DE2357484C2 - Kraftmeßring - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine ringförmige Druckkraftmeßzelle zur Ermittlung von axial auf diesen Ping wirkenden Kräften, wie sie beispielsweise zur Messung der Belastungskräfte von Druckschrauben, Zugankern, Säulen, Spindeln, Wellen usw. verwendet wird, und zwar insbesondere um einen Kraftmeßring für niedere Meßbereiche bei verhältnismäßig großem Durchmesser, der aus einem ringförmigen Steg (Stauchzylinder), dem eigentlichen Lastmeßabschnitt, besteht, und an dessen beiden Enden zur Krafteinleitung Belastungsringe angeordnet sind.

Solche Kraftmeßringe, ζ. B. für die Messung sehr großer Kräfte, sind nach der US-Patentschrift 34 22 671 und, für andere Zwecke, nach den deutschen Offenlegungsschriften 17 73 547 und 23 19 086 bekannt. In der DE-OS 17 73 547 wird auch beschrieben, wie z. B. durch unsymmetrische Gestaltung des Belastungssteges Biegemomente im eigentlichen Meßabschnitt vermieden werden können, wobei diese Biegemomente auch bei t>o idealer Belastung allein aufgrund der Theorie des Verhaltens solcher Meßringe entstehen können. In der US-Patentschrift 34 22 671 werden Biegemomente durch Kraftverteilungsglieder, die unter und über den Meßring gelegt werden, vermieden. b5

Vorliegende Erfindung geht aus von einem Kraftmeßring der dort beschriebenen Art Geht man dabei zu kleineren Meßbereichen über, so wird der geometrische Querschnitt des Verformungssteges immer kleiner und das Meßergebnis hängt sehr von der Qualität und geometrischen Form sowie Formstabilität der den Me3ring aufnehmenden Maschinenteile bei Laständerung ab, da geringe Unebenheiten oder Biegungen der Belastungsteile in einem dünnen Stauchzylinder Ausbuchtungen nach innen oder außen erzeugen, so daß aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen (DMS) falsche Ergebnisse liefern. Auch Verstärkungen durch starke Belastungsringe, die mit Stauchzylinder aus einem Stück bestehen, sind noch zu biegeweich und haben nur geringe Wirkung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der Biegung des Verformungssteges (Stauchzylinders) bei nicht idealen Belastungsverhältnissen und die Meßkrafteinleitung in die Mitte des Belastungssteges.

Das zur Lösung dieser Aufgabe wesentliche Merkmal ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Anhand der A b b. 1 bis A b b. 7 soll die Erfindung im fo'genden beispielhaft beschrieben werden.

Eine Druckkraftmeßzelle der beschriebenen Art ist ringförmig, im wesentlichen rotationssymmetrisch und hat im Axialschnitt einen etwa I-förmigen Querschnitt (Abb. 1). Der dünne, durch die Meßkräfte gestauchte, hohlzylindrische Verformungssteg {Stauchzylinder) 1, auf dem DMS 2 zur Bestimmung der Stauchung angebracht sind, ist mit je einem oberen und unteren Stabilisierungsring 3 (Krafteinleitungsring) verbunden. Abb.2 zeigt, vie bei einem nicht erfindungsgemäß gestalteten Kraftmeßring bei nichtidealer Belastung ρ die am Stauchzylinder 1 unerwünschten Ausbuchtungen entstehen können.

A b b. 4 zeigt, wie die Stabilisierungsringe 3 mittels je einer inneren und äußeren Nute 4· und 5, in zwei Bereiche mit unterschiedlich großen Querschnitten aufgeteilt werden, so daß ein biegeweicher Steg 7 entsteht, der diese beiden Bereiche miteinander verbindet. Der sich dirskt av. den Stauchzylinder anschließende wesentlich dickere Teil 3' dient weiter zur Stabilisierung und der schwächere (dünnere) äußere Teil 6 (Ausgleichsring) dient zum Ausgleich von Unebenheiten sowie zur Aufnahme und Weiterleitung der auftreffenden Meßkräfte in die Mitte des Verformungssteges. Um dies zu erreichen, muß der mittlere Radius des Steges 7 gleich dem des Stauchzylinders 1 gewählt werden. Die Biegefähigkeit des Steges 7 kann noch erhöht werden, wenn in ihm die Flächenbelastung kleiner gewählt wird als im Stauchzylinder 1. Durch diese Maßnahme werden Unebenheiten und Biegung der kraftgebenden Maschinenteile von dem eigentlichen Meßring 1 und seinen Stabilisierungsringen ferngehalten. In A b b. 3 ist dargestellt, wie bei dem erfindungsgemäßen Kraftmeßring Unebenheiten der belastenden Teile und nichtzentrale Lasten nur den Ausgleichsring 6 deformieren können und vom eigentlichen Stauchzylinder, der die DMS trägt, ferngehalten werden.

In A b b. 3 und A b b. 4 sind 14 und 15 Abdeckungen für die DMS und 16 bzw. 17 Nuten für die Zuleitung. In den A b b, 5, 6 und 7 sind weitere Ausgestaltungen der Grundidee dargestellt: In A b b. 7 ist der Ausgleichsring als loser Ring 8 ausgebildet, der über der Mitte des Meßringes mit einer Druckkante 9 versehen ist. Er kann beispielsweise durch Schrauben 10 mit dem Stabilisierungsring in seiner zentralen Lage fixiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ringförmige, im wesentlichen rotationssymmetrische, im Axialschnitt, etwa I-förmige Druckkraftmeßzelle, Kraftmeßring genannt, mit je einem oberen und unteren Stabilisierungsring und mit dünnem, durch die Meßkräfte gestauchtem, hohlzylindrischem Verformungssteg (Stauchzylinder), auf dem DMS zur Bestimmung der Stauchung angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß ίο der obere und untere Stabilisierungsring durch Nuten in zwei Teile aufgeteilt wird, die durch einen elastischen Steg verbunden sind, wobei der äußere Ausgleichsring zur Krafteinleitung und zum Ausgleich von Unebenheiten und der innere weiterhin :5 als Stabilisierungsring dient

2. Kraftmeßring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Radien des achsparallelen elastischen Steges (7) und des Verformungsstegs (1) gleich sind, damit die Kraft in die (Witte des Stauchryiinders eingeleitet wird.

3. KraftiTicBring nach Anspruch ! und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Steg einen kleineren, spezifisch höher belasteten Querschnitt als der Stauchzylinder hat.

4. Kraftmeßring nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Lage der Nuten (4) und (5) so gewählt ist, daß der sich ergebende Querschnitt des Stabilisierungsringes (3') wesentlich größer wird als der Querschnitt der-Ausgleichsringe (6).

5. Kraft ■'ießring nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsringe mit Ansätzen und Nuten für die Aufnahme von Abdeckmanschetten und Dichtungsringen, zum Schütze der Meßelemente urfd Leitungen, versehen sind.