DE8435935U1

DE8435935U1 - Messvorrichtung fuer kraefte

Info

Publication number: DE8435935U1
Application number: DE19848435935U
Authority: DE
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1984-12-08
Filing date: 1984-12-08
Publication date: 1985-05-09
Also published as: FR2574544A1; IT1200856B; IT8523114A0; JPS61153536A; FR2574544B1; US4667521A

Description

Die Neuerung betrifft eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Meßvorrichtung dieser Art ist unter anderem durch die DE-PS 2 746 937 bekannt. Dabei wird ein Kraftmeßlager benutzt, bei dem dis Material dehnung bei Belastung über die Wälzkörper durch entsprechend in der Hauptbelastungszone der Lagerringe angeordnete Dehnungsmeßstreifen gemessen wird. Die Dehnungsmeßstreifen sind dabei, wie bereits allgemein bekannt, in Umfangsrichtung eines der Lagerringe angeordnet wobei einer im Bereich eines Wälzkörpers und ein zweiter genau zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern liegen. Beide Dehnungsmeßstreifen sind su einer Halbbrücke zusammengeschaltet Und bewirken in dieser speziellen Anordnung

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gegenüber der Anwendung eines einzigen Dehnungsmeß- j

Streifens bei Belastung ein doppelt so hohes Ausgangs- I signal. Dies wird dadurch bewirkt, daß ίti der Belastungszone des Lagerringes unter einem Wälzkörper eine

Materialdehnung und zwischen den Wälzkörpern eine Ma- j

terial Stauchung entstehen. In der Halbbrücke wird dabei |

durch Verkleinerung des Widerstandswertes eines der I Dehnungsmeßstreifen ynd Vergrößerung beim anderen eine
doppelte Verschiebung des Brückenmittelpunktes erzielt.

Ein so gestaltetes Kraftmeßlager liefert eine Wechselspannung mit einer der Lagerbelastung proportionalen ; Amplitude und von der Drehzahl und der Anzahl der Wälzkörper abhängigen Freuqenz, Diese Ausführung ist grund- f sätzlich brauchbar, wenn das Kraftrneß lager mit aus- |

reichend hoher Drehzahl läuft und damit pro Zeiteinheit j

genügend viele Spannungsamplituden an das nachfolgende ί

Meßsystem geliefert werden. Bei kleinen Drehzahlen und ί

damit geringer Überrol1 frequenz und insbesondere bei ' geringerer Belastung des Kraftmeßlagers ergeben sich

große zeitliche Abstände zwischen den einzelnen Span- _; nungsamplituden, so daß das Meßsystem mit einer hohen
Integrationszeitkonstanten arbeiten muß. Dadurch wird
die Anzeige sehr ungenau und oftmals nicht rekonstruier-

bar. i,

Aufgabe der Neuerung ist es, eine Meßvorrichtung der |

eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch bei |

niedriger Drehzahl des Kraftmeßlagers ausreichend ge- |

naue Messungen zu erzielen sind. |

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der Bogen- |

strecke mindestens zwei Meßstellen angeordnet sind. J

Bei zwei Meßstellen verdoppelt sich z. B. bei gleicher Drehzahl die Anzahl der Spannungsamplituden pro Zeiteinheit am Ausgang des Meßsystems, wodurch dessen Integrationszeitkonstante vorteilhafterweise lediglich halb so groß sein muß« Dadurch verdoppelt sich weiterhin die Anzeigegeschwindigkeit, was bei schnell schwankender Belastung große Vorteile bringt. Die zweite Meßstelle besteht ebenfalls aus einem zu einer Halbbrücke zusammengeschalteten Paar von Dehnungsmeßstreifen, die gegenüber dem Paar der ersten Meßstelle in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Die Halbbrücken der beiden Meßstellen sind an jeweils getrennte Verstärker und Gleichrichter angeschlossen. Danach werden die Meßsignale einem Addierer zugeführt, dessen Ausgangssignal unmittelbar beispielsweise an einem Zeigerinstrument den Wert der Belastung anzeigt. Die betreffenden Wälzkörper überrollen zunächst die erste Meßstelle und danach je nach Abstand der zweiten Meßstelle diese, so daß die Spannungsamplituden beider Meßstellen zeitlich aufeinander folgen und dadurch keine Addition der Spannungshöhe auftritt. Je nach Größe der einzelnen Dehnungsmeßstreifen können auch mehrere Meßstellen angebracht werden, jedoch ist es zweckmäßig, nicht über die sich durch den Wälzkörperabstand ergebende Bogenstrecke hinweggehend Dehnungsmeßstreifen anzuordnen.

Besonders guite Ergebnisse werden erzielt, wenn die Dehnungsmeßstreifen eng aneinanderliegend angeordnet sind. In diesem Fall kann bei entsprechender Belastung des Kraftmeß lagers mit möglichst geringen Abständen zwisehen den einzelnen Spannungsamplituden gerechnet werden. Weiterhin ist bei entsprechend kleinflächigen Dehnungsmeßstreifen die Unterbringung vieler Meßstellen auf der zur Verfügung stehenden Bogenstrecke möglich.

