DE1219252B

DE1219252B - Device for measuring tensile and compressive forces

Info

Publication number: DE1219252B
Application number: DER29839A
Authority: DE
Inventors: Georg Rothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-03-09
Filing date: 1961-03-09
Publication date: 1966-06-16

Description

Gerät zum Messen von Zug- und Druckkräften Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen der auf einen Einzelstab einwirkenden Zug- oder Druckkraft, vorzugsweise in zu Lehrzwecken dienenden Stabwerkkonstruktionen, die aus mehreren untereinander durch Gelenke verbundenen Stäben bestehen. Zum Nachweis der in einem Kräfteparallelogramm- oder Kräftevieleck wirksamen Zugkräfte werden im allgemeinen Federwaagen verwendet, die jedoch nur verhältnismäßig einfache Versuche erlauben. Um jedoch auch bei schwierigeren technischen Konstruktionen, wie beispielsweise Kranauslegern, Brücken u. dgl., die in den einzelnen Konstruktionsteilen auftretenden Kräfte darstellen und messen zu können, sind Kraftmeßgeräte erforderlich, die sowohl auf Druck- als auch auf Zugkräfte ansprechen. Für den Schulversuch ist es dabei besonders wichtig, bei Stabwerkskonstruktionen, die aus mehreren untereinander durch Gelenke verbundenen Stäben bestehen und die interessierende technische Konstruktion nachbilden, auch den möglichen Wechsel der Richtung der in einem Einzelstab wirksamen Kraft nachweisen zu können, wenn die auf das System einwirkende äußere Belastungskraft nach Größe oder Richtung geändert wird.Apparatus for measuring tensile and compressive forces The invention relates to on a device for measuring the tensile or compressive force acting on a single rod, preferably in framework structures for teaching purposes, which consist of several consist of rods connected to one another by joints. To prove the in one Tensile forces that are effective in parallelogram or polygon of forces are generally Spring balances are used, but they only allow relatively simple experiments. However, even with more difficult technical constructions, such as Crane booms, bridges and the like that occur in the individual structural parts To be able to represent and measure forces, force gauges are required that have both respond to both compressive and tensile forces. It is included for the school experiment especially important in the case of framework constructions, which consist of several through one another Joints connected rods exist and the technical construction of interest simulate, also the possible change of direction of the effective in a single rod To be able to demonstrate force if the external load force acting on the system is changed by size or direction.

Es sind Federdynamometer bekannt, bei denen die als Flachfedern ausgebildeten Kraftspeicher jeweils zwischen einem Kraftübertragungskörper und zwei Zwischengliedern eingeschaltet sind. Dadurch ergibt sich eine für die Durchführung einigermaßen genauer Messungen unzureichende Richtungsstabilität, ganz abgesehen davon, daß diese Federdynamometer wegen ihrer sperrigen Bauart zur Verwendung an kleinen Modellen, wie sie an den Fachschulen in Gebrauch sind, ungeeignet sind. Spring dynamometers are known in which those designed as flat springs Energy storage device between a force transmission body and two intermediate links are switched on. This results in a somewhat more accurate implementation Measurements inadequate directional stability, quite apart from the fact that these spring dynamometers because of their bulky design for use on small models such as the Technical schools are in use, are unsuitable.

Außerdem kennt man auch ein Meßgerät, das aus zwei ineinandergesteckten, gegeneinander beweglichen Hülsen besteht, in deren Innerem eine beide miteinander verbindende Schraubenfeder angebracht ist. Die Windungen dieser Schraubenfeder haben einen solchen Abstand voneinander, daß die Feder sowohl als Zug- als auch als Druckfeder anwendbar ist. Abgesehen von der dadurch bedingten großen Baulänge dieses Meßgerätes ist eine genaue Messung von Druckkräften nicht möglich, da die Feder nur eine Linienauflage hat und daher aus der axialen Richtung ausbiegen kann. Andererseits besteht durch die Zugbeanspruchung der Feder die Gefahr eines Uberdehnens. In addition, one also knows a measuring device that consists of two nested, there are mutually movable sleeves, in the interior of which both of them connecting coil spring is attached. The coils of this coil spring have such a distance from each other that the spring as both tension and compression spring is applicable. Apart from the resulting large overall length of this measuring device an exact measurement of compressive forces is not possible because the spring only has a line support and can therefore bend out of the axial direction. On the other hand, persists the tensile stress on the spring, the risk of overstretching.

