2 und Zapfen 3 die maximal mögliche, nämlich entsprechend 4E.

   Damit besitzt die erfindungsgemässe Kraftmessdose maximale Empfindlichkeit.



   Der Abschluss des Raumes 4 mittels des Deckels 5 dient zum Schutz der Messelemente. Bei Luftdruckschwankungen entsteht leicht zwischen dem Raum 4 und der Umgebung eine Druckdifferenz,   die - ebenso    wie die Kraft   P - eine    Dehnung der Platte 1 hervorruft und hierdurch eine entsprechende Kraft vortäuscht. Um dies zu vermeiden, befindet sich im Deckel 5 eine Membran 11, die vom eigentlichen Innenraum 4 einen Raum 12 abtrennt, der über eine Öffnung 13 mit der Umgebung in Verbindung steht. Bei Druckdifferenzen zwischen den Räumen 4 und 12 wölbt sich die Membran 11 entsprechend und bewirkt so einen Druckausgleich.



  Anstelle einer Membran können andere zu diesem Zweck geeignete Mittel, beispielsweise ein Faltenbalg, verwendet werden.



   Falls ein derartiger Druckausgleich für bestimmte Messzwecke nicht erforderlich ist, kann ein einfacher Deckel vorgesehen sein, wie er in Fig. 3 dargestellt und mit 5a bezeichnet ist. Zusätzlich kann dieser oder ein andersartig gestalteter Deckel mit einem Anschlag zur Begrenzung der Auslenkung der Platte 1 versehen sein. Beim Deckel 5a ist ein derartiger Anschlag   5b    vorgesehen
Um mit der erfindungsgemässen Kraftmessdose auch Zugkräfte messen zu können, sind entsprechende Krafteinleitungselemente vorzusehen. In Fig. 4 ist eine Variation des Deckels 5 für diesen Zweck dargestellt. Dieser Deckel 5c besitzt einen Zapfen 5d zur Einleitung der Zugkraft P. Bei Verwendung dieses Deckels bei der Kraftmessdose nach Fig. 1 wirkt die dort eingezeichnete Kraft P selbstverständlich in umgekehrter Richtung.



   Im Bedarfsfall ist es weiterhin auch möglich, die erfindungsgemässe Kraftmessdose mit wegmessenden Elementen zu bestücken. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist, bei sonst gleicher Ausbildung der Dosen, am Deckel 5 ein auf induktiver Basis arbeitendes Element 14, das mit einem Fühler 15 die Auslenkung der Platte 1 abtastet, angebracht. Eine analoge Verwendung weg  messender    Elemente anderen Arbeitsprinzips ist selbstverständlich möglich.



   Der Einfluss exzentrischer Krafteinleitungen auf das Messergebnis ist bei der erfindungsgemässen   Kraftmessdöse    sehr gering, da wegen der radialen Symmetrie eine gegebenenfalls grössere Dehnung eines der Messelemente durch eine entsprechende kleinere Dehnung des zugehörigen, symmetrisch zum Zapfen 3 liegenden anderen Messelementes ausgeglichen wird.



   Der Einfluss einer Querkraft Q, die eventuell am Zapfen 1 senkrecht zur Achse angreift, ist ebenfalls gering, da sie wegen der geringen Höhe des Zapfens 3 entsprechend einem kleinen Hebelarm   Uim    wesentlichen nur eine wegen des grossen   Platten    querschnittes geringe Beanspruchung der Plattenebene hervorruft, während eine gleich grosse Kraft P  in   Achsrichtung    eine sehr viel grössere Biegebeanspruchung bewirkt.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kraftmessdose, bestehend aus einer kreissymmetrischen Platte mit zentraler Krafteinleitung und starrer Abstützung am Plattenrand, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dicke der Platte als Funktion des Plattenradius so bemessen ist, dass über einem Abschnitt des in zwei Abschnitte aufgeteilten Plattenradius eine radiale Dehnung und über dem andern Abschnitt eine radiale Stauchung auftritt, wobei die Beträge der Dehnung und der Stauchung über die radiale Erstreckung der Platte im wesentlichen konc stant und einander mindestens angenähert gleich sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Kraftmessdose nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenrand ! selbst als starrer Bauteil (2) ausgebildet ist.

   2. Kraftmessdose nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) in den Zonen konstanter Dehnung und Stauchung mit Dehnung messelementen (7-10) versehen ist, die zu einer Messschaltung vereinigt sind.

   3. Kraftmessdose nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der unter Wirkung der zu messenden Kraft P erfolgenden Auslenkungen der Platte (1) - vorzugsweise ihres Zeitz trums - ein Wegmesser (14) vorgesehen ist.

   4. Kraftmessdose nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Platte (1) und den starren Rand (2) umschlossene Raum (4) durch einen Deckel (5) abgeschlossen ist.

   5. Kraftmessdose nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (5a) einen Anschlag (5b) zur Begrenzung der durch die Kraft (P) bewirkten Auslenkungen der Platte (1) besitzt.

   6. Kraftmessdose nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (5) einen mit der Umgebung der Kraftmessdose über eine Öffnung (13) in Verbindung stehenden Raum (12) besitzt, der gegen den Innenraum (4) durch eine Membran (11) abgeschlossen ist.

   7. Kraftmessdose nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (5c) einen Zapfen (5d) zur Einleitung einer Zugkraft besitzt.

   8. Kraftmessdose nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die - vorzugsweise mit balligen Köpfen versehenen und gegeneinander um 1200 versetzt angeordneten-Befestigungsschrauben (6) des Deckels (5) gleichzeitig zur Abstützung der Kraftmessdose dienen.