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Die Neuerung wird im folgenden an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den teilweisen Querschnitt eines Kraftmeßlagers mit 3 Meßstellen und

Fig. 2 das Blockschaltbild der Meßvorrichtung für das Kraftmeßlager nach Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Abschnitt eines Kraftmeßlagers sind der Außen- 1 und der Innenring 2 der Einfachheit wegen abgewickelt d. h. nicht ringförmig gekrümmt, sondern linear gestreckt gezeichnet. Das Kraftmaßlager besteht aus dem Innenring 1, dem Außenring 2

und dazwischen angeordneten Kugeln 3, 4. Der Außenring ist mit einer Umfangsnut 5 versehen, die axial in der Hauptbelastungszone, d. h. bei einem normal symmetrischen Kugellager axial mittig verläuft. Auf der Bogenstrecke zwischen zwei Kugeln 3, 4 sind insgesamt 6 Dehnungsmeßstreifen 7, 8, 10, 11, 13, 14 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Sie liegen relativ eng mit nur geringem Zwischenraum aneinander, wobei nahezu die Länge der gesamten Bogenstrecke 6 ausgenutzt ist und sich lediglich in der Belastungszone der zweiten in der Mitte dargestellten Kugel 4 kein Dehnungsmeßstreifen befindet. In der dargestellten Form liegt der erste Dshnungsmeßstreifen 7 in der Belastungszone der ersten rechts ds,-rgestell ten Kugel 3 und wird dort durch die Belastung über diese Kugel 3 und die dadurch bedingte elastische Verformung des Materials des Außenringes 1 an dieser Stelle gedehnt. Ein zweiter Dehnungsmeßstreifen 8 ärbeitet mit dem ersten zusammen und ist im Abstand einer

halben Bogenstrecke 6 genau zwischen den beiden Kugeln 3, 4 angebracht. Diese beiden Dehnungsmeßstreifen 7, 8 sind zu einer nicht näher dargestellten Halbbrücke zusammengeschaitet und bilden eine erste Meßstelle 9, wobei die entsprechende Brückenspannung durch Dehnen des ersten 7 und Stauchen des zweiten Dehnungsmeßstreifens 8 gebildet wird. Daran schließt sich ein im gleichen Abstand angeordnetes Paar von zwei weiteren Dehnungsmeßstreifen 10, 11 als zweite Meßstelle 12 an. Ein drittes Paar Dehnungsmeßsteifen 13, 14 bildet analog dazu die dritte Meßstelle 15. Wenn die erste rechts dargestellte Kugel 3 relativ zum Außenring 1 in Urofangsrichtung abrollt, überrollt sie nahezu unmittelbar anschließend den Dehnungsmeßstreifen der zweiten Meßstelle 12 und daraufhin den 13 der dritten Meßstelle 15. In dieser Folge bilden die Halbbrücken jeder Meßstelle 9, 12, 15 nacheinander, beispielsweise positive Spannungsamplituden, die zueinander einen nur geringen seitlichen Abstand aufweisen. Danach überrollt diese erste Kugel 3 die zweiten Dehnungsmeßstreifen 8, 11, 14 einer jeden Meßstelle bzw. Halbbrücke, wobei in Obereinstimmung zu den obengenannten positiven, hier negative Spannungsamplituden gebildet werden. Deren Polarität wird j ede --.h durch Gleichrichtung gewechselt, &o daß eine Gleichspannung pulsierender Spannungsamplituden mit geringem zeitlichem Abstand entsteht. Beim Weiterrollen der ersten Kugel 3 überrollt diese gewissermaßen eine Leerstelle 16, die der der zweiten, in der Mitte dargestellten Kugel 4 entspricht. Im selben Moment überrollt eine nächste nicht dargestellte Kugel den Bereich des ersten Dehnungsmeßstreifens 7 und das oben Beschriebene wiederholt sich. A'af diese Weise erzeugt jede Kugel bei einem einzigen Umlauf im Kraftmeß lager insgesamt 6 Spanntmgs anp 1 i tuden.

In Fig. 2 ist der elektronische Teil der neuerungsgemäßen Meßvorrichtung als Blockschaltbild dargestellt.. Für die drei getrennten Meßstellen 9, 12, 15 sind drei voneinander getrennte, identische Meßkanäle vorgesehen.

Sie bestehen jeweils aus der zur jeweiligen Meßstelle gehörenden Halbbrücke 17 und zwei Dehnungsmeßstreifen, einem Verstärker 18 und einem Gleichrichter 19. Die drei Meßspannungen werden einem Addierer 20 zugeführt, an dessen Ausgang die zeitliche Folge der einzelnen Spannungsamplituden für die Anzeige bzw. eine andere Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.

Claims

" · · · I 4 1 I I i • ' · · « J 1 1 I · ■ ••ι ■ BI e α a 9 Ii ·■■ SKF GMBH Schweinfurt, 31.01.1985 DE 84 042 DE TPA/ko.fk Meßvorrichtung für Kräfte Schutzansprüche

1. Meßvorrichtung für Kräfte, bestehend aus einem Wälzlager mit an verschiedenen Stellen eines Laufringes (1) angeordneten Meßstellen (9, 12, 15) zur Erfassung der Materialdehnung, wobei jede Meßstelle (9, 12, 15) insbesondere aus jeweils zwei im Abstand von der ilälfte einer durch den Abstand der Wälzkörper (3, 4) vorgegebenen Bogenstrecke (6) angeordneten Dehnungsmeßstreifen (7, 8, 10, 11, 13,

14) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bogenstrecke (6) mindestens zwei Meßstellen (9, 12, 15) angeordnet sind.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (7, 8, 10, 11, 13, 14) eng aneinander 1iegend angeordnet sind.

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