DE1067241B

DE1067241B - Device for measuring forces with strain gauges

Info

Publication number: DE1067241B
Application number: DENDAT1067241D
Authority: DE
Inventors: Darmstadt Karl Hoffmann
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Publication date: 1959-10-15

Description

DEUTSCHESGERMAN

kl. 42 k 7/05kl. 42 k 7/05

INTERNAT. KL. G Ol IINTERNAT. KL. G Ol I

PATENTAMTPATENT OFFICE

Sch 25562 IX/42kSch 25562 IX / 42k

AKMELDETAG: 20. FEBRUAR 1959REGISTRATION DAY: FEBRUARY 20, 1959

BEKANNTMACHUNG 'NOTICE '

DER ANMELDUNGTHE REGISTRATION

UND AUSGABE DERAND ISSUE OF THE

AUSLEGESCHRIFT·. 15. O KT O B E R 1959EDITORIAL ·. 15. O KT O B E R 1959

Dehnungsmeß-Messung vonStrain measurement of

Die Erfindung betrifft eine mit streifen versehene Vorrichtung zur Kräften.The invention relates to a device provided with strips for Forces.

Es sind schon verschiedene Vorrichtungen für diesen Zweck bekanntgeworden. Wegen der einfachen Art ihres Aufbaus und der Möglichkeit, die ermittelten Meßwerte in einfacher Weise an eine entfernt von der Meßstelle liegende Auswertungsstelle zu übertragen, haben sich sogenannte elektrische Kraftmeßdosen immer mehr eingeführt. Diese bestehen im wesentlichen aus einem auf Zug oder Druck belasteten Meßglied, dessen Längenänderungen unter Last in an ihm befestigten elektrischen Dehnungsmeßstreifen Leitfähigkeitsänderungen hervorrufen, die als Maß für die Belastung dienen. Bekannte Vorrichtungen weisen solche Meßglieder in Form von in ihrer Achsrichtung belastbaren Säulen oder Zylindern auf.Various devices have already become known for this purpose. Because of the simple Type of structure and the possibility of transferring the measured values to a remote from So-called electrical load cells have to be transferred to the evaluation point located at the measuring point more and more introduced. These essentially consist of a tension or compression load Measuring element whose length changes under load in electrical strain gauges attached to it Cause changes in conductivity, which serve as a measure of the load. Known devices have such measuring members in the form of pillars or cylinders that can be loaded in their axial direction.

Es ist eine Eigenart und in der Regel ein Vorzug der vorstehend geschilderten Kraftmeßdosen, daß mit ihnen nahezu »weglose« Messungen durchgeführt werden können. Durch stoßartige Beanspruchung oder durch Unachtsamkeit oder aus irgendwelchen anderen Gründen können Kräfte auftreten, die den Meßbereich der Kraftmeßdose weit übersteigen. Derartige Überlastungen führen in der Regel zu einer Schädigung oder Zerstörung der Meßdose. Diese Gefahr ist in besonderem Maße beispielsweise im Kranbetrieb gegeben, wo beim Verfangen des Hakens oder bei ruckartigem Anheben von Lasten unkontrollierbare Kräfte auftreten können. Das Anbringen von Hubbegrenzungsanschlägen zur Sicherung gegen Überbelastungszerstörung ist bei solchen Kraftmeßdosen wegen des geringen Meßweges praktisch nicht möglich. . Es wird deshalb oftmals eine nur teilweise Ausnutzung des Meßbereiches als Ausweg gewählt. Die Meßvorrichtung wird also nur mit einem Teil ihres Meßbereiches zur normalen Messung herangezogen, während der Rest als Sicherheitsbereich für mögliche Überbelastungen vorgesehen wird. Dies ist insofern nachteilig, als die Größe der möglichen Überbelastung nur geschätzt werden kann, so daß eine Überschreitung des vorgesehenen Bereiches trotzdem mit den erwähnten Folgen möglich ist. Die Einschränkung des Meßbereiches bringt weiterhin zwangläufig eine Verminderung der Meßgenauigkeit mit sich, weil gewisse Fehler eine absolute Größe haben und nicht dem Meßwert proportional sind.It is a peculiarity and usually an advantage of the load cells described above that with virtually "pathless" measurements can be carried out for them. By shock loads or due to carelessness or for any other reason, forces can occur which affect the measuring range far exceed the load cell. Such overloads usually lead to damage or destruction of the load cell. This danger is particularly prevalent, for example in crane operation, where uncontrollable forces when catching the hook or when lifting loads jerkily may occur. Attaching stroke limit stops to protect against overload damage is practically not possible with such load cells because of the short measuring path. . Therefore, only partial utilization of the measuring range is often chosen as a solution. the The measuring device is therefore only used for normal measurement with part of its measuring range, while the rest is provided as a safety area for possible overloads. This is so disadvantageous, as the size of the possible overload can only be estimated, so that it is exceeded of the intended area is still possible with the consequences mentioned. The limitation of the Measurement range also inevitably leads to a reduction in the measurement accuracy, because certain Errors have an absolute size and are not proportional to the measured value.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und erreicht dies dadurch, daß zwischen einem mit der Kraft und einem mit dem Widerlager verbundenen Bauteil zwei oder mehrere im wesentlichen U-förmig gestaltete, vorzugsweise elastische Meßglieder, die an dem die beiden Schenkel verbindenden Bogenteil Dehnungsmeßstrei-Mit Dehnungsmeßstreifen versehene Vorrichtung zur Messung von KräftenThe invention aims to avoid these disadvantages of the known devices and achieves this in that between a component connected to the force and a component connected to the abutment two or a plurality of essentially U-shaped, preferably elastic measuring members, which the two Leg connecting arch part Strain gauge-provided with strain gauges Device for measuring forces

