DE1155922B

DE1155922B - Messkoerper fuer Lastmessungen

Info

Publication number: DE1155922B
Application number: DEB59842A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Birkholtz
Original assignee: BERLINER INDUSTRIEWAAGENFABRIK
Current assignee: BERLINER INDUSTRIEWAAGENFABRIK
Priority date: 1960-10-24
Filing date: 1960-10-24
Publication date: 1963-10-17

Description

Meßkörper für Lastmessungen Zur Messung von insbesondere größeren Lasten werden Kraftmeßdosen benutzt, die auf dem Prinzip beruhen, daß ein unter der zu messenden Last sich deformierender Körper auf einer oder mehreren seiner Außenflächen elektrische Wicklungen trägt, die unter dem Einfluß dieser Deformation teils gereckt, teils gestaucht werden, so daß in ihnen Widerstandsänderungen auftreten, die z. B. durch eine Meßbrücke feststellbar sind und ein Maß für die Größe der Last darstellen. Die Meßkörper bestehen dabei zweckmäßig aus einem elastischen Material, vorzugsweise Stahl, und sind beispielsweise als Rotationskörper ausgebildet, die beim Messen in Richtung ihrer Achse auf Druck beansprucht werden.
In anderen Fällen werden als Meßkörper Federteller verwendet, deren kegelstumpfförmiger Teil auf Druck oder auf Zug beansprucht wird.
- Bei solchen bekannten Meßkörpern treten folgende Mängel auf: Ein auf Druck oder Zug beanspruchter Meßkörper weist keine lineare Abhängigkeit zwischen dem Betrag der Last und seiner Deformation, d. h. insbesondere der gemessenen Widerstandsänderung auf. Wird z. B. ein zylindrischer Druckmeßstab so belastet, daß eine Verkürzung um 1 0/ovo seiner ursprünglichen Länge eintritt, so wird sein Durchmesser um etwa 0,33 0/ovo größer. Damit ändert sich der Querschnitt um etwa 6,660/00. Die Kennlinie eines solchen Stabes verläuft daher progressiv.
Andererseits tritt bei einer Zugbeanspruchung eine degressive Kennlinie auf. - Bei Verwendung anderer Körperformen, bei denen keine Druck- oder Zugbeanspruchung stattfindet, sondern z. B. Biegebeanspruchungen maßgebend sind, entsteht ebenfalls keine lineare Kennlinie. Bei den bekannten tellerfederähnlichen Formen von Meßkörper oder bei den bekannten Biegetellern tritt bei der Belastung eine Übersetzungsänderung dadurch ein, daß die Krafteinleitungspunkte bzw. -linien einen Radius beschreiben. Handelt es sich dabei um Teller, die einem Druck ausgesetzt sind, so entsteht eine progressive, bei Tellem mit Zugbeanspruchung eine degressive Kennlinie. Bei flachen Tellern, bei denen die Krafteinleitungspunkte bzw. -linien nur wenig über der Fadenlinie liegen und bei einer Belastung unter diese zu liegen kommen, entsteht eine sinusförmige Kennlinie.
Es ist erstrebenswert, statt der bei den üblichen Meßkörper auftretenden progressiven bzw. degressiven bzw. sinusförmigen Kennlinie eine exakt oder angenähert geradlinige Kennlinie der Abhängigkeit zwischen Last und Deformierung bzw. Widerstandsänderung zu erhalten. Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Sie ist auf einen Meßkörper für Lastmessungen gerichtet, der mindestens zwei auf seiner Außenfläche vorgesehene elektrische Meßwicklungen trägt, von denen die eine durch die bei aufgesetzter Last erfolgende Deformation des Körpers gereckt, die andere gestaucht wird.
Die Erfindung besteht darin, daß der Meßkörper mindestens zwei tellerfederartig ausgebildete Teile enthält, die derart geneigt sind, daß durch die aufgesetzte Last der eine auf Druck (progressive Kennlinie), der andere auf Zug (degressive Kennlinie) beansprucht ist. Die Gestaltung und Bemessung des Meßkörpers ist so getroffen, daß die progressive Kennlinie des einen Teils im Zusammenwirken mit der degressiven Kennlinie des anderen Teils eine ganz oder nahezu geradlinige resultierende Kennlinie ergibt.
Vorzugsweise ist der Meßkörper rotationssymmetrisch gebaut, und seine Außenfläche ist über die beiden kegel- oder pyramidenstumpfförmigen Tellerränder etwa gleichen Neigungswinkels mit einem vorzugsweise zylindrischen Außenmantel verbunden.
Dieser Außenmantel trägt die Meßwicklungen.
Eine verbesserte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Meßkörper aus zwei Stücken zusammengesetzt ist, deren jedes je einen der kegel-oder pyramidenstumpfförmigen Tellerränder trägt.
