Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von statischen- oder höchst auftretenden dynamischen Druckkräften, womit beispielsweise Seitenkraftmessungen an Fahrzeugrädern im Betrieb durchgeführt werden können.
Zur Messung von statischen- und höchst auftretenden dynamischen Druckkräften an Konstruktionsteilen sind verschiedene elektrische und mechanische Einrichtungen bekannt.
Zu den elektrischen Einrichtungen gehören Messdosen mit Dehnmessstreifen oder induktiven Aufnehmern und Unterlagscheiben mit Piezoquarz.
Nachteile dieser elektrischen Einrichtungen sind, dass teure Messbrücken und Messgeräte zur Verstärkung der Mess Signale benötigt werden. Für instationäre Messungen kann das Mitführen solcher Geräte behinderlich sein. Nachteilig zeigt sich auch, dass zur Auswertung der Messungen geschultes Fachpersonal benötigt wird. Im weiteren ist die Auswahl des Messortes durch die Abhängigkeit von der elektrischen Speisung eingeschränkt. Ausserdem können Messergebnisse nur mit grösserem Aufwand gespeichert werden.
Die Verwendung der elektrischen Einrichtungen rechtfertigt sich nur dann, wenn sie für komplizierte Messungen, insbesondere bei dynamischer Beanspruchung, benutzt werden können.
Als mechanische Einrichtungen zur Messung von Druckkräften sind Messuhren bekannt.
Nachteile dieser Einrichtungen sind, dass sie aufgrund ihrer Grösse nur beschränkt angewendet werden können. Ausserdem können höchst auftretende dynamische Druckkräfte nur bei kleiner Frequenz, beispielsweise mittels Schleppzeiger gemessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kompakte Einrichtung zur Messung von statischen- oder höchst auftretenden dynamischen Druckkräften zu schaffen.
Erfindungsgemäss wird dies durch einen Messkörper erreicht zur Aufnahme von Eindruckdeformationen und mindestens einen härteren Druckkörper, wobei der Druckkörper zur Kraftübertragung und örtlicher Fixierung an einem Haltekörper vorstehend angeordnet ist.
Nachstehend werden in Verbindung mit der Zeichnung drei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine ringförmige erste Ausführungsform mit Einbaubeispiel,
Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine stabförmige zweite Ausführungsform,
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer zylindrischen dritten Ausführungsform und
Fig. 6 ein Diagramm eines möglichen Verlaufs von Eindruckdurchmesser und Druckkraft.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Einrichtung, wie sie beispielsweise zur Messung von höchst auftretenden Seitenkräften an Fahrzeugrädern verwendet werden kann. Die Messeinrichtung besteht aus einem ringförmigen, im Querschnitt rechteckigen Messkörper 1, drei kugelförmigen Druckkörpern 2 und einem zum Messkörper 1 z. B. geometrisch identischen Haltekörper 3, in dem auf einer Planseite, im mittleren Umfang gleichmässig verteilt die drei Druckkörper 2 in Vertiefungen vorstehend gehalten sind.
Fig. 1 zeigt ausserdem in einem Einbaubeispiel, wie eine solche Messeinrichtung bei der Vorderrad-Lagerung eines LKW angeordnet werden kann. Der ringförmige Messkörper 1 und Haltekörper 3 mit den drei Druckkörpern 2 wurde zwischen der seitlichen Auflagefläche des Radlagers 11 und der
Vorderachse 10 eingebaut. Die beispielsweise bei Kurvenfahrten auftretenden Seitenkräfte werden dabei von der andeutungsweisen dargestellten Radnabe 12 über das Radlager 11 auf die Vorderachse 10 übertragen. Bei der Krafteinwirkung drücken sich die Kugeln 2 in Form von Kalotten im Messkörper 1 ein.
Fig. 3 und 4 zeigen eine Einrichtung, wie sie für Messungen an geraden Kraftübertragungsstellen geeignet ist. Dabei ist der Messkörper 4 stabförmig und im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Zwei kugelförmige Druckkörper 5 sind mit einem zum Messkörper 4 z. B. geometrisch identischen Haltekörper 6 an beiden äusseren Enden der Längsseite in Vertiefungen vorstehend angeordnet.