Anmelder: Carl SchenckApplicant: Carl Schenck

Maschinenfabrik G.m.b.H., Darmstadt, Landwehrstr. 55 Maschinenfabrik GmbH, Darmstadt, Landwehrstr. 55

Karl Hoffmann, Darmstadt,, ist als Erfinder genannt wordenKarl Hoffmann, Darmstadt, has been named as the inventor

fen oder dergleichen Meßelemente tragen, derart eingefügt sind, daß die Kraft nahe ihren freien Schenkelenden angreift. Bei einer solchen Gestaltung der Vorrichtung wird trotz ausreichender Stabilität und geringer Bauhöhe der Meßglieder ein so' großer Meßweg erreicht, daß die Möglichkeit zur Anbringung eines funktionsfähigen Hubbegrenzungsanschlags gegeben ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei sowohl auf Zug als auch, unter Zuhilfenahme an sich bekannter Lastumlenkmittel, beispielsweise kettengliederartig übereinandergreifende Konstruktionen, oder gleitende Durchführung des Kranhakenschafts durch die Traverse, auf Druck beansprucht werden.fen or carry the like measuring elements, so inserted are that the force acts near their free leg ends. With such a design of the Despite sufficient stability and low overall height of the measuring elements, the device has such a large measuring path achieved that given the possibility of attaching a functional stroke limiter stop is. The device according to the invention can be used both on train and with the aid load deflection means known per se, for example constructions overlapping one another in the manner of chain links, or sliding implementation of the crane hook shaft through the crossbeam, subjected to pressure will.

Die einzelnen Meßglieder können in beliebiger Weise an den Bauteilen befestigt oder zwischen diesen eingespannt werden. Sie können auch — gegebenenfalls zusammen mit den Anschlägen — mit den Bauteilen zu einem Stück vereinigt sein. Bei lösbaren Verbindungen zwischen Bauteilen und Meßgliedern ist es in einfacher Weise möglich, unter Beibehaltung der Bauhöhe, durch Einfügen einer mehr oder weniger großen Zahl von Meßgliedern die Vorrichtung dem gewünschten Lastbereich anzupassen. Es ist weiterhin möglich, sowohl die Einzelteile als auch die gesamte Vorrichtung aus einem Stück herauszuarbeiten, z. B. durch Fräsen, Bohren usw.The individual measuring elements can be attached in any way to the components or between them be clamped. You can also - if necessary together with the attacks - with the Components to be combined into one piece. With detachable connections between components and measuring elements it is possible in a simple way, while maintaining the overall height, by inserting a more or less large number of measuring elements to adapt the device to the desired load range. It is still possible to work out both the individual parts and the entire device from one piece, z. B. by milling, drilling, etc.

Besonders zweckmäßig ist es, gemäß weiterer Erfindung den Hubbegrenzungsanschlag so auszubilden, daß er auch seitliche Verschiebungen begrenzt.According to a further invention, it is particularly expedient to design the stroke limiter stop in such a way that that it also limits lateral shifts.

Gemäß weiterer Erfindung ist es zweckmäßig, durch Querschnittsverminderung eine Art Gelenkstellen zu schaffen, die, insbesondere bei Anbringen in der Nähe des Lastangriffs, eine gute Verformung an den Meßstellen bewirken, so daß ein besonders günstiger Meßeffekt erzielt wird.According to a further invention, it is expedient to close a kind of articulation points by reducing the cross section create that, especially when attached in the vicinity of the load application, a good deformation at the measuring points cause, so that a particularly favorable measuring effect is achieved.

909 638/173909 638/173

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Gleiche Teile tragen in sämtlichen Abbildungen gleiche Bezugsziffern. In the figures, exemplary embodiments of the invention are shown schematically. Same Parts have the same reference numbers in all of the figures.