Dabei ist jeder dieser Tellerränder in einen vorzugsweise zylindrischen koaxialen Außenmantel fortgesetzt, von denen jeder eine der Meßwicklungen trägt. Die an die Tellerränder angrenzenden Außenmäntel sind dabei - vorzugsweise an ihren der Verbindungsstelle mit dem jeweiligenTellerrand entgegengesetzten Rande - in je einen Ring fortgesetzt, die im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen und durch mehrere, mindestens drei achsenparallele Bolzen miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden an die Außenmäntel angrenzenden Ringen ist ein die Kraft übertragender weiterer Zylinder oder Ring vorgesehen.
Das Prinzip der Erfindung sowie weitere Einzelheiten derselben erläutert die Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen. Es zeigt Fig. 1 einen aus einem Stück bestehenden Meßkörper mit zwei federtellerrandförmigen Teilen, von denen der eine auf Druck, der andere auf Zug beansprucht wird, Fig. 2 einen aus zwei Einzelstücken zus ammengesetzten Meßkörper, deren jeder einen Tellerrand teil aufweist, die miteinander über geeignete, die Kraft übertragende Teile verbunden sind.
In Fig. 1 ist der vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildete Meßkörper mit 1 bezeichnet. Der obere, zylindrische Teil dieses Meßkörpers ist mit dem unteren Teil über zwei kegelstumpfförmige, als Federtellerränder wirkende Teile 2 und 3 und einen zwischen deren Außenrändem liegenden hohlzylindrischen Teil 4 verbunden. Auf der Außenfläche dieses zylindrischen Teils 4 sind die beiden üblichen Meßwicklungen 5 und 6 angeordnet, deren obere beim Wirken einer Last in Richtung des axialen Pfeils gereckt, deren untere gestaucht wird.
Dadurch, daß der obere tellerfederartig wirkende Teil2 beim Belasten in Achsenrichtung auf Druck und der untere Teil 3 auf Zug beansprucht wird, wird es möglich, die progressive Kennlinie, die durch den Teil 2 hervorgerufen wird, und die degressive Kennlinie, die der Teil 3 aufweist, so auszunutzen, daß sich als Resultierende eine genaue oder angenäherte Gerade ergibt. Die Neigungswinkel der Telleranteile 2 und 3 zur Körperachse können dabei entweder gleich groß sein oder aber, wie in Fig. 1 speziell gezeigt, voneinander verschieden sein. Durch letzteres werden die einzelnen Kennlinien der Teile 2 und 3 so beeinflußt, daß die Krümmungen ihrer progressiven bzw. degressiven Kennlinie genau oder angenähert gleich groß werden. Hierdurch werden Verschiedenheiten in diesen Krümmungen, die z. B. auf verschiedene Materialstärken der Tellerrandteile 2 und 3 oder der an diese angrenzenden Meßkörperteile bedingt sind, kompensiert.
Die untere Stirnfläche des Meßkörpers ist nach innen ausgehöhlt, so daß sie in an sich bekannter Weise auf einer Kugelfläche aufliegen kann.
Gemäß Fig. 2 besteht der Meßkörper aus zwei Einzelteilen 7 und 8, deren jeder einen zylindrischen Mittelteil enthält, an dessen oberen Rand sich je ein im Prinzip wie gemäß Fig. 1 ausgebildeter federtellerrandförmiger Teil 9 bzw. 10 anschließt. An den unteren Rand jedes dieser Teile 9 und 10 ist wiederum ein koaxial liegender zylindrischer Teil 11 bzw. 12 angeschlossen. Die oberen Ränder dieser Teile 11 und 12 sind in je einen Ring oder Zylinder 15 bzw.
16 fortgesetzt. Die Teile 15 und 16 stehen über je einen Bolzen 17 bzw. 18 mit einem zwischen den Ringen 15 und 16 vorgesehenen weiteren Ring oder Zylinder 19 in Verbindung, der die Kraftübertragung zwischen den Teilen 15 und 16 bewirkt.
Die zylindrischen Teile 11 und 12 tragen jeweils auf ihrer Außenfläche, und zwar in Nähe ihrer Verbindung mit den federtellerrandförmigen Teilen 9 und 10, also an ihrem unteren Rand, je eine der beiden Meßwicklungen 13 bzw. 14.
Auf der Außenfläche des ring- oder zylinderförmigen Kraftübertragungsteils 19 ist eine weitere elektrische Wicklung 20 vorgesehen, die zur Temperaturkompensation dient. Schließlich ist unterhalb des unteren Ringes 16 ein weiterer, von dem Bolzen 18 durchsetzter Zylinderteil 21 vorgesehen, der die Aufgabe hat, für die Meßwicklung 14 gleiche oder ähnliche Temperaturverhältnisse zu schaffen, wie sie bezüglich der Meßwicklung 13 durch den ring- oder zylinderförmigen Teil 19 gegeben sind.
Wenn, analog wie nach Fig. 1, in Richtung der Meßkörperachse eine Last wirkt, so wird der Teil 9 auf Druck beansprucht und sein unterer Rand in Richtung des radialen Pfeils nach außen gedrückt, so daß die Meßwicklung 13 gereckt wird. Durch die Übertragung dieser Kraft über die Teile 11, 15, 19, 16 und 12 wird der tellerrandförmige Teil 10 auf Zug beansprucht und die Meßwicklung 14 gestaucht.