Schließlich ist eine Federwaage bekannt, bei welcher der Waagebalken in der Mitte zwischen zwei Schraubenfedern angreift. Dabei wird der Waagebalken unter der Last des auf die Waagschale aufgelegten Gegenstandes aus seiner Anfangsstellung heraus nach oben bewegt, so daß die eine Feder sich dehnt, die andere zusammengedrückt wird. Es ist also nur ein einziger Kraftübertragungskörper, und zwar der Waagebalken, vorhanden, so daß eine Kraft lediglich in einer einzigen Richtung ausgeübt wird. Finally, a spring balance is known in which the balance beam engages in the middle between two coil springs. In doing so, the balance beam under the weight of the object placed on the weighing pan from its initial position moved out upwards so that one spring stretches and the other is compressed will. So there is only one force transmission body, namely the balance beam, present, so that a force is only exerted in a single direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sowohl auf Druck- als auch auf Zugkräfte ansprechendes Meßgerät zu schaffen, das in eine Stabwerkskonstruktion eingebaut werden kann, ohne daß dabei die interessierenden statischen Verhältnisse geändert werden. The invention has for its object to be both on pressure and to create a measuring device which is responsive to tensile forces and which is integrated into a framework construction can be installed without affecting the static conditions of interest be changed.

Diese Aufgabe ist bei einem Gerät der eingangs beschriebenen Art zum Messen der auf einen Einzelstab einer Stabwerkskonstruktion einwirkenden Zug- oder Druckkraft, das aus zwei entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft gegeneinander beweglichen und mit Anschlüssen an die betreffenden Stabteile sowie mit einer Kraftanzeigevorrichtung versehenen Krafttibertragungskörpern besteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine verschiebbare Kraftübertragungskörper über zwei an ihn angeschlossene und jeweils unter dem Einfluß der Kräfte in entgegengesetzter Richtung wirkende Kraftspeicher mit dem anderen verschiebbaren Kraftübertragungskörper verbunden ist. Eine solche Bauweise bringt es mit sich, daß nicht nur eine absolute Richtungsstabilität gewährleistet, sondern auch eine Überbeanspruchung der Kraftspeicher durch Zug ausgeschlossen ist, weil bei Zugbeanspruchung des einen Kraftspeichers der andere Kraftspeicher auf Druck beansprucht wird. Außerdem kann durch Ändern der Vorspannung der Kraftspeicher der Kraftmeßbereich des Gerätes geändert werden. Da ferner die Abmessungen des Gerätes so klein sind, eignet es sich auch zur Durchführung von Messungen an kleinen Modellen. Vorzugsweise werden bei einem solchen Meßgerät Vorkehrungen getroffen, um eine gewünschte Vorspannung der beiden Kraftspeicher einstellen zu können. This task is in a device of the type described above for measuring the tension acting on a single rod of a framework construction or compressive force, the result of two opposing the action of a restoring force against each other movable and with connections to the relevant rod parts as well as with a force display device provided power transmission bodies is achieved according to the invention in that the one displaceable power transmission body via two connected to it and energy storage devices acting in opposite directions under the influence of the forces is connected to the other displaceable force transmission body. Such The design means that not only is absolute directional stability guaranteed, but also an overstressing of the energy storage device by tension is excluded, because if one energy storage device is subjected to tensile stress, the other energy storage device will open Pressure is stressed. In addition, by changing the preload of the energy store the force measuring range of the device can be changed. As also the dimensions of the device are so small, it is also suitable for taking measurements on small models. In such a measuring device, precautions are preferably taken in order to obtain a desired To be able to adjust the bias of the two energy stores.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Kraftübertragungskörper aus einer rohrförmigen Hülse sowie einem von ihr umschlossenen und in ihr axial verschiebbaren Schiebebolzen und die Kraftspeicher aus zwei koaxial zur Hülse und zum Schiebebolzen angeordneten hintereinanderliegenden Schraubenfedern, deren jede sich mit ihrem einen Ende gegen eine gemeinsame, den Schiebebolzen umschließende und von der Hülse umschlossene, axial beweglich gelagerte Ringscheibe und mit ihrem anderen Ende gegen einen im Endbereich der Hülse angeordneten Widerlagerring abstützt. In kinematischer Umkehrung dieser Anordnung ist es selbstverständlich möglich, die beiden Widerlagerringe auf dem Schiebebolzen, die Ringscheibe dagegen in der Bohrung der Hülse zu befestigen. Wenn keine äußeren Kräfte auf Hülse und Schiebebolzen einwirken, wird die axiale Lage des Bolzens zur Hülse so festgelegt, daß sich die Schraubenfedern auf gleiche Vorspannung einstellen. Wenn dagegen auf die Hülse und den Bolzen in Achsrichtung wirksame Zug oder Druckkräfte ausgeübt werden, entspannt sich unter gleichzeitigem Spannen der anderen Feder eine der beiden Federn unter gleichzeitiger axialer Verschiebung des Schiebebolzens gegenüber der Hülse. In an advantageous embodiment, there are another Feature of the invention, the power transmission body from a tubular sleeve as well one enclosed by it and axially displaceable in it sliding bolt and the Energy storage device consisting of two one behind the other arranged coaxially to the sleeve and to the sliding bolt Coil springs, each of which has one end against a common, the Sliding bolts enclosing and enclosed by the sleeve, axially movably mounted Ring disk and arranged with its other end against one in the end region of the sleeve Abutment ring supports. In the kinematic reversal of this arrangement, it goes without saying possible, the two abutment rings on the sliding bolt, the washer against it to be fixed in the bore of the sleeve. If there are no external forces on the sleeve and Acting on the sliding bolt, the axial position of the bolt in relation to the sleeve is determined in such a way that that the coil springs adjust to the same preload. If against it the sleeve and the bolt exerted tensile or compressive forces in the axial direction one of the two relaxes while tensioning the other spring at the same time Springs with simultaneous axial displacement of the sliding pin compared to the Sleeve.