Fig. 5 zeigt eine Einrichtung, wie sie für Messungen von höchst auftretenden Druckkräften an Punktlagerungen verwendet werden kann. Diese Messeinrichtung besteht aus einem zylindrischen Messkörper 7 und einem kegelförmigen Druckkörper 8, der mit einem Haltekörper 9 verbunden ist; Druckörper und Haltekörper können auch aus einem einzigen Teil angefertigt sein. Beim Messkörper 7 entspricht die Höhe etwa dem Basisdurchmesser.
Je nachAnwendung und Einbauart können natürlich weitere zweckmässige Formen der Mess-, Druck- und Haltekörper gewählt werden.
Die in den Figuren 1, 2, 3, 4 und 5 beschriebenen Druckkörper 2, 5 und 8 weisen eine gegenüber den Messkörpern 1, 4 und 7 grössere Härte auf, so dass deren Verformung gegenüber derjenigen der Messkörper bei den auftretenden Belastungen vernachlässigbar ist.
Beim Messvorgang werden Druckkräfte von der Einrichtung übertragen, wobei der bzw. die Druckkörper im Messkörper bleibende Deformationen, beispielsweise in Form von Kalotten oder Kegeleindrücken, erzeugt. Diese Kalotten oder Kegeleindrücke werden wie Brinelleindrücke bei der Härteprüfung in ihren Oberflächenausdehnungen ausgemessen. Zur Bestimmung der dazugehörigen Druckkraft müssen die Eindruckeigenschaften des Materials des Messkörpers bei gegebener Gestalt des Druckkörpers bekannt sein, z.B. in Form eines Eichdiagrammes, welches vorzugsweise mit einer geometrisch gleichen Messeinrichtung aufgenommen wird. Der Zusammenhang Eindruckgrösse/Druckkraft wird jeweils an einer Materialprobe bestimmt und hat für alle Messkörper aus demselben Material Gültigkeit.
Fig. 6 zeigt ein solches Eichdiagramm, wie es aus Messpunkten bei verschiedenen Belastungen ermittelt werden kann, wobei die Abszisse X den Eindruckdurchmesser und die Ordinate Y die Druckkraft darstellt.
Durch Wahl der Geometrie der Druckkörper und des Materials der Messkörper lässt sich der jeweilige Messbereich wählen. So wird z.B. mit kugelförmigen Druckkörpern von 4,76 mm Durchmesser und Messkörpern aus Antikorodal Al Mg Si ein Bereich bis etwa 3000 kg Druckkraft je Druckkörper bestrichen.
Versuche mit ringförmigen Einrichtungen, wie nach Fig. 1 und 2 haben ergeben, dass sie im Vergleich zu Ergebnissen mit anderen bekannten Messverfahren nur kleine, tolerierbare Abweichungen zeigen.
Die beschriebene Messeinrichtung zur Messung von statischen oder höchst auftretenden dynamischen Druckkräften weist die folgenden Vorteile auf: - Die Messergebnisse werden im Messkörper festgehalten und können nach Versuchsende ausgewertet werden.
- Die Messergebnisse können von angelerntem Personal ausgewertet werden.
- Die Messeinrichtung ist wirtschaftlich herstellbar und leicht am Messort einbaubar.
- Die Messeinrichtung kann bei spezieller Gestaltung mehrfach gebraucht werden.
- Die Messeinrichtung ist unabhängig von einer elektri schen Speisung und weiterem Zubehör und sehr einfach und robust in der Anwendung.
The invention relates to a device for measuring static or extremely dynamic compressive forces, with which, for example, lateral force measurements can be carried out on vehicle wheels during operation.
Various electrical and mechanical devices are known for measuring static and extremely dynamic compressive forces on structural parts.
The electrical equipment includes load cells with strain gauges or inductive sensors and washers with piezo quartz.
Disadvantages of these electrical devices are that expensive measuring bridges and measuring devices are required to amplify the measuring signals. Carrying such devices can be a hindrance for transient measurements. Another disadvantage is that trained specialist personnel are required to evaluate the measurements. Furthermore, the selection of the measuring location is restricted by the dependence on the electrical supply. In addition, measurement results can only be saved with great effort.
The use of electrical devices is only justified if they can be used for complicated measurements, especially in the case of dynamic loads.
Dial gauges are known as mechanical devices for measuring compressive forces.