Die Anordnung der Fig. 2 hat den grundsätzlichen Vorteil, daß die beiden Einzelstücke 7 und 8 aus einer bei der Fertigung auftretenden größeren Anzahl von Einzelstücken empirisch derart ausgewählt werden können, daß die erstrebte Geradlinigkeit der resultierenden Kennlinie möglichst vollkommen erreicht wird.
Die zentralen Teile der Meßkörperstücke 7 und 8 werden einander zweckmäßig so genähert, daß sie bei Überlast einander berühren und damit die die Meßwicklungen tragenden Teile entlasten. Es empfiehlt sich, zu diesem Zweck zwischen den beiden gegeneinandergerichteten Stirnflächen der Teile 7 und 8 eine Platte 22 anzuordnen, - deren Oberflächen an den Auflagestellen eben geschliffen sind. Durch die Stärke dieser Platte 22, die wiederum aus einer größeren Anzahl von untereinander geringfügig abweichenden Einzelexemplaren ausgewählt werden kann, können Toleranzen in der Form der Meßkörperstücke 7 und 8 ausgeglichen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßkörper für Lastmessungen, enthaltend mindestens zwei auf seiner Außenfläche vorgesehene elektrische Meßwicklungen, von denen die eine durch die bei aufgesetzter Last erfolgende Deformation des Körpers gereckt, die andere gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei tellerfederartig ausgebildete Teile enthält, die derart zur Richtung der Kraft geneigt sind, daß der eine auf Druck (progressive Kennlinie), der andere auf Zug (degressive Kennlinie) beansprucht ist.
2. Meßkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er derart gestaltet und bemessen ist, daß die progressive Kennlinie des einen Teils im Zusammenwirken mit der degressiven Kennlinie des anderen Teils eine ganz oder nahezu geradlinige resultierende Kennlinie ergibt.
3. Meßkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er vorzugsweise rotationssymmetrisch gebaut ist und seine Außenfläche über zwei kegel- oder pyramidenstumpfförmige Federtellerränder (2 und 3), die zur Kraftrichtung etwa gleichen Neigungswinkel aufweisen, mit einem vorzugsweise zylindrischen Außenmantel (4) verbunden sind.
4. Meßkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel der Tellerränder (2, 3) verschieden groß sind und dadurch Verschiedenheiten in der Stärke der Tellerränder bzw. der an sie angrenzenden Teile des Meßkörpers (1) ausgleichen.
5. Meßkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantelteil (4) die Meßwicklungen (5, 6) trägt.
6. Meßkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Stücken (7, 8) zusammengesetzt ist, deren jedes je einen kegel- oder pyramidenstumpfförmigen Federtellerrand (9, 10) trägt.
7. Meßkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Federtellerränder (9, 10) in einen vorzugsweise zylindrischen koaxialen Außenmantel (11, 12) fortgesetzt ist, der je eine der Meßwicklungen (13, 14) trägt.
8. Meßkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Tellerränder (9, 10) angrenzenden zylindrischen Außenmäntel (11, 12) - vorzugsweise an ihren der Verbindungsstelle mit den Tellerrändern (9, 10) entgegengesetzten Rändern - in je einen Ring (15, 16) fortgesetzt sind, die untereinander im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen und durch mehrere, z. B. drei achsenparallele Bolzen (17, 18) miteinander verbunden sind.
9. Meßkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden an die beiden zylindrischen Außenmantelteile (11, 12) angrenzenden Ringen (15, 16) ein die Kraft übertragender weiterer Zylinder oder Ring (19) vorgesehen ist.
10. Meßkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kraft übertragende Zylinder oder Ring (19) auf seiner Außenfläche eine elektrische Meßwicklung (20) zur Temperaturkompensation trägt.
11. Meßkörper nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auch in Höhe der unteren Meßwicklung (14) ein diese mit Abstand umgebender Zylinder oder Ring (21) angeordnet ist, der die in Nähe dieser Wicklung herrschende Temperatur stabilisiert.
12. Meßkörper nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelstücke der beiden Meßkörperteile (7, 8) einander so weit genähert sind, daß sie sich bei Überlast berühren und damit die die Meßwicklungen tragenden Teile entlasten.
13. Meßkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mittelstücken (7, 8) der Meßkörperteile eine senkrecht zur Körperachse liegende - gegebenenfalls auswechselbare - Sicherungsplatte (22) angeordnet ist.
14. Meßkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsplatte (22) an den Auflagestellen geschliffene Oberflächen aufweist.