Weiterhin können gemäß der Erfindung die Widerlagerringe zwecks Einstellung einer gewünschten Vorspannung der Schraubenfedern in die Hülse ein- bzw. aus ihr ausschraubbar sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Schiebebolzen gegenüber der Hülse durch in deren Endbereichen angeordnete Kugellager geführt ist. Furthermore, according to the invention, the abutment rings for the purpose of adjustment a desired bias of the coil springs in or out of the sleeve be unscrewable. It has proven to be particularly advantageous if the sliding bolt is guided with respect to the sleeve by ball bearings arranged in the end regions thereof.

Um das Gerät leicht an verschiedenen Stellen der zu untersuchenden Stabwerkskonstruktion verwenden zu können, empfiehlt es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, sowohl an der Hülse als auch an dem Schiebebolzen je ein Paar von radial abstehenden Steckbolzen zu befestigen, die zum Eingriff in passende Bohrungspaare an den einander zugekehrten Enden zweier einen Einzelstab ergebender Teilstücke bestimmt sind. Die Verschiebung des Bolzens kann man beispielsweise durch einen an ihm befestigten Zeiger sichtbar machen, der durch einen in Achsrichtung verlaufenden Ausschnitt in der Hülse herausgeführt ist und über einer auf der Hülse angebrachten Skala läuft. To the device easily at different points of the to be examined To be able to use a framework construction, it is recommended after another Feature of the invention, both on the sleeve and on the sliding bolt Fasten pair of radially protruding socket pins that mate for engagement Bore pairs at the mutually facing ends of two resulting in a single rod Sections are determined. The displacement of the bolt can be done, for example, by make a pointer attached to it visible, which is indicated by a pointer in the axial direction running cutout is led out in the sleeve and over one on the sleeve attached scale runs.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert, Es zeigt F i g. 1 das Kräftemeßgerät im Längsschnitt, F i g. 2 in der Ansicht von der Seite, Fig. 3 im Schnitt nach der Linie III-TII in Fig. 1, F i g. 4 zeigt das Meßgerät in seiner Arbeitsstellung, während in Fig. 5, 5 a, 6, 6a Anwendungsbeispiele dargestellt sind. The invention is described below using an exemplary embodiment described and explained in more detail, It shows FIG. 1 the force measuring device in longitudinal section, F i g. 2 in the view from the side, FIG. 3 in section along the line III-TII in Fig. 1, Fig. 4 shows the measuring device in its working position, while in Fig. 5, 5 a, 6, 6 a application examples are shown.