Abb. 1 zeigt eine auf Druck belastete Vorrichtung mit zwei Meßbügeln 1,2, die zwischen einem auf einer Kranhakentraverse aufzusetzenden oder durch diese selbst gebildeten Bauteil 3, durch das der Kranhaken 4 hindurchgeführt ist und einem mit dem Kranhaken verbundenen bzw. von diesem belasteten Bauteil 5 eingefügt sind. Das Bauteil 3 ist gleichzeitig als Anschlag 3' zur Hubbegrenzung hochgezogen. Die am Kranhaken 4 hängende Last wirkt auf die freien Schenkel der U-förmigen Meßglieder 1, 2 ein und drückt diese zusammen, wobei der Meßweg α durch den Anschlag 3' begrenzt ist. An den die Schenkel der Meßglieder verbindenden Bogen sind Dehnungsmeßstreifen 6,7 angebracht, von denen die Streifen 6 bei Belastung eine Dehnung und die Streifen 7 eine Stauchung messen. Als Dehnungsmeßstreifen können alle an sich bekannten Elemente zur elektrischen Messung von Oberflächendehnungen bzw. -Stauchungen verwendet werden, beispielsweise passive Elemente, die auf der Widerstandsänderung eines elektrischen Leiters basieren, wie Draht- oder Folienstreifen aus Widerstands- oder Halbleitermaterial, oder aktive Elemente, die den piezoelektrischen Effekt eines Werkstoffes ausnutzen.Fig. 1 shows a pressure-loaded device with two measuring brackets 1,2, which are placed between a component 3 to be placed on a crane hook traverse or formed by this itself, through which the crane hook 4 is passed, and a component connected to the crane hook or loaded by it 5 are inserted. The component 3 is pulled up at the same time as a stop 3 'to limit the stroke. The load hanging on the crane hook 4 acts on the free legs of the U-shaped measuring members 1, 2 and presses them together, the measuring path α being limited by the stop 3 '. Strain gauges 6, 7 are attached to the arches connecting the legs of the measuring members, of which the strips 6 measure an elongation and the strips 7 a compression under load. All known elements for electrical measurement of surface expansion or compression can be used as strain gauges, for example passive elements that are based on the change in resistance of an electrical conductor, such as wire or foil strips made of resistance or semiconductor material, or active elements that the exploit the piezoelectric effect of a material.

In Abb. 2 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gezeigt, bei der mehr als zwei Meßglieder 1, 1', 1"; 2, 2', 2" sternförmig angeordnet sind.In Fig. 2 is a plan view of a device is shown in which more than two measuring members 1, 1 ', 1 "; 2, 2 ', 2 "are arranged in a star shape.

Abb. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Meßglieder und die Anschläge S aus einem Stück bestehen.Fig. 3 shows a device in which the measuring elements and the stops S consist of one piece.

In Abb. 4 sind die Meßglieder 1, 2 durch Anbringen von Bohrungen und Schlitzen aus einem Materialstück herausgearbeitet. An den Stellen 8 ist der Querschnitt der Meßglieder 1, 2 verringert, so> daß dort eine Art Gelenkstelle vorhanden ist. Bei einer derartigen Ausbildung tritt eine besonders große Verformung an den die Dehnungsmeßstreifen 6, 7 tragenden Stellen auf.In Fig. 4 the measuring elements 1, 2 are machined from a piece of material by making holes and slots. At the points 8, the cross-section of the measuring members 1, 2 is reduced, so that there is a kind of articulation point. With such a design, a particularly large deformation occurs at the points carrying the strain gauges 6, 7.

Die Ausführungsform nach Abb. 5 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Abb. 1. Als Variante ist hier der Anschlag 5' am Bauteil 5 angebracht und an der Stelle 5" so ausgebildet, daß er zusätzlich zu einer Hubbegrenzung gleichzeitig auch eine Begrenzung gegen seitliche Verschiebung bewirkt. Analog zur Ausführung nach Abb. 4 sind auch hier Gelenkstellen 8 vorgesehen.The embodiment according to Fig. 5 corresponds essentially to that according to Fig. 1. As a variant, is here the stop 5 'attached to the component 5 and formed at the point 5 "so that it in addition to a Stroke limitation at the same time also causes a limitation against lateral displacement. Analogous to In the embodiment according to Fig. 4, articulation points 8 are also provided here.

Abb. 6 zeigt eine Vorrichtung, bei der Meßglieder und Bauteile aus einem Stück herausgearbeitet sind.Fig. 6 shows a device in which the measuring elements and components are machined from one piece.

Alle dargestellten Ausführungsformen können in an sich bekannter Weise zur Messung von Druckkräften, z. B. in der in Abb. 1 gezeigten Weise, oder zur Messung von Zugkräften verwendet werden. Im letzteren Fall sind die Anschläge sinngemäß umzugestalten. All of the illustrated embodiments can be used in a manner known per se for measuring compressive forces, z. B. in the manner shown in Fig. 1, or used to measure tensile forces. in the in the latter case, the notices are to be redesigned accordingly.

Claims

Patent claims:

1. Device provided with strain gauges for measuring forces, characterized in that that between a component connected to the force and a component connected to the abutment (3, 5) two or more essentially U-shaped, preferably elastic measuring elements (1,2), the strain gauges (6, 7) on the part of the arch connecting the two legs or the like measuring elements are inserted so that the force is close to their free Attacks thigh ends.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the relative movement of the two components (3, 5) mutually limiting stop (3 ', 5') is provided.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring elements points (8) are smaller Cross-section, preferably in the legs near the load application, have.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring members (1, 2) or components (3, 5) by attaching Recesses, bores or the like. Are machined from solid material.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components (3, 5) measuring elements (1, 2) and / or stops (3 ', 5') consist of one continuous piece.

1 sheet of drawings