Disadvantages of these facilities are that they can only be used to a limited extent due to their size. In addition, the most dynamic pressure forces that occur can only be measured at low frequencies, for example by means of a drag pointer.
The invention is based on the object of creating a simple and compact device for measuring static or extremely dynamic compressive forces.
According to the invention, this is achieved by a measuring body for absorbing indentation deformations and at least one harder pressure body, the pressure body being arranged protruding on a holding body for force transmission and local fixation.
Three different exemplary embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawing.
Show it:
1 shows a cross section through an annular first embodiment with an installation example,
Fig. 2 is a plan view of the first embodiment shown in Fig. 1,
3 shows a cross section through a rod-shaped second embodiment,
FIG. 4 is a side view of the second embodiment shown in FIG. 3,
Fig. 5 is a side view of a cylindrical third embodiment and
6 shows a diagram of a possible course of impression diameter and pressure force.
1 and 2 show a device such as can be used, for example, for measuring the highest lateral forces occurring on vehicle wheels. The measuring device consists of an annular measuring body 1 with a rectangular cross-section, three spherical pressure bodies 2 and a measuring body 1 z. B. geometrically identical holding body 3, in which the three pressure bodies 2 are held protruding in depressions on a flat side, in the central circumference evenly distributed.
Fig. 1 also shows in an installation example how such a measuring device can be arranged in the front wheel bearing of a truck. The annular measuring body 1 and holding body 3 with the three pressure bodies 2 was between the lateral bearing surface of the wheel bearing 11 and the
Front axle 10 installed. The side forces that occur, for example, when cornering are transmitted from the wheel hub 12, which is indicated in the drawing, to the front axle 10 via the wheel bearing 11. When the force is exerted, the balls 2 are pressed into the measuring body 1 in the form of domes.
3 and 4 show a device as it is suitable for measurements on straight force transmission points. The measuring body 4 is rod-shaped and has a rectangular cross-section. Two spherical pressure body 5 are connected to a measuring body 4 z. B. geometrically identical holding body 6 arranged protruding at both outer ends of the longitudinal side in recesses.
Fig. 5 shows a device as it can be used for measurements of the highest compressive forces occurring at point bearings. This measuring device consists of a cylindrical measuring body 7 and a conical pressure body 8, which is connected to a holding body 9; Pressure body and holding body can also be made from a single part. In the case of the measuring body 7, the height corresponds approximately to the base diameter.
Depending on the application and type of installation, other appropriate shapes of the measuring, pressure and holding bodies can of course be selected.
The pressure bodies 2, 5 and 8 described in FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5 have a greater hardness than the measuring bodies 1, 4 and 7, so that their deformation is negligible compared to that of the measuring bodies under the loads that occur.
During the measuring process, compressive forces are transmitted by the device, with the pressure body (s) generating permanent deformations in the measuring body, for example in the form of domes or conical impressions. These calottes or cone impressions are measured like Brinel impressions in the hardness test in terms of their surface dimensions. In order to determine the associated compressive force, the indentation properties of the material of the measuring body for a given shape of the pressure body must be known, e.g. in the form of a calibration diagram, which is preferably recorded with a geometrically identical measuring device. The relationship between the size of the impression and the compressive force is determined on a material sample and applies to all measuring bodies made of the same material.
FIG. 6 shows such a calibration diagram as can be determined from measuring points at different loads, the abscissa X representing the indentation diameter and the ordinate Y representing the compressive force.
The respective measuring range can be selected by selecting the geometry of the pressure body and the material of the measuring body. E.g. With spherical pressure bodies of 4.76 mm in diameter and measuring bodies made of Antikorodal Al Mg Si, a range of up to about 3000 kg of pressure force per pressure body was coated.
Tests with ring-shaped devices, as shown in FIGS. 1 and 2, have shown that they show only small, tolerable deviations compared to results with other known measuring methods.
The described measuring device for measuring static or extremely dynamic compressive forces has the following advantages: The measuring results are recorded in the measuring body and can be evaluated after the end of the test.
- The measurement results can be evaluated by trained personnel.
- The measuring device is economical to manufacture and easy to install at the measuring location.
- The measuring device can be used several times with a special design.
- The measuring device is independent of an electrical power supply and other accessories and is very simple and robust to use.