Das Meßgerät enthält nach F i g. 1 eine Hülse 10, einen in dieser längs verschiebbaren, gleichachsig zur Hülse angeordneten Schiebebolzen 11 sowie zwei Schraubenfedern 12 und 13, die im Zwischenraum zwischen dem Schiebebolzen 11 und der Hülse 10 angeordnet sind. Die einander zugekehrten Enden der Schraubenfedern liegen gegen eine gemeinsame Ringscheibe 14 an. Diese ist auf dem Schiebebolzen 11 mit einem Stift 15 festgelegt und trägt einen Zeiger 16, der durch einen Längsschlitz 17 der Hülse 10 herausgeführt ist. Beide Schraubeufedern werden unter Vorspannung gehalten durch zwei Lagerringe 18 und 19, die an ihrem Umfang ein nicht dargestelltes Gewinde tragen. Mit diesem sind sie in ein ebenfalls nicht dargestelltes Gegengewinde von den Stirnseiten der Hülse 10 her so weit eingeschraubt, daß der Zeiger 16 auf der Null-Marke einer im übrigen nicht näher bezeichnetzen Skala auf der Hülse 10 steht. Zur Führung des Schiebebolzens 11 in der Hülse 10 dienen mehrere Kugeln 20, die in Längsnuten 20' geführt sind. According to FIG. 1 a sleeve 10, one in this longitudinally displaceable, coaxially arranged sliding bolts 11 and the sleeve two coil springs 12 and 13, which in the space between the sliding pin 11 and the sleeve 10 are arranged. The facing ends of the coil springs lie against a common annular disk 14. This is on the sliding bolt 11 fixed with a pin 15 and carries a pointer 16, through a longitudinal slot 17 of the sleeve 10 is led out. Both helical springs are under tension held by two bearing rings 18 and 19, which have a not shown on their circumference Wear thread. With this they are in a mating thread, also not shown from the end faces of the sleeve 10 so far screwed that the pointer 16 to the zero mark of a scale, otherwise unspecified, on the sleeve 10 stands. Several balls 20 are used to guide the sliding pin 11 in the sleeve 10, which are guided in longitudinal grooves 20 '.

Daß Meßgerät ist zur Verwendung in einem mehrere Einzelteile enthaltenden Baukasten bestimmt, mit dem die in den F i g. 5, 5 a, 6 und 6 a beispielsweise dargestellten Stabwerkskonstruktionen hergestellt werden können. Jeder der Einzelstäbe des Baukastens besteht aus zwei Teilstücken 21 und 22, die aus Rohrabschnitten bestehen und untereinander durch eine ihre einander zugekehrten Enden übers greifende gemeinsame Manschette 23 verbunden werden können. Jedes der Rohrstücke 21 und 22 trägt am anderen Ende eine nicht näher dargestellte Hülse, die zusammen mit der Hülse des Nachbarstabes und einem nicht dargestellten Gelenkbolzen einen Gelenkpunkt der Stabwerkskonstruktion bildet. Um die in dem in Fig. 5 a dargestellten Belastungsfall auf die Teilstücke 21 und 22 unter dem Einfiuß einer Last L ausgeübten Druck- bzw. Zugkräfte messen zu können, wird die Manschette 23 entfernt und an deren Stelle das Meßgerät der in F i g. 4 dargestellten Weise eingesetzt. Hierzu sind an der Hülse zwei radial abstehende Steckbolzen 24 und 25 befestigt, die in passende, nicht näher bezeichnete Bohrungen im Teilstück 21 festgeklemmt werden. In gleicher Weise sind am Schiebebolzen 11 zwei Steckbolzen 26 und 27 befestigt. Diese ergeben nach dem EinUenunen in zwei Bohrungen im Teilstück 22 eine sichere Verbindung zwischen den beiden Teilstücken und übertragen die von der Last L ausgeübte Druckkraft auf die in F i g. 1 mit 13 bezeichnete Feder, die stärker zusammengedrückt wird, wobei der Zeiger 16 in die in F i g. 2 dargestellte linke Skalenhälfte wandert, Gleichzeitig wird die andere Schraubenfeder 12 entlastet. The measuring device is for use in a multi-part containing Construction kit determined with which the in the F i g. 5, 5 a, 6 and 6 a shown for example Framework constructions can be produced. Each of the individual bars in the kit consists of two sections 21 and 22, which consist of pipe sections and one below the other by a common cuff that extends over their mutually facing ends 23 can be connected. Each of the pipe sections 21 and 22 carries at the other end a sleeve not shown, which together with the sleeve of the neighboring rod and a hinge pin, not shown, a hinge point of the framework construction forms. To the load case shown in Fig. 5 a on the sections 21 and 22 measure the compressive and tensile forces exerted under the influence of a load L. to be able to, the cuff 23 is removed and the measuring device in its place in Fig. 4 used manner shown. For this purpose, two are radial on the sleeve protruding socket pins 24 and 25 attached to the matching, unspecified Bores in the section 21 are clamped. In the same way are on the sliding bolt 11 two socket pins 26 and 27 attached. After unifying, these result in two Bores in the section 22 ensure a secure connection between the two sections and transmit the compressive force exerted by the load L to the one shown in FIG. 1 with 13 designated spring, which is compressed more, the pointer 16 in the in Fig. 2 left half of the scale moves, at the same time the other Helical spring 12 relieved.

Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Meßgerätes zeigt sich bei Belastungsfällen, wie sie in den F i g. 6 und 6 a dargestellt sind. Dort ist jeweils in den aus den Teilstücken 28 und 29 bestehenden Einzelstab und in den aus den Teilstücken 90 und 31 bestehenden zweiten Einzelstab eines der in den F i g. 1 bis 4 wiedergegebenen Meßgeräte eingebaut. Die Meßgeräte gestatten es, die in diesen Stäben wirksamen Kräfte ihrer Richtung und Größe nach zu bestimmen, wenn die mit einem Pfeil P angedeutete Belastung der Traglastkonstruktion nach Größe und Richtung verändert wird. Bei dem in F i g, 6 a dargestellten Belastungsfall kann mit drei Meßgeräten besonders instruktiv die jeweilige Änderung der Stabkräfte nachgewiesen werden, wenn die mit den drei Pfeilen1, P 2, P 3 bezeichneten Kräfte verändert werden, wobei der besondere Vorteil darin besteht, daß die Meßgeräte ohne Änderung des geometrischen Aufbaues in kurzer Zeit in die jeweiligen Einzelstäbe eingesetzt und so die Einzelstäbe der Reihe nach untersucht werden können, ohne daß hierzu ein langwieriger Umbau erforderlich ist. The particular advantage of the proposed measuring device is shown in Load cases as shown in FIGS. 6 and 6 a are shown. There is always in the single rod consisting of the sections 28 and 29 and in the sections 90 and 31 existing second single rod of one of the FIGS. 1 to 4 reproduced Built-in measuring devices. The measuring devices allow the effective in these rods Forces to be determined according to their direction and magnitude, if indicated by an arrow P. Load on the load-bearing structure is changed according to size and direction. In which The load case shown in FIG. 6 a can be particularly instructive with three measuring devices the respective change in the bar forces can be verified if the three Arrows 1, P 2, P 3 denoted forces can be changed, the particular advantage consists in the fact that the measuring devices without changing the geometric structure in a short time Time inserted into the respective individual bars and so the individual bars one after the other can be examined without the need for lengthy reconstruction.

Das erfindungsgemäße Gerät kann auch so ausgebildet sein, daß es in der Verlängerung der Stabteile 21, 22, also axial zu diesen liegt. Weiterhin können an Stelle der Federn 12, 13 andere Kraftspeichermittel, beispielsweise eine Luftfederung oder hydraulische Federung, vorgesehen sein. The device according to the invention can also be designed so that it in the extension of the rod parts 21, 22, that is axially to these. Farther can instead of the springs 12, 13 other energy storage means, for example an air suspension or hydraulic suspension may be provided.

Claims

Claims: 1. Device for measuring the on a single rod a Framework construction acting tensile or compressive force, which consists of two counter to the Effect of a restoring force movable against each other and with connections to the relevant rod parts as well as force transmission bodies provided with a force display device consists, characterized in that the one displaceable force transmission body (10) via two connected to it and each under the influence of the forces in energy storage device (12, 13) acting in the opposite direction with the other displaceable Force transmission body (11) is connected.

2. Measuring device according to claim 1, characterized by means for setting a desired bias of the two energy stores (12, 13).

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the force transmission body from a tubular sleeve (10) and one enclosed by it and axially in it displaceable sliding bolt (11) and the energy storage device from two coaxial to the sleeve (10) and to the sliding bolt (11) arranged one behind the other helical springs (12, 13) exist, each of which is at one end against a common, the Sliding bolt (11) enclosing and enclosed by the sleeve (10), axially movable mounted washer (14) and with its other end against one in the end area of the Sleeve (10) arranged abutment ring (18 or 19) is supported.

4. Measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the Abutment rings (18, 19) for the purpose of setting a desired preload of the coil springs (12, 13) can be screwed into or unscrewed from the sleeve (10).

5. Measuring device according to claim 3 or 4, characterized in that the Sliding bolts (11) opposite the sleeve (10) by being arranged in the end regions thereof Ball bearing (20) is performed.

6. Measuring device according to one of claims 3 to 5, characterized in that that both on the sleeve (10) and on the sliding bolt (Ip each have a pair of radial protruding socket pin (24, 25 or 26, 27) is attached, which for engagement in matching pairs of holes at the opposite ends of two a single rod resulting portions (21, 22) are determined.

7. Measuring device according to one of claims 3 to 6, characterized in that that on the sliding bolt (11) a pointer (16) is attached, which is by an in Axially extending cutout (17) is led out in the sleeve (10) and runs over a scale attached to the sleeve (10).

References considered: U.S. Patents No. 1,031 699, 1393 007, 1961368,2450188.

"Handbook of tension and strain measurement" by Fink and Rohrbach, Düsseldorf 1958, p. 429.